ทองแดง
ทองแดง (อังกฤษ: Copper) คือธาตุที่มีเลขอะตอม 29 และสัญลักษณ์คือ Cu ทองแดงอยู่ในตารางธาตุหมู่ 11 เป็นที่ทราบกันว่ามนุษย์ใช้ประโยชน์จากทองแดงมาไม่น้อยกว่า 10,000 ปี พบหลักฐานว่ามนุษย์สามารถหลอมสกัดทองแดงให้บริสุทธิ์ได้เมื่อประมาณ 5000 ปีก่อนคริสตกาล ซึ่งเป็นช่วงก่อนที่มนุษย์จะรู้จักกับทองคำ โดยมนุษย์รู้จักทองคำเมื่อประมาณ 4000 ปีก่อนคริสตกาล
การถลุงทองแดง
การถลุงทองแดงจากแร่ ขั้นแรกคือการแยกแร่ที่ต้องการออกจากสิ่งเจือปนหรือ กากแร่ อาจใช้วิธีการลอยตัว โดยนำแร่ที่บดละเอียดแล้วผสมเข้ากับน้ำ น้ำมันและสารซักล้างในถังผสม จากนั้นกวนและผ่านอากาศเข้าไปในของเหลวที่อยู่ในถังผสมตลอดเวลา เพื่อทำให้มีฟองเกิดขึ้น ซึ่งเป็นผลให้ฟองอากาศ และน้ำมันไปเกาะอยู่กับอนุภาคของแร่และลอยตัวอยู่ด้านบน ส่วนกากแร่จะจมลงอยู่ด้านล่าง เมื่อตักฟองที่ลอยอยู่ด้านบนออกและทำให้แห้ง จะได้ผลแร่ที่มีปริมาณทองแดงเพิ่มขึ้นประมาณร้อยละ 15 โดยมวล ขั้นต่อไปนำแร่มาเผาในอากาศ เรียกกระบวนการนี้ว่า การย่างแร่ ไอร์ออน(II)ซัลเฟตบางส่วนจะถูกออกซิไดส์เป็นไอร์ออน(II)ออกไซด์ ดังสมการ
- 2CuFeS2(s) + 3O2(g) → 2CuS(s)+ 2FeO(s) + 2SO2(g)
กำจัดไอร์ออน(II)ออกไซด์ออกไป โดยนำผลิตภัณฑ์ที่ได้ไปเผารวมกับออกไซด์ของซิลิคอนในเตาถลุงอุณหภูมิประมาณ 1100 °C ไอร์ออน(II)ออกไซด์จะทำปฏิกิริยากับออกไซด์ของซิลิคอนได้กากตะกอนเหลวซึ่งแยกออกมาได้ ดังสมการ
- FeO(s) + SiO2(s) → FeSiO3(l)
ส่วนคอบเปอร์(II) ซัลไฟด์เมื่ออยู่ในที่มีอุณหภูมิสูงจะสลายตัวได้เป็นคอบเปอร์(I)ซัลไฟด์ในสถานะของเหลวซึ่งสามารถแยกออกได้
ในขั้นตอนสุดท้ายเมื่อแยกคอปเปอร์(I)ซัลไฟด์ในอากาศ บางส่วนจะเปลี่ยนเป็นคอปเปอร์(I)ออกไซด์ดังสมการ
- 2Cu2S(s) + 3O2(g) → 2Cu2O(s) + 2SO2(g)
และคอปเปอร์(I)ออกไซด์กับคอปเปอร์(I)ซัลไฟด์จะทำปฏิกิริยากันโดยมีซัลไฟด์ไอออนทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ ได้โลหะทองแดงและแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ดังสมการ
- 2Cu2O(s) + Cu2S(s) → 6Cu(l) + SO2(g)
ทองแดงที่ถลุงได้ในขั้นนี้ยังมีสิ่งเจือปนจึงต้องนำไปทำให้บริสุทธิ์ก่อน การทำทองแดงให้บริสุทธิ์โดยทั่วไปจะใช้วิธีแยกสารละลายด้วยกระแสไฟฟ้า
การประยุกต์
ทองแดงสามารถดัดได้ง่าย จึงใช้แพร่หลายในผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ เช่น
- สายลวดทองแดง
- ท่อน้ำทองแดง
- ลูกบิด และของอื่น ๆ ที่ติดตั้งในบ้าน
- รูปปั้น เช่นเทพีเสรีภาพ (Statue of Liberty) ซึ่งมีทองแดงถึง 81.3 ตัน
- หลังคา รางน้ำ และท่อระบายน้ำฝน
- แม่เหล็กไฟฟ้า
- เครื่องจักรไฟฟ้า โดยเฉพาะมอเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
- เครื่องยนต์ไอน้ำ ของ เจมส์ วัตต์
- รีเลย์ไฟฟ้า และสวิตช์ไฟฟ้า
- รางน้ำบนหลังคาและท่อระบายน้ำ
- หลอดสุญญากาศ หลอดรังสีแคโทด (cathode ray tube) และแมกนีตรอนในเตาอบไมโครเวฟ
- หลอดนำคลื่นไฟฟ้า (Waveguide) สำหรับรังสีไมโครเวฟ
- มีการใช้ทองแดงเพิ่มขึ้นในวงจรไอซีแทนอะลูมิเนียมเนื่องจากนำไฟฟ้าได้ดีกว่า
- ผสมกับนิกเกิล เช่นคิวโปรนิกเกิล (cupronickel) and โมเนล (Monel) ใช้เป็นวัสดุที่ไม่กร่อนสำหรับสร้างเรือ
- เป็นเหรียญกษาปณ์ ในรูปของโลหะคิวโปรนิกเกิลส่วนใหญ่
- ในอุปกรณ์ทำครัว เช่นกระทะ
- อุปกรณ์ที่ใช้บนโต๊ะอาหารส่วนใหญ่ (มีด ส้อม ช้อน) มีทองแดงบางส่วน (นิกเกิล ซิลเวอร์)
- เงินสเตอร์ลิงจะต้องผสมทองแดงเล็กน้อย ถ้าทำเป็นภาชนะสำหรับอาหาร
- เป็นส่วนประกอบของสารเคลือบเงาสำหรับเครื่องเซรามิก และเป็นสีสำหรับกระจก
- เครื่องดนตรี โดยเฉพาะเครื่องดนตรีประเภทแตร
- เป็นพื้นผิวไบโอสแตทิก (biostatic) ในโรงพยาบาล และใช้บุชิ้นส่วนเรือเพื่อป้องกันเพรียงและหอยมาเกาะ เดิมใช้บริสุทธิ์ ปัจจุบันใช้โลหะมันตส์ (Muntz Metal: ทองแดง 60% + สังกะสี 40%) แทน แบคทีเรียจะไม่เตริญเติบโตบนพื้นผิวทองแดงเนื่องด้วยตุณสมบัติไบโอสแตทิก ลูกบิดทองแดงใช้ในโรงพยาบาล เพื่อลดการแพร่กระจายของโรค และโรคลีเจียนแนร์ (Legionnaire's Disease) สามารถหยุดได้ด้วยท่อทองแดงในระบบเครื่องปรับอากาศ
- สารประกอบ เช่น สารละลายเฟห์ลิง (Fehling's solution) มีประโยชน์ใช้ในด้านเคมี
- คอปเปอร์ (II) ซัลเฟต ใช้เป็นสารพิษและสารทำให้น้ำบริสุทธิ์ และใช้ในผลและสเปรย์ฆ่าโรคราน้ำค้าง (mildew)
- เป็นวัสดุในการผลิตฮีตซิงก์สำหรัยคอมพิวเตอร์ เนื่องจากระบายความร้อนได้ดีกว่าอะลูมิเนียม
- ชาวอินูอิต (Inuit) ใช้ทองแดงเพื่อทำใบมีดสำหรับมีดอูลู (ulu) เป็นครั้งคราว
บทบาทของทองแดงกับเครื่องประดับ
ทองแดงนั้นเป็นโลหะที่มีคุณประโยชน์นานัปการ โดยเฉพาะทองแดงในวงการของอุตสาหกรรม เช่น สายลวดทองแดง เครื่องจักรต่างๆ ฯลฯบทบาทของทองแดงกับเครื่องประดับอาจจะไม่เป็นที่ประจักษ์ชัด แต่หลายคนอาจลืมไปว่า โลหะผสมมีค่าหลายชนิด มีทองแดงเป็นส่วนประกอบสำคัญที่จะขาดไปไม่ได้
- นาก ลักษณะเด่นของนาก คือมีสีออกทองแดงผสมทอง โดยมีทองคำผสมอยู่ในอัตราประมาณ 37% และนอกจากนั้นจะเป็นส่วนประกอบของทองแดง และเงิน[1]
- ทองชมพู ลักษณะเด่นของทองชมพู คือจะมีสีสุกใส ทองอมชมพู สีชมพูอ่อน นั้นได้มาจากการผสมทองแดงในสัดส่วนที่น้อยกว่าทองแดงที่ผสมในโลหะนาก โดยใช้ทองเป็นส่วนผสมประมาณ 75% และโลหะอื่น ๆ เป็นลำดับต่อมา ลำดับสุดท้ายคือ ทองแดง
- เรดโกลด์ ลักษณะเด่นของเรดโกลด์ จะคล้ายคลึงกับทองชมพูมาก มีส่วนผสมของโลหะแต่ละชนิดเหมือนกัน โดยปัจจัยหลักที่ทำให้ทองสองชนิดต่างกันคือปริมาณของทองแดง โดยจะเพิ่มทองแดงในอัตราส่วนที่มากกว่าทองชมพู
อ้างอิง
- Massaro, Edward J., บ.ก. (2002). Handbook of Copper Pharmacology and Toxicology. Humana Press. ISBN 0-89603-943-9.
- "Copper: Technology & Competitiveness (Summary) Chapter 6: Copper Production Technology" (PDF). Office of Technology Assessment. 2005.
- Current Medicinal Chemistry, Volume 12, Number 10, May 2005, pp. 1161–1208(48) Metals, Toxicity and Oxidative Stress
- William D. Callister (2003). Materials Science and Engineering: an Introduction, 6th Ed. Table 6.1, p. 137: Wiley, New York. ISBN 0471736961.
{{cite book}}: CS1 maint: location (ลิงก์) - Material: Copper (Cu), bulk, MEMS and Nanotechnology Clearinghouse.
- Kim BE, Nevitt T, Thiele DJ (2008). "Mechanisms for copper acquisition, distribution and regulation". Nat. Chem. Biol. 4 (3): 176. doi:10.1038/nchembio.72. PMID 18277979.
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (ลิงก์) - Copper transport disorders: an Instant insight from the Royal Society of Chemistry
แหล่งข้อมูลอื่น
- National Pollutant Inventory – Copper and compounds fact sheet
- Copper Resource Page. Includes 12 PDF files detailing the material properties of various kinds of copper, as well as various guides and tools for the copper industry.
- The Copper Development Association has an extensive site of properties and uses of copper; it also maintains a web site dedicated to brass, a copper alloy.
- The Third Millennium Online page on Copper เก็บถาวร 2010-09-17 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
- Price history of copper, according to the IMF