فلز مس

مس نام یک عنصر جدول تناوبی با نماد شیمیایی Cu (برگرفته از واژهٔ لاتین cuprum) است عدد اتمی آن ۲۹ و عنصری فلزی با ویژگی‌های شکل‌پذیری و رسانایی گرمایی و الکتریکی بالا است. مس خالص, نرم و چکش خوار است بخشی از آن که در برابر هوای آزاد قرار دارد به رنگ قرمز مایل به نارنجی است.

هزاران سال است که از مس و آلیاژهایش استفاده می‌شود. در دوران روم باستان, از معدن‌ مس در قبرس بهره‌برداری می‌شد ریشهٔ نام لاتین مس از واژهٔ сyprium به معنی فلز قبرس (metal of Cyprus) گرفته شده است که بعدها کوتاه شده و به شکل cuprum در آمده است. ترکیبات مس معمولاً به شکل نمک‌ مس (II) دیده می‌شوند, رنگ آبی و یا سبز کانی‌هایی مانند آزوریت و فیروزه که از گذشته به عنوان گوهر دانسته می‌شدند ناشی از همین فلز است. از مس در معماری ساختمانی و هنرهای تزئینی هم بهره برده می‌شود.

مس یک مادهٔ معدنی ضروری برای اندام‌های زنده است چون سهمی کلیدی در ساخت آنزیم تنفسی سیتوکروم اکسیداز سی دارد. خون نرم‌تنان و پوسسخت‌تان از ماده‌ای به نام هموسیانین ساخته شده است. مادهٔ اصلی هموسیانین, مس است درحالی که خون ماهی‌ها و مهره‌داران دارای هموگلوبین است و مادهٔ اصلی سازندهٔ آن, آهن می‌باشد. اندام‌های اصلی بدن انسان که در آن مس یافت می‌شود عبارتند از: کبد, ماهیچه و استخوان‌ها.

از ترکیب‌های مس به عنوان مهارگر باکتری, قارچ کش و نگهدارندهٔ چوب استفاده می‌شود.

فیزیکی

 

یک قرص ساخته شده از مس با درجهٔ پالودگی ۹۹٫۵ درصد. برای نشان دادن کریستالیت‌ها از قالبگیری پیوسته و فرایند سونش بهره برده شده است.

مس, نقره و طلا همگی در گروه یازدهم جدول تناوبی جای دارند از این رو برخی رفتارهای مشترک را از خود نشان می‌دهند. همهٔ این عنصرها پس از یک لایه الکترونی d دارای یک الکترون در اوربیتال s اند. ویژگی مشترک همهٔ این عنصرها، چکش خواری و رسانایی الکتریکی بالا است. لایهٔ الکترونی d که پر از الکترون است چندان در واکنش‌های میان اتمی وارد نمی‌شود بلکه پیوند فلزی از طریق الکترون اوربیتال s صورت می‌گیرد. برخلاف فلزهایی که دارای لایهٔ d نیمه پر هستند, پیوند فلزی در مس دارای ویژگی‌های  نیست و نسبتاً ضعیف است. این مطلب دلیل سختی پایین و شکل‌پذیری بالای یک تک بلور مس است. در نگاه ماکروسکوپیک به شبکهٔ بلوری مس, در می‌یابیم که سختی آن زیر اثر یک تنش معلوم افزایش می‌یابد. از این رو مس معمولاً در قالب چندبلوری ریز که مقاومت بالاتری دارد قرار می‌گیرد تا در قالب تک‌بلوری.

نرمی مس تا حدی رسانایی الکتریکی بالا (۵۹٫۶×10⁶ زیمنس بر متر) و در نتیجه رسانایی گرمایی بالای آن را توضیح می‌دهد. مس در مقایسه با دیگر فلزهای خالص دومین رسانای گرمایی بالا در دمای اتاق را دارد. این پدیده به این دلیل است که مقاومت در برابر جابحایی الکترون در فلزها در دمای اتاق بیشتر از پراکندگی الکترون‌ها در لرزش گرمایی شبکه سرچشمه می‌گیرد که البته این لرزش برای یک فلز نرم نسبتاً ضعیف است. بیشینهٔ چگالی جریان مجاز برای مس در هوای آزاد, نزدیک به ۳٫۱×10⁶ A/m² در سطح مقطع آن است. اگر جریان از این مقدار بیشتر شود، مس انرژی گرمایی بیش از اندازه‌ای را پدید می‌آورد. مانند دیگر فلزها اگر مس در برابر فلزی دیگر قرار گیرد خوردگی گالوانیک روی می‌دهد.

مس یکی از چهار فلزی است رنگ طبیعی آن خاکستری یا نقره‌ای نیست. دیگر فلزهای رنگین عبارتند از: سزیم و طلا به رنگ زرد و به رنگ آبی.

شیمی

کاربردها

مس فلزی قابل انعطاف و چکشخوار است که کاربردهای زیادی مانند موارد زیر دارد:

• سیم مسی
• لوله مسی
• دستگیره‌های درب و سایر وسایل منزل
• مجسمه‌سازی. مثلاً" مجسمه آزادی شامل ۱۷۹۰۰۰ پوند مس می‌باشد.
• آهنرباهای الکتریکی.
• موتورها، مخصوص موتورهای الکترومغناطیسی.
• لامپ‌های خلاء ,  لامپ‌های پرتوی کاتدی ومگنترون های اجاق‌های مایکرو ویو.
• در وسایل آشپزی, از جمله ماهی تابه  که در مسگری ساخته می‌شوند.
• وسایل موسیقی , بخصوص سازهای بادی.
• بعنوان یک بیواستاتیک در بیمارستان‌ها و پوشاندن قسمتهای مختلف کشتی برای حفاظت در برابر بارناکل ها و ماسل‌ها.
• ترکیباتی مانند محلول فلینگ که در شیمی کاربرد دارد.

به علت خاصیت هدایت بهتر آن نسبت به آلومینیوم, کاربرد مس در ICها به جای آلومینیوم رو به افزایش است.

• سولفات مس که به‌عنوان سم و تصفیه کننده آب کاربرد دارد.

 

استفاده از مس در زیورآلات

تاریخچه

«در حدود پنج هزار سال پیش از میلاد مردم غارنشین فلات ایران بر اثر تغییراتی که از لحاظ آب و هوا و تشکیل مزارع و چمنزارها به وجود آمد به دشت‌ها روی آوردند و زندگی تازه‌ای را آغاز کردند و در تمدن آن‌ها نسبت به دوران‌های پیشین پیشرفت بیشتری دیده شد. مردمی که در فلات ایران زندگی میکردن گه گاه به سفالگری و ساختن اشیاء با گل میپرداختن و با پختن آن‌ها از آن‌ها آثاری زیبا پدید می‌آوردند. آن‌ها در برخی اوقات مشاهده می‌کردند که بعضی از ظروف سفالینشان در اثر ضربه نمی‌شکند و همینطور در برخی اوقات از ظروفی که در آتش می‌نهادند ماده‌ای خارج می‌شد که پس از سرد شدن سخت می‌گشت. آنها نام این ماده را مس گذاشتند و در ساخت ظروف و ابزار کشاورزی و جنگ از آن استفاده‌های بسیار کردند. در پایان عهد حجر پسین مردم این منطقه آلات و ابزار خود را با مس می‌ساختند و کم‌کم این‌گونه ادوات جای ابزار سنگی را که تا آن زمان متداول بود گرفت . ..... در هزاره چهارم پیش از میلاد مردم دشت‌نشین فلات ایران در کار زندگی پیشرفت بیشتری کردند ... با آن‌که سنگ در ساختن آلات و ادوات در این عهد به کار می‌رفت فلز نیز بیش از دوره پیش وارد صنعت گردید, مس را با چکش صاف می‌کردند, اما طرز ذوب کردن فلزات را نمی‌دانستند و با مس سنجاق و ظروف ظریف می‌ساختند. ..... در این دوره ذوب مس نیز متداول شد و آلات و ادوات را به شیوه ریخته‌گری ساختند. در سکونت‌گاه‌های دوره مزبور چاقوها و دشنه‌هایی با تیغه مسین به دست آمده است. همچنین در حفریات سیلک کاشان مقداری آئینه مسی جهت آرایش به دست آمده است. از ویژگی‌های این دوره وجود گوشواره‌هایی از طلا و لاجورد است.»

مس برای تعدادی از تمدنهای قدیمی ثبت شده, شناخته شده بود و تاریخ استفاده از آن حد اقل به ۱۰٬۰۰۰ سال پیش می‌رسد. یک آویزه مسی, متعلق به ۸۷۰۰ سال قبل از میلاد در شمال عراق کنونی پیدا شد. نشانه‌هایی مبنی بر ذوب و خالص کردن مس از اکسیدهای آن مانند مالاکیت و آزوریت تا سال ۵۰۰۰ قبل از میلاد وجود دارد. در عوض اولین نشانه‌های استفاده از طلا تقریباً به ۴۰۰۰ سال قبل از میلاد بر می‌گردد.

مصنوعات مسی و برنزی که از شهرهای سومری و مصنوعات مصری که از مس و آلیاژ آن با قلع یافت شده تقریباً متعلق به ۳۰۰۰ سال قبل از میلاد هستند. در یکی از اهرام یک سامانه لوله‌کشی با مس پیدا شده که مربوط به۵۰۰۰ سال پیش است. مصریان دریافتند افزودن مقدار کمی قلع, قالب گیری مس را آسان تر می‌کند بنابراین آلیاژهای برنزی که در مصر کشف می‌شوند تقریباً قدمتی همانند مس دارند. استفاده از مس در چین باستان حداقل به ۲۰۰۰ سال قبل از میلاد مربوط بوده و تا ۱۲۰۰ سال قبل از میلاد در این کشور برنز مرغوب ساخته می‌شده‌است. در نظر داشته باشید چون مس به راحتی برای استفاده و کاربرد مجدد ذوب می‌شود, دوران ذکر شده تحت تأثیر جنگها و کشورگشائی‌ها قرار می‌گیرد. در اروپا مرد یخی [Ötzi]، مردی که به دقت نگهداری می‌شود و متعلق به ۳۳۰۰ سال قبل از میلاد بوده و در شمال کشور ایتالیا نزدیک مرز اتریش یافت شده است، تبری با نوک مسی در دست دارد که درجه خلوص فلز آن ۹۹,۷٪ می‌باشد. مقدار زیاد آرسنیک موجود در موهای او نشان دهنده سرو و کار او با پالایش مس می‌باشد.

استفاده ار برنز در مرحله‌ای از تمدن به قدری فراگیر بود که آن مرحله را عصر برونز می‌نامند. برنج برای یونانیان شناخته شده بود اما اولین بار بصورت گسترده توسط رومیان بکار رفت. به خاطر زیبایی درخشانش بطوری که در باستان برای ساخت آئینه از آن استفاده می‌شد ونیزبه دلیل ارتباط آن با قبرس که مربوط به الهه بود, در اسطوره‌شناسی و کیمیاگری فلز مس با الهه‌های آفرودیت و ونوس پیوند دارد. در کیمیاگری علامتی را که برای مس در نظر گرفته بودند, علامت سیاره ناهید نیز بود.

پیدایش

مس معمولاً به شکل معدنی یافت می‌شود. کانی‌هایی مثل آزوریت, مالاکیت و برنیت همانند سولفیدهایی از جمله کالکوپیریت (CuFeS2), کوولین (CuS), کالکوزین (Cu2S) یا اکسیدهایی مانند کوپریت (Cu2O) از منابع مس هستند.

ترکیبات

آلیاژهای بسیاری از مس وجود دارد برنج آلیاژ مس و روی است و برنز آلیاژ مس و قلع است. متداول‌ترین حالات اکسیداسیون مس شامل حالت مربوط به مس یک ظرفیتی cuprous, 1+Cu و حالت cupric,2+Cu می‌باشد.

کربنات مس به رنگ سبز است که بوسیله آن ظاهر منحصر به فرد بام‌ها یا گنبدهای با پوشش مس روی بعضی ساختمان‌ها ساخته می‌شوند.

اکسیدهای مس (مانند:اکسید مس ایتریم و باریم ۷δ Yba2Cu3O یا YBCO) پایه‌های بسیاری از ابر رساناهای غیر معمول را تشکیل می‌دهند.

ترکیبات دیگر: سولفید مس

نقش در بیولوژی

وجود مس برای کلیه گیاهان و حیوانات عالی ضروری می‌باشد. مس در آنزیم‌های متنوعی, از جمله در سیتوکروم اکسیداز سی و آنزیم حاوی Cu-Zn به نام superoxide dismutase وجود دارد و فلز اصلی در رنگدانه حامل اکسیژن hemocyanin است.RDA برای مس در بزرگسالان سالم ۹/۰ میلی گرم در روز می‌باشد.   مس در جریان خون عمدتاً" روی پروتئین پلاسمایی بنام ceruloplasmin حرکت می‌کند. اگرچه مس اول در روده جذب می‌شود, این عنصر همبسته با آلبومین به سوی کبد منتقل می‌شود.   یک حالت ارثی که بیماری ویلسون نامیده می‌شود موجب باقی ماندن مس در بدن و عدم ورود آن به صفرا توسط کبد شود. این بیماری در صورت عدم درمان می‌تواند منجر به آسیب‌های کبدی و مغزی شود.

مس نیز به مقدار بسیار کم در تولید کلروفیل, پروتئین, کربوهیدرات‌ها و همچنین در فعال ساختن برخی از آنزیم‌ها مورد نیاز است. در صورت کمبود مس برگ‌ها کوچک مانده و سرشاخه‌های جوان را دچار برگ سوختگی می‌کند. هر چه واکنش خاک اسیدی تر باشد, مس قابل استفاده تر است. برای رفع کمبود مس از سولفات مس به تنهایی و گاهی مخلوط با آهک (به نام محلول بردو) استفاده می‌شود که البته بازده آن در خاک‌های ایران بسیار کم است.

کارکردهای مس در بدن انسان

مس به فرآیند سوخت و ساز بدن کمک میکند, سلولهای مغزی با کمبود مس در انجام کارهای خود ناتوانند یا بسیار ضعیف عمل میکنند, مس باعث کمک در جذب و استفاده آهن در بدن میشود. مس یکی از مواد اولیه بسیاری از آنزیمهای حیاتی بدن است. مس یک آنتی اکسیدان است و رادیکال های آزاد را نابود میکند که این به بدن کمک میکند تا با رادیکالهای آزاد و آسیبهای آنها مانند پیری زودرس, سرطان, تخریب سلولهای بدن و غیره مقابله کند. مس توسط سلولهای انسان از جمله سلولهای مغزی مورد استفاده قرار می گیرد تا آنجا که در عمللکردهای مغز نقش پایه ای دارد. سلولهای خون برای رشد و ادامه حیات نیازمند مس هستند.

تامین مس مورد نیاز بدن

با وجود آنکه نیاز بدن به مس در مقایسه با دیگر مواد معدنی کمتر است اما همین میزان کم نیز به طور کامل به آن نمیرسد و متاسفانه بیشتر ما ایرانیها دچار کمبود مس هستیم. به رغم بعضی تبلیغات موجود, رژیم های غذایی معمولی در تامین مس مورد نیاز بدن ناتوانند دلیل آن هم بهبود حافظه و عملکرد مغز پس از دریافت مس و نیز کمک ریز مغذی مس به بیماران بیماران قلبی, ریوی در افزایش دمای بدن و در پی دیر شدن وعده غذایی آنهاست.
بیماران قلبی ریوی و مبتلایان به آسم حتی پس از برطرف شدن اصل بیماری بوسیله عمل جراحی یا رفتن به محیط بدون آلودگی هوا ممکن است در پی دیر شدن وعده غذایی دچار کاهش دمای بدن شوند.
یکی دیگر از دلایل ضعف در رژیم غذایی معمولی کم شدن نسبی اشتها پس از وارد کردن ریزمغذی مس به برنامه غذایی است. احتمالا کمبود مس مغز را وادار میکند دستور پرخوری را به بدن بدهد. این میتواند کمک چشمگیری برای به تعادل رساندن وزن در افراد چاق باشد.

شیوه عملی افزودن ریزمغذی مس به رژیم غذایی

متأسفانه امروزه به دلیل گران بودن قلع, برخی افراد ناباب برای سفید کردن ظروف مسی از سرب استفاده می‌کنند و پخت غذا در چنین ظروفی میتواند همراه با مسمومیت جدی باشد. مغزی شیرهای معمولی از جنس برنج است دولت نیز بخاطر سلامتی جامعه روی شیرآلات ساختمانی نظارت دارد. یک تکه از مغزی برنجی را در سماور بیاندازید تا در آن بجوشد. این نیاز بدن به مس را تامین میکند در ضمن یون روی نیز به آب اضافه میکند که آن نیز سودمند است.

مسمومیت مس

بدن میتواند مس اضافی را دفع کند اما به دلیل تداخل در جذب مس و روی, دریافت بیش از اندازه مس باعث عدم جذب روی میشود و بالعکس, در هر دو حالت پیامدهای آن برای بدن میتواند جدی و حتی کشنده باشد.

ایزوتوپها

علاوه بر تعداد زیادی رادوایزوتوپ, دو ایزوتوپ پایدار Cu ۶۳ و Cu ۶۵ موجود است. تعداد بسیار زیادی از این رادیوازوتوپ‌ها دارای نیمه عمرهایی به مقیاس دقیقه یا کمتر دارند, طولانی‌ترین نیمه یعمر متعلق به Cu ۶۴ است که مدت آن ۷/۱۲ ساعت, با دو حالت فرسایشی که منجر به محصولات جداگانه می‌شود.

کارایی مس

مس خالص را می‌توان به کمک باز پخت به صورت نورد گرم چکش کاری و خروج از قالب شکل داد. که قابل استفاده در محوطه سازی و کارهای فضای باز را پیدا می‌کند. همچنین برای سختی بیشتر در حرارت بیشتری تا حد سرخی آن را نگه داشته و سپس داخل آب می‌کنند.

مصارف مس در ساختمان

مس برای لوله کشی آب سرد وگرم, مخازن آب گرم, پوشش بام, آب بندی و همچنین به عنوان هادی الکتریسیته کاربرد دارد. مقدار اندکی از مس به فلزات دیگر برای اهداف مختلف مثل افزایش مقاومت در برابر پوسیدگی در فولاد سازه‌ای, سهولت کار با چدن و افزایش مقاومت در آلومینیم, اضافه می‌شود. ورقه نازکی از مس یا آلیاژهای آن به صورت آبکاری روی فلزات مختلف و یا پلاستیک کشیده می‌شود و سطوح آنها را هادی می‌نماید که در صنعت کاربرد زیادی دارد. از مس برای تهیه رنگ‌های شیشه و سرامیک نیز استفاده می‌شود. همچنین از نمک‌های مس برای محافظت چوب‌ها بهره می‌برند.

هشدارها

با تمامی ترکیبات مس باید طوری رفتار شود گویی سمی هستند (مگر خلاف آن مشخص باشد). این فلز در حالت پودری خطر آتش زایی دارد.۳۰ گرم سولفات مس برای انسان کشنده‌است. مس موجود در آب آشامیدنی با غلظتی بیش از ۱ میلی گرم در لیتر موجب لک شدن لباسها و اقلام در آب می‌گردد. مقدار بی خطر مس در آب آشامیدنی انسان بر حسب منبع آن متفاوت است اما مرز آن بین ۵/۱ تا ۲ میلی گرم در هر لیتر می‌باشد.