ทองแดง

ทองแดง นิกเกิล ← → สังกะสี - ↑ Cu ↓ Ag
ทั่วไป
ชื่อ, สัญลักษณ์, เลขอะตอม	ทองแดง, Cu, 29
อนุกรมเคมี	โลหะทรานซิชัน
หมู่, คาบ, บล็อก	11, 4, d
ลักษณะ	copper, metallic
มวลอะตอม	63.546(3) กรัม/โมล
การจัดเรียงอิเล็กตรอน	[Ar] 3d^10 4s^1
อิเล็กตรอนต่อระดับพลังงาน	2, 8, 18, 1
คุณสมบัติทางกายภาพ
สถานะ	ของแข็ง
ความหนาแน่น (ใกล้ r.t.)	8.96 ก./ซม.³
ความหนาแน่นของของเหลวที่m.p.	8.02 ก./ซม.³
จุดหลอมเหลว	1357.77 K (1084.62 °C)
จุดเดือด	2835 K(2562 °C)
ความร้อนของการหลอมเหลว	13.26 กิโลจูล/โมล
ความร้อนของการกลายเป็นไอ	300.4 กิโลจูล/โมล
ความร้อนจำเพาะ	(25 °C) 24.440 J/(mol·K)
ความดันไอ P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k ที่ T K 1509 1661 1850 2089 2404 2836
คุณสมบัติของอะตอม
โครงสร้างผลึก	สี่เหลี่ยมลูกบาศก์
สถานะออกซิเดชัน	2, 1 (ออกไซด์เป็นเบสปานกลาง)
อิเล็กโตรเนกาติวิตี	1.90 (พอลิงสเกล)
พลังงานไอออไนเซชัน (เพิ่มเติม)	ระดับที่ 1: 745.5 กิโลจูล/โมล
	ระดับที่ 2: 1957.9 กิโลจูล/โมล
	ระดับที่ 3: 3555 กิโลจูล/โมล
รัศมีอะตอม	135 pm
รัศมีอะตอม (คำนวณ)	145 pm
รัศมีโควาเลนต์	138 pm
รัศมีวานเดอร์วาลส์	140 pm
อื่น ๆ
การจัดเรียงทางแม่เหล็ก	diamagnetic
ความต้านทานไฟฟ้า	(20 °C) 16.78 nΩ·m
การนำความร้อน	(300 K) 401 W/(m·K)
การขยายตัวจากความร้อน	(25 °C) 16.5 µm/(m·K)
อัตราเร็วของเสียง (แท่งบาง)	(r.t.) (annealed) 3810 m/s
มอดุลัสของยัง	130 GPa
โมดูลัสของแรงเฉือน	48 GPa
โมดูลัสของแรงบีบอัด	140 GPa
อัตราส่วนปัวซง	0.34
ความแข็งโมส	3.0
ความแข็งวิกเกอร์ส	369 MPa
ความแข็งบริเนล	874 MPa
เลขทะเบียน CAS	7440-50-8
ไอโซโทปเสถียรที่สุด
บทความหลัก: ไอโซโทปของทองแดง iso NA ครึ่งชีวิต DM DE (MeV) DP ^63Cu 69.17% Cu เสถียร โดยมี 34 นิวตรอน ^65Cu 30.83% Cu เสถียร โดยมี 36 นิวตรอน
แหล่งอ้างอิง

ทองแดง (อังกฤษ: copper) คือธาตุที่มีเลขอะตอม 29 และสัญลักษณ์คือ Cu ทองแดงอยู่ในตารางธาตุหมู่ 11 เป็นที่ทราบกันว่ามนุษย์ใช้ประโยชน์จากทองแดงมาไม่น้อยกว่า 10,000 ปี พบหลักฐานว่ามนุษย์สามารถหลอมสกัดทองแดงให้บริสุทธิ์ได้เมื่อประมาณ 5000 ปีก่อนคริสตกาล ซึ่งเป็นช่วงก่อนที่มนุษย์จะรู้จักกับทองคำ โดยมนุษย์รู้จักทองคำ เมื่อประมาณ 4000 ปีก่อนคริสตกาล

การถลุงทองแดง

ทองแดง

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 ฯลฯ บทบาทของทองแดงกับเครื่องประดับอาจจะไม่เป็นที่ประจักษ์ชัด แต่หลายคนอาจลืมไปว่า โลหะผสมมีค่าหลายชนิด มีทองแดงเป็นส่วนประกอบสำคัญที่จะขาดไปไม่ได้

• นาก ลักษณะเด่นของนาก คือมีสีออกทองแดงผสมทอง โดยมีทองคำผสมอยู่ในอัตราประมาณ 37% และนอกจากนั้นจะเป็นส่วนประกอบของทองแดง และเงิน
• ทองชมพู ลักษณะเด่นของทองชมพู คือจะมีสีสุกใส ทองอมชมพู สีชมพูอ่อน นั้นได้มาจากการผสมทองแดงในสัดส่วนที่น้อยกว่าทองแดงที่ผสมในโลหะนาก โดยใช้ทองเป็นส่วนผสมประมาณ 75% และโลหะอื่น ๆ เป็นลำดับต่อมา ลำดับสุดท้ายคือ ทองแดง
• เรดโกลด์ ลักษณะเด่นของเรดโกลด์ จะคล้ายคลึงกับทองชมพูมาก มีส่วนผสมของโลหะแต่ละชนิดเหมือนกัน โดยปัจจัยหลักที่ทำให้ทองสองชนิดต่างกันคือปริมาณของทองแดง โดยจะเพิ่มทองแดงในอัตราส่วนที่มากกว่าทองชมพู

อ้างอิง

1. "ทองแดงกับเครื่องประดับ". คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2013-04-17. สืบค้นเมื่อ 2013-04-08.

• 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

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับ ทองแดง

• 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 เก็บถาวร 2021-02-10 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน.
• The Third Millennium Online page on Copper เก็บถาวร 2010-09-17 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• Price history of copper, according to the IMF