يعتبر النحاس من العناصر المعدنية الأساسية التي تُعنى بعلوم الكيمياء، حيث يقع عند العدد الذري 29 ويتميز بكتلة ذرية تبلغ 63.546 جرام لكل مول. يُستخدم النحاس في مجموعة واسعة من الصناعات، بدءًا من تصنيع الأجهزة الكهربائية وحتى صناعة الأسلاك.
بالإضافة إلى ذلك، يحتل النحاس مكانة هامة في النظام الغذائي للإنسان، ولذلك يسعى الكثيرون لمعرفة خصائصه وميزاته. في هذا المقال، سنستعرض معلومات شاملة حول عنصر النحاس، وعدده الذري، وخصائصه.
تعريف عنصر النحاس
- النحاس هو عنصر كيميائي يُعرف بإدخاله في تشكيل العديد من السبائك، بما في ذلك السبائك الثمينة حيث يُضاف بكميات صغيرة إلى الذهب لزيادة صلابته.
- كما يدخل النحاس في صناعة سبيكة تُعرف باسم البرازيل (النحاس الأصفر) التي تتكون من الزنك، فضلاً عن استخدامه في صنع الدروع الحربية خلال العصور الوسطى.
- نظرًا لخواصه كموصل جيد للكهرباء، يتم استخدام النحاس في تصنيع العناصر الموسيقية والعديد من الأجهزة الكهربائية.
- حالياً، يُعتبر النحاس مكوناً مهماً في صناعة كابلات الأسلاك الكهربائية ومواد البناء، وذلك لقدرته على مقاومة التآكل.
- يدخل النحاس أيضًا في صناعة المجوهرات والقطع النقدية المعدنية.
الخصائص العامة لعنصر النحاس
يتسم عنصر النحاس بعدد من الخصائص العامة والتي سنستعرضها فيما يلي:
- العدد الذري: 29.
- الرمز الكيميائي: Cu.
- التصنيف: فلز انتقالي.
- المجموعة: 11.
- الدورة: 4.
- المستوى: d.
- الكتلة الذرية: 63.546 جرام لكل مول.
- التوزيع الإلكتروني: [Ar]: 3d10 4s1.
- توزيع الإلكترونات في أغلفة التكافؤ: 1,18,8,2.
الخصائص الفيزيائية لعنصر النحاس
يمتاز النحاس بعدد من الخصائص الفيزيائية التي نوضحها فيما يلي:
- الحالة: صلب.
- الكثافة عند درجة حرارة الغرفة: 8.94 جرام لكل سنتيمتر مكعب.
- الكثافة عند الانصهار: 8.02 جرام لكل سم مكعب.
- نقطة الانصهار: 1357.77 ك، 1084.62 °س، و1984.32 °ف.
- نقطة الغليان: 2835 ك، 2562 °س، و4643 °ف.
- حرارة التبخر: 300.4 كيلو جول لكل مول.
- حرارة الانصهار: 13.26 كيلو جول لكل مول.
- السعة الحرارية عند 25 درجة مئوية: 24.440 جول لكل مول·كلفن.
الخصائص الذرية لعنصر النحاس
تمتد خصائص النحاس لتشمل الجوانب الذرية التالية:
- أرقام الأكسدة: +1، +2، +3، +4، مع كون الأكاسيد الناتجة قاعدية ضعيفة.
- طاقات التأين:
- التأين الأول: 745.5 كيلو جول لكل مول.
- التأين الثاني: 1957.9 كيلو جول لكل مول.
- التأين الثالث: 3555 كيلو جول لكل مول.
- نصف القطر الذري: 128 بيكو متر.
- نصف القطر التساهمي: 132 ± 4 بيكو متر.
- نصف قطر فان دير فالس: 140 بيكو متر.
خصائص أخرى تخص عنصر النحاس
هناك مجموعة من الخصائص الأخرى المرتبطة بعنصر النحاس، والتي تشمل:
- البنية البلورية: مكعب مركزي الوجه.
- المغناطيسية: مغناطيسية معاكسة.
- المقاومة الكهربائية: 16.78 نانو أوم لكل متر عند 20 °س.
- الناقلية الحرارية: 401 واط لكل متر·كلفن عند 300 كلفن.
- التمدد الحراري: 16.5 ميكرومتر لكل متر·كلفن عند 25 °س.
- سرعة الصوت في سلك رفيع: 3810 متر في الثانية.
- معامل يونغ: 110–128 غيغاباسكال.
- معامل النقص: 48 غيغاباسكال.
- معامل الحجم: 140 غيغاباسكال.
- نسبة بواسون: 0.34.
- صلادة موس: 3.
- صلادة فيكرز: 369 ميغاباسكال.
- صلادة برينل: 874 ميغاباسكال.
- رقم CAS: 7440-50-8.
معلومات إضافية عن عنصر النحاس
- يعتبر النحاس من بين أول المعادن التي تم اكتشافها واستخدامها من قبل البشر.
- يحتل النحاس المركز الثاني من حيث الاستخدام والفوائد بعد الحديد.
- تاريخ اكتشاف النحاس يعود إلى حوالي 10 آلاف عام قبل الميلاد.
- يتسم النحاس بلون أحمر، وعند تفاعله مع عناصر أخرى، تتغير خصائصه ولونه، ليشكل مركبًا جديدًا.
- الإسم “نحاس” مستمد من الاسم اللاتيني للجزيرة القبرصية.
- يتواجد النحاس في الطبيعة بأشكال متعددة، إما متحالفًا مع عناصر أخرى أو بشكل منفرد.
- يمكن الحصول على النحاس النقي من خلال التحليل الكهربائي أو العملية الكهروكيميائية.
- النحاس مادة ليّنة وقابلة للطرق، ويتفاعل كيميائيًا مع العوامل البيئية ليشكل الصدأ المعروف بغسول النحاس، والذي يكون لونه أخضر.
- أشار القرآن الكريم إلى النحاس في سورة الكهف، آية 96.
الأهمية الغذائية لعنصر النحاس
يدخل النحاس في العديد من العمليات الحيوية، وله أهمية غذائية كبيرة، منها:
- يُعتبر النحاس مكونًا حيويًا للعديد من الإنزيمات، مما يدعم صحة القلب والعظام والدماغ والأعصاب وكريات الدم الحمراء.
- يساهم النحاس في تقليل الآلام وعلاجها، ويحمي الخلايا من التأكسد، مما يساعد الجسم على مكافحة الأمراض المزمنة مثل السرطان وأمراض الشيخوخة والقلب.
- يعزز النحاس قوة العظام، مما يمنع هشاشتها ويعمل على الحفاظ على صحتها.
