Zgodovina bakra, lastnosti, struktura, uporabe, biološki papir

On baker Gre za prehodno kovino, ki spada v skupino 11 periodične tabele in jo predstavlja kemični simbol Cu. Zanj je značilen in ločen s tem, da je rdeča oranžna kovina, zelo nodularna in poševna, saj je tudi odličen prevodnik električne energije in toplote.

V svoji kovinski obliki ga najdemo kot primarni mineral v bazaltnih kamninah. Medtem so zarjavele v žveplovih spojinah (tisti z najvišjim rudarskim izkoriščanjem), arseniuros, kloridi in karbonatom; to je ogromna kategorija mineralov.

Budilka iz bakra. Vir: Pixabay.

Med minerali, ki ga vsebujejo, lahko omenjamo kalkopit, halkopirit, strmi, couprita, malahit in azure. Baker je prisoten tudi v alg pepelu, morskih koralih in členonožcih.

Ta kovina ima v zemeljski skorji obilo 80 ppm in povprečno koncentracijo v morski vodi 2,5 ∙ 10^-4 mg/l. V naravi je predstavljen kot dva naravna izotopa: ⁶³Cu, z obilico 69,15 %in ⁶⁵Cu, z obilico 30,85%.

Obstajajo dokazi, da je bil baker v 8000 do. C. In zlitina s kositrom, ki tvori bronasto, v 4000 do. C. Šteje se, da samo meteorno železo in zlato, pred njim kot prve kovine, ki jih uporablja človek. Zato je sinonim za arhaično in oranžno svetlost hkrati.

Baker se uporablja predvsem pri izdelavi kablov za vožnjo z električno energijo v električnih motorjih. Takšni kabli, majhni ali veliki, sestavljajo stroje ali industrijske naprave in v vsakdanjem življenju.

Baker posega v elektronsko transportno verigo, ki omogoča sintezo ATP; Glavna energetska spojina živih bitij. To je sodelavec dismutaze Oversid: Encim, ki se razgradi na superoksidni ion, zelo strupena spojina za živa bitja.

Poleg tega Copper ustreza hemocianinu vlogo pri transportu kisika v nekaterih arahnidi, rakih in mehkužcih, kar je podobno tistim, ki ga je izdelal železo v hemoglobinu.

Kljub vsem njegovim koristnim dejanjem za človeka, bakra, ko se nabira v človeškem telesu, takšen primer Wilsonove bolezni, lahko med drugimi spremembami povzroči cirozo jeter, možganske motnje in očesne poškodbe.

[TOC]

Zgodovina

Bakrena starost

Domači baker je bil uporabljen za izdelavo artefaktov kot nadomestek kamna v neolitiku, verjetno med leti 9000 in 8000 do. C. Baker je ena prvih kovin, ki jih uporablja človek, po železu, ki je prisoten v meteoriti in zlatu.

Obstajajo dokazi o uporabi rudarjenja pri pridobivanju bakra v 5000 do. C. Že za prejšnji datum so bili zgrajeni bakreni članki; Takšen je primer pobočja, narejenega v Iraku, ki je spodbudno od 8700 do. C.

Po drugi strani velja, da se je metalurgija rodila v Mezopotamiji (sedanji Irak) v 4000 do. C., Ko se je kovina mineralov zmanjšala z uporabo ognja in premoga. Nato je baker namerno legiran s kositrom, da proizvede bronasto (4000 do. C.).

Nekateri zgodovinarji opozarjajo na bakreno dobo, ki bi bila kronološko nameščena med neolitiko in bronasto dobo. Nato je železna doba nadomestila bronasto med letoma 2000 in 1000. C.

Bronasta doba

Bronasta doba se je začela 4000 let po tem, ko se je baker možno tapiti. Bronasti članki kulture Vinca izvirajo od 4500 do. C.; Medtem ko so v Sumeriji in Egiptu, obstajajo izdelani bronasti predmeti 3000 let. C.

Uporaba radioaktivnega ogljika je med leti 2280 in 1890 omogočila vzpostavitev obstoja rudarjenja bakra v Alderley Edge, Cheshireu in Združenem kraljestvu. C.

Opozoriti je mogoče, da je Ötzi, "ledeni človek" z ocenjenim datumom med 3300 in 3200 do. C., Imel sem sekiro s čisto bakreno glavo.

Rimljani od sedmega stoletja do. C. Uporabili so koščke bakra, kot je valuta. Julio Cesar je uporabljal medeninaste kovance, bakreno zlitino in cink. Poleg tega so bili kovanci Octavio narejeni z zlitino bakra, svinca in kositra.

Proizvodnja in ime

Proizvodnja bakra v rimskem cesarstvu je dosegla 150.000 ton na leto, kar je le med industrijsko revolucijo. Rimljani so prinesli ciprski baker, saj so ga vedeli kot AES CIPRIUM ("Chipre Metal").

Nato je izraz degenerirano v cuprumu: ime, ki se uporablja za označevanje bakra do 1530, ko je bil uveden izraz angleškega koreninskega 'bakra', za označevanje kovine.

Velika bakrena gora na Švedskem, ki je delovala od 10. stoletja do 1992, je zajela 60% porabe Evrope v sedemnajstem stoletju. Norddeutsche Affinerie Plant v Hamburgu (1876) je bila prva sodobna rastlina galvanoplastike, ki je uporabljala baker.

Vam lahko služi: sukcinska kislina: struktura, lastnosti, pridobivanje, uporabe

Fizikalne in kemijske lastnosti

Videz

Baker je bujno oranžno rdeča kovina, večina domačih kovin.

Atomsko število (z)

29

Atomska teža

63.546 u

Tališče

1.084.62 ° C

Skupni plini, kot so kisik, dušik, ogljikov dioksid in žveplov dioksid.

Vrelišče

2.562 ° C

Gostota

- 8,96 g/ml pri sobni temperaturi.

- 8,02 g/ml na talilni točki (tekočina).

Upoštevajte, da ni znatnega zmanjšanja gostote med trdno in tekočo fazo; Oba predstavljata zelo goste materiale.

Fuzijska toplota

13,26 kJ/mol.

Toplota za uparjanje

300 kJ/mol.

Molarna kalorična sposobnost

24,44 J/(mol ∙ k).

Toplotno raztezanje

16,5 µm/(m ∙ k) pri 25 ° C.

Toplotna prevodnost

401 w/(m ∙ k).

Električna upornost

16,78 ω ∙ m do 20 ° C.

Električna prevodnost

59,6 ∙ 10⁶ Ye.

Copper predstavlja zelo visoko električno prevodnost, ki jo je presegla le La Plata.

Mohs trdota

3.0.

Zato je mehka in tudi precej nodularna kovina. Odpornost in trdota se povečujeta s hladnim delom zaradi tvorbe podolgovatih kristalov iste kubične strukture, osredotočene na obraz, ki je prisoten v bakerju.

Kemične reakcije

Preskus bakrenega plamena, ki ga prepoznamo po barvah njegovega modrikasto zelenega plamena. Vir: SWN (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/datoteka: flametist-co-cu.SWN.JPG)

Baker ne reagira z vodo, ampak z atmosferskim kisikom, ki pokriva plast oksida s črno-mletje, ki zagotavlja zaščito pred korozijo na osnovnih plasti kovine:

2CU (s) + o₂(g) → 2CUO

Baker ni topen v razredčenih kislinah, vendar reagira z vročimi in koncentriranimi žveplovimi in dušikovimi kislinami. Topno je tudi v amoniaku v vodni raztopini in v kalijevem cianidu.

Lahko se upirate atmosferskim zračnim delovanjem in morsko vodo. Vendar pa njegova dolgotrajna razstava povzroči nastanek fine zelene zaščitne plasti (drsalka).

Sprednja plast je mešanica bakrenega karbonata in sulfata, ki jo opazimo v starih stavbah ali skulpturah, kot je newyorški kip svobode.

Baker reagira rdeče ogrevanje s kisikom, da daje cupric oksid (CUO) in pri višjih temperaturah oblikuje kuprozni oksid (CU₂Da). Prav tako reagira vroče z žveplom, da povzroči bakreni sulfid; Zato je omamljena, ko je izpostavljena nekaterim žveplovim spojinam.

Baker I gori z modrim plamenom v plamenu; Medtem ko Copper II oddaja zeleni plamen.

Elektronska struktura in konfiguracija

Bakreni kristali kristalizirajo v kubični strukturi, osredotočeni na obraze (FCC) Obraz Cenred kubic). V tem kristalu FCC so atomi združeni zaradi kovinske vezi, ki je sorazmerno šibkejša od drugih prehodnih kovin; narejena v svoji veliki duktilnosti in nizki talilni točki (1084 ° C).

V skladu z elektronsko konfiguracijo:

[AR] 3D¹⁰ 4s¹

Vse 3D orbitale so polne elektrone, medtem ko je v orbitalu 4S prosto delovno mesto. To pomeni, da 3D orbitale ne sodelujejo v kovinski povezavi kot skupaj z drugimi kovinami. Tako se atomi Cu vzdolž stekla prekrivajo njihove 4S orbitale, da ustvarijo pasove, kar vpliva na razmeroma šibko silo njihovih interakcij.

Pravzaprav je posledična energijska razlika med elektroni 3D orbitalnega (polnega) in 4S (semena) odgovorna za bakrene kristale, ki absorbirajo fotone vidnega spektra, kar odraža njihovo značilno oranžno barvo.

Bakreni kristali FCC imajo lahko različne velikosti, kar bo manjše močnejše kovinski kos. Ko so zelo majhni, se pogovarjajo o nanodelcih, občutljivi na oksidacijo in rezervirani za selektivne aplikacije.

Oksidacijske številke

Prvo število ali stanje oksidacije, ki ga lahko pričakujemo od bakra, je +1, po izgubi elektrona njegovega 4S orbitala. Če ga imamo v spojini, se predpostavlja obstoj kationa⁺ (Običajno imenovano cuproso).

Ta in oksidacijska številka +2 (Cu²⁺) so najbolj znani in obilni za baker; Na splošno so edini, ki jih poučujejo na srednji šoli. Vendar pa obstajajo tudi oksidacijske številke +3 (Cu³⁺) in +4 (Cu⁴⁺), ki niso tako redki, kot si lahko mislite na prvi pogled.

Na primer soli cuprato aniona, cuo₂^-, Predstavljajo bakrene spojine (III) ali +3; Takšen je primer kalijevega couprato, kcuo₂ (K⁺Cu³⁺Tudi₂^2-).

Tudi baker ima lahko v manjši meri in v zelo redkih primerih negativno oksidacijsko število: -2 (Cu^2-).

Vam lahko služi: etil acetat

Kako je pridobljeno

Surovina

Najbolj uporabljeni minerali za ekstrakcijo bakra so kovinski sulfidi, predvsem halkopirit (skodelice₂) In Bornita (Cu₅Fes₄). Ti minerali prispevajo 50% celotnega izvlečenega bakra. Uporabljajo se tudi za pridobivanje bakra Calellita (CUS) in Calcocita (CU₂S).

Drobljenje in brušenje

Sprva se skale zdrobijo, dokler ne dobijo 1,2 cm drobcev kamnine. Nato nadaljujte z brušenjem drobcev kamnine, dokler ne dobite delcev 0,18 mm. Voda in reagenti se dodajo, da dobimo pasto, ki se nato izvede za pridobitev koncentrata bakra.

Plavanje

Na tej stopnji se oblikujejo mehurčki, ki lovijo bakrene in sulfurizirane minerale, ki so prisotni v kaši. Izvede se več postopkov zbiranja pene in ga suši, da dobimo koncentrat, ki nadaljuje s čiščenjem.

Čiščenje

Za ločitev bakra od drugih kovin in nečistoč je suh koncentrat podvržen visokim temperaturam v posebnih pečicah. Ognjeni rafiniran baker (RAF) je na ploščah oblikovan približno 225 kg, ki bo predstavljala anode.

Elektroliza

Elektroliza se uporablja pri rafiniranju bakra. Anode iz livarne se odpeljejo v elektrolitske celice za rafiniranje. Baker se premakne v katodo in nečistoče na dnu celic. V tem postopku dobimo bakrene katode z 99,99% čistosti.

Bakrene zlitine

Bronza

Bron je zlitina bakra in kositra, ki predstavlja baker med 80 in 97% istega. Uporabljali so ga pri proizvodnji orožja in pripomočkov. Trenutno se uporablja pri izdelavi mehanskih delov, odpornih na drgnjenje in korozijo.

Poleg tega se uporablja pri gradnji glasbenih instrumentov, kot so zvonovi, gongi, jedi, saksofoni in strune harp, kitare in klavir.

Medenina

Medenina je bakrena in cinkova zlitina. V industrijskih nedrčkih je odstotek cinka manjši od 50%. Uporablja se pri izdelavi kovinskih zabojnikov in struktur.

Monel

Monel Alloy je zlitina nikljala, z razmerjem 2: 1 med nikljem in bakrom. Je odporen proti koroziji in se uporablja v toplotnih izmenjevalnikih, palici in lokih.

Costatan

Preverjanje je zlitina, sestavljena iz 55% bakra in 45% niklja. Uporablja se za izdelavo kovancev in zanj je značilna stalna odpornost. Tudi zlitina Cuproníquel se uporablja za zunanjo prevleko kovancev z nizkim poimenovanjem.

Beco

Zlitina bakra-Berilio ima 2% berilni odstotek. Ta zlitina združuje moč, trdoto, električno prevodnost in korozijsko odpornost. Zlitina se običajno uporablja v električnih konektorjih, telekomunikacijskih izdelkih, komponentah majhnih računalnikov in vzmeti.

Orodja, kot so tipke, izvijači in kladiva, ki se uporabljajo na rudnikih nafte in premoga, imajo začetnice Becec kot zagotovilo, da ne proizvajajo iskre.

Drugi

90% srebrne zlitine in 10% bakra so bili uporabljeni v valutah, do leta 1965, ko je bila uporaba srebra v vseh valutah izločena.

Baker in 7% aluminijasta zlitina je zlata barva in se uporablja v dekoraciji. Medtem je Shakudo japonska dekorativna zlitina bakra in zlata, v nizkem odstotku (4 do 10%).

Prijave

Električno ožičenje in motorji

Bakreno električno ožičenje. Vir: Scott Ehardt [javna domena]

Baker zaradi visokih električnih in nizkih stroškov je najprimernejša kovina za uporabo pri električnem ožičenju. Bakreni kabel se uporablja v raznolikih fazah električne energije, kot so proizvodnja električne energije, prenos, distribucija itd.

50% bakra, proizvedenega na svetu, se uporablja pri izdelavi električnih kablov in žic zaradi visoke električne prevodnosti, enostavnosti žice (duktilnosti), odpornosti na deformacijo in korozijo.

Baker se uporablja tudi pri izdelavi integriranih vezij in tiskanih krožnikov. Kovina se uporablja pri toplotnih in toplotnih izmenjevalnikih zaradi visoke toplotne prevodnosti, ki olajša odvajanje toplote.

Baker se uporablja v elektromagneti, vakuumskih ceveh, katodnih in magnetnih ceveh mikrovalovnih peči.

Prav tako se uporablja pri gradnji električnih motorjev in sistemov, ki motorje postavljajo, kar predstavlja te predmete približno 40% svetovne porabe električne energije.

Gradnja

Baker se zaradi odpornosti proti koroziji in atmosferskem zraku že dolgo uporablja na strehah hiše, dopinga, kupola, vrat, oken itd.

Trenutno se uporablja pri oblogi sten in okrasnih predmetov, kot so dodatki za kopalnico, vrata in svetilke. Poleg tega se uporablja v protimikrobnih izdelkih.

Vam lahko služi: kalcijev klorid (cacl2)

Bioesttično delovanje

Baker preprečuje, da bi se številne življenjske oblike ne morejo rasti na njem. Uporabljali so ga v listih, ki so bili nameščeni v spodnjem delu čolnov ladij, da bi preprečili rast mehkužcev, kot so školjke, pa tudi perclabes.

Slike na osnovi bakra se trenutno uporabljajo za zgoraj omenjeno zaščito ladij. Kovinski baker lahko nevtralizira številne bakterije s stikom.

Njegov mehanizem delovanja, ki temelji na njegovih ionskih, korozivnih in fizikalnih lastnostih. Zaključek je bil, da so oksidacijsko vedenje bakra, skupaj z lastnosti topnosti njegovih oksidov, dejavniki, ki povzročajo antibakterijski kovinski baker.

Kovinski baker deluje na nekatere seve In. coli, S. aureus in Clostridium difficile, Virus skupine A, adenovirus in glive. Zato je bilo predvideno, da bo uporabila bakrene zlitine, ki so v stiku z rokami potnikov v različnih prevoznih sredstvih.

Nanodelci

Protimikrobno delovanje bakra se še okrepi, ko se uporabljajo njihovi nanodelci, ki so se izkazali za koristne za endodontsko zdravljenje.

Prav tako so bakreni nanodelci odlični adsorbenti, in ker so oranžne, barvna sprememba v njih predstavlja latentno kolorimetrično metodo; Na primer, razvit za odkrivanje ditiokarbamatov pesticidov.

Biološki papir

V elektronski transportni verigi

Baker je bistveni element za življenje. Posega v elektronsko transportno verigo, saj je del kompleksa IV. V tem kompleksu se izvede zadnji korak elektronske transportne verige: zmanjšanje molekule kisika, da tvori vodo.

IV kompleks je sestavljen iz dveh skupin, citokroma A, citokroma do₃, pa tudi dva centra CEN; Eden se imenuje CUA in drugi mladič. Citokrom a₃ in Cub tvori binuklearni center, v katerem se zgodi zmanjšanje kisika na vodo.

Na tej stopnji Cu prehaja iz svojega oksidacijskega stanja +1 do +2, kar daje elektrone molekuli kisika. Elektronska transportna veriga uporablja NADH in FADH₂, Iz cikla Krebs kot darovalci elektronov, s katerimi ustvarja elektrokemični gradient vodika.

Ta gradient služi kot vir energije za nastajanje ATP v procesu, znanem kot oksidativna fosforilacija. Torej in na koncu je prisotnost bakra potrebna za proizvodnjo ATP v evkariontskih celicah.

V encimski superoksidni dismutazi

Baker je del encimske superoksidne dismutaze, encima, ki katalizira razgradnjo superoksidnega iona (ali₂^-), Strupena spojina za živa bitja.

Supmutasa propadia katalizira razgradnjo superoksidnega iona, da ga spremeni v kisik in/ali vodikov peroksid.

Dismutazni superoksid lahko uporabi zmanjšanje bakra za oksidacijo kisikovega superoksida ali pa lahko povzroči oksidacijo bakra za tvorbo vodikovega peroksida iz superoksida.

V hemocianinu

Hemocianin je beljakovine, ki so prisotni v krvi nekaterih arahnidov, rakov in mehkužcev. Izpolnjuje funkcijo, podobno hemoglobinu pri teh živalih, toda namesto da ima železo na mestu prevoza kisika, ima baker.

Hemocianin ima na svojem aktivnem mestu dva bakrena atoma. Zaradi tega je barva hemocianina zelenkasto modra. Bakreni kovinski centri niso v neposrednem stiku, vendar imajo bližnjo lokacijo. Molekula kisika je prepletena med dvema atoma bakra.

Koncentracija v človeškem telesu

Človeško telo vsebuje med 1,4 in 2,1 mg Cu/kg telesne teže. Baker se absorbira v tankem črevesju in se nato odpelje v jetra, pritrjena na albumin. Od tam se baker prevaža do preostalega človeškega telesa, pritrjenega na plazemski protein ceruloplazmin.

Presežek bakra se izloča skozi žolč. V nekaterih primerih pa se v telesu kopiči v telesu, tako kot pri Wilsonovi bolezni.

Reference

1. Ghoto, s.Do., Khuhawar, m.In., Jahangir, t.M. et al. (2019). Uporaba bakrenih nanodelcev za kolorimetrično odkrivanje ditiokarbamatnih pesicidov. J NanoStruct Chem 9: 77. doi.org/10.1007/S40097-019-0299-4
2. Sánchez-sanhueza, Gabriela, Fuentes-Rodríguez, Daniela in Bello-Toledo, Helia. (2016). Bakreni nanodelci kot protimikrobno potencialno sredstvo pri razprševanju koreninskih kanalov: sistematičen pregled. International Journal of Oodontastomatology, 10 (3), 547–554. Dx.doi.org/10.4067/S0718-381X2016000300024
3. Wikipedija. (2019). baker. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org
4. Terence Bell. (19. septembra 2018). Fizikalne lastnosti berilijevega bakra. Okreval od: uravnoteženosti.com
5. Čelada, Anne Marie, ph.D. (3. julij 2019). Bakrena dejstva: kemične in fizikalne lastnosti. Okreval od: Thoughtco.com
6. Uredniki Enyclopeedia Britannica. (26. julij 2019). Baker: kemični element. Britannica Encyclopeedia. Okrevano od: Britannica.com
7. Urednik. (10. november 2018). Kalkopirit. Okrevano od: rudarjenje linea.com
8. Lentech b.V. (2019). Tabela obdobja: baker. Okrevano od: Lentech.com