วิธีการใช้และการสังเคราะห์ทองแดง รวมถึงการใช้และคุณสมบัติทางกายภาพของทองแดง เป็นต้น
บทคัดย่อ: ทองแดงเป็นธาตุในกลุ่ม 1B ของคาบที่ 4 ของตารางธาตุ และเป็นโลหะหนักที่ไม่ใช่เหล็กที่สำคัญ สัญลักษณ์ธาตุคือ Cu เลขอะตอมคือ 29 และมวลอะตอมสัมพัทธ์คือ 63.546 ทองแดงจะแข็งที่อุณหภูมิห้อง ส่วนตัดขวางใหม่จะเป็นสีม่วงแดง และออกซิไดซ์ได้ง่ายเมื่อถูกความร้อน ทองแดงมีค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดีเยี่ยม ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี ต้านทานการเสียรูปต่ำ และสามารถทนต่อการเสียรูปเย็นในระดับสูงโดยไม่แตกร้าว เป็นวัสดุโลหะหนักที่ไม่ใช่เหล็กที่สำคัญ ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ วิศวกรรมไฟฟ้า เครื่องจักร ภาคอุตสาหกรรม เช่น การก่อสร้างและการขนส่ง มีสารประกอบทองแดงหลายร้อยชนิด แต่มีไม่มากที่ผลิตในระดับอุตสาหกรรม สิ่งสำคัญที่สุดคือคอปเปอร์ซัลเฟตเพนตะไฮเดรตหรือกรดกำมะถัน (CuSO4·5H2O) ตามด้วยส่วนผสมบอร์โดซ์ (Cu(OH)2 ·CuSO4) คอปเปอร์เมตาอาร์เซไนต์ (Cu(AsO2)2) คอปเปอร์อะซิเตต [Cu(CH3COO) 2] เชิงซ้อน, คอปเปอร์ไซยาไนด์ (CuCN), คอปเปอร์คลอไรด์ (CuCl2), ถ้วยรัสออกไซด์ (Cu2O ), คอปเปอร์ออกไซด์ (CuO), คอปเปอร์คาร์บอเนตพื้นฐานและคอปเปอร์แนฟธีเนต ฯลฯ เกลือทองแดงสามารถใช้เป็นสารฆ่าเชื้อราทางการเกษตรได้ คอปเปอร์ซัลเฟตสามารถใช้เป็นยาแก้อาเจียนและเป็นยาแก้พิษเฉพาะที่สำหรับการเผาไหม้ของฟอสฟอรัสเหลือง
ทองแดงเป็นธาตุในกลุ่ม 1B ของคาบ 4 ของตารางธาตุ ซึ่งเป็นโลหะหนักที่ไม่ใช่เหล็กที่สำคัญ สัญลักษณ์ธาตุคือ Cu เลขอะตอมคือ 29 และมวลอะตอมสัมพัทธ์คือ 63.546 ทองแดงจะแข็งที่อุณหภูมิห้อง และหน้าตัดใหม่จะเป็นสีม่วงแดง และออกซิไดซ์ได้ง่ายเมื่อถูกความร้อน ทองแดงมีค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดีเยี่ยม ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี ต้านทานการเสียรูปต่ำ และสามารถทนต่อการเสียรูปเย็นในระดับสูงโดยไม่แตกร้าว เป็นวัสดุโลหะหนักที่ไม่ใช่เหล็กที่สำคัญ ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ วิศวกรรมไฟฟ้า เครื่องจักร ภาคอุตสาหกรรม เช่น การก่อสร้างและการขนส่ง มีสารประกอบทองแดงหลายร้อยชนิด แต่มีไม่มากที่ผลิตในระดับอุตสาหกรรม สิ่งสำคัญที่สุดคือคอปเปอร์ซัลเฟตเพนตะไฮเดรตหรือกรดกำมะถัน (CuSO4·5H2O) ตามด้วยส่วนผสมบอร์โดซ์ (Cu(OH)2 ·CuSO4) คอปเปอร์เมตาอาร์เซไนต์ (Cu(AsO2)2) คอปเปอร์อะซิเตต [Cu(CH3COO) 2] เชิงซ้อน, คอปเปอร์ไซยาไนด์ (CuCN), คอปเปอร์คลอไรด์ (CuCl2), ถ้วยรัสออกไซด์ (Cu2O ), คอปเปอร์ออกไซด์ (CuO), คอปเปอร์คาร์บอเนตพื้นฐานและคอปเปอร์แนฟธีเนต ฯลฯ เกลือทองแดงสามารถใช้เป็นสารฆ่าเชื้อราทางการเกษตรได้ คอปเปอร์ซัลเฟตสามารถใช้เป็นยาแก้อาเจียนและเป็นยาแก้พิษเฉพาะที่สำหรับการเผาไหม้ของฟอสฟอรัสเหลือง
ทองแดงเป็นหนึ่งในโลหะที่เก่าแก่ที่สุดที่มนุษย์ค้นพบและใช้งาน ประมาณ 10000 ปีที่แล้ว มนุษย์ได้รู้จักทองแดงตามธรรมชาติและตอกทองแดงให้เป็นกรวยหรือตะปูเล็กๆ สิ่งประดิษฐ์สำริดที่เก่าแก่ที่สุดที่ค้นพบจนถึงขณะนี้คือเครื่องขูด สิ่ว และสว่านที่ขุดพบในเมืองเทเปฮิยา ประเทศอิหร่าน ซึ่งมีอายุประมาณ 3,800 ปีก่อนคริสตกาล มีดทองแดงดีบุกขุดพบในปี 1978 ที่ไซต์ Majiayao Chemicalbook ในเมืองตงเซียง มณฑลกานซู ถือเป็นอุปกรณ์ทองแดงที่เก่าแก่ที่สุดที่ค้นพบในจีนจนถึงตอนนี้ มีอายุประมาณ 2,750 ปีก่อนคริสตกาล ซึ่งแสดงให้เห็นว่าจีนเป็นผู้ใช้กลุ่มแรกสุดของประเทศหนึ่งที่เป็นทองแดง ประเทศจีนเชี่ยวชาญเทคโนโลยีการถลุงทองแดงของเตาหลอมแบบเพลาตั้งแต่ 770 ปีก่อนคริสตกาล ในปีแรกของซ่งและหยวนเฟิง (1,078) ผลผลิตทองแดงสูงถึง 7300 ตัน และเทคโนโลยีโลหะวิทยาทองแดงถึงระดับมาก
คุณสมบัติทางกายภาพ
ทองแดงเป็นตัวนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดีเยี่ยมรองจากเงิน ค่าการนำไฟฟ้าและค่าการนำความร้อนของทองแดงที่อุณหภูมิห้องคือ 94% และ 73.2% ของเงินตามลำดับ โครงสร้างเปลือกอิเล็กตรอนด้านนอกของอะตอมทองแดงคือ [Ar]3d104s1 เมื่อทองแดงก่อตัวเป็นสารประกอบ มันสามารถสูญเสียอิเล็กตรอนหนึ่งตัวในวงโคจร 4s และอิเล็กตรอนหนึ่งตัวในวงโคจร 3 มิติในเวลาเดียวกัน ดังนั้น ทองแดงส่วนใหญ่จึงมีสถานะวาเลนซ์สองสถานะ: +1 และ +2 สถานะออกซิเดชันของทองแดงส่วนใหญ่จะอยู่ที่ +2 ที่อุณหภูมิห้อง และสารประกอบวาเลนต์ต่ำจะเสถียรที่อุณหภูมิสูง ทองแดงมีไอโซโทปธรรมชาติที่เสถียร 2 ไอโซโทป คือ 63Cu และ 65Cu 63Cu ประกอบด้วยโปรตอน 29 ตัว และนิวตรอน 34 ตัว และ 65Cu มีโปรตอน 29 ตัว และนิวตรอน 36 ตัว เป็นที่รู้กันว่าทองแดงมีไอโซโทปที่ไม่เสถียร 9 ไอโซโทป ทองแดงสามารถคงอยู่ได้อย่างเสถียรในอากาศแห้งที่อุณหภูมิห้อง แต่เมื่อวางไว้ในอากาศชื้นที่มี CO2 เป็นเวลานาน จะเกิดคอปเปอร์คาร์บอเนตที่เป็นด่างสีเขียว หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าคราบ ค่าเทียบเท่าเคมีไฟฟ้าของทองแดงไดเวเลนต์คือ 0.329 มก./C ทองแดงไม่สามารถแทนที่ไฮโดรเจนในสารละลายที่เป็นกรดได้ และไม่ละลายในกรดไฮโดรคลอริกและกรดซัลฟิวริกหากไม่มีออกซิเจนละลาย แต่ละลายได้ในกรดไนตริกซึ่งมีฤทธิ์ออกซิไดซ์ ทองแดงทำปฏิกิริยาช้าๆ กับสารละลายอัลคาไลน์ แต่ทำปฏิกิริยากับแอมโมเนียได้ง่ายจนเกิดเป็นสารเชิงซ้อน ทองแดงละลายได้ง่ายในกรดอินทรีย์ เช่น กรดอะซิติก เกลือทองแดงที่ละลายน้ำได้โดยทั่วไปเป็นพิษ โครงสร้างผลึกของทองแดงเป็นโครงตาข่ายลูกบาศก์ตรงกลางหน้า ทองแดงบริสุทธิ์มีความเหนียวที่ดีมากและสามารถแปรรูปเป็นลวดที่ละเอียดมากและเป็นแผ่นบางได้ ทองแดงเป็นตัวนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดีเยี่ยม และค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนของทองแดงนั้นเป็นอันดับสองรองจากโลหะเงินเท่านั้น การมีสิ่งเจือปนเล็กน้อยจะช่วยลดการนำไฟฟ้าของทองแดงได้อย่างมาก
จุดประสงค์หลัก
เนื่องจากทองแดงมีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมมากมาย จึงมีการใช้อย่างแพร่หลายในภาคอุตสาหกรรมต่างๆ จนถึงทศวรรษ 1960 ทองแดงมีความสำคัญและการบริโภคเป็นอันดับสองรองจากเหล็กเท่านั้น หลังทศวรรษ 1960 ได้เปิดทางให้กับอะลูมิเนียมที่มีทรัพยากรอุดมสมบูรณ์มากขึ้นและราคาที่ถูกกว่า ส่งผลให้อะลูมิเนียมตกไปอยู่อันดับสาม สัดส่วนการใช้ทองแดงในประเทศจีนในช่วงปลายทศวรรษ 1980 แสดงอยู่ในตารางที่ 2 ทั่วโลก มากกว่าครึ่งหนึ่งของการผลิตทองแดงใช้ในอุตสาหกรรมพลังงานและอิเล็กทรอนิกส์ เช่น การผลิตสายเคเบิล สายไฟ มอเตอร์ ตลอดจนการส่งพลังงานและโทรคมนาคมอื่นๆ อุปกรณ์. หลังทศวรรษ 1980 การใช้ทองแดงบางส่วนในโทรคมนาคมถูกแทนที่ด้วยใยแก้วนำแสง ทองแดงยังเป็นวัสดุที่สำคัญสำหรับอุตสาหกรรมการป้องกันประเทศอีกด้วย เนื่องจากทองแดงมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดี จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมไฟฟ้า ทองแดงบริสุทธิ์ (ปริมาณมากกว่า 99.95%) จำเป็นต่อการผลิตสายไฟและสายเคเบิล ซึ่งได้รับการกลั่นด้วยกระแสไฟฟ้าของทองแดงพุพอง ทองแดงสามารถสร้างโลหะผสมที่สำคัญได้หลายชนิด เช่น สังกะสี ดีบุก อลูมิเนียม นิกเกิล เบริลเลียม ฯลฯ ทองเหลือง (โลหะผสมทองแดง-สังกะสี) และทองแดง (โลหะผสมทองแดง-ดีบุก) ใช้ในการผลิตตลับลูกปืน ลูกสูบ สวิตช์ ท่อน้ำมัน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เป็นต้น อลูมิเนียมบรอนซ์ (ทองแดง-อลูมิเนียมอัลลอยด์) มีความต้านทานแรงสั่นสะเทือนสูงและสามารถนำไปใช้ในการหล่อที่ต้องการความแข็งแรงและความเหนียวได้ โลหะผสมโมเนลในหมู่โลหะผสมทองแดง-นิกเกิลมีชื่อเสียงในด้านความต้านทานการกัดกร่อน และส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตวาล์ว ปั๊ม และอุปกรณ์ไอน้ำแรงดันสูง ทองแดงสีขาวเป็นโลหะผสมทองแดง-นิกเกิลที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีและทนต่อการกัดกร่อน และใช้ในการผลิตเครื่องจักรที่มีความแม่นยำ เบริลเลียมบรอนซ์ (โลหะผสมทองแดงที่ประกอบด้วยเบริลเลียม) มีคุณสมบัติเชิงกลที่เหนือกว่าเหล็กกล้าคุณภาพสูง และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตส่วนประกอบเครื่องจักรกล เครื่องมือ และอุปกรณ์วิทยุต่างๆ สารประกอบทองแดงเป็นวัตถุดิบที่สำคัญสำหรับยาฆ่าแมลง สารฆ่าเชื้อรา เม็ดสี การชุบด้วยไฟฟ้า แบตเตอรี่กัลวานิก สีย้อม และตัวเร่งปฏิกิริยา ทองแดงไร้ออกซิเจนถูกใช้ในท่อนำคลื่น หลอดสุญญากาศ และส่วนประกอบทรานซิสเตอร์ ซีลแก้วและโลหะ สายโคแอกเชียล และการรักษาเสถียรภาพของขดลวดแม่เหล็กที่มีตัวนำยิ่งยวดเนื่องจากมีความบริสุทธิ์สูงและไม่มีปัญหาการเปราะของไฮโดรเจน ทองแดงชนิดแข็งใช้ในการผลิตบัสบาร์ทองแดง คอนแทคเตอร์ ตัวนำชนิดต่างๆ ส่วนประกอบเรดาร์ สวิตช์และหน้าสัมผัส ฯลฯ ทองแดงสองประเภทข้างต้นที่ชุบด้วยเงินใช้เพื่อสร้างอุปกรณ์ที่ต้องการความต้านทานต่อการอ่อนตัว เช่น ขดลวดของหม้อแปลง , เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสขนาดใหญ่ ทองแดงดีออกซิไดซ์ฟอสฟอรัสส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตท่อสำหรับตู้เย็นและเครื่องปรับอากาศ วงจรเรียงกระแส ท่อน้ำ หรือท่อก๊าซ (เมื่อจำเป็นต้องมีการนำไฟฟ้าและความร้อน ประสิทธิภาพการเชื่อม หรือประสิทธิภาพการบัดกรีแข็ง) ทองแดงตัดฟรีส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์เกลียวและปลายการเชื่อม แคลมป์ ขั้วต่อ และส่วนประกอบสวิตช์อื่นๆ
