Sejarah Tembaga, Sifat, Struktur, Penggunaan, Kertas Biologis

Dia tembaga Ini adalah logam transisi yang dimiliki kelompok 11 dari tabel periodik dan diwakili oleh simbol kimia Cu. Ini dikarakterisasi dan dibedakan dengan menjadi logam oranye merah, sangat ulet dan ditempa, juga merupakan konduktor listrik dan panas yang hebat.

Dalam bentuk logamnya ditemukan sebagai mineral primer di batuan basaltik. Sementara itu, berkarat dalam senyawa sulfur (yang dengan eksploitasi pertambangan tertinggi), arseniuros, klorida dan karbonat; yaitu, kategori mineral yang luas.

Jam alarm terbuat dari tembaga. Sumber: Pixabay.

Di antara mineral yang mengandungnya dapat disebutkan kalsokit, chalcopyrite, curam, coucrita, malachite dan biru. Tembaga juga ada pada abu ganggang, karang laut dan arthropoda.

Logam ini memiliki kelimpahan 80 ppm di kerak bumi, dan konsentrasi rata -rata di air laut 2,5 ∙ 10^-4 mg/l. Di alam itu disajikan sebagai dua isotop alami: ⁶³Cu, dengan kelimpahan 69,15 %, dan ⁶⁵Cu, dengan berlimpah 30,85%.

Ada bukti bahwa tembaga dilemparkan ke 8000. C. Dan paduan dengan timah untuk membentuk perunggu, dalam 4000 menjadi. C. Dianggap bahwa hanya besi meteorik dan emas, mereka mendahului itu sebagai logam pertama yang digunakan oleh manusia. Oleh karena itu identik dengan kecerahan kuno dan oranye secara bersamaan.

Tembaga terutama digunakan dalam elaborasi kabel untuk mengemudi listrik di motor listrik. Kabel seperti itu, kecil atau besar, mesin make up atau perangkat industri dan dalam kehidupan sehari -hari.

Tembaga mengintervensi dalam rantai transportasi elektronik yang memungkinkan sintesis ATP; Senyawa energi utama makhluk hidup. Ini adalah co -founder dari overoxide dysmutase: enzim yang terdegradasi ke ion superoksida, senyawa yang sangat beracun untuk makhluk hidup.

Selain itu, tembaga mematuhi hemocyanin sebagai peran dalam pengangkutan oksigen dalam beberapa arakhnida, krustasea dan moluska, yang mirip dengan yang dibuat oleh zat besi dalam hemoglobin.

Terlepas dari semua tindakan menguntungkannya bagi manusia, tembaga ketika ia menumpuk dalam tubuh manusia, seperti halnya penyakit Wilson, dapat menyebabkan sirosis hati, gangguan otak dan kerusakan mata, di antara perubahan lainnya.

[TOC]

Sejarah

Usia tembaga

Tembaga asli digunakan untuk elaborasi artefak sebagai pengganti batu di Neolitik, mungkin antara tahun 9000 dan 8000. C. Tembaga adalah salah satu logam pertama yang digunakan oleh manusia, setelah besi hadir dalam meteorit dan emas.

Ada bukti penggunaan penambangan dalam mendapatkan tembaga di 5000. C. Sudah untuk tanggal sebelumnya, artikel tembaga dibangun; Begitulah kasus lereng yang dibuat di Irak secara rangsangan pada tahun 8700 hingga. C.

Pada gilirannya, diyakini bahwa metalurgi lahir di Mesopotamia (Irak saat ini) di 4000 untuk. C., Saat logam mineral dikurangi dengan menggunakan api dan batu bara. Kemudian, tembaga sengaja paduan dengan timah untuk menghasilkan perunggu (4000 hingga. C.).

Beberapa sejarawan menunjukkan zaman tembaga, yang secara kronologis terletak di antara neolitik dan zaman perunggu. Selanjutnya, Zaman Besi menggantikan perunggu antara tahun 2000 dan 1000 menjadi. C.

Jaman perunggu

Zaman Perunggu dimulai 4000 tahun setelah tembaga dimungkinkan untuk meleleh. Artikel perunggu dari Budaya Vinca tanggal dari 4500 hingga. C.; Saat berada di Sumeria dan Mesir ada benda perunggu yang terperinci 3000 tahun. C.

Penggunaan karbon radioaktif telah memungkinkan membangun keberadaan penambangan tembaga di Alderley Edge, Cheshire dan Inggris, antara tahun 2280 dan 1890. C.

Dapat dicatat bahwa Ötzi, "Ice Man" dengan perkiraan tanggal antara 3300 dan 3200. C., Saya memiliki kapak dengan kepala tembaga murni.

Orang -orang Romawi dari abad ketujuh hingga. C. Mereka menggunakan potongan tembaga seperti mata uang. Julio Cesar menggunakan koin kuningan, paduan tembaga dan seng. Selain itu, koin Octavio dibuat dengan paduan tembaga, timah dan timah.

Produksi dan nama

Produksi Tembaga di Kekaisaran Romawi mencapai 150.000 ton per tahun, gambarkan hanya selama revolusi industri. Bangsa Romawi membawa tembaga Siprus, mengetahuinya sebagai Aes Cyprium ("Chipre Metal").

Kemudian, istilah yang mengalami kemunduran dalam cuprum: nama yang digunakan untuk menunjuk tembaga hingga 1530, ketika istilah 'tembaga' akar bahasa Inggris diperkenalkan, untuk menunjuk logam.

Gunung Tembaga Besar di Swedia yang bekerja dari abad ke -10 hingga 1992, mencakup 60% konsumsi Eropa pada abad ketujuh belas. Tanaman Affinerie Norddeutsche di Hamburg (1876), adalah tanaman galvanoplasti modern pertama yang menggunakan tembaga.

Dapat melayani Anda: asam suksinat: struktur, sifat, mendapatkan, menggunakan

Sifat fisik dan kimia

Penampilan

Tembaga adalah logam merah oranye berkilau, sedangkan sebagian besar logam asli berwarna abu -abu atau perak.

Nomor Atom (Z)

29

Berat atom

63.546 u

Titik lebur

1.084.62 ºC

Gas umum seperti oksigen, nitrogen, karbon dioksida dan sulfur dioksida larut dalam tembaga cair dan mempengaruhi sifat mekanik dan listrik logam saat dipadatkan.

Titik didih

2.562 ºC

Kepadatan

- 8,96 g/ml pada suhu kamar.

- 8,02 g/ml pada titik leleh (cairan).

Perhatikan bahwa tidak ada penurunan kepadatan antara fase padatan dan cair; Keduanya mewakili bahan yang sangat padat.

Panas fusi

13.26 kJ/mol.

Panas penguapan

300 kJ/mol.

Kapasitas kalori molar

24.44 j/(mol ∙ k).

Ekspansi termal

16,5 μm/(m ∙ k) pada 25 ° C.

Konduktivitas termal

401 w/(m ∙ k).

Resistivitas listrik

16.78 Ω ∙ M hingga 20 ºC.

Konduktivitas listrik

59.6 ∙ 10⁶ KAMU.

Tembaga menyajikan konduksi listrik yang sangat tinggi, hanya dilampaui oleh la plata.

Kekerasan Mohs

3.0.

Oleh karena itu adalah logam yang lembut dan juga cukup ulet. Resistensi dan kekerasan meningkat melalui pekerjaan dingin karena pembentukan kristal memanjang dari struktur kubik yang sama yang berpusat pada wajah yang ada dalam tembaga.

Reaksi kimia

Percobaan Api Tembaga, yang diidentifikasi oleh warna api hijau kebiruannya. Sumber: SWN (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/file: flametest-co-cu.Swn.Jpg)

Tembaga tidak bereaksi dengan air, tetapi dengan oksigen atmosfer, menutupi lapisan oksida grind hitam yang memberikan perlindungan korosi pada lapisan logam yang mendasarinya:

2cu + o₂(g) → 2cuo

Tembaga tidak larut dalam asam encer, namun bereaksi dengan asam sulfat dan nitrat yang panas dan terkonsentrasi. Ini juga larut dalam amonia dalam larutan berair dan kalium sianida.

Anda dapat menolak aksi udara atmosfer dan air laut. Namun, pamerannya yang berkepanjangan menghasilkan pembentukan lapisan pelindung hijau halus (skate).

Lapisan anterior adalah campuran tembaga karbonat dan sulfat, diamati di bangunan atau patung tua, seperti patung kebebasan New York.

Tembaga bereaksi pemanasan merah dengan oksigen untuk memberikan cupric oxide (CuO) dan pada suhu yang lebih tinggi membentuk cuprous oksida (Cu₂SALAH SATU). Ini juga bereaksi panas dengan sulfur menyebabkan tembaga sulfida; Oleh karena itu, itu ternoda saat terpapar pada beberapa senyawa belerang.

Tembaga saya terbakar dengan nyala api biru dalam tes nyala; Sedangkan Copper II memancarkan api hijau.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Kristal tembaga mengkristal dalam struktur kubik yang berpusat pada wajah (FCC) Menghadapi kubik Cenred). Dalam kristal FCC ini, atom disatukan berkat ikatan logam, yang relatif lebih lemah daripada logam transisi lainnya; Dibuat dalam daktilitas besar dan titik leleh rendah (1084 ºC).

Menurut konfigurasi elektronik:

[Ar] 3d¹⁰ 4s¹

Semua orbital 3D penuh dengan elektron, sedangkan ada lowongan di orbital 4S. Ini berarti bahwa orbital 3D tidak berkolaborasi dalam tautan logam seperti digabungkan dengan logam lain. Dengan demikian, atom Cu di sepanjang kaca tumpang tindih orbital 4S mereka untuk membuat pita, mempengaruhi kekuatan interaksi yang relatif lemah.

Faktanya, perbedaan energik yang dihasilkan antara elektron orbital 3D (penuh) dan 4s (biji) bertanggung jawab untuk kristal tembaga yang menyerap foton dari spektrum yang terlihat, mencerminkan warna oranye yang khas mereka.

Kristal FCC tembaga dapat memiliki ukuran yang berbeda, yang, semakin kecil, akan lebih kuat bagian logam. Ketika mereka sangat kecil, ada pembicaraan tentang nanopartikel, peka terhadap oksidasi dan disediakan untuk aplikasi selektif.

Angka oksidasi

Jumlah pertama atau status oksidasi yang dapat diharapkan dari tembaga adalah +1, mengikuti hilangnya elektron orbital 4S -nya. Dengan memilikinya di senyawa, keberadaan kation diasumsikan⁺ (Biasa disebut cuproso).

Ini dan angka oksidasi +2 (Cu²⁺) adalah yang paling terkenal dan berlimpah untuk tembaga; Mereka umumnya satu -satunya yang diajarkan di sekolah menengah. Namun, ada juga bilangan oksidasi +3 (Cu³⁺) dan +4 (Cu⁴⁺), yang tidak jarang seperti yang Anda pikirkan pada pandangan pertama.

Misalnya, garam anion cuprato, cuo₂^-, Mereka mewakili senyawa tembaga (iii) atau +3; Begitulah kasus kalium coucrato, kcuo₂ (K⁺Cu³⁺SALAH SATU₂^2-).

Tembaga juga, meskipun pada tingkat yang lebih rendah dan pada kesempatan yang sangat jarang, dapat memiliki angka oksidasi negatif: -2 (Cu^2-).

Dapat melayani Anda: etil asetat

Bagaimana cara diperoleh

Bahan baku

Mineral yang paling banyak digunakan untuk ekstraksi tembaga adalah logam sulfida, terutama kalkopirit (gelas₂) Dan Bornita (Cu₅Fes₄). Mineral -mineral ini menyumbang 50% dari total tembaga yang diekstraksi. Mereka juga digunakan untuk mendapatkan tembaga calellita (cus) dan calcocita (cu₂S).

Menghancurkan dan menggiling

Awalnya batuan dihancurkan sampai mereka mendapatkan fragmen batuan 1,2 cm. Kemudian lanjutkan dengan penggilingan fragmen batuan, sampai mendapatkan partikel 0,18 mm. Air dan reagen ditambahkan untuk mendapatkan pasta, yang kemudian dilakukan untuk mendapatkan konsentrat tembaga.

Pengapungan

Pada tahap ini gelembung terbentuk yang menangkap tembaga dan mineral tersulfur yang ada di dalam pulp. Beberapa proses pengumpulan busa dilakukan, mengeringkannya untuk mendapatkan konsentrat yang melanjutkan pemurniannya.

Pemurnian

Untuk memisahkan tembaga dari logam dan kotoran lain, konsentrat kering mengalami suhu tinggi dalam oven khusus. Tembaga olahan api (RAF) dicetak pada pelat sekitar berat sekitar 225 kg yang akan menjadi anoda.

Elektrolisa

Elektrolisis digunakan dalam pemurnian tembaga. Anoda dari pengecoran dibawa ke sel elektrolitik untuk pemurnian. Tembaga bergerak ke katoda dan pengotoran di bagian bawah sel. Dalam proses ini, katoda tembaga diperoleh dengan kemurnian 99,99%.

Paduan tembaga

Perunggu

Perunggu adalah paduan tembaga dan timah, yang merupakan tembaga antara 80 dan 97% dari yang sama. Itu digunakan dalam pembuatan senjata dan peralatan. Saat ini digunakan dalam elaborasi bagian mekanik yang tahan terhadap gosok dan korosi.

Selain itu, digunakan dalam pembangunan alat musik, seperti lonceng, gong, piring, saksofon dan string kecapi, gitar, dan piano.

Kuningan

Kuningan adalah paduan tembaga dan seng. Dalam bra industri persentase seng kurang dari 50%. Ini digunakan dalam elaborasi wadah dan struktur logam.

Monel

Paduan Monel adalah paduan nikel-kobe, dengan rasio 2: 1 antara nikel dan tembaga. Itu tahan korosi dan digunakan dalam penukar panas, batang dan lengkungan lensa.

Constatan

Verifikasi adalah paduan yang terdiri dari 55% tembaga dan 45% nikel. Itu digunakan untuk membuat koin dan ditandai dengan resistensi konstan. Paduan Cuproníquel juga digunakan untuk lapisan luar koin denominasi rendah.

Becu

Paduan Tembaga-Berilio memiliki persentase 2% beryl. Paduan ini menggabungkan kekuatan, kekerasan, konduktivitas listrik dan ketahanan korosi. Paduan ini biasanya digunakan dalam konektor listrik, produk telekomunikasi, komponen komputer kecil dan pegas.

Alat -alat seperti kunci, obeng, dan palu yang digunakan pada tambang minyak dan batubara, memiliki inisial BECEC sebagai jaminan bahwa mereka tidak menghasilkan percikan api.

Yang lain

90% paduan perak dan 10% tembaga digunakan dalam mata uang, hingga 1965 ketika penggunaan perak dihilangkan dalam semua mata uang, dengan pengecualian mata uang setengah dolar.

Tembaga dan 7% paduan aluminium adalah warna emas dan digunakan dalam dekorasi. Sementara itu, shakudo adalah paduan dekoratif tembaga dan emas Jepang, dalam persentase rendah (4 hingga 10%).

Aplikasi

Kabel dan mesin listrik

Pengkabelan listrik tembaga. Sumber: Scott Ehardt [domain publik]

Tembaga karena biaya listrik dan rendah yang tinggi adalah logam yang disukai untuk digunakan dalam kabel listrik. Kabel tembaga digunakan dalam berbagai tahap listrik, seperti pembangkit listrik, transmisi, distribusi, dll.

50% tembaga yang diproduksi di dunia digunakan dalam elaborasi kabel dan kabel listrik, karena konduktivitas listriknya yang tinggi, kemudahan kawat (keuletan), resistensi terhadap deformasi dan korosi.

Tembaga juga digunakan dalam elaborasi sirkuit terintegrasi dan pelat sirkuit cetak. Logam digunakan dalam penukar panas dan panas karena konduksi termal yang tinggi, yang memfasilitasi disipasi panas.

Tembaga digunakan dalam elektromagnet, tabung vakum, katoda dan tabung magnetron tungku microwave.

Demikian juga, digunakan dalam konstruksi mesin dan sistem listrik yang menempatkan mesin, mewakili barang -barang ini sekitar 40% dari konsumsi listrik dunia.

Konstruksi

Tembaga, karena ketahanannya terhadap korosi dan aksi udara atmosfer, telah digunakan sejak lama di atap rumah, doping, kubah, pintu, jendela, dll.

Saat ini digunakan di lapisan dinding dan barang -barang dekoratif, seperti aksesori kamar mandi, pintu dan lampu. Selain itu, digunakan dalam produk antimikroba.

Dapat melayani Anda: kalsium klorida (CaCl2)

Tindakan bioestat

Tembaga mencegah banyak bentuk kehidupan tidak dapat tumbuh padanya. Itu digunakan dalam lembaran yang ditempatkan di bagian bawah kapal kapal untuk mencegah pertumbuhan moluska, seperti kerang, serta pelabuk.

Lukisan berbasis tembaga saat ini digunakan untuk perlindungan kapal yang disebutkan di atas. Tembaga logam dapat menetralkan banyak bakteri dengan kontak.

Mekanisme aksinya berdasarkan sifat ionik, korosif dan fisiknya telah dipelajari. Kesimpulannya adalah bahwa perilaku pengoksidasi tembaga, bersama dengan sifat kelarutan oksida adalah faktor yang menyebabkan tembaga logam menjadi antibakteri.

Tembaga logam bertindak pada beberapa galur DAN. coli, S. Aureus Dan Clostridium difficile, Virus Grup A, Adenovirus dan Fungi. Oleh karena itu, telah diproyeksikan menggunakan paduan tembaga yang berhubungan dengan tangan penumpang dengan cara transportasi yang berbeda.

Nanopartikel

Tindakan antimikroba tembaga semakin diperkuat ketika nanopartikel mereka digunakan, yang telah terbukti berguna untuk perawatan endodontik.

Demikian juga, nanopartikel tembaga adalah adsorben yang sangat baik, dan karena mereka oranye, perubahan warna di dalamnya mewakili metode kolorimetri laten; Misalnya, dikembangkan untuk mendeteksi pestisida ditiokarbamates.

Kertas Biologis

Di rantai transportasi elektronik

Tembaga adalah elemen penting untuk hidup. Campur tangan dalam rantai transportasi elektronik, menjadi bagian dari kompleks IV. Di kompleks ini langkah terakhir dari rantai transportasi elektronik dilakukan: pengurangan molekul oksigen untuk membentuk air.

Kompleks IV terdiri dari dua kelompok, sitokrom A, sitokrom₃, serta dua pusat CEN; satu disebut cua dan anak lainnya. Sitokrom a₃ dan Cub membentuk pusat binuklear, di mana reduksi oksigen menjadi air terjadi.

Pada tahap ini, Cu melewati keadaan oksidasi +1 hingga +2, memberikan elektron ke molekul oksigen. Rantai transportasi elektronik menggunakan NADH dan FADH₂, Dari siklus Krebs, sebagai donor elektron, dengan siapa ia menciptakan gradien hidrogen elektrokimia.

Gradien ini berfungsi sebagai sumber energi untuk generasi ATP, dalam proses yang dikenal sebagai fosforilasi oksidatif. Jadi, dan pada akhirnya, keberadaan tembaga diperlukan untuk produksi ATP dalam sel eukariotik.

Dalam enzim superoksida dismutase

Tembaga adalah bagian dari enzim superoksida dismutase, enzim yang mengkatalisasi dekomposisi ion superoksida (atau₂^-), Senyawa beracun untuk makhluk hidup.

Supmutasa Supplias mengkatalisasi dekomposisi ion superoksida untuk mengubahnya menjadi oksigen dan/atau hidrogen peroksida.

Dysmutase superoksida dapat menggunakan reduksi tembaga untuk mengoksidasi oksigen superoksida, atau dapat menyebabkan oksidasi tembaga membentuk hidrogen peroksida dari superoksida.

Dalam hemocyanin

Hemosianin adalah protein yang ada dalam darah beberapa arakhnida, krustasea dan moluska. Itu memenuhi fungsi yang mirip dengan hemoglobin pada hewan -hewan ini, tetapi alih -alih memiliki zat besi di lokasi transportasi oksigen, ia memiliki tembaga.

Hemocyanin memiliki dua atom tembaga di tempat yang aktif. Untuk alasan ini, warna hemocyanin berwarna biru kehijauan. Pusat logam tembaga tidak berhubungan langsung, tetapi mereka memiliki lokasi terdekat. Molekul oksigen diselingi antara dua atom tembaga.

Konsentrasi dalam tubuh manusia

Tubuh manusia mengandung antara 1,4 dan 2,1 mg Cu/kg berat badan. Tembaga diserap di usus kecil dan kemudian dibawa ke hati yang melekat pada albumin. Dari sana, tembaga diangkut ke seluruh tubuh manusia yang melekat pada protein plasma ceruloplasmin.

Kelebihan tembaga diekskresikan melalui empedu. Dalam beberapa kasus, bagaimanapun, seperti halnya pada penyakit Wilson, tembaga menumpuk di dalam tubuh, memanifestasikan efek toksik dari logam yang mempengaruhi sistem saraf, ginjal dan mata.

Referensi

1. Ghoto, s.KE., Khuhawar, m.DAN., Jahangir, t.M. et al. (2019). Aplikasi nanopartikel tembaga untuk deteksi kolorimetri pesisida dithiocarbamate. J Nanostruct Chem 9: 77. doi.org/10.1007/S40097-019-0299-4
2. Sánchez-Sanhueza, Gabriela, Fuentes-Rodríguez, Daniela, & Bello-Toledo, Helia. (2016). Nanopartikel tembaga sebagai agen potensial antimikroba di saluran akar disinfektasi: tinjauan sistematis. International Journal of Oodontastomatology, 10 (3), 547-554. Dx.doi.org/10.4067/s0718-381x2016000300024
3. Wikipedia. (2019). Tembaga. Diperoleh dari: di.Wikipedia.org
4. Terence Bell. (19 September 2018). Sifat fisik tembaga berilium. Pulih dari: keseimbangan.com
5. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (3 Juli 2019). Fakta Tembaga: Sifat Kimia dan Fisik. Pulih dari: thinkco.com
6. Para editor Eeritlopaedia Britannica. (26 Juli 2019). Tembaga: Elemen Kimia. Britannica Encyclopaedia. Dipulihkan dari: Britannica.com
7. Editor. (10 November 2018). Kalkopirit. Pulih dari: penambangan linea.com
8. Lentech b.V. (2019). Tabel Periode: Tembaga. Pulih dari: lentech.com