مس (Copper)

مس، یک عنصر شیمیایی، با نماد Cu (برگرفته از اصطلاح لاتین cuprum) و دارای عدد اتمی 29 است. این فلز ویژگی های نرمی، چکش خواری، و شکل پذیری همراه با هدایت حرارتی و الکتریکی استثنایی را نشان می دهد. هنگامی که مس خالص تازه در معرض قرار می گیرد، رنگ صورتی متمایل به نارنجی را نشان می دهد. کاربردهای آن متنوع است، شامل نقش هادی برای گرما و الکتریسیته، یک ماده ساختمانی، و یک جزء اساسی در آلیاژهای فلزی مختلف، از جمله نقره استرلینگ برای جواهرات، کوپرونیکل برای سخت افزارهای دریایی و ضرب سکه، و کنستانتان برای فشار سنج ها و ترموکوپل های اندازه گیری دما.

مس یک عنصر شیمیایی است. دارای نماد Cu (از لاتین cuprum) و عدد اتمی 29 است. این فلز نرم، چکش خوار و انعطاف پذیر با رسانایی حرارتی و الکتریکی بسیار بالا است. یک سطح تازه از مس خالص دارای رنگ صورتی مایل به نارنجی است. مس به‌عنوان رسانای گرما و الکتریسیته، به‌عنوان مصالح ساختمانی، و به‌عنوان ترکیبی از آلیاژهای فلزی مختلف، مانند نقره استرلینگ مورد استفاده در جواهرات، مس نیکل برای ساختن سخت‌افزارها و سکه‌های دریایی، و کنستانتان که در کرنش‌سنج‌ها و ترموکوپل‌ها برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شود، استفاده می‌شود. حالت فلزی بدون آلیاژ این ویژگی، پذیرش اولیه آن توسط انسان ها در مناطق مختلف را تسهیل کرد، که قدمت آن تقریباً به ج 8000 قبل از میلاد می رسد. در هزاره‌های بعدی، مس تبدیل به اولین فلزی شد که از سنگ‌های سولفیدی در حدود ج 5000 قبل از میلاد ذوب می‌شد، اولین فلزی که با استفاده از قالب‌های c، و BC, به اشکال خاص ریخته شد. آلیاژ عمدی با دیگری، مخصوصاً قلع، برای تولید برنز، تقریباً ج. 3500 سال قبل از میلاد.

نمک‌های مس (II) نشان دهنده ترکیباتی هستند که اغلب با آن مواجه می‌شوند و اغلب رنگ‌های آبی یا سبز را به کانی‌هایی مانند آزوریت، آزوریت، مالاکوتور می‌دهند. این ترکیبات در طول تاریخ به‌عنوان رنگدانه‌های پرکاربرد عمل می‌کردند.

در کاربردهای معماری، به‌ویژه سقف‌سازی، مس تحت اکسیداسیون قرار می‌گیرد و در نتیجه یک پتینه سبز متشکل از ترکیباتی به نام verdigris تشکیل می‌شود. علاوه بر این، مس گاه به گاه در هنرهای تزئینی هم به عنوان یک فلز عنصری و هم در شکل های ترکیبی آن به عنوان رنگدانه استفاده می شود. ترکیبات مس همچنین به عنوان عوامل باکتریواستاتیک، قارچ کش و نگهدارنده چوب عمل می کنند.

مس یک عنصر ضروری برای همه موجودات هوازی است و نقش مهمی در متابولیسم اکسیژن دارد. حضور آن در اجزای بیولوژیکی کلیدی، از جمله آنزیم کمپلکس تنفسی سیتوکروم c اکسیداز، پروتئین انتقال دهنده اکسیژن هموسیانین، و هیدروکسیلازهای مختلف ذکر شده است. بدن انسان بالغ معمولی حاوی تقریباً 1.4 تا 2.1 میلی گرم مس به ازای هر کیلوگرم وزن بدن است.

ریشه شناسی

نام این فلز از عبارت لاتین aes cyprium سرچشمه می گیرد که به معنای "فلز قبرس" است. این اصطلاح متعاقباً به cuprum در لاتین متأخر تبدیل شد. انگلیسی قدیم این را به عنوان Coper ادغام کرد، که کلمه مدرن مس که اولین بار در قرن دوازدهم ثبت شد، از آن مشتق شده است.

ویژگی ها

فیزیکی

مس، نقره و طلا در گروه 11 جدول تناوبی قرار دارند. این سه فلز با حضور یک الکترون s-اوربیتال منفرد بر روی پوسته الکترون d کاملاً پر شده متمایز می شوند و شکل پذیری قابل توجهی همراه با رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا از خود نشان می دهند. پوسته‌های d پر شده در این عناصر کمترین تأثیر را بر برهمکنش‌های بین اتمی دارند، که عمدتاً توسط الکترون‌های s که پیوندهای فلزی را تشکیل می‌دهند، اداره می‌شوند. بر خلاف فلزاتی که دارای پوسته D ناقص هستند، پیوندهای فلزی مس فاقد ویژگی کووالانسی قابل توجهی بوده و نسبتاً ضعیف هستند. این ویژگی به دلیل سختی کم و شکل پذیری بالا مشاهده شده در تک بلورهای مس است. در سطح ماکروسکوپی، ادغام عیوب گسترده، مانند مرزهای دانه، در شبکه کریستالی مانع از جریان مواد تحت تنش اعمال شده، در نتیجه سختی آن می‌شود. بنابراین، مس معمولاً در حالت پلی کریستالی ریزدانه ارائه می‌شود که در مقایسه با همتایان تک‌بلور خود، استحکام بالاتری ارائه می‌دهد.

نرم‌بودن ذاتی مس تا حدی هدایت الکتریکی استثنایی آن را روشن می‌کند (59.6×10^{6، تنها رسانایی حرارتی بالا تا sup>) نقره در میان فلزات خالص در دمای محیط. این پدیده به این واقعیت نسبت داده می‌شود که مقاومت انتقال الکترون در فلزات در دمای اتاق عمدتاً از پراکندگی الکترون‌ها توسط ارتعاشات شبکه حرارتی ناشی می‌شود، که نسبتاً در یک فلز نرم فروکش می‌کند.}

مس به عنوان یکی از معدود عناصر فلزی که رنگ طبیعی متمایز از خاکستری یا خاکستری را نشان می‌دهد برجسته است. مس خالص رنگ نارنجی مایل به قرمزی را نشان می دهد و با قرار گرفتن در معرض شرایط جوی مایل به قرمزی ایجاد می کند. این رنگ‌آمیزی نتیجه فرکانس پایین پلاسمایی فلز است که در ناحیه قرمز طیف مرئی قرار می‌گیرد و در نتیجه منجر به جذب نور سبز و آبی با فرکانس بالاتر می‌شود.

همانطور که با سایر عناصر فلزی، زمانی که مس در حضور الکترولیت با فلزی غیرمشابه در تماس قرار می‌گیرد، خوردگی گالوانیکی خواهد شد.

شیمیایی

مس هیچ واکنشی با آب نشان نمی دهد. با این حال، به تدریج با اکسیژن اتمسفر تعامل می کند و در نتیجه یک لایه اکسید مس قهوه ای-سیاه تشکیل می شود. این لایه، متمایز از زنگی که در شرایط مرطوب روی آهن ایجاد می‌شود، از فلز زیرین در برابر خوردگی بعدی از طریق فرآیندی به نام غیرفعال شدن محافظت می‌کند. غالباً یک پتینه سبز از وردیگریس یا کربنات مس بر روی سازه های مسی قدیمی نمایان می شود که نمونه آن سقف ساختمان های تاریخی متعدد و مجسمه آزادی است. قرار گرفتن در معرض برخی از ترکیبات گوگردی باعث کدر شدن مس می شود، زیرا برای تولید سولفیدهای مس مختلف واکنش نشان می دهد.

ایزوتوپ ها

مس دارای 29 ایزوتوپ شناخته شده است. در این میان، 63
65
63
تقریباً Constituting% مس رخ می دهد. هر دو ایزوتوپ پایدار یک چرخش §3435§⁄§3637§ را نشان می دهند. ایزوتوپ های باقی مانده رادیواکتیو هستند، با 67
Cu پایدارترین است و نیمه عمر 61.83 ساعت دارد. علاوه بر این، ده ایزومر متقابل با 68 متر
Cu دارای بیشترین نیمه عمر با 3.8 دقیقه است. ایزوتوپ هایی که دارای عدد جرمی بیشتر از 64 هستند، دچار فروپاشی β− می شوند، در حالی که ایزوتوپ هایی با عدد جرمی کمتر از 64 از طریق β+ تجزیه می شوند. قابل توجه، §6869§
مس، با نیمه عمر حدوداً 12 تا 7 بیت. مسیرها.

هر دو ⁶²
_{64
u application notposed به طور خاص، ^62
62
Radio-align:baseline">}CPT اسکن توموگرافی گسیل پوزیترون (PET).

رویداد

مس از ستارگان پرجرم سرچشمه می گیرد و تقریباً 50 قسمت در میلیون (ppm) پوسته زمین را تشکیل می دهد. به طور طبیعی، مس در اشکال معدنی متنوعی از جمله مس بومی، سولفیدهای مختلف مس (مانند کالکوپیریت، بورنیت، دیژنیت، کوولیت، کالکوسیت)، سولفوسالت‌های مس (مانند تتراهدریت-تنانتیت، انارژیت)، کربنات‌های مس (به عنوان مثال، مالاکی) و یا مس (I) یافت می‌شود. اکسیدهای مس (II) (به عنوان مثال، کوپریت، تنوریت). قابل توجه ترین جرم مس عنصری کشف شده تا کنون 420 تن وزن داشت و در سال 1857 در شبه جزیره Keweenaw در میشیگان ایالات متحده کشف شد. مس بومی معمولاً به صورت پلی کریستال تشکیل می شود. با این حال، بزرگترین تک کریستال ثبت شده 4.4 × 3.2 × 3.2 سانتی متر اندازه گیری شد. به عنوان بیست و ششمین عنصر فراوان در پوسته زمین، غلظت مس 50 ppm با 75 پی‌پی‌ام برای روی و 14 پی‌پی‌ام برای سرب در تضاد است.

غلظت‌های پس‌زمینه مس معمولاً کمتر از 1 نانوگرم در متر³ در خاک در اتمسفر باقی می‌ماند. 30 میلی گرم بر کیلوگرم در پوشش گیاهی، 2 میکروگرم در لیتر در آب شیرین، و 0.5 میکروگرم در لیتر در آب دریا.

تولید

بیشتر مس از طریق استخراج یا استخراج به عنوان سولفید مس از عملیات روباز گسترده در ذخایر مس پورفیری که معمولاً حاوی 0.4 تا 1.0 درصد مس هستند، به دست می آید. مکان های معدنی قابل توجه عبارتند از Chuquicamata در شیلی، معدن Bingham Canyon در یوتا، ایالات متحده، و معدن El Chino در نیومکزیکو، ایالات متحده. سازمان زمین شناسی بریتانیا گزارش داد که در سال 2005، شیلی رهبری تولید جهانی مس را به خود اختصاص داد که حداقل یک سوم از سهم جهان را به خود اختصاص داد و پس از آن ایالات متحده، اندونزی و پرو قرار گرفتند. پیش‌بینی می‌شود شیلی به‌عنوان بزرگترین تولیدکننده مس جهان، 70 درصد واردات مس و آلیاژ تصفیه‌شده را تا سال 2024 به ایالات متحده عرضه کند. این کشورها در کنار کانادا (17 درصد) و پرو (7 درصد)، مجموعاً 94 درصد از واردات مس ایالات متحده را تامین می‌کنند. علاوه بر این، مس را می توان با استفاده از فرآیند لیچ درجا بازیابی کرد. مکان های متعدد در آریزونا به عنوان مکان های امیدوار کننده ای برای اجرای این تکنیک بازیابی در نظر گرفته می شوند. مصرف جهانی مس در حال افزایش است، با این حال مقدار موجود برای همه کشورها برای دستیابی به سطوح استفاده قابل مقایسه با کشورهای توسعه یافته به ندرت کافی است. گره‌های چند فلزی که در اعماق تقریباً 3000 تا 6500 متری زیر سطح دریا در اقیانوس آرام یافت می‌شوند، منبع جایگزین مس هستند که در حال حاضر برای جمع‌آوری در دست بررسی است. این گره ها همچنین حاوی فلزات ارزشمند دیگری از جمله کبالت و نیکل هستند.

رزروها و قیمت‌ها

مس برای حداقل ده هزار سال مورد استفاده قرار گرفته است، اما بیش از 95٪ از کل مس استخراج شده و فرآوری شده از اوایل قرن بیستم به دست آمده است. مانند بسیاری از منابع طبیعی دیگر، زمین دارای مقدار زیادی مس است. تقریباً 10¹⁴ تن در بالاترین کیلومتری پوسته زمین وجود دارد که نشان دهنده عرضه تخمینی برای پنج میلیون سال با نرخ استخراج فعلی است. با این وجود، با توجه به قیمت‌های فعلی بازار و قابلیت‌های فن‌آوری، در حال حاضر تنها بخش کوچکی از این ذخایر گسترده از نظر اقتصادی برای استخراج امکان‌پذیر است. پیش‌بینی‌ها برای ذخایر مس قابل استخراج از 25 تا 60 سال، مشروط به مفروضات اساسی، از جمله نرخ‌های رشد آتی، متغیر است. در بازارهای جهانی معاصر، بازیافت منبع مهمی از مس است.

قیمت مس نوسانات قابل توجهی را نشان می دهد. پس از پیک مشاهده شده در سال 2022، قیمت این کالا کاهش غیرقابل پیش بینی را تجربه کرد. با این حال، تا ماه مه 2024، قیمت در بورس فلزات لندن به بالاترین حد بی‌سابقه‌ای رسید و از 11000 دلار در هر تن فراتر رفت.

بازار جهانی مس به عنوان یکی از گسترده‌ترین بازارهای کالایی و مالی‌شده در بخش کالایی گسترده‌تر است، ویژگی‌ای که برای چندین دهه حفظ کرده است. صادرکنندگان پیشرو مس تصفیه نشده شامل زامبیا (6.95 میلیارد دلار) و شیلی (2.16 میلیارد دلار) و جمهوری دموکراتیک کنگو (1.41 میلیارد دلار) بودند. برعکس، واردکنندگان اصلی مس خام چین (6.13 میلیارد دلار)، سوئیس (3.15 میلیارد دلار) و هند (2.05 میلیارد دلار) بودند.

تقاضای جهانی مس

برای سال 2024، تولید جهانی مس تقریباً 22.8 تا 22.9 میلیون تن پیش بینی شده است. تقاضا برای مس در حال تجربه یک روند صعودی است که عمدتاً ناشی از انتقال انرژی جهانی به سمت الکتریکی سازی است. چین به تنهایی بیش از 50 درصد از این تقاضای جهانی را تشکیل می دهد.

فرایندهای استخراج مس

نسبت غالب سنگ معدن مس از سولفیدها تشکیل شده است. نمونه‌های رایج این سنگ‌های سولفیدی عبارتند از کالکوپیریت (CuFeS₂)، بورنیت (Cu₅FeS₄)، و تا حدی کوولیت (CuS) و کالکوسیت (Cu§6_{7§S). این سنگ معدن ها معمولاً غلظت مس کمتر از 1٪ را نشان می دهند. در نتیجه، تغلیظ سنگ معدن ضروری است، که با خرد کردن شروع می شود و متعاقباً از شناورسازی کف استفاده می شود. کنسانتره حاصل سپس تحت ذوب قرار می گیرد، فرآیندی که می تواند از طریق دو معادله شیمیایی ساده شده مشخص شود:}

• سولفید مس تحت اکسیداسیون قرار می گیرد و اکسید مس تولید می کند:

2 Cu₂S + 3 O₂ → 2 Cu§4_{5§O + 2 SO§67§}

• پس از گرم شدن، اکسید مس با سولفید مس واکنش داده و تبدیل آن به مس تاول زده را تسهیل می کند:

2 Cu₂O + Cu₂S → 6 Cu + 2 SO§4_5§

این فرآیند مس خام تولید می کند که معمولاً تقریباً 98٪ وزنی مس را شامل می شود. خالص سازی بعدی از طریق الکترولیز، مس را تا سطح خلوص تا 99.99 درصد تصفیه می کند. در طول پالایش الکترولیتی، مقادیر جزئی نقره و طلا ممکن است رسوب کند و لجنی را تشکیل دهد که می‌تواند برای بازیابی این فلزات گرانبها پردازش شود.

علاوه بر سنگ‌های سولفیدی، اکسیدها دسته مهم دیگری از کانی‌های حاوی مس را تشکیل می‌دهند. این سنگ‌های اکسیدی تقریباً 15 درصد از عرضه جهانی مس را تشکیل می‌دهند. فرآیند غنی‌سازی اکسیدها معمولاً مستلزم استخراج با استفاده از محلول‌های اسید سولفوریک است که با الکترولیز انجام می‌شود. همزمان با روش‌های فوق برای کانسنگ‌های سولفیدی و اکسیدی غلیظ، مس نیز از باطله‌های معادن و عملیات شسته‌شوی کپه بازیابی می‌شود. تکنیک های مختلفی مانند شستشو با اسید سولفوریک، آمونیاک و کلرید آهن استفاده می شود. علاوه بر این، روش‌های بیولوژیکی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ندول‌های چند فلزی منبع احتمالی مس هستند که غلظت تخمینی 1.3% را نشان می‌دهند.

بازیافت مس

طبق گزارش "ذخایر فلزی در جامعه" پانل منابع بین المللی، موجودی سرانه جهانی مس در حال حاضر مورد استفاده اجتماعی بین 35 تا 55 کیلوگرم است. بخش قابل توجهی از این ذخایر در کشورهای توسعه یافته تر (140 تا 300 کیلوگرم سرانه) متمرکز شده است که در مقایسه با ارقام پایین تر در کشورهای کمتر توسعه یافته (30 تا 40 کیلوگرم سرانه) است. در سال 2001، یک خودروی استاندارد بین 20 تا 30 کیلوگرم مس را در خود جای داد. تا سال 2014، محتوای مس و آلیاژ مس در خودروهای موتور احتراق داخلی به 16.8 کیلوگرم کاهش یافت، اما متعاقباً تا سال 2023 به 24.5 کیلوگرم افزایش یافت. به طور همزمان، یک خودروی الکتریکی با باتری معمولاً تقریباً 91 کیلوگرم مس و آلیاژهای آن را در خود جای می‌دهد.

کاهش کیفیت، چه از حالت خام یا از کالاهای ساخته شده باشد. تخمین زده می شود که 80 درصد از کل مس استخراج شده در گردش فعال باقی می ماند. از نظر حجمی، مس پس از آهن و آلومینیوم، سومین فلز بازیافتی است. از سال 2023، مس بازیافتی تقریباً یک سوم تقاضای جهانی را تامین می‌کند.

روش بازیافت مس عمدتاً شبیه همان چیزی است که برای استخراج اولیه آن به کار می‌رود، البته به مراحل رویه‌ای کمتری نیاز دارد. ضایعات مس با خلوص بالا در یک کوره ذوب می‌شود، سپس کاهش می‌یابد و سپس به شکل بیلت و شمش ریخته می‌شود. برعکس، ضایعات با خلوص کمتر ذوب می‌شوند تا مس سیاه تولید شود (۷۰ تا ۹۰٪ خالص، حاوی ناخالصی‌هایی از جمله آهن، روی، قلع و نیکل). پس از آن، این ناخالصی‌ها در یک مبدل اکسید می‌شوند تا مس تاول (96-98٪ خالص) تولید شود، که سپس از طریق روش‌هایی که قبلاً توضیح داده شد، تحت پالایش بیشتر قرار می‌گیرد.

تأثیرات زیست محیطی

استخراج مس یک فرآیند انرژی بر است. این فرآیند جریان های زباله قابل توجهی از جمله گرد و غبار بالقوه سمی و آلودگی فلزات سنگین در مجاورت تاسیسات پالایشی را تولید می کند. از آنجایی که اکثر سنگ معدن مس سولفید است، ذوب یک مرحله ضروری است. عملیات ذوب دی اکسید گوگرد را تولید می کند که پیش ساز اسید سولفوریک اتمسفر است، مگر اینکه مکانیسم های جذب موثر اجرا شود. تقریباً 15 درصد مس از اجسام سنگ معدنی با عیار پایین (رقیق) به دست می آید. فرآوری این سنگ‌ها معمولاً شامل هیدرومتالورژی است که به استخراج‌های اسیدی نیاز دارد که در جریان‌های زباله پس از رسوب الکترولیتی مس باقی بمانند.

آلیاژها

آرایه وسیعی از آلیاژهای مس ایجاد شده است که بسیاری از آنها کاربردهای قابل توجهی دارند. به عنوان مثال، برنج آلیاژی است که از مس و روی تشکیل شده است. در حالی که برنز معمولاً آلیاژهای مس-قلع را نشان می دهد، این اصطلاح می تواند سایر آلیاژهای مس مانند برنز آلومینیوم را نیز در بر گیرد. برای قرن‌ها، برنزهای مس-قلع، که اغلب فلزات اضافی مختلف را در خود جای داده‌اند، در ریخته‌گری زنگوله‌ای مورد استفاده قرار می‌گرفتند، با ترکیب آلیاژی که مستقیماً بر کیفیت صدای دستگاه و خواص مکانیکی تأثیر می‌گذاشت. در صنعت جواهرسازی، مس به عنوان یک جزء مهم در لحیم کاری های نقره و طلای عیار عمل می کند، جایی که رنگ، سختی و نقطه ذوب آلیاژهای حاصل را تغییر می دهد. علاوه بر این، لحیم‌های بدون سرب خاصی از قلع آلیاژی با نسبت‌های جزئی مس و سایر عناصر فلزی فرموله می‌شوند.

Cupronickel، آلیاژی از مس و نیکل، در ضرب سکه‌های کم ارزش کاربرد دارد و اغلب به عنوان روکش خارجی عمل می‌کند. سکه پنج سنت ایالات متحده، که در حال حاضر به عنوان نیکل شناخته می شود، دارای ترکیبی همگن از 75٪ مس و 25٪ نیکل است. قبل از پذیرش گسترده کوپرونیکل توسط کشورهای مختلف در نیمه دوم قرن بیستم، آلیاژهای مس-نقره نیز مورد استفاده قرار می گرفتند. به عنوان مثال، ایالات متحده تا سال 1965 از آلیاژ 90 درصد نقره و 10 درصد مس استفاده می کرد. در آن زمان، نقره در گردش از تمام سکه ها حذف شد به جز نیم دلار، که متعاقباً به آلیاژی از 40 درصد نقره و 60 درصد مس بین سال های 1965 و 990.1970 تا 1905 تا 1900 درصد مس کاهش یافت. 10% نیکل، که به دلیل مقاومت در برابر خوردگی آن قابل توجه است، در کاربردهای متعددی که در معرض آب دریا قرار دارند، استفاده می شود، اگرچه حساسیت به سولفیدهایی که گهگاه در بنادر و مصب های آلوده وجود دارد را نشان می دهد. آلیاژهای مس-آلومینیوم (تقریباً ۷٪ آلومینیوم) دارای رنگ طلایی هستند و در وسایل تزئینی مورد استفاده قرار می گیرند. Shakudō یک آلیاژ مس تزئینی سنتی ژاپنی است که حاوی نسبت کمی از طلا، معمولاً 4-10٪ است که می‌توان آن را برای رسیدن به رنگ آبی تیره یا سیاه پتینه کرد.

ترکیبات

مس طیف متنوعی از ترکیبات را نشان می‌دهد، معمولاً حالت‌های اکسیداسیون +1 و +2 را اتخاذ می‌کند که معمولاً به ترتیب cuprous و cupric نامیده می‌شوند. این ترکیبات مس به عنوان ترویج یا کاتالیزکننده بسیاری از فرآیندهای شیمیایی و بیولوژیکی شناخته شده است.

ترکیبات باینری

مشابه سایر عناصر، ساده ترین ترکیبات مس دوتایی هستند، به این معنی که آنها فقط از دو عنصر تشکیل شده اند. نمونه های اولیه عبارتند از اکسیدها، سولفیدها و هالیدها. هر دو اکسید مس و مس شناسایی شده اند. انواع سولفیدهای مس عمدتاً به دلیل اهمیت آنها به عنوان سنگ معدن شناخته شده است. ساده‌ترین نمونه‌ها از نظر استوکیومتری شامل سولفید مس (I) (Cu₂S) و مونو سولفید مس (CuS) است. گریزان فلوراید مس، کلرید و برمید به طور مشابه به خوبی مشخص می شوند. تلاش برای سنتز یدید مس (II) منحصراً منجر به تشکیل یدید مس (I) و ید می شود.

2 Cu²⁺ + 4 I⁻ → 2 CuI + I§4^5§

شیمی هماهنگی

مس به راحتی با لیگاندهای مختلف کمپلکس های هماهنگی را تشکیل می دهد. در محلول های آبی، مس (II) به صورت کمپلکس هگزا هیدرات وجود دارد، [Cu(H
§67§ style="font-size:inherit;line-height:inherit;vertical-align:baseline">
§15_16§]2+
. این مجتمع خاص سریع‌ترین نرخ تبادل آب (با اشاره به سینتیک ارتباط و تفکیک لیگاند آب) را در بین تمام کمپلکس‌های شناخته شده فلزات واسطه نشان می‌دهد. افزودن هیدروکسید سدیم آبی باعث رسوب هیدروکسید مس (II) جامد و آبی روشن می شود. یک نمایش ساده از این واکنش با معادله زیر ارائه می شود:

Cu²⁺ + 2 OH⁻ → Cu(OH)§4^5§

معرفی آمونیاک آبی به طور مشابه این رسوب را ایجاد می کند. با این حال، با افزودن آمونیاک اضافی، رسوب دوباره حل می شود و منجر به تشکیل تترا آمین مس (II) می شود:

Cu(H
§67§O)
§1516§(OH)
§2425§ + 4 NH§29
§3738§O)
§4647§(NH^56§)
§6465§]²⁺
+ 2 H§78−

بسیاری از اکسانیون های دیگر برای تشکیل کمپلکس شناخته شده اند. نمونه های قابل توجه شامل مس (II) استات، مس (II) نیترات، و مس (II) کربنات است. سولفات مس (II) به عنوان یک پنتا هیدرات آبی متبلور می شود که به طور گسترده ای به عنوان رایج ترین ترکیب مسی که در محیط های آزمایشگاهی با آن مواجه می شود، شناخته می شود. این ترکیب به عنوان یک جزء در مخلوط بوردو، یک قارچ کش معروف، کاربرد دارد.

پلی‌ال‌ها، که به عنوان ترکیباتی با گروه‌های عاملی الکلی متعدد تعریف می‌شوند، معمولاً با نمک‌های مس در تعامل هستند. به عنوان مثال، نمک‌های مس در سنجش‌هایی که برای تشخیص قندهای کاهنده طراحی شده‌اند، استفاده می‌شوند. به طور دقیق تر، حضور چنین قندهایی با تغییر رنگ مشخص از Cu (II) آبی به اکسید مس (I) مایل به قرمز در هنگام استفاده از معرف بندیکت و محلول Fehling نشان داده می شود. معرف شوایزر، همراه با کمپلکس های مشابه حاوی اتیلن دی آمین و سایر آمین ها، ظرفیت حل کردن سلولز را دارد. آمینو اسیدها به تشکیل کمپلکس های کلات فوق العاده پایدار با مس (II) معروف هستند.

شیمی آلی مس

ترکیبات آلی مس به عنوان گونه‌های شیمیایی تعریف می‌شوند که با حضور پیوند مستقیم کربن و مس مشخص می‌شوند. این ترکیبات واکنش پذیری قابل توجهی با اکسیژن نشان می دهند که منجر به تشکیل اکسید مس (I) می شود و به طور گسترده در کاربردهای مختلف شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند. سنتز آنها معمولاً شامل واکنش ترکیبات مس (I) با معرف‌های گریگنارد، آلکین‌های انتهایی یا معرف‌های ارگانولیتیوم است. به ویژه، روش دوم یک معرف گیلمن تولید می کند. ترکیبات آلی مس قادر به انجام واکنش‌های جایگزینی با آلکیل هالیدها، تولید محصولات جفت‌شونده هستند که اهمیت آنها را در سنتز آلی نشان می‌دهد. در حالی که استیلید مس (I) به طور قابل توجهی به شوک حساس است، به عنوان یک واسطه حیاتی در واکنش هایی مانند جفت کادیوت-چودکیویچ و جفت سونوگاشیرا عمل می کند. علاوه بر این، ترکیبات آلی مس افزودن مزدوج به انون ها و کربوکوپراتاسیون آلکین ها را تسهیل می کند. مس (I) همچنین به تشکیل کمپلکس‌های ضعیف متنوع با آلکن‌ها و مونوکسید کربن، به‌ویژه زمانی که لیگاندهای آمین وجود دارد، شناخته شده است.

مس(III) و مس(IV)

مس (III) عمدتاً در ترکیبات اکسیدی مشاهده می شود. یک مثال ساده، کوپرات پتاسیم، KCuO₂ است که به صورت جامد آبی مایل به سیاه ظاهر می شود. ابررساناهای کوپرات نشان‌دهنده کامل‌ترین کلاس از ترکیبات مس (III) هستند. اکسید مس ایتریوم باریم (YBa₂Cu§45§O₇) هر دو مرکز Cu (II) و Cu (III) را در ساختار خود دارد. مشابه اکسید، فلوراید به عنوان یک آنیون بسیار اساسی عمل می کند و به دلیل ظرفیت آن در تثبیت یون های فلزی در حالت های اکسیداسیون بالا شناخته شده است. در نتیجه، فلوریدهای مس (III) و حتی مس (IV) شناسایی شده‌اند که به‌ترتیب توسط K§89§CuF§10_{11§ و Cs§1213§CuF§1415§ مشخص شده‌اند. سیستم های آنالوگ مصنوعی به طور کامل بررسی شده، مس (III) را نشان می دهند. در حضور تتراپپتیدها، کمپلکس‌های مس بنفش (III) از طریق لیگاندهای آمید دپروتون‌شده به تثبیت می‌رسند.}

کمپلکس‌های مس (III) علاوه بر این، به‌عنوان واسطه در واکنش‌های شامل ترکیبات آلی مس، مانند واکنش خاراش-سوسنوفسکی، عمل می‌کنند.

نقش بیولوژیکی

بیوشیمی

اهمیت بیولوژیکی مس همزمان با ظهور اکسیژن در جو زمین پدیدار شد. پروتئین‌های مس عملکردهای مختلفی را در انتقال بیولوژیکی الکترون و تحویل اکسیژن انجام می‌دهند، فرآیندهایی که از تبدیل آسان بین حالت‌های اکسیداسیون Cu (I) و Cu (II) استفاده می‌کنند. مس برای فرآیندهای تنفس هوازی که در همه موجودات یوکاریوتی اتفاق می افتد ضروری است. در داخل میتوکندری، مس جزء تشکیل دهنده سیتوکروم c اکسیداز، پروتئین نهایی در مسیر فسفوریلاسیون اکسیداتیو مسئول سنتز ATP است. در طول انتقال الکترون به اکسیژن، اتم‌های مس درون این آنزیم دچار کاهش و اکسیداسیون متناوب می‌شوند. علاوه بر این، مس در سوپراکسید دیسموتازهای متعددی وجود دارد که آنزیم‌هایی هستند که تجزیه سوپراکسیدها را از طریق عدم تناسب کاتالیز می‌کنند و اکسیژن و پراکسید هیدروژن تولید می‌کنند:

• Cu²⁺-SOD + O₂⁻ → Cu⁺-SOD + O§8_{9§ (کاهش مس، اکسیداسیون سوپراکسید)}
• Cu⁺-SOD + O₂⁻ + 2H⁺ → Cu²⁺-SOD + H§10_{11§O§1213§ (اکسیداسیون سوپراکسید مس)کاهش مس}

هموسیانین، یک پروتئین، به عنوان مولکول انتقال اکسیژن در اکثر نرم تنان و بندپایان خاص، از جمله خرچنگ نعل اسبی (Limulus polyphemus) عمل می کند. رنگ آبی مشخصه هموسیانین باعث می شود که این موجودات دارای خون آبی باشند، در تضاد با خون قرمز مرتبط با هموگلوبین حاوی آهن. لاکازها و تیروزینازها شباهت‌های ساختاری با هموسیانین دارند. با این حال، این پروتئین‌ها به‌جای اتصال برگشت‌پذیر اکسیژن، هیدروکسیلاسیون سوبستراها را کاتالیز می‌کنند، که نمونه آن مشارکت آنها در سنتز لاک است.

برخی پروتئین‌های مس، به ویژه "پروتئین‌های مس آبی" مستقیماً با سوبستراها درگیر نمی‌شوند و بنابراین به عنوان آنزیم طبقه‌بندی نمی‌شوند. این پروتئین ها رله الکترون را از طریق مکانیسم انتقال الکترون تسهیل می کنند. یک مرکز مس چهارهسته‌ای متمایز در نیتروژن اکسید ردوکتاز شناسایی شده است.

غلظت مس به دقت در سلول‌های پروکاریوتی و یوکاریوتی تنظیم می‌شود تا عملکردهای فیزیولوژیکی ضروری حفظ شود و همزمان از تجمع سمی جلوگیری شود.

تغذیه

مس یک عنصر کمیاب ضروری برای گیاهان و حیوانات است، اگرچه اهمیت آن به همه میکروارگانیسم‌ها تعمیم نمی‌یابد. ارگانیسم انسان معمولاً دارای غلظت مس است که از تقریباً 1.4 تا 2.1 میلی گرم در هر کیلوگرم از توده بدن متغیر است.

جذب و تنظیم

پس از جذب روده ای، مس در حالی که به آلبومین متصل می شود به کبد منتقل می شود. پردازش بعدی کبدی، توزیع مس را به بافت های دیگر در طول فاز ثانویه تسهیل می کند، که عمدتاً توسط پروتئین سرولوپلاسمین واسطه می شود، که اکثریت مس در گردش را در جریان خون منتقل می کند. سرولوپلاسمین همچنین مس را برای دفع در شیر حمل می کند و این شکل به طور قابل توجهی به عنوان منبع مس در رژیم غذایی به خوبی جذب می شود. در داخل بدن، مس به طور معمول تحت گردش کبدی قرار می گیرد که شامل تقریباً 5 میلی گرم در روز است، در مقابل تقریباً 1 میلی گرم در روز که از رژیم غذایی جذب می شود و متعاقباً دفع می شود. ارگانیسم دارای مکانیسم‌هایی برای دفع مس اضافی، در صورت لزوم، از طریق صفرا است، که بخشی از مس کبدی را که متعاقباً توسط روده بازجذب نمی‌شود، منتقل می‌کند.

غلظت‌ها و مکانیسم‌های انتقال مس تحت کنترل نظارتی دقیقی هستند. حداقل دو کاپرون خاص مسی مجزا با موفقیت جدا شده است.

توصیه های غذایی

در سال 2001، مؤسسه پزشکی ایالات متحده، میانگین نیازهای تخمینی (EARs) و کمک‌های غذایی توصیه‌شده (RDA) را برای مس بازبینی کرد. هنگامی که داده‌های ناکافی مانع ایجاد EARs و RDA می‌شود، یک تخمین مصرف کافی (AI) استفاده می‌شود. AI برای مس 200 میکروگرم برای نوزادان 0 تا 6 ماهه (هر دو جنس) و 220 میکروگرم برای نوزادان 7 تا 12 ماهه (هر دو جنس) مشخص شده است. برای هر دو جنس، RDAها برای مس عبارتند از: 340 میکروگرم برای افراد 1 تا 3 ساله، 440 میکروگرم برای افراد 4 تا 8 سال، 700 میکروگرم برای افراد 9 تا 13 سال، 890 میکروگرم برای افراد 14 تا 18 سال، و 900 میکروگرم برای افراد 19 سال و بالاتر. در دوران بارداری، 1000 میکروگرم و برای شیردهی 1300 میکروگرم توصیه می شود. در مورد ایمنی، مؤسسه پزشکی همچنین در صورت وجود شواهد کافی، سطوح بالای مصرف قابل تحمل (UL) را برای ویتامین ها و مواد معدنی تعیین می کند. برای مس، UL روی 10 میلی گرم در روز تنظیم شده است. در مجموع، EARs، RDAs، AIs، و ULs به‌عنوان دریافت‌های مرجع غذایی تعیین می‌شوند.

مرجع ایمنی غذای اروپا (EFSA) این مجموعه جامع از دستورالعمل‌های تغذیه‌ای را به‌عنوان مقادیر مرجع رژیمی تعیین می‌کند و به جای RDA و میانگین EAR از میزان مصرف مرجع جمعیت (PRI) استفاده می‌کند. تعاریف مصرف کافی (AI) و سطح بالای مصرف قابل تحمل (UL) با تعاریف مورد استفاده در ایالات متحده مطابقت دارد. برای بزرگسالان 18 سال و بالاتر، AIها 1.3 میلی گرم در روز برای زنان و 1.6 میلی گرم در روز برای مردان تعیین شده است. در دوران بارداری و شیردهی، AI 1.5 میلی گرم در روز است. برای جمعیت کودکان 1-17 ساله، AI به تدریج با افزایش سن افزایش می یابد و از 0.7 تا 1.3 میلی گرم در روز متغیر است. قابل توجه است که این AIهای اروپایی از RDAهای مربوطه ایالات متحده فراتر می روند. EFSA همچنین پارامترهای ایمنی را ارزیابی کرد و UL آن را 5 میلی گرم در روز تعیین کرد که نشان دهنده نیمی از مقدار تعیین شده توسط ایالات متحده است.

در زمینه برچسب گذاری مواد غذایی و مکمل های غذایی ایالات متحده، مقدار یک ماده مغذی در هر وعده به عنوان درصدی از ارزش روزانه (%DV) ارائه می شود. در سال 2019، معیار 100٪ از ارزش روزانه مس به 0.9 میلی گرم تنظیم شد و آن را با مقدار مجاز رژیم غذایی توصیه شده (RDA) همراستا کرد.

کمبود

با توجه به نقش اساسی آن در تسهیل جذب آهن، کمبود مس می تواند به صورت علائمی شبیه کم خونی، نوتروپنی، ناهنجاری های اسکلتی، هیپوپیگمانتاسیون، رشد به خطر افتاده، افزایش حساسیت به عفونت ها، پوکی استخوان، پرکاری تیروئید، و اختلال در تنظیم متابولیسم گلوکز و کلسترول ظاهر شود. برعکس، بیماری ویلسون نشان دهنده یک اختلال ژنتیکی است که با تجمع پاتولوژیک مس در بافت های بدن مشخص می شود.

برای خرگوش های اروپایی، حداقل غلظت مس در رژیم غذایی 3ppm برای رشد سالم ضروری است. با این وجود، نشان داده شده است که افزایش سطح مس در جیره، به ویژه ppm 100، 200 ppm، یا 500 ppm، تأثیر مثبتی بر راندمان تبدیل خوراک، نرخ رشد و درصد پانسمان لاشه در این حیوانات دارد.

کمبود شدید مس از طریق آزمایش‌های تشخیصی که کاهش غلظت مس پلاسما یا سرم، کاهش سطح سرولوپلاسمین و کاهش فعالیت سوپراکسید دیسموتاز گلبول‌های قرمز را نشان می‌دهد، قابل شناسایی است. با این حال، این نشانگرها برای تشخیص وضعیت مس حاشیه ای حساسیت ندارند. در حالی که "فعالیت سیتوکروم سی اکسیداز لکوسیت ها و پلاکت ها" به عنوان یک شاخص اضافی برای کمبود پیشنهاد شده است، کاربرد تشخیصی آن از طریق مطالعات تکثیر مستقل تایید نشده است.

مسمومیت

مسمومیت مزمن مس معمولاً در انسان به دلیل سیستم‌های حمل و نقل فیزیولوژیکی کارآمد که به دقت جذب و دفع آن را تنظیم می‌کنند، مشاهده نمی‌شود. در نتیجه، زمانی که میزان مصرف روزانه در 5 میلی گرم حفظ شود، احتباس مس پیش بینی نمی شود.

بررسی ها ارتباطی بین تنظیم سطوح مس سیستمیک و پاتوژنز چندین اختلال عصبی، به ویژه بیماری آلزایمر، ایجاد کرده است. این مطالعات پیشنهاد می‌کنند که مشکل اساسی، اختلال مربوط به سن در مکانیسم‌های تنظیمی ذاتی است، نه سمیت ناشی از قرار گرفتن در معرض مستقیم.

مسمومیت حاد مس در انسان، که منجر به نارسایی کبدی غیرقابل برگشت می‌شود، به دنبال مصرف مقادیر گرم نمک‌های مسی مختلف در خودکشی ثبت شده است. علاوه بر این، جهش‌های اتوزومال مغلوب که بر پروتئین‌های انتقال مس تأثیر می‌گذارند، می‌توانند منجر به اختلال عملکرد تنظیمی شوند که به عنوان بیماری ویلسون ظاهر می‌شود که با تجمع مس، سیروز کبدی و تظاهرات روان‌پزشکی مشخص می‌شود.

بیولیچینگ

سیستم های بیولیچینگ در مقیاس صنعتی از باکتری ها برای استخراج مس استفاده می کنند. در این فرآیند، محلول‌های میکروبی از طریق سنگ معدن خرد شده نفوذ می‌کنند و تبدیل سولفیدهای نامحلول مس به سولفات‌های مس محلول را تسهیل می‌کنند. متعاقباً، مس با خلوص بالا از محلول حاصل از طریق الکترووینینگ بازیابی می‌شود.

قرار گرفتن در معرض انسان

در ایالات متحده، اداره ایمنی و بهداشت شغلی (OSHA) حد مجاز قرار گرفتن در معرض (PEL) را برای گرد و غبار مس محل کار با میانگین وزنی زمان (TWA) 1 میلی گرم بر متر³ و برای دود مس 0.1 میلی گرم بر ثانیه3 تعیین کرده است. همزمان، مؤسسه ملی ایمنی و بهداشت شغلی (NIOSH) حد قرار گرفتن در معرض (REL) 1 mg/m§45§ را توصیه می‌کند، همچنین به عنوان میانگین وزنی زمان. غلظتی که بلافاصله برای زندگی و سلامتی خطرناک در نظر گرفته می شود (IDLH) 100 mg/m§67§ است. قابل ذکر است که مس نیز به عنوان جزئی از دود تنباکو وجود دارد.

تاریخچه

دوران ماقبل تاریخ

عصر مس

مس فلزی بومی، که به طور طبیعی وجود دارد، توسط برخی از قدیمی ترین تمدن های مستند شناخته شده و مورد استفاده قرار گرفته است. اولین استفاده شناخته شده از مس بومی به 9000 سال قبل از میلاد در خاورمیانه برمی گردد، با آویز کشف شده در شمال عراق به طور خاص به 8700 سال قبل از میلاد مسیح باز می گردد. قبل از مس، شواهد باستان‌شناسی نشان می‌دهد که طلا و آهن شهاب‌سنگ (اما نه آهن ذوب‌شده) تنها فلزاتی بودند که توسط انسان‌ها استفاده می‌شد. تکامل متالورژی مس به طور کلی طی مراحل مشخصی پیشرفت کرده است: در ابتدا، کار سرد مس بومی، به دنبال آن بازپخت، سپس ذوب، و در نهایت، ریخته‌گری. قدیمی‌ترین شواهد باستان‌شناسی برای ذوب یا متالورژی داغ در اوراسیا از بالکان و کوه‌های کارپات سرچشمه می‌گیرد، جایی که مصنوعات مسی تولید شده از طریق ریخته‌گری و ذوب تقریباً به 6200 تا 5000 سال قبل از میلاد مسیح مربوط می‌شوند که نشان‌دهنده ظهور مس فلزی است.

در مجتمع مس قدیمی میشیگان و ویسکانسین، ساخت مصنوعات مسی سرد کار شده و ذوب نشده بین 6500 تا 3000 سال قبل از میلاد مسیح، از جمله یک نیزه مسی کشف شده در ویسکانسین از سال 6500 قبل از میلاد است. تاریخ گذاری رادیومتری نشان می دهد که جمعیت های بومی مجتمع مس قدیمی در منطقه دریاچه های بزرگ آمریکای شمالی از مس در اوایل 7500 سال قبل از میلاد استفاده می کردند. همچنین قابل قبول است که این جوامع بومی در این دوره به استخراج مس مشغول بوده اند که به طور بالقوه یکی از اولین نمونه های استخراج مس در جهان را نشان می دهد. شواهد بیشتر، که از آلودگی سرب ماقبل تاریخ در دریاچه‌های میشیگان به دست آمده است، نشان می‌دهد که ساکنان منطقه استخراج مس را در حدود حدود 6000 سال قبل از میلاد آغاز کرده‌اند. در طول عصر برنز، به نظر می رسد کاهش استفاده از اشیاء مسی سودمند در مجتمع مس قدیمی آمریکای شمالی، همراه با یک گذار قابل تشخیص به سمت افزایش تولید اقلام مسی زینتی همراه بوده است.

اولین نمونه مستند ریخته‌گری مس موم گمشده از یک طلسم کشف شده در مهرگره پاکستان به 4000 سال قبل از میلاد سرچشمه می‌گیرد. خود ریخته گری سرمایه گذاری در آسیای جنوب شرقی بین 4500 تا 4000 قبل از میلاد ظهور کرد. فرآیند ذوب احتمالاً به طور مستقل در مناطق مختلف توسعه یافته است: در چین قبل از 2800 قبل از میلاد، در آمریکای مرکزی در حدود 600 پس از میلاد و در غرب آفریقا در طول قرن 9 یا 10 پس از میلاد. تاریخ‌گذاری رادیوکربن فعالیت‌های معدنی در Alderley Edge در Cheshire، انگلستان را تأیید کرده است که بین سال‌های 2280 و 1890 قبل از میلاد انجام شده است.

اوتزی مرد یخی، که بقایای او به 3300 تا 3200 قبل از میلاد برمی‌گردد، تبر داشت که دارای سر مسی با خلوص 99.7 درصد بود. افزایش غلظت آرسنیک در موهای او نشان دهنده مشارکت احتمالی او در فرآیندهای ذوب مس است. دانش به دست آمده از کار با مس باعث تسهیل پیشرفت در پردازش سایر فلزات شد. به طور خاص، اعتقاد بر این است که ذوب مس پیشروی برای کشف ذوب آهن بوده است.

عصر برنز

برنز طبیعی، گونه‌ای از مس که از سنگ‌های معدنی فراوان در سیلیکون، آرسنیک و گاهی قلع به دست می‌آید، تقریباً در 5500 سال قبل از میلاد در بالکان به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت. آلیاژسازی عمدی مس با قلع برای تولید برنز تقریباً 4000 سال پس از کشف اولیه ذوب مس و تقریباً 2000 سال پس از پذیرش گسترده "برنز طبیعی" آغاز شد. آثار باستانی ساخته شده از برنز توسط فرهنگ وینچا مربوط به 4500 سال قبل از میلاد است. آثار سومری و مصری متشکل از آلیاژهای مس و برنز به طور مشابه به 3000 سال قبل از میلاد مسیح مربوط می شود. آبی مصری که از نظر شیمیایی به عنوان کوپروریوایت (سیلیکات مس کلسیم) شناخته می شود، یک رنگدانه مصنوعی حاوی مس است که استفاده از آن در مصر باستان در حدود 3250 سال قبل از میلاد آغاز شد. در حالی که رومی ها با فرآیند تولید آن آشنا بودند، آبی مصری تا قرن چهارم پس از میلاد دیگر استفاده نشد و منجر به از دست رفتن دانش تولید آن شد. معمار رومی ویترویوس در قرن اول قبل از میلاد مستند کرد که این رنگدانه آبی از مواد معدنی مس یا برنز، آهک و شارهایی مانند ناترون ایجاد شده است. این دستور اساسی از آن زمان توسط تحقیقات مدرن تأیید شده است.

عصر برنز در اروپای جنوب شرقی تقریباً بین 3700 تا 3300 قبل از میلاد و در شمال غربی اروپا در حدود 2500 قبل از میلاد آغاز شد. نتیجه گیری آن با ظهور عصر آهن مصادف شد که بین سال های 2000 تا 1000 قبل از میلاد در خاور نزدیک و تا سال 600 قبل از میلاد در شمال اروپا اتفاق افتاد. از نظر تاریخی، مرحله انتقالی بین دوره نوسنگی و عصر مفرغ به عنوان دوره کالکولیتیک (سنگ مس) نامگذاری شده است که با همزیستی مس و ابزار سنگی مشخص می شود. این نام‌گذاری به تدریج مورد توجه قرار گرفته است، زیرا در برخی مناطق جهانی، دوره‌های کالکولیتیک و نوسنگی مرزهای زمانی همپوشانی دارند. برنج، آلیاژی متشکل از مس و روی، دارای منشأ تاریخی بسیار جدیدتری است. اگرچه برنج برای یونانیان شناخته شده بود، اما در دوران امپراتوری روم به عنوان مکمل برجسته برنز ظاهر شد.

دوران باستان و پس از کلاسیک

در یونان باستان، مس با نام chalkos (χαλκός) شناسایی می شد. این فلز یک منبع حیاتی برای رومیان، یونانیان و دیگر تمدن های باستانی بود. در دوران روم، به آن aes Cyprium می‌گفتند، با aes به عنوان نام لاتین عمومی آلیاژهای مس، و Cyprium نشان‌دهنده منشأ آن از قبرس، یک منطقه معدنی مهم مس است. این عبارت متعاقباً به cuprum مخفف شد که اصطلاح انگلیسی مس از آن گرفته شده است. در اساطیر و کیمیاگری، آفرودیت (معروف به ونوس در روم) نماد مس است که به زیبایی درخشان ذاتی فلز و کاربرد تاریخی آن در تولید آینه نسبت داده می شود. قبرس، منبع اولیه مس، برای این الهه مقدس تلقی می شد. هفت جرم آسمانی شناخته شده توسط فرهنگ های باستانی با هفت فلز شناخته شده در دوران باستان مرتبط بودند. زهره به طور خاص با مس مرتبط بود، پیوندی که هم از پیوند آن با الهه و هم از این که زهره درخشان‌ترین جرم آسمانی بعد از خورشید و ماه بود، ناشی می‌شد، بنابراین با درخشان‌ترین و مطلوب‌ترین فلز پس از طلا و نقره مطابقت دارد.

در میان مردمان بومی آمریکای شمالی، مس بیشترین کاربرد فلزی را به‌شمار می‌آورد که به طور گسترده‌ای از آن استفاده می‌شود. 7000 سال مس بومی به طور آشکاری از مکان‌های جزیره رویال با استفاده از ابزارهای سنگی ابتدایی در دوره 800 تا 1600 پس از میلاد استخراج شد. مس، که احتمالاً از قطعات خالص کشف شده در منطقه دریاچه های بزرگ به دست می آید، از طریق چکش کاری و بازپخت مکرر در شهر کاهوکیا آمریکای شمالی (واقع در نزدیکی میسوری کنونی) بین سال های 1000 تا 1300 پس از میلاد تحت پردازش قرار گرفت. تعداد زیادی صفحات مسی نفیس، که مجموعاً صفحات مسی می سی سیپی نامیده می شوند، در آمریکای شمالی در مجاورت کاهوکیا کشف شده اند که قدمت آنها نیز از این بازه زمانی 1000 تا 1300 پس از میلاد است.

در آمریکای جنوبی، یک ماسک مسی کشف شده در آند آرژانتین، متعلق به 1000 سال قبل از میلاد مسیح، نشان دهنده قدیمی ترین مصنوع مسی شناخته شده در منطقه آند است. در حالی که پرو به طور سنتی به عنوان منبع اصلی متالورژی مس اولیه در آمریکای پیش از کلمبیا در نظر گرفته می شد، ماسک آرژانتینی نشان می دهد که Cajón del Maipo در جنوب آند مرکز مهم دیگری برای پردازش اولیه مس در این قاره است. متالورژی مس پرو در حدود 500 سال قبل از میلاد ثبت شده است، با تولید در مقیاس بزرگ در حدود 900 پس از میلاد، همزمان با ظهور فرهنگ سیکان در شمال پرو. این تولید از طریق فتوحات بعدی توسط فرهنگ های چیمور و اینکا ادامه یافت و در نهایت با فتح اسپانیایی ها در سال 1532 متوقف شد.

در سراسر آفریقای جنوب صحرا، از تأسیس اولین معادن در حدود سال 2000 قبل از میلاد در آگادس تا اوایل قرن 19، مس ارزش و ارزش بالاتری داشت. مس به طور گسترده در سرتاسر این قاره معامله می شد و کارکردهای مذهبی، سیاسی و اجتماعی مختلفی را ایفا می کرد. برعکس، ذخایر طلای بومی تا زمان پیدایش تماس با بازرگانان پرتغالی و عرب تا حد زیادی نادیده گرفته می‌شد.

مس نقش فرهنگی مهمی به‌ویژه در سیستم‌های پولی ایفا کرده است. در طول قرن های 6 تا 3 قبل از میلاد، رومی ها از کلوخه های مس به عنوان ارز استفاده می کردند. در ابتدا، ارزش ذاتی مس بسیار مهم بود، اما با گذشت زمان، شکل و زیبایی شناسی مس اهمیت فزاینده ای پیدا کرد. ژولیوس سزار سکه‌های ساخته شده از برنج را سفارش داد، در حالی که ضرب سکه‌های اکتاویانوس آگوستوس سزار از آلیاژهای Cu-Pb-Sn تولید می‌شد. عملیات استخراج و ذوب مس رومی با تولید تخمینی سالانه تقریباً 15000 تن متریک به مقیاس بی سابقه ای دست یافت، سطحی که تا انقلاب صنعتی از آن فراتر نمی رفت. استان هایی که به شدت مورد بهره برداری قرار گرفتند شامل هیسپانیا، قبرس، و مناطقی در اروپای مرکزی بودند.

دروازه های معبد اورشلیم با استفاده از برنز قرنتی، آلیاژی از مس، نقره و طلا ساخته شد. این ماده در معرض طلاکاری تخلیه قرار گرفت، فرآیندی که به طور متوالی مس اکسید شده را برای تولید یک لایه سطحی طلایی رنگ حذف می کند. این تکنیک به ویژه در اسکندریه رایج بود، شهری که اعتقاد بر این است که کیمیاگری در آنجا سرچشمه گرفته است، با الهام از چنین درمان‌های شیمیایی که ظاهری طلایی ایجاد می‌کرد.

مدرن

کوه بزرگ مس، معدنی واقع در فالون، سوئد، از قرن دهم تا سال 1992 کار می‌کرد. در قرن هفدهم، دو سوم تقاضای مس اروپا را تامین می‌کرد و بودجه قابل توجهی را برای کمپین‌های نظامی متعدد سوئد در آن دوران تامین می‌کرد. در نتیجه به عنوان خزانه‌داری کشور در نظر گرفته می‌شد که زیربنای سیستم ارزی سوئد با پشتوانه مس است.

مس در سقف‌سازی، ارز و فناوری‌های عکاسی مانند داگرئوتیپ کاربرد دارد. از نظر تاریخی، مس در مجسمه سازی رنسانس و برای ساخت مجسمه آزادی استفاده می شد. استفاده از آن در اشکال مختلف ساخت و ساز امروزه نیز ادامه دارد. روکش و روکش مس به طور گسترده ای برای محافظت از بدنه کشتی ها در زیر آب مورد استفاده قرار گرفت، روشی که توسط دریاسالاری بریتانیا در قرن هجدهم پیشگام بود. Affinerie Norddeutsche در هامبورگ، که در سال 1876 تأسیس شد، نشان دهنده اولین تأسیسات آبکاری مدرن بود.

در طول دوره افزایش تقاضای مس مرتبط با عصر برق، از دهه 1880 تا رکود بزرگ دهه 1930، ایالات متحده مسئول تولید یک سوم از جهان جدید بود. مس مناطق معدنی برجسته شامل ناحیه Keweenaw در شمال میشیگان است که عمدتاً به خاطر ذخایر مس بومی شناخته می شود، که متعاقباً در اواخر دهه 1880 توسط ذخایر گسترده سولفید در Butte، مونتانا تحت الشعاع قرار گرفت. به نوبه خود، ذخایر پورفیری جنوب غربی ایالات متحده، به ویژه در کنیون بینگام، یوتا، و مورنسی، آریزونا، از بوت پیشی گرفت. استفاده از استخراج بیل بخار روباز و پیشرفت در ذوب، پالایش، غلظت شناورسازی و سایر تکنیک های فرآوری، تولید انبوه را تسهیل کرد. در اوایل قرن بیستم، آریزونا جایگاه پیشرو در تولید مس را داشت و پس از آن مونتانا، یوتا و میشیگان قرار گرفتند.

ذوب فلش، فرآیندی با انرژی کارآمد، توسط Outokumpu در فنلاند توسعه یافت و برای اولین بار در هارجاوالتا در سال 1949 اجرا شد. این روش در حال حاضر 50 درصد از تولید جهانی مس را تشکیل می‌دهد. کشورهایی که در سال 1967 توسط شیلی، پرو، زئیر و زامبیا تأسیس شدند، هدفشان تأثیرگذاری بر بازار مس مشابه نقش اوپک در نفت بود. با این حال، هرگز نفوذ قابل مقایسه ای به دست نیاورد، عمدتاً به این دلیل که ایالات متحده، دومین تولیدکننده بزرگ، عضو آن نبود. این شورا در سال 1988 منحل شد. در سال 2008، چین به عنوان بزرگترین واردکننده مس در جهان ظاهر شد.

برنامه ها

کاربردهای اولیه مس شامل سیم کشی برق (60%)، سقف و سیستم های لوله کشی (20%) و تجهیزات صنعتی (15%) می شود. در حالی که مس عمدتاً به عنوان یک فلز خالص استفاده می شود، در صورت نیاز به افزایش سختی، با موادی مانند برنج و برنز آلیاژ می شود (5٪ از کل مصرف آن را تشکیل می دهد). بیش از دو قرن است که از رنگ‌های مسی بر روی بدنه قایق‌ها استفاده می‌شود تا از تکثیر گیاهان و جانوران دریایی جلوگیری کند. بخش کوچکی از عرضه مس به مصارف کشاورزی، به ویژه به عنوان مکمل های غذایی و قارچ کش ها اختصاص می یابد. شکل‌پذیری ذاتی، استحکام کم و اصطکاک قابل توجهی که بین براده‌های مس و ابزارهای برشی ایجاد می‌شود مانع از ماشین‌کاری مس خالص می‌شود و آلیاژها را برای فرآیندهایی که به ماشین‌کاری خوب نیاز دارند، مناسب‌تر می‌کند. ظروف مسی ممکن است با مواد غذایی اسیدی یا قلیایی تداخل داشته باشد و طعمی فلزی بدهد، اما برای تهویه سفیده تخم مرغ موثر است.

برنامه های سیم و کابل

عليرغم در دسترس بودن مواد جايگزين، مس به عنوان رساناي الکتريکي مطلوب در اکثر دسته‌هاي سيم‌کشي الکتريکي، به استثناي انتقال برق سربار، که در آن آلومينيوم اغلب انتخاب مي‌شود، همچنان ادامه دارد. سیم مسی کاربرد گسترده ای در تولید، انتقال و توزیع برق و همچنین در مخابرات، مدارهای الکترونیکی و مجموعه وسیعی از دستگاه های الکتریکی دارد. بخش سیم کشی برق مهم ترین بازار صنعت مس را تشکیل می دهد که شامل سیم کشی برق ساختاری، کابل های توزیع برق، سیم کشی لوازم خانگی، کابل های ارتباطی، سیم کشی خودرو و سیم آهنربا می شود. تقریباً پنجاه درصد از کل مس استخراج شده به تولید سیم و کابل هادی برق اختصاص دارد. بسیاری از دستگاه‌های الکتریکی از سیم‌کشی مسی به دلیل ویژگی‌های مزیت متنوع آن، از جمله رسانایی الکتریکی استثنایی، استحکام کششی بالا، شکل‌پذیری، مقاومت در برابر تغییر شکل خزشی، مقاومت در برابر خوردگی، حداقل انبساط حرارتی، هدایت حرارتی برتر، و سهولت در لحیم کاری و نصب، استفاده می‌کنند. سیم کشی جایگزین سیم کشی مسی در تلاش های متعدد ساخت و ساز مسکونی در سراسر آمریکا شد. با این حال، شیوه های طراحی ناکافی منجر به خطرات آتش سوزی شد. نگرانی‌های ایمنی بعدی از طریق اجرای سیم آلومینیومی گیج بزرگ‌تر (#8 AWG و بالاتر) کاهش یافته است، و سیم‌کشی آلومینیومی مهندسی شده مناسب همچنان به عنوان جایگزینی برای مس استفاده می‌شود. به عنوان مثال، هواپیمای ایرباس A380 از سیم آلومینیومی برای انتقال نیروی الکتریکی به جای مس استفاده می کند.

Electronics and Associated Devices

مدارهای یکپارچه و بردهای مدار چاپی به تدریج به جای آلومینیوم از مس استفاده می کنند که در درجه اول به دلیل هدایت الکتریکی برتر مس است. به طور مشابه، سینک های حرارتی و مبدل های حرارتی از مس به دلیل ویژگی های اتلاف حرارتی استثنایی آن استفاده می کنند. مس همچنین در ساخت آهنرباهای الکترومغناطیس، لوله‌های خلاء، لوله‌های پرتو کاتدی، و مگنترون‌های موجود در اجاق‌های مایکروویو، و همچنین موجبرهایی که برای تشعشعات مایکروویو طراحی شده‌اند، ضروری است.

موتورهای الکتریکی

رسانایی افزایش یافته مس به طور قابل توجهی کارایی عملیاتی موتورهای الکتریکی را بهبود می بخشد. این ویژگی با توجه به اینکه موتورها و سیستم‌های موتور محور به طور جمعی بین 43 تا 46 درصد از برق جهانی و 69 درصد از برق صنعتی را مصرف می‌کنند، بسیار مهم است. افزایش جرم و سطح مقطع مس در یک سیم پیچ موتور مستقیماً با افزایش راندمان موتور ارتباط دارد. روتورهای موتور مسی، که نشان دهنده یک پیشرفت فناوری جدید است که برای کاربردهای موتور با اولویت حفظ انرژی طراحی شده است، موتورهای القایی همه منظوره را در دستیابی و پیشی گرفتن از استانداردهای راندمان برتر تعیین شده توسط انجمن ملی تولیدکنندگان برق (NEMA) تسهیل می کند.

برنامه های معماری

از دوران باستان، مس به عنوان یک ماده مقاوم، مقاوم در برابر خوردگی و غیرقابل نفوذ آب و هوا در زمینه های معماری بوده است. برای هزاران سال، مس در ساخت سقف ها، فلاشینگ ها، ناودان های باران، سرازیری ها، گنبدها، گلدسته ها، طاق ها و درها به کار رفته است. در معماری معاصر، کاربردهای مس گسترش یافته است تا پوشش دیوارهای داخلی و خارجی، درزهای انبساط ساختمان، محافظ فرکانس رادیویی، و عناصر ضد میکروبی یا تزئینی داخلی مانند نرده ها، وسایل حمام، و میزها را در بر گیرد. از دیگر مزایای قابل توجه مس به عنوان یک ماده معماری می توان به حداقل حرکت حرارتی، وزن سبک، ظرفیت حفاظت در برابر صاعقه و قابلیت بازیافت ذاتی آن اشاره کرد.

پتینه سبز مشخصه مس از لحاظ تاریخی بسیار مورد توجه معماران و طراحان بوده است. این پتینه نهایی یک لایه بسیار بادوام را تشکیل می دهد که مقاومت قابل توجهی در برابر خوردگی جوی ارائه می دهد و بنابراین از فلز زیرین در برابر تخریب بیشتر محافظت می کند. ترکیب آن می تواند متفاوت باشد، شامل ترکیبی از ترکیبات کربنات و سولفات، با نسبت های تحت تاثیر عوامل محیطی مانند باران اسیدی حاوی گوگرد. علاوه بر این، مس معماری و آلیاژهای آن می‌توانند برای دستیابی به کیفیت‌های زیبایی‌شناختی، بافت‌ها یا رنگ‌های خاص، از جمله عملیات‌های مکانیکی سطح، رنگ‌آمیزی شیمیایی، و پوشش‌های محافظ، تحت فرآیندهای تکمیلی مختلفی قرار گیرند.

مس خواص برتری برای لحیم کاری و لحیم کاری از خود نشان می‌دهد، و همچنین دارای نتایج بهینه جوشکاری با گاز

خواص ضد رسوب

مس دارای ویژگی‌های بیواستاتیک است که از تکثیر باکتری‌ها و بسیاری دیگر از اشکال حیات در سطح آن جلوگیری می‌کند. در نتیجه، در طول تاریخ از آن برای ردیف کردن اجزای کشتی استفاده می‌شده است، که محافظت در برابر حشرات و صدف‌ها را فراهم می‌کند. در ابتدا از مس خالص برای این منظور استفاده می شد، اما از آن زمان تا حد زیادی با فلز مونتز و رنگ های مبتنی بر مس جایگزین شد. به طور مشابه، آلیاژهای مس به دلیل کارایی ضد میکروبی، جلوگیری از رسوب زیستی حتی در شرایط چالش برانگیز، و ویژگی‌های ساختاری قوی و مقاوم در برابر خوردگی در محیط‌های دریایی، به عنوان مواد توری در بخش آبزی پروری برجسته شده‌اند.

اثر ضد میکروبی

سطوح لمسی آلیاژ مس به طور ذاتی دارای خواصی هستند که می توانند طیف وسیعی از میکروارگانیسم ها از جمله E را از بین ببرند. coli O157:H7، استافیلوکوک اورئوس مقاوم به متی سیلین (MRSA)، استافیلوکوک، کلستریدیوم دیفیسیل، ویروس آنفولانزا A، آدنوویروس، SARS-CoV-2 و قارچ های مختلف. برخی از آلیاژهای مس توانایی از بین بردن بیش از 99.9 درصد از باکتری های بیماری زا را در عرض دو ساعت نشان داده اند، مشروط بر اینکه تمیز کردن منظم انجام شود. آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) ثبت این آلیاژهای مس را به عنوان "مواد ضد میکروبی با مزایای سلامت عمومی" تحریم کرده است، بنابراین تولیدکنندگان را قادر می سازد تا به طور قانونی مزایای بهداشت عمومی محصولات تولید شده از این آلیاژهای تایید شده را تایید کنند. علاوه بر این، EPA مجموعه گسترده‌ای از محصولات مس ضد میکروبی مشتق شده از این آلیاژها را تأیید کرده است که شامل مواردی مانند نرده‌های تخت، نرده‌ها، میزهای روی تخت، سینک‌ها، شیرها، دستگیره‌های در، سخت‌افزار توالت، صفحه‌کلید کامپیوتر، تجهیزات باشگاه سلامت و دستگیره‌های سبد خرید می‌شود. بیمارستان ها از دستگیره های مسی برای کاهش انتقال بیماری استفاده می کنند و نشان داده شده است که لوله های مسی در سیستم های لوله کشی بیماری لژیونرها را سرکوب می کند. محصولات ضد میکروبی آلیاژ مس در حال حاضر در مراکز بهداشتی درمانی در سراسر بریتانیا، ایرلند، ژاپن، کره، فرانسه، دانمارک و برزیل، و همچنین در سانتیاگو، شیلی، سیستم حمل و نقل مترو، که در آن نرده های آلیاژ مس-روی در حدود 30 ایستگاه بین سال های 2011 و 2014 نصب شده است، در حال اجرا هستند. در داخل ایالات متحده علاوه بر این، الیاف نساجی را می توان با مس تزریق کرد تا پارچه های محافظ ضد میکروبی تولید کند.

برنامه های قارچ کش

مس به طور گسترده به عنوان نگهدارنده چوب استفاده می شود، در درجه اول به دلیل اثربخشی آن به عنوان یک قارچ کش در برابر قارچ های پوسیدگی نرم، مشخصه ای که همچنین اجازه می دهد تا از پیامدهای زیست محیطی قابل توجه مرتبط با نگهدارنده های مبتنی بر کروم و آرسنیک جلوگیری شود.

باورهای طب سنتی

مس اغلب در جواهرات گنجانده می شود، و برخی از باورهای سنتی نشان می دهد که دستبندهای مسی می توانند علائم آرتریت را کاهش دهند. با این حال، کارآزمایی‌های بالینی هم برای استئوآرتریت و هم برای آرتریت روماتوئید تفاوت معنی‌داری بین اثرات دستبند مسی و دستبند کنترل (غیر مسی) نشان نداده‌اند. علاوه بر این، هیچ مدرک علمی برای تایید این ادعا وجود ندارد که مس می تواند از طریق پوست جذب شود.

مس در انرژی های تجدیدپذیر

• مس در انرژی های تجدیدپذیر
• نانوذرات مس
• خوردگی فرسایش در لوله های مسی آب
  • حفره زدن آب سرد در لوله های مسی
• تولید جهانی مس بر اساس کشور
• سرقت فلز
  • عملیات لرزش
• مس آناکوندا
• Antofagasta PLC
• Codelco
• معدن البولئو
• معدن گراسبرگ
• فویل مس

مراجع

یادداشت ها

Massaro، Edward J.، ویرایشگر (2002). کتاب فارماکولوژی و سم شناسی مس. مطبوعات هومانا. ISBN 978-0-89603-943-8.

• Massaro, Edward J., ed. (2002). راهنمای فارماکولوژی و سم شناسی مس. مطبوعات هومانا. ISBN 978-0-89603-943-8."مس: فناوری & رقابت پذیری (خلاصه) فصل 6: فناوری تولید مس" (PDF). دفتر ارزیابی فناوری. 2005.علوم و مهندسی مواد: مقدمه (ویرایش ششم). وایلی، نیویورک جدول 6.1، ص. 137. ISBN 978-0-471-73696-7.Nat. Chem. Biol. 4 (3): 176–85. doi:10.1038/nchembio.72. PMID 18277979.یک نمای کلی تاریخی تعاملی از مس در دسترس است.
  • خط زمانی مس، تاریخچه تعاملی.
  • اطلاعات مربوط به مس توسط جدول دوره ای ویدئوها از دانشگاه ناتینگهام ارائه شده است.
  • یک برگه اطلاعات جزئیات مس و ترکیبات آن توسط فهرست ملی آلاینده استرالیا ارائه شده است.
  • انجمن بین المللی مس و اتحاد مس به عنوان یک گروه جمعی منافع تجاری عمل می کنند.
  • انجمن توسعه مس، یک انجمن صنعتی آمریکای شمالی، منبع گسترده‌ای را در اختیار دارد که ویژگی‌ها و کاربردهای مس را شرح می‌دهد.
  • صندوق بین المللی پول (IMF) داده هایی را در مورد نوسانات تاریخی قیمت مس LME ارائه می دهد.
  • سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده (USGS) خلاصه‌های کالاهای معدنی 2025 را منتشر می‌کند که شامل اطلاعاتی درباره مس است.