مسحوق النحاس النقي، يتكون بشكل رئيسي من النحاس، وهو عنصر معدني. النحاس معدن ناعم. عندما يتم قطع السطح للتو، يكون لونه أحمر برتقالي مع بريق معدني، والمادة البسيطة حمراء أرجوانية. إنها تتمتع بمرونة جيدة، وموصلية حرارية عالية وموصلية، لذلك فهي المادة الأكثر استخدامًا في الكابلات والمكونات الكهربائية والإلكترونية. ويمكن استخدامه أيضًا كمواد بناء ويمكن أن يشكل أنواعًا كثيرة من السبائك. تتميز سبائك النحاس بخصائص ميكانيكية ممتازة ومقاومة منخفضة، ومن أهمها البرونز والنحاس. بالإضافة إلى ذلك، يعد النحاس أيضًا معدنًا متينًا، ويمكن إعادة تدويره عدة مرات دون الإضرار بخصائصه الميكانيكية. إنه معدن غير حديدي وله علاقة وثيقة جدًا بالبشر. يستخدم على نطاق واسع في الصناعات الكهربائية والخفيفة وتصنيع الآلات وصناعة البناء وصناعة الدفاع الوطني وغيرها من المجالات. وهو يحتل المرتبة الثانية بعد الألومنيوم في استهلاك{10}المواد غير الحديدية في الصين.
|
الصيغة الكيميائية |
النحاس |
|
الكتلة الدقيقة |
64 |
|
الوزن الجزيئي |
64 |
|
m/z |
63 (100.0%), 65 (44.6%) |
|
التحليل العنصري |
النحاس، 100.00 |
الخواص الكيميائية للنحاس:
1. التفاعل مع الأكسجين: النحاس معدن ثقيل غير نشط، ولا يتحد مع الأكسجين الموجود في الهواء الجاف في درجة حرارة الغرفة. عند تسخينه، يمكن أن ينتج أكسيد النحاس الأسود:
إذا استمر في الاحتراق عند درجة حرارة عالية جدًا، فسيتم إنشاء Cu2O الأحمر:
2. التفاعل مع الهواء (التفاعل مع O2، H2O، CO2): بعد التعرض للهواء الرطب لفترة طويلة، سيتم تشكيل طبقة من النحاس الأخضر (كربونات النحاس الأساسية) ببطء على سطح النحاس. يمكن للنحاس الأخضر أن يمنع المزيد من تآكل المعدن، كما أن تركيبته متغيرة.
3. التفاعل مع الهالوجين:مسحوق النحاس النقييمكن أن تتحد مع الكلور تحت ظروف الاشتعال.
4. التفاعل مع الكبريت: عند تسخينه، يتحد النحاس مباشرة مع الكبريت لتكوين كبريتيد النحاس (Cu2S):
5. التفاعل مع محلول كلوريد الحديديك: في الصناعة الإلكترونية، يُستخدم محلول FeCl3 بشكل شائع لحفر النحاس لتصنيع الدوائر المطبوعة. معادلة:
6. التفاعل مع الحمض: التفاعل مع الهواء والحمض المخفف. في التسلسل المحتمل (تسلسل نشاط المعدن)، تكون عناصر مجموعة النحاس خلف الهيدروجين، لذا لا يمكنها استبدال الهيدروجين في الحمض المخفف. ومع ذلك، في وجود الهواء، يمكن أكسدة النحاس إلى أكسيد النحاس أولاً، ثم يتفاعل مع الحمض، ثم يذوب ببطء في هذه الأحماض المخففة. انظر المعادلة التالية:
7. التفاعل مع الأحماض المؤكسدة: سوف يتأكسد النحاس ويذوب بواسطة الأحماض المؤكسدة مثل حمض النيتريك وحمض الكبريتيك المركز (يتطلب التسخين):
8. المحفز: يمكن أن يعمل النحاس كمحفز لبعض التفاعلات العضوية، مثل أكسدة الكحول التحفيزية:
طريقة شعاع Y-: يتم اختزال ملح المعدن الثنائي إلى جزيئات معدنية تحت شعاع y-. شعاع Y- يجعل المحلول يولد إلكترونات مذابة، والتي يمكن أن تقلل أيونات المعادن دون عامل اختزال، وتقلل من تكافؤها، وتشكل جزيئات معدنية من خلال النواة والنمو. المزايا: من السهل التشغيل تحت درجة الحرارة والضغط العاديين، ويتم حماية حجم الجسيمات في نفس الوقت من توليد الجسيمات، مما يمكن أن يمنع تكتل الجسيمات، ويمكن إنتاجه على نطاق واسع
طريقة التحليل الكهربائي: المنحل بالكهرباء المستخدم في تحضير مسحوق النحاس هو CuSO مع كمية مناسبة من H، وهكذا و. الحل، الأنود عبارة عن لوحة نحاسية معدنية نقية، وسطح الكاثود عبارة عن سبائك التيتانيوم. عند تطبيق التيار، ينتقل cu2+ إلى الكاثود ويقلل ويترسب على سطحه. الاهتزاز بالموجات فوق الصوتية والتجويف يجعل النحاس المعدني المترسب يسقط بسرعة ويعلق في المنحل بالكهرباء مع جزيئات صغيرة، مما يمكن أن يمنع بشكل فعال تراكم ونمو الجزيئات. العملية التكنولوجية لتحضير مسحوق النحاس عن طريق التحليل الكهربائي هي: التحليل الكهربائي - > الكشط - > الترشيح ← تجميع مسحوق النحاس ← الغسيل ← المعالجة المضادة للأكسدة ← الغسيل - > الخبز - > اختزال الهيدروجين - > التكسير - > الغربلة. العوامل التي يجب أن تؤثر على عملية التحليل الكهربائي تشمل الأيونات وتركيز الأيونات، والكثافة الحالية، والمواد المضافة، ودورة كشط المسحوق، ودرجة حرارة المنحل بالكهرباء، وما إلى ذلك.
مسحوق النحاس النقيباعتبارها واحدة من أقدم المعادن التي استخدمها البشر، فقد احتلت دائمًا مكانة مركزية في عملية الحضارة الإنسانية بسبب موصليتها الممتازة، والتوصيل الحراري، والليونة، ومقاومتها للتآكل. من أهرامات الفراعنة المصريين القدماء إلى المكونات الدقيقة للمركبات الفضائية الحديثة، ومن الفنون الزخرفية للهندسة المعمارية التقليدية إلى التقنيات المتقدمة في مجال الطاقة الجديدة، تغلغل تطبيق النحاس في جميع مجالات الصناعة والتكنولوجيا والحياة والرعاية الطبية والمزيد.
النحاس هو المادة الأساسية لنقل الطاقة وتحويلها، مع الموصلية الثانية بعد الفضة، ولكن تكلفته لا تتجاوز 1/100 من الفضة، مما يجعله الموصل المفضل لأنظمة الطاقة العالمية.
1. البنية التحتية لشبكة الكهرباء
أكثر من 90% من خطوط نقل الجهد العالي-الفائقة في العالم تستخدم موصلات من النحاس أو سبائك النحاس. في هندسة الجهد العالي الفائق- في الصين، يتم استهلاك حوالي 8 أطنان من مادة النحاس لكل كيلومتر من خط النقل، مما يضمن تقليل فقد الطاقة إلى 0.05%/100 كيلومتر. وفي مجال المحولات، يؤدي استخدام اللفات النحاسية إلى تحسين كفاءة المعدات إلى أكثر من 98%، مما يوفر كهرباء تعادل توليد الطاقة لثلاث محطات طاقة في Three Gorges سنويًا.
2. ثورة الطاقة الجديدة
صناعة الخلايا الكهروضوئية: يحتوي المعجون الفضي للخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون أحادي البلورية على 60% من النحاس، كما تعمل المادة اللاصقة الموصلة القائمة على النحاس على تحسين كفاءة تعبئة المكونات بنسبة 15%.
بحلول عام 2025، ستتجاوز القدرة المركبة العالمية للخلايا الكهروضوئية 5000 جيجاوات، مما سيؤدي إلى زيادة قدرها 300000 طن سنويًا في الطلب على النحاس.
في مجال طاقة الرياح، تم تصميم الكابلات الداخلية لأبراج توربينات الرياح البحرية بقلوب نحاسية، والتي تتمتع بمقاومة للتآكل أعلى بخمس مرات من قلوب الألومنيوم وعمر خدمة ممتد يصل إلى 25 عامًا. تتطلب توربينات الرياح بقدرة واحدة تبلغ 15 ميجاوات 40 طنًا من مادة النحاس، وهو ما يزيد بنسبة 300% عن طراز 5 ميجاوات.
نظام تخزين الطاقة: يمكن أن تؤدي إضافة جزيئات النحاس النانوية إلى مادة القطب الموجب لبطاريات أيون الليثيوم- إلى زيادة عمر دورة البطارية إلى أكثر من 8000 مرة وكثافة الطاقة إلى 350 وات ساعة/كجم. يحتوي نظام تخزين الطاقة Tesla Megapack على محتوى نحاسي يبلغ 2.8 طن لكل وحدة، مما يجعله واحدًا من أكبر محطات استهلاك النحاس في العالم.
من الدوائر المتكاملة إلى الحوسبة الكمومية، تستمر تطبيقات النحاس في مجال الإلكترونيات في تجاوز حدود الفيزياء.
1. تصنيع أشباه الموصلات
تقنية التوصيل البيني: في رقائق المعالجة 45 نانومتر، يتم تقليل مقاومة الوصلات النحاسية بنسبة 40% مقارنة بالألمنيوم، كما يتم تقليل تأخير نقل الإشارة بنسبة 30%. تعتمد عملية TSMC مقاس 3 نانومتر تقنية الزخرفة المتعددة ذاتية المحاذاة، مع 18 طبقة من الوصلات النحاسية على شريحة واحدة ويتم التحكم بدقة عرض الخط في حدود 2 نانومتر.
مواد التعبئة والتغليف: في عبوات الرقاقة القلابة، تعمل تقنية نتوء العمود النحاسي على زيادة كثافة الإدخال/الإخراج إلى 10000/مم²، وهو أعلى بـ 10 مرات من كرات لحام الرصاص والقصدير التقليدية. تستخدم معالجات Intel Xeon مشتتات حرارية مركبة من الجرافين النحاسي مع موصلية حرارية تبلغ 1800 وات/(م · كلفن)، وهي أعلى بنسبة 50% من النحاس النقي.
2. الحوسبة الكمومية
يستخدم الكمبيوتر الكمومي "Osprey" من شركة IBM ملفات سبائك تيتانيوم النيوبيوم فائقة التوصيل، لكن 90% من أسلاك التوصيل في نظام التبريد ذو درجة الحرارة المنخفضة- تستخدم نحاسًا عالي النقاء خاليًا من الأكسجين، مما يضمن مقاومة أقل من 1 × 10 ⁻¹Ω· م عند -273 درجة . في معالج Google "Sycamore"، يحقق تجويف رنين الميكروويف المعتمد على النحاس دقة الإشارة بنسبة 99.9999%، مما يعزز التفوق الكمي.
يلعب النحاس دورًا حاسمًا في تحويل مركبات النقل إلى الوزن الخفيف والكهرباء.
1. مركبة الطاقة الجديدة
نظام المحرك: يعتمد المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم Tesla Model 3 تقنية الدوار النحاسي، مما يحسن الكفاءة بنسبة 8% ويقلل الوزن بنسبة 15% مقارنة بالمحركات التقليدية غير المتزامنة. في نظام القيادة الكهربائية الثمانية في واحد لمنصة BYD e- 3.0، يصل معدل إشغال فتحة محرك الأسلاك النحاسية المسطحة إلى 78%، وتتجاوز كثافة الطاقة 6 كيلو واط/كجم.
مرافق الشحن: تستخدم أول منصة للشحن السريع بجهد كهربائي عالي-800 فولت في العالم موصلات مصنوعة من سبائك النحاس، والتي تتميز بمقاومة تآكل القوس أعلى بثلاث مرات من الموصلات الفضية وعمر خدمة يصل إلى مليون مرة. يصل محتوى النحاس في كومة الشحن الفائق Tesla V4 الواحدة إلى 45 كجم، أي بزيادة قدرها 20% مقارنة بإصدار V3.
2. الفضاء الجوي
مكونات المحرك: شفرات توربين المحرك GE9X مصنوعة من سبيكة نحاسية ذات درجة حرارة عالية-، مع درجة حرارة عمل تبلغ 1150 درجة، وهي أعلى بمقدار 50 درجة من مادة الجيل السابق. أنابيب نظام الوقود في طائرة إيرباص A350XWB مصنوعة من مادة مركبة من النحاس والتيتانيوم، والتي تتمتع بمقاومة للتآكل أعلى بـ 10 مرات من تلك التيمسحوق النحاس النقيويخفض الوزن بنسبة 40%.
تكنولوجيا الأقمار الصناعية: يستخدم القمر الصناعي Beidou-3 هوائيات مصنوعة من سبيكة الذاكرة المصنوعة من النحاس والنيوبيوم والتيتانيوم، مع معدل استرداد التشوه بنسبة 99.99% في البيئات القاسية التي تتراوح من -180 درجة إلى 120 درجة، مما يضمن دقة نقل الإشارة.
مقاومة الطقس والقيمة الجمالية للنحاس تجعله مادة أبدية في مجال الهندسة المعمارية.
1. مبنى تاريخي
مبنى مركز شنغهاي: الجدار الساتر الخارجي مصنوع من لوح سبائك النحاس والزنك، والذي شكل طبقة واقية فريدة من نوعها "النحاس الأخضر" بعد 15 عامًا من الأكسدة الطبيعية. لقد انخفض الانعكاس من 85% إلى 60%، مما يحقق وحدة الحفاظ على طاقة المبنى والتأثير الفني.
"مبنى الأكياس الورقية" في جامعة سيدني للتكنولوجيا: تستخدم الواجهة الخارجية 32000 لوح نحاسي مثقوب، وتتشكل تأثيرات الضوء والظل الديناميكية من خلال التصميم البارامتري. تمت زيادة كفاءة الإضاءة الطبيعية الداخلية بنسبة 40%، وحصلت على شهادة LEED البلاتينية.
2. التراث الثقافي
المكونات النحاسية لقاعة التغذية بمتحف القصر: تم تصنيع حلقة البوابة الذهبية النحاسية المطلية بالذهب خلال فترة تشيان لونغ باستخدام طريقة الشمع المفقود، بطبقة سطحية مذهبة بسمك 0.2 ملم. وبعد 300 عام، لا يزال يحتفظ بسلامته بنسبة 95%.
هرم اللوفر: هيكل نحاسي زجاجي صممه IM Pei، بإطار نحاسي مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L المطلي بالنحاس، محققًا أعلى مستوى من مقاومة التآكل وفقًا لمعيار ISO 9227، ودورة صيانة ممتدة تصل إلى 20 عامًا.
الخصائص المضادة للبكتيريا والتوافق الحيوي للنحاس تقود تطبيقاته المبتكرة في المجال الطبي.
1. مادة مضادة للجراثيم
مكافحة عدوى المستشفيات: تستخدم مايو كلينك في الولايات المتحدة مقابض أبواب مصنوعة من سبائك النحاس والذهب، مما يقلل من عدد البكتيريا السطحية بنسبة 99.7% مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، ويقلل من معدل العدوى المكتسبة في المستشفى بنسبة 22%. تستخدم مساعدات الصين في بناء مراكز علاج الإيبولا في أفريقيا المعدات الطبية المصنوعة من سبائك النحاس بالكامل، مع التحكم في معدل العدوى المتبادلة إلى أقل من 0.3%.
تطبيق النسيج: يتمتع نسيج ألياف أيون النحاس بمعدل تثبيط بنسبة 99.99% ضد المكورات العنقودية الذهبية، ويستخدم في صناعة المستلزمات الطبية مثل الملابس والأقنعة الجراحية لضمان سلامة العاملين في المجال الطبي أثناء وباء كوفيد-19.
2. علاج السرطان
أدوية النحاس المعقدة: يمكن لمركب النحاس سيسبلاتين (Cu Pt) أن يزيد من معدل موت الخلايا المبرمج لخلايا سرطان الثدي إلى 85٪ عن طريق تدمير توبويزوميراز الحمض النووي للخلايا السرطانية، وهو أعلى بنسبة 30 نقطة مئوية من أدوية العلاج الكيميائي التقليدية.
تقنية النانو: يمكن لجسيمات أكسيد النحاس النانوية (CuO NPs) في العلاج الحراري الضوئي أن ترفع درجة حرارة موقع الورم إلى 52 درجة تحت إشعاع الليزر 808 نانومتر، مما يحقق الاستئصال الدقيق.
تدعم قوة سبائك النحاس ومقاومتها للتآكل تطوير صناعة التصنيع المتطورة.
1. تصنيع القالب
قالب الصب بالقالب: يمكن لسطح الركيزة الفولاذي H13 الذي يتم رشه بطبقة من سبائك النحاس أن يزيد من عمر القالب من 50000 مرة إلى 200000 مرة، ويتم تطبيقه في تصنيع جسم الصب بالقالب المتكامل من Tesla.
القالب البلاستيكي: سبيكة نحاس البريليوم (C17200) لديها موصلية حرارية تبلغ 105 وات/(م · كلفن)، وهي أعلى بخمس مرات من الفولاذ القالب P20 وتقصر دورة التشكيل بالحقن بنسبة 30%. يتم استخدامه في إنتاج حافظات Apple iPhone.
2. تحمل التكنولوجيا
محامل صندوقية لمحور السكك الحديدية عالية السرعة: باستخدام مثبتات تعدين المساحيق النحاسية، يظل معامل الاحتكاك مستقرًا أقل من 0.002 عند سرعة تشغيل تبلغ 350 كم/ساعة، مما يزيد من عمر الخدمة بثلاث مرات مقارنة بالمثبتات الفولاذية التقليدية.
محامل العمود الرئيسي لتوربينات الرياح:مسحوق النحاس النقيتتيح تقنية المعالجة بالكربنة لسبائك النيكل أن يتجاوز عمر كلال التلامس للمحامل 1 × 10 ⁷ دورة في الدقيقة، مما يدعم التشغيل المستقر لتوربينات الرياح البحرية بقدرة 15 ميجاوات.
يُظهر النحاس قيمة فريدة في مكافحة التلوث وإعادة تدوير الموارد.
1. تكنولوجيا معالجة المياه
إزالة المعادن الثقيلة: تتمتع جزيئات أكسيد النحاس النانوية بقدرة امتصاص تبلغ 256 ملجم/جم لأيونات الرصاص في الماء، وهو أعلى بـ 10 مرات من الكربون المنشط. يتم استخدامها لمكافحة التلوث بالمعادن الثقيلة في حوض نهر اليانغتسى.
التحلل الضوئي: تحت الضوء المرئي، يمكن للمحفز المركب Cu ₂ O/TiO ₂ أن يجعل معدل تمعدن الملوثات العضوية يصل إلى 90%، والذي يستخدم في مشروع معالجة البكتيريا الزرقاء ببحيرة Taihu.
2. إعادة تدوير النفايات
تطوير التعدين الحضري: تقوم الصين بإعادة تدوير ما يقرب من 2 مليون طن من نفايات النحاس سنويًا، وهو ما يعادل تقليل تعدين النحاس بمقدار 30 مليون طن وخفض انبعاثات الكربون بمقدار 120 مليون طن.
التصنيع بحلقة مغلقة: تستخدم شركة Apple روبوتات Daisy لتفكيك أجهزة iPhone، وتحقق معدل استرداد النحاس بنسبة 98%، لإنتاج حافظات MacBook، وتشكل حلقة "إعادة تدوير استخدام التصميم".
الوسم : مسحوق النحاس النقي cas 7440-50-8، الموردين، الشركات المصنعة، مصنع، بالجملة، شراء، السعر، السائبة، للبيع