فلز مس

مس: خواص و برنامه های کاربردی

کلمه مس از کلمه لاتین ‘cuprum’ می آید که به معنی سنگ معدن قبرس است. به همین دلیل نماد شیمیایی برای مس Cu است. مس دارای بسیاری از ویژگی های بسیار مفید است، از جمله:

• هدایت الکتریکی خوب
• هدایت حرارتی خوب
• مقاومت در برابر خوردگی

همچنین:

• آسان به آلیاژ
• بهداشتی
• به راحتی پیوست
• هادی
• سخت است
• غیر مغناطیسی
• جذاب
• قابل بازیافت
• کاتالیزوری

برای اطلاعات بیشتر در مورد هر یک از این خواص زیر را ببینید و نحوه استفاده از آنها را در زندگی روزمره ما به دست آورید.

هدایت الکتریکی خوب

مس بهترین هدایت الکتریکی هر فلز، به جز نقره است.

یک هدایت الکتریکی خوب همان مقاومت الکتریکی کوچک است. جريان الکتريکي از طريق تمام فلزات عبور مي کند، با اين حال هنوز هم مقاومت دارند، به اين معني که نياز به جريان (به وسيله باطري) براي حفظ جريان در جريان است. مقاومت بزرگتر، سخت تر ما باید فشار (و کوچکتر جاری است). جریان به راحتی از طریق مس به لطف مقاومت الکتریکی کوچک آن، بدون از دست دادن انرژی به راحتی. به همین دلیل است که سیمهای مس در کابلهای اصلی در خانه و زیرزمینی استفاده میشوند (گرچه کابلهای سربار آلومینیومی به دلیل کم بودن انعطاف پذیری آنها). با این حال، جایی که اندازه و وزن مهم است، مس بهترین گزینه است. نوار مس مسطح برای رشته های رعد و برق در ساختمان های بلند مانند کلیسای اسپیر استفاده می شود. نوار مس باید ضخیم باشد تا بتوان آن را بدون جریان ذوب جریان داد.

سیم مسی می تواند به سیم پیچ متصل شود. کویل یک میدان مغناطیسی تولید می کند و از مس ساخته شده، انرژی الکتریکی زیادی را از بین نمی برد. کویل های مس موجود در:

مس چگونه انجام می شود 
مس یک فلز از اتم های مس است که با هم بسته می شوند.

اگر بتوانیم به اندازه کافی نگاه کنیم، می بینیم که الکترونها بین اتم های مس حرکت می کنند.

هر اتم مس یک الکترون را از دست داده و به یون مثبت تبدیل شده است. بنابراین مس مسبب یونهای مثبت مس با الکترون آزاد است که بین آنها حرکت می کند. (الکترونها کمی شبیه ذرات یک گاز است که آزاد است در داخل سطوح سیم حرکت کند).

الکترونها می توانند از طریق فلز آزادانه حرکت کنند. به همین دلیل، آنها به عنوان الکترون آزاد شناخته می شوند. آنها همچنین به عنوان الکترونهای هدایت شناخته می شوند، زیرا آنها به مس کمک می کنند که یک گرما و برق مناسب باشند.

یونهای مس ارتعاش دارند (شکل 1 را ببینید). توجه کنید که آنها در اطراف یک مکان جابجا می شوند در حالی که الکترون ها می توانند از طریق شبکه حرکت کنند. این زمانی بسیار مهم است که ما سیم را به یک باتری وصل کنیم.

شکل 1 – سیم مسی از یک شبکه یون های مس ساخته شده است. الکترون های آزاد وجود دارند که از طریق این شبکه مانند گاز حرکت می کنند.

انجام برق

ما می توانیم یک سیم مسی را به یک باتری و سوئیچ متصل کنیم. به طور معمول، الکترون آزاد آزاد به طور تصادفی در فلز حرکت می کند. وقتی سوئیچ را خاموش می کنیم جریان الکتریکی جریان می یابد. در حال حاضر الکترونهای آزاد از طریق سیم جریان می یابند (شکل 2) آنها از چپ به راست حرکت می کنند (و همچنان به صورت تصادفی حرکت می کنند).

شکل 2 – عملکرد سوئیچ در مدار بالا باعث می شود که الکترونها از سمت چپ به راست جریان پیدا کنند، در جهت مخالف جریان.

الکترونها بار منفی دارند آنها به انتهای مثبت باتری جذب می شوند. الکترون های آزاد از طریق مس حرکت می کنند، جریان از منفی به ترمینال مثبت باتری (توجه داشته باشید که آنها در جهت مخالف جریان جریان متناوب جریان دارند؛ این به این دلیل است که آنها بار منفی دارند).

یون های مس در سیم ارتعاش. گاهی اوقات یک یون بلوک مسیر یک الکترون در حال حرکت است. الکترون با یون برخورد می کند و از آن خارج می شود. این الکترون را تضعیف می کند. بعضی از انرژی آن به یون منتقل شده است، که سریعتر ارتعاش می کند.

به این ترتیب انرژی از الکترون های متحرک به یون های مس منتقل می شود. مس داغتر می شود این توضیح می دهد که چرا:

• فلزات مقاومت الکتریکی دارند.
• فلزات هنگامی که جریان از طریق آنها جریان می یابد، گرم می شود.

هدایت حرارتی خوب

مس یک گرما خوب است. این به این معنی است که اگر یک انتهای یک قطعه مس را گرم کنید، انتهای دیگر به سرعت به همان دما می رسد. اکثر فلزات، هادیهای بسیار خوبی هستند؛ با این حال، به غیر از نقره، مس بهترین است.

هدایت حرارتی فلزات معمولی. هنگامی که یک طرف یک ماده را گرم می کنید، طرف دیگر گرم خواهد شد. مقادیر بالا اندازه گیری می شود که سرعت طرف دیگر چگونه گرم می شود.

این در بسیاری از برنامه های کاربردی حرارت استفاده می شود، زیرا آن خورد نمی شود و نقطه ذوب بالا دارد. تنها مواد دیگر که مقاومت مشابهی در برابر خوردگی دارند فولاد ضد زنگ است. با این حال، هدایت حرارتی آن 30 برابر بدتر از مس است.

برنامه های کاربردی
مس اجازه می دهد تا حرارت به سرعت از طریق آن عبور کند. از این رو در بسیاری از برنامه های کاربردی استفاده می شود که انتقال حرارت بسیار مهم است. این شامل:

انجام گرما
مس از یک شبکه یون با الکترون آزاد ساخته شده است (شکل 1 را ببینید). یون ها ارتعاشی دارند و الکترونها می توانند از طریق مس (به جای گاز) حرکت کنند.

شکل 3 نشان می دهد چه اتفاقی می افتد زمانی که یک انتهای قطعه مس داغتر شود. یون های مس در انتهای گرم بیشتر ارتعاش می کنند. توجه: الکترون ها از تصویر خارج شده اند تا روشن شود.

شکل 3 – انتهای چپ دست قطعه مس داغتر است. یون های مس در انتهای گرم بیشتر ارتعاش می کنند. (توجه: الکترون ها از تصویر خارج شده اند تا روشن شود).

شکل 4 فقط چند الکترون را تمرکز می کند تا ببینند چگونه از سمت چپ به راست هدایت گرما می کنند.

1. یک الکترون آزاد با یون در انتهای گرم برخورد می کند و انرژی جنبشی را به دست می آورد (سرعت می گیرد).
2. آن را به انتهای سرد منتقل می کند.
3. این با یک یون سرد خنثی می شود، و این باعث می شود که یون های پیش از سرد شدن بیشتر ارتعاش کنند. این پایان سرما را گرم می کند.
4. به این ترتیب انرژی از طریق مس از داغ به سرد منتقل می شود.

شکل 4 – چگونه الکترونها گرما را از سمت چپ به راست هدایت می کنند (فقط چند نشان داده شده است که برای دیدن آن آسان تر است).

غیر فلزات گرما
این مقایسه را با چگونگی گرما در غیر فلز انجام دهید. ذرات ارتعاشی به ارتعاشات خود نزدیکترین همسایگان خود می رسند. این خیلی کندتر استبه همین دلیل است که فلزات بهترین هدایت کننده ها هستند – الکترون های آزاد آنها می توانند انرژی را در طول طول خود حمل کنند.

مقاومت در برابر خوردگی

مس در سری واکنش کم است. این بدان معنی است که آن را تمایل به corrode. این امر برای استفاده از آن برای لوله ها، کابل های برق، کوره و رادیاتور بسیار مهم است.

همچنین این بدان معنی است که مناسب برای استفاده تزئینی است. جواهرات، مجسمه ها و بخشی از ساختمان ها می توانند از مس، برنج یا برنز ساخته شده و برای هزاران سال جذاب باشند.

برای اطلاعات بیشتر در مورد مزایای مقاومت خوردگی مس برای برنامه های کاربردی دریایی، آلیاژهای مس در منابع آبزی پروری را ببینید.

آلیاژها به راحتی

مس را می توان به آسانی با فلزات دیگر ترکیب کرد تا آلیاژها تولید کنند. اولین آلیاژ تولید شده، مس با قلع به شکل برنز ذوب شد – یک کشف بسیار مهم است که دوره های تاریخی به نام عصر برنز نامیده می شود.

خیلی بعدا برنج (مس و روی) و در دوره مدرن – کاپریو (مس و نیکل) به دست آمد. آلیاژها سخت تر، قوی تر و سخت تر از مس خالص هستند.آنها را می توان با چکش کردن آنها حتی سخت تر کرد – یک فرآیند به نام “سخت شدن کار”.

درخت آلیاژ مس گزینه هایی برای اضافه کردن فلزات دیگر به آلیاژ های مختلف را نشان می دهد. در زیر چند نمونه است. برای دیدن یک نسخه بزرگتر بر روی نمودار بالا کلیک کنید. 

مس + قلع = قلع برنز
مس + قلع + فسفر = فسفر برنز
مس + آلومینیوم = برنز آلومینیوم
مس + روی = برنج
مس + قلع + روی = گوگرد
مس + نیکل = مس نیکل
مس + نیکل + روی = نقره نیکل.

برای کسب اطلاعات بیشتر، به منابع مس در Coinage مراجعه کنید . شما همچنین می توانید صفحات انجمن مس توسعه Copper و Alloys آن را مشاهده کنید.

بهداشتی

مس به طور ذاتی بهداشتی است، به این معنی که آن را با باکتری ها، ویروس ها و قارچ ها متضاد است که در سطح آن قرار دارد. این ویژگی، نصب سطوح ساخته شده از آلیاژهای مس و مس در بیمارستان ها و مناطق دیگر است که بهداشت آن نگرانی کلیدی است.

برای اطلاعات بیشتر، منابع مس، پاتوژن و بیماری را ببینید.

به راحتی وارد شد

مس را می توان به راحتی با لحیم کاری یا لحیم کاری پیوند داد. این برای لوله گذاری و ساختن عروق مس مخفی مفید است.

هادی

مس فلز فلزی است. این به این معنی است که به راحتی می توان به لوله ها و به سیم ها کشیده شد. لوله های مس کم وزن هستند زیرا می توانند دیوارهای نازک داشته باشند. آنها خوردن ندارند و می توانند در اطراف گوشه جا بمانند. لوله ها را می توان با لحیم کاری پیوست و آنها در آتش سوزی هستند زیرا آنها نمی سوختند و یا از احتراق حمایت نمی کردند.

سخت است

آلیاژهای مس و مس سخت هستند. این بدان معنی است که آنها برای استفاده از ابزار و سلاح مناسب بودند. لذت بردن از مرد باستان را تصور کنید هنگامی که او کشف کرد که سربازان دوردست خود را با دقت تشکیل داده است که دیگر بر ضربه تاثیر نمی گذارد.

ملکیت سختی برای آلیاژهای مس و مس در جهان مدرن حیاتی است. هنگامی که آنها در دمای صفر درجه سانتی گراد سرد می شوند، آنها شسته نمی شوند و یا شکننده می شوند.

غیر مغناطیسی

مس غیر مغناطیسی و غیر اشباع است. از این جهت، در ابزارهای ویژه و کاربردهای نظامی استفاده می شود.

رنگ دلپذیر

مس و آلیاژهای آن، مانند برنج، برای جواهرات و زیور آلات استفاده می شود. آنها یک رنگ طلایی جذاب دارند که با محتوای مس متفاوت است.آنها مقاومت بسیار خوبی برای خنثی کردن آنها برای مدت طولانی دارند.

قابل بازیافت

مس بدون هیچ گونه افت کیفیت قابل بازیافت می باشد. تقریبا 40 درصد از تقاضای اروپا از مس بازیافت می شود.

برای اطلاعات بیشتر، مراجعه کنید به منابع مسافت بازیافت و توسعه پایدار .

کاتالیستی

مس ممکن است به عنوان یک کاتالیزور عمل کند – به این معنی که ماده ای که می تواند یک واکنش شیمیایی را افزایش دهد و کارایی آن را افزایش دهد. این کار با کاهش انرژی فعال می شود. کاتالیزورها در واکنش های بیولوژیکی آنزیم ها نامیده می شوند.

مس باعث افزایش واکنش بین روی و اسید سولفوریک رقیق می شود. این در برخی از آنزیم ها یافت می شود، یکی از آنها در تنفس دخیل است. این یک عنصر حیاتی است!