Το Σαγηνευτικό Στοιχείο Χαλκός

Το Στοιχείο Χαλκός

Εισαγωγή στο στοιχείο Χαλκός

οστοιχείο χαλκόςείναι ένα μεταλλικό στοιχείο που ανήκει στην Ομάδα 11 του περιοδικού πίνακα. Είναι γνωστό για την ελαστικότητά του, την αγωγιμότητα της θερμότητας και του ηλεκτρισμού και την υψηλή ολκιμότητα. Αυτές οι ιδιότητες το καθιστούν ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο στοιχείο σε βιομηχανικά προϊόντα. Ο χαλκός βρίσκεται στη φύση και χρησιμοποιείται εδώ και χιλιάδες χρόνια. Πήρε το όνομά του από το λατινικό του όνομα, cuprum.

Ο χαλκός στον περιοδικό πίνακα

Το στοιχείο χαλκός έχει σύμβολο Cu και ατομικό αριθμό 29. Ο χαλκός είναι ένα μεταβατικό μέταλλο στην κορυφή της ομάδας 11 του περιοδικού πίνακα, μαζί με το ασήμι και τον χρυσό. Ωστόσο, όλα τα στοιχεία της ομάδας 11 έχουν αρκετά διακριτές χημικές ιδιότητες. Όπως το ασήμι και ο χρυσός, ο χαλκός έχει μια πολύ πλούσια υδατική χημεία.

Ο χαλκός βρίσκεται στο μπλοκ d και η διαμόρφωση ηλεκτρονίων του είναι [Ar]4s¹3d¹⁰. Βρίσκεται στα δεξιά του νικελίου και στα αριστερά του ψευδάργυρου στον περιοδικό πίνακα.

Διασκεδαστικά γεγονότα για τον χαλκό

Ο χαλκός έχει αντιμικροβιακές ιδιότητες. Οι χάλκινες επιφάνειες προστατεύουν από τη μεταφορά του ιού SARS-CoV-2.

Υπάρχουν περισσότερα από 570 κράματα χαλκού. οι 2 πιο γνωστές οικογένειες κραμάτων χαλκού είναι ο ορείχαλκος και ο μπρούτζος.

Η λέξη «χαλκός» προέρχεται από την αρχική της περιγραφή ωςΚυπριακό aes, που σημαίνει «μέταλλο από την Κύπρο».

Οι πένες κατασκευάζονταν αρχικά από καθαρό χαλκό. Ωστόσο, τώρα είναι περίπου 97,5% ψευδάργυρος με μόνο ένα λεπτό χάλκινο κάλυμμα.

Το Άγαλμα της Ελευθερίας παίρνει το πράσινο χρώμα του από την οξειδωτική του επίστρωση χαλκού.

Το στοιχείο χαλκός έχει εξαιρετικά υψηλή αγωγιμότητα τόσο της θερμότητας όσο και του ηλεκτρισμού.

Ο χαλκός είναι απαραίτητος για όλους τους ζωντανούς οργανισμούς επειδή είναι βασικό συστατικό ενός συμπλέγματος αναπνευστικών ενζύμων

Ο καθαρός χαλκός έχει κοκκινωπό-πορτοκαλί χρώμα, ένα από τα μόνα μέταλλα που δεν είναι ασημί ή γκρι

Η σκόνη χαλκού μπορεί εύκολα να γίνει προσθέτοντας αλουμινόχαρτο και λίγο αλάτι σε διάλυμα θειικού χαλκού

Ο οξικός χαλκός μπορεί εύκολα να παρασκευαστεί στο σπίτι προσθέτοντας χαλκό σε ένα μείγμα ξιδιού και 3% υπεροξειδίου του υδρογόνου

Οι πένες στις Η.Π.Α. έγιναν κυρίως ψευδάργυροι το 1982.

Οι Αντιμικροβιακές Ιδιότητες του Χαλκού

Το 2008, η Υπηρεσία Προστασίας του Περιβάλλοντος (EPA) ονόμασε τον χαλκό ως το πρώτο αντιμικροβιακό μέταλλο. Επιπλέον, ο οργανισμός κατέταξε 300 χάλκινες επιφάνειες ως αντιμικροβιακές. Ο όρος «δολοφονία εξ επαφής» επινοήθηκε για τη διαδικασία αδρανοποίησης μικροβίων σε χάλκινες επιφάνειες. Σύμφωνα με την καθηγήτρια Cassandra D. Salgado, αυτό συμβαίνει καθώς το στοιχείο «παρεμβαίνει στο ηλεκτρικό φορτίο των κυτταρικών μεμβρανών των οργανισμών». Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι η αποτελεσματικότητα της θανάτωσης από επαφή αυξάνεται με αυξημένη περιεκτικότητα σε χαλκό (στα κράματα), αυξημένη θερμοκρασία και αυξημένη σχετική υγρασία.

Οι εφαρμογές του χαλκού στον σημερινό κόσμο

Σε τι χρησιμεύει ο χαλκός;

Ο χαλκός έχει διάφορες βιομηχανικές εφαρμογές λόγω των μεταλλικών του ιδιοτήτων. Μερικά από αυτά τα προϊόντα περιλαμβάνουν ράβδους και ράβδους, σύρματα, σωλήνες και σωλήνες. Τα κράματα χαλκού έχουν πολλές ιδιότητες όπως αντοχή στη διάβρωση και αντοχή στη βιορρύπανση. Αυτά καθιστούν τον χαλκό κατάλληλο και αποτελεσματικό για πολλές χρήσεις, όπως σε θαλάσσια περιβάλλοντα.

Ο χαλκός είναι επίσης απαραίτητος για το ανθρώπινο σώμα. Χρειαζόμαστε περίπου ένα χιλιοστόγραμμα χαλκού κάθε μέρα. Ο χαλκός χρησιμοποιείται σε νομίσματα στις περισσότερες χώρες

Ιστορία του Στοιχείου Χαλκού

Ας μιλήσουμε για το ποιος ανακάλυψε τον χαλκό. Ο χαλκός ήταν ένα από τα πρώτα στοιχεία που χρησιμοποίησε ο άνθρωπος, με χάλκινα τεχνουργήματα που χρονολογούνται από το 9000 π.Χ. Στις πρώιμες ηλικίες, οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν τον χαλκό σε εργαλεία και για διακοσμητικούς σκοπούς λόγω της ελαττότητας και της αντοχής του. Για να είμαι ειλικρινής λοιπόν, κανείς δεν ξέρει ποιος «ανακάλυψε» τον χαλκό.

Οι πρώτοι Ρωμαίοι ονόμασαν χαλκόaes Κυπριακό, που σημαίνει «μέταλλο από την Κύπρο», γιατί μπόρεσαν να εξορύξουν χαλκό σε μεγάλες ποσότητες στην Κύπρο. Το όνομα τελικά συντομεύτηκε σεχαλκόστα λατινικά, που έγινε «χάλκινο» στα αγγλικά.

Χημεία Χαλκού – Αντιδράσεις & Ενώσεις

Διάβρωση – Οξείδωση Χαλκού

Το μέταλλο του χαλκού αντιδρά με τον αέρα και το νερό (υγρασία στον αέρα) σχηματίζοντας ανθρακικό χαλκό.

2 Cu + O₂+ CO₂ + H₂O → CuCO₃+ Cu(OH)₂

Τι συμβαίνει λοιπόν εδώ; Με την πάροδο του χρόνου, το μέταλλο του χαλκού θα οξειδωθεί στον αέρα και θα χάσει τη λάμψη του. Ο χαλκός σχηματίζει οξείδιο του χαλκού (Ι) και στη συνέχεια οξείδιο του χαλκού (II), το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται σε βασικό ανθρακικό χαλκό. Αυτό το πρασινωπό στρώμα ονομάζεται αοξείδωση χαλκού, και φαίνεται καλύτερα στο άγαλμα της ελευθερίας. Υπάρχει μια ωραία εξήγηση εδώ. Εάν υπάρχει ρύπανση στον αέρα (π.χ. διοξείδιο του θείου), τότε ο θειούχος χαλκός και ο βασικός θειικός χαλκός θα σχηματιστούν επίσης ως μέρος της πατίνας.

Χαλκός + Οξυγόνο

Το θερμαινόμενο μέταλλο χαλκού σε υψηλές θερμοκρασίες μπορεί να αντιδράσει με το οξυγόνο για να σχηματίσει οξείδιο χαλκού (II) (CuO). Στη συνέχεια, το οξείδιο του χαλκού (II) μπορεί να αντιδράσει με το αέριο υδρογόνο σε υψηλές θερμοκρασίες για να σχηματίσει μέταλλο χαλκού και νερό.

2 Cu + O₂→ 2CuO

CuO + H₂→ Cu + H₂O

Οξείδιο του χαλκού (II)., μια μαύρη σκόνη, μπορεί επίσης να σχηματιστεί με την αποσύνθεση νιτρικού, ανθρακικού ή υδροξειδίου του χαλκού (II). Όταν παράγεται πρόσφατα, αντιδρά εύκολα με οξέα για να σχηματίσει το αντίστοιχο άλας χαλκού (II).

Οξείδιο του Χαλκού

Οξείδιο του χαλκού (Ι)., Cu₂Το O είναι κίτρινο ή κόκκινο, ανάλογα με το μέγεθος των σωματιδίων. Βρίσκεται στη φύση ως ορυκτό χαλκό. Μπορεί να σχηματιστεί μέσω της αργής οξείδωσης του χαλκού ή μέσω της αναγωγής ενός διαλύματος χαλκού (II) με έναν ήπιο αναγωγικό παράγοντα. Το οξείδιο του χαλκού (Ι) είναι το προϊόν της δοκιμής Fehling και της δοκιμής Benedict που δοκιμάζει αναγωγικά σάκχαρα. Η μείωση των σακχάρων θα μειώσει ένα βασικό διάλυμα ενός άλατος χαλκού (II), παράγοντας ένα έντονο κόκκινο ίζημα Cu₂O.

Χαλκός + Νερό & Οξέα

Το στοιχείο χαλκός δεν αντιδρά με το νερό. Αυτό το καθιστά κατάλληλο για χρήση σε βιομηχανικά προϊόντα όπως σωλήνες. Ο χαλκός δεν αντιδρά εμφανώς με υδροχλωρικό, θειικό ή οξικό οξύ. Ωστόσο, η προσθήκη υπεροξειδίου του υδρογόνου θα προκαλέσει την αντίδραση του χαλκού, σχηματίζοντας συχνά ένα μείγμα αλάτων χαλκού (Ι) και χαλκού (II).

Ο χαλκός αντιδρά έντονα με το πυκνό νιτρικό οξύ, δημιουργώντας το δηλητηριώδες αέριο διοξείδιο του αζώτου. Με αραιό νιτρικό οξύ παράγεται το λιγότερο τοξικό ΝΟ.

Αλογονίδια χαλκού

Φθόριο: Cu + F₂→ CuF₂

Χλώριο: Cu + Cl₂→ CuCl₂

Βρώμιο: Cu + Br₂→ CuBr₂

Το ιωδιούχο χαλκό (II) δεν είναι σταθερό, και αντ' αυτού παράγεται συνήθως ένας συνδυασμός στοιχειακού χαλκού και ιωδιούχου λευκού χαλκού (Ι). Τα άλλα αλογονίδια του χαλκού είναι πιο σταθερά.

Ενώσεις Χαλκού

Ο χαλκός σχηματίζει συνήθως ενώσεις γνωστές ως άλατα χαλκού(II), τα οποία έχουν μπλε-πράσινο χρώμα στο διάλυμα. Αυτά τα άλατα είναι επίσης υδατοδιαλυτά και μπορεί να είναι δηλητηριώδη σε μεγάλες ποσότητες. Πολλοί ζωντανοί οργανισμοί έχουν ίχνη των ενώσεων ως βασικά θρεπτικά συστατικά. Το μπλε χρώμα του χαλκού σε υδατικό διάλυμα οφείλεται στο σχηματισμό του ιόντος εξαυδροχαλκού (II), Cu(H₂O)₆²⁺.

Θειικός χαλκός

Ο θειικός χαλκός (II) είναι μια ανόργανη ένωση με τον τύπο CuSO₄. Στην πενταένυδρη μορφή της, η ένωση είναι ένα φωτεινό μπλε άλας που διαλύεται στο νερό σε μια εξώθερμη αντίδραση και αποσυντίθεται στην άνυδρη μορφή πριν λιώσει.

Ο άνυδρος θειικός χαλκός (II) είναι ένα λευκό στερεό που σχηματίζεται από την αφυδάτωση του πενταένυδρου θειικού χαλκού (II). Πολλές δοκιμές χρησιμοποιούν επίσης θειικό χαλκό (II) ως αναλυτικό αντιδραστήριο.

Απομόνωση Χαλκού

Η προσθήκη ενός πιο δραστικού μετάλλου σε ένα διάλυμα ένωσης χαλκού μπορεί εύκολα να απομονώσει τον χαλκό. Για παράδειγμα, μπορείτε να φτιάξετε σκόνη χαλκού από αλουμινόχαρτο ή κρυστάλλους χαλκού από ένα κομμάτι ψευδάργυρου. Στο παρακάτω βίντεο φτιάχνουμε σκόνη χαλκού

Επιπλέον, τα νανοσωματίδια χαλκού έχουν συντεθεί χρησιμοποιώντας την προσέγγιση χημικής αναγωγής. Στο πείραμα, το διάλυμα πενταένυδρου θειικού χαλκού (II), το άμυλο, το ασκορβικό οξύ και το διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου συνδυάζονται και θερμαίνονται. Μόλις κρυώσει, οι ερευνητές φιλτράρουν τα ιζήματα από το τελικό διάλυμα.