مس

با سلام خدمت دوستان و همراهان همیشگی پارس بوته. امروز هم با یک مطلب آموزشی دیگر در خدمت شما هستیم. مس (copper) عنصری است از نوع فلز که با نماد شیمیایی Cu نمایش داده می‌شود که مخفف Cuprum است. از خصوصیات مهم این فلز پرکاربرد می‌توان به شکل‌پذیری اشاره کرد و قابلیت رسانای گرما و الکتریکی بالایی نیز دارد.

مس فلزی است که بعد از نقره بالاترین رسانایی الکتریکی را دارد ولی به دلیل قیمت پایین و مناسب نسبت به نقره بیشتر مورد استفاده صنایعی مانند تولید سیم برق قرار می‌گیرد.

مس به صورت خالص خاصیتی نرم و چکش‌خوار دارد و به همین دلیل شکل‌پذیری بالایی دارد. رنگ آن در هوای باز و آزاد رنگی قرمز و مایل به زرد است. در ادامه این مطلب با ما همراه باشید تا به بررسی دقیق‌تر این فلز پرکاربرد و ویژگی‌های آن بپردازیم.

مس چیست

سومین فلز پرکاربرد بعد از آهن و آلومینیوم عنصری به نام مس با نماد شیمیایی Cu و عدد اتمی 29 است. نما شیمیایی Cu مخفف Cuprum است که ریشه آن به هزاران سال قبل در دوران روم باستان از واژه Cyprium گرفته شده است.

ویژگی و خواص این فلز شکل‌پذیری راحت آن و رسانایی مناسب برای گرما و جریان الکتریکی است. این ماده فلزی نرم است که خاصیت چکش‌خواری دارد و همین دلیل استفاده فراوان آن برای صنایع مختلف است.

عنصر مس در تماس با هوای آزاد رنگی قرمز و متمایل به زرد دارد. کاربرد آن به دلیل قیمت مناسب آن از فلز نقره که رسانایی الکتریکی بهتری دارد بیشتر است. کانی یا مواد معدنی مانند فیروزه و آزوریت که در زمان‌های گذشته به‌عنوان گوهر شناخته می‌شدند رنگی سبز یا آبی داشته که این به دلیل وجود فلز مس در ترکیبات آن‌ها بوده است.

همچنین کاربردهای مهمی در معماری‌های ساختمانی و هنرهای تزئینی دارد و از گذشته تا کنون این کاربردها افزایش داشته است و به‌عنوان ماده‌ای معدنی در بدن جانداران زنده نیز وجود دارد. برای مثال در قسمت‌های مختلف بدن انسان‌ها مانند ماهیچه‌ها، کبد و استخوان‌ها پیدا می‌شود.

خواص فیزیکی و شیمیایی مس

فلز از خواص فیزیکی و شیمیایی برخوردار بوده که در ادامه به آن اشاره می‌کنیم:

خواص فیزیکی

مس فلزی است که اگر در معرض هوا قرار گیرد رنگی قرمز و مایل به نارنجی به خود می‌گیرد. دلیل این رنگ نشأت گرفته از گذر الکترونی بین لایه‌های d و s است. لایه s نیمه خالی است و تفاوت انرژی بین این لایه‌ها، طول موجی را ایجاد می‌کند که شبیه به رنگ نارنجی است.

این عنصر در گروه 11 از جدول تناوبی قرار دارد و دارای خاصیت رسانای گرمایی و الکتریکی و شکل‌پذیری بالا است. این عنصر در لایه d پر از الکترون و در لایه s فقط 1 الکترون دارد. لایه d به دلیل پر بودن از الکترون، ورود آن در واکنش‌های بین اتمی بسیار کم است.

پیوند فلزی با یک الکترون در لایه s برخلاف دیگر فلزات که لایه s آن‌ها نیمه پر است، دارای ویژگی‌های پیوند کووالانسی نبوده و تقریبا ضعیف است. همین موارد دلیلی بر سختی کم و شکل‌پذیری بالای یک بلور مسی است ولی در قالب چند بلوری، مس از سختی و مقاومت بالاتری برخوردار است.

خواص شیمیایی

در خصوص خواص شیمیایی باید دانست که واکنشی با آب ندارد ولی به آرامی با اکسیژن واکنش نشان می‌دهد. این واکنش زمانی که رخ می‌دهد لایه‌ای از اکسید را به رنگی قهوه‌ای تشکیل می‌دهد. همچنین این اکسید برخلاف آهن که در هوای مرطوب روی سطح آن موجب زنگ‌زدگی می‌شود، این اکسید از فلز محافظت می‌کند.

برای مثال می‌توان به برخی از سازه‌های قدیمی مانند پشت‌بام برخی از ساختمان‌ها و مجسمه‌ها اشاره کرد که در زمان اکسید، لایه‌ای به رنگ سبز از کربنات روی سطح آن ظاهر می‌شود.

ویژگی‌های مس

به دلیل خواص و ویژگی‌های مهمی که دارد مورد استفاده فراوان در صنایع مختلف مانند ساختمان‌سازی، ماشین‌سازی و الکترونیک شده است. در ادامه به بررسی برخی از این ویژگی‌های مهم می‌پردازیم:

ترکیب با فلزات دیگر

همچنین از قابلیت ترکیب با فلزات دیگری بهره‌مند است و آلیاژهایی که از آن تولید می‌شوند کاربردهای مختلفی در صنایع و زندگی بشر دارند. این آلیاژها علاوه‌بر خصوصیاتی که این ماده دارد از خصوصیات روی و قلع نیز بهره می‌برند.

شکل‌پذیری بالا

مس و آلیاژهای تولید شده از آن به دلیل شکل‌پذیری خوبی که دارند از اهمیت بالایی برخوردارند. تولید ورقه‌های مسی با استفاده از بوته ذوب مس و آلیاژهای آن از این نظر اهمیت دارند که می‌توان آن‌ها را به شکل‌های دلخواه تغییر داد. رسانا بودن و شکل‌پذیر بودن سبب استفاده آن در تولید سیم‌های برق مسی شده است.

استحکام

علاوه‌بر چکش‌خواری بالا از استحکام بالایی نیز برخوردار است. قابل توجه است که بدانید فلز برنج که یکی از آلیاژهای مس است، استحکام بیشتری نسبت به آن دارد.

سرخ رنگ

مس فلزی است با رنگ قرمز مایل به زرد یا نارنجی که در بین عموم به رنگ مسی شناخته می‌شود. این فلز از لحاظ فیزیکی و شیمیایی نقشی اساسی در صنعت مدرن و ایجاد نماهای شیک و جذاب دارد.

مقاوم در برابر خوردگی

مقاومت بالایی از خود در برابر سایش و خوردگی نشان می‌دهد. همین امر سبب عمر طولانی این فلز و تولیدات آن و استفاده فراوان آن در صنایع شده است.

قابلیت ماشین‌کاری

قابلیت ماشین‌کاری آن سبب تولیدات موفق قطعات فلزی شده که نیاز به دقت و کیفیت بالا دارند. برخی از این تولیدات به وسیله ماشین‌کاری دستی و ماشین‌کاری اتوماتیک (CNC) انجام می‌شود. فلز مس در هر دو روش ماشین‌کاری با روش‌ها و ابزارهایی مناسب برش، حفر و تراش می‌شوند.

رسانای الکتریکی بالا

با اهمیت‌ترین و اصلی‌ترین خاصیت، مربوط به رسانای الکتریکی بودن آن است. بسیاری از فلزات از این خاصیت برخوردار هستند، ولی برخی از این فلزات رسانای کمتری از آن دارند یا گران هستند.

همچنین پس از نقره دومین رسانای الکتریکی در بین فلزات محسوب می‌شود. نمونه‌هایی از کاربرد این فلز را می‌توان استفاده در تولید سیم‌های برق و آنتن مشاهده کرد.

انتقال‌دهنده گرما

انتقال گرما از طریق لوله‌های مسی یکی دیگر از خصوصیات این فلز پرکاربرد است و از آن در تولید پکیج‌های گرمایشی و آبگرمکن‌ها استفاده می‌شود. دلیل دیگر استفاده در تولید لوله‌ها به منظور انتقال گرما دمای ذوب بالای آن است.

امکان بازیافت آن

مس قابلیت بازیافت بالایی دارد و می‌توان آن را از دیگر فلزات و آلیاژهای ترکیب با آن جدا کرد. مراحل این فرآیند شامل جمع‌آوری، جداسازی و ذوب و تصفیه آن است.

مواردی که در خصوص ویژگی‌های این فلز بیان شد نمونه‌ای از مهم‌ترین ویژگی‌ها بود. آلیاژهای تولید شده نیز برخی از این ویژگی‌ها را بیشتر از مس دارند یا ویژگی‌ها و خواص منحصر به فرد خود را دارند.

کاربردهای مس در صنایع

مس و آلیاژهای آن به دلیل خواص و کاربردهای فراوانی که در صنایع گوناگون دارد، مورد توجه بسیاری از کشورهای جهان قرار گرفته است. برخی از این کاربردها عبارتند از:

صنعت برق

• تولید انواع ترانسفورماتور، اجزای دوشاخه، سوئیچ و اتصالات الکتریکی دیگر
• تولید قطعات موتوری مثل روتور، استاتور، سر شافت و سیم های توخالی
• تولید ابزار و وسایل خطوط جریان الکتریکی مثل انواع سیم انتقال دهنده و کابل‌های خانگی و صنعتی

تولید ابزار و قطعات الکترونیکی

• مدارهای چاپی که نیاز به مقدار زیادی مواد لحیم کاری پایه مسی و فویل دارند
• مدارهای مجتمع برای استفاده از مس به‌عنوان جایگزین آلومینیوم در تراشه های سیلیکونی
• دستگاه های الکترونیکی خلاء مانند لوله های فرکانس بالا و مگنترون

معماری و عمران

• ساخت سقف، سرریزها، ناودان‌های بارانی، گلدسته ها، گنبدها، طاق‌ها و درها
• استفاده به‌عنوان مصالح عمرانی با دوام، مقاوم در برابر خوردگی، ضدآب و جوش‌پذیر
• محافظ فرکانس رادیویی و محصولات ضدمیکروبی و تزئینی داخل منزل مانند وسایل حمام
• روکش‌های داخلی و خارجی دیوارها

صنایع پتروشیمی و انرژی

• استفاده در لوله‌های موجود در هیترهای خورشیدی
• ساخت لوله‌ها و صفحات اصلی کندانسورهای نیروگاه‌های با سوخت زغال سنگ
• استفاده در سیستم‌های لوله‌ای شامل فیلتر، شیرها، پمپ‌ها، انواع اواپراتورها
• استفاده در آب شیرین کن‌ها به علت خاصیت آنتی باکتریال

صنایع ساخت قطعات ترابری و حمل و نقل

• تولید پره‌های تصفیه، پرچ، پیچ و مهره، لوله کندانسور و ابزارهای ناوبری
• استفاده از آلیاژهای مختلف مس در ساخت کشتی‌های تجاری و جنگی
• ساخت رادیاتورها، سیستم‌های ترمز و تجهیزات هیدرولیک
• مناسب برای استفاده برای رنگ و روکش‌های بدنه

صنعت متالورژی و مکانیک

• تولید کوره‌های قوس الکتریکی خلاء
• تولید کریستالیزور در ریخته‌گری پیوسته
• سیم‌پیچ القایی در کوره‌های القایی
• استفاده به‌عنوان مواد ضداصطکاک و روغن‌کاری در انواع قطعات متحرک و ثابت مانند آستر سیلندر و چرخ دنده

صنعت بیولوژیکی

• استفاده ضدمیکروبی
• به کارگیری آلیاژهای مس در سیستم‌های پرورش آبزیان
• استفاده در سیستم‌های بیواستاتیک، برای جلوگیری از رشد باکتری‌ها

برخی از آلیاژهای مس

مس از قابلیت ترکیب‌پذیری بالایی برخوردار است و سبب تولید آلیاژهایی پرکاربرد در صنایع مختلف می‌شود. برخی از این آلیاژهای مهم عبارتند از:

آلیاژ برنج (ترکیب با روی)

آلیاژ برنج از دامنه انجماد اندکی برخوردار است و قابلیت ریخته‌گری بالایی دارد. قیمت فلز روی از فلز مس کمتر است و این ترکیب سبب پایین آمدن هزینه‌‌های ریخته‌گری می‌شود. همچنین این ترکیب سبب اضافه شدن قابلیت‌های تزئینی در صنعت ریخته‌گری برای تولید محصولات می‌شود.

آلیاژ برنز (ترکیب با قلع)

ترکیب مس با قلع را برنز گویند در صورتی که در برخی از کشورها به ترکیب مس با آلومینیوم، منگنز، نیکل و سیلیسیم برنز می‌گویند. البته مقدار 5 تا 25 درصد از فلز قلع ویژگی‌ها و کاربردهای متفاوتی را از این برنز نشان می‌دهد.

اگر حدود 5 درصد قلع را با مس ترکیب کنند دچار کاهش نقطه ذوب و بهبود طنین صوتی حاصل از ضربه می‌شوند. به همین دلیل به ترکیب آن با گرید زیر 5 درصد قلع گریدهای ناقوسی گویند. ترکیب بیش از 5 درصد قلع سبب کاهش مقاومت در برنز می‌شود.

آلیاژ برنز آلومینیوم (ترکیب با آلومینیوم)

ترکیب آلومینیوم با مس آلیاژی برنزی را تولید می‌کند که مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی دارد و قابل مقایسه با فولادهای کربنی است.

آلیاژ Cupronickel (ترکیب با نیکل)

این ترکیب شامل 5 تا 45 درصد نیکل است و در آن فلزاتی مانند آهن، منگنز و روی نیز پیدا می‌شود. نیکل بر روی خواص مهندسی فلز مس اثر می‌گذارد و یکی از این خواص تثبیت ضریب انبساط حرارتی است. ترکیب مس و نیکل باعث تغییر رنگ شده و رنگی نقره‌ای می‌گیرد که از آن برای پوشش سطحی سکه‌ها استفاده می‌شود.

آلیاژ مس و سیلیسیم

این ترکیب که به برنز سیلیکون معروف است خاصیت جوش‌پذیری و استحکام مناسبی دارد و برابر خوردگی مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهد. میزان استفاده از سیلیسیم بین 1.5 تا 30 درصد است که هر چه میزان درصد استفاده شده بیشتر باشد خواص آن نیز بیشتر می‌شود.

آلیاژ مس و بریلیوم

ترکیب 2 تا 2.5 درصد از فلز بریلیوم باعث بهبود خواص مکانیکی در این آلیاژ می‌شود و اضافه شدن 1 درصد نیکل به این ترکیب می‌تواند خواص الکتریکی این آلیاژ را نیز بهبود ببخشد.

سخن پایانی

مس فلزی پرکاربرد است که قابلیت ترکیب‌پذیری بالایی دارد و از ان آلیاژهای پرکاربردی ایجاد می‌شود. خواصی مانند شکل‌پذیری، رسانایی گرمایی و الکتریکی بالا در آن اهمیت استفاده از آن را نشان می‌دهد.

با توجه به مطالبی که گفته شد می‌توان به شناخت بهتر و کاربردهای فراوان این عنصر با ارزش در صنایع مختلف، رشد، توسعه و سهولت زندگی بشر و پیشرفت کشورهای جهان پی برد.