Fakty o miedzi

Błyszcząca, czerwonawa miedź była pierwszym metalem, na którym manipulowali ludzie i nadal pozostaje ważnym metalem w przemyśle. 

Najstarszy metalowy przedmiot znaleziony na Bliskim Wschodzie składa się z miedzi; było to maleńkie szydło datowane na 5100 lat p.n.e. A amerykański pens był pierwotnie wykonany z czystej miedzi (chociaż obecnie jest to 97,5 procent cynku z cienką miedzianą skórką).

Według U.S. Geological Survey (USGS) miedź zajmuje trzecie miejsce na świecie pod względem konsumpcji metalu przemysłowego, po żelazie i aluminium. Około trzech czwartych tej miedzi przeznacza się na przewody elektryczne, kable telekomunikacyjne i elektronikę. 

Oprócz złota miedź jest jedynym metalem w układzie okresowym, którego kolor nie jest naturalnie srebrny ani szary.

Opis chemiczny

• Liczba atomowa (liczba protonów w jądrze): 29
• Symbol atomowy (w układzie okresowym pierwiastków): Cu
• Masa atomowa (średnia masa atomu): 63,55
• Gęstość: 8,92 grama na centymetr sześcienny
• Faza w temperaturze pokojowej: stała
• Temperatura topnienia: 1984,32 stopni Fahrenheita (1084,62 stopni Celsjusza)
• Temperatura wrzenia: 5,301 stopni F (2927 stopni C)
• Liczba izotopów (atomów tego samego pierwiastka z różną liczbą neutronów): 35; 2 stabilne
• Najpopularniejsze izotopy: Cu-63 (69,15% naturalnej obfitości) i Cu-65 (30,85% naturalnej obfitości)

Historia i charakterystyka

Większość miedzi występuje w rudach i przed użyciem należy ją przetopić lub wydobyć z jej rudy, aby uzyskać czystość. Jednak naturalne reakcje chemiczne mogą czasami uwalniać natywną miedź, zgodnie z witryną chemiczną Chemicool.

Ludzie zajmowali się wytwarzaniem miedzi od co najmniej 8 000 lat i już około 4500 lat p.n.e. odkryli, jak wytopić metal. Kolejnym krokiem technologicznym było stworzenie stopów miedzi poprzez dodanie cyny do miedzi, co stworzyło twardszy metal niż poszczególne jej części: brąz. Rozwój technologiczny zapoczątkował epokę brązu, okres obejmujący około 3300-1200 pne, a według Historii wyróżnia się on użyciem narzędzi i broni z brązu.

Miedziane artefakty są rozsypane w całym zapisie historycznym. Archeolodzy odkryli maleńkie szydło lub spiczaste narzędzie, datowane na rok 5100 pne, które zostało zakopane wraz z kobietą w średnim wieku w starożytnej wiosce w Izraelu. Szydło reprezentuje najstarszy metalowy przedmiot, jaki kiedykolwiek znaleziono na Bliskim Wschodzie. Miedź prawdopodobnie pochodziła z regionu Kaukazu, położonego w górzystym regionie obejmującym południowo-wschodnią Rosję, Armenię, Azerbejdżan i Gruzję w odległości ponad 600 mil (1000 kilometrów), wynika z artykułu z 2014 roku opublikowanego w PLOS ONE. W starożytnym Egipcie ludzie używali stopów miedzi do wyrobu biżuterii, w tym pierścionków na palce. Badacze odkryli również ogromne kopalnie miedzi z X wieku p.n.e. w Izraelu.

Według USGS około dwie trzecie miedzi na Ziemi znajduje się w skałach magmowych (wulkanicznych), a około jedna czwarta w skałach osadowych. Metal jest plastyczny i ciągliwy oraz dobrze przewodzi ciepło i elektryczność - powody, dla których miedź jest szeroko stosowana w elektronice i okablowaniu.

Miedź zmienia kolor na zielony z powodu reakcji utleniania; to znaczy traci elektrony, gdy jest wystawiony na działanie wody i powietrza. Powstały tlenek miedzi jest matowo zielony. Ta reakcja utleniania jest powodem, dla którego pokryta miedzią Statua Wolności jest raczej zielona niż pomarańczowo-czerwona. Według Stowarzyszenia Rozwoju Miedzi zwietrzała warstwa tlenku miedzi o grubości zaledwie 0,005 cala (0,127 milimetra) pokrywa Lady Liberty, a pokrycie waży około 80 ton (73 tony metryczne). Zmiana koloru miedzianego na zielony następowała stopniowo i zakończyła się w 1920 r., 34 lata po poświęceniu i odsłonięciu posągu, według New York Historical Society. 

Kto wiedział? 

Oto kilka interesujących faktów na temat miedzi:

• Według Petera van der Krogta, holenderskiego historyka, słowo „miedź” ma kilka korzeni, z których wiele pochodzi od łacińskiego słowa cuprum który pochodzi z frazy Cyprium aes, co oznacza „metal z Cypru”, ponieważ większość używanej wówczas miedzi była wydobywana na Cyprze.
• Gdyby rozłożyć całe miedziane okablowanie w przeciętnym samochodzie, rozciągałoby się to na 1,5 km, zgodnie z USGS. 
• Według Jefferson Laboratory, przewodność elektryczna (jak łatwo prąd może przepływać przez metal) miedzi ustępuje tylko srebrem.
• Grosze były robione z czystej miedzi tylko od 1783 do 1837 roku. W latach 1837 - 1857 grosze były wykonane z brązu (95% miedzi, a pozostałe 5% cyny i cynku). W 1857 r. Ilość miedzi w groszach spadła do 88% (pozostałe 12% stanowiło nikiel) i powróciło do poprzedniego przepisu w 1864 r. W 1962 r. Zawartość jednego grosza zmieniła się na 95% miedzi i 5% cynku. Od 1982 r. Do dziś 97,5% cynku i 2,5% miedzi to grosze. 
• Ludzie potrzebują miedzi w swojej diecie. Według National Library of Medicine, metal jest niezbędnym minerałem śladowym, który jest niezbędny do tworzenia czerwonych krwinek. Na szczęście miedź można znaleźć w różnych produktach spożywczych, w tym w zbożach, fasoli, ziemniakach i zielonych liściach.
• Jednak zbyt dużo miedzi to zła rzecz. Spożycie dużych ilości metalu może w krótkim okresie spowodować bóle brzucha, wymioty i żółtaczkę (żółtawy odcień skóry i białek oczu, które mogą wskazywać na nieprawidłowe funkcjonowanie wątroby). Długotrwała ekspozycja może prowadzić do objawów, takich jak niedokrwistość, drgawki i biegunka, które są często krwawe i mogą być sine.
• Czasami w wodociągach występuje podwyższony poziom miedzi z powodu starych rur miedzianych. Na przykład w sierpniu 2018 roku system szkół publicznych w Detroit jako środek ostrożności wyłączył całą wodę pitną w szkołach publicznych z powodu wysokiego poziomu miedzi i żelaza w wodzie, według Seattle Times.
• Miedź ma właściwości przeciwbakteryjne i zabija bakterie, wirusy i drożdże w kontakcie, zgodnie z artykułem z 2011 roku w czasopiśmie Applied and Environmental Microbiology. W rezultacie miedź może być nawet wpleciona w tkaniny do produkcji odzieży przeciwdrobnoustrojowej, takiej jak skarpetki zwalczające grzybicę stóp.
• Według Mayo Clinic miedź jest również zawarta w niektórych typach wkładek wewnątrzmacicznych (IUD) używanych do kontroli urodzeń. Miedziane przewody powodują reakcję zapalną, która jest toksyczna zarówno dla plemników, jak i jajeczek, aby zapobiec ciąży. W przypadku każdego zabiegu medycznego istnieje ryzyko wystąpienia skutków ubocznych. Chociaż toksyczność miedzi nie wydaje się nią być, zgodnie z artykułem opublikowanym w 2017 roku w Medical Science Monitor.

Obecne badania

Medycyna: Właściwości przeciwbakteryjne miedzi uczyniły ją popularnym metalem w medycynie. Wiele szpitali eksperymentowało z pokrywaniem często dotykanych powierzchni, takich jak poręcze łóżka i przyciski wezwania, miedzią lub stopami miedzi, próbując spowolnić rozprzestrzenianie się zakażeń szpitalnych. Miedź zabija drobnoustroje, zakłócając ładunek elektryczny błon komórkowych organizmów - powiedziała Cassandra Salgado, profesor chorób zakaźnych i epidemiolog szpitalny z Uniwersytetu Medycznego Karoliny Południowej..

W 2013 roku zespół naukowców pod kierownictwem Salgado przetestował powierzchnie na oddziałach intensywnej terapii (OIT) w trzech szpitalach, porównując pomieszczenia zmodyfikowane miedzianymi powierzchniami przymocowanymi do sześciu typowych przedmiotów, które są poddawane wielu kontaktom z pomieszczeniami niemodyfikowanymi miedzią. Naukowcy odkryli, że w tradycyjnych salach szpitalnych (bez miedzianych powierzchni) u 12,3 procent pacjentów rozwinęły się zakażenia oporne na antybiotyki, takie jak oporność na metycylinę. Staphylococcus aureus (MRSA) i oporne na wankomycynę Enterococcus (VRE). Dla porównania, w pomieszczeniach ze zmodyfikowaną miedzią tylko 7,1% pacjentów zaraziło się jedną z tych potencjalnie niszczących infekcji.

„Wiemy, że jeśli umieścisz miedź w pokoju pacjenta, zmniejszysz obciążenie mikrobiologiczne” - powiedział Salgado. „Myślę, że jest to coś, co wielokrotnie pokazywano. Nasze badanie jako pierwsze wykazało, że może to przynieść korzyści kliniczne”.

Naukowcy nie zmienili niczego poza miedzią w warunkach OIOM; lekarze i pielęgniarki nadal myli ręce, a sprzątanie przebiegało jak zwykle. Naukowcy opublikowali swoje odkrycia w 2013 roku w czasopiśmie Infection Control and Hospital Epidemiology.

Salgado i jej zespół przetestowali również miedzianą wykładzinę na stetoskopach, zgodnie z artykułem opublikowanym w 2017 roku w American Journal of Infection Control, w którym naukowcy odkryli, że na stetoskopach pokrytych miedzią było znacznie mniej bakterii, a 66 procent stetoskopów było całkowicie wolnych. bakterii. Kontynuowane są dalsze badania mające na celu testowanie pomiedziowania na innych oddziałach medycznych, zwłaszcza na obszarach, w których pacjenci są bardziej mobilni niż na OIT. - Potrzebna jest również analiza kosztów i korzyści, porównująca koszt instalacji miedzianej z oszczędnościami uzyskanymi dzięki zapobieganiu kosztownym infekcjom - powiedziała.. 

Elektronika: Miedź odgrywa również ogromną rolę w elektronice, a ze względu na jej obfitość i niską cenę naukowcy pracują nad zintegrowaniem tego metalu z coraz większą liczbą nowatorskich urządzeń. 

W rzeczywistości miedź może pomóc w produkcji futurystycznego papieru elektronicznego, bioczujników do noszenia i innej „miękkiej” elektroniki - powiedział Wenlong Cheng, profesor inżynierii chemicznej na Uniwersytecie Monash w Australii. Cheng i jego koledzy użyli miedzianych nanoprzewodów do stworzenia „monolitu aerożelu”, materiału, który jest bardzo porowaty, bardzo lekki i wystarczająco mocny, aby sam stać, podobnie jak sucha gąbka kuchenna. W przeszłości te monolity aerożelowe były wykonane ze złota lub srebra, ale miedź jest bardziej ekonomiczną opcją. 

Mieszając miedziane nanoprzewody z niewielkimi ilościami polialkoholu winylowego, naukowcy stworzyli monolity aerożelowe, które mogą przekształcić się w rodzaj plastycznej gumy przewodzącej prąd. Naukowcy opublikowali swoje odkrycia w 2014 roku w czasopiśmie ACS Nano. Ostatecznym rezultatem może być robot o miękkim korpusie lub czujnik medyczny, który idealnie stapia się z zakrzywioną skórą, powiedział Cheng. On i jego zespół obecnie pracują nad stworzeniem czujników ciśnienia krwi i temperatury ciała z miedzianych monolitów aerożelu - kolejny sposób, w jaki miedź może pomóc w monitorowaniu zdrowia ludzi.

Fizyka: W eksperymencie z 2014 roku kawałek miedzi stał się najzimniejszym metrem sześciennym (35,3 stóp sześciennych) na Ziemi, kiedy naukowcy schłodzili go do 6 milikelwinów, czyli sześciu tysięcznych stopnia powyżej zera bezwzględnego (0 kelwinów). Jest to najbliższa substancja o tej masie i objętości, która kiedykolwiek osiągnęła zero absolutne.

Naukowcy z włoskiego Narodowego Instytutu Fizyki Jądrowej postawili 880 funtów. (400 kilogramów) miedziana kostka wewnątrz pojemnika zwanego kriostatem, który jest specjalnie zaprojektowany, aby utrzymywać przedmioty w skrajnie niskiej temperaturze. Jest to pierwszy kriostat lub urządzenie do utrzymywania rzeczy w niskich temperaturach, które jest w stanie utrzymać substancje tak blisko zera absolutnego.

Budowa kriostatu do ekstremalnych temperatur to dopiero pierwszy krok w nowym eksperymencie, w którym kriostat będzie działał jako detektor cząstek. Naukowcy mają nadzieję, że detektor, który jest w trakcie uruchamiania zgodnie z aktualizacją stanu z 2018 r., Ujawni więcej na temat cząstek subatomowych zwanych neutrinami i dlaczego we wszechświecie jest o wiele więcej materii niż antymaterii..

Rolnictwo: Naukowcy z Cornell University badali skutki niedoboru miedzi w uprawach, zwłaszcza pszenicy. Pszenica jest jednym z najważniejszych podstawowych produktów spożywczych na świecie, a niedobór miedzi może prowadzić zarówno do niższych plonów, jak i do niższej żyzności upraw.

Naukowcy badali, w jaki sposób rośliny wchłaniają i przetwarzają miedź. Według amerykańskiego Departamentu Rolnictwa odkryli dwa białka w pszenicy, AtCITF1 i AtSPL7, które są niezbędne do pobierania i dostarczania miedzi do organów rozrodczych pszenicy..

Wczesne testy wykazały, że kiedy miedź i inne składniki odżywcze zostaną wzbogacone w glebie, a następnie wchłonięte przez pszenicę, plony wzrosną nawet siedmiokrotnie. Chociaż wiadomo, że wiedza o miedzi i innych minerałach jest korzystna dla zdrowia i płodności upraw, nie wiadomo dobrze, jak i dlaczego jest to fakt. Wiedza o tym, dlaczego miedź jest korzystna i jak funkcjonuje we wzroście i rozmnażaniu rośliny, może być dalej wykorzystana na uprawach takich jak ryż, jęczmień i owies, i może wprowadzić te uprawy z bogatym w minerały nawozem, który zawiera miedź, do gleby, która niegdyś nie nadawał się do uprawy.

Dodatkowe zasoby

• American Cancer Society analizuje badania dotyczące miedzi i twierdzi, że może ona odgrywać rolę w zapobieganiu lub leczeniu raka.
• Agencja Ochrony Środowiska dostarcza informacji o narażeniu na wysokie poziomy miedzi i skutkach korozji miedzi w rurach domowych.
• Ośrodek Thomas Jefferson National Accelerator (Jefferson Lab) bada historię i zastosowania miedzi.

Ten artykuł został zaktualizowany 12 września 2018 r. Przez autorkę Rachel Ross.