נחושת

נחושת
	אבץ - נחושת - ניקל
; 29	Cu
נתונים בסיסיים
מספר אטומי	29
סמל כימי	Cu
סדרה כימית	מתכות מעבר
מראה
	אדום-כתמתם מתכתי
תכונות אטומיות
משקל אטומי	63.546 u
רדיוס ואן דר ואלס	140 pm
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה	2, 8, 18, 1
תכונות פיזיקליות
צפיפות	8,920 kg/m3
מצב צבירה בטמפ' החדר	מוצק
נקודת רתיחה	2,840.15K (2,567°C)
נקודת התכה	1,357.55K (1,084.4°C)
לחץ אדים	0.0505Pa ב-1,358K
מהירות הקול	3,570 מטר לשנייה ב-293.15K
שונות
אלקטרושליליות	1.9
קיבול חום סגולי	380 J/(kg·K)
מוליכות חשמלית	59.6 106/m·Ω
מוליכות חום	401 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה	745.5 kJ/mol
אנרגיית יינון שנייה	1,957.9 kJ/mol
אנרגיית יינון שלישית	3,555 kJ/mol
אנרגיית יינון רביעית	5,536 kJ/mol

ערך זה עוסק ביסוד כימי. אם התכוונתם לצבע, ראו נחושת (צבע).

נְחוֹשֶׁת (לטינית: Cuprum) הוא יסוד כימי מתכתי שסמלו הכימי Cu ומספרו האטומי 29.

במקרא מוזכרת גם בצורת המשנֶה נְחוּשָׁה. במכתבי אל עמארנה: nuhִustum; בכנענית: נחשת; בארמית: נְחָשׁ, נְחָשָׁא ובערבית: נֻחַאס (نُحَاس).

תכונות

הנחושת היא מתכת מבריקה בצבע אדום-כתום, בעלת מוליכות חום ומוליכות חשמלית גבוהה. היא נמצאת בטבלה המחזורית בין ניקל ואבץ, ובאותה עמודה עם כסף וזהב. הנחושת היא מתכת אצילה למחצה, המאופיינת בפעילות כימית נמוכה, ועמידה בפני השפעות האטמוספירה. חשיפה ממושכת לאוויר רטוב גורמת להיווצרות שיכבה ירקרקה של קרבונטים (פטינה) המגנה על המתכת. נחושת מופיעה בטבע בעיקר כעפרה (תרכובת, בדרך כלל עם גפרית) ובמקרים נדירים כמתכת טהורה.

שימושים

נחושת היא אחת מהמתכות הנמצאות בשימוש נרחב מאוד של האנושות. השימוש העיקרי של נחושת החל מסוף המאה ה-19 הוא ליצור מוליכי חשמל, המשמשים לייצור כבלי הולכת חשמל, מנועים, שנאים, אלקטרומגנטים ומעגלים מודפסים, בשל המוליכות החשמלית הגבוהה שלה (המתכת היחידה שלה מוליכות גבוהה מעט יותר היא כסף, שמחירה גבוה בהרבה).

כמו כן, בשל מוליכות החום הגבוהה שלה נעשה בה שימוש בפתרונות קירור בתעשיית המחשבים והאלקטרוניקה.

נחושת היא חומר גלם בפיסול (לדוגמה, פסל החירות מכיל 81.3 טון נחושת), וכן בעשיית כלי נשיפה.

נחושת משמשת לייצור סגסוגות מתכת, כגון פליז וארד (ברונזה).

בעבר שימשה הנחושת את האדם בעיקר להכנת כלים ואבזרי קישוט, וגם כיום יש מטבעות, כלים, חלקי ריהוט, וגם צינורות העשויים מנחושת.

יוני נחושת יכולים להיות אנטי ביוטיים. שימוש הקשור לכך הוא שילוב גרגירים של נחושת בטקסטיל, ואז עיבוד הטקסטיל למוצר מוגמר, הנותן הגנה מפני פתוגנים^[1]

היסטוריה

פרק זה טעון שכתוב. אנא תרמו למכלול ועזרו לשכתב אותו. הסיבה היא יש להוסיף מקורות.

קיימים ממצאים ארכאולוגיים המעידים על שימוש אנושי בנחושת מעל 5,000 שנה. ידוע על גילוי עפרות נחושת בקפריסין לפני כ-5,000 שנה. הרומאים, אחרי שכבשו את האי, כינו את המתכת Cyprium (מתכת קפריסין), ושם זה קוצר בהמשך ל-Cuprum. מרכזי הפקה ידועים נוספים של נחושת בתקופות קדומות, מלבד קפריסין, היו גם הרמה האיראנית, הרי אדום ואזור הערבה מדבר יהודה וסיני בארץ ישראל.

השומרים השתמשו בנחושת והכינו ממנה חפצים לפני כ-5,000 שנה. גם המצרים הכינו באותה תקופה חפצים מנחושת. באחת הפירמידות נמצאה צנרת מנחושת בת כ-5,000 שנים.

השימוש בארד (סגסוגת של נחושת ובדיל, הקרויה גם ברונזה) החל כנראה במצרים. המצרים גילו שהוספת כמות קטנה של בדיל לנחושת מקלה על מלאכת החישול. סגסוגות ארד נמצאו במצרים כמעט באותה תקופה שבה נמצאה נחושת. השימוש בארד התפשט בין תרבויות במהירות רבה והוא מקור השם ל"תקופת הברונזה".

בסין החלו להשתמש בנחושת לפני כ-4,000 שנה, ולפני כ-3,200 שנה כבר יוצר בסין ארד באיכות גבוהה.

היוונים והרומאים השתמשו רבות גם בפליז, סגסוגת של נחושת ואבץ.

כיום מפיקים את מרבית הנחושת בצ'ילה, בארצות הברית, באינדונזיה ובפרו. בעבר נכרו מחצבי נחושת גם בישראל.

בתנ"ך

בספר במדבר מסופר על נחש הנחושת שיצר משה בהוראתו של הקב"ה, על מנת להפסיק הרג בעם בעקבות מכת נחשים. נחש הנחושת נותר בבית המקדש עד ימי המלך חזקיהו.

ממצאים ארכאולוגיים

במערת המטמון בנחל משמר, שבמדבר יהודה, נמצא ב-1961 מטמון ("מטמון נחל משמר") ובו 429 כלי נחושת עתיקים ביותר ברמת גימור גבוהה. זה האוסף הגדול ביותר של חפצים עתיקים מנחושת שנתגלה במזרח התיכון.
מספר כלי נחושת ממטמון נחל משמר
באירופה התגלתה גופה שהשתמרה בקרח משנת 3,200 לפנה"ס, שזכתה לכינוי "אצי, איש הקרח". על אצי נמצא גרזן עם חוד נחושת (99.7% טהור). רמות גבוהות של ארסן בשערו מצביעות על מעורבותו בייצור הנחושת.

תרכובות

לנחושת יש שתי דרגות חמצון נפוצות - 2+ ו-1+. היציבה והנפוצה יותר מבין השתיים היא 2+, שיוצרת מלחים פרה-מגנטיים (תשעה אלקטרונים בקליפה 3d) בצבע כחול או כחול-ירוק. תרכובות נחושת בדרגת החמצון 1+ הן דיאמגנטיות (קליפה d מלאה- כל האלקטרונים מזווגים) וחסרות צבע. בתנאים מיוחדים קיימת גם דרגת החמצון 3+.

נחושת פחמתית ( ${\ce {CuCO3}}$ ) היא מלח ירקרק, המופיע לעיתים קרובות על ציפויי נחושת בכלים וחפצים אחרים. נחושת גופרתית ( ${\ce {CuSO4}}$ ) היא מלח כחול שמשתמשים בו לעיתים קרובות במעבדות כקוטל פטריות. נחושת דו-כלורית, מלח בצבע חום בהיר, משמשת כזרז למשל בייצור אצטאלדהיד מאתן.

קיימות שתי תחמוצות נחושת יציבות - CuO ו- ${\ce {Cu2O}}$ . תחמוצות אלו מהוות חומר התחלתי בייצור ${\ce {YBa2Cu3O7-\delta}}$ שהוא חומר בסיס בייצור מוליכי-על.

תפקיד ביולוגי

נחושת היא מינרל קורט בעולם החי והצומח, והיא חיונית לתהליכים ביולוגיים חשובים.

אטומי נחושת מופיעים במרכזם של אנזימים וחלבונים אחרים בעלי חשיבות עליונה: ציטוכרום C אוקסידאז (קולט האלקטרונים הסופי בתהליך הנשימה התאית), המוציאנין(אנ') (החלבון נושא החמצן השכיח ביותר באורגניזמים, אחרי המוגלובין. משמש לנשיאת חמצן ברכיכות ובכמה סוגי סרטנים), סופראוקסיד דיסמוטאז (SOD, משמש לביטול השפעת הרעלים בתהליך הנשימה התאית; ראו ערך אנארובי לפרטים נוספים) ועוד.

השפעות בריאותיות

מנה של 30 מיליגרם נחושת לכל קילוגרם ממשקל הגוף עלולה להיות קטלנית לבני אדם. הרמה הבטוחה של נחושת במי שתייה היא עד 1.5-2 מיליגרם לליטר.

מחלת וילסון היא מחלה תורשתית שגורמת לגוף לצבור נחושת. אם החולה אינו מקבל טיפול, עלול להיגרם נזק לכבד ולמוח. בנוסף לכך, מחקרים מצאו קשר בין מחלות נפש כמו סכיזופרניה לבין רמות גבוהות של נחושת בגוף. לא ידוע עדיין אם הנחושת היא זו שגורמת למחלת הנפש, או שהמחלה היא זו שגורמת לגוף לצבור נחושת או שיש גורם אחר הגורם לגוף לצבור נחושת ואותו הגורם שגורם לגוף לצבור נחושת גורם גם למחלת הנפש.

הפקת נחושת

הנחושת מופקת בעולם ממרבצים שהם תערובת של תרכובות הנחושת וחומרים אחרים. מתוך 165 תרכובות נחושת המצויות במרבצים, רק כ-12 הן בעלות חשיבות להפקת הנחושת:

עפרות נחושת^[2]
התרכובת	הרכב	צפיפות (גרם/סמ"ק)	% הנחושת
תרכובות מכילות חמצן
קופריט	$\ \mathrm {Cu_{2}O}$	6.0	88.8
טנוריט	$\ \mathrm {CuO}$	5.8-6.3	79.8
מלכיט	$\ \mathrm {CuCO_{3}\centerdot Cu(OH)_{2}}$	3.9-4.0	57.3
כריזוקולה	$\ \mathrm {CuSiO_{3}\centerdot 2H_{2}O}$	2.0-2.4	36.0
ברוכנטיט	$\ \mathrm {CuSO_{4}\centerdot 3Cu(OH)_{2}}$	3.39	56.2
אטקמיט	$\ \mathrm {CuCl_{2}\centerdot 3Cu(OH)_{2}}$	3.75-3.77	59.4
תרכובות מכילות גופרית
כלקופיריט	$\ \mathrm {CuFeS_{2}}$	4.2-4.3	34.5
בורניט	$\ \mathrm {Cu_{5}FeS_{4}}$	4.9-5.4	63.3
כלכוציט	$\ \mathrm {Cu_{2}S}$	5.5-5.8	79.8
קובליט	$\ \mathrm {CuS}$	4.9-5	66.4
אנרגיט	$\ \mathrm {3Cu_{2}S\centerdot As_{2}S_{5}}$	4.43-4.45	48.3
טטרהדריט	$\ \mathrm {3Cu_{2}S\centerdot Sb_{2}S_{3}}$	4.7-5.0	52.1
בתמנע מצויים בעיקר העפרות מלכיט וכריזוקולה.

כריית עפרות הנחושת נעשית בדרך כלל ממכרות פתוחים. הן נאספות לאחר חשיפתן באמצעות פיצוצים מבוקרים. לאחר האיסוף, מובלות העופרות למפעלי הזיקוק.

תהליך הזיקוק מתחיל בריכוז עפרות נחושת. סדרה של פטישים הולמים בעפרות והופכות אותן לחלקיקים קטנים יותר, כך שניתן יהיה לסלק את הכמויות הגדולות של אדמה הנמצאת בהן. לאחר מכן, חלקיקי העפרות מעורבבים עם מים ליצירת בלילה מרוכזת (הצפה flotation). החומר מועבר למטחנה סיבובית (Rod Mill) אשר שוברת את העפרות לחתיכות קטנות עוד יותר (גריסה). בסיום תהליך זה, העפרות עוברות למטחנת כדור (Ball Mill) המייצרת מהעפרות חלקיקי חומר בעלי קוטר של כ-0.25 מ"מ.

לאחר השלמת פירוק ראשוני של העפרות, ריאגנטים כימיים (Chemical Reagents) מעורבבים יחד עם הבלילה, וגורמים לאיחוי הנחושת בצורה טובה יותר. בסוף תהליך זה מקבלים תערובת המכילה בערך 25-35% נחושת. משם נשלחת התערובת לטיפול נוסף בחומרים כימיים ובחום. תהליך זה נקרא "התכה", ובו מסירים בצורה פיזית את חומרי הפסולת. התוצאה המותכת היא מתכת נחושת טהורה ב-99%.

בשלב זה הנחושת עדיין מלוכלכת, 99% נחושת והשאר 1% מזהמים כגון חמצן, גופרית וברזל שעדיין צריך להסיר אותם. הנחושת עוברת אז שוב לחימום בתוך תנור זיקוק. לאחר ההתכה מוזרם בכוח אוויר לנחושת המותכת, אשר גורם לחמצון (oxidizes) של הזיהומים ומאפשר הסרתם בצורה קלה יותר. לאחר מכן נלקחת דוגמה לבדיקה על ידי מפעיל תנור ההתכה, אשר קובע אם רמת המזהמים מקובלת, כלומר: אם הנחושת היא בניקיון של כ-99.5% טהורה. הנחושת המותכת נוצקת לתוך אנודות חשמל (Electrical Anodes) גדולות, אשר משמשות בתהליך הזיקוק האלקטרוליטי. לאחר השלמת תהליך זיקוק אלקטרוליטי, מתקבלת נחושת נקייה בכ-99.95% עד 99.99% טהורה.

במהלך תהליך זיקוק הנחושת וכתוצרי לוואי, נוצרות מתכות יקרות כגון זהב וכסף (בכמות קטנה), דבר המאפשר מקור הכנסה נוסף עבור בתי הזיקוק. אמנם המתכות היקרות הן תוצרים חיוביים, אבל בתהליך נוצרים מזהמים שונים הפוגעים באיכות הסביבה. רמת הזיהום הנמוכה היא אחת הסיבות שמיחזור נחושת טוב יותר מאשר הפקת נחושת מחדש מעפרות או ממחצבים טבעיים.

נחושת בישראל

ערכים מורחבים – בקעת תמנע, מכרות נחושת תמנע

כבר בתנ"ך מוזכרת ישראל כארץ שבה יש מחצבי נחושת: אֶרֶץ אֲשֶׁר אֲבָנֶיהָ בַרְזֶל, וּמֵהֲרָרֶיהָ תַּחְצֹב נְחֹשֶׁת.^[3] בישראל התגלו מרבצי נחושת באזור תמנע, לא רחוק מקיבוץ יטבתה שבערבה. האזור נקרא "מכרות תמנע". ב-1951 הוקמה חברת מכרות נחושת תמנע והכרייה המסחרית החלה ב-1959. במכרה הועסקו כ-1,200 עובדים תושבי אילת. הכרייה הופסקה ב-1983 בגלל צניחת מחירי הנחושת בעולם. ב-2007 החלה כרייה נסיונית על ידי חברה מקסיקנית^[4]. מאז חידוש הכרייה במכרה נהרגו במקום 2 פועלים, מיכאל גלי וחיים ברמן.

איזוטופים של נחושת

לנחושת שני איזוטופים יציבים, ⁶³Cu (שכיחות כ-69%) ו-⁶⁵Cu (שכיחות כ-31%), ואיזוטופים בלתי-יציבים רבים אשר זמן מחצית החיים שלהם קצר (עד מספר שניות) ולכן אינם מצויים בטבע.

סמל	Z(p)	N (n)	מסה איזוטופית (u)	זמן מחצית חיים	ספין גרעיני	שכיחות האיזוטופ (כשבר מולרי מהיסוד)	טווח השינוי הטבעי (כשבר מולרי מהיסוד)
סמל	התרגשות אנרגטית			זמן מחצית חיים	ספין גרעיני	שכיחות האיזוטופ (כשבר מולרי מהיסוד)	טווח השינוי הטבעי (כשבר מולרי מהיסוד)
⁵²Cu	29	23	51.99718(28)#		(3+)#
⁵³Cu	29	24	52.98555(28)#	<300 ns	(3/2-)#
⁵⁴Cu	29	25	53.97671(23)#	<75 ns	(3+)#
⁵⁵Cu	29	26	54.96605(32)#	40# ms [>200 ns]	3/2-#
⁵⁶Cu	29	27	55.95856(15)#	93(3) ms	(4+)
⁵⁷Cu	29	28	56.949211(17)	196.3(7) ms	3/2-
⁵⁸Cu	29	29	57.9445385(17)	3.204(7) s	1+
⁵⁹Cu	29	30	58.9394980(8)	81.5(5) s	3/2-
⁶⁰Cu	29	31	59.9373650(18)	23.7(4) min	2+
⁶¹Cu	29	32	60.9334578(11)	3.333(5) h	3/2-
⁶²Cu	29	33	61.932584(4)	9.673(8) min	1+
⁶³Cu	29	34	62.9295975(6)	יציב	3/2-	0.6915(15)	0.68983-0.69338
⁶⁴Cu	29	35	63.9297642(6)	12.700(2) h	1+
⁶⁵Cu	29	36	64.9277895(7)	יציב	3/2-	0.3085(15)	0.30662-0.31017
⁶⁶Cu	29	37	65.9288688(7)	5.120(14) min	1+
⁶⁷Cu	29	38	66.9277303(13)	61.83(12) h	3/2-
⁶⁸Cu	29	39	67.9296109(17)	31.1(15) s	1+
^68mCu	721.6(7) keV			3.75(5) min	(6-)
⁶⁹Cu	29	40	68.9294293(15)	2.85(15) min	3/2-
^69mCu	2741.8(10) keV			360(30) ns	(13/2+)
⁷⁰Cu	29	41	69.9323923(17)	44.5(2) s	(6-)
^70m1Cu	101.1(3) keV			33(2) s	(3-)
^70m2Cu	242.6(5) keV			6.6(2) s	1+
⁷¹Cu	29	42	70.9326768(16)	19.4(14) s	(3/2-)
^71mCu	2756(10) keV			271(13) ns	(19/2-)
⁷²Cu	29	43	71.9358203(15)	6.6(1) s	(1+)
^72mCu	270(3) keV			1.76(3) µs	(4-)
⁷³Cu	29	44	72.936675(4)	4.2(3) s	(3/2-)
⁷⁴Cu	29	45	73.939875(7)	1.594(10) s	(1+,3+)
⁷⁵Cu	29	46	74.94190(105)	1.224(3) s	(3/2-)#
⁷⁶Cu	29	47	75.945275(7)	641(6) ms	(3,5)
^76mCu	0(200)# keV			1.27(30) s	(1,3)
⁷⁷Cu	29	48	76.94785(43)#	469(8) ms	3/2-#
⁷⁸Cu	29	49	77.95196(43)#	342(11) ms
⁷⁹Cu	29	50	78.95456(54)#	188(25) ms	3/2-#
⁸⁰Cu	29	51	79.96087(64)#	100# ms [>300 ns]

קישורים חיצוניים

מיזמי קרן ויקימדיה
ערך מילוני בוויקימילון: נחשת

נחושת ב-Webelements (באנגלית)
מאיר ברק, מה הדומה והשונה בין ברזל ונחושת?, במדור "שאל את המומחה" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 24 פברואר 2010
סרט של ה- BBC על הפקת נחושת בזמביה על ידי תאגיד הענק השווייצרי גלנקור
נחושת, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)

הערות שוליים

^ עמית לגו‏, חברה ישראלית טוענת: "פיתחנו את המסכות העמידות ביותר לנגיף הקורונה", באתר וואלה!‏, 02 באפריל 2020
^ נחמיה נאה, כימיה לבתי הספר התיכון מפעלים כימיים בישראל, המחלקה להוראת המדעים, מכון ויצמן למדע, רחובות, 1987
^ ספר דברים, פרק ח', פסוק ט'.
^ חדשות 2 - הבהלה לנחושת: מסע אל בטן האדמה

הערך באדיבות ויקיפדיה העברית, קרדיט,
רשימת התורמים
רישיון cc-by-sa 3.0

33038890נחושת

[1] עמית לגו‏, חברה ישראלית טוענת: "פיתחנו את המסכות העמידות ביותר לנגיף הקורונה", באתר וואלה!‏, 02 באפריל 2020

[2] נחמיה נאה, כימיה לבתי הספר התיכון מפעלים כימיים בישראל, המחלקה להוראת המדעים, מכון ויצמן למדע, רחובות, 1987

[3] ספר דברים, פרק ח', פסוק ט'.

[4] חדשות 2 - הבהלה לנחושת: מסע אל בטן האדמה

[1]

[2]

[3]

[4]

נחושת

תוכן עניינים

תכונות

שימושים