Koper is 'n chemiese element in die periodieke tabel met die simbool Cu en atoomgetal van 29.
Geskiedenis
In antieke Griekeland het die metaal bekend gestaan as chalkos (χαλκός). In die Romeinse tydperk het dit bekend gestaan as aes Cyprium (aes was die generies Latynse term vir koperlegerings soos brons en ander metale en omdat so baie daarvan in Ciprus ontgin is). Hierdie term is vereenvoudig tot cuprum wat dan die oorsprong is van die woord koper.[2]
Mesopotamië
Koper was bekend aan van die oudste beskawings en het 'n geskiedenis wat ten minste 10 000 jaar oud is. 'n Koperhangertjie is in noordelike Irak gevind wat terugdateer uit 8700 v.C. Teen 5000 v.C. was daar baie tekens van kopersmelterye, waar koper geraffineer is vanuit basiese koperkarbonate soos malagiet of asuriet.
Koper is 'n taamlik sagte metaal, maar kan deur legering met ander elemente bruikbaarder gemaak word. Legerings met tot 3,4% nikkel word reeds rondom 3500 v.C. in Sumerië aangetref.[3] Daar is koper en brons artikels uit ou Sumeriese stede gevind wat terugdateer tot 3000 v.C. en Egiptiese artikels vervaardig uit koper en koper-tinlegerings wat bykans net so oud was.
Egipte
Die Egiptiese woord vir koper was waarskynlik bjꜣ, wat die Egiptoloë as 'bia' uitspreek. In die Oostelike Woestyn is reeds in die IIIB-fase van die Naqada-kultuur koper gemyn. Daar is aanwysings dat ook arseen uit hierdie streek verkry is.[4] Die tempel van Sahoere het reeds in die 25ste eeu v.C. 'n stelsel van 300 m pype van koper om die afval af te voer.[5] Ongelukkig het Egiptoloë lank die verskille tussen legerings met arseen en dié met tin nie herken nie, maar daar is nou navorsing om hulle vondste beter te ontleed.[4] Die Egiptenare het vroeg bevind dat die byvoeging van 'n klein hoeveelheid tin dit makliker gemaak het om die metaal te giet, dus is bronslegering artikels uit Egipte bykans net so oud soos die koperartikels.
China
Die gebruik van koper in antieke China dateer terug tot ten minste 2000 v.C. Teen 1200 v.C. is brons artikels van uitstekende gehalte reeds vervaardig. Die vroegste voorwerpe van brons wat in China gevind is, kom van die Yangshao-kultuur in die Shaanxi-provinsie van ong. 4000 v.C. In die 3de millennium v.C. word voorwerpe in verskeie streke aangetref en die Xia-dinastie (21ste tot 16de eeu v.C.) is duidelik 'n ryk van die Bronstyd wat geduur het tot die Oostelike Zhou (771-221 v.C.) Meteorietyster was sedert lank bekend maar yster begin dalk eers laat in die Westelike Zhou (voor 771) vervaardig te word en ru-yster word eers 200 jaar later algemeen.[6]
Europa
Ötzi, die Ysman, 'n goed gepreserveerde lyk van 'n man wat 3200 v.C. geleef het, het 'n koperbyl by hom gehad waarvan die metaal 99.7% suiwer was. Hoë vlakke arseen wat in sy hare gevind is, dui op die moontlikheid dat hy betrokke was by die smelt van koper.[7]
Die Bronstydperk
Die gebruik van brons was so algemeen tydens 'n sekere tydperk van die menslike beskawing dat dit die Bronstydperk gedoop is. Die oorgangstydperk in sekere gebiede tussen die Laat steentydperk en die Bronstydperk word die Kopertydperk genoem toe hoë suiwerheid kopergereedskap begin verskyn het maar nog saam met steengereedskap in gebruik was.
Geelkoper, 'n legering van sink en koper was aan die antieke Grieke bekend maar is eers deur die Romeine op groot skaal gebruik. Die Romeine het dit aurichalcum genoem en gebruik vir die sestersie, een van hulle munte. Dit is ook vir dekoratiewe doeleindes gebruik soos vir goudkleurige helms. [8]
Koper is met die godin Afrodite/Venus in mitologie en alchemie verbind, vanweë sy pragtige glans, die antieke gebruik daarvan in spieëls en die verbintenis daarvan met Ciprus, wat 'n heiligdom was van die godin. In alchemie was die simbool van koper dan ook die simbool vir die planeet Venus.[9]
Biologiese rol
Koper is noodsaaklik in alle gevorderde plant- en dierlewe. Koper word hoofsaaklik in die bloedstroom op 'n plasmaproteïen genaamd ceruloplasmin vervoer. [10] Wanneer koper in die ingewande geabsorbeer word, word dit aan albumien verbind en na die lewer vervoer. Koper word in 'n verskeidenheid ensieme gevind, insluitend die koperkerne van sitochroomoksidase[11], die Cu-Zn bevattende ensiem superoksieddismutase[12]. Dit vorm ook die hoofmetaal in die suurstofdraende pigment hemosianien[13], bekend uit die blou bloed van die Atlantiese hoefysterkrap Limulus polyphemus wat koper in plaas van yster vir die vervoer van suurstof gebruik.
Daar word geglo dat sink en koper meeding vir absorpsie in die spysverteringskanaal, wat sou meebring dat 'n dieet wat oormatige hoeveelhede van een van hierdie twee minerale sou bevat 'n tekort in die ander kan veroorsaak. Die Aanbevole Dieetkundige Toelaag (RDA) vir koper in normale gesonde volwassenes is 0,9 mg/dag.[14] Die siekte lamkruis hang saam met 'n kopertekort.
Toksisiteit
Alle koperverbindings, behalwe waar dit andersins bekend is, moet hanteer word as sou dit toksies wees. 30 g Kopersulfaat kan potensieel noodlottig wees in mense. Die aanbevole veilige vlakke van koper in drinkwater vir mense wissel afhangende van die bron daarvan, maar is gewoonlik tussen 1.5 tot 2 mg/l. Die Dieetkundige verwysingsinname (DRI), die toelaatbare vlak van inname vir volwassenes van dieetkundige koper vanuit enige bron, is 10 mg/dag.[14]
'n Oorerflike siektetoestand wat Wilson se siekte genoem word veroorsaak dat koper in die liggaam ophoop[15] omdat dit nie deur die lewer na die gal uitgeskei word nie. Hierdie siektetoestand kan, indien dit onbehandeld gelaat word, lei tot brein- en lewerskade. Studies het verder ook getoon dat mense wat aan geestesafwykings soos skisofrenie lei, geneig is om hoër kopervlakke in hulle liggame te hê, maar dit kort in die brein.[16]
Algemene gevare
Die metaal in poeiervorm is 'n brandgevaar. Klere wat in water met koperkonsentrasies hoër as 1mg/L gewas word, kan klere bruin vlek.
Fisiese eienskappe
Koper is 'n rooierige metaal met 'n hoë elektriese- en termiese geleidingsvermoë (onder die suiwer metale teen kamertemperatuur het slegs silwer 'n hoër elektriese geleidingsvermoë). Metale reflekteer fotone met lae frekwensies en absorbeer frekwensies hoër as die metaal se plasmaresonansie. Koper is rooi omdat sy plasmaresonansie naby 2.0 eV lê (net bokant die rooi kleur, 620 nm). Geelkoper en goud is geel omdat hulle 'n plasmaresonansie by hoër energieë/frekwensies het. Laastens reflekteer silwer oor die hele sigbare gebied omdat sy plasmafrekwensie in die nabye UV (4.0 eV) geleë is. Dit maak dit 'n wit metaal. [17]
Struktuur
Koper is kristallyn en het 'n struktuur met kubiese digpakking. Dit is die argetipe van die A1-struktuur in die strukturbericht-klassifikasie van kristalstrukture wat ook by talle ander metale aangetref word.
- Sien ook Kategorie:A1-strukture
Isotope
Daar bestaan twee stabiele isotope van koper, 63Cu en 65Cu asook 'n aantal radio-isotope. Die meerderheid van die radio-isotope het halfleeftye van etlike minute of minder. Die isotoop met die langste leeftyd het 'n halfleeftyd van 12.7 ure, met twee vervalmodusse, wat tot twee verskillende produkte lei.
Chemiese eienskappe
Koper word nie deur sure aangetas nie behalwe as hierdie sure ook oksideermiddels is.[18] Dit los in salpetersuur op omdat die nitraatioon, wat N(5+) bevat koper kan oksideer en self in N(2+) oorgaan[19]:
Koper kan ook met yster(III)chloried opgelos word. Dit kan gebruik word om die metaal te ets.[20]:
Legerings
Daar bestaan baie legerings van koper.
- Brons is 'n koper/tin legering. Dit het 'n groot rol in die geskiedenis gespeel. Sien: Bronstydperk
- Geelkoper is 'n koper/sink legering.
- Monel is 'n koper/nikkel legering.[21] Koper en nikkel vorm 'n volledige reeks mengkristalle [22]
In Noord-Amerika word 'n nommerstelsel bygehou vir al die legerings en hulle spesieke eienskappe. Dit word die UNS (Unified Numbering System) genoem. In hulle benamingstelsel dui getalle van C10000 tot C79999 smeedlegerings aan. Gegote legerings is genommer van C80000 tot C99999.[23]
Verbindings
Algemene oksidasietoestande van koper sluit die koper(I) toestand in, Cu1+; en die koper(II) toestand, Cu2+ in, wat mooi blou- of blougroensoute vorm. Onder ongewone toestande kan die +3 toestand ook verkry word. Met sterker oksidasiemiddels soos suurstof is die 2+ die meer stabiele ene, maar met swakkeres soos in die geval van swael kom net die 1+ toestand voor.
In vaste verbindinge van Cu1+ kan die ioon 'n groter mobiliteit verkry. Dit kan tot sogenaamde superioniese geleiding lei.[24]
Die groen kleur van basiese koperkarbonaat is meestal die oorsaak van die voorkoms van die koperbedekte dakke of -koepels van sommige geboue, maar daar kan ook chloriede gevorm word.[25] Koper(II)sulfaat (Blou vitrioel) vorm 'n blou kristallyne pentahidraat en is waarskynlik die bekendste koperverbinding in laboratoriums. Dit word as swamweerder gebruik.
Daar bestaan twee stabiele oksiede van koper, Koper(II)oksied (CuO) en Koper(I)oksied (Cu2O). Koperoksiede word gebruik yttriumbariumkoperoksied (YBa2Cu3O7-δ) oftewel YBKO wat die basis vorm van baie onkonvensionele supergeleiers.
Ander verbindings sluit in: Koper(I)chloried en koper(II)chloried.
Sien ook
Verspreiding en mynbou
Koper word in die suiwer vorm asook in minerale vorm in die natuur aangetref. Minerale soos die karbonate asuriet (Cu3(CO3)2(OH)2) en malagiet (Cu2CO3(OH)2) is bronne van koper asook die sulfiede soos chalkopiriet (CuFeS2), borniet (Cu5FeS4), kovelliet (CuS) en oksiede soos kupriet (Cu2O).
Daar is verskeie kopermyne in Suid-Afrika. Die Palabora-myn in Limpopo was die grootste koperproduserende myn in Suid-Afrika. Dit in 2021 ongeveer 21 997 ton koper uit 'n geraamde 8,6 miljoen metrieke ton erts per jaar geproduseer het. Hierdie myn is die eiendom van HBIS Group Co Ltd, en gaan nog tot 2039 bedryf word. Die tweede grootste koperproduserende myn met 'n geskatte koperproduksie van 11 601 ton en 'n geraamde 11,95 miljoen ton erts, was die Mogalakwena-myn wat ook in Limpopo geleë is. Die Mogalakwena-myn is die besit van Anglo American Plc en sal nog tot 2040 bedryf word.[26]
Die Internasionale Raad van Koperuitvoerende Lande (CIPEC) wat sedert 1992 ophou bestaan het, het eens probeer om 'n soortgelyke rol as wat OPUL in ru-olie speel, te vervul[27] maar kon egter nie dieselfde mate van invloed uitoefen nie, veral vanweë die feit dat die tweede grootste produsent, die Verenigde State, nooit 'n lid was nie. Die organisasie is in 1967 gestig en die hooflede daarvan was Chili, Peru, Zaïre en Zambië.
Die meeste kopererts word ontgin vanuit groot oopgroefmyne. Voorbeelde sluit in: Chuquicamata in Chili en die El Chinomyn in Nieu-Meksiko. Die ertse bevat soms minder as 1% koper en daar is twee tipes wat verskillende verwerking vereis:[28] Oksiede word met 'n hidrometallurgiese metode verwerk. Sulfiede met 'n pirometallurgiese metode
Hidrometallurgie
Oksidiese ertse is gewoonlik armer aan koper, maar hulle verwerking vereis geen hoë temperature nie. Die erts word fyngemaak en blootgestel aan uitloging met verdunde swaelsuur wat die koper as koper(II)sulfaat in oplossing doen gaan. Die koper word met 'n ander oplosmiddel geëkstraheer, waarby onsuiwerhede in die water opgelos bly. Die koper word daarna aan elektrolise onderwerp en suiwer koper as koperkatodes verkry.[28]
Pirometallurgie
Sulfidiese ertse word fyngemaak en met 'n oppervlakaktiewe middel behandel wat hom aan die kopersulfieddeeltjies heg. Dit laat hulle dryf op die skuim wat deur lug in te blaas veroorsaak word. Die skuim word afgeskei en behandel met 'n verdikkingsmiddel wat die koperhoudende materiaal doen neerslaan. Die produk bevat 30% koper saam met ander metaalverbindings. Dit word na 'n smelter gestuur en verhit tot 1260 C. Uit hierdie smelt slaan 'n slak neer wat veral yster en silikaat bevat. Die bo-laag, die mat word verhit met suurstof (uit die lug) dit verbrand die swael en die res van die yster. Die produk, die blisterkoper bevat 98% koper en word verder elektrolities verfyn. In die elektrolisestap ontstaan 'modder' as afvalmateriaal, wat nog waardevolle metale soos silwer of goud bevat.[28] 'n Ander byproduk is seleen.
Herwinning
Koper is 'n waardevolle stof. Die mynbou is duur, besoedel die omgewing en elektrolise kos baie energie. Daarom word vandag ~50% van die koperproduksie uit herwinning verkry.[28]
Toepassings
Die belangrikste toepassings van koper is elektriese draad (60%), dakbedekking en loodgieterswerk (20%), en industriële masjinerie (15%). Koper word meestal as 'n suiwer metaal gebruik, maar wanneer groter hardheid vereis word, word dit in legerings soos geelkoper en brons (5% van totale gebruik) gesit.[29] Vir meer as twee eeue word koperverf op bootrompe gebruik om die groei van plante en skulpvisse te beheer.[30] ’n Klein deel van die kopervoorraad word vir voedingsaanvullings en swamdoders in die landbou gebruik.[31][32] Masjinering van koper is moontlik, hoewel legerings verkies word vir goeie bewerkbaarheid om ingewikkelde dele te skep.
Koper is 'n pletbare en buigsame metaal en word algemeen gebruik in 'n verskeidenheid produkte soos:
Metaal
- Koperdraad[33]
- Koperpyp vir Loodgieterwerk
- Deurknoppe en ander huishoudelike toerusting.
- Standbeelde: Die Statue of Liberty bevat byvoorbeeld 27,2 koper.[34]
- Elektromagnete [35]
- Elektriese motors.
- Die koms van elektriese motorvoertuie en maatskappye soos Tesla, Inc. beteken 'n toename van die gebruik van koper.[36]
- Elektriese oordraers, -geleistange en skakelaars.
- Vakuumbuise, katodestraalbuise en die magnetron in mikrogolfoonde.
- Golfleiers vir die beheer van mikrogolfstraling.
- Koper word ook toenemend in geïntegreerde stroombane gebruik waar dit as plaasvervanger vir aluminium ingespan word omdat die geleidingsvermoë daarvan hoër is.[37]
- In kookware soos braaipanne asook ander eetgery.
- Koper word gebruik as 'n biostatiese oppervlak in hospitale en om dele van skepe uit te voer om die skip teen seepokke, mossels en ander skulpdiere te beskerm. Bakterieë sal nie op 'n koperoppervlak groei nie omdat dit biostaties is.[38]
Gas
- Die monatomiese gas word as 'n lasermedium gebruik. Dit produseer groen (510 nm) en geel (578 nm) laserlig. Daar is min lasers wat in hierdie gebied van die spektrum laserlig voortbring. Die nadeel is dat koper tot bo ~1400 C verhit moet word om die gas te vorm. Koperdamplasers word vir mikrobewerking gebruik en is hoogs akkuraat.[39]
Legerings
- Legerings van koper met nikkel, bv. kupronikkel en Monel word gebruik as korrosiebestande materiale in die skeepsboubedryf.
- As 'n komponent van muntstukke, dikwels 'n kupronikkel legering.
- Sterlingsilwer wat in eetgery gebruik word, bevat 'n paar persent koper.
- Musiekinstrumente, veral koperblaasinstrumente.
Verbindings
- Koperverbindings word gebruik as komponent in glasuursel en ook om glas te kleur.
- Baie koperverbindings soos Fehling se oplossing vind toepassings in chemie.
- Koper(II)sulfaat word gebruik as 'n gif en watersuiweraar. Dit word ook in verskeie tuinboumiddels gebruik om skimmel (witroes) te bestry.
- Halfgeleiers soos koperindiumselenied (CIS) en sy afgeleide vorms soos koperindiumgalliumselenied (CIGS) word as sonselle aangewend.[40]
- Kopersilisied Cu3Si word gebruik by die suiwering van silikon vir die halfgeleierindustrie.[41]
- Koper(II)asetaat is as verdigris sedert eeue 'n belangrike kleurstof[42]
- Koperhidried word gebruik as reagens vir hidrogenering van C-C en C-O-bindings.[43]
Bronnelys
- Los Alamos National Laboratory – Artikel oor koper
- Massaro, Edward J., red. (2002). Handbook of Copper Pharmacology and Toxicology. Humana Press. ISBN 978-0-89603-943-8.
- "Copper: Technology & Competitiveness (Summary) Chapter 6: Copper Production Technology" (PDF). Office of Technology Assessment. 2005.
- Current Medicinal Chemistry, Volume 12, Number 10, May 2005, pp. 1161–1208(48) Metals, Toxicity and Oxidative Stress
- William D. Callister (2003). Materials Science and Engineering: an Introduction (6th uitg.). Wiley, New York. Table 6.1, p. 137. ISBN 978-0-471-73696-7.
- Material: Copper (Cu), bulk, MEMS and Nanotechnology Clearinghouse.
- Kim BE; Nevitt T; Thiele DJ (2008). "Mechanisms for copper acquisition, distribution and regulation". Nat. Chem. Biol. 4 (3): 176–85. doi:10.1038/nchembio.72. PMID 18277979.
Verwysings
Eksterne skakels
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
