Tembaga

Tembaga adalah sebuah unsur kimia dengan lambang Cu (dari bahasa Latin: cuprum) dan nomor atom 29. Ia adalah logam yang lunak, mudah ditempa, dan ulet dengan konduktivitas termal dan listrik yang sangat tinggi. Permukaan tembaga murni yang baru diekspos memiliki warna oranye merah muda. Tembaga digunakan sebagai konduktor panas dan listrik, sebagai building material, bahan bangunan, dan sebagai konstituen dari berbagai paduan logam, seperti perak sterling yang digunakan dalam perhiasan, kupronikel yang digunakan untuk membuat perangkat keras laut dan koin, serta konstantan yang digunakan dalam pengukur regangan dan termokopel untuk pengukuran suhu.

29Cu Tembaga
Tembaga asli (berukuran ~4 cm)
Garis spektrum tembaga
Sifat umum
Pengucapan	/têmbaga/[1]
Penampilan	metalik merah-jingga
Tembaga dalam tabel periodik
29Cu Hidrogen Helium Lithium Berilium Boron Karbon Nitrogen Oksigen Fluor Neon Natrium Magnesium Aluminium Silikon Fosfor Sulfur Clor Argon Potasium Kalsium Skandium Titanium Vanadium Chromium Mangan Besi Cobalt Nikel Tembaga Seng Gallium Germanium Arsen Selen Bromin Kripton Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdenum Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silver Cadmium Indium Tin Antimony Tellurium Iodine Xenon Caesium Barium Lanthanum Cerium Praseodymium Neodymium Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantalum Tungsten Rhenium Osmium Iridium Platinum Gold Mercury (element) Thallium Lead Bismuth Polonium Astatine Radon Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson – ↑ Cu ↓ Ag nikel ← tembaga → seng Lihat bagan navigasi yang diperbesar
Nomor atom (Z)	29
Golongan	golongan 11
Periode	periode 4
Blok	blok-d
Kategori unsur	logam transisi
Berat atom standar (Ar)	63,546±0,003 63,546±0,003 (diringkas)
Konfigurasi elektron	[Ar] 3d10 4s1
Elektron per kelopak	2, 8, 18, 1
Sifat fisik
Fase pada STS (0 °C dan 101,325 kPa)	padat
Titik lebur	1357,77 K ​(1084,62 °C, ​1984,32 °F)
Titik didih	2835 K ​(2562 °C, ​4643 °F)
Kepadatan mendekati s.k.	8,96 g/cm3
saat cair, pada t.l.	8,02 g/cm3
Kalor peleburan	13,26 kJ/mol
Kalor penguapan	300,4 kJ/mol
Kapasitas kalor molar	24,440 J/(mol·K)
Tekanan uap P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k pada T (K) 1509 1661 1850 2089 2404 2834
Sifat atom
Bilangan oksidasi	−2, 0,[2] +1, +2, +3, +4 (oksida agak basa)
Elektronegativitas	Skala Pauling: 1,90
Energi ionisasi	ke-1: 745,5 kJ/mol ke-2: 1957,9 kJ/mol ke-3: 3555 kJ/mol (artikel)
Jari-jari atom	empiris: 128 pm
Jari-jari kovalen	132±4 pm
Jari-jari van der Waals	140 pm
Lain-lain
Kelimpahan alami	primordial
Struktur kristal	​kubus berpusat muka (fcc)
Kecepatan suara batang ringan	(teranil) 3810 m/s (pada s.k.)
Ekspansi kalor	16,5 µm/(m·K) (suhu 25 °C)
Konduktivitas termal	401 W/(m·K)
Resistivitas listrik	16,78 nΩ·m (suhu 20 °C)
Arah magnet	diamagnetik[3]
Suseptibilitas magnetik molar	−5,46×10−6 cm3/mol[4]
Modulus Young	110–128 GPa
Modulus Shear	48 GPa
Modulus curah	140 GPa
Rasio Poisson	0,34
Skala Mohs	3,0
Skala Vickers	343–369 MPa
Skala Brinell	235–878 MPa
Nomor CAS	7440-50-8
Sejarah
Penamaan	dari Siprus, tempat penambangan utama di era Romawi (Cyprium)
Penemuan	Timur Tengah (9000 SM)
Simbol	"Cu": dari Latin cuprum
Isotop tembaga yang utama
Iso­top Kelim­pahan Waktu paruh (t1/2) Mode peluruhan Pro­duk 63Cu 69,15% stabil 64Cu sintetis 12,70 jam ε 64Ni β− 64Zn 65Cu 30,85% stabil 67Cu sintetis 61,83 jam β− 67Zn
lihat bicara sunting | referensi | di Wikidata

Tembaga adalah salah satu dari sedikit logam yang dapat terjadi di alam dalam bentuk logam yang dapat digunakan secara langsung (logam asli). Hal ini menyebabkan penggunaan tembaga oleh manusia sangat awal di beberapa daerah, dari ca 8000 SM. Ribuan tahun kemudian, ia adalah logam pertama yang dilebur dari bijih sulfida, ca 5000 SM; logam pertama yang dicetak menjadi sebuah bentuk dalam cetakan, ca 4000 SM; dan logam pertama yang sengaja dipadukan dengan logam lain, timah, untuk membuat perunggu, ca 500 SM.^[5]

Pada zaman Romawi, tembaga ditambang terutama di Siprus, yang menjadi asal nama logam ini, dari aes cyprium (logam Siprus), kemudian berubah menjadi cuprum (bahasa Latin). Coper (bahasa Inggris Kuno) dan copper (bahasa Inggris) berasal dari kata tersebut, dan ejaan selanjutnya pertama kali digunakan sekitar tahun 1530.^[6]

Senyawa yang biasa ditemui adalah garam tembaga(II), yang sering memberi warna biru atau hijau pada mineral seperti azurit, malasit, dan pirus, dan telah digunakan secara luas dan historis sebagai pigmen.

Tembaga yang digunakan dalam bangunan, biasanya untuk atap, teroksidasi membentuk patina hijau dari senyawa yang disebut verdigris. Tembaga kadang-kadang digunakan dalam seni dekoratif, baik dalam bentuk logam elemental maupun dalam senyawa sebagai pigmen. Senyawa tembaga digunakan sebagai agen bakteriostatik, fungisida, dan pengawet kayu.

Tembaga sangat penting untuk semua organisme hidup sebagai mineral diet karena ia merupakan konstituen kunci dari sitokrom c oksidase. Pada moluska dan krustasea, tembaga merupakan konstituen dari pigmen hemosianin darah, digantikan oleh hemoglobin kompleks besi pada ikan dan vertebrata lainnya. Pada manusia, tembaga ditemukan terutama di hati, otot, dan tulang.^[7] Tubuh orang dewasa mengandung antara 1,4 dan 2,1 mg tembaga per kilogram berat badan.^[8]

Karakteristik

Sifat fisik

Cakram tembaga (murni 99,95%) dibuat melalui pengecoran kontinu; dietsa untuk mengungkapkan kristalit

Tembaga tepat di atas titik leburnya mempertahankan warna kilau merah mudanya ketika cukup cahaya mengalahkan warna pijaran jingga

Tembaga, perak, dan emas berada di golongan 11 pada tabel periodik; ketiga logam ini memiliki satu elektron orbital-s di atas sebuah kulit elektron-d yang terisi dan dicirikan oleh keuletan, serta konduktivitas listrik dan termal yang tinggi. Kulit-d yang terisi pada ketiga unsur ini berkontribusi sedikit pada interaksi antaratom, yang didominasi oleh elektron-s melalui ikatan logam. Tidak seperti logam dengan kulit-d yang tidak lengkap, ikatan logam pada tembaga tidak memiliki karakter kovalen dan relatif lemah. Pengamatan ini menjelaskan kekerasan yang rendah dan keuletan yang tinggi dari monokristalin tembaga.^[9] Pada skala makroskopis, kemunculan cacat yang diperluas ke kisi kristal, menghambat aliran material di bawah tekanan yang diterapkan, sehingga meningkatkan kekerasannya. Untuk alasan ini, tembaga biasanya dipasok dalam bentuk polikristalin berbutir halus, yang memiliki kekuatan lebih besar daripada bentuk monokristalin.^[10]

Kelunakan tembaga sebagian menjelaskan konduktivitas listriknya yang tinggi dan (59,6×10⁶ S/m) dan konduktivitas termalnya yang tinggi, tertinggi kedua (kedua setelah perak) di antara logam murni pada suhu kamar.^[11] Hal ini dikarenakan resistivitas transpor elektron dalam logam pada suhu kamar terutama berasal dari hamburan elektron pada getaran termal kisi, yang relatif lemah pada logam lunak.^[9] Kerapatan arus tembaga maksimum yang diperbolehkan di udara terbuka kira-kira sebesar 3,1×10⁶ A/m2 luas penampang, dan di atasnya ia mulai memanas secara berlebihan.^[12]

Tembaga adalah salah satu dari sedikit unsur logam dengan warna alami selain abu-abu atau perak.^[13] Tembaga murni berwarna oranye-merah dan memperoleh noda kemerahan saat terkena udara. Hal ini disebabkan oleh frekuensi plasma tembaga yang rendah, yang terletak di bagian merah dari spektrum tampak, menyebabkannya menyerap warna hijau dan biru dengan frekuensi lebih tinggi.^[14]

Seperti logam lainnya, jika tembaga bersentuhan dengan logam lain, korosi galvanik akan terjadi.^[15]

Sifat kimia

Kawat tembaga tidak teroksidasi (kiri) dan kawat tembaga teroksidasi (kanan)

Menara Timur dari Royal Observatory, Edinburgh, menunjukkan perbedaan kontras antara tembaga yang baru dipasang kembali pada tahun 2010 dan warna hijau dari tembaga asli tahun 1894.

Tembaga tidak bereaksi dengan air, tetapi bereaksi perlahan dengan oksigen dari udara untuk membentuk lapisan tembaga oksida cokelat-hitam yang, tidak seperti karat yang terbentuk pada besi di udara lembap, akan melindungi logam di bawahnya dari korosi lebih lanjut (pasivasi). Lapisan hijau verdigris (tembaga karbonat) sering terlihat pada struktur tembaga tua, seperti atap dari banyak bangunan tua^[16] dan Patung Liberty.^[17] Tembaga akan ternoda bila terkena beberapa senyawa belerang, di mana ia akan bereaksi membentuk berbagai tembaga sulfida.^[18]

Isotop

Artikel utama: Isotop tembaga

Terdapat 29 isotop tembaga. ⁶³Cu dan ⁶⁵Cu bersifat stabil, dengan ⁶³Cu membentuk sekitar 69% tembaga alami; keduanya memiliki spin 3⁄2.^[19] Isotop lainnya bersifat radioaktif, dengan yang paling stabil adalah ⁶⁷Cu dengan waktu paruh 61,83 jam.^[19] Tujuh isotop metastabil telah dikarakterisasi; ^68mCu adalah yang berumur paling panjang dengan waktu paruh 3,8 menit. Isotop dengan nomor massa di atas 64 mengalami β⁻, sedangkan isotop dengan nomor massa di bawah 64 mengalami β⁺. ⁶⁴Cu, yang memiliki waktu paruh 12,7 jam, meluruh melalui dua cara tersebut.^[20]

⁶²Cu dan ⁶⁴Cu memiliki aplikasi yang signifikan. ⁶²Cu digunakan dalam ⁶²CuCu-PTSM sebagai pelacak radioaktif untuk tomografi emisi positron.^[21]

Keterjadian

Lihat pula: Daftar bijih tembaga

Tembaga asli dari Semenanjung Keweenaw, Michigan, dengan panjang sekitar 25 inci (64 cm)

Tembaga diproduksi di dalam bintang masif^[22] dan terdapat di kerak Bumi dengan proporsi sekitar 50 bagian per juta (ppm).^[23] Di alam, tembaga terjadi dalam berbagai mineral, meliputi tembaga asli, tembaga sulfida seperti kalkopirit, bornit, digenit, kovelit, dan kalkosit, tembaga sulfosalt seperti tetrahedit-tenantit dan enargit, tembaga karbonat seperti azurit dan malasit, serta sebagai tembaga(I) atau tembaga(II) oksida seperti kuprit dan tenorit, masing-masing.^[11] Massa tembaga elemental terbesar yang ditemukan memiliki berat 420 ton dan ditemukan pada tahun 1857 di Semenanjung Keweenaw di Michigan, Amerika Serikat.^[23] Tembaga asli adalah sebuah polikristal, dengan kristal tunggal terbesar yang pernah dijelaskan berukuran 4,4 × 3,2 × 3,2 cm.^[24] Tembaga adalah unsur paling melimpah ke-25 di kerak Bumi, membentuk sekitar 50 ppm, dibandingkan dengan 75 ppm untuk seng dan 14 ppm untuk timbal.^[25]

Konsentrasi latar belakang khas tembaga tidak melebihi 1 ng/m³ di atmosfer; 150 mg/kg di dalam tanah; 30 mg/kg pada tumbuh-tumbuhan; 2 μg/L dalam air tawar dan 0,5 μg/L dalam air laut.^[26]

Produksi

Chuquicamata, di Chili, adalah salah satu tambang tembaga terbuka terbesar di dunia

Tren produksi dunia

Produksi tembaga tahun 2012

Harga tembaga, 2003–2011 dalam dolar AS per ton

Lihat pula: Daftar negara berdasarkan produksi tembaga

Sebagian besar tembaga ditambang atau diekstraksi sebagai tembaga sulfida dari tambang terbuka besar dalam deposit tembaga porfiri yang mengandung 0,4 hingga 1,0% tembaga. Contoh tambang yang ada antara lain Chuquicamata, di Chili, Tambang Kanyon Bingham, di Utah, Amerika Serikat, dan Tambang El Chino, di New Mexico, Amerika Serikat. Menurut Survei Geologi Britania Raya, pada tahun 2005, Chili adalah produsen tembaga terbesar dan menguasai sepertiga pasar dunia, diikuti oleh Amerika Serikat, Indonesia, dan Peru.^[11] Tembaga juga dapat diperoleh kembali melalui proses pelindian in-situ. Beberapa lokasi di negara bagian Arizona dianggap sebagai kandidat utama untuk metode ini.^[27] Jumlah tembaga yang digunakan terus meningkat dan kuantitas yang tersedia hampir tidak cukup untuk memungkinkan semua negara mencapai tingkat penggunaan dunia maju.^[28] Sumber tembaga alternatif untuk pengumpulan yang saat ini sedang diteliti adalah nodul polimetalik, yang terletak di Samudra Pasifik pada kedalaman sekitar 3000–6500 meter di bawah permukaan laut. Nodul ini mengandung logam berharga lainnya seperti kobalt dan nikel.^[29]

Cadangan dan harga

Lihat pula: Tembaga puncak § Cadangan

Harga tembaga 1959–2022

Tembaga telah digunakan setidaknya selama 10.000 tahun, tetapi lebih dari 95% dari semua tembaga yang pernah ditambang dan dilebur telah diekstraksi sejak tahun 1900.^[30] Seperti banyak sumber daya alam lainnya, jumlah total tembaga di Bumi sangat besar, dengan sekitar 10¹⁴ ton dalam kilometer teratas kerak Bumi, yang bernilai sekitar 5 juta tahun pada tingkat ekstraksi saat ini. Namun, hanya sebagian kecil dari cadangan ini yang layak secara ekonomi dengan harga dan teknologi saat ini. Estimasi cadangan tembaga yang tersedia untuk pertambangan bervariasi dari 25 hingga 60 tahun, tergantung pada asumsi inti seperti tingkat pertumbuhan.^[31] Daur ulang adalah sumber utama tembaga di dunia modern.^[30] Karena faktor-faktor ini dan faktor lainnya, masa depan produksi dan pasokan tembaga menjadi bahan perdebatan, termasuk konsep tembaga puncak, analog dengan minyak puncak.^{[butuh rujukan]}

Harga tembaga secara historis tidak stabil,^[32] dan harganya meningkat dari level terendah dalam 60 tahun terakhir sebesar AS$0,60/lb (AS$1,32/kg) pada Juni 1999 menjadi $3,75/lb ($8,27/kg) pada Mei 2006. Harga tersebut turun menjadi $2,40/lb ($5,29/kg) pada Februari 2007, kemudian naik kembali menjadi $3,50/lb ($7,71/kg) pada April 2007.^{[33][butuh sumber yang lebih baik]} Pada Februari 2009, melemahnya permintaan global dan penurunan tajam harga komoditas sejak harga tertinggi tahun sebelumnya membuat harga tembaga berada di angka $1,51/lb ($3,32/kg).^[34] Antara September 2010 dan Februari 2011, harga tembaga naik dari £5.000 per metrik ton menjadi £6.250 per metrik ton.^[35]

Metode

Artikel utama: Ekstraksi tembaga

Skema proses peleburan kilat

Konsentrasi tembaga pada bijih-bijih yang ada rata-rata hanya 0,6%, dan sebagian besar bijih komersial yang ada adalah sulfida, terutama kalkopirit (CuFeS₂), bornit (Cu₅FeS₄) dan, pada tingkat yang lebih rendah, kovelit (CuS) dan kalkosit (Cu₂S).^[36] Sebaliknya, konsentrasi rata-rata tembaga dalam nodul polimetalik diperkirakan 1,3%. Metode ekstraksi tembaga serta logam lain yang ditemukan dalam nodul ini meliputi pelindian belerang, peleburan, dan penerapan proses Cuprion.^[37][38] Untuk mineral yang ditemukan dalam bijih tanah, mereka dipekatkan dari bijih yang dihancurkan hingga kadar tembaga 10–15% melalui flotasi buih atau pelindian biologis.^[39] Pemanasan bahan ini dengan silika dalam peleburan kilat menghilangkan sebagian besar besi sebagai terak. Proses ini memanfaatkan kemudahan yang lebih besar untuk mengubah besi sulfida menjadi oksida, yang pada gilirannya bereaksi dengan silika untuk membentuk terak silikat yang mengapung di atas massa yang dipanaskan. Matte tembaga tembaga yang dihasilkan, terdiri dari Cu₂S, dipanggang untuk mengubah tembaga sulfida menjadi oksida:^[40]

2 Cu₂S + 3 O₂ → 2 Cu₂O + 2 SO₂

Kuproksida bereaksi dengan kuprosulfida untuk diubah menjadi tembaga melepuh saat dipanaskan:

2 Cu₂O + Cu₂S → 6 Cu + 2 SO₂

Proses matte Sudbury hanya mengubah setengah sulfida tersebut menjadi oksida dan kemudian menggunakan oksida ini untuk menghilangkan sisa belerang sebagai oksida. Ia kemudian disempurnakan secara elektrolitik dan lumpur anoda dieksploitasi untuk platina dan emas yang dikandungnya. Langkah ini memanfaatkan reduksi tembaga oksida menjadi logam tembaga yang relatif mudah. Gas alam kemudian dialirkan ke seluruh lepuh untuk menghilangkan sebagian besar oksigen yang tersisa dan pengekstrakan elektrolisis dilakukan pada bahan yang dihasilkan untuk menghasilkan tembaga murni:^[41]

Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu

Diagram alir pemurnian tembaga (Pabrik pengecoran anoda Uralelektromed)

1. Tembaga melepuh
2. Peleburan
3. Tanur pantulan
4. Penghapusan terak
5. Pengecoran tembaga terhadap anoda
6. Roda pengecoran
7. Mesin pelepas anoda
8. Lepas landas anoda
9. Kereta rel
10. Transportasi ke rumah tangki

Daur ulang

Seperti aluminium, tembaga dapat didaur ulang tanpa mengurangi kualitasnya, baik dari keadaan mentah maupun dari produk manufaktur.^[42] Dilihat dari volumenya, tembaga adalah logam yang paling banyak didaur ulang ketiga setelah besi dan aluminium.^[43] Diperkirakan 80% dari semua tembaga yang pernah ditambang masih digunakan hingga saat ini.^[44] Menurut laporan Persediaan Logam dalam Masyarakat dari International Resource Panel, pemakaian tembaga per kapita global adalah sekitar 35–55 kg. Sebagian besar pemakaiannya terjadi di negara-negara yang lebih maju (140–300 kg per kapita) daripada negara-negara kurang berkembang (30–40 kg per capita).

Proses daur ulang tembaga kira-kira sama dengan yang digunakan untuk mengekstraksi tembaga tetapi membutuhkan langkah yang lebih sedikit. Tembaga bekas dengan kemurnian tinggi dilebur dalam sebuah tanur dan kemudian direduksi dan dicetak menjadi bilet dan ingot; tembaga bekas dengan kemurnian lebih rendah dimurnikan melalui penyepuhan dalam bak asam sulfat.^[45]

Paduan

Paduan tembaga banyak digunakan dalam produksi koin logam; terdapat dua contoh pada gambar ini - ketip Amerika pasca-1964, yang terdiri dari paduan kupronikel^[46] dan ketip Kanada pra-1968, yang terdiri dari paduan 80 persen perak dan 20 persen tembaga.^[47]

Lihat pula: Daftar paduan tembaga

Terdapat banyak paduan tembaga yang telah diformulasikan, banyak di antaranya memiliki kegunaan penting. Kuningan adalah paduan tembaga dan seng. Perunggu biasanya mengacu pada paduan tembaga-timah, tetapi dapat merujuk pada paduan tembaga apa pun seperti perunggu aluminium. Tembaga adalah salah satu konstituen terpenting dari solder perak dan emas karat yang digunakan dalam industri perhiasan, mengubah warna, kekerasan, dan titik lebur paduan yang dihasilkan.^[48] Beberapa solder bebas timbal terdiri dari paduan timah dengan sebagian kecil tembaga dan logam lainnya.^[49]

Paduan tembaga dan nikel, disebut kupronikel, digunakan dalam koin berdenominasi rendah, seringkali untuk kelongsong luar. Koin lima sen A.S. (saat ini disebut nikel) terdiri dari 75% tembaga dan 25% nikel dalam komposisi homogen. Sebelum pengenalan kupronikel, yang diadopsi secara luas oleh banyak negara pada paruh kedua abad ke-20,^[50] paduan tembaga dan perak juga digunakan, dengan Amerika Serikat menggunakan paduan 90% perak dan 10% tembaga hingga tahun 1965, ketika perak yang beredar telah dihapus dari semua koin dengan pengecualian Setengah dolar - mereka diturunkan menjadi paduan 40% perak dan 60% tembaga antara tahun 1965 dan 1970.^[51] Paduan 90% tembaga dan 10% nikel tidaklah biasa karena ketahanannya terhadap korosi, digunakan untuk berbagai benda yang terpapar air laut, meskipun rentan terhadap sulfida yang terkadang ditemukan di pelabuhan dan muara yang tercemar.^[52] Paduan tembaga dengan aluminium (sekitar 7%) memiliki warna keemasan dan digunakan dalam dekorasi.^[23] Shakudō adalah paduan tembaga dekoratif Jepang yang mengandung persentase emas yang rendah, biasanya 4–10%, yang dapat dipatinakan menjadi warna biru tua atau hitam.^[53]

Komposisi

Kemiripan tampilan luar dari berbagai paduan, bersama dengan kombinasi unsur yang berbeda yang digunakan saat membuat setiap paduan, dapat menimbulkan kebingungan saat mengkategorikan komposisi yang berbeda. Ada sebanyak 400 komposisi tembaga dan paduan tembaga berbeda yang dikelompokkan secara longgar ke dalam kategori: tembaga, paduan tembaga tinggi, kuningan, perunggu, nikel tembaga, tembaga-nikel-seng (perak nikel), tembaga bertimbal, dan paduan khusus. Tabel berikut mencantumkan elemen paduan utama untuk empat jenis yang lebih umum digunakan dalam industri modern, bersama dengan nama untuk setiap jenis. Jenis sejarah, seperti yang menjadi ciri Zaman Perunggu, lebih kabur karena campuran umumnya bervariasi.

Klasifikasi tembaga dan paduannya

Keluarga	Unsur paduan utama	nomor UN
Paduan tembaga, kuningan	Seng (Zn)	C1xxxx–C4xxxx,C66400–C69800
Perunggu fosfor	Timah (Sn)	C5xxxx
Perunggu aluminium	Aluminium (Al)	C60600–C64200
Perunggu silikon	Silikon (Si)	C64700–C66100
Kupronikel, perak nikel	Nikel (Ni)	C7xxxx

Tabel berikut menguraikan komposisi kimia dari berbagai tingkat paduan tembaga.

Komposisi kimia paduan tembaga^[54]

Keluarga	CDA	AMS	UNS	Cu [%]	Sn [%]	Pb [%]	Zn [%]	Ni [%]	Fe [%]	Al [%]	Lainnya [%]
Kuningan merah	833		C83300	93	1.5	1.5	4
			C83400[55]	90			10
	836	4855B	C83600	85	5	5	5
	838		C83800	83	4	6	7
Kuningan setengah merah	844		C84400	81	3	7	9
	845		C84500	78	3	7	12
	848		C84800	76	3	6	15
Perunggu mangan			C86100[56]	67	0,5		21		3	5	Mn 4
	862†		C86200	64			26		3	4	Mn 3
	863†	4862B	C86300	63			25		3	6	Mn 3
	865	4860A	C86500	58	0,5		39,5		1	1	Mn 0,25
Perunggu timah	903		C90300	88	8		4
	905	4845D	C90500	88	10	0,3 maks	2
	907		C90700	89	11	0,5 maks	0,5 maks
Perunggu timah bertimbal	922		C92200	88	6	1,5	4,5
	923		C92300	87	8	1 maks	4
	926	4846A	C92600	87	10	1	2
	927		C92700	88	10	2	0,7 maks
Perunggu timah bertimbal tinggi	932		C93200	83	7	7	3
	934		C93400	84	8	8	0,7 maks
	935		C93500	85	5	9	1	0,5 maks
	937	4842A	C93700	80	10	10		0,7 maks
	938		C93800	78	7	15		0,75 maks
	943	4840A	C94300	70	5	25		0,7 maks
Perunggu aluminium	952		C95200	88					3	9
	953		C95200	89					1	10
	954	4870B 4872B	C95400	85					4	11
			C95410[57]	85					4	11	Ni 2
	955		C95500	81				4	4	11
			C95600[58]	91						7	Si 2
			C95700[59]	75				2	3	8	Mn 12
	958		C95800	81				5	4	9	Mn 1
Perunggu silikon			C87200[60]	89							Si 4
			C87400[61]	83			14				Si 3
			C87500[62]	82			14				Si 4
			C87600[63]	90			5,5				Si 4,5
	878		C87800[64]	80			14				Si 4
			C87900[65]	65			34				Si 1
† Komposisi kimia dapat bervariasi untuk menghasilkan sifat mekanik

Senyawa

Sampel tembaga(I) oksida.

Lihat pula: Kategori:Senyawa tembaga

Tembaga membentuk berbagai macam senyawa, biasanya dengan keadaan oksidasi +1 dan +2, yang masing-masing sering disebut kupro dan kupri.^[66] Senyawa tembaga, baik kompleks organik maupun organologam, mempromosikan atau mengatalisasi berbagai proses kimia dan biologi.^[67]

Senyawa biner

Seperti unsur lainnya, senyawa tembaga yang paling sederhana adalah senyawa biner, yaitu senyawa yang hanya mengandung dua unsur, contoh utamanya adalah oksida, sulfida, dan halida. Kupro- dan kuprioksida telah diketahui. Di antara banyak tembaga sulfida,^[68] contoh pentingnya ialah tembaga(I) sulfida (Cu
2S) dan tembaga monosulfida (CuS).^[69]

Kuprohalida dengan fluorin, klorin, bromin, dan iodin telah dikenal, sama seperti kuprihalida dengan fluorin, klorin, dan bromin. Percobaan untuk membuat tembaga(II) iodida hanya menghasilkan tembaga(I) iodida dan iodin.^[66]

2 Cu²⁺ + 4 I⁻ → 2 CuI + I₂

Kimia koordinasi

Tembaga(II) memberikan warna biru tua dengan adanya ligan amonia. Yang digunakan di sini adalah tetraamminatembaga(II) sulfat.

Tembaga membentuk kompleks koordinasi dengan beberapa ligan. Dalam larutan berair, tembaga(II) eksis sebagai [Cu(H₂O)₆]²⁺. Kompleks ini menunjukkan nilai tukar air tercepat (kecepatan pengikatan dan pelepasan ligan air) untuk setiap kompleks akuo logam transisi. Menambahkan larutan natrium hidroksida akan menyebabkan pengendapan tembaga(II) hidroksida padat berwarna biru muda. Persamaan yang disederhanakan adalah:

Diagram Pourbaix untuk tembaga dalam media yang tidak dikomplekskan (anion selain OH- tidak diperhitungkan). Konsentrasi ion 0,001 m (mol/kg air). Suhu 25 °C.

Cu²⁺ + 2 OH⁻ → Cu(OH)₂

Amonia berair menghasilkan endapan yang sama. Setelah menambahkan amonia berlebih, endapan tersebut akan larut, membentuk tetraamminatembaga(II):

Cu(H₂O)₄(OH)₂ + 4 NH₃ → [Cu(H₂O)₂(NH₃)₄]²⁺ + 2 H₂O + 2 OH⁻

Banyak oksianion lainnya membentuk kompleks; mereka meliputi tembaga(II) asetat, tembaga(II) nitrat, dan tembaga(II) karbonat. Tembaga(II) sulfat membentuk pentahidrat kristalin biru, senyawa tembaga yang paling dikenal di laboratorium. Ia digunakan dalam fungisida yang disebut campuran Bordeaux.^[70]

Model bola-dan-tongkat dari kompleks [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺, menggambarkan geometri koordinasi oktahedron yang umum untuk tembaga(II).

Poliol, senyawa yang mengandung lebih dari satu gugus fungsi alkohol, umumnya berinteraksi dengan garam tembaga. Misalnya, garam tembaga digunakan untuk menguji gula pereduksi. Secara khusus, dengan menggunakan reagen Benedict dan larutan Fehling, adanya gula tersebut ditandai dengan perubahan warna dari tembaga(II) biru menjadi tembaga(I) oksida kemerahan.^[71] Reagen Schweizer dan kompleks terkait dengan etilenadiamina dan amina lainnya melarutkan selulosa.^[72] Asam amino seperti sistina membentuk kompleks kelat yang sangat stabil dengan tembaga(II)^[73][74][75] termasuk dalam bentuk biohibrida logam–organik (MOBs). Ada banyak uji kimia basah untuk ion tembaga, salah satunya melibatkan kalium ferisianida, yang menghasilkan endapan biru cemerlang dengan garam tembaga(II).^[76]

Kimia organotembaga

Artikel utama: Kimia organotembaga

Senyawa yang mengandung ikatan karbon–tembaga dikenal sebagai senyawa organotembaga. Mereka sangat reaktif terhadap oksigen untuk membentuk tembaga(I) oksida dan memiliki banyak kegunaan dalam kimia. Mereka disintesis dengan mereaksikan senyawa tembaga(I) dengan reagen Grignard, alkuna terminal atau reagen organolitium;^[77] khususnya, reaksi terakhir yang dijelaskan menghasilkan reagen Gilman. Mereka dapat mengalami substitusi dengan alkil halida untuk membentuk produk penggandengan; dengan demikian, mereka dinilai penting dalam bidang sintesis organik. Tembaga(I) asetilida sangat peka terhadap kejutan tetapi merupakan perantara dalam reaksi seperti penggandengan Cadiot–Chodkiewicz^[78] dan penggandengan Sonogashira.^[79] Adisi konjugat pada enona^[80] dan karbokuprasi alkuna^[81] juga dapat dicapai dengan senyawa organotembaga. Tembaga(I) membentuk berbagai kompleks lemah dengan alkena dan karbon monoksida, terutama dengan adanya ligan amina.^[82]

Tembaga(III) dan tembaga(IV)

Tembaga(III) paling sering ditemukan dalam oksida. Contoh sederhananya adalah kalium kuprat, KCuO₂, padatan berwarna biru kehitaman.^[83] Senyawa tembaga(III) yang paling banyak dipelajari adalah superkonduktor kuprat. Itrium barium tembaga oksida (YBa₂Cu₃O₇) terdiri dari pusat Cu(II) dan Cu(III). Seperti oksida, fluorida adalah anion yang sangat basa^[84] dan diketahui dapat menstabilkan ion logam dalam keadaan oksidasi tinggi. Baik tembaga(III) dan bahkan tembaga(IV) fluorida telah diketahui, masing-masing K₃CuF₆ dan Cs₂CuF₆.^[66]

Beberapa protein tembaga membentuk kompleks okso, yang juga mengandung tembaga(III).^[85] Dengan tetrapeptida, kompleks tembaga(III) berwarna ungu akan distabilkan oleh ligan amida yang terdeprotonasi.^[86]

Kompleks tembaga(III) juga ditemukan sebagai perantara dalam reaksi senyawa organotembaga,^[87][88][89] misalnya dalam reaksi Kharasch–Sosnovsky.

Sejarah

Garis waktu tembaga menggambarkan bagaimana logam ini telah memajukan peradaban manusia selama 11.000 tahun terakhir.^[90]

Prasejarah

Zaman Tembaga

Artikel utama: Zaman Tembaga

Sebuah batangan tembaga terkorosi dari Zakros, Kreta, berbentuk kulit binatang yang khas pada zaman itu.

Terdapat banyak alat selama Era Kalkolitik, termasuk tembaga, seperti bilah replika kapak milik Ötzi ini

Bijih tembaga (krisokola) pada batu pasir Era Kambrium dari tambang Kalkolitik di Lembah Timna, Israel selatan.

Tembaga terjadi secara alami sebagai tembaga metalik asli dan diketahui oleh beberapa peradaban tertua yang pernah tercatat. Sejarah penggunaan tembaga dimulai pada 9000 SM di Timur Tengah;^[91] sebuah liontin tembaga ditemukan di Irak utara yang berasal dari tahun 8700 SM.^[92] Bukti menunjukkan bahwa emas dan besi meteorik (tetapi bukan besi yang dilebur) adalah dua logam pertama yang digunakan manusia sebelum tembaga.^[93] Sejarah metalurgi tembaga dianggap mengikuti urutan ini: Pertama, pengerjaan dingin tembaga asli, kemudian penganilan, peleburan, dan, akhirnya, pengecoran lilin yang hilang. Di Anatolia tenggara, keempat teknik ini muncul kurang lebih secara bersamaan pada permulaan zaman Neolitikum sekitar 7500 SM.^[94]

Peleburan tembaga ditemukan secara independen di berbagai tempat. Teknik ini mungkin ditemukan di Tiongkok sebelum 2800 SM, di Amerika Tengah sekitar 600 M, dan di Afrika Barat sekitar abad ke-9 atau ke-10 M.^[95] Bukti paling awal dari tembaga pengecoran lilin yang hilang berasal dari jimat yang ditemukan di Mehrgarh, Pakistan dan bertanggal 4000 SM.^[96] Pengecoran investasi ditemukan pada 4500–4000 SM di Asia Tenggara^[91] dan penanggalan karbon telah mendirikan penambangan di Alderley Edge di Cheshire, Inggris, pada tahun 2280 hingga 1890 SM.^[97]

Ötzi si Manusia Es, seorang pria dari tahun 3300 hingga 3200 SM, ditemukan bersama kapak dengan kepala tembaga 99,7% murni; kadar arsen yang tinggi di rambutnya menunjukkan keterlibatan dalam peleburan tembaga.^[98] Pengalaman dengan tembaga telah membantu pengembangan logam lain; khususnya, peleburan tembaga menyebabkan penemuan peleburan besi.^[98]

Artefak tembaga dari Kompleks Tembaga Tua di Amerika Utara, yang mungkin telah ada dari sekitar 9500-5400 tahun sebelum sekarang.

Produksi di Kompleks Tembaga Tua di Michigan dan Wisconsin bertanggal antara 6500 dan 3000 SM.^{[99][100][101]} Sebuah tombak tembaga yang ditemukan di Wisconsin bertanggal 6500 SM.^[99] Penggunaan tembaga oleh penduduk asli Kompleks Tembaga Tua dari wilayah Danau-Danau Besar di Amerika Utara telah ditentukan secara radiometrik sejak 7500 SM.^{[99][102][103]} Penduduk asli Amerika Utara di sekitar Danau-Danau Besar mungkin juga telah menambang tembaga semasa itu, menjadikannya sebagai salah satu contoh ekstraksi tembaga tertua di dunia.^[104] Terdapat bukti dari pencemaran timbal prasejarah dari danau di Michigan bahwa orang-orang di wilayah tersebut mulai menambang tembaga ca 6000 SM.^[99][104] Bukti menunjukkan bahwa benda-benda tembaga utilitarian semakin tidak digunakan di Kompleks Tembaga Tua di Amerika Utara selama Zaman Perunggu dan terjadi pergeseran ke arah peningkatan produksi benda-benda tembaga hias.^[105]

Zaman Perunggu

Artikel utama: Zaman Perunggu

Tembaga digunakan dalam pigmen biru seperti cawan tembikar "Biru Mesir" ini dan telah ada sejak Zaman Perunggu, Kerajaan Baru Mesir (1400–1325 SM).

Perunggu alami, sejenis tembaga yang terbuat dari bijih yang kaya akan silikon, arsen, dan timah (jarang), mulai digunakan secara umum di Balkan sekitar 5500 SM.^[106] Pemaduan tembaga dengan timah untuk membuat perunggu pertama kali dilakukan sekitar 4000 tahun setelah penemuan peleburan tembaga, dan sekitar 2000 tahun setelah "perunggu alami" mulai digunakan secara umum.^[107] Artefak perunggu dari kebudayaan Vinča berasal dari tahun 4500 SM.^[108] Artefak paduan tembaga dan perunggu Sumeria dan Mesir berasal dari tahun 3000 SM.^[109] Biru Mesir, atau kuprorivait (kalsium tembaga silikat) adalah pigmen sintetis yang mengandung tembaga dan mulai digunakan di Mesir kuno sekitar 3250 SM.^[110] Proses pembuatan biru Mesir diketahui oleh orang Romawi, tetapi pada abad keempat Masehi pigmen tersebut tidak lagi digunakan dan rahasia proses pembuatannya menjadi hilang. Bangsa Romawi mengatakan bahwa pigmen biru tersebut terbuat dari tembaga, silika, kapur, dan natron, dan dikenal sebagai caeruleum oleh mereka.

Zaman Perunggu dimulai di Eropa Tenggara sekitar 3700–3300 SM, di Eropa Barat Laut sekitar 2500 SM. Zaman tersebut berakhir dengan dimulainya Zaman Besi, 2000–1000 SM di Timur Dekat, dan 600 SM di Eropa Utara. Transisi antara periode Neolitikum dan Zaman Perunggu dulunya disebut periode Kalkolitik (batu tembaga), ketika perkakas tembaga digunakan dengan perkakas batu. Istilah ini berangsur-angsur tidak digunakan karena di beberapa bagian dunia, Kalkolitik dan Neolitikum saling berdekatan di kedua akhirnya. Kuningan, paduan tembaga dan seng, ditemukan lebih baru. Ia dikenal oleh bangsa Yunani, tetapi menjadi tambahan yang signifikan untuk perunggu selama Kekaisaran Romawi.^[109]

Kuno dan pasca-klasik

Dalam alkimia, lambang tembaga juga merupakan lambang dewi dan planet Venus.

Tambang tembaga Kalkolitik di Lembah Timna, Gurun Negev, Israel.

Di Yunani, tembaga dikenal dengan nama chalkos (χαλκός). Ia adalah sumber daya penting bagi orang Romawi, Yunani, dan orang kuno lainnya. Di zaman Romawi, ia dikenal sebagai aes Cyprium, aes menjadi istilah Latin umum untuk paduan tembaga dan Cyprium dari Siprus, tempat banyak tembaga ditambang. Ungkapan itu disederhanakan menjadi cuprum, yang menjadi asal kata copper dalam bahasa Inggris. Afrodit (Venus di Roma) mewakili tembaga dalam mitologi dan alkimia karena keindahannya yang berkilau dan penggunaannya yang kuno dalam pembuatan cermin; Siprus, sumber tembaga, disakralkan oleh sang dewi. Tujuh benda langit yang diketahui orang-orang kuno dikaitkan dengan tujuh logam yang dikenal di zaman kuno, dan Venus dikaitkan dengan tembaga, baik karena hubungannya dengan sang dewi maupun karena Venus adalah benda langit paling terang setelah Matahari dan Bulan sehingga berhubungan dengan logam yang paling berkilau dan diinginkan setelah emas dan perak.^[111]

Tembaga pertama kali ditambang di Inggris kuno pada awal 2100 SM. Penambangan di tambang terbesar ini, Great Orme, berlanjut hingga akhir Zaman Perunggu. Penambangan tampaknya sebagian besar terbatas pada bijih supergene, yang lebih mudah dilebur. Deposit tembaga yang kaya di Cornwall tampaknya sebagian besar belum tersentuh, terlepas dari penambangan timah yang ekstensif di wilayah tersebut, karena alasan yang lebih bersifat sosial dan politik daripada teknologi.^[112]

Di Amerika Utara, tembaga asli diketahui telah diekstraksi dari situs di Isle Royale dengan alat batu primitif antara tahun 800 dan 1600 M.^[113] Penganilan tembaga dilakukan di kota Cahokia di Amerika Utara sekitar tahun 1000–1300 M.^[114] Terdapat beberapa pelat tembaga yang sangat indah, yang dikenal sebagai pelat tembaga Mississippi yang ditemukan di Amerika Utara di daerah sekitar Cahokia yang berasal dari periode ini (1000-1300 M).^[114] Pelat tembaga ini diperkirakan telah diproduksi di Cahokia sebelum berakhir di tempat lain di Amerika Serikat bagian Barat Tengah dan Tenggara seperti pelat Malden dan pelat Etowah.

Pelat tembaga Mississippi dari Amerika Utara diproduksi dengan gaya ini sekitar tahun 800–1600 Masehi.

Di Amerika Selatan, topeng tembaga bertanggal 1000 SM yang ditemukan di Andes Argentina adalah artefak tembaga tertua yang ditemukan di Andes.^[115] Peru telah dianggap sebagai asal metalurgi tembaga awal di Amerika Pra-Kolumbus, tetapi topeng tembaga dari Argentina menunjukkan bahwa lembah Cajon di Andes selatan adalah pusat penting lainnya untuk pengerjaan tembaga awal di Amerika Selatan.^[115] Metalurgi tembaga berkembang pesat di Amerika Selatan, khususnya di Peru sekitar tahun 1000 Masehi. Ornamen penguburan tembaga dari abad ke-15 telah ditemukan, tetapi produksi komersial logam tersebut baru dimulai pada awal abad ke-20.^{[butuh rujukan]}

Peran tembaga terhadap budaya sangatlah penting, terutama dalam mata uang. Bangsa Romawi pada abad ke-6 hingga ke-3 SM menggunakan bongkahan tembaga sebagai uang. Pada awalnya, tembaga itu sendiri yang dihargai, namun lambat laun bentuk dan tampilan tembaga menjadi lebih penting. Julius Caesar memiliki koin sendiri yang terbuat dari kuningan, sedangkan koin Octavianus Augustus Caesar terbuat dari paduan Cu-Pb-Sn. Dengan perkiraan hasil tahunan sekitar 15.000 t, aktivitas penambangan dan peleburan tembaga Romawi mencapai skala yang tak tertandingi hingga masa Revolusi Industri; provinsi yang paling banyak ditambang adalah provinsi Hispania, Siprus, dan di Eropa Tengah.^[116][117]

Gerbang Kuil Yerusalem menggunakan perunggu Korintus yang diolah melalui pelapisan emas terdeplesi.^{[butuh klarifikasi][butuh rujukan]} Proses ini paling lazim dilakukan di Aleksandria, tempat di mana alkimia dianggap telah dimulai.^[118] Di India kuno, tembaga digunakan dalam ilmu kedokteran holistik Ayurweda untuk peralatan bedah dan peralatan medis lainnya. Orang Mesir Kuno (~2400 SM) menggunakan tembaga untuk mensterilkan luka dan air minum, dan kemudian untuk mengobati sakit kepala, luka bakar, dan gatal-gatal.^[119]

Modern

Drainase tambang asam memengaruhi aliran yang mengalir dari bekas tambang tembaga Gunung Parys

Cerek tembaga abad ke-18 dari Norwegia terbuat dari tembaga Swedia

Great Copper Mountain adalah sebuah tambang di Falun, Swedia, yang beroperasi dari abad ke-10 hingga 1992. Ia memenuhi dua pertiga konsumsi tembaga Eropa pada abad ke-17 dan membantu mendanai banyak perang Swedia selama waktu itu.^[120] Ia disebut sebagai perbendaharaan negara; Swedia memiliki mata uang yang didukung tembaga.^[121]

Kalkografi kota Vyborg pada pergantian abad ke-17 dan ke-18. Tahun 1709 diukir di pelat cetak.

Tembaga digunakan untuk atap,^[16] mata uang, dan untuk teknologi fotografi yang dikenal sebagai daguerreotype. Tembaga digunakan dalam patung Renaisans, dan digunakan untuk membangun Patung Liberty; tembaga terus digunakan dalam berbagai jenis konstruksi. Penyepuhan tembaga dan pelapisan tembaga banyak digunakan untuk melindungi lambung kapal di bawah air, sebuah teknik yang dipelopori oleh Angkatan Laut Inggris pada abad ke-18.^[122] Norddeutsche Affinerie di Hamburg adalah pabrik penyepuhan modern pertama, mulai berproduksi pada tahun 1876.^[123] Ilmuwan Jerman Gottfried Osann menemukan metalurgi bubuk pada tahun 1830 saat menentukan massa atom logam tersebut; sekitar saat itu ditemukan bahwa jumlah dan jenis unsur pemadu (misalnya timah) tembaga akan mempengaruhi nada lonceng.^{[butuh rujukan]}

Selama peningkatan permintaan tembaga pada Zaman Listrik, dari tahun 1880-an hingga Depresi Besar tahun 1930-an, Amerika Serikat memproduksi sepertiga hingga setengah dari tembaga dunia yang baru ditambang.^[124] Distrik-distrik penambangan utama meliputi distrik Keweenaw di Michigan utara, terutama endapan tembaga asli, yang dikalahkan oleh endapan sulfida yang luas di Butte, Montana pada akhir tahun 1880-an, yang dikalahkan oleh endapan porfiri di Amerika Serikat Barat Daya, khususnya di Ngarai Bingham, Utah dan Morenci, Arizona. Pengenalan penambangan sekop uap lubang terbuka dan inovasi dalam peleburan, pemurnian, pemusatan pengapungan, dan langkah pemrosesan lainnya menghasilkan produksi massal. Di awal abad ke-20, Arizona menduduki peringkat pertama, diikuti oleh Montana, kemudian Utah dan Michigan.^[125]

Peleburan kilat dikembangkan oleh Outokumpu di Finlandia dan pertama kali diterapkan di Harjavalta in 1949; pada tahun 1949; proses hemat energi ini menyumbang 50% dari produksi tembaga primer dunia.^[126]

Dewan Antarpemerintah Negara Pengekspor Tembaga, dibentuk pada tahun 1967 oleh Chili, Peru, Zaire, dan Zambia, beroperasi di pasar tembaga seperti yang dilakukan OPEC dalam minyak, meskipun tidak pernah mencapai pengaruh yang sama, terutama karena produsen terbesar kedua, Amerika Serikat, tidak pernah menjadi anggota; organisasi itu dibubarkan pada tahun 1988.^[127]

Aplikasi

Lihat pula: Tembaga dalam energi terbarukan

Perlengkapan tembaga untuk sambungan pipa yang disolder

Aplikasi utama tembaga adalah kabel listrik (60%), atap dan pipa ledeng (20%), dan mesin industri (15%). Tembaga sebagian besar digunakan sebagai logam murni, tetapi jika diperlukan kekerasan yang lebih besar, tembaga dimasukkan ke dalam paduan seperti kuningan dan perunggu (5% dari total penggunaan).^[23] Selama lebih dari dua abad, cat tembaga telah digunakan pada lambung kapal untuk mengontrol pertumbuhan tumbuhan dan kerang.^[128] Sebagian kecil pasokan tembaga digunakan untuk suplemen nutrisi dan fungisida di bidang pertanian.^[70][129] Pemesinan tembaga dimungkinkan, meskipun paduannya lebih disukai karena kemampuan mesinnya yang baik dalam membuat bagian yang rumit.

Kawat dan kabel

Artikel utama: Kawat dan kabel tembaga

Terlepas dari persaingan dari bahan lain, tembaga tetap menjadi konduktor listrik yang disukai di hampir semua kategori kabel listrik kecuali transmisi tenaga listrik di mana aluminium lebih disukai.^[130][131] Kawat tembaga digunakan dalam pembangkit daya, transmisi daya, distribusi daya, telekomunikasi, sirkuit elektronika, dan jenis peralatan listrik yang tak terhitung jumlahnya.^[132] Kabel listrik adalah pasar terpenting bagi industri tembaga.^[133] Ini meliputi kawat daya struktural, kabel distribusi daya, kawat alat, kabel komunikasi, kawat dan kabel otomotif, dan kawat magnet. Kira-kira setengah dari semua tembaga yang ditambang digunakan untuk kawat listrik dan konduktor kabel.^[134] Banyak perangkat listrik mengandalkan kawat tembaga karena banyaknya sifat menguntungkan yang melekat, seperti konduktivitas listrik, kekuatan tarik, keuletan, ketahanan rangkak (deformasi), dan ketahanan korosi yang tinggi, ekspansi termal yang rendah, konduktivitas termal yang tinggi, kemudahan penyolderan, kelenturan, dan kemudahan pemasangan.

Untuk waktu yang singkat dari akhir 1960-an hingga akhir 1970-an, kabel tembaga digantikan oleh kabel aluminium di banyak proyek pembangunan perumahan di Amerika. Kabel baru ini terlibat dalam sejumlah kebakaran rumah dan industri akhirnya kembali ke tembaga.^[135]

Elektronika dan perangkat terkait

Busbar listrik tembaga mendistribusikan daya ke gedung besar

Sirkuit terpadu dan papan sirkuit cetak semakin menonjolkan tembaga sebagai pengganti aluminium karena konduktivitas listriknya yang unggul; pembuang panas dan penukar panas menggunakan tembaga karena sifat pembuangan panasnya yang unggul. Elektromagnet, tabung vakum, tabung sinar katoda, dan magnetron dalam oven gelombang mikro menggunakan tembaga, seperti halnya pandu gelombang untuk radiasi gelombang mikro.^[136]

Motor listrik

Konduktivitas tembaga yang unggul akan meningkatkan efisiensi motor listrik.^[137] Hal ini penting karena motor dan sistem yang digerakkan motor menyumbang 43%–46% dari seluruh konsumsi listrik global dan 69% dari seluruh listrik yang digunakan oleh industri.^[138] Meningkatkan massa dan penampang lintang tembaga dalam koil akan meningkatkan efisiensi motor. Rotor motor tembaga, teknologi baru yang dirancang untuk aplikasi motor di mana penghematan energi adalah tujuan desain utama,^[139][140] memungkinkan motor induksi serba guna untuk memenuhi dan melampaui standar efisiensi premium Asosiasi Produsen Listrik Nasional (NEMA).^[141]

Produksi energi terbarukan

Sumber energi terbarukan seperti matahari, angin, pasang surut, air, biomassa, dan panas bumi telah menjadi sektor penting dalam pasar energi.^[142][143] Pesatnya pertumbuhan sumber-sumber ini di abad ke-21 telah didorong oleh meningkatnya biaya bahan bakar fosil serta masalah dampak lingkungan yang secara signifikan menurunkan penggunaannya.

Tembaga memainkan peran penting dalam sistem energi terbarukan ini.^{[144][145][146][147][148]} Penggunaan tembaga memiliki rata-rata hingga lima kali lebih banyak dalam sistem energi terbarukan daripada pembangkit listrik tradisional, seperti bahan bakar fosil dan pembangkit listrik tenaga nuklir.^[149] Karena tembaga adalah konduktor termal dan listrik yang sangat baik di antara logam teknik (kedua setelah perak),^[150] sistem kelistrikan yang memanfaatkan tembaga dapat menghasilkan dan mentransmisikan energi dengan efisiensi tinggi dan dengan dampak lingkungan yang minimal.

Saat memilih konduktor listrik, perencana dan insinyur fasilitas memperhitungkan biaya investasi modal bahan terhadap penghematan operasional karena efisiensi energi listrik selama masa manfaatnya, ditambah biaya pemeliharaan. Tembaga sering berhasil dengan baik dalam perhitungan ini. Faktor yang disebut "intensitas penggunaan tembaga", adalah ukuran kuantitas tembaga yang diperlukan untuk memasang satu megawatt kapasitas pembangkit listrik baru.

Kabel tembaga untuk daur ulang

Saat merencanakan fasilitas daya terbarukan yang baru, para insinyur dan penentu produk berupaya menghindari kekurangan pasokan bahan pilihan. Menurut Survei Geologi Amerika Serikat, cadangan tembaga di dalam tanah telah meningkat lebih dari 700% sejak tahun 1950, dari hampir 100 juta ton menjadi 720 juta ton pada tahun 2017, terlepas dari fakta bahwa penggunaan olahan dunia meningkat lebih dari tiga kali lipat dalam 50 tahun terakhir.^[151] Sumber daya tembaga diperkirakan melebihi 5 miliar ton.^[152][153]

Memperkuat pasokan dari ekstraksi tembaga adalah fakta bahwa lebih dari 30 persen tembaga yang dipasang selama dekade terakhir berasal dari sumber daur ulang.^[154] Laju daur ulangnya lebih tinggi daripada logam lainnya.^[155]

Arsitektur

Artikel utama: Tembaga dalam arsitektur

Atap tembaga di Balai Kota Minneapolis, terlapisi dengan patina

Peralatan tembaga tua di restoran Yerusalem

Mangkuk tembaga besar. Dhankar Gompa.

Tembaga telah digunakan sejak zaman kuno sebagai bahan arsitektur yang tahan lama, tahan korosi, dan tahan cuaca.^{[156][157][158][159]} Atap, talang air hujan, talang tegak, kubah, puncak menara, dan pintu telah dibuat dari tembaga selama ratusan atau ribuan tahun. Penggunaan arsitektur tembaga telah diperluas di zaman modern untuk mencakup pelapis dinding interior dan eksterior, sambungan ekspansi bangunan, pelindung frekuensi radio, dan produk dalam ruangan antimikroba dan dekoratif seperti pegangan tangan yang menarik, perlengkapan kamar mandi, dan meja dapur. Beberapa manfaat penting tembaga lainnya sebagai bahan arsitektur meliputi pergerakan termal yang rendah, ringan, proteksi petir, dan dapat didaur ulang

Patina hijau alami yang khas dari logam ini telah lama didambakan oleh para arsitek dan desainer. Patina akhir adalah lapisan yang sangat tahan lama dan sangat tahan terhadap korosi atmosfer, sehingga melindungi logam di bawahnya dari pelapukan lebih lanjut.^{[160][161][162]} Ia dapat berupa campuran senyawa karbonat dan sulfat dalam berbagai jumlah, tergantung pada kondisi lingkungan seperti hujan asam yang mengandung belerang.^{[163][164][165][166]} Tembaga arsitektur dan paduannya juga dapat 'diselesaikan' untuk mendapatkan tampilan, rasa, atau warna tertentu. Penyelesaian ini meliputi perawatan permukaan mekanis, pewarnaan kimia, dan pelapisan.^[167]

Tembaga memiliki sifat mematri dan menyolder yang sangat baik dan dapat dilas; hasil terbaik diperoleh dengan las busur logam gas.^[168]

Perlawanan terhadap penumpukan biologis

Tembaga bersifat biostatik, artinya bakteri dan banyak bentuk kehidupan lainnya tidak akan tumbuh di atasnya. Karena alasan ini, ia telah lama digunakan untuk melapisi bagian kapal sebagai perlindungan dari teritip dan remis. Ia awalnya digunakan dalam bentuk murni, tetapi telah digantikan oleh logam Muntz dan cat berbasis tembaga. Demikian pula, seperti yang dibahas dalam paduan tembaga dalam budi daya perairan, paduan tembaga telah menjadi bahan jaring yang penting dalam industri budi daya perairan karena mereka bersifat antimikroba dan mencegah penumpukan biologis, bahkan dalam kondisi ekstrem^[169] serta memiliki sifat struktural dan ketahanan korosi yang kuat^[170] di lingkungan laut.

Antimikroba

Artikel utama: Sifat antimikroba dari tembaga dan Permukaan sentuh paduan tembaga antimikroba

Permukaan sentuh paduan tembaga memiliki sifat alami yang menghancurkan berbagai mikroorganisme (misalnya, E. coli O157:H7, Staphylococcus aureus resisten-metisilin (MRSA), Staphylococcus, Clostridium difficile, virus influenza A, adenovirus, SARS-Cov-2, dan jamur).^[171][172] Orang India telah menggunakan bejana tembaga sejak zaman kuno untuk menyimpan air, bahkan sebelum ilmu pengetahuan modern menyadari sifat antimikrobanya.^[173] Beberapa paduan tembaga terbukti membunuh lebih dari 99,9% bakteri penyebab penyakit hanya dalam waktu dua jam bila dibersihkan secara teratur.^[174] Badan Perlindungan Lingkungan Amerika Serikat (EPA) telah menyetujui pendaftaran paduan tembaga ini sebagai "bahan antimikroba dengan manfaat kesehatan masyarakat";^[174] persetujuan itu memungkinkan produsen untuk membuat klaim hukum atas manfaat kesehatan masyarakat dari produk yang terbuat dari paduan terdaftar. Selain itu, EPA telah menyetujui daftar panjang produk tembaga antimikroba yang terbuat dari paduan ini, seperti pegangan tempat tidur, pegangan tangan, meja di atas tempat tidur, wastafel, keran, gagang pintu, perangkat keras toilet, papan tombol komputer, peralatan pusat kebugaran, dan pegangan keranjang belanja (untuk daftar lengkap, lihat: Permukaan sentuh paduan tembaga antimikroba#Produk tembaga antimikroba). Kenop pintu tembaga digunakan oleh rumah sakit untuk mengurangi perpindahan penyakit, dan penyakit Legionella ditekan oleh pipa tembaga dalam sistem perpipaan.^[175] Produk paduan tembaga antimikroba sekarang dipasang di fasilitas kesehatan di Britania Raya, Irlandia, Jepang, Korea, Prancis, Denmark, dan Brasil, serta diminta di Amerika Serikat,^[176] dan di sistem transit kereta bawah tanah di Santiago, Chili, di mana pegangan tangan paduan tembaga-seng dipasang di sekitar 30 stasiun antara tahun 2011 dan 2014.^{[177][178][179]} Serat tekstil dapat dicampur dengan tembaga untuk membuat kain pelindung antimikroba.^{[180] [sumber tepercaya?]}

Investasi spekulatif

Tembaga dapat digunakan sebagai investasi spekulatif karena perkiraan peningkatan penggunaannya dari pertumbuhan infrastruktur di seluruh dunia, dan peran pentingnya dalam memproduksi turbin angin, panel surya, dan sumber energi terbarukan lainnya.^[181][182] Alasan lain yang memprediksi peningkatan permintaan adalah fakta bahwa mobil listrik rata-rata mengandung tembaga 3,6 kali lebih banyak daripada mobil konvensional, meskipun pengaruh mobil listrik terhadap permintaan tembaga masih diperdebatkan.^[183][184] Beberapa orang berinvestasi dalam tembaga melalui saham pertambangan tembaga, ETF, dan kontrak berjangka. Yang lainnya menyimpan tembaga fisik dalam bentuk batangan atau bulatan tembaga meskipun keduanya cenderung memiliki harga premium yang lebih tinggi dibandingkan dengan logam mulia.^[185] Mereka yang ingin menghindari harga premium dari bulion tembaga dapat menyimpan kawat tembaga dan tabung tembaga tua, atau penny Amerika yang dibuat sebelum tahun 1982 sebagai alternatifnya.^[186]

Pengobatan tradisional

Tembaga umumnya digunakan dalam perhiasan, dan menurut beberapa cerita rakyat, gelang tembaga dapat meredakan gejala artritis.^[187] Dalam satu percobaan untuk osteoartritis dan satu percobaan untuk artritis reumatoid, tidak ada perbedaan yang ditemukan antara gelang tembaga dan gelang (non-tembaga) kontrol.^[188][189] Tidak ada bukti yang menunjukkan bahwa tembaga dapat diserap melalui kulit. Jika iya, maka ia dapat menyebabkan keracunan tembaga.^[190]

Pakaian kompresi

Baru-baru ini, beberapa pakaian kompresi dengan jalinan tembaga telah dipasarkan dengan klaim kesehatan yang mirip dengan klaim pengobatan tradisional. Karena pakaian kompresi adalah pengobatan yang valid untuk beberapa penyakit, pakaian tersebut mungkin memiliki manfaat itu, tetapi tembaga tambahan mungkin tidak memiliki manfaat selain efek plasebo.^[191]

Degradasi

Chromobacterium violaceum dan Pseudomonas fluorescens dapat memobilisasi tembaga padat sebagai senyawa sianida.^[192] Jamur mikoriza erikoid yang berasosiasi dengan Calluna, Erica dan Vaccinium dapat tumbuh di tanah logam yang mengandung tembaga.^[192] Jamur ektomikoriza Suillus luteus melindungi pohon pinus muda dari toksisitas tembaga. Sampel jamur Aspergillus niger ditemukan tumbuh dari larutan tambang emas dan ditemukan mengandung kompleks siano dari beberapa logam seperti emas, perak, tembaga, besi, dan seng. Jamur tersebut juga berperan dalam pelarutan sulfida logam berat.^[193]

Peran biologis

Artikel utama: Tembaga dalam biologi

Sumber makanan kaya tembaga meliputi tiram, hati sapi dan domba, kacang Brazil, tetes tebu, kakao, dan lada hitam. Sumber yang baik meliputi lobster, kacang-kacangan dan biji bunga matahari, zaitun hijau, alpukat, dan dedak gandum.

Biokimia

Protein tembaga memiliki peran yang beragam dalam transpor elektron dan transportasi oksigen biologis, proses yang memanfaatkan interkonversi mudah dari Cu(I) dan Cu(II).^[194] Tembaga sangat penting dalam respirasi aerobik semua eukariota. Pada mitokondria, ia ditemukan dalam sitokrom c oksidase, yang merupakan protein terakhir dalam fosforilasi oksidatif. Sitokrom c oksidase adalah protein yang mengikat O₂ antara tembaga dan besi; protein tersebut mentransfer 8 elektron ke molekul O₂ untuk mereduksinya menjadi dua molekul air. Tembaga juga ditemukan di banyak superoksida dismutase, protein yang mengatalisis dekomposisi superoksida dengan mengubahnya (melalui disproporsionasi) menjadi oksigen dan hidrogen peroksida:

• Cu²⁺-SOD + O₂⁻ → Cu⁺-SOD + O₂ (reduksi tembaga; oksidasi superoksida)
• Cu⁺-SOD + O₂⁻ + 2H⁺ → Cu²⁺-SOD + H₂O₂ (oksidasi tembaga; reduksi superoksida)

Protein hemosianin adalah pembawa oksigen pada sebagian besar moluska dan beberapa artropoda seperti kepiting tapal kuda (Limulus polyphemus).^[195] Karena hemosianin berwarna biru, organisme ini memiliki darah biru alih-alih darah merah hemoglobin berbasis besi. Yang terkait dengan hemosianin secara struktural adalah lakase dan tirosinase. Alih-alih mengikat oksigen secara reversibel, protein ini menghidroksilat substrat, diilustrasikan oleh perannya dalam pembentukan lakuer.^[196] Peran biologis tembaga dimulai dengan munculnya oksigen di atmosfer bumi.^[197] Beberapa protein tembaga, seperti "protein tembaga biru", tidak berinteraksi langsung dengan substrat; karenanya mereka bukan enzim. Protein ini menyampaikan elektron melalui proses yang disebut transfer elektron.^[196]

Fungsi fotosintesis melalui rantai transpor elektron yang rumit di dalam membran tilakoid. Tautan sentral dalam rantai ini adalah plastosianin, sebuah protein tembaga biru.

Sebuah pusat tembaga berinti 4 yang unik telah ditemukan dalam dinitrogen monoksida reduktase.^[198]

Senyawa kimia yang dikembangkan untuk pengobatan penyakit Wilson telah diteliti untuk digunakan dalam terapi kanker.^[199]

Nutrisi

Tembaga adalah sebuah unsur renik penting pada tumbuhan dan hewan, tetapi tidak semua mikroorganisme. Tubuh manusia mengandung tembaga pada tingkat sekitar 1,4 hingga 2,1 mg per kg massa tubuh.^[200]

Penyerapan

Tembaga diserap di usus, kemudian diangkut ke hati dengan terikat albumin.^[201] Setelah diproses di hati, tembaga didistribusikan ke jaringan lain pada fase kedua, yang melibatkan protein seruloplasmin, yang membawa sebagian besar tembaga dalam darah. Seruloplasmin juga membawa tembaga yang diekskresikan dalam susu, dan diserap dengan baik sebagai sumber tembaga.^[202] Tembaga dalam tubuh biasanya mengalami sirkulasi enterohepatik (sekitar 5 mg per hari, vs. sekitar 1 mg per hari yang diserap dalam makanan dan dikeluarkan dari tubuh), dan tubuh dapat mengeluarkan beberapa kelebihan tembaga, jika diperlukan, melalui empedu, yang membawa beberapa tembaga keluar dari hati yang tidak diserap kembali oleh usus.^[203][204]

Rekomendasi diet

Institut Kedokteran A.S. (IOM) memperbarui Kebutuhan Perkiraan Rata-rata (EAR) dan Angka Kecukupan Gizi (AKG) untuk tembaga pada tahun 2001. Jika tidak ada informasi yang cukup untuk menetapkan EAR dan AKG, digunakan perkiraan Asupan Adekuat (AI) sebagai gantinya. AI untuk tembaga adalah: 200 μg tembaga untuk laki-laki dan perempuan berusia 0–6 bulan, dan 220 μg tembaga untuk laki-laki dan perempuan berusia 7–12 bulan. Untuk kedua jenis kelamin, AKG untuk tembaga adalah: 340 μg tembaga untuk usia 1–3 tahun, 440 μg tembaga untuk usia 4–8 tahun, 700 μg tembaga untuk usia 9–13 tahun, 890 μg tembaga untuk usia 14–18 tahun, dan 900 μg tembaga untuk usia 19 tahun ke atas. Untuk ibu hamil, 1.000 μg. Untuk ibu menyusui, 1.300 μg.^[205] Mengenai keamanan, IOM juga menetapkan Batas Atas Asupan (UL) yang dapat ditoleransi untuk vitamin dan mineral bila bukti cukup. Dalam kasus tembaga, UL ditetapkan pada 10 mg/hari. Secara kolektif EAR, AKG, AI, dan UL disebut sebagai Asupan Referensi Diet.^[206]

Otoritas Keamanan Makanan Eropa (EFSA) menyebut kumpulan informasi kolektif tersebut sebagai Nilai Referensi Diet, dengan Asupan Referensi Populasi (PRI) alih-alih AKG, dan Kebutuhan Rata-rata alih-alih EAR. AI dan UL didefinisikan sama seperti di Amerika Serikat. Untuk wanita dan pria berusia 18 tahun ke atas, AI ditetapkan masing-masing sebesar 1,3 dan 1,6 mg/hari. AI untuk ibu hamil dan menyusui adalah 1,5 mg/hari. Untuk anak usia 1–17 tahun, AI meningkat seiring bertambahnya usia dari 0,7 menjadi 1,3 mg/hari. AI ini lebih tinggi dari AKG Amerika Serikat.^[207] Otoritas Keamanan Makanan Eropa meninjau pertanyaan keamanan yang sama dan menetapkan UL pada 5 mg/hari, yang merupakan setengah dari nilai Amerika Serikat.^[208]

Untuk tujuan pelabelan makanan dan suplemen makanan A.S., jumlah dalam satu porsi dinyatakan sebagai persentase dari Nilai Harian (%DV). Untuk tujuan pelabelan tembaga, 100% Nilai Harian adalah 2,0 mg, tetapi pada 27 Mei 2016 direvisi menjadi 0,9 mg agar sesuai dengan AKG.^[209][210] Tabel nilai harian dewasa lama dan baru disediakan di Asupan Harian Referensi.

Kekurangan tembaga

Karena perannya dalam memfasilitasi penyerapan zat besi, kekurangan tembaga dapat menghasilkan gejala seperti-anemia, neutropenia, kelainan tulang, hipopigmentasi, gangguan pertumbuhan, peningkatan insiden infeksi, osteoporosis, hipertiroidisme, dan kelainan metabolisme glukosa dan kolesterol. Sebaliknya, penyakit Wilson menyebabkan penumpukan tembaga di jaringan tubuh.

Defisiensi yang parah dapat ditemukan dengan menguji kadar tembaga plasma atau serum yang rendah, seruloplasmin yang rendah, dan kadar superoksida dismutase sel darah merah yang rendah; mereka tidak sensitif terhadap status tembaga marjinal. "Aktivitas sitokrom c oksidase leukosit dan trombosit" telah dinyatakan sebagai faktor lain dalam kekurangan tembaga, tetapi hasilnya belum dikonfirmasi melalui replikasi.^[211]

Toksisitas

Artikel utama: Toksisitas tembaga

Jumlah gram dari berbagai garam tembaga telah diambil dalam upaya bunuh diri dan menghasilkan toksisitas tembaga akut pada manusia, kemungkinan karena siklus redoks dan pembentukan spesies oksigen reaktif yang merusak DNA.^[212][213] Jumlah garam tembaga yang sesuai (30 mg/kg) bersifat racun bagi hewan.^[214] Nilai makanan minimum untuk pertumbuhan yang sehat pada kelinci telah dilaporkan setidaknya 3 ppm dalam makanan.^[215] Namun, konsentrasi tembaga yang lebih tinggi (100 ppm, 200 ppm, atau 500 ppm) dalam makanan kelinci dapat memengaruhi efisiensi konversi pakan, tingkat pertumbuhan, dan persentase ganti karkas.^[216]

Toksisitas tembaga kronis biasanya tidak terjadi pada manusia karena sistem transportasi yang mengatur penyerapan dan ekskresi. Mutasi resesif autosomal pada protein transpor tembaga dapat menonaktifkan sistem ini, menyebabkan penyakit Wilson dengan akumulasi tembaga dan sirosis hati pada orang yang mewarisi dua gen yang rusak.^[200]

Peningkatan kadar tembaga juga dikaitkan dengan memburuknya gejala penyakit Alzheimer.^[217][218]

Paparan manusia

Di Amerika Serikat, Administrasi Keselamatan dan Kesehatan Kerja (OSHA) telah menetapkan batas paparan yang diizinkan (PEL) untuk debu dan asap tembaga di tempat kerja sebagai rata-rata tertimbang waktu (TWA) sebesar 1 mg/m³.^[219] Institut Nasional untuk Keselamatan dan Kesehatan Kerja (NIOSH) telah menetapkan batas paparan yang direkomendasikan (REL) sebesar 1 mg/m³, rata-rata tertimbang waktu. Nilai IDLH (langsung berbahaya bagi kehidupan dan kesehatan) tembaga adalah 100 mg/m³.^[220]

Tembaga adalah komponen dalam asap tembakau.^[221][222] Tumbuhan tembakau dapat dengan mudah menyerap dan mengakumulasi logam berat, seperti tembaga dari tanah di sekitarnya ke dalam daunnya. Ia mudah diserap ke dalam tubuh pengguna setelah menghirup asap.^[223] Implikasi kesehatannya tidak jelas.^[224]

Lihat pula

• Tembaga dalam energi terbarukan
• Nanopartikel tembaga
• Korosi erosi tabung air tembaga
• Daftar negara menurut produksi tembaga
• Pencurian logam
  • Operasi Tremor
• Anaconda Copper
• Antofagasta PLC
• Codelco
• Tambang El Boleo
• Tambang Grasberg