bakar
hemijski element
bakar (Cu), hemijski element, crvenkasti, izuzetno duktilni metal grupe 11 (Ib) periodnog sistema koji je neobično dobar provodnik struje i toplote. Bakar se u prirodi nalazi u slobodnom metalnom stanju. Ovaj autohtoni bakar je prvi put korišten (oko 8000 pne) kao zamjena za kamen od strane ljudi iz neolita (novo kameno doba). Metalurgija je osvanula u Mezopotamiji kada je bakar lijevan u kalupe (oko 4000. p. n. e.), pretvoren u metal iz ruda vatrom i drvenim ugljem i namjerno legiran kalajem kao bronza (oko 3500. p. n. e.). Rimske zalihe bakra gotovo su u potpunosti stizale sa Kipra. Bio je poznat kaoaes Cyprium, "metal Kipra", skraćeno nacypriuma kasnije i korumpirancuprum. Vidi takođerbronza.
| atomski broj | 29 |
|---|---|
| atomska težina | 63.546 |
| tačka topljenja | 1,083 stepen (1,981 stepen F) |
| tačka ključanja | 2,567 stepeni (4,653 stepena F) |
| gustina | 8,96 na 20 stepeni (68 stepeni F) |
| valence | 1, 2 |
| konfiguracija elektrona | 2-8-18-1 ili (Ar)3d104s1 |
Pojava, upotreba i svojstva
bakar
Bakar sa poluostrva Keweenaw, Michigan, SAD
Prirodni bakar se nalazi na mnogim lokacijama kao primarni mineral u bazaltnim lavama, kao i kao reduciran iz jedinjenja bakra, kao što su sulfidi, arsenidi, hloridi i karbonati. (Za mineraloška svojstva bakra,viditabela prirodnih elemenata.) Bakar se javlja u kombinaciji sa mnogim mineralima, kao što su halkocit, halkopirit, bornit, kuprit, malahit i azurit. Prisutan je u pepelu morskih algi, u mnogim morskim koraljima, u ljudskoj jetri i u mnogim mekušcima i člankonošcima. Bakar igra istu ulogu u transportu kiseonika u hemocijaninu plavokrvnih mekušaca i rakova kao i gvožđe u hemoglobinu crvenokrvnih životinja. Bakar prisutan u ljudima kao element u tragovima pomaže u katalizi stvaranja hemoglobina. Nalazište bakra porfira u Andama u Čileu najveće je poznato nalazište minerala. Početkom 21. stoljeća Čile je postao vodeći svjetski proizvođač bakra. Ostali veliki proizvođači su Peru, Kina i Sjedinjene Države.
Kitwe: otvoreni rudnik bakra
Površinski rudnik bakra, Kitwe, Zambija.
Bakar se komercijalno proizvodi uglavnom topljenjem ili luženjem, nakon čega obično slijedi elektrotaloženje iz sulfatnih otopina. Za detaljan tretman proizvodnje bakra,vidiprerada bakra. Najveći dio bakra proizvedenog u svijetu koristi se u elektroindustriji; većina ostatka se kombinuje sa drugim metalima da bi se formirale legure. (Također je tehnološki važan kao galvanizirani premaz.) Važne serije legura u kojima je bakar glavni sastojak su mesing (bakar i cink), bronza (bakar i kalaj) i nikl srebro (bakar, cink i nikl, br. srebro). Postoje mnoge korisne legure bakra i nikla, uključujući Monel; dva metala se potpuno miješaju. Bakar takođe čini važnu seriju legura sa aluminijumom, koje se nazivaju aluminijumske bronze. Berilijum bakar (2 posto Be) je neobična legura bakra po tome što se može očvrsnuti termičkom obradom. Bakar je dio mnogih metala za kovanje novca. Dugo nakon što je bronzano doba prešlo u željezno doba, bakar je ostao metal na drugom mjestu po upotrebi i važnosti nakon željeza. Do 1960-ih, međutim, jeftiniji i mnogo bogatiji aluminijum se pomerio na drugo mesto u svetskoj proizvodnji.
| zemlja | proizvodnja rudnika 2016 (metričke tone)* | % svjetske proizvodnje rudnika | prikazane rezerve 2016 (metričke tone)* | % iskazanih svjetskih rezervi |
|---|---|---|---|---|
| *Procijenjeno. | ||||
| **Zbog zaokruživanja, detalji se ne zbrajaju sa datim ukupnim iznosom. | ||||
| Izvor: Ministarstvo unutrašnjih poslova SAD, Sažeci mineralnih proizvoda 2017. | ||||
| Čile | 5,500,000 | 28.4 | 210,000,000 | 29.2 |
| Peru | 2,300,000 | 11.9 | 81,000,000 | 11.3 |
| kina | 1,740,000 | 9.0 | 28,000,000 | 3.9 |
| Sjedinjene Države | 1,410,000 | 7.3 | 35,000,000 | 4.9 |
| Australija | 970,000 | 5.0 | 89,000,000 | 12.4 |
| Kongo (Kinšasa) | 910,000 | 4.7 | 20,000,000 | 2.8 |
| Zambija | 740,000 | 3.8 | 20,000,000 | 7.4 |
| Kanada | 720,000 | 3.7 | 11,000,000 | 1.5 |
| Rusija | 710,000 | 3.7 | 30,000,000 | 4.2 |
| Meksiko | 620,000 | 3.2 | 46,000,000 | 6.4 |
| drugim zemljama | 3,800,000 | 19.6 | 150,000,000 | 20.8 |
| svjetski total | 19,400,000** | 100** | 720,000,000 | 100** |
bakrenih kablova
Bakarni električni kablovi. Zbog visoke električne provodljivosti bakra, on se intenzivno koristi u elektroindustriji.(više)
Bakar je jedan od najduktilnijih metala, nije posebno jak ili tvrd. Čvrstoća i tvrdoća se znatno povećavaju hladnom obradom zbog formiranja izduženih kristala iste kubične strukture sa središtem lica koja je prisutna u mekšem žarenom bakru. Uobičajeni plinovi, kao što su kisik, dušik, ugljični dioksid i sumpor-dioksid, rastvorljivi su u rastopljenom bakru i u velikoj meri utiču na mehanička i električna svojstva očvrslog metala. Čisti metal je drugi nakon srebra po toplotnoj i električnoj provodljivosti. Prirodni bakar je mješavina dva stabilna izotopa: bakra-63 (69,15 posto) i bakra-65 (30,85 posto).
Britannica Quiz
Činjenice koje biste trebali znati: kviz o periodičnoj tablici
Budući da se bakar nalazi ispod vodika u elektromotornom nizu, nije topiv u kiselinama s evolucijom vodika, iako će reagirati s oksidirajućim kiselinama, kao što su dušična i vruća, koncentrirana sumporna kiselina. Bakar je otporan na djelovanje atmosfere i morske vode. Međutim, dugotrajno izlaganje zraku dovodi do stvaranja tankog zelenog zaštitnog premaza (patine) koji je mješavina hidroksokarbonata, hidroksosulfata i malih količina drugih spojeva. Bakar je umjereno plemenit metal, na njega ne utječu neoksidirajuće ili nekompleksne razrijeđene kiseline u odsustvu zraka. Međutim, on će se lako rastvoriti u azotnoj kiselini i u sumpornoj kiselini u prisustvu kiseonika. Također je rastvorljiv u vodenoj otopini amonijaka ili kalijevog cijanida u prisustvu kisika zbog stvaranja vrlo stabilnih cijano kompleksa nakon rastvaranja. Metal će reagovati na crvenoj toploti sa kiseonikom dajući bakrov oksid, CuO, i, na višim temperaturama, bakrov oksid, Cu2O. Reaguje pri zagrevanju sa sumporom dajući bakrov sulfid, Cu2S.
Glavna jedinjenja
Bakar formira jedinjenja u oksidacionim stanjima +1 i +2 u svojoj normalnoj hemiji, iako se pod posebnim okolnostima mogu pripremiti neka jedinjenja trovalentnog bakra. Pokazalo se da trovalentni bakar ne preživi više od nekoliko sekundi u vodenom rastvoru.
cuprite
Cuprite iz Namibije.
Jedinjenja bakra(I) (bakra) su sva dijamagnetna i, uz nekoliko izuzetaka, bezbojna. Među važnim industrijskim spojevima bakra(I) su bakrov oksid (Cu2O), bakrov hlorid (Cu2Cl2), i bakrov sulfid (Cu2S). Bakrov oksid je crveni ili crvenkasto smeđi kristal ili prah koji se u prirodi javlja kao mineral kuprit. Proizvodi se u velikim razmjerima redukcijom miješanih ruda oksida bakra metalom bakra ili elektrolizom vodene otopine natrijevog klorida pomoću bakrenih elektroda. Čisto jedinjenje je nerastvorljivo u vodi, ali je rastvorljivo u hlorovodoničnoj kiselini ili amonijaku. Bakrov oksid se uglavnom koristi kao crveni pigment za boje protiv obrastanja, čaše, porculanske glazure i keramiku i kao fungicid za sjeme ili usjeve.
Kuprohlorid je bjelkasta do sivkasta čvrsta supstanca koja se javlja kao mineral nantokit. Obično se priprema redukcijom bakar(II) hlorida metalnim bakrom. Čisto jedinjenje je stabilno na suvom vazduhu. Vlažan vazduh ga pretvara u zelenkasto oksigenirano jedinjenje, a nakon izlaganja svetlosti se pretvara u bakar(II) hlorid. Nerastvorljiv je u vodi, ali se otapa u koncentrovanoj hlorovodoničnoj kiselini ili u amonijaku zbog stvaranja kompleksnih jona. Kuprohlorid se koristi kao katalizator u brojnim organskim reakcijama, posebno u sintezi akrilonitrila iz acetilena i cijanovodonika; kao sredstvo za obezbojenje i odsumporavanje naftnih derivata; kao denitrirajući agens za celulozu; i kao kondenzator za sapune, masti i ulja.
Bakrov sulfid se javlja u obliku crnog praha ili grudica i nalazi se kao mineral halkocit. Velike količine jedinjenja se dobijaju zagrevanjem bakrovog sulfida (CuS) u struji vodonika. Bakrov sulfid je nerastvorljiv u vodi, ali je rastvorljiv u amonijum hidroksidu i azotnoj kiselini. Njegove primjene uključuju upotrebu u solarnim ćelijama, svjetlećim bojama, elektrodama i određenim vrstama čvrstih maziva.
Jedinjenja bakra(II) komercijalne vrijednosti uključuju bakrov oksid (CuO), bakrov hlorid (CuCl2), i bakrov sulfat (CuSO4). Bakrov oksid je crni prah koji se javlja kao minerali tenorit i paramelakonit. Velike količine se proizvode prženjem miješanih ruda oksida bakra u peći na temperaturi ispod 1.030 stepeni (1.900 stepeni F). Čisto jedinjenje se može rastvoriti u kiselinama i alkalnim cijanidima. Bakrov oksid se koristi kao pigment (od plave do zelene) za čaše, porculanske glazure i umjetne dragulje. Također se koristi kao sredstvo za odsumporavanje naftnih plinova i kao oksidacijski katalizator.
bakrov hlorid je žućkasti do smeđi prah koji lako upija vlagu iz zraka i pretvara se u zelenkastoplavi hidrat, CuCl2∙2H2O. Hidrat se obično priprema propuštanjem hlora i vode u kontaktnom tornju napunjenom metalnim bakrom. Bezvodna so se dobija zagrevanjem hidrata na 100 stepeni (212 stepeni F). Kao i bakrov hlorid, bakrov hlorid se koristi kao katalizator u brojnim organskim reakcijama – npr. u hloriranju ugljovodonika. Osim toga, služi kao sredstvo za zaštitu drva, jedkalo (fiksator) u bojanju i tiskanju tkanina, dezinficijens, dodatak hrani i pigment za staklo i keramiku.
Bakrov sulfat je sol nastala tretiranjem bakrovog oksida sumpornom kiselinom. Formira se u obliku velikih, jarko plavih kristala koji sadrže pet molekula vode (CuSO4∙5H2O) i poznat je u trgovini kao plavi vitriol. Bezvodna so se proizvodi zagrevanjem hidrata na 150 stepeni (300 stepeni F). Bakrov sulfat se koristi uglavnom u poljoprivredne svrhe, kao pesticid, germicid, dodatak stočnoj hrani i zemljištu. Među njegovim manjim upotrebama su kao sirovina za pripremu drugih jedinjenja bakra, kao reagens u analitičkoj hemiji, kao elektrolit za baterije i galvanizovane kupke, i u medicini kao lokalno primenjeni fungicid, baktericid i adstringent.
Druga važna jedinjenja bakra(II) uključuju bakrov karbonat, Cu2(OH)2CO3, koji se priprema dodavanjem natrijum karbonata u rastvor bakar sulfata, a zatim filtriranjem i sušenjem proizvoda. Koristi se kao sredstvo za bojenje. Sa arsenom stvara bakar acetoarsenit (poznatiji kao pariško zeleno), konzervans za drvo i insekticid.
