תוֹכֶן
יתכן שאתה מכיר את הנחושת המתכתית בצורה הטובה ביותר מהפרוטות הישנות יותר, העשויות נחושת ומתכות אחרות. אולם נחושת ממלאת תפקידים מכריעים רבים ברחבי העולם בשל תכונותיה הייחודיות. אחת מהתכונות הללו היא המוליכות שלה, או יכולתו להוליך חשמל. המוליכות הגבוהה של הנחושת הופכת אותו לאידיאלי למטרות חשמל.
TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
נחושת היא מתכת לא יקרה, בצבע אדום-זהב, עם מוליכות חשמלית גבוהה. למעשה, המוליכות של הנחושת היא כה גבוהה עד שהיא נחשבת לסטנדרט שלפיו משווים מתכות וסגסוגות אחרות שאינן יקרות. המוליכות של נחושת מושפעת מתוספת מתכות אחרות לייצור סגסוגות.
מאפייני נחושת
נחושת היא מתכת אטרקטיבית בצבע זהב אדום. זה נקרא נחושת על שם המילה האנגלית הישנה "קופר", שמקורה ב"סיפריום אייס ", שהיא המילה הלטינית למתכת מקפריסין. סמל האטום של הנחושת הוא "Cu", והמספר האטומי שלו הוא 29. נחושת הייתה האדם המתכתי הראשון שעבד אי פעם. בסופו של דבר אנשים גילו שאם ישלבו נחושת עם פח המתכת, הם יוכלו לייצר סוג חדש של מתכת בשם ברונזה. זה השיק את מה שאנו מכנים תקופת הברונזה, שבה התרבות זינקה קדימה בעזרת נחושת המתכת. ברונזה שימשה במטבע וכלים שעזרו לשנות את החברה.
נחושת נמצאת לרוב לצד גופרית. מקורות חשובים של נחושת כוללים כלקופיריט ו בורניט. נחושת מופקת מעפרות נחושת גופרתי ממוקש על ידי התכה ואז זיקוק באמצעות אלקטרוליזה.
מאפיין שימושי של נחושת הוא משיכותו, או יכולתו להימתח. נחושת יכולה להיות מושכת ומעוותת, ובכל זאת היא לא תישבר. זה הופך אותו לאידיאלי לשימוש כחוט. נחושת היא מתכת ניתנת לטיהור, כלומר ניתן לעצב אותה בקלות ולהשתמש בה. ככזה, הוא מעט רך. מאפיין נוסף של נחושת הוא יכולתו המצויינת להוביל חום. נחושת אינה נכנעת לקורוזיה כמו מתכות אחרות, והיא גם לא מתחמצנת או מחלידה כמו ברזל. הנחושת למעשה עמידה בפני תרכובות אורגניות רבות, ואולי התכונה החשובה ביותר שלה היא המוליכות הגבוהה שלה.
נחושת היא מתכת מעולה לעיבוד וחיבור, מכיוון שהיא קלה לעיצוב והלחמה. בנוסף, תכונה מצוינת ובעלת ערך של נחושת היא יכולתו למיחזור. לא משנה אם מקור נחושת הוא ממכרה או מחומרי מיחזור. המאפיינים המסייעים הרבים שלה נותרים ללא קשר למקור.
סגסוגות הן תערובות של מתכות, כמו תערובת נחושת ופח לייצור ברונזה, שהיא מתכת קשה יותר מנחושת. לסגסוגות מתכת יש כמה מאותן תכונות של מתכות האם שלהן, אך הן יכולות להיות שונות מאוד בהתנהגותן. תערובות סגסוגת יכולות להשפיע על המוליכות החשמלית של מתכות, למשל. השילוב של מתכות שונות עם נחושת מביא לתכונות ייחודיות לכל סגסוגת. כאשר נחושת משולבת בכסף, לסגסוגת הנוצרת יש הרבה מאותם תכונות כמו נחושת טהורה. אך אם נחושת משולבת בזרחן, הסגסוגת המתקבלת מתנהגת בצורה שונה למדי.
סגסוגות נחושת שונות מספקות שימושים שונים. לעתים קרובות למדי, סגסוגות מיוצרות לחיזוק נחושת או להגברת תכונות המוליכות החשמלית שלו.
מוליכות נחושת
המוליכות של מתכות מתייחסת ליכולתן של מתכות להוליך חשמל. המוליכות יכולה להשתנות עם תוספת של מתכות אחרות, למשל בעת ייצור סגסוגות. המתכת בעלת המוליכות הגדולה ביותר היא כסף המתכת היקרה. עלות סילבר מונעת ממנו להיות קיימא מבחינה כלכלית לשימושים חשמליים רחבי היקף. בקרב מתכות לא יקרות, מוליכות נחושת או Cu היא הגבוהה ביותר. משמעות הדבר היא כי נחושת יכולה לשאת יותר זרם חשמלי מאשר מתכות לא יקרות אחרות. למעשה, משווים את המוליכות של מתכות לא יקרות אחרות לנחושת מכיוון שנחושת הפכה לסטנדרט האולטימטיבי.
תקן המוליכות נקרא תקן הנחושת הבינלאומי Anneals, או IACS. אחוז ה- IACS של חומר מתייחס למוליכות החשמלית שלו, ואחוז ה- IACS של נחושת טהורה נחשב למאה אחוז. לעומת זאת המוליכות של דרגות אלומיניום ב 61 אחוז IACS. מוליכות Cu מושפעת מתוספת מתכות שונות ליצירת סגסוגות. סגסוגות נחושת עם יותר מ 99.3 אחוז תכולת נחושת נקראות "נחושת". סגסוגות מסוימות מכילות אחוזים גבוהים מאוד של נחושת, ואלה נקראות "סגסוגות נחושת גבוהות." בעוד שאחוז הנחושת משפיע על מוליכות Cu, זה מושפע באופן הבולט ביותר ממה סוג החומרים שהוא משולב בהם. פיתרון בדרך כלל מתרחש כאשר סגסוגות דבקות נחושת נעשות חזקות יותר. בדרך כלל הסגסוגות הללו נמוכות במוליכות.
ל- Cu-ETP (Electronic Touch Pitch) יש 100 אחוז IACS והוא הכינוי לסוג הנחושת המשמש בחוטים, כבלים ומוטות אוטובוס. נחושת יצוקה, או Cu-C, היא 98 אחוז IACS, כך שהיא גם גבוהה במוליכות. כאשר מוסיפים פח, מגנזיום, כרום, ברזל או זירקוניום ליצירת סגסוגות עם נחושת, חוזק המתכת עולה, אך המוליכות שלו יורדת. לדוגמה, נחושת-פח או CuSnO.15 מוליכות Cu נמוכה כמו 64 אחוז IACS. בהתאם לפונקציית הסגסוגת, מוליכות ה- Cu יכולה לרדת משמעותית. ישנם עדיין סגסוגות המספקים יכולת עיבוד טובה וגם מוליכות גבוהה בשילוב. דוגמאות לכך כוללות סגסוגות נחושת-טלוריום (CuTep) וסגסוגות נחושת-גופרית (CuSP). המוליכות שלהם נע בין 64 ל- 98 אחוז IACS. סגסוגות אלה מתגלות כיעילות למדי למרכיבי מוליכים למחצה ולטיפים לריתוך התנגדות. לפעמים חומרים מבוססי נחושת דורשים קשיות וחוזק גבוהים עם מוליכות Cu מתונה; דוגמא לכך היא תערובת של נחושת, ניקל וסיליקון, המעניקה מוליכות Cu של 45 עד 60 אחוז IACS. בקצה המוליכות הנמוך של הסולם, פליז הם סגסוגות נחושת אשר מצוינות ליציקה. אחוז ה- IACS שלהם מרחף סביב 20. דוגמה אחת לסגסוגות המוליכות הנמוכות של Cu זו היא אבץ נחושת. לפעמים סגסוגת מאוזנת מספקת מוליכות Cu נמוכה עד בינונית, אשר מועילה לצרכים חשמליים. פליז נחושת ואבץ נכלל בקטגוריה זו, והמוליכות שלהם נעה בין 28 ל 56 אחוז IACS. הרבגוניות של הנחושת ויכולתו ליצור סגסוגות שימושיות עם כל כך הרבה מתכות שונות אינה מדהימה.
מכיוון שמוליכות Cu גבוהה כל כך, יכולתה להעביר חום גם גבוהה למדי. ייצור סגסוגות נחושת עם מוליכות גבוהה דורש הפיכת סגסוגות לעמידות להתחממות יתר כאשר הן נושאות זרם חשמלי. זה חיוני בהעברת האנרגיה, מכיוון שחום גבוה יותר ישפיע על ההתנגדות.
שימושים בנחושת
נחושת משמשת בדרכים רבות, הן פיזית והן ביולוגית. הוא משמש גם בחקלאות כרעל. פתרונות נחושת משמשים בדרך כלל כחלק מבדיקות כימיות. בגוף נחושת ממלאת תפקיד כאלמנט חיוני ההכרחי להעברת אנרגיה בתאים. יש סרטנים אפילו משתמשים בנחושת במקום בברזל כטרנספורטר החמצן העיקרי שלהם.
נחושת משמשת כמובן לייצור מטבעות; פרוטות מבוגרות הן דוגמא אחת. למעשה, רוב המטבעות מכילים בתוכם לפחות מעט נחושת.
נחושת משמשת בעיקר להעברת חשמל ומסירתו לכל הדברים היומיומיים שבהם אתה משתמש. נחושת משמשת רבות בחיווט חשמל, בנייה, מכונות, טלקומוניקציה, העברת חשמל, תובלה ושימושים תעשייתיים אחרים. זה יכול לשמש לכבלים, שנאים וחלקי מחבר. נחושת משמשת גם למחשבים ומעגלי מיקרו.
ככל שגדל שוק האנרגיה בת-קיימא גדל גם הביקוש לנחושת. נחושת שימושית ביותר בתחומים רבים וגם יכולה להיות ממוחזרת שוב ושוב. לכן זהו מרכיב מרכזי במערכות אנרגיה מתחדשת. למעשה תעשיות הרכב השמש, הרוח והחשמל חשמליות מסתמכות על נחושת שתחבר אותן לרשת החשמל. רכבים חשמליים דורשים הרבה יותר נחושת מאשר רכבים המונעים על ידי גז. המוליכות הגבוהה של הנחושת הופכת אותו ליעיל מאוד. נראה מתאים כי המתכת המשומשת ביותר על ידי בני אדם תמשיך להציע יתרונות גם בעתיד.