คำและโลหะมาจากไหน
ทองแดงเป็นหนึ่งในโลหะที่เก่าแก่ที่สุดที่ผู้คนใช้และเป็นโลหะธรรมดาชนิดเดียวที่เกิดขึ้นในธรรมชาติในรูปแบบโลหะที่ใช้งานได้ ข้อเท็จจริงข้อเดียวนี้อธิบายถึงจุดยืนของมันในเทคโนโลยียุคแรกๆ: ชิ้นส่วนของทองแดงพื้นเมืองสามารถขึ้นรูปได้โดยการตอกโดยไม่มีขั้นตอนการถลุง ดังนั้น การผลิตทองแดงจึงเริ่มต้นก่อนทองแดงและเหล็กมานาน ชื่อภาษาละตินของโลหะคือคิวรัม (Cuprum) มาจากชื่อของเกาะไซปรัส ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดที่คนงานโลหะชาวโรมันได้รับแร่จำนวนมาก และรากนั้นยังคงอยู่ในสัญลักษณ์ทางเคมี Cu และในชื่อของโลหะในภาษายุโรปหลายภาษา
การค้นพบว่าทองแดงสามารถผสมกับดีบุกเพื่อผลิตทองแดงได้ทำให้เกิดวัสดุที่แข็งขึ้นซึ่งสามารถยึดขอบและหล่อเป็นรูปทรงที่ซับซ้อนได้ และระยะเวลาการใช้งานยังคงเรียกว่ายุคสำริด ทองเหลืองซึ่งเป็นโลหะผสมของทองแดงและสังกะสี ต่อมากลายเป็นวัสดุมาตรฐานสำหรับอุปกรณ์ตกแต่งและทนต่อการกัดกร่อน โลหะผสมนิกเกิลทองแดงตามมาเมื่อวิศวกรต้องการโลหะที่สามารถทนทานต่อน้ำทะเลได้ และโลหะผสมทั้งสามชนิดนี้เมื่อรวมกับทองแดงบริสุทธิ์ ยังคงเป็นทองแดงส่วนใหญ่ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน
คุณสมบัติทางกายภาพโดยสรุป
| คุณสมบัติ | ค่าหรือคำอธิบาย |
|---|---|
| ความหนาแน่น | ประมาณ 8.96 ก./ซม. ที่อุณหภูมิห้อง |
| จุดหลอมเหลว | ประมาณ 1,084 ถึง 1,085 องศาเซลเซียส |
| จุดเดือด | อุณหภูมิประมาณ 2560 องศาเซลเซียส |
| การนำไฟฟ้า | มาตรฐานทองแดงอบอ่อนสากลกำหนดการนำไฟฟ้า 100 เปอร์เซ็นต์โดยอ้างอิงกับทองแดงอบอ่อน เงินเท่านั้นที่ดำเนินการได้ดีกว่า |
| การนำความร้อน | ประมาณ 400 วัตต์ต่อเมตรเคลวินที่อุณหภูมิห้อง สูงกว่าอะลูมิเนียมและสูงกว่าเหล็กมาก |
| โครงสร้างคริสตัล | ใบหน้ามีลูกบาศก์อยู่ตรงกลาง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมโลหะจึงมีความเหนียวมาก |
| พฤติกรรมแม่เหล็ก | ไม่เป็นแม่เหล็ก ได้รับผลกระทบเล็กน้อยจากสนามแม่เหล็ก |
| สี | สีส้มแดงเมื่อสะอาด เข้มขึ้นเป็นสีน้ำตาลและสีเขียวเมื่อคราบบนพื้นผิวพัฒนาขึ้น |
คุณสมบัติเหล่านั้นอธิบายการใช้งานส่วนใหญ่ในชีวิตประจำวัน ค่าการนำไฟฟ้าสูงทำให้ทองแดงเป็นวัสดุอ้างอิงสำหรับการเดินสายไฟ มอเตอร์ และหม้อแปลงไฟฟ้า การนำความร้อนสูงทำให้เป็นตัวเลือกแรกสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เครื่องทำความร้อน และอุปกรณ์ทำอาหาร และโครงสร้างลูกบาศก์ที่อยู่ตรงกลางหน้าทำให้มีความเหนียวซึ่งช่วยให้สามารถดึงลวดให้ได้ขนาดที่ละเอียดมากและแผ่นสามารถดึงลึกเข้าไปในรูปทรงที่ซับซ้อนได้
คราบ การกัดกร่อน และสี
เมื่อทองแดงสัมผัสกับบรรยากาศ พื้นผิวจะค่อยๆ ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและความชื้น และต่อมากับสารประกอบซัลเฟอร์และคาร์บอเนต ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเป็นชั้นบางๆ ชั้นนั้นคือสิ่งที่ทำให้หลังคาทองแดงและวัสดุหุ้มมีการเปลี่ยนสีตามลักษณะเฉพาะ โลหะสว่างจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลภายในไม่กี่เดือน เข้มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปหลายปี และในที่สุดก็พัฒนาพื้นผิวสีเขียวที่เรียกว่าคราบ คราบมีการป้องกันมากกว่าการทำลาย เนื่องจากจะทำให้ปฏิกิริยาช้าลงและโลหะที่อยู่ด้านล่างยังคงแข็งแรง
ในน้ำจืดและน้ำทะเลสะอาด ทองแดงและโลหะผสมของทองแดงจะสร้างฟิล์มป้องกันที่คล้ายกันและมีความทนทานสูง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมท่อประปาทองแดงและท่อน้ำทะเลทองแดงนิกเกิลจึงมีประวัติการใช้งานที่ยาวนานเช่นนี้ อย่างไรก็ตาม โลหะมีความไวต่อแอมโมเนียและสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์บางชนิด และทองแดงที่สัมผัสกับโลหะมีตระกูลน้อยกว่าในสภาพแวดล้อมที่เปียกอาจทำให้เกิดการโจมตีด้วยไฟฟ้ากับวัสดุอื่น ๆ การทำความเข้าใจว่าเงื่อนไขใดที่มีอยู่เป็นพื้นฐานของการเลือกวัสดุที่ถูกต้อง
ข้อเท็จจริงทองแดงทุกวัน
ทองแดงเป็นวัสดุต้านจุลชีพตามธรรมชาติ: การศึกษาในห้องปฏิบัติการแสดงให้เห็นว่าแบคทีเรียและไวรัสจะถูกยับยั้งอย่างรวดเร็วบนพื้นผิวทองแดงและโลหะผสมของทองแดง ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้พื้นผิวสัมผัสของทองแดงถูกนำมาใช้ในโรงพยาบาลและอาคารสาธารณะ
มันเป็นธาตุสำคัญในอาหารของมนุษย์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเผาผลาญธาตุเหล็กและในการทำงานของเอนไซม์หลายชนิด
ทองแดงสามารถรีไซเคิลได้ไม่จำกัดโดยไม่สูญเสียคุณสมบัติ และทองแดงส่วนใหญ่ที่หมุนเวียนในปัจจุบันมาจากวัสดุรีไซเคิล แทนที่จะมาจากแร่ที่เพิ่งขุดใหม่
โลหะผสมทองแดงประกอบด้วยทองเหลืองผสมกับสังกะสี บรอนซ์กับดีบุก และคิวโปรนิกเกิลกับนิกเกิล ซึ่งแต่ละชนิดได้รับการพัฒนาเพื่อให้มีความสมดุลด้านความแข็งแกร่ง ความต้านทานการกัดกร่อน และรูปลักษณ์ที่แตกต่างกัน
โลหะนี้ถูกใช้ในการทำเหรียญกษาปณ์ เครื่องดนตรี เครื่องครัว ท่อประปา มอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และในขดลวดของหม้อแปลงเกือบทุกตัว
เนื่องจากไม่ใช่แม่เหล็ก ทองแดงจึงถูกใช้ในการใช้งานที่วัสดุแม่เหล็กอาจรบกวนอุปกรณ์ได้
ทำไมทองแดงถึงยังคงมีความสำคัญในอุตสาหกรรม
ทองแดงและโลหะผสมยังคงเป็นวัสดุอ้างอิงสำหรับการนำไฟฟ้าและการถ่ายเทความร้อน และความต้องการก็เพิ่มขึ้นตามการใช้พลังงานไฟฟ้า การผลิตพลังงานหมุนเวียน และการก่อสร้างศูนย์ข้อมูล ในเวลาเดียวกัน อายุการใช้งานที่ยาวนานของโลหะและมูลค่าการรีไซเคิลที่สูงทำให้ผลิตภัณฑ์ทองแดงเป็นหนึ่งในวัสดุอุตสาหกรรมที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้มากที่สุด สำหรับผู้ผลิต การผสมผสานระหว่างประสิทธิภาพและความสามารถในการคืนสภาพเป็นรากฐานของการใช้ผลิตภัณฑ์ท่อทองแดง แท่ง แถบ และโลหะผสมอย่างต่อเนื่องในตลาดทางทะเล พลังงาน และการก่อสร้าง
คำถามที่พบบ่อย
ถาม: ทำไมทองแดงถึงเรียกว่า Cu?
สัญลักษณ์ทางเคมีมาจากคิวรัม ซึ่งเป็นชื่อละตินของโลหะ ซึ่งมาจากชื่อของไซปรัส ซึ่งเป็นแหล่งแร่ทองแดงที่สำคัญในสมัยโรมัน
ถาม: ทองแดงนำไฟฟ้าได้ดีกว่าเงินหรือไม่?
ไม่ เงินมีค่าการนำไฟฟ้าสูงที่สุดในบรรดาโลหะทุกชนิด และทองแดงอบอ่อนถูกกำหนดให้เป็นจุดอ้างอิง 100 เปอร์เซ็นต์ของมาตรฐานทองแดงอบอ่อนสากล ทองแดงเป็นที่ต้องการในทางปฏิบัติ เนื่องจากมีการรวมเอาการนำไฟฟ้าที่สูงมากเข้ากับต้นทุนที่ต่ำกว่า ความแข็งแรงที่ดี และการผลิตที่ง่ายดาย
ถาม: ทำไมทองแดงถึงเปลี่ยนเป็นสีเขียว?
สารประกอบออกซิเจนในบรรยากาศ ความชื้น ซัลเฟอร์ และคาร์บอเนตทำปฏิกิริยากับพื้นผิวเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ชั้นสีเขียวที่เกิดขึ้นซึ่งเรียกว่าคราบ (patina) มีความเสถียรและปกป้องได้ ดังนั้นโลหะที่อยู่ด้านล่างจึงไม่ถูกบริโภค
ถาม: ทองแดงเป็นแม่เหล็กหรือไม่
ไม่ ทองแดงไม่ใช่แม่เหล็ก ซึ่งเป็นเหตุผลหนึ่งที่ทองแดงถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์ไฟฟ้าและในการใช้งานที่ต้องหลีกเลี่ยงการรบกวนทางแม่เหล็ก
ถาม: ทองแดงมีคุณสมบัติต้านจุลชีพหรือไม่?
ใช่. ทองแดงและโลหะผสมของทองแดงหลายชนิดยับยั้งแบคทีเรียและไวรัสบนพื้นผิวได้ค่อนข้างรวดเร็ว ดังนั้นพื้นผิวสัมผัสของโลหะผสมทองแดงจึงถูกนำมาใช้ในสถานพยาบาลและอาคารสาธารณะเพื่อลดการปนเปื้อนระหว่างการสัมผัส
ถาม: ทองแดงสามารถรีไซเคิลได้หรือไม่?
ใช่ซ้ำแล้วซ้ำอีกและไม่สูญเสียคุณสมบัติ ทองแดงรีไซเคิลเป็นส่วนสำคัญของอุปทานทั้งหมด ซึ่งเป็นเหตุผลหนึ่งที่ผลิตภัณฑ์ทองแดงยังคงรักษามูลค่าไว้เมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งาน
ถาม: ทองเหลืองและทองแดงแตกต่างกันอย่างไร?
ทองเหลืองเป็นโลหะผสมของทองแดงผสมกับสังกะสี และใช้สำหรับความสามารถในการแปรรูป ลักษณะที่ปรากฏ และความต้านทานการกัดกร่อน บรอนซ์เป็นโลหะผสมของทองแดงผสมกับดีบุก ซึ่งมักจะแข็งกว่าและทนทานต่อการสึกหรอมากกว่า และใช้สำหรับตลับลูกปืน การหล่อ และอุปกรณ์ทางทะเล
