روش های تولید مس

فلز مس اولین عنصری بود که توسط انسان استخراج شد. در کتب تاریخی نام ایرانیان به عنوان اولین کاشفان مس آورده شده است. مس با نماد شیمیایی Cu عضو فلزات واسطه و دارای 29 پروتون در هر اتم است. مس جزو فلزات سنگین بوده و چگالی آن 8.9 گرم بر سانتی متر مکعب (بیشتر از آهن، آلومینیوم و منیزیم) است. در بدن هر انسان حدود 500 میلی گرم مس وجود دارد اما مقدار زیاد آن کشنده است. 

مس در طبیعت به صورت ترکیبات زیادی همچون: مس کربنات، مس سولفات، مس اکسید، مس کلرید، مس هیدروکسید، مس نیتریت و ... وجود دارد. امروزه مس را با روش های گوناگون از سه ترکیب مس اکسید، مس سولفات و مس کربنات استخراج می کنند: 

1- مس اکسید (CuO): مس اکسید به رنگ های سبز، سیاه و قرمز دیده می شود و از ترکیبات فراوان مس است. مس اکسید را جهت تولید مس به کار می برند. به واکنش زیر توجه کنید: 

12CuO + C6 = 12Cu + 6CO2 

مس اکسید + کربن (زغال کک) = مس + کربن دی اکسید 

تولید مس از مس اکسید هم پربازده بوده و هم آسان و کم هزینه است. 

2- مس سولفات (CuSO4): مس سولفات یا کات کبود، ترکیبی آبی رنگ است که بسیار فراوان است. برای تولید مس از مس سولفات، ورقه های بزرگ فلز روی را در استخر بزرگی از محلول مس سولفات قرار داده و پس از انجام واکنش، مس را استخراج می کنند. به واکنش زیر توجه کنید: 

CuSO4 + Zn = ZnSO4 + Cu 

مس سولفات + روی = روی سولفات + مس 

روی سولفات حاصله را هم برای ساخت داروی های تقویتی مانند شربت زینک به کارخانه های داروسازی می فرستند. 

3- مس کربنات (CuCO3): مس کربنات سومین ترکیب فراوان مس و به رنگ آبی فیروزه ای است. برای تولید مس از مس کربنات، از چند روش استفاده می کنند: 

روش اول: CuCO3 = CuO + CO2 

12CuO + C6 = 12Cu + 6CO2 

مس کربنات (با حرارت بدون اکسیژن) = مس اکسید + کربن دی اکسید 

مس اکسید + کربن (زغال کک) = مس + کربن دی اکسید 

روش دوم: CuCO3 + H2SO4 = CuSO4 + CO2 + H2O 

CuSO4 + Zn = ZnSO4 + Cu 

مس کربنات + سولفوریک اسید = مس سولفات + کربن دی اکسید + آب 

مس سولفات + روی = روی سولفات + مس 

البته از تمامی ترکیبات مس می توان با روش الکترولیز فلز مس بدست آورد. برای اطلاعات بیشتر، به مقاله «الکترولیز چیست؟» وبلاگ مراجعه نمائید. 

آزمایش منیزیم و مس سولفات

در پست های قبلی اعلام کردیم که آهن با مس سولفات واکنش داده و تولید آهن سولفات و مس می کند. مثلا اگر یک میخ آهنی را در محلول مس سولفات (کات کبود) قرار دهیم، رنگ آبی محلول به سبز تغییر کرده و لایه ای از مس روی میخ آهنی تشکیل می شود. بیشتر فلزات همین گونه با مس سولفات واکنش می دهند. مثلا روی و منیزیم هم تولید روی سولفات و منیزیم سولفات می کنند که روی سولفات به رنگ آبی پررنگ و منیزیم سولفات به رنگ آبی کمرنگ هستند.

منیزیم به سرعت با مس سولفات واکنش داده و به این صورت نوشته می شود:

Mg + CuSO4 = MgSO4 + Cu

منیزیم + مس سولفات = منیزیم سولفات + مس

البته در این میان حباب های گازی هم دیده می شوند که به خاطر واکنش اکسید مس و اکسید منیزیم به وجود می آیند:

MgO + CuO = Cu + Mg + O2

منیزیم اکسید + مس اکسید = مس + منیزیم + اکسیژن 

سدیم هیدروکسید بسازید!

بدون شک یکی از مهم ترین مواد شیمیایی در آزمایشگاه، سود سوز آور یا همان سدیم هیدروکسید (NaOH) است. ولی کسی که شیمی دان حرفه ای نیست و در خانه برای تفریح آزمایش می کند، نمی تواند هزینه ی زیادی را صرف مواد آزمایشگاهی کند. سدیم هیدروکسید در مایع لوله باز کن وجود دارد ولی روش به صرفه ای به نطر نمی رسد.

بهترین روش مخلوط کردن ماسع سفید کننده (وایتکس) با فلز آلومینیوم (می توانید از فویل آلومینیومی استفاده کنید) است. به رابطه زیر توجه  کنید:

6NaClO + 6H2O + 2Al = 2AlCl3 + 3O2 + 6H2O + 6Na + 6H2O = 2AlCl3 + 3O2 + 3H2 + 6NaOH

سدیم هیپوکلریت + آب + آلومینیوم = آلومینیوم کلرید + اکسیژن + آب + سدیم = آلومینیوم کلرید + اکسیژن + هیدروژن + سدیم هیدروکسید

این واکنش بسیار گرماده است و رنگ مایع آن از زرد روشن به زرد تیره و سپس به بنفش در می آید، چون واکنش فلز سدیم با آب رنگ بنفش تولید می کند (سدیم در آب می سوزد). آلومینیوم کلرید ته نشین شده و گازهای هیدروژن و اکسیژن از ظرف خارج می شوند، پس می توانید مایع آن را به عنوان محلول سدیم هیدروکسید استفاده کنید.

چرا اسید پلاستیک را نمی سوزاند؟

تا به حال به این فکر کرده اید که چرا بیشتر اسیدها در ظروف پلاستیکی نگهداری می شوند؟ چون اسید نمی تواند پلاستیک را بخورد. تا به حال هیچ اسیدی کشف نشده که بتواند پلاستیک را در خود حل کند. اما چرا؟ 

چون پلاستیک همیشه به گرفتن الکترون و منفی شدن تمایل دارد و اسیدها تمایل دارند که با کاتیون ها (یون های مثبت) واکنش دهند، زیرا پروتون (به یون مثبت هیدروژن پروتون هم می گویند، چون فقط از ذره ی پروتون ساخته شده است) اسید جایش را با کاتیون جدید عوض می کند ولی در پلاستیک کاتیونی وجود ندارد که پروتون با آن جا به جا شود و به همین خاطر اسید در سوزاندن و واکنش دادن با پلاستیک ناتوان است.  

یک پیل (باتری) بسازید!

برای ساختن پیل به سه عضو نیاز داریم: قطب مثبت، قطب منفی و الکترولیت. در واقع قطب مثبت پیل باید رسانایی باشد که عدد اکسایش آن از رسانای قطب منفی بیشتر باشد. عدد اکسایش تمایل یک عنصر را برای یون مثبت یا منفی شدن و ظرفیت آن نشان می دهد. مثلا عدد اکسایش کربن 4+ است، یعنی می تواند چهار الکترون از دست بدهد و یون 4+ شود. 

الکترولیت ماده ی رسانایی است که با قطب ها واکنش می دهد. مثلا در باتری اتومبیل از سولفوریک اسید رقیق به عنوان الکترولیت استفاده می شود. 

قدم اول در ساخت پیل، تهیه لوازم و مواد است. عدد اکسایش برخی عناصر رسانا: آهن 2+ یا 3+، آلومینیوم 3+، روی 2+ یا 1+، مس 2+، کربن 4+، طلا 3+، نقره 1+ و ... پس مناسب ترین رسانا برای قطب مثبت کربن و بهترین رسانا برای قطب منفی نقره است اما از آنجا که نقره فلزی گران بها است، برای ساخت باتری از کربن و روی استفاده می شود. 

شما هم برای ساخت پیل می توانید از یک میله ی کربنی مانند نوک مداد و میخ های گالوانیزه (روی) استفاده کنید. هرچه الکترولیت قوی تر باشد ولتاژ تولیدی باتری هم بیشتر خواهد بود. شما می توانید از آب نمک، آب لیموترش، سرکه، آب گوجه فرنگی یا اسیدهای قوی تر مانند سولفوریک اسید استفاده نمایید. 

البته باید توجه داشت که اسید بسیار قوی و غلیظ هم موجب از بین رفتن قطب ها و پیل می شود. حال الکترولیت را در ظرفی بریزید و قطب ها را وارد آن کنید. شما یک باتری درست کرده اید که در حدود 0.5 الی 1 ولت برق ایجاد می کند. در این باتری، یون های مثبت روی در اسید حل و روی دارای بار منفی می شود و به دلیل اختلاف پتانسیل الکتریکی، الکترون های روی به سمت کربن شارش می یابند.