مس

فیزیکی

مس، نقره و طلا همگی در گروه یازدهم جدول تناوبی جای دارند از این رو برخی رفتارهای مشترک را از خود نشان می‌دهند. همهٔ این عنصرها پس از یک لایه الکترونی d دارای یک الکترون در اوربیتال sاند. ویژگی مشترک همهٔ این عنصرها، چکش خواری و رسانایی الکتریکی بالا است. لایهٔ الکترونی d که پر از الکترون است چندان در واکنش‌های میان اتمی وارد نمی‌شود بلکه پیوند فلزی از طریق الکترون اوربیتال s صورت می‌گیرد. برخلاف فلزهایی که دارای لایهٔ d نیمه پر هستند، پیوند فلزی در مس دارای ویژگی‌های پیوند کووالانسی نیست و نسبتاً ضعیف است. این مطلب دلیل سختی پایین و شکل‌پذیری بالای یک تک بلور مس است. در نگاه ماکروسکوپیک به شبکهٔ بلوری مس، در می‌یابیم که سختی آن زیر اثر یک تنش معلوم افزایش می‌یابد. از این رو مس معمولاً در قالب چندبلوری ریز که مقاومت بالاتری دارد قرار می‌گیرد تا در قالب تک‌بلوری.
نرمی مس تا حدی رسانایی الکتریکی بالا (۵۹٫۶×10⁶ زیمنس بر متر) و در نتیجه رسانایی گرمایی بالای آن را توضیح می‌دهد. مس در مقایسه با دیگر فلزهای خالص دومین رسانای گرمایی بالا در دمای اتاق را دارد. این پدیده به این دلیل است که مقاومت در برابر جابجایی الکترون در فلزها در دمای اتاق بیشتر از پراکندگی الکترون‌ها در لرزش گرمایی شبکه سرچشمه می‌گیرد که البته این لرزش برای یک فلز نرم نسبتاً ضعیف است. بیشینهٔ چگالی جریان مجاز برای مس در هوای آزاد، نزدیک به ۳٫۱×10⁶ A/m² در سطح مقطع آن است. اگر جریان از این مقدار بیشتر شود، مس انرژی گرمایی بیش از اندازه‌ای را پدیدمی‌آورد. مانند دیگر فلزها اگر مس در برابر فلزی دیگر قرار گیرد خوردگی گالوانیک روی می‌دهد.
مس یکی از چهار فلزی است رنگ طبیعی آن خاکستری یا نقره‌ای نیست. دیگر فلزهای رنگین عبارتند از: سزیم و طلا به رنگ زرد و اسمیم به رنگ آبی.

تاریخچه

«در حدود پنج هزار سال پیش از میلاد مردم غارنشین فلات ایران بر اثر تغییراتی که از لحاظ آب و هوا و تشکیل مزارع و چمنزارها به وجود آمد به دشت‌ها روی آوردند و زندگی تازه‌ای را آغاز کردند و در تمدن آن‌ها نسبت به دوران‌های پیشین پیشرفت بیشتری دیده شد. مردمی که در فلات ایران زندگی می‌کردند گه گاه به سفالگری و ساختن اشیاء با گل می‌پرداختند و با پختن آن‌ها از آن‌ها آثاری زیبا پدید می‌آوردند. آن‌ها در برخی اوقات مشاهده می‌کردند که بعضی از ظروف سفالینشان در اثر ضربه نمی‌شکند و همین‌طور در برخی اوقات از ظروفی که در آتش می‌نهادند ماده‌ای خارج می‌شد که پس از سرد شدن سخت می‌گشت. آن‌ها نام این ماده را مس گذاشتند و در ساخت ظروف و ابزار کشاورزی و جنگ از آن استفاده‌های بسیار کردند. در پایان عهد حجر پسین مردم این منطقه آلات و ابزار خود را با مس می‌ساختند و کم‌کم این‌گونه ادوات جای ابزار سنگی را که تا آن زمان متداول بود گرفت . ..... در هزاره چهارم پیش از میلاد مردم دشت‌نشین فلات ایران در کار زندگی پیشرفت بیشتری کردند … با آن‌که سنگ در ساختن آلات و ادوات در این عهد به کار می‌رفت فلز نیز بیش از دوره پیش وارد صنعت گردید، مس را با چکش صاف می‌کردند، اما طرز ذوب کردن فلزات را نمی‌دانستند و با مس سنجاق و ظروف ظریف می‌ساختند. ..... در این دوره ذوب مس نیز متداول شد و آلات و ادوات را به شیوه ریخته‌گری ساختند. در سکونت‌گاه‌های دوره مزبور چاقوها و دشنه‌هایی با تیغه مسین به دست آمده‌است. همچنین در حفاری‌های سیلک کاشان مقداری آئینه مسی جهت آرایش به دست آمده‌است. از ویژگی‌های این دوره وجود گوشواره‌هایی از طلا و لاجورد است.»
مس برای تعدادی از تمدن‌های قدیمی ثبت شده، شناخته شده بود و تاریخ استفاده از آن حد اقل به ۱۰٬۰۰۰ سال پیش می‌رسد. یک آویزه مسی، متعلق به ۸۷۰۰ سال قبل از میلاد در شمال عراق کنونی پیدا شد. نشانه‌هایی مبنی بر ذوب و خالص کردن مس از اکسیدهای آن مانند مالاکیت و آزوریت تا سال ۵۰۰۰ قبل از میلاد وجود دارد. در عوض اولین نشانه‌های استفاده از طلا تقریباً به ۴۰۰۰ سال قبل از میلاد بر می‌گردد.
مصنوعات مسی و برنزی که از شهرهای سومری و مصنوعات مصری که از مس و آلیاژ آن با قلع یافت شده تقریباً متعلق به ۳۰۰۰ سال قبل از میلاد هستند. در یکی از اهرام یک سامانه لوله‌کشی با مس پیدا شده که مربوط به۵۰۰۰ سال پیش است. مصریان دریافتند افزودن مقدار کمی قلع، قالب‌گیری مس را آسان‌تر می‌کند بنابراین آلیاژهای برنزی که در مصر کشف می‌شوند تقریباً قدمتی همانند مس دارند. استفاده از مس در چین باستان حداقل به ۲۰۰۰ سال قبل از میلاد مربوط بوده و تا ۱۲۰۰ سال قبل از میلاد در این کشور برنز مرغوب ساخته می‌شده‌است. در نظر داشته باشید چون مس به راحتی برای استفاده و کاربرد مجدد ذوب می‌شود، دوران ذکر شده تحت تأثیر جنگ‌ها و کشورگشایی‌ها قرار می‌گیرد. در اروپا مرد یخی [Ötzi]، مردی که به دقت نگهداری می‌شود و متعلق به ۳۳۰۰ سال قبل از میلاد بوده و در شمال کشور ایتالیا نزدیک مرز اتریش یافت شده‌است، تبری با نوک مسی در دست دارد که درجه خلوص فلز آن ۹۹٫۷٪ می‌باشد. مقدار زیاد آرسنیک موجود در موهای او نشان دهنده سرو و کار او با پالایش مس می‌باشد.
استفاده ار برنز در مرحله‌ای از تمدن به قدری فراگیر بود که آن مرحله را عصر برنز می‌نامند.
برنج برای یونانیان شناخته شده بود اما اولین بار به صورت گسترده توسط رومیان بکار رفت.
به خاطر زیبایی درخشانش- به‌طوری‌که در باستان برای ساخت آئینه از آن استفاده می‌شد -و نیز به دلیل ارتباط آن با قبرس که مربوط به الهه بود، در اسطوره‌شناسی و کیمیاگری فلز مس با ایزدبانو‌های آفرودیت و ونوس پیوند دارد. در کیمیاگری علامتی را که برای مس در نظر گرفته بودند، علامت سیاره ناهید نیز بود.

پیدایش

مس معمولاً به شکل معدنی یافت می‌شود. کانی‌هایی مثل آزوریت، مالاکیت و برنیت همانند سولفیدهایی از جمله کالکوپیریت (CuFeS2)، کوولین (CuS)، کالکوزین (Cu2S) یا اکسیدهایی مانند کوپریت (Cu2O) از منابع مس هستند.

ترکیبات

آلیاژهای بسیاری از مس وجود دارد برنج آلیاژ مس و روی است و برنز آلیاژ مس و قلع است.
متداول‌ترین حالات اکسیداسیون مس شامل حالت مربوط به مس یک ظرفیتی cuprous، 1+Cu و حالت cupric،2+Cu می‌باشد.
کربنات مس به رنگ سبز است که به وسیلهٔ آن ظاهر منحصر به فرد بام‌ها یا گنبدهای با پوشش مس روی بعضی ساختمان‌ها ساخته می‌شوند.
اکسیدهای مس (مانند:اکسید مس ایتریم و باریم ۷δ Yba2Cu3O یا YBCO) پایه‌های بسیاری از ابر رساناهای غیرمعمول را تشکیل می‌دهند.
ترکیبات دیگر: سولفید مس

خاصیت سطح ضد میکروبی مس و آلیاژهای آن

ظهور مقاومت میکروب‌ها در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها جان میلیون‌ها انسان را تهدید می‌کند. پس از آزمایش‌های کلینیکی و آزمایشگاهی بسیار در کشورهای مختلف جهان، ثابت شد که بسیاری از میکروارگانیسم‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک، روی سطوح مسی کشته می‌شوند. . در سال ۲۰۰۸ سطح مس به عنوان اولین ماده جامد ضد میکروبی؛ قارچ کش، باکتری کش و نابودکننده ویروس، توسط آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا (آژانس حفاظت محیط زیست ایالات متحده آمریکا) به ثبت رسید. و بیش از ۴۷۹ آلیاژ مس (جرم مس موجود در آلیاژها حداقل باید ۶۰٪ باشد) برای حفظ سلامت عمومی به ثبت رسیده‌است.
نتایج آزمایش‌ها از این قرار است: سطح مس به‌طور پیوسته آلودگی باکتریایی را در مدت دو ساعت به ۹۹٬۹ درصد کاهش داده و حتی پس از آلودگی مجدد، آلودگی کاهش می‌یابد. سطح مسی بازدارنده شکل‌گیری و رشد باکتری در طول مدت دو ساعت است.
مشاهده شده‌است که مس با سرعت 8-7 logدر ساعت میکرب‌ها را می‌کشد. هنوز هیچ میکروارگانیسمی کشف نشده‌است که بتواند در تماس با سطح مس مقاوم باشد. مس نه تنها باکتری و عوامل بیماری ویروسی را می‌کشد بلکه همچنین به سرعت اسید نوکلئیک ماده ژنتیک را نابود می‌کند و از این روی است که سلول باکتری هیچ شانسی برای موتاسیون و راهی برای ورود به میکرب‌های دیگر را ندارد، فرایندی که انتقال افقی ژن - HGT - خوانده می‌شود. در نتیجه از گسترش نسل بعدی باکتری پیشگیری می‌شود. سطح مس با نحوه اثر طیف وسیع ضد میکروب، باکتری کش، ضدویروس و قارچ کش است.
برآورد شده‌است که حدود ۸۰٪ بیماری‌های عفونی از راه تماس منتقل می‌شوند. استفاده از سطوح مسی در بیمارستان‌ها به ویژه در ICU برای دستگیره درها، شیر آب و اهرم سرویس بهداشتی، فلز تخت بیمار، میله میز بیمار، آنژیو کت، محل تماس زنگ‌ها و چراغ‌ها، نه تنها چرخه انتقال آلودگی میکربی را مختل می‌کند بلکه فعالانه خطر مقاومت باکتریایی را کاهش می‌دهد و مانع شیوع عفونت به دیگران می‌شود. در یک آزمایش کلینیکی انجام شده با استفاده از سطوح مسی در ICU میزان عفونت‌های بیمارستانی به میزان ۸۵٪ کاهش یافته‌است. این استراتژی، در کنار رعایت بهداشت دست‌ها و اصول بهداشتی معمول می‌تواند حرکت به سمت نابودی کابوس مقاوم بودن میکروب‌ها در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها باشد.

مقایسه خاصیت ضد میکروبی سطوح نقره و مس

خاصیت ضد میکربی نقره ذاتاً قوی تر از مس است. اما کارایی ضد میکربی سطح نقره، تنها در دمای بالا (۳۵ درجه سانتیگراد) و رطوبت بالا (۹۰٪ یا رطوبت نسبی بیشتر) عمل می‌کند. در حالیکه، سطح مس در دمای معمولی اتاق (۲۲ درجه سانتیگراد) و رطوبت عادی(۵۰٪) توانایی کشتن ۹۹٫۹٪ میکرب‌ها را دارد.
تا پیش از این مطالعه، نقره برای دمای عادی اتاق که در بیمارستان هم وجود دارد، آزمایش نشده بود. در تحقیق آزمایشگاهی انجام شده در ماه مه۲۰۱۰ روی باکتری MRSA، در بیمارستانی در شهر بیرمنگام، مشاهده می‌شود که سطح مس با سرعت log 7، در مدت ۷۵ دقیقه، باکتری را نابود کرده‌است. اما سطوح دارای نقره در مدت ۳۶۰ دقیقه، کارکرد معناداری نداشته‌اند.

نقش در بیولوژی

وجود مس برای کلیه گیاهان و حیوانات عالی ضروری می‌باشد. مس در آنزیم‌های متنوعی، از جمله در سیتوکروم اکسیداز سی و آنزیم حاوی Cu-Zn به نام superoxide dismutase وجود دارد و فلز اصلی در رنگدانه حامل اکسیژن hemocyanin است.RDA برای مس در بزرگسالان سالم ۹/۰ میلی‌گرم در روز می‌باشد.
مس در جریان خون عمدتاً روی پروتئین پلاسمایی بنام ceruloplasmin حرکت می‌کند. اگرچه مس اول در روده جذب می‌شود، این عنصر همبسته با آلبومین به سوی کبد منتقل می‌شود.
یک حالت ارثی که بیماری ویلسون نامیده می‌شود موجب باقی ماندن مس در بدن و عدم ورود آن به صفرا توسط کبد شود. این بیماری در صورت عدم درمان می‌تواند منجر به آسیب‌های کبدی و مغزی شود.
مس نیز به مقدار بسیار کم در تولید کلروفیل، پروتئین، کربوهیدرات‌ها و همچنین در فعال ساختن برخی از آنزیم‌ها مورد نیاز است. در صورت کمبود مس برگ‌ها کوچک مانده و سرشاخه‌های جوان را دچار برگ سوختگی می‌کند. هر چه واکنش خاک اسیدی تر باشد، مس قابل استفاده تر است. برای رفع کمبود مس از سولفات مس به تنهایی و گاهی مخلوط با آهک (به نام ترکیب بردو Bordeaux Mixture) استفاده می‌شود.

کارکردهای مس در بدن انسان

مس به فرایند سوخت و ساز بدن کمک می‌کند، سلول‌های مغزی با کمبود مس در انجام کارهای خود ناتوانند یا بسیار ضعیف عمل می‌کنند، مس باعث کمک در جذب و استفاده آهن در بدن می‌شود. مس یکی از مواد اولیه بسیاری از آنزیم‌های حیاتی بدن است. مس یک آنتی‌اکسیدان است و رادیکال‌های آزاد را نابود می‌کند که این به بدن کمک می‌کند تا با رادیکال‌های آزاد و آسیب‌های آن‌ها مانند پیری زودرس، سرطان، تخریب سلول‌های بدن و غیره مقابله کند. مس توسط سلول‌های انسان از جمله سلول‌های مغزی مورد استفاده قرار می‌گیرد تا آنجا که در عمل کردهای مغز نقش پایه‌ای دارد. سلول‌های خون برای رشد و ادامه حیات نیازمند مس هستند.
اولین سند پزشکی نوع بشر پاپیروس اسمیت است که بین سال‌های ۲۶۰۰ تا ۲۲۰۰ پیش از میلاد نوشته شده‌است. به گواه این اثر، از مس برای ضدعفونی زخم‌ها و پاکی آب آشامیدنی استفاده می‌کرده‌اند. به علاوه یونانی‌ها، رومی‌ها و ازتک‌ها، چینی‌ها برای درمان اعضای لرزان (احتمالاً منظور صرع بوده‌است)، درمان زخم‌های سوختگی، بیماری‌های پوستی مانند جرب، همین‌طور لک‌های پوستی روی گردن و گلو درد از مس سود می‌جستند. در حالیکه در ایران باستان و هند از مس برای عفونت‌های چشمی، عفونت‌های پوستی و عفونت دستگاه تناسلی استفاده می‌شد. گزارش مستندی وجود دارد که سربازان یونانی برای جلوگیری از عفونت زخم، قسمتی از شمشیر برنزی را به درون زخم باز وارد می‌کردند.

مسمومیت مس

بدن می‌تواند مس اضافی را دفع کند اما به دلیل تداخل در جذب مس و روی، دریافت بیش از اندازه مس باعث عدم جذب روی می‌شود و بالعکس، در هر دو حالت پیامدهای آن برای بدن می‌تواند جدی و حتی کشنده باشد.

ایزوتوپها

علاوه بر تعداد زیادی رادیوایزوتوپ، دو ایزوتوپ پایدار Cu-۶۳ و Cu-۶۵ موجود است. تعداد بسیار زیادی از این رادیوایزوتوپ‌ها دارای نیمه عمرهایی به مقیاس دقیقه یا کمتر دارند، طولانی‌ترین نیمه عمر متعلق به Cu-۶۴ است که مدت آن ۷/۱۲ ساعت، با دو حالت فرسایشی که منجر به محصولات جداگانه می‌شود.

کارایی مس

مس خالص را می‌توان به کمک باز پخت به صورت نورد گرم چکش کاری و خروج از قالب شکل داد؛ که قابل استفاده در محوطه‌سازی و کارهای فضای باز را پیدا می‌کند. همچنین برای سختی بیشتر در حرارت بیشتری تا حد سرخی آن را نگه داشته و سپس داخل آب می‌کنند.

کاربرد مس

امروزه کاربرد مس در HVAC، ذخیره و انتقال آب، لوله‌کشی فاضلاب و نیز تبدیل جریان متناوب به مستقیم، فیلترها و کولرهای آبی برای تضمین سلامت توصیه می‌شود. مس در پزشکی و دامپزشکی نیز استفاده می‌شود. تحقیق کاربرد مس در داروهای ضد تکثیر سلولی و سرطان نیز ادامه دارد. و
از ترکیب‌های مس به عنوان مهارگر باکتری، باکتری کش، قارچ کش و نگهدارندهٔ چوب استفاده می‌شود.

مصارف مس در ساختمان

مس برای لوله‌کشی آب سرد وگرم، مخازن آب گرم، پوشش بام، آب‌بندی و همچنین به عنوان هادی الکتریسیته کاربرد دارد. مقدار اندکی از مس به فلزات دیگر برای اهداف مختلف مثل افزایش مقاومت در برابر پوسیدگی در فولاد سازه‌ای، سهولت کار با چدن و افزایش مقاومت در آلومینیم، اضافه می‌شود.
ورقه نازکی از مس یا آلیاژهای آن به صورت آبکاری روی فلزات مختلف یا پلاستیک کشیده می‌شود و سطوح آن‌ها را هادی می‌نماید که در صنعت کاربرد زیادی دارد. از مس برای تهیه رنگ‌های شیشه و سرامیک نیز استفاده می‌شود. همچنین از نمک‌های مس برای محافظت چوب‌ها بهره می‌برند.

هشدارها

با تمامی ترکیبات مس باید طوری رفتار شود گویی سمی هستند (مگر خلاف آن مشخص باشد). این فلز در حالت پودری خطر آتش زایی دارد. ۳۰ گرم سولفات مس برای انسان کشنده‌است. مس موجود در آب آشامیدنی با غلظتی بیش از ۱ میلی‌گرم در لیتر موجب لک شدن لباس‌ها و اقلام در آب می‌گردد. مقدار بی‌خطر مس در آب آشامیدنی انسان بر حسب منبع آن متفاوت است اما مرز آن بین ۱٫۵ تا ۲ میلی‌گرم در هر لیتر می‌باشد.

صادرات مس

وجود معادن متعدد مس در ایران و صادرات آن به سایر کشورها باعث شده تا ایران تأمین‌کنندهٔ حدود ۳ درصد از ذخایر مس دنیا باشد. به عنوان مثال طی ۷ ماهه اول سال ۹۵ حدود ۲۰۰ کیلوگرم شمش مس به دیگر کشورها صادر شده‌است، که چیزی در حدود ۱٬۱۹۳٬۳۷۶ دلار می‌باشد.