Tembaga

Sifat-sifat utama

Tembaga adalah logam kemerahan, dengan pengalir eletrik dan pengalir haba yang baik (antara semua logam-logam tulen dalam suhu bilik, hanya perak mempunyai kekonduksian elektrik yang lebih tinggi daripadanya). Apabila dioksidakan, tembaga adalah bes lemah. Tembaga memiliki ciri warnanya itu oleh sebab struktur jalurnya, iaitu ia memantulkan cahaya merah dan jingga dan menyerap frekuensi-frekuensi lain dalam spektrum tampak. Bandingkan ciri-ciri optik ini dengan ciri-ciri optik perak, emas dan aluminium.
Tembaga terletak dalam keluarga yang sama seperti perak dan emas dalam jadual berkala, oleh itu ia mempunyai sifat-sifat yang serupa dengan kedua-dua logam itu. Kesemuanya mempunyai kekonduksian elektrik dan haba yang tinggi. Kesemua adalah logam yang mudah tertempa. Dalam keadaan cecair, suatu permukaan jelas (apabila tiada cahaya sekitar) logam itu kelihatan agak kehijauan, dan begitu juga dengan emas. Perak tidak memiliki sifat ini, maka ia bukan merupakan warna pelengkap untuk warna pijar jingga. Apabila tembaga lebur berada dalam keadaan cahaya terang, kita dapat melihat kilau merah jambunya. Logam lebur tembaga tidak membasahkan permukaan dan mempunyai tegangan permukaan yang sangat kuat dan membentuk titisan hampir sfera apabila dituangkan atas suatu permukaan.
Tembaga tidak larut dalam air (H₂O) dan isopropanol, atau isopropil alkohol.
Terdapatnya dua isotop stabil, ⁶³Cu dan ⁶⁵Cu, dan berpuluhan jenis radioisotop. Kebanyakan radioisotop-radioisotop ini mempunyai separuh hayat pada tertib minit atau kurang daripada itu; dan yang mempunyai hayat terpanjang, ⁶⁴Cu, mempunyai separah hayat selama 12.7 jam, dengan dua mod reputan, menjurus kepada dua hasil yang berbeza.
Terdapat sebilangan jenis aloi tembaga—logam spekulum adalah aloi tembaga/timah, loyang adalah aloi tembaga/zink, dan gangsa adalah aloi tembaga/timah. Logam monel merupakan aloi tembaga/nikel, dan juga dipanggil kupronikel. Sementara gangsa biasanya merujuk kepada aloi tembaga/timah, ia juga merupakan istilah umum bagi bermacam-macam jenis aloi tembaga, contohnya gangsa aluminium, gangsa silikon, dan gangsa mangan.
Ketulenan tembaga dinyatakan sebagai 4N bagi yang mempunyai ketulenan 99.9999% dan 7N bagi 99.9999999%. Angka menunjukkan bilangan nombor sembilan selepas titik perpuluhan.

Sejarah

Pada zaman Yunani, logam ini dikenal dengan nama chalkos (χαλκός). Tembaga merupakan sumber penting bagi orang-orang Rom dan Yunani. Pada zaman Rom, ia dikenali sebagai aes Cyprium (aes merupakan istilah umum Latin bagi aloi tembaga seperti gangsa dan logam-logam lain, dan Cyprium kerana kebanyakannya dilombong di Cyprus.) Daripada itu, perkataan ini menjadi cuprum dan dalam Bahasa Melayu kuprum. Perkataan tembaga pula berasal dari perkataan Sanskrit bagi tembaga iaitu tàmra.
Tembaga dikaitkan dengan dewi Aphrodite/Venus dalam mitologi dan alkimia, kerana rupanya yang cantik berkilau, kegunaan lamanya dalam pembuatan cermin, dan pengaitannya dengan Cyprus, tempat yang suci bagi dewi tersebut. Dalam bidang alkimia, simbol bagi tembaga adalah juga simbol yang digunakan untuk planet Venus.
Tembaga dalam bentuk aslinya adalah salah satu daripada hanya sebilangan logam yang wujud secara semula jadi sebagai mineral yang tidak bersebati. Tembaga diketahui oleh manusia daripada tamadun yang paling lama pernah dicatatkan, dan mempunyai sejarah penggunaan sekurang-kurangnya 10,000 tahun lamanya. Satu loket tembaga ditemui di kawasan yang pada masa kininya Iraq utara dan bertarikh 8700 SM. Pada sekitar 5000 SM, terdapat tanda-tanda peleburan tembaga, penyarian tembaga daripada sebatian tembaga ringkas seperti malakit atau azurit. Antara tapak-tapak arkeologi seperti di Anatolia, Çatal Höyük (~6000 SM) menunjukkan artifak manik-manik tembaga asli dan plumbum yang telah dilebur, tetapi tiada tembaga yang dilebur. Can Hasan pula (~5000 SM) mempunyai laluan kepada tembaga lebur; dalam tapak ini dijumpai artifak tembaga tuang tertua pernah diketahui, iaitu sebuah cokmar kepala tembaga.
Peleburan tembaga nampaknya telah berkembang secara berasingan dalam beberapa bahagian dunia. Di samping perkembangan di Anatolia pada 5000 SM, ia dikembangkan di China sebelum 2800 SM, Amerika Tengah sekitar 600 TM, dan Afrika Barat sekitar 900 TM.
Terdapat artifak-artifak tembaga dan gangsa daripada kota-kota Sumeria yang bertarikh 3000 SM, manakala artifak-artifak Mesir dalam bentuk tembaga dan tembaga yang dialoikan bersama timah juga mempunyai usia yang sama. Dalam satu piramid, satu sistem pempaipan tembaga ditemui berusia 5000 tahun.
Orang-orang Mesir mendapati bahawa dengan mencampurkan sejumlah kecil timah akan membuatkan logam tembaga lebih mudah untuk dituang, oleh itu aloi gangsa ditemui di Mesir hampir-hampir sewaktu dengan penemuan tembaga. Penggunaan tembaga dalam zaman China kuno bertarikh sekurang-kurangnya 2000 SM. Pada 1200 SM, gangsa-gangsa yang baik mutunya telah dihasilkan di China. Perhatikan bahawa tarikh-tarikh ini dipengaruhi oleh waktu-waktu peperangan dan penaklukan, kerana tembaga sangat mudah untuk dilebur dan digunakan kembali. Di Eropah, Oetzi si orang Ais, mayat lelaki yang diawet dengan baik yang bertarikh 3200 SM, ditemui dengan kapak berbucu tembaga yang berketulenan 99.7%. Kandungan tinggi arsenik pada rambutnya mencadangkan bahawa dia terlibat dalam peleburan tembaga. Loyang, sejenis aloi zink dan tembaga, diketahui oleh orang Yunani tetapi julung kali digunakan dengan meluasnya oleh orang Rom.
Penggunaan gangsa sangatlah berleluasa pada suatu zaman ketamadunanan sehinggakan ia dinamakan Zaman Gangsa. Zaman peralihan dalam sebahagian kawasan antara zaman Neolitik yang sebelumnya dan Zaman Gangsa, adalah dinamakan Kalkolitik, iaitu beberapa peralatan tembaga berketulenan tinggi digunakan bersama-sama dengan peralatan batu.
Di Asia Tenggara, tapak arkeologi di Phumi Mlu Prey, Kemboja menemui tanda-tanda kegiatan penuangan gangsa dan besi yang diusahakan sebelum abad pertama Masihi. Di tapak tamadun Dong Son, Vietnam pula terdapatnya artifak-artifak gangsa yang bertarikh antara 500 SM ke 100 SM. Di Malaysia, artifak gangsa tertua ditemui di daerah Klang dalam bentuk genta {loceng) manakala artifak tembaga tetua iaitu sebuah gong, yang ditemui di Terengganu.

Sejarah perlombongan tembaga

Tembaga telah dilombong sejak beberapa kurun lamanya. Di rantau Asia Tenggara contohnya, kawasan yang menjadi tapak perlombongan tembaga prasejarah terletak di Phu Lon pada Sungai Mekong, Thailand yang bertarikh kira-kira 1500 S.M. Tapak ini menjadi sumber penting tembaga bagi liputan yang meluas dalam Asia Tenggara.
Di Malaysia, perlombongan tembaga secara komersil bermula pada tahun 1975 di Mamut, Sabah. Setelah ditutup pada tahun 1999, perlombongan tembaga di Mamut mendatangkan hasil sebanyak 133.9 juta ton bijih tembaga sepanjang tempoh perlombongan.

Peranan biologi

Tembaga atau kuprum adalah penting bagi semua haiwan dan tumbuhan peringkat tinggi. Tembaga diangkut paling banyak dalam aliran darah oleh sejenis protein plasma yang dipanggil seruloplasmin. Apabila tembaga pertama kali dicerap di dalam perut, ia diangkut ke hati dan terikat pada albumin. Tembaga dijumpai pada bermacam jenis enzim, termasuk sitokrom c oksidase yang berpusatkan tembaga dan enzim superoksida dismutase (mengandungi tembaga dan zink). Di samping peranan enzimnya, tembaga juga digunakan untuk pengangkutan elektron biologi. Protein tembaga biru yang terlibat dalam pengangkutan elektron termasuklah azurin dan plastosianin. Nama tembaga biru berasal daripada warna biru kuat yang terhasil akibat jalur penyerapan pengangkutan cas ligan ke logam sekitar 600 nm.
Kebanyakan moluska dan sesetengah antropoda seperti belangkas menggunakan pigmen hemosianinnya yang mengandungi tembaga, berbanding dengan hemoglobin yang mengandungi besi, untuk pengangkutan oksigen, oleh itu darahnya berwarna biru dan bukan merah apabila dioksigenkan. Dipercayai bahawa zink dan tembaga bersaing untuk penyerapan dalam saluran pencernaan, sehingga menyebabkan kelebihan salah satu mineral tersebut dalam diet pemakanan menjurus kepada kekurangan mineral yang satu lagi. RDA tembaga untuk seorang dewasa yang sihat adalah 0.9 mg sehari.

Ketoksikan

Semua sebatian kuprum, melainkan yang diketahui, haruslah dirawat seperti ianya toksik. Tiga puluh gram kuprum sulfat boleh membawa maut kepada manusia. Cadangan tahap kuprum yang selamat dalam air minuman bagi manusia berbeza-beza mengikut sumber, tetapi biasanya dipancang pada 1.5 ke 2 mg/L. Tahap Pengambilan Atas yang boleh diterima bagi seorang dewasa dalam rujukan pengambilan diet untuk diet tembaga daripada kesemua sumber-sumber adalah 10 mg/hari. Sekiranya keracunan, tembaga boleh merencat enzim dihidrofil hidratase, sejenis enzim yang terlibat dalam hemopoiesis, iaitu proses pembentukan sel-sel darah.
Sebahagian besar ketoksikan tembaga datang daripada kemampuannya untuk menerima dan menderma elektron tunggal apabila ia mengubah keadaan pengoksidaan. Ini memangkinkan penghasilan ion radikal yang sangat reaktif seperti radikal hidroksil dalam cara yang serupa seperti kimia Fenton. Aktiviti mangkin tembaga digunakan oleh enzim yang berkaitan dengannya, oleh itu adalah toksik hanya apabila tidak tersekuester dan tanpa perantaraan. Peningkatan dalam radikal reaktif tanpa perantaraan diberi istilah umum tegasan okisidaan dan merupakan bidang pengajian yang aktif dalam bermacam jenis penyakit yang melibatkan tembaga sebagai penyebab utama dan lebih ketara daripada ketoksikan akut.
Sejenis keadaan yang diwarisi yang dipanggil penyakit Wilson menyebabkan tubuh menyimpan tembaga, kerana ia tidak dikumuh oleh hati ke dalam hempedu. Penyakit ini, jika tidak dirawati, boleh menjurus kepada kerosakan otak dan hati. Tambahan pula, kajian menunjukkan bahawa orang yang mengalami sakit jiwa seperti skizofrenia mempunyai tahap tembaga yang tinggi dalam sistem mereka. Akan tetapi pada masa ini, kita masih tidak mengetahui sama ada tembaga menyumbang kepada penyakit jiwa, atau tubuh cuba untuk menyimpan lebih tembaga sebagai tindak balas kepada penyakit, atau tahap tinggi tembaga adalah akibat daripada penyakit jiwa itu.
Tahap tembaga yang tinggi dalam air juga dapat merosakkan kehidupan laut. Kesan yang diperhatikan akibat kepekatan tinggi tembaga dalam ikan dan makhluk hidupan lain adalah kerosakan pada insang, hati, ginjal, dan sistem saraf.

Bahaya-bahaya lain

Logam ini, apabila dalam keadaan serbuk, adalah bahaya api. Pada kepekatan lebih daripada 1 mg/L, tembaga boleh mengotorkan pakaian dan benda-benda yang dicuci dalam air.