ทองแดง

ทองแดง () คือธาตุที่มีเลขอะตอม 29 และสัญลักษณ์คือ Cu ทองแดงอยู่ในตารางธาตุหมู่ 11 เป็นที่ทราบกันว่ามนุษย์ใช้ประโยชน์จากทองแดงมาไม่น้อยกว่า 10,000 ปี พบหลักฐานว่ามนุษย์สามารถหลอมสกัดทองแดงให้บริสุทธิ์ได้เมื่อประมาณ 5000 ปีก่อนคริสตกาล ซึ่งเป็นช่วงก่อนที่มนุษย์จะรู้จักกับทองคำ โดยมนุษย์รู้จักทองคำ
เมื่อประมาณ 4000 ปีก่อนคริสตกาล

การถลุงทองแดง 
  
การถลุงทองแดงจากแร่ ขั้นแรกคือการแยกแร่ที่ต้องการออกจากสิ่งเจือปนหรือ กากแร่ อาจใช้วิธีการลอยตัว โดยนำแร่ที่บดละเอียดแล้วผสมเข้ากับน้ำ น้ำมันและสารซักล้างในถังผสม จากนั้นกวนและผ่านอากาศเข้าไปในของเหลวที่อยู่ในถังผสมตลอดเวลา เพื่อทำให้มีฟองเกิดขึ้น ซึ่งเป็นผลให้ฟองอากาศ และน้ำมันไปเกาะอยู่กับอนุภาคของแร่และลอยตัวอยู่ด้านบน ส่วนกากแร่จะจมลงอยู่ด้านล่าง เมื่อตักฟองที่ลอยอยู่ด้านบนออกและทำให้แห้ง จะได้ผลแร่ที่มีปริมาณทองแดงเพิ่มขึ้นประมาณร้อยละ 15 โดยมวล ขั้นต่อไปนำแร่มาเผาในอากาศ เรียกกระบวนการนี้ว่า การย่างแร่ ไอร์ออน(II)ซัลเฟตบางส่วนจะถูกออกซิไดส์เป็นไอร์ออน(II)ออกไซด์ ดังสมการ
 2CuFeS2(s) + 3O2(g) → 2CuS(s)+ 2FeO(s) + 2SO2(g)

กำจัดไอร์ออน(II)ออกไซด์ออกไป โดยนำผลิตภัณฑ์ที่ได้ไปเผารวมกับออกไซด์ของซิลิคอนในเตาถลุงอุณหภูมิประมาณ 1100 °C  ไอร์ออน(II)ออกไซด์จะทำปฏิกิริยากับออกไซด์ของซิลิคอนได้กากตะกอนเหลวซึ่งแยกออกมาได้ ดังสมการ
 FeO(s) + SiO2(s) → FeSiO3(l)

ส่วนคอบเปอร์(II) ซัลไฟด์เมื่ออยู่ในที่มีอุณหภูมิสูงจะสลายตัวได้เป็นคอบเปอร์(I)ซัลไฟด์ในสถานะของเหลวซึ่งสามารถแยกออกได้

ในขั้นตอนสุดท้ายเมื่อแยกคอปเปอร์(I)ซัลไฟด์ในอากาศ บางส่วนจะเปลี่ยนเป็นคอปเปอร์(I)ออกไซด์ดังสมการ

 2Cu2S(s) + 3O2(g) → 2Cu2O(s) + 2SO2(g)

และคอปเปอร์(I)ออกไซด์กับคอปเปอร์(I)ซัลไฟด์จะทำปฏิกิริยากันโดยมีซัลไฟด์ไอออนทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ ได้โลหะทองแดงและแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ดังสมการ

 2Cu2O(s) + Cu2S(s) → 6Cu(l) + SO2(g)

ทองแดงที่ถลุงได้ในขั้นนี้ยังมีสิ่งเจือปนจึงต้องนำไปทำให้บริสุทธิ์ก่อน การทำทองแดงให้บริสุทธิ์โดยทั่วไปจะใช้วิธีแยกสารละลายด้วยกระแสไฟฟ้า

การประยุกต์ 
ทองแดงสามารถดัดได้ง่าย จึงใช้แพร่หลายในผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ เช่น
 สายลวดทองแดง
 ท่อน้ำทองแดง
 ลูกบิด และของอื่น ๆ ที่ติดตั้งในบ้าน
 รูปปั้น เช่นเทพีเสรีภาพ (Statue of Liberty) ซึ่งมีทองแดงถึง 81.3 ตัน
 หลังคา รางน้ำ และท่อระบายน้ำฝน
 แม่เหล็กไฟฟ้า
 เครื่องจักรไฟฟ้า โดยเฉพาะมอเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
 เครื่องยนต์ไอน้ำ ของ เจมส์ วัตต์
 รีเลย์ไฟฟ้า และสวิตช์ไฟฟ้า 
 รางน้ำบนหลังคาและท่อระบายน้ำ
 หลอดสุญญากาศ หลอดรังสีแคโทด (cathode ray tube) และแมกนีตรอนในเตาอบไมโครเวฟ
 หลอดนำคลื่นไฟฟ้า (Waveguide) สำหรับรังสีไมโครเวฟ 
 มีการใช้ทองแดงเพิ่มขึ้นในวงจรไอซีแทนอะลูมิเนียมเนื่องจากนำไฟฟ้าได้ดีกว่า
 ผสมกับนิกเกิล เช่นคิวโปรนิกเกิล (cupronickel) and โมเนล (Monel) ใช้เป็นวัสดุที่ไม่กร่อนสำหรับสร้างเรือ
 เป็นเหรียญกษาปณ์ ในรูปของโลหะคิวโปรนิกเกิลส่วนใหญ่
 ในอุปกรณ์ทำครัว เช่นกระทะ
 อุปกรณ์ที่ใช้บนโต๊ะอาหารส่วนใหญ่ (มีด ส้อม ช้อน) มีทองแดงบางส่วน (นิกเกิล ซิลเวอร์)
 เงินสเตอร์ลิงจะต้องผสมทองแดงเล็กน้อย ถ้าทำเป็นภาชนะสำหรับอาหาร
 เป็นส่วนประกอบของสารเคลือบเงาสำหรับเครื่องเซรามิก และเป็นสีสำหรับกระจก
 เครื่องดนตรี โดยเฉพาะเครื่องดนตรีประเภทแตร
 เป็นพื้นผิวไบโอสแตทิก (biostatic) ในโรงพยาบาล และใช้บุชิ้นส่วนเรือเพื่อป้องกันเพรียงและหอยมาเกาะ เดิมใช้บริสุทธิ์ ปัจจุบันใช้โลหะมันตส์ (Muntz Metal: ทองแดง 60% + สังกะสี 40%) แทน แบคทีเรียจะไม่เตริญเติบโตบนพื้นผิวทองแดงเนื่องด้วยตุณสมบัติไบโอสแตทิก  ลูกบิดทองแดงใช้ในโรงพยาบาล เพื่อลดการแพร่กระจายของโรค และโรคลีเจียนแนร์ (Legionnaire's Disease) สามารถหยุดได้ด้วยท่อทองแดงในระบบเครื่องปรับอากาศ
 สารประกอบ เช่น สารละลายเฟห์ลิง (Fehling's solution) มีประโยชน์ใช้ในด้านเคมี
 คอปเปอร์ (II) ซัลเฟต ใช้เป็นสารพิษและสารทำให้น้ำบริสุทธิ์ และใช้ในผลและสเปรย์ฆ่าโรคราน้ำค้าง (mildew)
 เป็นวัสดุในการผลิตฮีตซิงก์สำหรัยคอมพิวเตอร์ เนื่องจากระบายความร้อนได้ดีกว่าอะลูมิเนียม
 ชาวอินูอิต (Inuit) ใช้ทองแดงเพื่อทำใบมีดสำหรับมีดอูลู (ulu) เป็นครั้งคราว

บทบาทของทองแดงกับเครื่องประดับ 

ทองแดงนั้นเป็นโลหะที่มีคุณประโยชน์นานัปการ โดยเฉพาะทองแดงในวงการของอุตสาหกรรม เช่น สายลวดทองแดง เครื่องจักรต่างๆ ฯลฯ
บทบาทของทองแดงกับเครื่องประดับอาจจะไม่เป็นที่ประจักษ์ชัด แต่หลายคนอาจลืมไปว่า โลหะผสมมีค่าหลายชนิด มีทองแดงเป็นส่วนประกอบสำคัญที่จะขาดไปไม่ได้

 นาก ลักษณะเด่นของนาก คือมีสีออกทองแดงผสมทอง โดยมีทองคำผสมอยู่ในอัตราประมาณ 37% และนอกจากนั้นจะเป็นส่วนประกอบของทองแดง และเงิน
 ทองชมพู ลักษณะเด่นของทองชมพู คือจะมีสีสุกใส ทองอมชมพู สีชมพูอ่อน นั้นได้มาจากการผสมทองแดงในสัดส่วนที่น้อยกว่าทองแดงที่ผสมในโลหะนาก โดยใช้ทองเป็นส่วนผสมประมาณ 75% และโลหะอื่น ๆ เป็นลำดับต่อมา ลำดับสุดท้ายคือ ทองแดง
 เรดโกลด์ ลักษณะเด่นของเรดโกลด์ จะคล้ายคลึงกับทองชมพูมาก มีส่วนผสมของโลหะแต่ละชนิดเหมือนกัน โดยปัจจัยหลักที่ทำให้ทองสองชนิดต่างกันคือปริมาณของทองแดง โดยจะเพิ่มทองแดงในอัตราส่วนที่มากกว่าทองชมพู

อ้างอิง 

 
 
 Current Medicinal Chemistry, Volume 12, Number 10, May 2005, pp. 1161–1208(48) Metals, Toxicity and Oxidative Stress
 
 Material: Copper (Cu), bulk, MEMS and Nanotechnology Clearinghouse.
 
 Copper transport disorders: an Instant insight from the Royal Society of Chemistry

แหล่งข้อมูลอื่น 

 National Pollutant Inventory – Copper and compounds fact sheet
 Copper Resource Page. Includes 12 PDF files detailing the material properties of various kinds of copper, as well as various guides and tools for the copper industry.
 The Copper Development Association has an extensive site of properties and uses of copper; it also maintains a web site dedicated to brass, a copper alloy.
 The Third Millennium Online page on Copper 
 Price history of copper, according to the IMF

ธาตุเคมี
วัสดุศาสตร์
โลหะมีสกุล
ทองแดง