bakar
kemijski element
Bakar (Cu), kemijski element, crvenkasti, izrazito duktilni metal 11. skupine (Ib) periodnog sustava koji je neobično dobar vodič elektriciteta i topline. Bakar se u prirodi nalazi u slobodnom metalnom stanju. Ovaj domaći bakar su ljudi iz neolitika (novo kameno doba) prvi put upotrijebili (oko 8000. pr. Kr.) kao zamjenu za kamen. Metalurgija je počela u Mezopotamiji kada je bakar lijevan u kalupe (oko 4000. pr. Kr.), pretvoren u metal iz ruda pomoću vatre i drvenog ugljena i namjerno je legiran s kositrom kao bronca (oko 3500. pr. Kr.). Rimska opskrba bakrom dolazila je gotovo u potpunosti s Cipra. Bio je poznat kaoaes Cyprium, "metal Cipra", skraćeno uciprija kasnije iskvaren nabakar. Vidi takođerbronca.
| atomski broj | 29 |
|---|---|
| atomska težina | 63.546 |
| talište | 1083 stupnja (1981 stupanj F) |
| vrelište | 2567 stupnjeva (4653 stupnja F) |
| gustoća | 8,96 na 20 stupnjeva (68 stupnjeva F) |
| valencija | 1, 2 |
| elektronska konfiguracija | 2-8-18-1 ili (Ar)3d104s1 |
Pojava, upotreba i svojstva
bakar
Bakar s poluotoka Keweenaw, Michigan, SAD
Izvorni bakar nalazi se na mnogim mjestima kao primarni mineral u bazaltnim lavama, a također i kao reduciran iz bakrenih spojeva, kao što su sulfidi, arsenidi, kloridi i karbonati. (Za mineraloška svojstva bakra,vidjetitablica samorodnih elemenata.) Bakar se pojavljuje kombiniran u mnogim mineralima, kao što su kalkozit, kalkopirit, bornit, kuprit, malahit i azurit. Prisutan je u pepelu morskih algi, u mnogim morskim koraljima, u ljudskoj jetri te u mnogim mekušcima i člankonošcima. Bakar igra istu ulogu prijenosa kisika u hemocijaninu plavokrvnih mekušaca i rakova kao željezo u hemoglobinu crvenokrvnih životinja. Bakar prisutan kod ljudi kao element u tragovima pomaže katalizirati stvaranje hemoglobina. Porfirsko nalazište bakra u Andama u Čileu najveće je poznato nalazište tog minerala. Do početka 21. stoljeća Čile je postao vodeći svjetski proizvođač bakra. Drugi veliki proizvođači su Peru, Kina i Sjedinjene Države.
Kitwe: otvoreni rudnik bakra
Otvoreni rudnik bakra, Kitwe, Zambija.
Bakar se komercijalno proizvodi uglavnom taljenjem ili ispiranjem, nakon čega obično slijedi elektrotaloženje iz sulfatnih otopina. Za detaljnu obradu proizvodnje bakra,vidjetiobrada bakra. Najveći dio bakra proizvedenog u svijetu koristi se u elektroindustriji; većina ostatka se kombinira s drugim metalima u slitine. (Također je tehnološki važan kao galvanizirana prevlaka.) Važne serije legura u kojima je bakar glavni sastojak su mjedi (bakar i cink), bronce (bakar i kositar) i nikl-srebro (bakar, cink i nikal, br. srebro). Postoje mnoge korisne legure bakra i nikla, uključujući Monel; dva metala se potpuno miješaju. Bakar također tvori važnu seriju legura s aluminijem, koje se nazivaju aluminijske bronce. Berilijev bakar (2 posto Be) neobična je legura bakra po tome što se može očvrsnuti toplinskom obradom. Bakar je dio mnogih metala za kovanje novca. Dugo nakon što je brončano doba prešlo u željezno doba, bakar je ostao drugi metal po upotrebi i važnosti nakon željeza. Do 1960-ih, međutim, jeftiniji i mnogo izdašniji aluminij prešao je na drugo mjesto u svjetskoj proizvodnji.
| zemlja | rudnička proizvodnja 2016 (metričke tone)* | % svjetske proizvodnje rudnika | dokazane rezerve 2016 (metričke tone)* | % svjetskih dokazanih rezervi |
|---|---|---|---|---|
| *Procijenjeno. | ||||
| **Zbog zaokruživanja, detalji se ne zbrajaju ukupnom iznosu. | ||||
| Izvor: Ministarstvo unutarnjih poslova SAD-a, Sažeci mineralnih roba 2017. | ||||
| Čile | 5,500,000 | 28.4 | 210,000,000 | 29.2 |
| Peru | 2,300,000 | 11.9 | 81,000,000 | 11.3 |
| Kina | 1,740,000 | 9.0 | 28,000,000 | 3.9 |
| Ujedinjene države | 1,410,000 | 7.3 | 35,000,000 | 4.9 |
| Australija | 970,000 | 5.0 | 89,000,000 | 12.4 |
| Kongo (Kinšasa) | 910,000 | 4.7 | 20,000,000 | 2.8 |
| Zambija | 740,000 | 3.8 | 20,000,000 | 7.4 |
| Kanada | 720,000 | 3.7 | 11,000,000 | 1.5 |
| Rusija | 710,000 | 3.7 | 30,000,000 | 4.2 |
| Meksiko | 620,000 | 3.2 | 46,000,000 | 6.4 |
| druge zemlje | 3,800,000 | 19.6 | 150,000,000 | 20.8 |
| svjetski total | 19,400,000** | 100** | 720,000,000 | 100** |
bakreni kablovi
Bakreni električni kablovi. Zbog visoke električne vodljivosti bakra, intenzivno se koristi u elektroindustriji.(više)
Bakar je jedan od najduktilnijih metala, nije posebno jak ili tvrd. Čvrstoća i tvrdoća znatno se povećavaju hladnom obradom zbog stvaranja izduženih kristala iste kubične strukture s središtem na površini koja je prisutna u mekše žarenom bakru. Uobičajeni plinovi, kao što su kisik, dušik, ugljični dioksid i sumporov dioksid topljivi su u rastaljenom bakru i uvelike utječu na mehanička i električna svojstva skrutnutog metala. Čisti metal je odmah iza srebra po toplinskoj i električnoj vodljivosti. Prirodni bakar je mješavina dva stabilna izotopa: bakar-63 (69,15 posto) i bakar-65 (30,85 posto).
Britannica kviz
Činjenice koje biste trebali znati: kviz o periodnom sustavu
Budući da se bakar nalazi ispod vodika u elektromotornom nizu, nije topiv u kiselinama uz oslobađanje vodika, iako će reagirati s oksidirajućim kiselinama, poput dušične i vruće, koncentrirane sumporne kiseline. Bakar je otporan na djelovanje atmosfere i morske vode. Međutim, dugotrajno izlaganje zraku rezultira stvaranjem tanke zelene zaštitne prevlake (patine) koja je mješavina hidroksokarbonata, hidroksosulfata i malih količina drugih spojeva. Bakar je umjereno plemenit metal, na koji ne utječu razrijeđene kiseline koje ne oksidiraju ili ne stvaraju komplekse u odsutnosti zraka. Međutim, lako će se otopiti u dušičnoj kiselini i sumpornoj kiselini u prisutnosti kisika. Također je topiv u vodenoj otopini amonijaka ili kalijevog cijanida u prisutnosti kisika zbog stvaranja vrlo stabilnih cijano kompleksa nakon otapanja. Metal će reagirati na crvenoj vrućini s kisikom dajući bakrov oksid, CuO, a na višim temperaturama, bakrov oksid, Cu2O. Reagira zagrijavanjem sa sumporom dajući bakrov sulfid, Cu2S.
Glavni spojevi
Bakar tvori spojeve u oksidacijskim stanjima +1 i +2 u svojoj normalnoj kemiji, iako se pod posebnim okolnostima mogu pripraviti neki spojevi trovalentnog bakra. Dokazano je da trovalentni bakar ne preživi više od nekoliko sekundi u vodenoj otopini.
kuprit
Cuprite iz Namibije.
Bakreni(I) (bakreni) spojevi su svi dijamagnetski i, uz nekoliko iznimaka, bezbojni. Među važnim industrijskim spojevima bakra (I) su bakrov oksid (Cu2O), bakrov klorid (Cu2Cl2), i bakrov sulfid (Cu2S). Bakrov oksid je crveni ili crvenkastosmeđi kristal ili prah koji se u prirodi pojavljuje kao mineral kuprit. Proizvodi se u velikim količinama redukcijom miješanih ruda bakrenog oksida metalnim bakrom ili elektrolizom vodene otopine natrijeva klorida pomoću bakrenih elektroda. Čisti spoj je netopljiv u vodi, ali topiv u klorovodičnoj kiselini ili amonijaku. Bakrov oksid se uglavnom koristi kao crveni pigment za boje protiv obraštanja, stakla, porculanske glazure i keramiku te kao fungicid za sjeme ili usjeve.
Bakrov klorid je bjelkasta do sivkasta krutina koja se pojavljuje kao mineral nantokit. Obično se priprema redukcijom bakrova(II) klorida metalnim bakrom. Čisti spoj je stabilan na suhom zraku. Vlažan zrak ga pretvara u zelenkasti oksigenirani spoj, a nakon izlaganja svjetlu pretvara se u bakrov(II) klorid. Netopljiv je u vodi, ali se otapa u koncentriranoj klorovodičnoj kiselini ili u amonijaku zbog stvaranja kompleksnih iona. Bakrov klorid se koristi kao katalizator u brojnim organskim reakcijama, posebno u sintezi akrilonitrila iz acetilena i cijanovodika; kao sredstvo za obezbojavanje i odsumporavanje naftnih proizvoda; kao sredstvo za denitriranje celuloze; i kao sredstvo za kondenzaciju sapuna, masti i ulja.
Bakrov sulfid pojavljuje se u obliku crnog praha ili grudica i nalazi se kao mineral halkozit. Velike količine spoja dobivaju se zagrijavanjem bakrenog sulfida (CuS) u struji vodika. Bakrov sulfid je netopljiv u vodi, ali topiv u amonijevom hidroksidu i dušičnoj kiselini. Njegove primjene uključuju korištenje u solarnim ćelijama, svjetlećim bojama, elektrodama i određenim vrstama krutih maziva.
Spojevi bakra (II) komercijalne vrijednosti uključuju bakrov oksid (CuO), bakrov klorid (CuCl2) i bakrov sulfat (CuSO4). Bakrov oksid je crni prah koji se pojavljuje kao minerali tenorit i paramelakonit. Velike količine se proizvode prženjem miješanih ruda bakrenog oksida u peći na temperaturi ispod 1030 stupnjeva (1900 stupnjeva F). Čisti spoj može se otopiti u kiselinama i alkalijskim cijanidima. Bakrov oksid se koristi kao pigment (plavi do zeleni) za čaše, porculanske glazure i umjetne dragulje. Također se koristi kao sredstvo za odsumporavanje naftnih plinova i kao oksidacijski katalizator.
Bakrov klorid je žućkasti do smeđi prah koji lako upija vlagu iz zraka i pretvara se u zelenkastoplavi hidrat, CuCl2∙2H2O. Hidrat se obično priprema propuštanjem klora i vode kroz kontaktni toranj napunjen metalnim bakrom. Bezvodna sol se dobiva zagrijavanjem hidrata na 100 stupnjeva (212 stupnjeva F). Poput bakrenog klorida, bakreni klorid se koristi kao katalizator u nizu organskih reakcija, npr. u kloriranju ugljikovodika. Osim toga, služi kao konzervans za drvo, jednjak (fiksator) u bojanju i tiskanju tkanina, dezinficijens, dodatak hrani i pigment za staklo i keramiku.
Bakrov sulfat je sol nastala obradom bakrenog oksida sumpornom kiselinom. Formira se kao veliki, svijetloplavi kristali koji sadrže pet molekula vode (CuSO4∙5H2O) i poznat je u trgovini kao plavi vitriol. Bezvodna sol se proizvodi zagrijavanjem hidrata na 150 stupnjeva (300 stupnjeva F). Bakrov sulfat uglavnom se koristi u poljoprivredne svrhe, kao pesticid, germicid, aditiv za stočnu hranu i aditiv za tlo. Među njegovim manjim upotrebama je kao sirovina u pripremi drugih bakrenih spojeva, kao reagens u analitičkoj kemiji, kao elektrolit za baterije i kupke za galvanizaciju, te u medicini kao lokalno primijenjeni fungicid, baktericid i adstringent.
Ostali važni spojevi bakra (II) uključuju bakrov karbonat, Cu2(OH)2CO3, koji se priprema dodavanjem natrijevog karbonata u otopinu bakrenog sulfata i zatim filtriranjem i sušenjem produkta. Koristi se kao sredstvo za bojenje. S arsenom stvara bakrov acetoarsenit (poznatiji kao pariško zelenilo), konzervans za drvo i insekticid.
