跳至內容

銅

編輯連結
維基百科，自由的百科全書
（重新導向自銅）
  此條目介紹的是化學元素銅，口語俗稱「紅銅」或者「紫銅」。關於口語中俗稱為「銅」的黃色合金，請見「黃銅」。

銅 29Cu
氫（非金屬） 氦（惰性氣體）
鋰（鹼金屬） 鈹（鹼土金屬） 硼（類金屬） 碳（非金屬） 氮（非金屬） 氧（非金屬） 氟（鹵素） 氖（惰性氣體）
鈉（鹼金屬） 鎂（鹼土金屬） 鋁（貧金屬） 矽（類金屬） 磷（非金屬） 硫（非金屬） 氯（鹵素） 氬（惰性氣體）
鉀（鹼金屬） 鈣（鹼土金屬） 鈧（過渡金屬） 鈦（過渡金屬） 釩（過渡金屬） 鉻（過渡金屬） 錳（過渡金屬） 鐵（過渡金屬） 鈷（過渡金屬） 鎳（過渡金屬） 銅（過渡金屬） 鋅（過渡金屬） 鎵（貧金屬） 鍺（類金屬） 砷（類金屬） 硒（非金屬） 溴（鹵素） 氪（惰性氣體）
銣（鹼金屬） 鍶（鹼土金屬） 釔（過渡金屬） 鋯（過渡金屬） 鈮（過渡金屬） 鉬（過渡金屬） 鎝（過渡金屬） 釕（過渡金屬） 銠（過渡金屬） 鈀（過渡金屬） 銀（過渡金屬） 鎘（過渡金屬） 銦（貧金屬） 錫（貧金屬） 銻（類金屬） 碲（類金屬） 碘（鹵素） 氙（惰性氣體）
銫（鹼金屬） 鋇（鹼土金屬） 鑭（鑭系元素） 鈰（鑭系元素） 鐠（鑭系元素） 釹（鑭系元素） 鉕（鑭系元素） 釤（鑭系元素） 銪（鑭系元素） 釓（鑭系元素） 鋱（鑭系元素） 鏑（鑭系元素） 鈥（鑭系元素） 鉺（鑭系元素） 銩（鑭系元素） 鐿（鑭系元素） 鎦（鑭系元素） 鉿（過渡金屬） 鉭（過渡金屬） 鎢（過渡金屬） 錸（過渡金屬） 鋨（過渡金屬） 銥（過渡金屬） 鉑（過渡金屬） 金（過渡金屬） 汞（過渡金屬） 鉈（貧金屬） 鉛（貧金屬） 鉍（貧金屬） 釙（貧金屬） 砈（類金屬） 氡（惰性氣體）
鍅（鹼金屬） 鐳（鹼土金屬） 錒（錒系元素） 釷（錒系元素） 鏷（錒系元素） 鈾（錒系元素） 錼（錒系元素） 鈽（錒系元素） 鋂（錒系元素） 鋦（錒系元素） 鉳（錒系元素） 鉲（錒系元素） 鑀（錒系元素） 鐨（錒系元素） 鍆（錒系元素） 鍩（錒系元素） 鐒（錒系元素） 鑪（過渡金屬） 𨧀（過渡金屬） 𨭎（過渡金屬） 𨨏（過渡金屬） 𨭆（過渡金屬） 䥑（預測為過渡金屬） 鐽（預測為過渡金屬） 錀（預測為過渡金屬） 鎶（過渡金屬） 鉨（預測為貧金屬） 鈇（貧金屬） 鏌（預測為貧金屬） 鉝（預測為貧金屬） 鿬（預測為鹵素） 鿫（預測為惰性氣體）
－
↑
銅
↓
銀
鎳 ← 銅 → 鋅
外觀
紅橙色帶金屬光澤

純銅
概況
名稱·符號·序數銅（copper）·Cu·29
元素類別過渡金屬
族·週期·區11·4·d
標準原子質量63.546(3)[1]
電子組態[Ar] 3d10 4s1
2，8，18，1
銅的電子層（2，8，18，1）
銅的電子層（2，8，18，1）
物理性質
密度（接近室溫）
8.96 g·cm−3
熔點時液體密度8.02 g·cm−3
熔點1357.77 K，1084.62 °C，1984.32 °F
沸點2835 K，2562 °C，4643 °F
熔化熱13.26 kJ·mol−1
汽化熱300.4 kJ·mol−1
比熱容24.440 J·mol−1·K−1
蒸氣壓
壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 1509 1661 1850 2089 2404 2834
原子性質
氧化態+1、+2、+3、+4
電負性1.90（鮑林標度）
電離能第一：745.5 kJ·mol−1
第二：1957.9 kJ·mol−1
第三：3555 kJ·mol−1
（更多）
原子半徑128 pm
共價半徑132±4 pm
范德華半徑140 pm
銅的原子譜線
雜項
晶體結構面心立方
磁序抗磁性[2]
電阻率（20 °C）1.678×10-8 Ω·m
熱導率401 W·m−1·K−1
膨脹係數（25 °C）16.5 µm·m−1·K−1
聲速（細棒）（室溫）3810 m·s−1
楊氏模量110－128 GPa
剪切模量48 GPa
體積模量140 GPa
泊松比0.34
莫氏硬度3.0
維氏硬度343–369 MPa
布氏硬度235–878 MPa
CAS號7440-50-8
同位素
主條目：銅的同位素
同位素 豐度 半衰期​（t1/2） 衰變
方式 能量​（MeV） 產物
60Cu 人造 23.7 分鐘 β+ 5.106 60Ni
61Cu 人造 3.343 小時 β+ 1.216 61Ni
62Cu 人造 9.672 分鐘 β+ 3.959 62Ni
63Cu 69.15% 穩定，帶34粒中子
64Cu（英語：copper-64） 人造 12.7004 小時 β+ 0.653 64Ni
β− 0.580 64Zn
65Cu 30.85% 穩定，帶36粒中子
67Cu 人造 61.83 小時 β− 0.561 67Zn

銅（英語：Copper），是最早發現的化學元素，化學符號為Cu（源於拉丁語：Cuprum[3]），原子序數為29，原子量為63.546 u。純銅是柔軟的金屬，表面剛切開時為紅橙色帶金屬光澤、延展性好、導熱性和導電性高，因此在電纜、電氣和電子元件是最常用的材料，也可用作建築材料，以及組成眾多種合金，例如用於珠寶的紋銀，用於製作船用五金和硬幣的白銅以及用於應變片和熱電偶的康銅。銅合金機械性能優異，電阻率很低，其中最重要的是青銅和黃銅。此外，銅也是耐用的金屬，可以多次回收而無損其機械性能。

銅是在自然界中可以直接使用的金屬的其中一種（天然金屬），這使得其在西元前8000年時被多個不同地區的人們使用，在數千年之後，銅在西元前5000年成為首個從硫化礦石中冶煉出的金屬；在西元前4000年成為第一個在模具中塑形的金屬，更在西元前3500年與另一種金屬錫鍛造成了人類史的第一個合金——青銅[4]。在古羅馬時期，銅礦大多在賽普勒斯開採，同時也使這種金屬得到最初的名字Cyprium（也就是賽普勒斯的金屬），之後演變為Cuprum（拉丁語），而現在常用的copper則是於西元1530年前後第一次被使用[5]。

銅在自然界中經常形成二價的銅鹽類，它們使藍銅礦、孔雀石和綠松石等礦物具有藍色或綠色，並且在歷史上也廣泛用作顏料。氧化成銅綠的銅經常被用在建築物的屋頂上。而有時銅也被用在裝飾藝術上，而且不管是元素型態或形成化合物的銅都會被利用。另外，銅化合物用作抑菌劑、殺真菌劑和木材防腐劑。

銅是所有生物所必需的微量膳食礦物質，因為那是呼吸酶複合體-細胞色素c氧化酶（cytochrome c oxidase）的重要組成成分。在軟體動物和甲殼類動物中，銅是組成血液色素血藍蛋白（blood pigment hemocyanin）的成分，而在魚類或其他脊椎動物中，則被鐵血紅蛋白複合體給取代。另外，在人體中，銅主要分布在肝臟、肌肉和骨骼中[6]，而一般成人每公斤體重約含有1.4至3


.2毫克的銅[7]

性質

[編輯]

物理性質

[編輯]
99.95%純度的銅連鑄而成的圓盤，經蝕刻後呈現出微晶
銅的溫度略高於熔點時，它的粉色光澤蓋過了因熾熱而呈現的橙色
銅線和含鹵素物質在灼燒下火焰呈亮綠色

銅位於元素週期表第11族，同族的還有銀和金，這些金屬的共同特點有延展性高、導電性好。這些元素的原子最外層只有一個電子，位於s亞層，次外層電子d亞層全滿。原子間的相互作用以s亞層電子形成的金屬鍵為主，而全滿的d亞層的影響不大。與d亞層未滿的金屬原子不同，銅的金屬鍵共價成分不多，而且很弱，所以單晶銅硬度低、延展性高。[8] 宏觀上，晶格中廣泛存在的缺陷（如晶界），阻礙了材料在外加壓力下的流動，從而使硬度增加。因此，常見的銅是細粒多晶，硬度比單晶銅更高。[9]

銅不但柔軟，導電性（59.6×106 S/m）、導熱性（401 W/(m·K)）也好，室溫下在金屬單質中僅次於銀。[10]這是因為室溫下電子在金屬中運動的阻力主要來自於電子因晶格熱振動而發生的散射，而較柔軟的金屬散射則較弱。[8]銅在露天環境下所允許的最大電流密度為3.1×106 A/m2（橫截面），更大的電流就會使之過熱。[11]像其他金屬一樣，銅和其他金屬並置會發生電化腐蝕（英語：galvanic corrosion）。[12]

銅是四種天然色澤不是灰色或銀色的金屬元素之一，另外三種是銫、金（黃色）和鋨（藍色）。[13]純淨的銅單質呈橙紅色的，接觸空氣以後失去光澤而變紅。銅的這種特殊顏色是由於全滿的3d亞層和半滿的4s亞層之間的電子躍遷——這兩個亞層之間的能量差正好對應於橙光。銫和金呈黃色也是這個原理。[8]

化學性質

[編輯]
未氧化的銅線（左）和已氧化的銅線（右）
愛丁堡皇家天文台東塔樓，2010年翻新時安裝的銅和1894年原有的銅（綠色）形成鮮明對比

銅不和水反應，但和空氣中的氧氣緩慢反應，形成一層棕褐色的氧化銅，但和鐵暴露在潮濕空氣中形成鐵鏽不同，銅鏽能保護下面的銅免受進一步腐蝕。銅質建築物（如自由女神像）上常可見到一層銅綠（鹼式碳酸銅）[14]銅接觸硫後因生成各種硫化物而失去光澤。[15]銅的氧化態有0、+1、+2、+3、+4，其中+1和+2是常見氧化態。+3氧化態的有六氟合銅(III)酸鉀，+4氧化態的有六氟合銅(IV)酸銫，0氧化態的Cu(CO)2可通過氣相反應再用基質隔離方法檢測到[16]。

銅容易被鹵素、互鹵化物、硫、硒腐蝕，硫化橡膠可以使銅變黑。銅在室溫下不和四氧化二氮反應，但在硝基甲烷、乙腈、乙醚或乙酸乙酯存在時，則生成硝酸銅：

Cu + 2 N2O4 → Cu(NO3)2 + 2 NO

金屬銅易溶於硝酸等氧化性酸，若無氧化劑或適宜配位試劑的存在時，則不溶於非氧化性酸，如：

  • 銅和硝酸的反應如下：
3 Cu + 8 HNO3（稀） → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO↑ + 4 H2O
Cu + 4 HNO3（濃） → Cu(NO3)2 + 2 NO2↑ + 2 H2O
Cu + 2 H2SO4（濃） → CuSO4 + SO2↑ + 2 H2O
和濃硫酸的反應產物還和溫度有一定關係。反應過程中硫酸逐漸變稀，直到反應停止。銅不能和稀硫酸反應，但是有氧氣存在時，按下式反應：
2 Cu + O2 + 2 H2SO4 —Δ→ 2 CuSO4 + 2 H2O
3 Cu + 6 H+ + ClO3− → 3 Cu2+ + Cl− + 3 H2O
  • 存在硫脲時發生配位反應：
2 Cu + 6 S=C(NH2)2 +2 HCl → 2Cu(I)(S=C(NH2)2)3Cl + H2[17]
2 Cu + 8 HCl（濃） → 2 H3[CuCl4] + H2↑

銅在酸性條件下能和高鎝酸根離子反應，使高鎝酸根離子還原為單質鎝：

7 Cu + 2 TcO4- + 16 H+ → 2 Tc + 7 Cu2+ + 8 H2O[19]

銅和硫化亞鐵加熱可以發生置換反應：

2 Cu + FeS → Cu2S + Fe

銅加熱可以和三氧化硫反應，主要反應有兩種：

4 Cu + SO3 → CuS + 3 CuO
Cu + SO3 → CuO + SO2
銅在常溫下可溶於氨性過氧化氫中產生氫氧化四氨合銅
Cu(s)＋4NH₃(aq)＋2H₂O(l)＋H₂O₂(aq)→Cu(NH₃)₄(H₂O)₂²⁺(aq)＋2OH⁻(aq)

銅在乾燥空氣中穩定，可保持金屬光澤。但在潮溼空氣中，表面會生成一層銅綠（鹼式碳酸銅，分子式：Cu2(OH)2CO3），保護內層的銅不再被氧化。反應方程式：

2 Cu + O2 + CO2 + H2O → Cu2(OH)2CO3

同位素

[編輯]
主條目：銅的同位素

銅有29個同位素。63Cu和65Cu很穩定，63Cu在自然存在的銅中約占69%；它們的自旋量子數都為3/2。[20]其他同位素都有放射性，其中最穩定的是67Cu，半衰期61.83小時。[20]已確定7個亞穩態核素的特性，其中68mCu半衰期最長，為3.8分鐘。質量數64以上的核素發生β衰變，質量數64以下的核素發生正電子發射。64Cu兩種衰變都會發生，半衰期12.7小時。[21]

62Cu和64Cu有重要應用。62Cu在62Cu-PTSM中用作正電子發射斷層掃描的放射性示蹤劑。[22]

存在

[編輯]

銅在巨型恆星中生成[23]，在地殼中豐度約為50 ppm[24]，存在形式為自然銅，硫化物礦（黃銅礦和輝銅礦和銅藍），硫代酸鹽礦物（砷黝銅礦和異銅），碳酸銅礦（藍銅礦和孔雀石），還有氧化亞銅礦（赤銅礦）跟氧化銅礦（黑銅礦Tenorite （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館））。[10]已知的最大一塊單質銅重420噸，在1857年於美國密西根州凱韋諾半島（英語：Keweenaw Peninsula）發現。[24]自然銅是一種多晶，記錄到的最大的單晶尺寸為4.4×3.2×3.2厘米。[25]

生產

[編輯]
參見：各國銅產量列表

銅在地殼中的含量約為0.01%。大部分銅都是從斑岩銅礦中露天開採提取（英語：Copper extraction techniques）的。這種銅礦含有0.4%到1.0%的銅。智利的丘基卡馬塔，美國猶他州的賓厄姆峽谷礦和美國新墨西哥州的奇諾礦（英語：Chino Mine）就是這種銅礦。根據英國地質調查局（BGS）統計，2005年智利銅礦產量最高，占到全球產量三分之一強，接下來是美國、印度尼西亞和秘魯。[10]銅也可由原地浸出（英語：In situ leach）法開採，亞利桑那州的幾個銅礦是這種方法的首選。[26]銅的使用量還在增加，而可開採量僅能滿足所有國家達到已開發國家的使用量。[27]

位於智利丘基卡馬塔的露天銅礦場

儲量

[編輯]

銅的使用已有一萬年的歷史，但有95%的銅是在1900年後開採冶煉的[28]，超過半數的銅是在近24年開採的。像很多自然資源一樣，銅在地球中的總儲量十分巨大（在距離地表一公里以內的地殼中約有1014噸，以現在的速度可開採五百萬年）。不過，以現在的技術水平和物價，這些儲量中只有一小部分在經濟上有開採價值。對現有可開採儲量的估計從25年到60年不等，這取決於對增長率等核心指標的假設。[29]現在也有很大一部分銅來源於回收。[28]未來銅的供求狀況是個頗有爭議的話題，其中涉及類似於哈伯特頂點的產量頂點。

銅價被認為是反映世界經濟的指標。[30]銅價歷來波動很大[31]，在1999年6月創下0.60美元每磅（1.32美元每公斤）後便翻了六倍，升至2006年5月的3.75美元每磅（8.27美元每公斤），到了2007年2月又降至2.40美元每磅（5.29美元每公斤），到同年4月又反彈至3.50美元每磅（7.71美元每公斤）。[32]2009年2月，全球需求疲軟和商品價格下跌使得銅價從一年前的高點回落至1.51美元每磅。[33]

方法

[編輯]
閃速熔煉（英語：flash smelting）過程示意圖

銅礦的平均含銅量僅為0.6%，商業銅礦主要是硫化物礦，特別是黃銅礦（CuFeS2），其次是輝銅礦（Cu2S）。[34]礦石粉碎後經過泡沫浮選（英語：froth flotation）或生物浸出濃縮，含銅量提高至10%到15%。[35]然後把礦石與二氧化矽一起閃速熔煉（英語：flash smelting），可把鐵轉化為礦渣（英語：slag）除去。這個過程利用了鐵的硫化物更容易轉化成氧化物，然後和二氧化矽反應生成矽酸鹽礦渣漂浮在熱熔物表面的特點。生成的銅鋶成分為硫化亞銅，焙燒（英語：Roasting (metallurgy)）後轉化成氧化亞銅：[34]

2 Cu2S + 3 O2 → 2 Cu2O + 2 SO2

繼續加熱後氧化亞銅與硫化亞銅反應轉化為粗銅：

2 Cu2O + Cu2S → 6 Cu + 2 SO2

這種工藝只把一半的硫化物轉化成氧化物，生成的氧化物再把其餘的硫化物氧化後去除。所得產物經過電解精煉，陽極泥里所含的金和鉑還可利用。這一步利用了銅的氧化物容易還原成金屬單質的特點。先用天然氣在粗銅上吹以去除大部分剩餘的氧化物，然後再對產物進行電解精煉，得到純銅。[36]

Cu2+ + 2 e− → Cu

回收

[編輯]

銅像鋁一樣，不管是原材料還是在產品中，都能100%回收。按體積計算，銅的回收量僅次於鐵和鋁，排名第三。估計已開採出的銅有80%現在仍在使用。[37]根據國際資源小組在《社會的金屬存量（英語：Metal Stocks in Society report）》報告估計，全球社會人均擁有35到55公斤銅可以使用，其中已開發國家人均擁有量較高（140到300公斤），而欠已開發國家人均擁有量較低（30到40公斤）。[38]

銅的回收過程和開採過程基本相同，但步驟更少。高純度的廢銅在熔爐中熔化、還原、然後鑄造成坯（英語：billet）和錠。低純度的廢銅通過在硫酸中電鍍的方法精煉。[39]

合金

[編輯]
參見：銅合金列表

銅合金種類眾多，用途重要。黃銅是銅鋅合金。青銅通常指銅錫合金，但也可指鋁青銅（英語：aluminium bronze）等其他銅合金。在珠寶業中，銅是克拉金、克拉銀等合金的重要組分之一[40]，也用於克拉金的焊料，能改變合金的顏色、硬度和熔點。[41]

銅和鎳的合金稱為白銅，用於小面額硬幣，常用作包層。5美分硬幣（nickel）含75%銅，25%鎳，為勻質材料。90%銅和10%鎳的合金抗腐蝕性能優異，用於各種接觸海水的零件部位。銅鋁合金（約含7%鋁）呈金色，用於裝飾，令人賞心悅目。[24]有些不含鉛的焊料就是錫和一小部分銅等其他金屬的合金。[42]

化合物

[編輯]
另請參見「Category:銅化合物」。

銅化合物種類繁多，其最常見的氧化數是+1和+2，分別稱為亞銅（cuprous）和銅（cupric）。[43]

簡單化合物

[編輯]

和其他元素一樣，銅能夠形成二元化合物，即只有兩種元素組成的化合物，主要有氧化物、硫化物和鹵化物。氧化物有氧化亞銅和氧化銅，硫化物有很多種，其中硫化亞銅和硫化銅較為重要。

銅的一價鹵化物有氯化亞銅、溴化亞銅和碘化亞銅，二價鹵化物有氟化銅、氯化銅和溴化銅。若嘗試製備碘化銅，則會得到碘化亞銅和碘單質。[43]

2 Cu2+ + 4 I− → 2 CuI + I2

銅的其它簡單化合物有硫酸銅、硝酸銅、乙酸銅、四氟硼酸銅等，這些化合物都有藍色調（乙酸銅藍綠）。不溶的有氫氧化銅、氫氧化亞銅、鹼式碳酸銅等。

配合物化學

[編輯]
二價銅在氨配體存在時呈亮藍色。這是硫酸四氨合銅

和其他金屬一樣，銅和其他配體形成配合物。在水溶液中的二價銅以[Cu(H2O)6]2+離子存在，在過渡金屬水合絡合物中具有最大的水分子交換速率（即水分子配體結合和分離的速率）。加入氫氧化鈉後形成亮藍色的氫氧化銅沉澱。反應方程式可簡單寫成：

Cu2+ + 2 OH− → Cu(OH)2

加入氨水會發生類似反應。氨水過量時沉澱溶解，生成氫氧化四氨合銅（英語：Schweizer's reagent）：

Cu(H2O)4(OH)2 + 4 NH3 → [Cu(H2O)2(NH3)4]2+ + 2 H2O + 2 OH−

銅也可以和其他含氧酸根離子（英語：Oxyanion）形成配合物，如乙酸銅、硝酸銅和碳酸銅。硫酸銅可生成五水合物的藍色晶體，是實驗室中最常見的銅化合物，還用於殺真菌劑波爾多液。

配合物[Cu(NH3)4(H2O)2]2+的球棒模型，顯示了二價銅常見的八面體形分子構型

多元醇（即含有多於一個羥基的有機化合物）一般都能與銅鹽反應。例如，銅鹽能用於檢驗還原糖。特別是本內迪克特試劑和斐林試劑在有糖存在的情況下會變色，從藍色的二價銅變為紅色的氧化亞銅。[44]施魏策爾試劑（英語：Schweizer's reagent）和其他相關的乙二胺等胺配合物能溶解纖維素。[45]胺基酸能與二價銅形成螯合物。有很多液相檢驗二價銅離子的方法，如亞鐵氰化鉀與二價銅鹽生成棕色沉澱。

有機銅化學

[編輯]
主條目：有機銅化合物

有機銅化合物是含有碳銅鍵的化合物。它們容易和氧氣反應，生成氧化亞銅，在化學中有很多用途。這種化合物可由一價銅和格氏試劑、末端炔烴或有機鋰化合物反應生成[46]，特別是最後一個反應會生成吉爾曼試劑。這些試劑能和鹵代烷烴發生取代反應形成偶聯化合物，因此在有機合成中很重要。乙炔銅對震動高度敏感，是卡迪奧-肖德凱維奇偶聯反應[47]和薗頭耦合反應的中間產物。[48]有機銅化合物還能對不飽和醛酮進行親核共軛加成[49]，以及對炔烴進行親核加成。[50]一價銅能與烯烴和一氧化碳形成多種結合較弱的配合物，特別是當有氨作為配體時。[51]

三價銅和四價銅

[編輯]

三價銅通常以氧化物方式存在，例如藍黑色固體銅(III)酸鉀。[52]研究最深入的三價銅化合物是含銅(III)酸根的高溫超導體。釔鋇銅氧就含有二價和三價的銅。像氧離子一樣，氟離子也有很強的鹼性[53]，能穩定金屬離子的較高價態。確實有三價銅和四價銅的氟化物，如六氟合銅(III)酸鉀和六氟合銅(IV)酸銫。[43]

一些含銅的蛋白質含有三價銅，與氧配體相結合。[54]四肽（英語：Tetrapeptide）中未結合質子的醯胺配體能穩定三價銅，形成紫色配合物。[55]

歷史

[編輯]

紅銅時代

[編輯]
主條目：紅銅時代

有記載的最古老的幾個文明知道自然界中存在著自然銅，其應用有至少一萬年的歷史。據估計，銅最早在公元前9千年的中東發現[56]，在伊拉克北部出土了8700年前的銅質墜飾。[57]有證據顯示在此之前人類使用的金屬只有金和隕鐵（但沒有煉鐵）。[58]據信煉銅的歷史發展順序如下：（1）自然銅的冷加工（英語：cold working）、（2）退火、（3）冶煉、（4）失蠟法鑄造。在東南安那托利亞，這四種冶金方式在公元前7500年的新石器時代初期幾乎同時出現。[59]不過，煉銅在世界各地獨立出現，就像農業一樣。公元前2800年以前的中國，公元後600年的中美洲，公元後九至十世紀的非洲都可能已經發現銅的冶煉方法。[60]熔模鑄造（英語：investment casting）發現於公元前4500到4000年的東南亞。[56]碳測年確定英國柴郡的阿爾德利埃奇（英語：Alderley Edge）在公元前2280年到1890年已經有銅的開採。[61]生活在3300到3200年前的冰人奧茨出土時帶有一把斧子，斧頭是99.7%純的銅，另外他的頭髮砷含量很高，這表明他從事過銅的冶煉。[62]銅的使用經驗有助於開發其他金屬為己所用，特別是煉銅使人類發明了煉鐵。[62]位於現在密西根州和威斯康辛州的舊紅銅文明群（英語：Old Copper Complex）在公元前6000到3000年之間就在生產銅。[63][64]

青銅時代

[編輯]
主條目：青銅時代

在發明煉銅之後的4000年，人類開始把銅和錫熔煉成合金，是為青銅。溫查文明在公元前4500年就出現了青銅器。[65]蘇美爾和古埃及的青銅器出現在公元前3000年。[66]東南歐的青銅時代在公元前3700到3300年開啟，西北歐則在公元前2500年開啟。後來，近東在公元前2000到1000年進入鐵器時代，北歐則是公元前600年。

銅是古代就已經知道的金屬之一。一般認為人類知道的第一種金屬是金，其次就是銅。銅在自然界儲量非常豐富，並且加工方便。銅是人類用於生產的第一種金屬，最初人們使用的只是存在於自然界中的天然單質銅，用石斧把它砍下來，便可以錘打成多種器物。隨著生產的發展，只是使用天然銅製造的生產工具就不敷應用了，生產的發展促使人們找到了從銅礦中取得銅的方法。

含銅的礦物比較多見，大多具有鮮艷而引人注目的顏色，例如：金黃色的黃銅礦CuFeS2，鮮綠色的孔雀石CuCO3Cu(OH)2，深藍色的石青2CuCO3Cu(OH)2，赤銅礦Cu2O，輝銅礦Cu2S等，把這些礦石在空氣中焙燒後形成氧化銅CuO，再用碳還原，就得到金屬銅。反應方程式：

，另外，斑銅礦也是很常見的銅礦石。

純銅製成的器物太軟，易彎曲。人們發現把錫摻到銅裡去，可以製成銅錫合金──青銅。青銅比純銅堅硬，使人們製成的勞動工具和武器有了很大改進，人類進入了青銅時代，結束了人類歷史上的新石器時代。

應用

[編輯]
銅電線
各式銅水管的管件
  • 銅的價格在10~5美元每千克（相比較銀850-550美元每千克）。
  • 銅的最普遍用途在於製造電線，通常現時所用的電線都是由純銅製成，這是因為它的導電性和導熱性都僅次於銀，但卻比銀便宜得多。而且銅很容易加工，透過熔解、鑄造、壓延等工序改變形狀，便可製成汽車零件以及電子零件。這些經過加工的銅製品，統稱為「伸銅品」。

而銅可用於製造多種合金，銅的重要合金有以下幾種：

  • 黃銅
    黃銅是銅與鋅的合金，因色黃而得名。黃銅的機械性能和耐磨性能都很好，可用於製造精密儀器、船舶的零件、槍炮的彈殼、水龍頭等。黃銅敲起來聲音好聽，因此鑼、鈸、鈴、號等樂器都是用黃銅製做的。
  • 航海黃銅
    銅與鋅、錫的合金，抗海水侵蝕，可用來製作船的零件、平衡器。
  • 青銅
    銅與錫的合金叫青銅，因色青而得名。在古代為常用合金(如中國的青銅時代)。青銅一般具有較好的耐腐蝕性、耐磨性、鑄造性和優良的機械性能，且硬度大。用於製造精密軸承、高壓軸承、船舶上抗海水腐蝕的機械零件以及各種板材、管材、棒材等。青銅還有一個反常的特性——「熱縮冷脹」，用來鑄造塑像，冷卻後膨脹，可以使眉目更清楚。
  • 磷青銅
    磷青銅是銅、錫與磷的合金，其中含有錫2%-8%，含有磷2-8%，其餘成分余為銅。堅硬，可製彈簧。鑄件可用於齒輪、蝸輪、軸承等機械部件。
  • 白銅
    白銅是銅與鎳的合金，其色澤和銀一樣，銀光閃閃，不易生銹。常用於製造硬幣、電器、儀錶和裝飾品。
  • 十八開金（18K金或稱玫瑰金）
    6/24的銅與18/24的金的合金。紅黃色，硬度大，可用來製作首飾、裝飾品。

銅對人體的影響

[編輯]
高銅質的食物
主條目：銅營養

銅的離子(銅質)對生物而言，不論是動物或植物，是必需的元素。人體缺乏銅會引起貧血，毛髮異常，骨骼和動脈異常，以至腦障礙。但如過剩，會引起肝硬化、腹瀉、嘔吐、運動障礙和知覺神經障礙。

一般來說，牛肉、葵花籽、可可、黑椒、羊肝、螺旋藻、牡蠣等等都有豐富的銅質。[67]

正常人體內含銅100-200毫克，約50%-70%存在肌肉及骨骼，20%存在肝臟，5％-10％分佈於血液。從食物吸收的銅進入肝門靜脈（Hepatic portal vein），在血漿中銅與白蛋白（Albumin，ALB）形成鬆散的結合，運送至肝臟內儲存與供體內利用。肝中合成原血漿銅藍蛋白（apoceruloplasmin），與銅牢固結合形成血漿銅藍蛋白（ceruloplasmin），約佔成人血漿銅的95%，釋入血漿運送全身。

在失眠的人群中，顯示有過量銅的跡象。

世界10大銅消費國之消費量

[編輯]

單位：千公噸

國名 1977 1982 1987 1992
美國 1986.6 1664.2 1276.7 2057.8
日本 1127.1 1243.0 1276.6 1613.2
德國 894.9 847.8 970.1 994.8
前蘇聯 1290.0 1320.0 1270.0 880.0
中國大陸 346.0 398.0 470.0 590.0
法國 326.1 419.0 399.0 481.2
義大利 326.0 342.0 420.0 470.7
比利時 295.4 277.1 291.8 372.0
南韓 53.2 131.9 259.0 343.2
英國 512.2 355.4 327.7 269.4
十大國消費量 7157.5 6998.4 7810.9 8072.3
全球消費量 9059.9 9033.1 10413.6 10714.0

參考文獻

[編輯]
  1. ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip J. H.; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro A. J. Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2022-05-04. ISSN 1365-3075. doi:10.1515/pac-2019-0603 （英語）. 
  2. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2011-03-03. in Lide, D. R. (編), CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th, Boca Raton (FL): CRC Press, 2005, ISBN 0-8493-0486-5 
  3. ^ Enghag. Encyclopedia of the Elements. Wiley-VCH. 2004: 144. ISBN 3-527-30666-8. 
  4. ^ McHenry, Charles (編). The New Encyclopedia Britannica 3 15. Chicago: Encyclopedia Britannica, Inc. 1992: 612. ISBN 978-0-85229-553-3. 
  5. ^ Copper. Merriam-Webster Dictionary. 2018 [22 August 2018]. （原始內容存檔於2019-06-22）. 
  6. ^ Johnson, MD PhD, Larry E. (編). Copper. Merck Manual Home Health Handbook. Merck Sharp & Dohme Corp., a subsidiary of Merck & Co., Inc. 2008 [7 April 2013]. （原始內容存檔於2014-07-14）. 
  7. ^ Copper in human health. [失效連結]
  8. ^ 8.0 8.1 8.2 George L. Trigg; Edmund H. Immergut. Encyclopedia of applied physics. 4: Combustion to Diamagnetism. VCH Publishers. 1992-11-01: 267–272 [2011-05-02]. ISBN 978-3-527-28126-8. （原始內容存檔於2013-05-27）. 
  9. ^ Smith, William F. & Hashemi, Javad. Foundations of Materials Science and Engineering. McGraw-Hill Professional. 2003: 223. ISBN 0-07-292194-3. 
  10. ^ 10.0 10.1 10.2 Hammond, C. R. The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics 81st. CRC press. 2004. ISBN 0-8493-0485-7. 
  11. ^ Resistance Welding Manufacturing Alliance. Resistance Welding Manual 4th. Resistance Welding Manufacturing Alliance. 2003: 18–12. ISBN 0-9624382-0-0. 
  12. ^ Galvanic Corrosion. Corrosion Doctors. [2011-04-29]. （原始內容存檔於2011-05-18）. 
  13. ^ Chambers, William; Chambers, Robert. Chambers's Information for the People L 5th. W. & R. Chambers. 1884: 312. ISBN 0-665-46912-8. 
  14. ^ Copper.org: Education: Statue of Liberty: Reclothing the First Lady of Metals – Repair Concerns. Copper.org. [2011-04-11]. （原始內容存檔於2011-05-14）. 
  15. ^ Rickett, B. I.; Payer, J. H. Composition of Copper Tarnish Products Formed in Moist Air with Trace Levels of Pollutant Gas: Hydrogen Sulfide and Sulfur Dioxide/Hydrogen Sulfide. Journal of the Electrochemical Society. 1995, 142 (11): 3723–3728. doi:10.1149/1.2048404. 
  16. ^ Blitz, M. A.; Mitchell, S. A., Hackett, P. A. Gas-phase reactions of copper atoms: formation of copper dicarbonyl, bis(acetylene)copper, and bis(ethylene)copper. The Journal of Physical Chemistry. 1991-10-01, 95 (22): 8719–8726. doi:10.1021/j100175a055. 
  17. ^ 《無機化學叢書》.第六卷 鹵素 銅分族 鋅分族. 科學出版社. 1.5 銅的化學性質.P468-469
  18. ^ 周為群 朱琴玉. 普通化學（第二版）. 蘇州大學出版社,2014.9. 第六章 重要元素及化合物. pp.205. ISBN 978-7-5672-1076-9
  19. ^ 《元素單質化學反應手冊》P776-779
  20. ^ 20.0 20.1 Audi, G; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A.H. Nubase2003 Evaluation of Nuclear and Decay Properties. Nuclear Physics A (Atomic Mass Data Center). 2003, 729: 3. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. 
  21. ^ Interactive Chart of Nuclides. National Nuclear Data Center. [2011-04-08]. （原始內容存檔於2013-08-25）. 
  22. ^ Okazawad, Hidehiko; Yonekura, Yoshiharu; Fujibayashi, Yasuhisa; Nishizawa, Sadahiko; Magata, Yasuhiro; Ishizu, Koichi; Tanaka, Fumiko; Tsuchida, Tatsuro; Tamaki, Nagara; Konishi, Junji. Clinical Application and Quantitative Evaluation of Generator-Produced Copper-62-PTSM as a Brain Perfusion Tracer for PET (PDF). Journal of Nuclear Medicine. 1994, 35 (12): 1910–1915 [2015-09-01]. PMID 7989968. （原始內容存檔 (PDF)於2020-04-05）. 
  23. ^ Romano, Donatella; Matteucci, Fransesca. Contrasting copper evolution in ω Centauri and the Milky Way. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters. 2007, 378 (1): L59–L63. Bibcode:2007MNRAS.378L..59R. arXiv:astro-ph/0703760 可免費查閱. doi:10.1111/j.1745-3933.2007.00320.x. 
  24. ^ 24.0 24.1 24.2 Emsley, John. Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. Oxford University Press. 2003-08-11: 121–125 [2011-05-02]. ISBN 978-0-19-850340-8. （原始內容存檔於2012-11-16）. 
  25. ^ Rickwood, P. C. The largest crystals (PDF). American Mineralogist. 1981, 66: 885 [2015-09-01]. （原始內容 (PDF)存檔於2013-08-25）. 
  26. ^ Randazzo, Ryan. A new method to harvest copper. Azcentral.com. 2011-06-19 [2014-04-25]. 
  27. ^ Gordon, R. B.; Bertram, M.; Graedel, T. E. Metal stocks and sustainability. PNAS. 2006, 103 (5): 1209–1214 [2015-09-02]. Bibcode:2006PNAS..103.1209G. PMC 1360560 可免費查閱. PMID 16432205. doi:10.1073/pnas.0509498103. （原始內容存檔於2015-09-24）. 
  28. ^ 28.0 28.1 Leonard, Andrew. Peak copper?. Salon – How the World Works. 2006-03-02 [2008-03-23]. （原始內容存檔於2008-03-07）. 
  29. ^ Brown, Lester. Plan B 2.0: Rescuing a Planet Under Stress and a Civilization in Trouble. New York: W.W. Norton. 2006: 109. ISBN 0-393-32831-7. 
  30. ^ 「銅博士」出現「誤診」？. 日經中文網. 2020-07-21 [2020-07-21]. （原始內容存檔於2020-07-22）. 
  31. ^ Schmitz, Christopher. The Rise of Big Business in the World, Copper Industry 1870–1930. Economic History Review. 2. 1986, 39 (3): 392–410. JSTOR 2596347. doi:10.1111/j.1468-0289.1986.tb00411.x. 
  32. ^ Copper Trends: Live Metal Spot Prices. （原始內容存檔於2012-05-01）. 
  33. ^ Ackerman, R. A Bottom In Sight For Copper. Forbes. 2009-04-02 [2015-09-02]. （原始內容存檔於2012-10-26）. 
  34. ^ 34.0 34.1 Greenwood, Norman Neill; Earnshaw, Alan. Chemistry of the elements. 2016. ISBN 978-0-7506-3365-9. OCLC 1040112384 （英語）. 
  35. ^ Watling, H. R. The bioleaching of sulphide minerals with emphasis on copper sulphides — A review (PDF). Hydrometallurgy. 2006, 84 (1, 2): 81–108. doi:10.1016/j.hydromet.2006.05.001. （原始內容 (PDF)存檔於2011-08-18）. 
  36. ^ Samans, Carl. Engineering metals and their alloys. New York: Macmillan. 1949. OCLC 716492542. 
  37. ^ International Copper Association. [2015-09-02]. （原始內容存檔於2012-03-05）. 
  38. ^ Metal Stocks in Society: Scientific synthesis. 聯合國環境署國際資源小組. 2010. （原始內容存檔於2012-09-14）. 
  39. ^ Overview of Recycled Copper. Copper.org. 2010-08-25 [2011-11-08]. （原始內容存檔於2017-04-30）. 
  40. ^ Gold Jewellery Alloys. World Gold Council. [2009-06-06]. （原始內容存檔於2008-06-19）. 
  41. ^ Jacobson, David M.; Sangha, Satti P. S. A low melting point solder for 22 carat yellow gold (PDF). Gold Bulletin. 1996年3月, 29 (1): 3–9. [永久失效連結]
  42. ^ Balver Zinn Solder Sn97Cu3 (PDF). [2011-11-08]. （原始內容 (PDF)存檔於2011-07-07）. 
  43. ^ 43.0 43.1 43.2 Holleman, A. F.; Wiberg, N. Inorganic Chemistry. San Diego: Academic Press. 2001. ISBN 978-0-12-352651-9. 
  44. ^ Ralph L. Shriner, Christine K. F. Hermann, Terence C. Morrill, David Y. Curtin, Reynold C. Fuson "The Systematic Identification of Organic Compounds" 8th edition, J. Wiley, Hoboken. ISBN 978-0-471-21503-5
  45. ^ Kay Saalwächter, Walther Burchard, Peter Klüfers, G. Kettenbach, and Peter Mayer, Dieter Klemm, Saran Dugarmaa "Cellulose Solutions in Water Containing Metal Complexes" Macromolecules 2000, 33, 4094–4107. doi:10.1021/ma991893m
  46. ^ "Modern Organocopper Chemistry" Norbert Krause, Ed., Wiley-VCH, Weinheim, 2002. ISBN 978-3-527-29773-3.
  47. ^ Berná, José; Goldup, Stephen; Lee, Ai-Lan; Leigh, David; Symes, Mark; Teobaldi, Gilberto; Zerbetto, Fransesco. Cadiot–Chodkiewicz Active Template Synthesis of Rotaxanes and Switchable Molecular Shuttles with Weak Intercomponent Interactions. Angewandte Chemie. 2008-05-26, 120 (23): 4464–4468. doi:10.1002/ange.200800891. 
  48. ^ Rafael Chinchilla & Carmen Nájera. The Sonogashira Reaction: A Booming Methodology in Synthetic Organic Chemistry. Chemical Reviews. 2007, 107 (3): 874–922. PMID 17305399. doi:10.1021/cr050992x. 
  49. ^ An Addition of an Ethylcopper Complex to 1-Octyne: (E)-5-Ethyl-1,4-Undecadiene (PDF). Organic Syntheses. 1986, 64: 1. doi:10.15227/orgsyn.064.0001. （原始內容 (PDF)存檔於2012-06-19）. 
  50. ^ Kharasch, M. S.; Tawney, P. O. Factors Determining the Course and Mechanisms of Grignard Reactions. II. The Effect of Metallic Compounds on the Reaction between Isophorone and Methylmagnesium Bromide. Journal of the American Chemical Society. 1941, 63 (9): 2308–2316. doi:10.1021/ja01854a005. 
  51. ^ Imai, Sadako; Fujisawa, Kiyoshi; Kobayashi, Takako; Shirasawa, Nobuhiko; Fujii, Hiroshi; Yoshimura, Tetsuhiko; Kitajima, Nobumasa; Moro-oka, Yoshihiko. 63Cu NMR Study of Copper(I) Carbonyl Complexes with Various Hydrotris(pyrazolyl)borates: Correlation between 63Cu Chemical Shifts and CO Stretching Vibrations. Inorg. Chem. 1998, 37 (12): 3066–3070. doi:10.1021/ic970138r. 
  52. ^ G. Brauer (編). Potassium Cuprate (III). Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 1 2nd Ed. NY: Academic Press. 1963: 1015. 
  53. ^ Schwesinger, Reinhard; Link, Reinhard; Wenzl, Peter; Kossek, Sebastian. Anhydrous phosphazenium fluorides as sources for extremely reactive fluoride ions in solution. Chemistry – A European Journal. 2006, 12 (2): 438. doi:10.1002/chem.200500838. 
  54. ^ Lewis, E. A.; Tolman, W. B. Reactivity of Dioxygen-Copper Systems. Chemical Reviews. 2004, 104 (2): 1047–1076. PMID 14871149. doi:10.1021/cr020633r. 
  55. ^ McDonald, M. R.; Fredericks, F. C.; Margerum, D. W. Characterization of Copper(III)-Tetrapeptide Complexes with Histidine as the Third Residue. Inorganic Chemistry. 1997, 36 (14): 3119–3124. PMID 11669966. doi:10.1021/ic9608713. 
  56. ^ 56.0 56.1 CSA – Discovery Guides, A Brief History of Copper. Csa.com. [2008-09-12]. （原始內容存檔於2015-02-03）. 
  57. ^ Rayner W. Hesse. Jewelrymaking through History: an Encyclopedia. Greenwood Publishing Group. 2007: 56. ISBN 0-313-33507-9. 書中未提及一手來源。
  58. ^ Copper. Elements.vanderkrogt.net. [2008-09-12]. （原始內容存檔於2010-01-23）. 
  59. ^ Renfrew, Colin. Before civilization: the radiocarbon revolution and prehistoric Europe. Penguin. 1990 [2011-12-21]. ISBN 978-0-14-013642-5. （原始內容存檔於2012-11-16）. 
  60. ^ Cowen, R. Essays on Geology, History, and People. [2009-07-07]. （原始內容存檔於2008-05-10）.  |chapter=被忽略 (幫助)
  61. ^ Timberlake, S. & Prag A.J.N.W. The Archaeology of Alderley Edge: Survey, excavation and experiment in an ancient mining landscape. Oxford: John and Erica Hedges Ltd. 2005: 396. doi:10.30861/9781841717159. 
  62. ^ 62.0 62.1 CSA – Discovery Guides, A Brief History of Copper. CSA Discovery Guides. [2011-04-29]. （原始內容存檔於2015-02-03）. 
  63. ^ Pleger, Thomas C. "A Brief Introduction to the Old Copper Complex of the Western Great Lakes: 4000–1000 BC", Proceedings of the Twenty-seventh Annual Meeting of the Forest History Association of Wisconsin （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Oconto, Wisconsin, 5 October 2002, pp. 10–18.
  64. ^ Emerson, Thomas E. and McElrath, Dale L. Archaic Societies: Diversity and Complexity Across the Midcontinent （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, SUNY Press, 2009 ISBN 978-1-4384-2701-0.
  65. ^ Radivojević, Miljana; Rehren, Thilo. Tainted ores and the rise of tin bronzes in Eurasia, c. 6500 years ago. Antiquity Publications Ltd. December 2013 [2015-09-05]. （原始內容存檔於2014-02-05）. 
  66. ^ McNeil, Ian. Encyclopaedia of the History of Technology. London ; New York: Routledge. 2002: 13, 48–66. ISBN 0-203-19211-7. 
  67. ^ 8种高铜食物，铜食物排行榜，含铜高的食物排行榜. WebMD. [2018-12-11]. （原始內容存檔於2019-03-23） （中文（中國大陸））. 

延伸閱讀

[編輯]

[在維基數據編輯]

維基文庫中的相關文本： 《欽定古今圖書集成·經濟彙編·食貨典·銅部》，出自陳夢雷《古今圖書集成》

外部連結

[編輯]
取自「https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=铜&oldid=84764328」