ویژگی‌های فیزیکی فلز مس

مس در علم فیزیک

مس اولین فلزی بود که انسان توانست با شکل دادن به آن برای زندگی روزمره خود اشیا و لوازم مورد نیازش را بسازد. این فلز همان‌قدر که سخت است انعطاف‌پذیر هم هست و می‌توان آن را با روش‌های گوناگونی شکل داد و شاید به همین دلیل بود که انسان در زمان‌های بسیار دور توانست با امکانات و لوازم ابتدایی آن را به وسایلی برای استفاده تغییر شکل دهد. این ماده در طبیعت هم به صورت سنگ معدن و هم به صورت فلز یافت می‌شود. آگاهی از ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی این فلز می‌تواند کمک بسیاری در ارتباط با کاربرد آن در بخش‌های مختلف بکند.

خواص فیزیکی مس

مس یکی از مهم‌ترین عناصری است که در صنایع غیرآهنی کاربرد فراوانی دارد. دمای ذوب و جوش، گرمای نهان تبخیر، چگالی، سختی و انرژی بستگی نسبتا بالایی دارد. ثابت کریستالی این عنصر 608/3 آنگسترم است و به دلیل داشتن تمام شرایط حلالیت از جمله ظرفیت، ردیف الکتروشیمی و اندازه اتمی به عنوان حلال‌ترین فلز شناخته می‌شود. تقریباً تمامی عناصر به جز سرب تا اندازه‌ای در مس حل می‌شوند.

96-1[1]ساختار مس

مس در درجه حرارت 1083 درجه سانتیگراد ذوب شده و نسبت به مواد غیرآهنی دیگر دارای نقطه ذوب بالایی است و به مقدار زیادی با اکسیژن ترکیب می‌شود. ترکیبات فلزی مس دارای دامنه انجماد طولانی و انجماد خمیری هستند، به خصوص در مورد برنج این دامنه انجماد خیلی طولانی می‌شود. شمش مس به شکل ورق یا مفتول استفاده می‌شود که با درجه خلوص 99.9 تا 99.5 درصد معمولا دارای ناخالصی‌هایی نظیر قلع، نیکل، آهن و سرب است و معمولا ً بیشترین ناخالصی در این آلیاژ مربوط به آهن و نیکل است.

خواص مکانیکی مس

مس انعطاف‌پذیر است، قابلیت تغییرشکل دارد، خاصیت چکش‌خواری، صیقل‌پذیری، تورّق و مفتول شدن در آن خیلی زیاد است. در مقابل ضربه، فشار و کشش هم مقاومت دارد. این فلز با برخی فلزات دیگر، آلیاژهای بسیار مهمی تشکیل می‌دهد که خواص و کاربردهای ویژه‌ای در پژوهش، علم و صنعت دارند. مس خالص صنعتی که در صنایع الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد، معمولاً از نوع مس کاتدیک یا بدون اکسیژن است. قابلیت انعطاف‌پذیری مس عاری از اکسیژن بیش از مس کاتدیک است و با توجه به اینکه مقاومت این نوع مس هم از مقاومت مس کاتدیک بیشتر است، در نتیجه بیشتر می‌توان روی خاصیت چکش‌خواری آن حساب کرد.

  • مس کاتدیک: مسی که پس از تصفیه الکتریکی تولید شده و دارای خاصیت هدایت الکتریکی مناسب است را کاتدیک می‌گویند. این مس به صورت ورقه‌های کاتدی عرضه می‌شود.
  • مس حاوی اکسیژن: مس دارای اکسیژن در دو نوع مس تصفیه شده الکتریکی و مس تصفیه شده حرارتی وجود دارد. هر دو این مس‌ها به دلیل داشتن اکسیژن برای جوش‌کاری و لحیم مناسب نیستند.
  • مس عاری از اکسیژن: مس عاری از اکسیژن در دو نوع مس بدون اکسیژن و مس اکسیژن‌زدایی شده توسط فسفر وجود دارد:
  • مس بدون اکسیژن: چنین مسی دارای خاصیت مناسب برای جوش‌کاری و لحیم بدون خطر هیدروژن‌تردی است.
  • مس اکسیژن‌زدایی شده توسط فسفر: وجود مقدار ناچیز فسفر در این نوع مس سبب کاهش هدایت الکتریکی شده و در صنایع الکتریکی استفاده کمی دارد. ولی به دلیل نداشتن اکسیژن خاصیت انعطاف‌پذیری و چکش‌خواری بالایی دارد.

ایزوتوپ‌های پایدار مس

بسیاری از اتم‌ها در شکل‌های مختلفی وجود دارند. مثلا مس دو شکل دارد: مس 63  که 70 درصد کل مس موجود در طبیعت است و مس 65 که 30 درصد بقیه را تشکیل می‌دهد. شکل‌های مختلف اتم، ایزوتوپ نامیده می‌شوند. هر دو اتم مس 63 و مس     65  دارای 29 پروتون هستند، ولی مس 63 دارای 34 نوترون و مس 65 دارای 36 نوترون است. هر دو ایزوتوپ خصوصیات یکسانی دارند و هر دو هم پایدارند.در عنصر مس، علاوه بر تعداد زیادی رادیوایزوتوپ، دو ایزوتوپ پایدار Cu-63 و Cu-65  موجود است. تعداد بسیار زیادی از این رادیو ایزوتوپ‌ها نیمه‌عمرهایی به مقیاس دقیقه یا کمتر دارند، طولانی‌ترین نیمه عمر متعلق به Cu-64 است که مدت آن 12.7 ساعت، با دو حالت فرسایشی است که منجر به محصولات جداگانه می‌شود.

 

خواص ایزوتوپ‌ها

ایزوتوپ‌های یک عنصر خواص شیمیایی یکسانی دارند. اما خواص فیزیکی آن‌ها متفاوت است. تقریبا تمام عناصر موجود در طبیعت مخلوطی از چند ایزوتوپ هستند. مانند اکسیژن که دو ایزوتوپ دارد و یا مس که چند ایزوتوپ دارد. برخی از عناصر دارای ایزوتوپ‌هایی هستند که از خود اشعه‌های نامرئی رادیواکتیو ساطع می‌کنند. این ایزوتوپ‌ها پس از تشعشات رادیواکتیوی به ایزوتوپ‌های دیگر تبدیل می‌شوند.