اکسید مس

اکسید مس چیست ؟

اکسید کوپریک یا اکسید (II) مس ترکیبی معدنی با فرمول شیمیایی CuO است. از این اکسید به‌عنوان ماده‌ی پیشرو در بسیاری از محصولات حاوی مس نظیر مواد نگهدارنده‌ی چوب و سرامیک‌ها استفاده می‌گردد.

اکسید کوپریک در ویتامین‌های معدنی که بدون نسخه عرضه می‌شوند و منبع [DB09130] هستند، یافت می‌شود. مس در رژیم غذایی روزانه‌ی بزرگسالان باید بین ۰.۹ تا ۲.۲ میلی‌گرم باشد. افراد از طریق گوارش، تماس پوستی و تنفس می‌توانند در معرض اکسید کوپریک قرار بگیرند.

نانوذرات اکسید مس کاربردهای صنعتی مختلفی دارند، برای مثال به‌عنوان عامل ضدمیکروب در منسوجات و رنگ‌ها و کاتالیست‌ در سنتز آلی به‌کار می‌روند. نانوذرات اکسید کوپریک همچنین از زباله‌های الکترونیکی نیز تولید می‌شوند.

استفاده از اکسید کوپریک می‌تواند با توجه به ذرات سمی و جهش‌زایی که به تولید گونه‌های فعال اکسیژن می‌انجامد، خطراتی را نیز متوجه سلامتی و محیط زیست نماید.

نانوذرات این اکسید پودرهایی سیاه‌رنگ و متمایل‌ به قهوه‌ای هستند. آن‌ها اگر در دمای بالا در معرض هیدروژن یا مونواکسید کربن قرار بگیرند می‌توانند به مس فلزی کاهش پیدا کنند. نانوذرات اکسید کوپریک برای برای سلامتی مضر بوده. این نانوذرات همچنین با توجه به اثر سوء بر زندگی آبی برای محیط زیست نیز خطرناک محسوب می‌شوند.

انواع اکسید مس کدامند ؟

اکسید های مس با توجه به خلوصی که وجود دارد تقسیم بندی می‌شود . از طرفی با توجه به مش و میکرون مورد نظر کاربردهای متفاوتی پیدا می‌کند. همچنین در اصطلاحات مختلفی بکار می‌رود ، بعنوان مثال :

CuO به‌صورت کانی‌های سیاه‌رنگ تنوریت (با ساختار کریستالی تریکلینیک) و کانی‌های پاراملاکونیت (با ساختارهای کریستالی تتراهدرال و مکعبی) در طبیعت یافت می‌شود. محصولات تجاری اکسید کوپریک معمولاً سیاهند، هرچند محصولات قهوه‌ای رنگی (با اندازه‌‌ی دانه‌ی کوچک‌تر از m ۶  تا m ۱۰( نیز تولید می‌شود.

اکسید کوپریک در هوا و رطوبت در دمای اتاق پایدار است. این اکسید تقریباً در آب یا الکل‌ها نامحلول است. اکسید کوپریک در محلول آمونیا به‌آرامی اما در محلول کربنات آمونیوم به‌سرعت حل می‌شود؛ این اکسید توسط سیانیدهای بازی فلزی و محلول‌های اسیدی قوی حل می‌گردد.

محلول‌های اسید فرمیک داغ و استیک اسید در حال جوش نیز این اکسید را به‌آسانی حل می‌کنند. اکسید کوپریک در فشار اتمسفر و دمای ۱۰۲۰ درجه‌ی سانتی‌گراد به مس مونواکسید و اکسیژن تجزیه می‌شود؛ این  واکنش می‌تواند در خلأ در دماهای پایین‌تری انجام شود.

هیدروژن و مونواکسید کربن اکسید کوپریک را در دمای ۲۵۰ درجه‌ی سانتی‌گراد به فلز مس و حدوداً در دمای ۱۵۰ درجه‌ی سانتی‌گرا به مس مونوکسید احیا می‌کنند. گاز آمونیا در بازه‌ی دمایی ۴۲۵ تا ۷۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد اکسید کوپریک را به فلز مس و کوپروس اکسید احیا می‌کند.

ویژگی های پودر کوپریک اکسید چیست ؟

این اکسید در آب نامحلول است، به‌آرامی در الکل یا محلول‌های آمونیایی حل می‌شود، در اسیدهای رقیق نظیر NH₄Cl، (NH₄)₂CO₃، محلول سیانیدی پتاسیم حل می‌شود.

مقاوم آنتی‌بیوتیکی در میکروارگانیسم‌هاست و در عفونت‌ها به‌کار گرفته می‌شود؛ همچنین کاربرد گسترده‌ای در مبارزه با قارچ‌ها دارد.

به‌صورت لایه‌ی زیستی یا به‌منظور توسعه‌ی میکروارگانیسم‌ها بر سطح مواد پوشش‌داده‌شده با نانوذرات CuO به‌کار می‌رود.

باعث حساسیت یا آسیب به پوست نمی‌شود.

برای انسان‌ها در صورت استفاده‌ی خارجی و به‌مقدار کم امن است.

نانوپودر اکسید مس فعالیت کاتالیستی، انتخاب‌پذیری و خواص کاربردی بیشتر و بهتری نسبت به پودر درشت آن دارد.

چگونگی تولید اکسید مس ؟

اکسید (I) مس ( کوپروس اکسید )  به‌راحتی با روش‌های مختلفی تولید می‌شود؛ با توجه به ناپایداری و امکان اکسیداسیون تولید این اکسید باید با دقت همراه باشد. کوپروس اکسید  در روش پیرومتالورژی با اسید ایزوفتالیک و روغن کاج به‌منظور حفاظت پوشش داده می‌شود.

مواد تولیدشده با روش هیدرومتالورژی نیز می‌توانند با مخلوط کردن ذرات دوغاب با چسب، ژلاتین، کازین یا دکسترین پیش از خشک کردن به پایداری لازم برسند.

فرآیندهای پیرومتالورژی

کوپروس اکسید وقتی که پودر مس در دماهای بالاتر از ۱۰۳۰ درجه‌ی سانتی‌گراد در هوا حرارت داده شود ایجاد می‌گردد، به‌منظور جلوگیری از اکسیداسیون، اکسید تشکیل‌شده باید سریعاً در یک اتمسفر خنثی سرد شود.

برای تولید این اکسید در دماهای پایین‌تر، می‌توان کربن را با اکسید کوپریک مخلوط و تا دمای ۷۵۰ درجه‌ی سانتی‌گراد در یک اتمسفر خنثی حرارت داد. ذرات تشکیل‌شده باید توسط اسید ایزوفتالیک یا روغن کاج پوشش‌دهی شوند.

در صورت مخلوط کردن مقادیر استوکیومتری پودر مس و اکسید کوپریک و حرارت دادن آن‌ها تا دماهای ۸۰۰ الی ۹۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد در دمای خنثی و خنک کردنشان کوپروس اکسید پایدارتری ایجاد خواهد شد. محصول می‌تواند در صورت افزودن آمونیا یا مقادیر مشخصی از نمک‌های آمونیا به مخلوط در دماهای پایین‌تری نیز تولید شود.

اکسیداسیون مس در اتوکلاو در دمای ۱۲۰ درجه‌ی سانتی‌گراد و فشار ۰.۶ مگاپاسکال با هوا و در حضور آب و مقادیر کم اسید سولفوریک و اسید هیدروکلریک به تولید ماده‌ای سرخ‌رنگ می‌انجامد. با تغییر فشار و دما تفاوت‌های درخور توجهی در اندازه‌ی ذرات، رنگ، چگالی ظاهری جامد و شناوری مشاهده می‌شود.

چگونگی تشکیل اکسید مس

یک روش محلولی نوعی مستقیم برای آماده‌سازی نانوساختارهای CuO معمولاً شامل این مراحل می‌شود: آماده‌سازی محلول حاوی ماده‌ی پیشرو، اصلاح نانومحصولات با افزودنی‌ها و عوامل فعال سطحی، عملیات حرارتی و مراحل شست‌وشو و خشک کردن

نانوذرات اکسید مس می‌توانند با استفاده از روش ترسیب آبی نیز سنتز شوند؛ در این روش استات مس به‌عنوان یک ماده‌ی پیشرو و هیدروکسید سدیم به‌عنوان یک عامل پایدارکننده استفاده می‌شوند.

کاربرد اکسید های مس در کجاهاست ؟

کاربردهای کلیدی نانوذرات اکسید مس به‌ترتیب زیر است:

• به‌عنوان کاتالیست به‌منظور تسریع سوختن در پیشرانه‌ی موشک، نانوذرات اکسیدهای مس سرعت همگن سوختن در پیشرانه را به‌طرز در خور توجهی افزایش و شاخص فشار کاهش را کاهش می‌دهد، همچنین در پیشرانه‌های کامپوزیتی AP عملکرد بهتری دارد.
• می‌تواند در کاتالیست‌ها، مواد ابررسانا، مواد ترموالکتریک، سنسورها، شیشه‌ها، سرامیک‌ها و سایر کاربردها استفاده شود.
• می‌تواند به‌عنوان مقاوم‌ سرامیکی، شبکه‌ی ذخیره‌ی مغناطیسی، سنسور گاز، مانیپیلاتور (انبر ماشینی) فروسرخ، نوررسان و فوترمال به‌کار گرفته شود.
• می‌توان از آن در نیمه‌رساناها، تبدیل‌ انرژی خورشیدی، ابررساناهای پیشرفته استفاده کرد.
• نانوذرات CuO به‌عنوان عوامل آنتی‌میکروبیال به‌کار گرفته می‌شوند.

از دیگر کاربردهای این نانوذرات می‌توان به اثرگذاریشان در درمان جراحات اشاره کرد. برخی موارد دیگر به ترتیب زیرند:

1. به‌عنوان عامل زورافزایی در نیمه‌رساناها
2. سنسورهای شیمیایی
3. عامل موثر آنتی‌میکروبیال
4. کاربردهای بیولوژیکی
5. کاتالیستی خوب برای واکنش‌های مختلف

کاربردها می‌توانند به‌ترتیب زیر نیز دسته‌بندی شوند:

مواد نیمه‌رسانا به‌طور گسترده‌ای به‌عنوان مواد غیرآلی مهمی در کاربردهای مختلفی نظیر کاتالیست‌ها، ابررساناها، سرامیک‌ها و… به‌کار گرفته می‌شوند. استفاده از اکسید مس به‌عنوان کاتالیست، حامل کاتالیست و مواد فعال الکترود نیز کاربردی است.

به‌عنوان عامل رنگ‌دهنده‌ در شیشه و چینی، عامل پولیش در شیشه‌های نوری، کاتالیست در سنتزهای آلی، عامل سولوفورزدا و هیدروژن‌زا در چربی‌ها به‌کار می‌رود.

تولید سنگ‌های قیمتی مصنوعی و سایر اکسید ها ، تولید الیاف یا ابریشم مصنوعی، آنالیز گاز و تعیین ترکیبات آلی، همچین از آن در پیشرانه‌ی موشک به‌منظور تسریع سوختن به‌عنوان کاتالیست استفاده می‌شود.

مواد مغناطیسی، جاذب نور، مقاوم حرارت، افزودنی پوشش‌دهنده، مواد آنتی‌باکتریال سنسورها و… از دیگر کاربردها هستند.

مهم‌ترین کاربرد تجاری کوپروس اکسید (I) در رنگ‌های محافظ و کف کشتی‌ها است. این اکسید به‌خوبی جلبک‌ها و صدف‌های چسبنده به کف کشتی‌ها را کنترل می‌کند. کوپروس اکسید (I) زرد یا نارنجی برای از بین بردن قارچ‌ها استفاده می‌شود.

کاربردهای نانواکسید مس

به‌طور کلی، از نانواکسید مس به‌طور گسترده استفاده می‌شود. این اکسید در کاتالیست، مواد ابررسانا، مواد ترموالکتریک، سنسورها، شیشه‌ها، سرامیک‌ها و سایر کاربردها به‌کار می‌رود. همچنین، نانواکسید مس می‌تواند به‌عنوان کاتالیست در پیشرانه‌ی موشک استفاده شود.

این نانواکسید نه‌تنها سرعت سوختن در پیشرانه‌ی موشک را افزایش و شاخص فشار را کاهش می‌دهد، حتی عملکرد بهتری هم در پیشرانه‌ی کامپوزیتی AP دارد.

از دیگر کاربردها هم می‌توان به این موارد اشاره کرد: مقاوم‌های سرامیکی، سنسورهای گازی، شبکه‌ی ذخیره‌ی مغناطیسی، مانیپیلاتور (انبر ماشینی) فروسرخ، کاربردهای نوررسان و فوتوترمال، نیمه‌رساناها، تبدیل انرژی خورشیدی، کاتالیست‌ها، ابررساناهای پیشرفته.

Cu2O در دمای بالای ۱۸۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد تجزیه می‌شود. این اکسید در طبیعت به‌صورت کانی کورپیت با رنگ قرمز یا قهوه‌ای مایل به قرمز با ساختار کریستالی مکعبی یا اکتوهدرال مشاهده می‌شود.

بسته به روش آماده‌سازی یا اندازه‌ی ذرات، ماده‌ی مصنوعی می‌تواند زرد، نارنجی، قرمز یا بنفش باشد. امکان دارد ماده‌ی زردرنگ با هیدروکسید مس (I) اشتباه گرفته ‌شود، اما تفرق اشعه‌ی X نشان می‌دهد که تفاوتی بین ساختارهای کریستالی این مواد با رنگ‌های مختلف وجود ندارد.

نانواکسید مس در هوای خشک پایدار اما به‌آرامی در هوای مرطوب اکسید شده و اکسید کوپریک ایجاد می‌شود. عملاً در آب نامحلول است اما در محلول آمونیا حل می‌شود. در محلول‌های اسید کلریدریک قوی ترکیب‌های انحلال‌پذیر کلرید مس (I) تشکیل می‌شوند. با این حال، در اسید سولفوریک یا اسید نیتریک قوی تسهیم نامتناسب نمک‌های انحلال‌پذیر مس(Il)  و پودرهای مس اتفاق می‌افتد.

اکسید قرمز رنگ هم به‌عنوان رنگ‌دانه در لعاب‌های سرامیکی و شیشه‌ها استفاده می‌شود. کوپروس اکسید همچنین در رکتیفایرها و لحیم‌کاری نیز به‌کار می‌رود. سرعت واکنش‌های آلی بسیاری با اکسید بیشتر می‌شود. این اکسید همچنین جاذب خوبی برای مونواکسید کربن به‌شمار می‌رود.