ทองแดงเงางามสีแดงเป็นโลหะตัวแรกที่ถูกควบคุมโดยมนุษย์และยังคงเป็นโลหะที่สำคัญในอุตสาหกรรมในปัจจุบัน
วัตถุโลหะที่เก่าแก่ที่สุดที่พบในตะวันออกกลางประกอบด้วยทองแดง มันเป็น awl เล็ก ๆ ย้อนหลังไปถึง 5100 ปีก่อนคริสตกาลและเราเพนนีเดิมทีทำจากทองแดงบริสุทธิ์ (แม้ว่าทุกวันนี้มันคือ 97.5%สังกะสีด้วยผิวทองแดงบาง ๆ )
ทองแดงจัดอันดับเป็นโลหะอุตสาหกรรมที่ใช้เวลามากเป็นอันดับสามในโลกหลังจากนั้นเหล็กและอลูมิเนียมตามที่การสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐฯ(USGS) ประมาณสามในสี่ของทองแดงนั้นจะทำสายไฟฟ้าสายเคเบิลโทรคมนาคมและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
นอกเหนือจากทองคำทองแดงเป็นโลหะเดียวในตารางธาตุสีที่ไม่ได้เป็นสีเงินตามธรรมชาติหรือสีเทา
คำอธิบายทางเคมีของทองแดง
- จำนวนอะตอม (จำนวนโปรตอนในนิวเคลียส): 29
- สัญลักษณ์อะตอม (บนตารางธาตุขององค์ประกอบ): CU
- น้ำหนักอะตอม (มวลเฉลี่ยของอะตอม): 63.55
- ความหนาแน่น: 8.92 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร
- เฟสที่อุณหภูมิห้อง: ของแข็ง
- จุดหลอมเหลว: 1,984.32 องศาฟาเรนไฮต์ (1,084.62 องศาเซลเซียส)
- จุดเดือด: 5,301 F (2,927 C)
- จำนวนไอโซโทป (อะตอมขององค์ประกอบเดียวกันที่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน): 35; 2 คอก
- ไอโซโทปที่พบมากที่สุด: CU-63 (ความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติ 69.15%) และ CU-65 (ความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติ 30.85%)
ประวัติความเป็นมาของทองแดง
ทองแดงส่วนใหญ่เกิดขึ้นในแร่และต้องหลอมหรือสกัดจากแร่เพื่อความบริสุทธิ์ก่อนที่จะสามารถใช้งานได้ แต่บางครั้งปฏิกิริยาทางเคมีตามธรรมชาติสามารถปล่อยทองแดงพื้นเมืองได้ตามเว็บไซต์ฐานข้อมูลเคมีสารเคมี-
มนุษย์ทำสิ่งต่าง ๆ จากทองแดงเป็นเวลาอย่างน้อย 8,000 ปีและคิดหาวิธีที่จะหลอมโลหะได้ประมาณ 4500 ปีก่อนคริสตกาลการกระโดดทางเทคโนโลยีครั้งต่อไปคือการสร้างโลหะผสมทองแดงโดยการเพิ่มกระป๋องลงในทองแดง การพัฒนาเทคโนโลยีนำไปสู่ยุคสำริดระยะเวลาที่ครอบคลุมประมาณ 3300 ถึง 1200 ปีก่อนคริสตกาลและมีความโดดเด่นด้วยการใช้เครื่องมือและอาวุธสีบรอนซ์ตามช่องประวัติศาสตร์-
สิ่งประดิษฐ์ทองแดงจะถูกโรยไปทั่วบันทึกทางประวัติศาสตร์ awl เล็ก ๆ หรือเครื่องมือแหลมที่มีอายุ 5100 ปีก่อนคริสตกาลถูกฝังอยู่กับผู้หญิงวัยกลางคนในหมู่บ้านโบราณในอิสราเอล awl แสดงถึงวัตถุโลหะที่เก่าแก่ที่สุดเคยพบในตะวันออกกลาง ทองแดงอาจมาจากภูมิภาคคอเคซัสซึ่งตั้งอยู่ในภูมิภาคภูเขาซึ่งครอบคลุมรัสเซียตะวันออกเฉียงใต้อาร์เมเนียอาเซอร์ไบจานและจอร์เจียมากกว่า 600 ไมล์ (1,000 กิโลเมตร) ตามบทความ 2014 ที่ตีพิมพ์plos หนึ่ง- ในอียิปต์โบราณผู้คนใช้โลหะผสมทองแดงเพื่อทำเครื่องประดับรวมถึงแหวนนิ้วเท้า- นักวิจัยได้พบเหมืองทองแดงขนาดใหญ่จากศตวรรษที่ 10 ก่อนคริสต์ศักราชในอิสราเอล ทองแดงอาจเป็นได้ด้วยซ้ำมลพิษครั้งแรกมนุษย์ที่ปลดปล่อยสิ่งแวดล้อมเมื่อประมาณ 7,000 ปีก่อน
ประมาณสองในสามของทองแดงโลกพบได้ในหิน Igneous (ภูเขาไฟ) และประมาณหนึ่งในสี่เกิดขึ้นในหินตะกอนตาม USGS โลหะมีความเหนียวและอ่อนไหวและดำเนินการความร้อนและไฟฟ้าได้ดี - เหตุผลที่ทองแดงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และการเดินสาย
ทองแดงเปลี่ยนเป็นสีเขียวเนื่องจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน นั่นคือมันสูญเสียอิเล็กตรอนเมื่อสัมผัสกับน้ำและอากาศ ปฏิกิริยาออกซิเดชันนี้เป็นเหตุผลที่รูปปั้นทองแดงที่ชุบของเสรีภาพเป็นสีเขียวมากกว่าสีส้มแดง ตามสมาคมพัฒนาทองแดงชั้นที่ผุกร่อนของทองแดงออกไซด์เพียง 0.005 นิ้ว (0.127 มิลลิเมตร) เสื้อโค้ท Lady Liberty และฝาปิดมีน้ำหนักประมาณ 80 ตัน (73 เมตริกตัน) การเปลี่ยนแปลงจากสีทองแดงเป็นสีเขียวเกิดขึ้นเรื่อยสมาคมประวัติศาสตร์นิวยอร์ก-
ข้อเท็จจริงที่รวดเร็วเกี่ยวกับทองแดง
นี่คือข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเกี่ยวกับทองแดง:
- ตามPeter van der KrogTนักประวัติศาสตร์ชาวดัตช์คำว่า "ทองแดง" มีรากหลายอย่างซึ่งส่วนใหญ่มาจากคำภาษาละตินทองแดงที่ได้มาจากวลีไซปรัส AESซึ่งหมายความว่า "โลหะจากไซปรัส" ทองแดงจำนวนมากที่ใช้ในเวลานั้นถูกขุดในไซปรัส
- หากการเดินสายทองแดงทั้งหมดในรถเฉลี่ยถูกวางไว้มันจะยืด 0.9 ไมล์ (1.5 กม.)ตาม USGS-
- สื่อกระแสไฟฟ้า (วิธีการที่กระแสสามารถไหลผ่านโลหะได้อย่างไร) ของทองแดงเป็นอันดับสองรองจากเงินตามห้องปฏิบัติการเจฟเฟอร์สัน-
- เพนนีคือทำจากทองแดงบริสุทธิ์เฉพาะจาก 1783 ถึง 1837. จาก 1837 - 1857 เพนนีทำจากบรอนซ์ (ทองแดง 95% โดยที่เหลืออีก 5% ประกอบด้วยดีบุกและสังกะสี) ในปี ค.ศ. 1857 ปริมาณทองแดงในเพนนีลดลงเหลือ 88% (ส่วนที่เหลืออีก 12% คือนิกเกิล) ในปี 1864 สูตรกลับคืนสู่สูตรก่อนหน้า ในปี 1962 เนื้อหาของเพนนีเปลี่ยนเป็นทองแดง 95% และสังกะสี 5% จากปี 1982 ถึงวันนี้เพนนีเป็น 97.5% สังกะสีและทองแดง 2.5%
- ผู้คนต้องการทองแดงในอาหารของพวกเขา โลหะเป็นแร่ธาตุที่จำเป็นซึ่งมีความสำคัญต่อการสร้างเซลล์เม็ดเลือดแดงตามข้อมูลของหอสมุดแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา- โชคดีที่ทองแดงสามารถพบได้ในอาหารหลากหลายชนิดรวมถึงธัญพืชถั่วมันฝรั่งและผักใบเขียว
- ทองแดงมากเกินไปอย่างไรก็ตามเป็นสิ่งที่ไม่ดี การบริโภคโลหะในระดับสูงอาจทำให้เกิดอาการปวดท้องอาเจียนและดีซ่าน (สีเหลืองสีเหลืองกับผิวหนังและสีขาวของดวงตาที่อาจบ่งบอกว่าตับทำงานไม่ถูกต้อง) ในระยะสั้น การสัมผัสในระยะยาวอาจนำไปสู่อาการเช่นโรคโลหิตจางชักและท้องเสียที่มักจะเป็นเลือดและอาจเป็นสีน้ำเงิน
- บางครั้งพบว่าระดับทองแดงเพิ่มขึ้นในน้ำประปาเนื่องจากท่อทองแดงเก่า ตัวอย่างเช่นในเดือนสิงหาคม 2018ระบบโรงเรียนของรัฐในดีทรอยต์ปิดน้ำดื่มทั้งหมดในโรงเรียนของรัฐเพื่อป้องกันไว้ก่อนเนื่องจากมีทองแดงและเหล็กในระดับสูงที่พบในน้ำSeattle Times-
- ทองแดงมีคุณสมบัติต่อต้านจุลินทรีย์และฆ่าแบคทีเรียไวรัสและยีสต์จากการติดต่อตามรายงานของปี 2011 ในวารสารที่ใช้และจุลชีววิทยาสิ่งแวดล้อม เป็นผลให้ทองแดงสามารถทอเป็นผ้าเพื่อทำเสื้อผ้าต่อต้านจุลินทรีย์เช่นถุงเท้าที่ต่อสู้กับเชื้อราเดินเท้า-
- ทองแดงยังรวมอยู่ในอุปกรณ์มดลูกบางประเภท (IUD) ที่ใช้สำหรับการคุมกำเนิดตามคลินิกมาโย- การเดินสายทองแดงสร้างปฏิกิริยาการอักเสบที่เป็นพิษต่อสเปิร์มและไข่เพื่อป้องกันการตั้งครรภ์ มีขั้นตอนการแพทย์ใด ๆ ที่มีความเสี่ยงต่อผลข้างเคียง (ความเป็นพิษของทองแดงดูเหมือนจะไม่ได้เป็นหนึ่งตามบทความ 2017 ที่ตีพิมพ์ในตรวจสอบวิทยาศาสตร์การแพทย์--
งานวิจัยปัจจุบัน
คุณสมบัติต่อต้านจุลินทรีย์ของ Copper ทำให้มันเป็นโลหะยอดนิยมในสาขาการแพทย์ โรงพยาบาลหลายแห่งได้ทดลองใช้พื้นผิวที่สัมผัสบ่อย ๆ เช่นรางเตียงและปุ่มโทรด้วยโลหะผสมทองแดงหรือโลหะผสมทองแดงในความพยายามที่จะชะลอการแพร่กระจายของการติดเชื้อที่โรงพยาบาล ทองแดงฆ่าจุลินทรีย์โดยแทรกแซงค่าไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์ของสิ่งมีชีวิต Cassandra Salgado ศาสตราจารย์ด้านโรคติดเชื้อและนักระบาดวิทยาของโรงพยาบาลที่ Medical University of South Carolina กล่าว
ในปี 2013 ทีมนักวิจัยที่นำโดย Salgado ทดสอบพื้นผิวในหน่วยดูแลที่เข้มข้น (ICU) ในโรงพยาบาลสามแห่งเปรียบเทียบห้องที่ดัดแปลงด้วยพื้นผิวทองแดงที่ติดอยู่กับวัตถุทั่วไปหกชิ้นที่อยู่ภายใต้มือจำนวนมากกับห้องที่ไม่ได้ดัดแปลงด้วยทองแดง นักวิทยาศาสตร์พบว่าในห้องโรงพยาบาลแบบดั้งเดิม (ผู้ที่ไม่มีพื้นผิวทองแดง) 12.3% ของผู้ป่วยที่ได้รับการติดเชื้อยาปฏิชีวนะที่ทนต่อยาปฏิชีวนะเช่นทนต่อ methicillinStaphylococcus aureus(MRSA) และ Vancomycinenterococcus(VRE) จากการเปรียบเทียบในห้องที่ดัดแปลงทองแดงมีเพียง 7.1% ของผู้ป่วยที่ติดเชื้อหนึ่งในการติดเชื้อที่อาจทำลายล้างเหล่านี้
“ เรารู้ว่าถ้าคุณใส่ทองแดงไว้ในห้องของผู้ป่วยคุณจะลดภาระของจุลินทรีย์” ซัลกาโดกล่าวกับวิทยาศาสตร์การใช้ชีวิต "ฉันคิดว่านั่นเป็นสิ่งที่แสดงให้เห็นครั้งแล้วครั้งเล่าการศึกษาของเราเป็นครั้งแรกที่แสดงให้เห็นว่าอาจมีประโยชน์ทางคลินิกในเรื่องนี้"
นักวิจัยไม่เปลี่ยนอะไรเกี่ยวกับเงื่อนไขของห้องไอซียูนอกเหนือจากทองแดง แพทย์และพยาบาลยังคงล้างมือและการทำความสะอาดก็ดำเนินต่อไปตามปกติ นักวิจัยตีพิมพ์ผลการวิจัยในปี 2556 ในวารสารการควบคุมการติดเชื้อและการระบาดของโรงพยาบาล- Salgado และทีมงานของเธอได้ทดสอบซับในทองแดงในหูฟังตามบทความ 2017 ที่ตีพิมพ์ในวารสารการควบคุมการติดเชื้ออเมริกันที่นักวิจัยพบว่ามีแบคทีเรียน้อยลงอย่างมีนัยสำคัญในหูฟังเคลือบทองแดง ในความเป็นจริง 66% ของหูฟังทั้งหมดปราศจากแบคทีเรีย การวิจัยเพิ่มเติมยังคงทดสอบความคิดของการชุบทองแดงในหอผู้ป่วยอื่น ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ที่ผู้ป่วยเคลื่อนที่ได้มากกว่าในห้องไอซียู นอกจากนี้ยังต้องมีการวิเคราะห์ต้นทุนและผลประโยชน์ที่ชั่งน้ำหนักค่าใช้จ่ายในการติดตั้งทองแดงกับการออมที่ได้รับจากการป้องกันการติดเชื้อที่มีราคาแพง Saldago กล่าว
ในปี 2020 การทดลองควบคุมแบบสุ่มสองครั้งพบว่าการผ่าตัดคลอดการผ่าตัดคลอดในผ้าพันแผลที่อุดมด้วยทองแดงสามารถลดความเสี่ยงของการติดเชื้อภายในช่องท้องได้ 80% เมื่อเทียบกับการแต่งกายแบบดั้งเดิม ผลลัพธ์ถูกตีพิมพ์ในไฟล์วารสารสูติศาสตร์ยุโรปนรีเวชวิทยาและชีววิทยาการสืบพันธุ์-
ทองแดงยังมีบทบาทอย่างมากในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเนื่องจากความอุดมสมบูรณ์และราคาต่ำนักวิจัยจึงทำงานเพื่อรวมโลหะเข้ากับอุปกรณ์ที่ทันสมัยเพิ่มขึ้น
ในความเป็นจริงทองแดงอาจช่วยผลิตกระดาษอิเล็กทรอนิกส์แห่งอนาคตไบโอเซนเซอร์ที่สวมใส่ได้และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ "อ่อน" อื่น ๆ Wenlong Cheng ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีของมหาวิทยาลัย Monash ในออสเตรเลียกล่าว เฉิงและเพื่อนร่วมงานของเขาใช้นาโนทองแดงเพื่อสร้าง "airgel monolith" วัสดุที่มีรูพรุนสูงเบามากและแข็งแรงพอที่จะยืนขึ้นด้วยตัวเองคล้ายกับฟองน้ำครัวแห้ง ในอดีตเสาหิน airgel เหล่านี้ทำจากทองคำหรือเงิน แต่ทองแดงเป็นตัวเลือกที่ประหยัดกว่า
ด้วยการผสมนาโนทองแดงกับแอลกอฮอล์โพลีไวนิลจำนวนเล็กน้อยนักวิจัยได้สร้างเสาหิน airgel ที่สามารถเปลี่ยนเป็นยางที่มีรูปร่างและมีรูปร่างที่มีรูปร่าง นักวิจัยรายงานผลการวิจัยของพวกเขาในปี 2014ในวารสาร ACS Nano- ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดอาจเป็นหุ่นยนต์ที่อ่อนนุ่มหรือเซ็นเซอร์ทางการแพทย์ที่ผสมผสานกับผิวโค้งอย่างสมบูรณ์แบบเฉิงบอกวิทยาศาสตร์สด เขาและทีมงานของเขากำลังทำงานเพื่อสร้างเซ็นเซอร์ความดันโลหิตและอุณหภูมิร่างกายจากเสาหินทองแดง - ทองแดง - อีกวิธีหนึ่งทองแดงสามารถช่วยตรวจสอบสุขภาพของมนุษย์ได้
นักฟิสิกส์ได้ทำการทดลองกับทองแดง ในการทดลองปี 2014 ก้อนของทองแดงกลายเป็นลูกบาศก์ที่หนาวที่สุด(35.3 ลูกบาศก์ฟุต) บนโลกเมื่อนักวิจัยแช่เย็นถึง 6 millikelvins หรือหกพันระดับสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ (0 เคลวิน) นี่คือสารที่ใกล้เคียงที่สุดของมวลและปริมาณนี้มาถึงZero สัมบูรณ์-
นักวิจัยที่สถาบันฟิสิกส์นิวเคลียร์แห่งชาติอิตาลีใส่ 880 ปอนด์ (400 กิโลกรัม) ลูกบาศก์ทองแดงภายในภาชนะที่เรียกว่า cryostat ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อให้รายการเย็นมาก นี่คือ cryostat แรกหรืออุปกรณ์สำหรับการรักษาสิ่งต่าง ๆ ที่อุณหภูมิต่ำซึ่งสามารถรักษาสารใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ได้ การทดลองทองแดงน้ำแข็งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการวิจัยเพื่อตรวจสอบอนุภาคย่อยที่เรียกว่านิวตริโนและทำไมจึงมีเรื่องมากกว่ายาปฏิสตในจักรวาล
ทองแดงยังเป็นที่สนใจของนักวิทยาศาสตร์การเกษตร นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยคอร์เนลล์ได้ศึกษาผลกระทบของการขาดทองแดงในพืชโดยเฉพาะข้าวสาลี ข้าวสาลีเป็นหนึ่งในลวดเย็บกระดาษที่สำคัญที่สุดในโลกและการขาดทองแดงสามารถนำไปสู่ทั้งผลผลิตที่ต่ำกว่าและความอุดมสมบูรณ์ของพืชผล
นักวิจัยได้ศึกษาว่าพืชดูดซับและประมวลผลทองแดงได้อย่างไร พวกเขาพบโปรตีนสองตัวภายในข้าวสาลี ATCITF1 และ ATSPL7 ซึ่งมีความสำคัญต่อการดูดซึมและส่งมอบทองแดงไปยังอวัยวะสืบพันธุ์ของข้าวสาลีกรมวิชาการเกษตรของสหรัฐอเมริกา-
การทดสอบก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าเมื่อทองแดงและสารอาหารอื่น ๆ อุดมไปด้วยดินแล้วดูดซึมโดยข้าวสาลีผลผลิตจะเพิ่มขึ้นมากถึงเจ็ดครั้ง ในขณะที่ความรู้เกี่ยวกับทองแดงและแร่ธาตุอื่น ๆ เป็นที่รู้จักกันว่าเป็นประโยชน์ต่อสุขภาพและความอุดมสมบูรณ์ของพืชผลอย่างไรและทำไมความจริงก็ไม่เป็นที่เข้าใจกัน ความรู้ว่าทำไมทองแดงจึงเป็นประโยชน์และวิธีการทำงานภายในการเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ของพืชสามารถนำไปใช้กับพืชได้เช่นข้าวข้าวบาร์เลย์และข้าวโอ๊ตและสามารถแนะนำพืชเหล่านี้ด้วยปุ๋ยที่อุดมด้วยแร่ธาตุซึ่งรวมถึงทองแดงสู่ดินที่ไม่เหมาะสมสำหรับการทำฟาร์ม
บทความนี้ได้รับการปรับปรุงเมื่อวันที่ 9 มีนาคม 2565 โดยสเตฟานี Pappas ผู้สนับสนุนด้านวิทยาศาสตร์สด การรายงานเพิ่มเติมโดย Rachel Ross ผู้สนับสนุนด้านวิทยาศาสตร์สด
การอ่านเพิ่มเติม
- ที่สมาคมมะเร็งอเมริกันตรวจสอบการวิจัยเกี่ยวกับทองแดงและอ้างว่าอาจมีบทบาทในการป้องกันหรือรักษาโรคมะเร็ง
- ที่หน่วยงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมให้ข้อมูลเกี่ยวกับการสัมผัสกับทองแดงในระดับสูงและผลกระทบของการกัดกร่อนทองแดงในท่อในครัวเรือน
- สิ่งอำนวยความสะดวกของ Thomas Jefferson National Accelerator (เจฟเฟอร์สันแล็บ) สำรวจประวัติและการใช้ทองแดง
บรรณานุกรม
-ทองแดง: ข้อมูลองค์ประกอบคุณสมบัติและการใช้งาน"ราชสมาคมเคมีเข้าถึง 9 มีนาคม 2565
-ประโยชน์ต่อสุขภาพและความเสี่ยงของทองแดง"MedicalNewStoday อัปเดตตุลาคม 2560
-ทองแดง"หอสมุดแห่งชาติการแพทย์เข้าถึง 9 มีนาคม 2565
