baker
kemični element
Baker (Cu), kemični element, rdečkasta, izjemno duktilna kovina iz skupine 11 (Ib) periodnega sistema, ki je nenavadno dober prevodnik elektrike in toplote. Baker se v naravi nahaja v prostem kovinskem stanju. Ta samorodni baker so ljudje v neolitu (nova kamena doba) prvič uporabili (okoli 8000 pr. n. št.) kot nadomestek za kamen. Metalurgija se je začela v Mezopotamiji, ko so baker ulivali v oblike v kalupe (okoli 4000 pr. n. št.), ga predelali v kovino iz rud z ognjem in ogljem in ga namenoma legirali s kositrom kot bron (okoli 3500 pr. n. št.). Rimska dobava bakra je skoraj v celoti prihajala s Cipra. Znano je bilo kotaes Ciper, "kovina Cipra", skrajšano vciprijin kasneje pokvarjen vkuprum. Poglej tudibron.
| atomsko število | 29 |
|---|---|
| atomska teža | 63.546 |
| tališče | 1083 stopinj (1981 stopinj F) |
| vrelišče | 2567 stopinj (4653 stopinj F) |
| gostota | 8,96 pri 20 stopinjah (68 stopinj F) |
| valenca | 1, 2 |
| elektronska konfiguracija | 2-8-18-1 ali (Ar)3d104s1 |
Pojavljanje, uporaba in lastnosti
baker
Baker s polotoka Keweenaw, Michigan, ZDA
Samorodni baker najdemo na številnih lokacijah kot primarni mineral v bazaltnih lavah in tudi kot reduciran iz bakrovih spojin, kot so sulfidi, arzenidi, kloridi in karbonati. (Za mineraloške lastnosti bakra,glejtabela samorodnih elementov.) Baker se pojavlja združen v številnih mineralih, kot so halkozit, halkopirit, bornit, kuprit, malahit in azurit. Prisoten je v pepelu morskih alg, v številnih morskih koralah, v človeških jetrih ter v številnih mehkužcih in členonožcih. Baker igra enako vlogo pri transportu kisika v hemocianinu modrokrvnih mehkužcev in rakov kot železo v hemoglobinu rdečekrvnih živali. Baker, ki je pri ljudeh prisoten kot element v sledovih, pomaga katalizirati tvorbo hemoglobina. Najdišče porfirnega bakra v Andih v Čilu je največje znano nahajališče tega minerala. Do začetka 21. stoletja je Čile postal vodilni svetovni proizvajalec bakra. Drugi večji proizvajalci so Peru, Kitajska in Združene države.
Kitwe: odprti rudnik bakra
Odprti rudnik bakra, Kitwe, Zambija.
Baker se komercialno proizvaja predvsem s taljenjem ali izpiranjem, ki mu običajno sledi elektrodepozicija iz sulfatnih raztopin. Za podrobno obravnavo proizvodnje bakra,glejpredelava bakra. Glavnino proizvedenega bakra na svetu porabi elektroindustrija; večina preostanka se kombinira z drugimi kovinami v zlitine. (Tehnološko je pomembna tudi kot galvanizirana prevleka.) Pomembne vrste zlitin, v katerih je baker glavna sestavina, so medenine (baker in cink), bron (baker in kositer) in nikljevo srebro (baker, cink in nikelj, št. srebro). Obstaja veliko uporabnih zlitin bakra in niklja, vključno z monelom; obe kovini se popolnoma mešata. Baker tvori tudi pomembno serijo zlitin z aluminijem, imenovanih aluminijev bron. Berilijev baker (2 odstotka Be) je nenavadna bakrova zlitina, saj jo je mogoče utrditi s toplotno obdelavo. Baker je del mnogih kovin za kovanje kovancev. Dolgo potem, ko je bronasta doba prešla v železno dobo, je baker ostal druga kovina po uporabi in pomembnosti za železom. Do leta 1960 pa se je cenejši in veliko bolj razširjen aluminij pomaknil na drugo mesto svetovne proizvodnje.
| država | proizvodnja rudnika 2016 (metrične tone)* | % svetovne proizvodnje rudnikov | dokazane zaloge 2016 (metrične tone)* | % svetovnih dokazanih zalog |
|---|---|---|---|---|
| *Ocenjeno. | ||||
| **Zaradi zaokroževanja se podrobnosti ne seštevajo k navedeni skupni vrednosti. | ||||
| Vir: Ministrstvo za notranje zadeve ZDA, Povzetki mineralnih surovin 2017. | ||||
| Čile | 5,500,000 | 28.4 | 210,000,000 | 29.2 |
| Peru | 2,300,000 | 11.9 | 81,000,000 | 11.3 |
| Kitajska | 1,740,000 | 9.0 | 28,000,000 | 3.9 |
| Združene države | 1,410,000 | 7.3 | 35,000,000 | 4.9 |
| Avstralija | 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 |
| Mehika | 620,000 | 3.2 | 46,000,000 | 6.4 |
| druge države | 3,800,000 | 19.6 | 150,000,000 | 20.8 |
| svetovno skupno | 19,400,000** | 100** | 720,000,000 | 100** |
bakreni kabli
Bakreni električni kabli. Zaradi visoke električne prevodnosti bakra se veliko uporablja v elektroindustriji. (več)
Baker je ena najbolj duktilnih kovin, ni posebej močna ali trda. Trdnost in trdota se občutno povečata s hladno obdelavo zaradi tvorbe podolgovatih kristalov iste kubične strukture s središčem ploskve, ki je prisotna v mehkejšem žarjenem bakru. Običajni plini, kot so kisik, dušik, ogljikov dioksid in žveplov dioksid, so topni v staljenem bakru in močno vplivajo na mehanske in električne lastnosti strjene kovine. Čista kovina je po toplotni in električni prevodnosti takoj za srebrom. Naravni baker je mešanica dveh stabilnih izotopov: bakra-63 (69,15 odstotka) in bakra-65 (30,85 odstotka).
Britannica kviz
Dejstva, ki bi jih morali vedeti: kviz o periodnem sistemu
Ker je baker v elektromotorni seriji pod vodikom, ni topen v kislinah z nastajanjem vodika, čeprav bo reagiral z oksidirajočimi kislinami, kot sta dušikova in vroča, koncentrirana žveplova kislina. Baker je odporen na delovanje atmosfere in morske vode. Dolgotrajna izpostavljenost zraku pa povzroči nastanek tanke zelene zaščitne prevleke (patine), ki je mešanica hidroksokarbonata, hidroksosulfata in majhnih količin drugih spojin. Baker je zmerno plemenita kovina, na katero v odsotnosti zraka ne vplivajo neoksidirajoče ali nekompleksirane razredčene kisline. Vendar pa se zlahka raztopi v dušikovi kislini in v žveplovi kislini v prisotnosti kisika. Prav tako je topen v vodnem amoniaku ali kalijevem cianidu v prisotnosti kisika zaradi tvorbe zelo stabilnih ciano kompleksov ob raztapljanju. Kovina bo pri rdeči vročini reagirala s kisikom, da bo nastala bakrov oksid CuO, pri višjih temperaturah pa bakrov oksid Cu2O. Pri segrevanju z žveplom reagira, da nastane bakrov sulfid, Cu2S.
Glavne spojine
Baker v normalni kemiji tvori spojine v oksidacijskih stanjih +1 in +2, čeprav je v posebnih okoliščinah mogoče pripraviti nekatere spojine trivalentnega bakra. Dokazano je, da trivalentni baker v vodni raztopini ne preživi več kot nekaj sekund.
kuprit
Cuprite iz Namibije.
Bakrove(I) (bakrove) spojine so vse diamagnetne in z nekaj izjemami brezbarvne. Med pomembne industrijske spojine bakra(I) sodi bakrov oksid (Cu2O), bakrov klorid (Cu2Cl2) in bakrov sulfid (Cu2S). Bakrov oksid je rdeč ali rdečkasto rjav kristal ali prah, ki se v naravi pojavlja kot mineral kuprit. Proizvaja se v velikem obsegu z redukcijo mešanih rud bakrovega oksida s kovinskim bakrom ali z elektrolizo vodne raztopine natrijevega klorida z uporabo bakrenih elektrod. Čista spojina je netopna v vodi, vendar topna v klorovodikovi kislini ali amoniaku. Bakrov oksid se uporablja predvsem kot rdeči pigment za barve proti obraščanju, stekla, porcelanaste glazure in keramiko ter kot fungicid za semena ali pridelke.
Bakrov klorid je belkasta do sivkasta trdna snov, ki se pojavlja kot mineral nantokit. Običajno se pripravi z redukcijo bakrovega(II) klorida s kovinskim bakrom. Čista spojina je stabilna na suhem zraku. Vlažen zrak ga pretvori v zelenkasto oksigenirano spojino, ob izpostavitvi svetlobi pa v bakrov(II) klorid. V vodi je netopen, zaradi tvorbe kompleksnih ionov pa se topi v koncentrirani klorovodikovi kislini ali amoniaku. Bakrov klorid se uporablja kot katalizator v številnih organskih reakcijah, zlasti pri sintezi akrilonitrila iz acetilena in vodikovega cianida; kot sredstvo za razbarvanje in razžveplanje naftnih proizvodov; kot denitracijsko sredstvo za celulozo; in kot kondenzacijsko sredstvo za mila, maščobe in olja.
Bakrov sulfid se pojavlja v obliki črnega prahu ali grudic in ga najdemo kot mineral halkozit. Velike količine spojine dobimo s segrevanjem bakrovega sulfida (CuS) v toku vodika. Bakrov sulfid je netopen v vodi, topen pa v amonijevem hidroksidu in dušikovi kislini. Njegove aplikacije vključujejo uporabo v sončnih celicah, svetlečih barvah, elektrodah in nekaterih vrstah trdnih maziv.
Bakrove (II) spojine komercialne vrednosti vključujejo bakrov oksid (CuO), bakrov klorid (CuCl2) in bakrov sulfat (CuSO4). Bakrov oksid je črn prah, ki se pojavlja kot minerala tenorit in paramelakonit. Velike količine nastanejo s praženjem mešanih rud bakrovega oksida v peči pri temperaturi pod 1030 stopinj (1900 stopinj F). Čista spojina se lahko raztopi v kislinah in alkalijskih cianidih. Bakrov oksid se uporablja kot pigment (moder do zelen) za kozarce, porcelanaste glazure in umetne dragulje. Uporablja se tudi kot sredstvo za razžveplanje naftnih plinov in kot oksidacijski katalizator.
Bakrov klorid je rumenkast do rjav prah, ki zlahka absorbira vlago iz zraka in se spremeni v zelenkasto moder hidrat, CuCl2∙2H2O. Hidrat se običajno pripravi s prehajanjem klora in vode v kontaktni stolp, napolnjen s kovinskim bakrom. Brezvodno sol dobimo s segrevanjem hidrata na 100 stopinj (212 stopinj F). Tako kot bakrov klorid se bakrov klorid uporablja kot katalizator v številnih organskih reakcijah, npr. pri kloriranju ogljikovodikov. Poleg tega služi kot konzervans za les, jedkal (fiksator) pri barvanju in tiskanju tkanin, razkužilo, krmni dodatek in pigment za steklo in keramiko.
Bakrov sulfat je sol, ki nastane z obdelavo bakrovega oksida z žveplovo kislino. Oblikuje se kot veliki svetlo modri kristali, ki vsebujejo pet molekul vode (CuSO4∙5H2O) in je v trgovini znan kot modri vitriol. Brezvodna sol se proizvaja s segrevanjem hidrata na 150 stopinj (300 stopinj F). Bakrov sulfat se uporablja predvsem za kmetijske namene, kot pesticid, germicid, krmni dodatek in dodatek prsti. Med manjšimi uporabami je kot surovina pri pripravi drugih bakrovih spojin, kot reagent v analitični kemiji, kot elektrolit za baterije in kopeli za galvanizacijo ter v medicini kot lokalno uporabljen fungicid, baktericid in adstringent.
Druge pomembne bakrove (II) spojine vključujejo bakrov karbonat, Cu2(OH)2CO3, ki se pripravi z dodajanjem natrijevega karbonata raztopini bakrovega sulfata ter nato filtriranjem in sušenjem produkta. Uporablja se kot barvilo. Z arzenom tvori bakrov acetoarzenit (splošno znan kot pariško zelenje), sredstvo za zaščito lesa in insekticid.
