Bakar

Iz Vikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigaciju, pretragu
Bakar,  29Cu
Cu,29.jpg
Opšta svojstva
Ime, simbol bakar, Cu
Bakar u periodnom sistemu
Vodonik (diatomski nemetal)
Helijum (plemeniti gas)
Litijum (alkalni metal)
Berilijum (zemnoalkalni metal)
Bor (metaloid)
Ugljenik (poliatomski nemetal)
Azot (diatomski nemetal)
Kiseonik (diatomski nemetal)
Fluor (diatomski nemetal)
Neon (plemeniti gas)
Natrijum (alkalni metal)
Magnezijum (zemnoalkalni metal)
Aluminijum (postprelazni metal)
Silicijum (metaloid)
Fosfor (poliatomski nemetal)
Sumpor (poliatomski nemetal)
Hlor (diatomski nemetal)
Argon (plemeniti gas)
Kalijum (alkalni metal)
Kalcijum (zemnoalkalni metal)
Skandijum (prelazni metal)
Titanijum (prelazni metal)
Vanadijum (prelazni metal)
Hrom (prelazni metal)
Mangan (prelazni metal)
Gvožđe (prelazni metal)
Kobalt (prelazni metal)
Nikl (prelazni metal)
Bakar (prelazni metal)
Cink (prelazni metal)
Galijum (postprelazni metal)
Germanijum (metaloid)
Arsen (metaloid)
Selen (poliatomski nemetal)
Brom (diatomski nemetal)
Kripton (plemeniti gas)
Rubidijum (alkalni metal)
Stroncijum (zemnoalkalni metal)
Itrijum (prelazni metal)
Cirkonijum (prelazni metal)
Niobijum (prelazni metal)
Molibden (prelazni metal)
Tehnecijum (prelazni metal)
Rutenijum (prelazni metal)
Rodijum (prelazni metal)
Paladijum (prelazni metal)
Srebro (prelazni metal)
Kadmijum (prelazni metal)
Indijum (postprelazni metal)
Kalaj (postprelazni metal)
Antimon (metaloid)
Telur (metaloid)
Jod (diatomski nemetal)
Ksenon (plemeniti gas)
Cezijum (alkalni metal)
Barijum (zemnoalkalni metal)
Lantan (lantanoid)
Cerijum (lantanoid)
Prazeodijum (lantanoid)
Neodijum (lantanoid)
Prometijum (lantanoid)
Samarijum (lantanoid)
Evropijum (lantanoid)
Gadolinijum (lantanoid)
Terbijum (lantanoid)
Disprozijum (lantanoid)
Holmijum (lantanoid)
Erbijum (lantanoid)
Tulijum (lantanoid)
Iterbijum (lantanoid)
Lutecijum (lantanoid)
Hafnijum (prelazni metal)
Tantal (prelazni metal)
Volfram (prelazni metal)
Renijum (prelazni metal)
Osmijum (prelazni metal)
Iridijum (prelazni metal)
Platina (prelazni metal)
Zlato (prelazni metal)
Živa (prelazni metal)
Talijum (postprelazni metal)
Olovo (postprelazni metal)
Bizmut (postprelazni metal)
Polonijum (postprelazni metal)
Astat (metaloid)
Radon (plemeniti gas)
Francijum (alkalni metal)
Radijum (zemnoalkalni metal)
Aktinijum (aktinoid)
Torijum (aktinoid)
Protaktinijum (aktinoid)
Uranijum (aktinoid)
Neptunijum (aktinoid)
Plutonijum (aktinoid)
Americijum (aktinoid)
Kirijum (aktinoid)
Berklijum (aktinoid)
Kalifornijum (aktinoid)
Ajnštajnijum (aktinoid)
Fermijum (aktinoid)
Mendeljevijum (aktinoid)
Nobelijum (aktinoid)
Lorencijum (aktinoid)
Raderfordijum (prelazni metal)
Dubnijum (prelazni metal)
Siborgijum (prelazni metal)
Borijum (prelazni metal)
Hasijum (prelazni metal)
Majtnerijum (nepoznata hemijska svojstva)
Darmštatijum (nepoznata hemijska svojstva)
Rendgenijum (nepoznata hemijska svojstva)
Kopernicijum (prelazni metal)
Nihonijum (nepoznata hemijska svojstva)
Flerovijum (nepoznata hemijska svojstva)
Moskovijum (nepoznata hemijska svojstva)
Livermorijum (nepoznata hemijska svojstva)
Tenesin (nepoznata hemijska svojstva)
Oganeson (nepoznata hemijska svojstva)


Cu

Ag
niklbakarcink
Atomski broj (Z) 29
Grupa, perioda grupa 8, perioda 4
Blok d-blok
Kategorija   prelazni metal
Rel. at. masa (Ar) 63,546 u
El. konfiguracija [Ar]3d104s1
po ljuskama
2, 8, 18, 1
Fizička svojstva
Boja crvenkasta
Agregatno stanje čvrsto
Tačka topljenja 1.357,6 K (1.084,4 °‍C)
Tačka ključanja 2.840 K (2.567 °C)
Gustina 8.920 kg/m3
Molarna zapremina 7,11×10−3 m3/mol
Toplota fuzije 13,05 kJ/mol
Toplota isparavanja 300,3 kJ/mol
Pritisak pare 0,0505 Pa (1.358 K)
Sp. topl. kapacitet 380 J/(kg·K)
Atomska svojstva
Oksidaciona stanja 1, 2, 3, 4
Osobine oksida srednje bazni
Elektronegativnost 1,90 (Poling)
1,75 (Olred)
Energije jonizacije 1: 745,5 kJ/mol
2: 1.957,9 kJ/mol
3: 3.555 kJ/mol
(ostale)
Atomski radijus 135 (145) pm
Kovalentni radijus 138 pm
Valsov radijus 140 pm
Ostalo
Kristalna struktura postraničnocentrirana kubična (FCC)
Površinskicentrirana teseralna kristalna struktura za bakar
Brzina zvuka 3.570 m/s (293,15 K)
Topl. vodljivost 401 W/(m·K)
Sp. el. vodljivost 59,6×106 S/m
Mosova tvrdoća 3,0
CAS broj 7440-50-8
referenceVikipodaci

Bakar (lat. cuprum) hemijski je element sa simbolom Cu i atomskim brojem 29.[1] Spada u prelazne metale, a u periodnom sistemu elemenata uvršten je u 4. periodu i prve sporedne grupe koja je po njemu i nazvana grupa bakra.

Bakar je relativno mek metal, može se dobro oblikovati i dosta je čvrst. Kao odličan provodnik toplote i električne struje pronašao je mnoge primene u tehnici. Osim toga ubraja se i u metale za izradu kovanica. Kao slabo reaktivan teški metal, bakar spada u poluplemenite metale. Poseduje 18 izotopa čije se atomske mase nalaze između 58—73. Postojana sa samo dva: 63 i 65.

Naziv[uredi]

Bakar je poznat od davnina, kao osnovni sastojak bronze. Zapravo, poznat je još u praistorijsko doba, pa se i doba u ljudskoj istoriji naziva bakarnim dobom. Stari Grci su ga nazivali halkos, ali su tako takođe nazivali i mesing i bronzu. Danas je ova reč deo kovanica za razne minerale koji sadrže bakar poput halkopirita i halkozina, a bakrorez se još naziva i halkografija.

Latinski naziv za bakar je cuprum iz kojeg je izveden simbol za element. Ovaj naziv vodi poreklo od izraza cyprium aes što znači kiparski metal ili kiparska bronza. Od ovog naziva vode poreklo nazivi na engleskom, francuskom, nemačkom, holandskom, norveškom, finskom, švedskom, islandskom, danskom, španskom i portugalskom jeziku.

U slovenskim jezicima preovladava izraz iz staroslovenskog jezika, koji se i u Srbiji nekada koristio kao med (ili mjed), imenica ženskog roda koja je označavala i bakar i mesing. Danas se u Srbiji naziv više ne koristi, a poreklo reči nije razjašnjeno. Ovaj izraz je u svom udžbeniku „Osnovi hemije (Izvod iz Roskojeve hemije)“ koristio profesor Borislav Todorović (1846—1925), ali je zbog toga (između ostalog) dobio negativnu recenziju Sime Lozanića sa komentarom da je takav i slični nazivi suviše „posrbljen“.[2] U Srbiji se ustalio naziv bakar koji je preuzet iz turskog jezika. Ovakav izraz alternativno koriste i Bugari, Albanci i Grci.

Italijanski, mađarski i rumunski jezik koriste naziv izveden od latinskog aeramen, a alternativno se taj naziv koristi i u Turskoj i Finskoj.

Istorija[uredi]

Alhemijski simbol za bakar, simbol Venere, stilizirano ogledalo simbolizuje boginju i planetu Veneru

Bakar, zlato, srebro i kalaj bili su prvi metali koje je čovjek upoznao tokom svog razvitka. Osobinu bakra da se može lako obrađivati, koristile su najstarije poznate civilizacije i kulture pre oko 10.000 godina. Period ljudske istorije od 5. milenijuma do 3. milenijuma p. n. e. kada se bakar intenzivno koristi, u zavisnosti od područja i razvijenosti, naziva se bakarno doba. U jordanskoj dolini Hujayrat al-Ghuzlan već u 4. milenijumu p. n. e. postojale su, za tadašnje prilike, brojne radionice i mesta gde se bakar masovno proizvodio. U alhemiji, bakar je bio povezan sa ženstvenošću koju je simbolizovala boginja Venera, a označavao se znakom ♀. Prva ogledala su izrađena upravo od bakra. Najveći predindustrijski proizvođač bakra bilo je Rimsko carstvo sa pretpostavljenom godišnjom proizvodnjom od 15.000 tona.[3]

Kasnije se počelo sa legiranjem bakra kalajem i olovom i proizvodnje bronze. Ova čvršća i tehnički otpornija legura obeležila je takođe jedno doba, po njoj nazvano bronzano doba. Razlike između olova i cinka su uočene tek rastom ljudskog znanja o metalima, tako da se pojam bronza iz današnje perspekitive odnosi isključivo samo na legure kalaja i bakra sa visokim udelom bakra.

Zlatnožuta legura bakra i cinka poznata je pod imenom mesing, a bila je poznata već u antičkoj Grčkoj. Dobijao se zajedničkom obradom ruda navedenih metala, koje su se zajedno topile, a tek Rimljani su ovaj postupak značajno izmenili. U staroj Kolumbiji često se koristila legura bakra i zlata pod nazivom tumbaga.

Bakarno doba[uredi]

Još u 6. milenijumu p. n. e. čovek je koristio bakar, što dokazuju perlice pronađene na arheološkim lokalitetima, koje su napravljene od samorodnog bakra, ali to se ne može smatrati za početak metalurgije.

Period u praistoriji koji je obeležilo početak metalurgije i otkriće bakra, metala koji počinje da se koristi u izradi primitivnog oruđa i oružja u literaturi se naziva Bakarno doba (eneolit, halkolit ili kameno bakarno doba).

Uopšteno govoreći, ovaj period obuhvata treći milenijum pre naše ere, po visokoj hronologiji od 3300. godine do 2000/1900. p. n. e. a po klasičnoj od 2200. do 1700. p. n. e. Ovo je period subborealne klime.

U prvoj fazi bakar se koristio kao petrografska sirovina, to je bio samorodni bakar koji se i u ranijem periodu koristio za nakit. U Evropi već u kulturama poznog neolita imamo pojavu samorodnog bakra i oksidnih ruda. Ležišta bakarne rude su na Karpatima, u Češkom Ravnogorju, na Kavkazu, na Uralu (gde rano počinje mešanje bakra i arsena, čime se dobija arsenska bronza).

Veliki rudnici u doba eneolita su bili kvalitetni. Ruda je primitivno vađena, sledila se žila sulfidne rude, koja je drobljena i zatim izvlačena. Kasnije se razvijaju i jednostavne peći za preradu rude. Oksidne rude su topljene u jamama (ruda je na dnu, ćumur postavljen okolo se palio) ili ognjištima. Metal bi se zahvatao u velike keramičke posude. Postojala je i „reciklaža“, što znači da se staro oruđe i oružje ponovo pretapalo.

Sulfidne rude su tražile veliku vatru, bili su potrebni mehovi, a pretpostavlja se i „sopalj“ — šuplji predmet od keramike, koji je služio za duvanje (potpirivanje vatre). Ovakvi predmeti su pronađeni na eneolitskim areheološkim lokalitetima pored posuda za livenje. Istopljeni bakar se hvatao u malim posudama.

U poznom eneolitu se javljaju kalupi. Bili su od kamena, izdubljeni, u početku jednodelni, za jednokratnu upotrebu. Dvodelni kalup se javlja tek 2300/2200. p. n. e. u Vučedolskoj kulturi.

Mešanjem bakra i kalaja dobijena je tvrda legura — bronza, koja potiskuje u potpunosti kamen kao materijal za izradu predmeta. Bakar nije jedini metal po kome je nazvano čitavo jedno doba u praistoriji čovečanstva, upravo po bronzi naziva se sledeće doba, koje smenjuje eneolit, a zove se bronzano doba.

Alhemija[uredi]

Alhemičari su znali za bakar i koristili ga. Alhemijski simbol za bakar je isti kao i simbol za ženski pol (♀). Paracelzus, koji je praktično uveo poznavanje hemije u medicinu (hemijatrija) je u terapijama koristio hemikalije, koje su između ostalog sadržavale i bakar. Ove lekove dobijao je raznim postupcima kao što su žarenje, topljenje, kristalizacija, destilacija itd. Govorio je da nas alhemija uči kako treba pripremiti lek (Modus praeparandi rerum medicinalium) i potpuno je odvajao učešće alhemije u pripremanju lekova „alchemia medica“, od „alchemia transmutatoria“, odnosno klasične alhemije čiji je zadatak bio pretvaranje elemenata jedan u drugi i dobijanje zlata.[4]

Zastupljenost[uredi]

Rudnik bakra

Bakar, koji se u prirodi vrlo retko može naći u samorodnom obliku (u elementarnom stanju), a Međunarodna mineraloška organizacija ga je priznala kao mineral i po njihovoj sistematici dodelila mu oznaku „1.AA.05“ (po Sistematici minerala po Strunzu, 9. izdanje), u grupi elemenata, metala i međumetalnih jedinjenja — porodica bakra i kupalita.[5] Po starijoj sistematici (8. izdanje po Strunzu) imao je oznaku I/A.01-10. Na engleskom govornom području koristi se Sistematika minerala po Danau, u kojoj je bakar označen sistemskim brojem „01.01.01.03“.

Bakar se kristalizuje u kubibnom kristalnom sistemu, a po Mohsovoj skali ima tvrdoću 2,5 do 3. Kristali bakra se najviše javljaju u bazaltnoj lavi bilo u obliku bakarnocrvenih zrna metalnog sjaja (koji su se stvrdnuli nakon hlađenja lave) ili u obliku takozvanih dendrita. Vrlo retki su pronalasci bakra u kristalnom obliku. Bakar se javlja u paragenezi sa raznim, uglavnom sekundarnim bakarnim mineralima poput bornita, halkozina, kornvalita, kuprita, azurita i malahita, kao i tenorita, a može se javiti povezan i sa mnogim drugim mineralima poput kalcita, klinoklasa, prehnita, pumpeliita, kvarca i srebra.

Zastupljen je u zemljinoj kori u količini od 55 ppm (engl. parts per million) u vidu minerala: halkopirita (Cu2S* FeS2), halkozina (Cu2S), kuprita (Cu2O) i drugih.

Najveći izvor bakra u ishrani su morski plodovi a među njima bakra najviše ima u ostrigama. Bakar se takođe moće naći i u zrnastom crnom hlebu, mahunastom povrću, kuvanim iznutricama i kiviju.

Bakar ulazi u sastav legura od kojih su najkorišćenije bronza i mesing. Sastav bronze je 94% Cu i 6% Sn, a mesinga 67% Cu i 33% Zn. Najveća nalazišta bakra su u Sjedinjenim Američkim Državama (Gornje jezero), u Rusiji i Kanadi.[6] Mesing sa visokim sadržajem bakra-tombak je izgledom sličan zlatu i uobičajen je u izradi nakita.[7] Za industriju bakar se izdvaja pretežno iz sulfitnih ruda.

U svetu je do 2011. godine pronađeno oko 2900 mesta gde se mogao naći samorodni bakar.[8] Najveća nalazišta bakra nalaze se u Čileu (Čukikamata), Peruu, SAD, Rusiji, Zambiji (Bakarni pojas), Kanadi i Mongoliji. Rude bakra su relativno česte. Tako se bakar dobija iz halkopirita (bakarni pesak, CuFeS2), halkozina (Cu2S), a ređe iz bornita (šareni bakarni pesak, Cu5FeS4), atakamita (CuCl2 · Cu(OH)2), malahita (CO3]) i drugih ruda. Do 2010. godine bilo je poznato 636 minerala koji sadrže bakar.[9] Na području Jugoistočne Evrope, najviše rezervi bakra nalazi se u istočnoj Srbiji, u području Bora i Majdanpeka.[10][11]

Nalazišta[uredi]

Ruda bakra

Bakar najčešće nastaje u cementacijskoj zoni ležišta sulfidnih ruda bakra. Gradi veliki broj genetski različitih tipova ležišta i poznat je u endogenom, egzogenom i hidrotermalnom stadijumu obrazovanja orudnjenja. U hidroteralna ležišta spadaju porfirska koju su poznata kao jedna od ekonomski najznačajnijh. Štokverno-impregnacionog tipa su i rudni minerali koji se tamo nalaze su halkopirit i bornit. Sedimentana ležišta spadaju u egzogena i posebno su značajna marinska ležišta. U njihovom stvaranju u čestvuju bakterije i često se nalaze na tlu Afrike.[12]

Najznačajniji rudnik na našim prostorima je bio Rudna Glava, a sada su Bor i Majdanpek.

Proizvodnja[uredi]

Hronologija razvoja svetske proizvodnje bakra
Zemlje članice CIPEC-a

Najvažniji proizvođač bakra je Čile, a slede ga Peru i SAD. U Evropi, najveći proizvođači su Poljska, Portugal i Švedska. Najveći izvoznici bakra su bili organizirani u svetsku organizaciju CIPEC od 1967. do 1988. godine. Članovi CIPEC su bili Čile, Peru i Papua Nova Gvineja, na čijem je ostrvu Bugenvil bio najveći svetski rudnik bakra, zbog kojeg je 1988. godine započeo i rat.

Istorijski važni rudnici bakra nalazili su se na poluostrvu Keweenaw na obali Gornjeg jezera u SAD. Tamo se nalazilo najveće nalazište samorodnog bakra na svetu. Eksploatacija tog bakra je počela davno pre Kolumbovog otkrića Novog Sveta. U Nemačkoj do 1990. godine radio je rudnik u području Mansfelder Land na jugozapadu Saksonije-Anhalt, a u engleskom Kornvolu su se nalazili dosta važni rudnici bakra u 18. i 19. veku.[13]

Dobijanje[uredi]

Udeo bakra u rudama je relativno mali. Bogate rude sadrže 3-10% bakra. Zahvaljujući efikasnim metodama obogaćivanja iskorišćavaju se i siromašnije rude, pa se najveća količina bakra danas dobija/proizvodi iz ruda koje sadržavaju 0,5-2% bakra. Stoga se mora pre topljenja/obrađivanja koncentrisati uklanjanjem jalovine.

Koncentriranje se vrši postupkom flotacije tako da se sitno samlevena ruda pomeša s puno vode u koju je dodato sredstvo za penjenje (posebna vrsta ulja). Ruda zaostaje u površinskom penećem sloju, jer se ne kvasi, a jalovina tone na dno (premda joj je gustina manja od gustine rude). Daljim postupkom izdvaja se ulje i vraća nazad u proces flotacije, a nastali koncentrat ide u dalju preradu.

Mehanička priprema rude obuhvata sledeće operacije:

  • drobljenje i klasiranje,
  • sušenje,
  • briketiranje i mešanje rude s topioničkim dodatkom (tj. sastavljanje punjenja peći — smeša rude i/ili koncentrata i topooničkog dodatka), dok se hemijska priprema svodi na žarenje i podešavanje sastava topioničkog dodatka.

U metalurgiji bakra primenjuje se nekoliko načina žarenja:

  • obično žarenje — sprovodi se radi uklanjanja konstitucijske vode iz karbonatnih ruda i koncentrata, a vrši se pri temeperaturi od 250 °C,
  • hlorirajuće žarenje — kojim se oksidne i sulfidne rude prevode u hlorid koji je rastvoran u vodi (CuCl2), a vrši se pri temperaturi 500-600 °C
  • ulfatizirajuće žarenje — prevodi sulfidne rode u sulfat bakra rastvoran u vodi
  • oksidirajuće žarenje — sprovodi se radi uklanjanja suvišnog sumpora u sulfidnim rudama
  • aglomerirajuće žarenje — kojim se okrupnjava materijal kako bi se mogao topiti u pećima. Za dobivanje bakra koristi se nekoliko metoda: suva ili pirometalurška, mokra ili hidrometalurška i elektrometalurška.

Tehnički bakar sadrži najmanje 99,5% bakra, a ostalo su primese.

Pirometalurška metoda (suva)[uredi]

Iz bogatijih, srednje bogatih, siromašnih sulfidnih ruda i ruda samorodnog bakra koje su prethodno oplemenjene flotacijom, bakar se izdvaja pirometalurškim postupkom, sukcesivnom oksidacijom (radi uklanjanja dela sumpora). Najvažnija ruda za dobivanje bakra je bakrena pakovina ({{CuFeS2}}) koja se prethodno žari radi uklanjanja dela sumpora, a ostatak se uglavnom sastoji od Cu2S, FeS i Fe2O3.

Nizom reakcija u različitim delovima peći sumarno nastaje ugljen-monoksid (grotleni gas) i rastop bakrenca (gustine 4-6 g/cm3) na kojem pliva troska (gvozdeni oksidi vezani u silikate gustine 3-4 g/cm3):

Fe2O3 + SiO2 + C -> Fe2SiO4 + CO

Tako se kao međuproizvod dobija bakrenac ili bakreni kamen (koji je uglavnom smeša Cu2S i FeS), s oko 30-40% bakra, iz kojeg se zatim redukcijom i oksidacijom uz pomoć koksa i dodatak kremenog peska ukloni gotovo svo gvožđe u jamnim ili plamenim pećima (grotlenim pećima), i dobija se sirovi bakar ili blister.

Dalja prerada odvija se prebacivanjem rastopa bakrenca u prethodno zagrejan konverter (iznad 900 °C) i produvanjem vazduhom. Pri tome najpre gvožđe sulfid prelazi u oksid, a zatim se veže s kvarcem koji se dodaje u trosku, a sumpor izgara:

FeS + 3/2 O2 --> FeO + SO2 + 468kJ
2FeS + SiO2 --> Fe2SiO4 + 75kJ

Kada najveći deo gvožđa pređe u trosku, preostali Cu2S se oksiduje i nastaje sirovi bakar prema reakcijama:

Cu2S + 3/2 O2 --> Cu2O + SO2 + 389kJ
2Cu2O + Cu2S --> 6Cu + SO2 — 125 kJ

Reakcije su sumarno egzotermne (oslobađaju toplotu) pa nije potrebno dodatno zagrijavanje.

Sirovi bakar sadrži 97% bakra, ali nije još za upotrebu jer ima u sebi primese, koje se moraju ukloniti — ili zbog njihove vrednosti (zlato, srebro, selenijum) ili zbog štetnog uticaja (gvožđe, arsen i dr.). To se postiže topljenjm uz selektivnu oksidaciju, a zatim elektrolitskom rafinacijom (pomoću elektrolize). Tako se kao konačni proizvod dobija elektrolitski bakar (99,96 do 99,99% bakra), a primese zaostaju u anodnom mulju.

Hidrometalurška metoda (mokra)[uredi]

Iz oksidnih i karbonatnih ruda bakar se najčešće dobija hidrometalurškim (mokrim) postupkom. Ređe se primenjuje ekstrakcija ili stvaranje topljivih kompleksnih soli.

Ova se metoda koristi za dobijanje bakra iz siromašnih ruda odnosno otpadnih proizvoda drugih procesa, npr. pri proizvodnji sumporne kiseline iz pirita. Postupak se sastoji u tome da se ruda tretira pogodnim rastvaračom, tj. izlužuje se razređenim rastvorom sumporne kiseline i gvožđe(III) sulfata. Pritom bakar prelazi u rastvor, iz koje se kao metal izdvaja elektrolizom ili se taloži cementacijom s pomoću gvožđa, a zatim se elektrolitički rafinira.

Za izdvajanje metalnog bakra elektrolizom kao netopljive anode koriste se olovne ploče, a kao katode tanki listići čistog bakra. Izdvajanje bakra iz otopine cementacijom vrši se reakcijom metalnog gvožđa s jonima bakra:

Cu2+ + Fe --> Cu + Fe

Elektroliza kao način izdvajanja metalnog bakra ima prednost nad cementacijom jer se dobija čistiji bakar.

Nakon proizvodnje bakra, suvom ili mokrom metodom, dobije se sirovi bakar čistoće 94-97% koji sadrži primese: gvožđa (Fe), nikla (Ni), sumpora (S), cinka (Zn), antimona (Sb), bizmuta (Bi), kalaja (Sn), olova (Pb), selena (Se) i telura (Te), a ponekad srebra (Ag), zlata (Au) i platine (Pt). Radi poboljšanja svojstava (plastičnosti i električne provodljivosti) primese se moraju ukloniti pri čemu se koriste dva postupka rafinacije bakra: rafinacija topljenjem i elektrolitička rafinacija.

Rafinacija topljenjem sprovodi se u pećima tako da se kroz otopinu sirovog bakra i dodataka pri stvaranju troske najprije produvava vazduh. Pri tome ispare olovo, cink, arsen i kalaj, a gvožđe i nikal prelaze u trosku. Nakon toga nastali bakar(I) oksid (Cu2O) reaguje s bakar(I) sulfidom (Cu2S) dajući elementarni bakar i gas sumpor dioksid (SO2), koji se od gline odstranjuje snažnim mešanjem pri čemu dolazi i do oksidacije ostatka sumpora. Zaostali Cu2O se redukuje pomoću drvenog ili kamenog ugljena. Na kraju se pročišćeni bakar, čistoće će od 99% sa celokupnim sadržajem plemenitih metala lije u ploče debljine oko 3 cm koje služe kao anode pri konačnoj elektrolitičkoj rafinaciji.

U kadama za elektrolitičku rafinaciju bakra katode su od čistog bakarnog lima, a elektrolit je rastvor bakar(II) sulfata (10-14%) i sumporne kiseline (5-10%). Propuštanjem električne struje anoda se rastvara pri čemu bakar i nečistoće poput gvožđa, nikla, kobalta i cinka prelaze u rastvor, a plemeniti metali i ostale nečistoće se talože i formiraju "anodni mulj". Povremeno se joni bakra redukuju na katodi taložeći se u gusti crveni sloj čistog bakra. Dobiveni anodni mulj je polazna sirovina u proizvodnji prisutnih plemenitih metala.

Godišnja proizvodnja bakra u svetu iznosi oko 13,5 miliona tona. Najviše rafiniranog bakra proizvodi se u; Čileu, SAD, Kanadi, Rusiji, Indoneziji, Australiji, Peruu i Republici Kongu. Bakar je glavni izvozni proizvod i osnova privrede DR Konga (pokrajina Katanga) i Zambije.

Osobine[uredi]

Fizičke osobine[uredi]

Soli bakra boje plamen zeleno

Čisti bakar je crvenkasto-braon boje, mek metal, vrlo velike toplotne i električne provodljivosti.[14][15] Na vazduhu ne podleže koroziji, ali dugim stajanjem na njemu bakar se prevlači zelenom patinom baznih soli bakra (hidroksi karbonata, hidroksisulfata ili hidroksihlorida). Ako se u vazduhu nalazi velika količina sumpordioksida umesto zelene patine stvara se crni sloj bakar sulfida.[16]

Sa gustoćom od 8920 kg/m3, bakar spada u teške metale, njegova tačka topljenja iznosi 1083,4 °C. Kristalizuje se u kubno-pločastom centriranom kristalnom sistemu, (tip bakra). Po Mosovoj skali tvrdoće ima vrednost između 2,5 i 3. Bakar izuzetno dobro provodi električnu struju (58 · 106 S/m), neznatno slabije od srebra a mnogo bolje od zlata. Osim toga, bakar je vrlo dobar provodnik toplote. Pošto i najmanje primese i nečistoće, poput fosfora i gvožđa značajno smanjuju njegove provodničke mogućnosti, za potrebe izrade provodnika koristi se bakar izuzetno visokog stepena čistoće. Njegova čvrstoća se povećava hladnom obradom u livenom obliku sa 150-200 MPa na 450 MPa. Pri tome granica izvlačenja pre kidanja je na 4,5%, a vrednost tvrdoće prema Brinelu 100 HB. Oblikovani i meko kaljeni bakar sa čvrstoćom od 200 do 240 MPa ima granicu izvlačenja pre kidanja višu od 38 %, ali mu je tvdoća 50 HB.

Po gramu težine, aluminijum još bolje provodi električnu struju od bakra. Međutim on ima veću zapreminu, tako da bakar po jednom kvadratnom centrimetru poprečnog preseka električnog provodnika bolje provodi struju. Iako je bakar reaktivniji od aluminijuma i njegova prerada je nešto teža od aluminijuma, za izradu električnih provodnika mnogo više se koristi bakar, dok se aluminijum koristi samo gde težina dolazi do izražaja ili bolje mehaničke osobine (npr. čvrstoća).

Hemijske osobine[uredi]

Bakar se javlja u nekoliko oksidacionih stanja: 0, +1, +2, +3 i +4, a najčešća stanja su +1 i +2, gde mu je oksidaciono stanje +2 najstabilnije u rastvorima; dok je stanje +4 najređe (na primer u jedinjenju Cs2CuF6). Soli bakra(II), kao što je bakar(II) sulfat su uglavnom plave ili zelene boje. Hemijski, bakar ima mnoge osobine koje su slične zlatu i srebru, koji su u istoj grupi periodnog sistema elemenata sa bakrom. Tako na primer na gvozdenoj igli koja je uronjena u rastvor bakar sulfata, izdvaja se sloj metalnog bakra, a gvožđe ulazi u rastvor istiskujući bakar dajući gvožđe(II) sulfat, jer je gvožđe neplemenito u odnosu na bakar.

Hlorovodonična kiselina u normalnim uslovima ne napada bakar,[17] ali u prisustvu kiseonika dolazi do vrlo agresivnog napada. Bruća sumporna kiselina rastvara baka.[18] Bakar takođe rastvara azotna kiselina[19] i carska voda[20] Mešavina azotne ili sumporne kiseline sa vodonik peroksidom rastvara bakar izuzetno brzo. Ovaj metal napadaju čak i organske kiseline. U bazama bakar se ponaša stabilno. Kad se zagreje do crvenog usijanja, bakar reaguje sa kiseonikom stvarajući debeli sloj bakar oksida. Kada se izloži fluoru i njegovim jedinjenjima, bakar se pasivizira. Ne reaguje sa (čistim) vazduhom i vodom. U tečnom bakru rastvaraju se kiseonik i vodonik, a kada se takav tečni bakar stvrdne, gasovi se pretvaraju u vodenu paru, te mogu izazavati gasovitu poroznost u livenim bakarnim predmetima.

Biološke osobine[uredi]

Taloženje bakra na rožnjači, kao simptom vilsonove bolesti

Bakar je otrovan za mnoge mikroorganizme već u vrlo malim koncentracijama, dok na sisare ne utiče. Pošto se danas bakar, između ostalog, koristi za završetke vodovodnih cijevi (bilo kao metal ili kao sastojak neke legure), dospeva u vodu za piće. U mnogim zemljama EU i sveta propisana je najveća dozvoljena količina bakra od 2 mg/l koju može sadržavati voda za piće.[21][22][23][24] Zbog svojih baktericidnih osobina, bakar je industrijski testiran za primenu u bolničkim sobama za oblaganje predmeta koje bolesnici često dodiruju (poput kvake na vratima i slično) čime bi se smanjila mogućnost prenošenja mikroorganizama sa zaraženih bolesnika ili nakupljanje gljivica na njima.[25] U poređenju sa mnogim drugim teškim metalima, bakar je relativno slabo otrovan za više organizme. Tako na primer čovek može dnevno uzeti oko 0,04 grama bakra bez ikakvih posledica za zdravlje.[26] U slobodnom obliku, nevezanom za belančevine, bakar deluje antibakterijski; kao i kod srebra primećen je oligodinamički efekat, zbog čega na primer rezano cveće u koje stoji u bakrenoj posudi ili u čiju je vodu stavljena bakrena kovanica, puno sporije uvene.

Njegovo otrovno delovanje nastaje kada se joni bakra vezuju za tiolsku grupu na belančevinama i peroksidiraju masti u ćelijskoj membrani što dovodi do stvaranja slobodnih radikala, koji dalje oštećuju DNK i ćelijsku membranu. Kod čoveka to se može desiti u slučaju Vilsonove bolesti koja se javlja zbog akumuliranja bakra u organima.[27] Legure bakra sa udelom bakra od najmanje 60% takođe ispoljavaju otrovno delovanje prema norovirusima.[28]

Kod većine višećelijskih organizama bakar je sastavni deo mnogih enzima (metalonezima) te je stoga neophodan za život (mikroelement). Bakar je i sastavni deo plavog hemocijanina, koji kod mekušaca i zglavkara služi kao krvni pigment zadužen za transport kiseonika u organizmu. Dnevne potrebe za bakrom odraslog čoveka iznose od 1 do 1,5 mg.[29] U ljudskom telu bakar se najvećim delom skladišti u jetri.

Bakra ima u čokoladi, žitaricama, voću, orasima, lešnjacima i životinjskoj jetri. Nedostatak bakra kod čoveka se javlja vrlo retko, najviše kod novorođenčadi, kod dugotrajnih dijareja, kod neuhranjenih osoba zbog bolesti kao što su Kronova bolest ili mukovicidoza. Uzimanje prevelikih doza cinka, gvožđa ili molibdena, takođe može dovesti do smanjenja količine bakra u telu.[30] Menkesov sindrom je retka urođena bolest koja se manifestuje poremećajem razmene bakra u organizmu.[31][32] Nedostatak bakra može da prouzrokuje i malokrvnost, jer nedovoljna količina bakra izaziva lošije "upijanje" gvožđa i smanjenje broja krvnih zrnaca. Pretpostavlja se da osim toga nedostatak bakra izaziva poremećaje u radu srca i usporava rad nervnog sistema (na primer slaba koncentracija). Nedostatak bakra takođe smanjuje i količinu belih krvnih zrnaca, a samim tim i otpornost organizma na bolesti.

Izotopi[uredi]

Poznato je 29 izotopa bakra. Stabilni su izotopi 63Cu i 65Cu, tako da se prirodni bakar sastoji od oko 69% izotopa 63Cu. Oba prirodna izotopa imaju spin 3/2.[33] Ostali poznati izotopi bakra su radioaktivni, od kojih je 67Cu najstabilniji sa vremenom poluraspada od 61,83 sata.[33] Otkriveno je i sedam nuklearnih (metastabilnih) izomera, među kojima je najdugovečniji 68mCu sa vremenom poluraspada od 3,8 minuta. Izotopi sa masenim brojem iznad 64 raspadaju se β- raspadom, dok oni sa masenim brojem ispod 64 raspadaju se β+ raspadom. Bakar 64Cu sa vremenom poluraspada od 12,7 sati se raspada na oba načina.[34]

Izotopi 62Cu i 64Cu imaju značajnu primenu. 64Cu je radiokontrastno sredstvo za rendgensko snimanje a u kompleksima sa helatima može se koristiti za radioaktivnu terapiju protiv raka. 62Cu se koristi kao radioaktivni trejser za tomografiju emisijom pozitrona.[35]

Legure bakra[uredi]

Drugo važno područje primene bakra je metalurgija, odnosno dobivanje legura. Bakar se kao legirni element za poboljšanje mehaničkih svojstava dodaje legurama plemenitih metala i aluminijskim legurama. Bakar se najčešće legira s cinkom, kalajem, aluminijumom, niklom, manganom i silicijumom.

Legure bakra su važni tehnički materijali odličnih mehaničkih svojstava. Čvršće su od čistog bakra, lakše se liju, obrađuju i zaruju, ali slabije provode elektricitet i toplotu od bakra, a izuzetno su otporne prema koroziji i habanju. Mogu se obrađivati metodama tople i hladne deformacije, te termičkim metodama.

Prema sastavu bakrene legure mogu se podeliti na:

  • tehničke legure bakra,
  • bakar s manjim dodacima primesa,
  • mesing (legure s cinkom),
  • bronza.

Njegove najpoznatije legure su mesing i bronza. Proizvode od bakra (uključujući i legure) sve više istiskuju razne vrste čelika i drugih jeftinijih materijala.

Bakar (iznad 98%) s manjim dodacima ima različite osobine i svojstva, a najvažnije su vrste:

  • Visokoprovodljivi elektrolitički bakar, ETP-bakar (99,90% Cu; 0,4% O), upotrebljava se za izradu električnih sabirnica, sklopki i prekidača, printarskih valjaka te kao materijal za izradu krovnih pokrova i bakrene galanterije u građevinarstvu.
  • Visokoprovodljivi bakar bez kiseonika, OFHC-bakar (99,92% Cu, bez rezidualnog kiseonika) najčišći je konstrukcioni metal koji se danas koristi u industriji za provodnike, elektronske cevi, električne sabirnice, grejače, radijatore, uljna rashlađivače itd.
  • Arsen-bakar (99,65% Cu; 0,025% P; 0,30% As) se upotrebljava za izradu bojlera, radijatora, zazmjenjivača toplote, cevi za kondenzaciju, itd.
  • Kadmijum-bakar (99,00% Cu; 0,6-1,0% Cd) se upotrebljava za elastične delove aparata koji se zagrevaju ili leme, izradu posuda, električne vodove i elektrode za zavarivanje.
  • Hrom-bakar (99,50% Cu; 0,5% Cr) i telur-bakar (99,50% Cu; 0,5% Te). Odlikuju se čvrstoćom na visokoj temperaturi, otpornošću na koroziju i lakom mehaničkom obradom. Koristi se za izradu elektroda za zavarivanje, elektromotore i za delove električnih aparata.
  • Berilijum-bakar legure Tip1 i Tip2 (Tip1: 98% Cu; 2% Be i Tip 2: 97% Cu; 0,4% Be; 2,6% Co). Ove legure imaju visoku čvrstoću i tvrdoću, a upotrebljavaju se za telefonske vodove, delove u rotorima elektromotora i za izradu opruga. Legure beriluma s bakrom su tvrde poput najtvrđeg čelika.

Mesing[uredi]

Mesing je legura bakra i cinka, mada može sadržati i manje količine drugih metala (Сн, Фе, Мн, Ни, Ал и Си). Mesinzi su otporni na koroziju, te su tvrđi od bakra i cinka; mekši su od bronze, zbog čega se od nje lakše obrađuju — bolje izvlače, valjaju i savijaju; tj. mogu se dobro prerađivati, liti i polirati. Ta povoljna svojstva mesinga su posledica njegove kristalne strukture, koja je fina i kompaktna mikrostruktura. Različite vrste mesinga čine značajnu grupu legura zbog svojih dobrih mehaničkih svojstava, lake obradivosti i lepe boje. Tombak je legura bakra i cinka, koja sadrži veći postotak bakra nego u mesingu.

Bronza[uredi]

Bronze su sve bakarne legure koje sadrže više od 60% bakra uz dodatak jednoga (najčešće kalaja) ili više legiranih elemenata (fosfor, silicijum, aluminijum ili cink), među kojima cink nije glavni sastojak (glavni legirni dodatak). Svojstva mnogobrojnih vrsta bronze, njihova primena i ime zavise od vrste i udela dodanih sastojaka. Svojstvena im je velika čvrstoća i tvrdoća (tvrđe su od bakra), kao i otpornost na koroziju. Lakše se tope i dobro se liju, pa se koriste za izradu različitih ventila, zupčanika, novca, ukrasnih predmeta, skulptura, delova brodskih paluba i propelera, itd.

Jedinjenja[uredi]

Plavi kamen- CuSO4 • 5H2O koristi se kao herbicid i fungicid.[36] Osim samorodnog bakra u prirodi ga možemo naći u mineralima: kupritu, malahitu, azuritu, halkopiritu i bornitu Ima veoma važnu primenu kao dobar provodnik toplote i elektriciteta[37] CuSO4 ima baktericidne osobine, a bezvodni je jaka stipsa (upija vodu). Kompleksna jedinjenja bakra su stabilna, ipak dosta lako se menja oksidacioni broj bakra u takvim jedinjenjima i zato se ona često koriste kao katalizatori.

Bakar prepoznajemo po karakterističnoj crvenkastoj boji prošaranoj zelenkastom patinom stvorenom usled oksidacije. Vodeni rastvori soli bakra(I) imaju intenzivnu zelenu, a rastvori soli bakra(II) intenzivnu plavu boju.[38]

Bakar je u jedinjenjima uglavnom jednovalentan (+1) i dvovalentan (+2), dok su jedinjenja s trovalentnim bakrom retka i bez važnosti. Jedinjenja u kojima je bakar jednovalentan su nestabilna:

2 Cu+(aq) --> Cu2+(aq) + Cu(s)

Kvalitativno mogu se katjoni bakra(II) i bakra(I) dokazati prema:

Cu2+ + 2OH- --> Cu(OH)2 -> CuO + H2O
2Cu+ + 2OH- --> 2CuOH -> Cu2O + H2O

U vodenim rastvorima stabilna su samo jedinjenja u kojima je bakar dvovalentan, jer se Cu+ joni u vodi odmah disproporcioniraju na Cu2+ jone i elementarni bakar.

Vodeni rastvori bakar(II) jedinjenja su stabilniji od rastvora bakar(I) jedinjenja, a pri višku pojedinih anjona (molekula) mogu se kompleksno vezati u so ili jon, npr.:

CuCl + 2NH3 --> [Cu(NH3)2]Cl
CuCN + 3KCN --> K3Cu(CN)4
Cu(OH)2 + 2OH- --> [Cu(OH)4]2-
CuCl2 x 2H2O + 2H2O --> [Cu(H2O)4]3+ + 2Cl-

Poznata su mnoga jedinjenja bakra:

  • Bakar(I) jodid (CuI, maršit) je nakon bakar(I) hlorida najpoznatiji bakar(I) halogenid.
Reverzibilno menja boju s temperaturom (bio je pri 20 °C, crven pri 40 °C, smeđ pri 70 °C) pa se koristi kao niskotemperaturni indikator.
  • Bakar(I) cijanid (CuCN) upotrebljava se kao elektrolit pri elektrolitskom pobakrivanju, za dobivanje masti protiv trahoma i konjuktivitisa, koristi se i kao insekticid, stvara kompleksne spojeve važne za elektroplatiniranje bakrom, itd..
  • Bakrovi azidi (CuN3 i Cu(N3)2) eksplozivno se raspadaju već pri slabom udaru pa se koriste kao inicijalni eksplozivi.
  • Bakar(I) acetilid (ili često nazvan bakrov karbid) je često međuproizvod prilikom proizvodnje bakra.
  • Bakar(I) hlorid (CuCl, nantokit) upotrebljava se kao katalizator pri sintezi akrilonitrila i u industriji nafte za dekoloriranje i desulfuriranje. Takođe se koristi za denitriranje veštačke svile i čišćenje acetilena. Jodid (CuI, maršit) reverzibilno menja boju s temperaturom (bio je pri 20 °C, crven pri 40 °C, smeđ pri 70 °C) pa se koristi kao niskotemperaturni indikator.
  • Bakar(I) oksid (Cu2O) je kristalna materija crvene boje. U prirodi se nalazi kao mineral kuprit, a ređe i kao halkotrihit.
Rastvaranjem u NH3 i NH4Cl daje bezbojni rastvor koji s najmanjom količinom kiseonika pomodri pa služi kao reagens na kiseonik. Na povišenoj temperaturi gasoviti vodonik, ugljenik i ugljenik(II) oksid, lako ga redukuju u metalni bakar, a hlor i brom ga oksidiraju u CuO.
Upotrebljava se u elektroplatiniranju, kao fungicid za zaprašivanje semena radi uništavanja štetnih gljivica, itd.
Široku primenu ima kao pigment u bojenju stakla (tzv. crveno staklo naziva se „aventurinsko staklo“) i emajla, za proizvodnju crvene glazure u keramici, te za proizvodnju tzv. "antifouling" boja (koje sprečavaju razvoj morskih organizama i biljaka na podvodnom delu broda i drugih plovila).
  • Bakar(II) acetat (Cu(CH3COO)2 x H2O) ima tamnozelene monoklinske kristale rastvorne u vodi, a kristalizuje se u obliku tamnoplavih prizama.
Upotrebljava se kao adstrigens, kao slabo sredstvo za jetkanje, za pobakrivanje (elektroplatiranje bakrom), kao katalizator u proizvodnji anhidrida sirćetne kiseline iz acetaldehida, a služi kao pigment, pa se upotrebljava za proizvodnju boja, itd.
Jedinjenje Cu(CH3COO)2 x 3Cu(AsO2)2 je takozvano švajnfurtsko zelenilo koje služi kao slikarska boja, ali i kao otrov protiv insekata.
  • Bakar(II) acetoarsenit (Cu(C2H3O2)2 x 3Cu(AsO2)2, bakar(II) acetat triarsenit, pariška zelena boja, od engl. Paris green) je neorgansko jedinjenje, koje se kristalizuje u jako otrovnom esmeraldno-zelenom kristaličnom prahu. Često se upotrebljava kao insekticid i fungicid, ali i kao pigment uprkos toksičnosti. Može nastati reakcijom bakar(II) acetata i arsenovog trioksida.
  • Bakar(II) bromid (CuBr2, bakar dibromid) upotrebljava se za bromiranje u organskoj hemiji, kao katalizator u reakcijama polimerizacije, izomerizacije, esterifikacije i u fotografiji.
  • Bakar(II) fluorid dihidrat (CuF2 x 2H2O) upotrebljava se za keramičke glazure i emajle.
  • Bakar(II) hidroksihlorid (CuCl2Cu(OH)2) upotrebljava se za pripremanje fungicida (npr. protiv peronospore na vinovoj lozi), a poznat je po nazivu bakreni kreč. Priprema se mešanjem hidroksida s neutralnim supstratima (talkom, krečnjakom) i sredstvima koja olakšavaju disperziju u vodi i prijanjanje na listu.
  • Bakar(II) hlorid dihidrat (CuCl2 x 2 H2O, bakar diklorid) najpoznatiji je bakar(II) halogenid.
Upotrebljava se u industriji nekih organskih boja i u štampanju tekstila, u hemiji je dobar katalizator za organske sinteze, za rafinaciju bakra, zlata i srebra, za dobijanje žive mokrim postupkom, u fotografiji, za zelenu vatru u pirotehnici /s blagim uticajem plave boje na rubovima plamena/, za uništavanje korova i zaprašivanje semena, itd.
  • Bakar(II) oksid (CuO, paramelakonit i tenorit) je crn kristalan prah netopljiv u vodi. Slabo je rastvoran u amonijaku i amonijum hloridu, ali je lako rastvoran u kiselinama, amonijum karbonatu i kalijum cijanidu. U rastvorima ima isključivo bazni karakter pa otapanjem u kiselinama daje različite bakar(II) soli.
Upotrebljava se za proizvodnju drugih jedinjenja bakra, služi kao pigment za bojanje staklenih površina i u izradi crnih, zelenih i modrih stakala, glazura i emajla te provodnika s negativnim koeficijentom električnog otpora. Koristi se i kao katodni depolarizator u elektrolizi alkalnih hlorida, kao pozitivna elektroda u galvanskim člancima, za pročišćavanje kiseonika od primesa vodonika i mineralnih ulja od sumpora, kao imitacija dragog kamenja, u hemijskoj analizi, naftnoj industriji, proizvodnji optičkih stakala, itd.
  • Bakar(II) karbonat (CuCO3 x Cu(OH)2) u rastvoru formira svetlo plavi nerastvorni talog. Stvara se na bakrenim predmetima kao patina, a u prirodi se pojavljuje kao malahit.
Bakrov bazni karbonat u čistom stanju služi kao pigment, te kao insekticid i fungicid. Od bakar(II) karbonata mogu se dobiti razne bakrove soli.
  • Bakar(II) hidroksid (Cu(OH)2, bakrena patina) upotrebljava se kao pesticid, pigment i katalizator. To je uglavnom svetloplavo želatinozno jedinjenje.
Često može biti viđen i kao zelenilo na bakrenim krovovima raznih građevina ili pak na nekim drugim bakrenim predmetima koji oksidiraju nakon dugog vremena ne diranja. Nije lužina i ne rastvara se u vodi, a u vodi formira svetloplavi talog. Taj plavi talog obično nastaje dodatkom lužine rastvoru Cu2+ jona.
Sa uviškom amonijaka bakar(II) hidroksid reaguje stvarajući intenzivno modri kompleksni tetra amin bakar(II) jon čija je struktura planarna. Sa viškom pojedinih anjona (molekula) može se kompleksno vezati u so ili jon.
  • Bakar(II) sulfid (CuS) ima rastvorljivost 8 x 10−37; ova so je praktično nerastvorna u vodi, a u vodi formira crni talog.
  • Bakar(II) sulfat pentahidrat (CuSO4 x 5H2O, modra galica) najznačajnija je so bakra, a bila je poznata još starim Egipćanima. Plinije je opisao njezinu proizvodnju u Španiji, a 1880. godine otkriveno je njezino fungicidno delovanje što je podstaklo njenu industrijsku proizvodnju. U prirodi se nalazi kao lazurno modri, triklinalni, kristali minerala halkantita koji su lako rastvorni u vodi. Od pet molekula kristalne vode četiri su kompleksno vezana za bakarni, a peti na sulfatni jon. Industrijski se dobija rastvaranjem bakra u razređenoj sumpornoj kiselini. Može se dobiti i kristalizacijom iz elektrolita preostalog od rafinacije bakra, te delovanjem sumporne kiseline na bakar oksihlorid (Bigurdan-Bebin postupak). Najviše se upotrebljava pomešana s gašenim krečom kao fungicid (bordoška supa) protiv peronospore na vinovoj lozi i biljnih štetočina na krompiru, voćkama i paradajzu. Koristi se još i kao aktivator pri flotaciji ruda kobalta, olova i cinka, za uništavanje alga u rezervoarima, vodovodima i bazenima, za konzerviranje drveta, zatim kao elektrolit u galvanskim člancima i kupkama za pobakrivanje, a u medicini protiv gljivičnih infekcija.
Bezvodni bakar(II) sulfat (CuSO4) bezvodan daje zelenobele ili sivobele kristale koji na sebe lako vežu vodu dajući stabilne hidrate s jednom, tri ili pet molekula vode. Budući da s najmanjom količinom vode pomodri, upotrebljava se za dokazivanje malih količina vode, npr. u alkoholu.
  • Bakar(II) benzoat (C14H10CuO4 ili Cu(C6H5CO2)2) je prah svetlozelene do svetloplave boje.
  • Bakar(II) nitrat (Cu(NO3)2 x 6H2O) je higroskopan svetloplavi prah koji je vrlo dobro rastvoran u vodi i stvara vodeni rastvor svetloplave boje. Bakar se rastvara u azotnoj kiselini i stvara se otrovni crvenkastosmeđi gas azot(IV) oksid.[39]

Upotreba[uredi]

Električni provodnik (licna)
Bakreni krov Drezdenskog dvorca prilikom rekonstrukcije (2007)

Bakar se masovno upotrebljava za produkciju električnih provodnika i uopšte u elektronici. Zbog malih rezervi i velike primene bakar predstavlja materijal od strateškog značaja. Bakar se dodaje u razne legure. Meša se i sa srebrom i zlatom što u znatnoj meri poboljšava njihove mehaničke osobine.

Najmasovnija upotreba bakra je u elektroinstalacijama i uopšte u inženjeringu, koristi se za izradu delova za precizne alate, kovanica, pribora za jelo, umetničkih predmeta, muzičkih instrumenata i slično. Posle srebra, bakar ima najveći specifični električni i toplotni provodnički kapacitet, čak viši od zlata. Zbog toga je njegova primena za izradu električnih provodnika gotovo nezamenjiva. Osim provodnika, od bakra se izrađuju i provodničke trake, integrirani prekidački sklopovi kao i delovi za transformatore, anodna tela magnetrona, elektrotehničke zavojnice i mnogi drugi tehnički proizvodi.

Žice i licne od takozvanog OFC bakra („bakra bez kiseonika“, stepena čistoće preko 99,99%) imaju vrlo fino zrnatu kristalnu strukturu i posebno veliku otpornost na lom pri zamoru materijala. One se koriste za kablove i instalacije gde postoje veliki mehanički zahtevi. Za nadzemne vodove koriste se provodnici načinjeni od legure Cu i magnezijuma[40]

Bakar ima veliku sposobnost odbijanja u infracrvenom delu spektra i zbog toga se koristi kao ogledalo u CO2 laseru. Zbog svoje dobre toplotne provodljivosti idealan je materijal za izradu toplotnih provodnika.

U zanatstvu limovi od bakra, koji su oblikovani kovanjem, su vrlo cenjeni zbog mekoće i lake obrade. U građevinarstvu se bakar koristi kao krovni pokrivač i za izradu oluka, a od skora i kao materijal za oblaganje fasada. Prijatna i nežna zelena boja njegove patine, kao i velika trajnost, čine ga gotovo idealnim, iako skupim, građevinskim materijalom. Patina je vrlo otporna, a sastoji se od različitih bazičnih bakar hidroksida odnosno karbonata bakra. Ona se često pogrešno opisuje kao pariško zeleno (bakar acetat), a zapravo patina štiti metal ispod sebe od daljnje korozije, tako da bakreni krovovi imaju vek trajanja od nekoliko stotina godina.

Biološki značaj[uredi]

Bakar je mikroelement koji se javlja u reaktivnim centrima mnogih enzima, kao što je superoksid dizmutaza.[41] Potreban je za stvaranje crvenih krvnih zrnaca, ulazi u sastav hemocijanina, ima pozitivan uticaj na ćelijsku membranu nervnih ćelija, i ima uticaj u slanju nervnih impulsa. Dnevno je potrebno minimalno uneti 0,5 ppm. Nedostatak bakra dovodi do Vilsonove bolesti.

Nedostatak bakra može da prouzrokuje i malokrvnost, jer nedovoljna količina bakra izaziva lošu apsorpciju gvožđa i smanjenje broja krvnih zrnaca. Pretpostavlja se da sem toga nedostatak bakra izaziva poremećaje u radu srca i usporava rad nervnog sistema (na primer slaba koncentracija). Nedostatak bakra takođe smanjuje i količinu belih krvnih zrnaca, a samim tim i otpornost organizma na bolesti.

Cena[uredi]

Bakar je relativno skup metal. Njegova cena je uglavnom određena na svetskim tržištima metala i sirovina. Vodeće tržište bakra je LME (Londonska berza metala).[42] Svetska tržišna cena podložna je velikim oscilacijama. Najveće oscilacije zabeležene su u poslednjih 10 godina; tako je na primer 2. jula 2008. godine na Londonskoj berzi zabeležena cena bakra od 8.940 američkih dolara po toni,[43] da bi se krajem iste godine, 23. decembra, njegova cena spustila na 2.825 US$ po toni.[43] Nakon toga njegova cena u naredna četiri mjeseca je ponovno porasla na 4.860 dolara po toni.[43] Najviša cena bakra u poslednjih 10 godina zabeležena je 14. februara 2011. godine i iznosila je 10.180 američkih dolara po toni.[44]

Zanimljivosti[uredi]

Uz pojavu sve većeg broja novih materijala, čija je upotreba danas sve raširenija, pronalaze se i nove primene starih, davno poznatih materijala. Tako su na primer 1997.g. napravljeni prvi mikroprocesori (čipovi) s bakrenim provodnicima za unutarnje povezivanje komponenata. Moguće je da će „bakreni“ procesori zbog povoljne cene troškova proizvodnje u skoroj budućnosti naći širu primenu, od običnih računara, preko kućne elektronike, do automobilskih motora. Njegova upotreba može da poveća brzinu procesora omogućavanjem manjih kola.

Izvori[uredi]

  1. Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3rd izd.). Prentice Hall. ISBN 978-0131755536. 
  2. Bojović S. Hemijski pregled 3, godište 43, godina (2002). str. 60—65. Srpsko hemijsko društvo.
  3. Hong, Sungmin; Candelone, Jean-Pierre; Patterson, Clair C.; Boutron, Claude F. (1996): "History of Ancient Copper Smelting Pollution During Roman and Medieval Times Recorded in Greenland Ice", Science, Bd. 272, br. 5259, pp. 246–249 (247, Abb. 1 & 2; 248, Tab. 1) doi:10.1126/science.272.5259.246
  4. Timočki medicinski glasnik:Paracelzus-alhemičar ili lekar
  5. IMA/CNMNC List of Mineral Names — Copper ((engleski), PDF pp. 64)
  6. Vrkljan M. al all. 1998. Mineralogija. Zagreb:Školska knjiga. str. 189, 190.
  7. Glinka N. 1981. General Chemistry. Moscow:Mir Publišers. str. 241.
  8. Mindat — Localities for Copper
  9. Webmineral – Mineral Species sorted by the element Cu (Copper) (engleski)
  10. Površinski kop Majdanpek (srpski)
  11. Novo najbogatije nalazište rude bakra u Boru (srpski)
  12. Jelenković R. al all. 2010. Ležišta mineralnih sirovina. Beograd:Rudarsko-geološki fakultet. str. 127,128. i 131.
  13. Weltkulturerbe Cornish Mining
  14. Lide David R., ur. (2006). CRC Handbook of Chemistry and Physics (87th izd.). Boca Raton, FL: CRC Press. 0-8493-0487-3. 
  15. Susan Budavari, ur. (2001). The Merck Index: An Encyclopedia of Chemicals, Drugs, and Biologicals (13th izd.). Merck Publishing. ISBN 0911910131. 
  16. Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  17. Universität Siegen: Reaktion von Metallen mit Salzsäure (nemački)
  18. Fakten zum Thema — Schwefelsäure, na internetarchive (nemački)
  19. Universität Siegen: Reaktion von Metallen mit Salpetersäure (nemački)
  20. eLexikon Chemie: Kupferchlorid (nemački)
  21. EU preporuka (Directive 98/83/EC)
  22. Pravilnik o higijenskoj ispravnosti vode za piće (Sl. list SRJ, 42/98)
  23. Pravilnik o parametrima sukladnosti i metodama analize vode za ljudsku potrošnju NN 141/2013
  24. Pravilnik o zdravstvenoj ispravnosti vode za piće Službeni glasnik BiH br. 40/2010
  25. Kupfer gegen Keime: Erwartungen wurden übertroffen
  26. Dnevni unos od 0,5 mg/kg je neprihvatljiv po: Holleman-Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. izd. de Gruyter, Berlin, 2007, pp. 1434.
  27. A. Ala, A. P. Walker, K. Ashkan, J. S. Dooley, M. L. Schilsky: Wilson's disease. u: The Lancet. vol. 369, br. 9559, februar 2007, pp. 397–408, doi:10.1016/S0140-6736(07)60196-2
  28. Warnes, SL. i Keevil, CW. (2013): Inactivation of norovirus on dry copper alloy surfaces. u: PLoS One 8(9); e75017: PDF
  29. med.de: Baza podataka Bakar, pristupljeno 23. februara 2013.
  30. Merck Manual: Copper
  31. J. F. Mercer: Menkes syndrome and animal models. u: The American journal of clinical nutrition. vol 67, br. 5 Suppl, maj 1998, pp. 1022S–1028S,
  32. S. Lutsenko, N. L. Barnes et.al..: Function and regulation of human copper-transporting ATPases. u: Physiological reviews. vol. 87, br. 3, juli 2007, pp. 1011–1046, doi:10.1152/physrev.00004.2006
  33. 33,0 33,1 Audi, G (2003). „Nubase2003 Evaluation of Nuclear and Decay Properties”. Nuclear Physics A. Atomic Mass Data Center. 729: 3.  doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001
  34. „Interactive Chart of Nuclides”. National Nuclear Data Center. Pristupljeno 8. 4. 2011. 
  35. Okazawa, Hidehiko (1994). „Clinical Application and Quantitative Evaluation of Generator-Produced Copper-62-PTSM as a Brain Perfusion Tracer for PET” (PDF). Journal of Nuclear Medicine. 35 (12): 1910—1915. 
  36. Brown T. at all. 1988. Chemistry The Central Science. New Jersey:Prentice Hall. str. 849.
  37. Arsenijević S. 1983. Opšta i neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. str. 563, 566.
  38. Smoot R. at all. 1965. Chemistry a modern course. Colombus: Charles E. Merrill Books. str. 449.
  39. Hrvatska enciklopedija (LZMK); broj 1 (A-Bd), pp. 553. Za izdavača: Leksikografski zavod Miroslav Krleža, Zagreb 1999.g. ISBN 953-6036-31-2.
  40. Deutsches Kupferinstitut — Kupfer und seine Anwendungen — Fachinformationen, Beratung, Verlag DKI
  41. Hemijski pregled 1—2 godište 38 (1997). str. 25.
  42. Führend im Handel mit Kupfer: London Metal Exchange – LME Copper. Pristupljeno 15. mart 2013.
  43. 43,0 43,1 43,2 Razvoj cijene bakra na Londonskoj berzi metala u periodu od 2. jula 2008 do 15. aprila 2009 Handelsblatt-Datenbank. Pristupljeno 15. mart 2013.
  44. Najviša cijena bakra na Londonskoj berzi metala u posljednjih 10 godina dana 14. februara 2011 Handelsblatt. Pristupljeno 15. mart 2013.

Literatura[uredi]

  • Nikola Tasić, "Eneolithic cultures of Central and West Balkans", Beograd, 1995
  • Praistorija Jugoslovenskih Zemalja, Tom III, Eneolit, Sarajevo, 1979.

Spoljašnje veze[uredi]