فلز مس به دلیل رنگ متمایل به سرخی که دارد یکی از زیباترین فلزات مهندسی به شمار می‌رود. این ماده به‌خاطر هدایت الکتریکی و حرارتی عالی، مقاومت خوب در برابر خوردگی و شکل‌پذیری آسان، کاربرد فراوانی در صنایع برق و الکترونیک، ساخت لوله و تیوب و ساخت وسایل تزیینی دارد. اما در برخی موارد دیده شده که رنگ مس پس از مدتی به سبز تغییر می‌کند. مهم‌ترین مثالی که در مورد سبز شدن رنگ مس می‌توان زد، “مجسمه آزادی” است که در شهر نیویورک قرار دارد و از مس ساخته شده است. این مجسمه امروزه به رنگ سبز روشن دیده می‌شود درصورتی‌که از مس ساخته شده و باید رنگ آن متمایل به سرخ باشد. دلیل این پدیده چیست؟ چرا مس پس از مدتی سبز می‌شود؟ آیا این پدیده در قیمت مس تاثیرگذار است؟

 

چرا رنگ مس پس از مدتی سبز می‌ شود؟

تغییر رنگ در فلزات و حتی غیر فلزات پدیده جدیدی نیست و ما بارها با چنین رخدادی در زندگی روزمره خود مواجه شده‌ایم. از تغییر رنگ سیب پس از بریده شدن آن گرفته تا زنگ‌زدن اشیای آهنی همگی نمونه‌هایی از ایجاد تغییر رنگ در مواد هستند. اما شاید کمتر کسی شنیده باشد که فلز مس نیز تغییر رنگ دهد. این فلز وقتی برای طولانی‌مدت در هوای آزاد قرار گیرد، رنگ آن از سرخ به سبز تغییر خواهد کرد. علت سبز شدن رنگ مس چیست؟

همچون تغییر رنگ آهن به دلیل زنگ‌زدگی و یا خاکستری شدن سیب پس از بریده شدن، تغییر رنگ مس نیز به دلیل اکسیدشدن است. اما چون اغلب ما اکسیدشدن را با رنگ‌های نارنجی و قهوه‌ای مانند زنگ آهن دیده‌ایم، تصور اینکه مس در صورت اکسیدشدن سبز شود سخت است. چراکه زنگ آهن یک پدیده مخرب است و منجر به پوسته‌پوسته شدن سطح می‌شود و خواص آن را نیز دچار افت می‌کند. اما در مثال معروف از سبز شدن رنگ مس که همان مجسمه آزادی است، هیچ آثاری از پوسته‌شدن و یا تخریب مجسمه دیده نمی‌شود. برای مشاهده قیمت شمش مس به این صفحه مراجعه نمایید.

 

اکسید شدن مس و تغییر رنگ آن به سبز

اکسیداسیون پدیده‌ای است که در آن یک عنصر در اثر برهم‌کنش با عنصر دیگر، الکترون یا هیدروژن خود را از دست می‌دهد. مانند آهن و آلومینیوم، عنصر مس نیز در صورت قرارگرفتن در معرض تغییرات هوایی و شرایط جوی نامساعد، تحت فرایند اکسیداسیون قرار می‌گیرد. اگر جو از رطوبت بالا تشکیل شده باشد، روند اکسیدشدن مس سریع‌تر خواهد بود. فلز مس با اکسیژن واکنش می‌دهد و در نتیجه بر روی سطح آن یک لایه اکسید مس تشکیل می‌شود که به رنگ سبز یا سبز مایل به آبی به است. این لایه به زنگار مس معروف است.

بر خلاف سایر فرایندهای اکسیداسیون مخرب، زنگار مس به‌عنوان یک لایه محافظ عمل می‌کند و هیچ‌گونه ضعفی در فلز ایجاد نمی‌کند. بنابراین مس به‌عنوان یک عنصر مهم مقاوم در برابر خوردگی در نظر گرفته می‌شود. زنگار مس از خوردگی بیشتر فلز مس در زیر لایه اکسید شده جلوگیری می‌کند. اغلب این لایه اکسیدی در پشت‌بام ساختمان‌های قدیمی دیده می‌شود و به‌عنوان یک پوشش ضد آب و ضدآفتاب عمل می‌کند.

 

واکنش اکسید شدن مس

فرایند اکسیداسیون با تشکیل سه محصول اصلی آزوریت، مالاکیت و بروکانتیت مشخص می‌شود. این مواد معدنی رنگ مشخصه سبز مایل به آبی را به فلز مس اکسید شده می‌دهند و لایه زنگار را تشکیل می‌دهند. به زبان ساده، این یک واکنش احیایی است که در آن هر دو پدیده اکسایش و کاهش هم‌زمان اتفاق می‌افتند.

ابتدا، مس در حین واکنش با اکسیژن، الکترون اهدا می‌کند و اکسید مس را تشکیل می‌دهد که به رنگ قهوه‌ای مایل به قرمز است. این واکنش را می‌توان به‌صورت زیر نشان داد:

۴Cu + O₂ = 2Cu₂O (copper oxide)

Cu2O دوباره با اکسیژن واکنش می‌دهد و CuO را تشکیل می‌دهد که به رنگ سیاه است:

۲Cu₂O + O₂ = 4CuO

اتمسفر همچنین از آلاینده‌های مختلفی مانند دی‌اکسید گوگرد، مونوکسید کربن، دی‌اکسیدکربن و غیره تشکیل شده است. در مناطقی که احتراق زغال‌سنگ صورت می‌گیرد، دود گوگرد در مقیاس بزرگی وجود دارد، زیرا گوگرد یک ناخالصی است که در بیشتر انواع زغال‌سنگ یافت می‌شود. اکسید مس با این عنصر واکنش می‌دهد و سولفات مس آبی‌رنگ را تشکیل می‌دهد که ممکن است بیشتر با دی‌اکسیدکربن و رطوبت موجود در هوا واکنش داده و لایه زنگار را تشکیل دهد.

از طرف دیگر، اکسید مس ممکن است مستقیماً با CO2، H2O و اکسیدهای گوگرد واکنش داده و ترکیبات بروکانتیت، مالاکیت و آزوریت را تشکیل دهد. بروکانتیت عمدتاً زمانی تشکیل می‌شود که دود گوگرد در سطح بالایی وجود داشته باشد. رنگ آن سبز است و به‌عنوان سولفات مس هیدراته نیز شناخته می‌شود. واکنش تشکیل سولفات مس هیدراته به شرح زیر است:

۴CuO + SO₃ + 3H₂O = Cu₄SO₄(OH)₆ (brochantite)

مالاکیت یک ترکیب سبزرنگ است که به طور طبیعی شکل می‌گیرد و همراه با آزوریت شامل سنگ‌های معدنی نیمه قیمتی سبز مایل به آبی است که به همین نام‌ها شناخته می‌شوند. این نشان می‌دهد که اکسیداسیون مس در سنگ‌ها و جواهرات طبیعی به‌غیراز ظروف مسی، مجسمه‌ها، پشت‌بام‌ها و غیره نیز اتفاق می‌افتد.

۲CuO + CO₂ + H₂O = Cu₂CO₃(OH)₂ (malachite)

آزوریت همچنین به‌عنوان کربنات مس هیدراته شناخته می‌شود و رنگ آبی مایل به آبی را به فلز اکسید شده می‌دهد. این ترکیب در نزدیکی مناطقی که مس استخراج می‌شود، تشکیل می‌شود.

۳CuO + 2CO₂ + H₂O = Cu₃(CO3)₂(OH)₂ (azurite)

 

مدت زمان سبز شدن مس

گاهی اوقات ممکن است سبز شدن رنگ مس چندین سال طول بکشد تا فرایند آن انجام و تکمیل شود، زیرا به شرایط محیطی مانند دما، رطوبت و قرارگرفتن مس در معرض هوا و آب بستگی دارد. اگر آلاینده‌هایی مانند دی‌اکسید گوگرد یا یون‌های کلرید در هوا وجود داشته باشند، سرعت سبز شدن مس می‌تواند به میزان قابل‌توجهی تسریع شود. به طور معمول، بین ۵ تا ۳۰ سال طول می‌کشد تا مس زنگار سبز متمایز خود را ایجاد کند. اگرچه ممکن است این لایه اکسیدی تنها ظرف مدت چند ماه و در شرایط اکسیدی شدید نیز ایجاد شود.

آیا اکسید مس مضر است؟

لایه سبزی که بر روی فلز مس تشکیل می‌شود به نام زنگار مس شناخته می‌شود و نتیجه واکنش‌های شیمیایی است که طی سال‌ها با قرارگرفتن مس در معرض اکسیژن و رطوبت هوا رخ داده است. زنگار در واقع یک لایه محافظ است که در بالای مس قرار می‌گیرد و از فلز در برابر اکسیداسیون بیشتر و قرارگرفتن در معرض اکسیژن محافظت می‌کند و منجر به حفظ خواص فلز می‌شود. به همین دلیل است که در معماری اغلب مس را در سقف‌ها می‌بینید، زیرا زنگار از مواد در برابر قرارگرفتن در معرض عوامل خورنده بیشتر محافظت می‌کند و یک ماده مقاوم در برابر آب‌وهوا است. بنابراین، در این موارد سبز شدن رنگ مس که ناشی از وجود اکسید مس است یک مزیت است. هم چنین، اکسید سبز مس از نظر زیبایی‌شناسی بسیار قابل‌توجه بوده و برای کاربردهای تزیینی گزینه بسیار خوبی است.

درحالی‌که داشتن این لایه محافظ از زنگار که سطح مس را می‌پوشاند معمولاً چیز خوبی است اما در برخی موارد می‌تواند مفید نباشد. به‌عنوان‌مثال، آیا تابه‌حال سبز شدن یک قطعه جواهر مسی را مشاهده کرده‌اید؟ فرایند اکسیداسیون می‌تواند برای جواهرات مسی اتفاق بیفتد زیرا مس به اکسیژن موجود در هوا و عرق و روغن‌های پوست شما واکنش نشان می‌دهد که سپس یک لایه سبز روی پوست ما تشکیل می‌دهد و به دلیل سمی بودن این اکسید، برای سلامتی انسان خطرآفرین است.

ضمن اینکه، مس به دلیل رسانایی بالایی که دارد شناخته می‌شود. بااین‌حال پوشش سبز رنگ اکسید مس نارسانا است و بنابراین وقتی از مس برای سیم‌ها، اتصالات الکتریکی و لوله مسی استفاده می‌شود، این پوشش محافظ یکی از قوی‌ترین ویژگی‌های فلزات را از بین می‌برد. برای مشاهده قیمت لوله مس کلیک کنید.

قابلمه‌های مسی نیز ظروفی بسیار محبوب برای گرم‌کردن و پختن غذا هستند، اما اکسید مس که سمی است درصورتی‌که با غذا ترکیب شده و مصرف شود بسیار خطرناک است. بنابراین هنگام استفاده از قابلمه‌های مسی باید مراقب باشید تا از تشکیل زنگار سبز جلوگیری شود. اکسید مس همچنین می‌تواند در محیط‌های صنعتی که در آنها به مس با خلوص بالا (تولید نیمه‌هادی) نیاز دارند، مشکل‌ساز باشد. وجود اکسید مس می‌تواند باعث آلودگی و نقص در محصولات نهایی شود که نیاز به فرایندهای تمیزکردن و پرداخت دقیق برای اطمینان از خلوص مس را به دنبال دارد.

 

نحوه تغییر رنگ مس به سبز برای اشیای تزئینی

روش‌های مختلفی برای اکسیدکردن مس در خانه با استفاده از مواد ضروری روزانه مانند نمک، آمونیاک آشپزخانه، جوش‌شیرین، آب و غیره وجود دارد. با استفاده از این تکنیک، می‌توانید حس آنتیک یا قدیمی را به اقلام مسی مطلوب خود مانند سکه، مدال، قطعات ویترین و غیره القا کنید.

• ابتدا فلز مس را با مواد شوینده ملایم و آب تمیز کنید و به طور یکنواخت در یک جهت پاک کنید.
• در یک ظرف استیل، حدود نصف قاشق غذاخوری نمک، نصف قاشق غذاخوری جوش‌شیرین و حدود ۱۵ اونس آمونیاک را در نیم لیتر آب مخلوط کنید.
• این محلول را در یک بطری اسپری پر کنید و اقلام مسی را حداقل یک‌بار در روز اسپری کنید. پس از چند هفته، یک زنگار سبزرنگ شروع به پوشاندن سطح فلز می‌کند.
• بهتر است این تکنیک را در فضای باز انجام دهید تا لایه‌های کربناته صاف‌تر و سریع‌تر رشد کنند.
• برای اکسیدکردن اجسام کوچک‌تر مانند سکه‌های مسی، روش ساده‌تر آویزان کردن آن‌ها در یک شیشه بدون دست‌زدن به دو طرف و ته آن است.
• قبل از اینکه آنها را با نخ به شیشه بچسبانید باید با الکل تمیز شوند و با مواد شوینده شسته شوند.
• ته شیشه با نیم سانتی‌متر آمونیاک پر شده است و با شروع بخار به سطح مسی، در شیشه را ببندید.
• در عرض چند ساعت، یک لایه سبز شفاف روی سطح آنها شروع به تشکیل می‌کند. پس از ایجاد ضخامت مطلوب زنگار، درب را باز کنید و سکه‌ها را بردارید.

 

روش‌ های جلوگیری از اکسید شدن مس

برای جلوگیری از اکسیداسیون سطوحی که احتمالاً در معرض هوا و آب هستند، استفاده از یک پوشش محافظ است. به‌این‌ترتیب، از واکنش بیشتر سطح فلز با اکسیژن و یا آب جلوگیری می‌شود. همچنین می‌توانید لیمو را روی سطح مسی بمالید تا لایه‌های زنگار کربنات‌هایی که روی اقلام اکسید شده ایجاد شده‌اند، پاک شود.

یک روش بسیار مؤثر برای تمیزکردن ظروف مسی بزرگ، مجسمه‌های ویترینی، لوله‌ها و غیره فروبردن آنها در محلولی متشکل از آب، سرکه و نمک خوراکی است. آب را تا نقطه‌جوش حرارت دهید و مواد را تا چند ساعت غوطه‌ور کنید. پس از درآوردن آنها، اقلام را با صابون یا مواد شوینده تمیز کنید تا رنگ مسی براق آن‌ها بازگردد.

 

مثال‌ های معروف سبز شدن رنگ مس

یکی از نمادین‌ترین نمونه‌های اکسیداسیون مس مجسمه آزادی است. پوسته مسی مجسمه که در اصل رنگی براق و قهوه‌ای مایل به قرمز بود، بلافاصله پس از نصب آن در سال ۱۸۸۶ شروع به سبزشدن کرد. با گذشت سال‌ها، زنگار سبز به نماد مجسمه تبدیل شده است و اکنون به‌عنوان بخشی جدایی‌ناپذیر از ظاهر آن دیده می‌شود. زنگار سبزرنگ همچنین از مس زیرین در برابر خوردگی بیشتر محافظت می‌کند و طول عمر این بنای تاریخی را تضمین می‌کند.

یکی دیگر از نمونه‌های معروف سبز شدن مس، سقف گنبدی مسی ساختمان پارلمان کانادا در اتاوا، انتاریو است. این ساختمان‌ها که در اوایل قرن بیستم ساخته شده‌اند، دارای گنبد مسی سبزرنگ متمایز به‌عنوان یک ویژگی برجسته معماری هستند. با گذشت زمان، مسی که در ساخت گنبد به کار رفته است، به دلیل فرایند اکسیداسیون، زنگار جلگه‌ای ایجاد کرده است. این زنگار سبز نه‌تنها یک عنصر بصری قابل‌توجه به ساختمان‌ها اضافه می‌کند؛ بلکه به‌عنوان یک لایه محافظ عمل می‌کند و از مس زیرین در برابر زنگ‌زدگی محافظت می‌کند.

 

جمع‌بندی

علت سبز شدن رنگ مس تشکیل لایه سطحی اکسید مس است که رنگ آن را از سرخ به سبز متمایل به آبی دگرگون می‌کند. این لایه اکسیدی مزایایی ازجمله زیبایی ظاهری و حفاظت از فلز زیرین در برابر اکسیداسیون بیشتر را به دنبال دارد؛ اما این مزایا برای کاربردهای تزئینی مناسب است. اما اگر قرار باشد از مس در صنایع الکترونیک و ساخت مبدل‌های حرارتی استفاده شود، وجود اکسید سبز رنگ بر روی سطح آن منجر به افت خواص الکتریکی و حرارتی این فلز می‌شود.

 

سوالات متداول

۱- چرا مس پس از مدتی سبز می‌شود؟

سبز شدن رنگ فلز مس به دلیل تشکیل لایه سطحی اکسید مس است که بر اثر وجود عواملی چون اکسیژن، رطوبت، گوگرد و دی‌اکسیدکربن در هوا ایجاد می‌شود.

۲- آیا سبز شدن رنگ مس عیب محسوب می‌شود؟

سبز شدن رنگ مس برای کاربردهای تزئینی مزیت محسوب شده و وجود اکسید سبز رنگ از مس زیرین در برابر اکسیدشدن بیشتر محافظت می‌کند. اما وجود این لایه برای کاربردهای الکتریکی و حرارتی و نیز جواهرات که با پوست در تماس‌اند مضر است.

۳- چه مدت طول می‌کشد تا رنگ مس سبز شود؟

معمولاً برای تشکیل اکسید مس سبز رنگ بین ۵ تا ۳۰ سال در شرایط رطوبتی معمولی زمان نیاز است.