Bakır Elementi ve Özellikleri Hakkında Detaylı Bilgi (Bileşikleri, Kullanımı)

Bakır nedir, nasıl bir elementtir? Bakır elementinin özellikleri, elde edilmesi, bileşikleri ve kullanım alanları hakkında bilgi.

Bakır Elementi Hakkında Detaylı Bilgi

Bakır

Bakır; (Cu), kimyasal element; periyodik tablonun Ib grubunda yer alan, kırmızımsı renkte, ısıyı ve elektriği çok iyi ileten, son derece sünek bir metaldir.

atom numarası – 29
atom ağırlığı – 63,546
erime noktası – 1.083 °C
kaynama noktası – 2.595 °C
özgül ağırlığı – 8,92 (20 °C)
birleşme değeri – 1 ve 2
elektronların yerleşimi – 2-8-18-1

Bakırın Bulunuşu – Doğada Bakır

Doğada serbest metal halinde bulunan bakın ilk kez Neolitik Çağ insanları (İÖ 8000) taşın yerini alacak bir gereç olarak kullandılar. Bakır metalürjisi ise İÖ y. 4000 yıllarında Mısır’ da, ilk kez tavlama işlemleriyle doğdu; bunu daha sonralan bakır cevherinin ateş ve odun kömürüyle indirgenerek metal haline dönüştürülmesi izledi ve yaklaşık İÖ 3500’de metal halindeki bakır kalayla alaşımlanarak tunç (bronz) elde edildi. Kullandıkları bakırın hemen hepsini Kıbrıs’tan sağlayan Romalılar, bu metale aes Cyprium (Kıbrıs metali) adını vermişlerdi; önce cyprium biçiminde kısaltılan bu ad sonralan cuprum’a dönüştü ve kimyasal simgesini (Cu) verdi.

Bakır

Bulunduğu yerler, kullanım alanları ve özellikleri

Doğal bakır, yeryüzünün birçok yerinde bazaltlı lavların temel bileşeni olduğu gibi, bakır bileşiklerinden indirgenmiş metal halinde de bulunur. Kalkopirit, kalkozit, bornit, küprit, malakit ve azurit gibi çeşitli minerallerde birleşmiş halde bulunan bakıra, deniz yosunlarının küllerinde, çoğu deniz mercanlarında, insanların karaciğerinde, yumuşakçalara ve eklembacaklıların çoğunda rastlanır. Sıcakkanlı hayvanlarda kan proteini hemoglobinde bulunan demirin üstlendiği, dokulara oksijen taşıma görevini, soğukkanlı yumuşakçalar ile kabuklularda kan proteini olan hemosiyaninin bileşimindeki bakır yerine getirir. İnsanlarda da eser element halinde bulunan bakır, hemoglobin oluşumunda katalizör rolü oynar.

Bakır, temel olarak ergitme ya da katıdan özütleme (yaş yöntem) yoluyla elde edilir; bu işlemleri genellikle elektrolizle ya da ısıl yöntemlerle antma işlemleri izler.

Dünyada üretilen bakırın önemli bir bölümü elektrik sanayisinde kullanılır; geri kalan üretimin büyük bir bölümü de öbür metallerle karıştırılarak alaşım haline getirilir. Temel bileşeni bakır olan en önemli alaşım türleri, pirinçler (bakır-çinko), tunçlar (bakır-kalay) ve yeni gümüş olarak da adlandırılan mayşorlardır (bakır-çinko-nikel, hiç gümüş yok). Birbirleriyle çok iyi alaşımlanan bakır ile nikelin çeşitli alaşımları, özellikle de Monel, sanayide geniş bir uygulama alanı bulmuştur. Bakırın alüminyumla oluşturduğu alaşımlar da (alüminyum tunçları) yaygın olarak kullanılır. Berilyumlu bakır (yüzde 2 Be) ısıl işlemle sertleştirilebilen ender bakır alaşımlarından biridir.

Metal paraların yapımında kullanılan çeşitli alaşımların hemen hepsinde de bakır vardır. Tunç Çağından Demir Çağına geçildikten sonra bile, kullanım alanı ve önem bakımından demirden sonra ikinci sırayı alan bakır, çağlar boyunca bu önemini korudu; ancak 1960’larda, daha ucuz ve daha bol bir metal olan alüminyum, dünya üretiminde ikinci sıraya yükseldi.

Özellikleri Nedeniyle Oluşan Kullanımı

Bakır, kopmaksızın biçim değişikliğine uğrayabilen en sünek metallerden biridir, ama dayanıklılığı ve sertliği çok yüksek değildir. Ama, tavlanmış yumuşak bakırdaki yüz merkezli kübik yapıyı koruyacak biçimde uzamış kristallerin oluşmasına yol açan soğuk işlemden geçirildiğinde, dayanıklılığı ve sertliği büyük ölçüde artar. Oksijen, azot, karbon monoksit ve kükürt dioksit gibi doğada bol bulunan gazlar erimiş bakırda kolayca çözülür ve sonradan katılaşan metalin mekanik ve elektriksel özelliklerini büyük ölçüde etkiler. Doğal bakır, bakır-63 (yüzde 69,09) ve bakır-65 (yüzde 30,91) gibi iki kararlı izotopun karışımıdır.

Bakır, elektromotor kuvvet dizisinde hidrojenin altında yer aldığından, asitlerde hidrojeni açığa çıkaracak biçimde çözünemez; ama nitrik asit ve sıcak, derişik sülfürik asit gibi yükseltgen asitlerle kolayca tepkimeye girer. Bakır, havanın ve deniz suyunun etkilerine karşı dayanıklıdır; ama, uzun süre açık havada kaldığında, üstünde yeşil renkli, ince bir koruyucu bakır karbonat (patina) katmanı oluşur.

Başlıca bileşikleri.

Olağan koşullarda, bileşiklerinde +1 ve + 2 değerli olan bakır, özel durumlarda + 3 değerli bileşikler de oluşturabilir. Ne var ki, sulu çözeltilerde bu birleşme değerini yalnızca birkaç saniye koruyabilir.

Bakır I bileşiklerinin tümü diyamagnetiktir ve birkaçı dışında hepsi renksizdir. Sanayi açısından en önemli + 1 değerli bakır bileşikleri bakır I oksit $\displaystyle \left( C{{u}_{2}}O \right)$ , bakır I klorür $\displaystyle \left( C{{u}_{2}}C{{l}_{2}} \right)$ ve bakır I sülfürdür $\displaystyle \left( C{{u}_{2}}S \right)$ . Kırmızı ya da kırmızımsı kahverengi toz ya da kristaller halindeki bakır I oksit, doğada küprit minerali olarak bulunur. Sanayide, bakır oksit cevherleri karışımının metal halindeki bakırla indirgenmesiyle ya da bakır elektrotlar kullanarak, sulu sodyum klorür çözeltisinin elektroliziyle geniş çapta üretilir. Saf haldeki bakır I oksit suda çözünmez, ama hidroklorik asitte ve amonyakta çözünür. Bu bileşik özellikle çürümeyi önleyici boyalara, camlara, porselen sırlarına, seramiklere kırmızı renk vermek ve tarım zararlısı mantarları yok etmek için kullanılır.

Beyazdan griye doğru değişen renklerde, kristalleşmiş bir katı olan bakır I klorür, doğada nantokit minerali halinde bulunur; genellikle bakır II klorürü metal halindeki bakırla indirgeyerek elde edilir. Saf haldeki bileşik kuru havada kararlıdır; nemli havada yükseltgenerek yeşilimsi renkte bir bileşiğe, ışık etkisiyle de bakır II klorüre dönüşür. Suda çözünmez, ama derişik hidroklorik asitte ve amonyakta karmaşık iyonlar oluşturarak çözünür. Bakır I klorür, birçok organik tepkimede, özellikle akrilonitrilin asetilen ve hidrojen siyanürden bireşim yoluyla elde edilmesinde katalizör olarak, petrol ürünlerinde renk ve kükürt giderici, selülozda nitrat giderici, sabun, katı yağ ve sıvı yağlarda yoğunlaştıncı olarak kullanılır.

Bakır I sülfür

Bakır I sülfür, doğada kalkozit minerali olarak, siyah toz ya da topaklar halinde bulunur. Geniş ölçekli üretimi, bakır II sülfürün (CuS) hidrojen eşliğinde ısıtılmasıyla gerçekleştirilir. Bakır II sülfür suda çözünmez, ama amonyum hidroksit ve nitrik asitte çözünür. Temel olarak güneş pilleri, fosforlu boyalar, elektrotlar ve bazı katı yağlayıcıların üretiminde kullanılır.

Ticari değeri olan başlıca bakır II bileşikleri, bakır II oksit $\displaystyle \left( CuO \right)$ , bakır II klorür $\displaystyle \left( CuC{{l}_{2}} \right)$ ve bakır sülfattır $\displaystyle \left( CuS{{O}_{4}} \right)$ . Bakır II oksit, doğada tenorit ve paramelakonit mineralleri halinde bulunan siyah bir tozdur. Sanayide, bakır oksit cevherleri karışımının fırında 1.030°C’nin altında kavrulma-sıyla elde edilir. Saf haldeki bileşik, asitlerde ve alkali siyanürlerde çözünebilir. Bakır II oksit, camların, porselen sırlarının ve yapay mücevherlerin yapımında mavi-yeşil tonlarında renk verici, ayrıca petrol gazlarında kükürt giderici ve yükseltgeme katalizörü olarak kullanılır.

Bakır II klorür

Bakır II klorür sarımsı ile kahverengi arası renkte bir tozdur, ancak havanın nemini kolayca soğurarak yeşilimsi mavi renkli hidratına $\displaystyle \left( CuC{{l}_{2}}.2{{H}_{2}}O \right)$ dönüşür. Hidratlı bakır II klorür genellikle metal halindeki bakırla doldurulmuş bir kuleden klor ve su geçirerek üretilir. Bu bileşiğin 100°C’ye kadar ısıtılmasıyla da susuz bakır II klorür elde edilir. Bakır I klorür gibi bakır II klorür de hidrokarbonların klorlanması gibi bazı organik tepkimelerde katalizör olarak kullanılır. Ayrıca, kereste ve ağaç eşyayı korumak için, kumaşların boyanmasında ve basma işleminde mordan olarak, mikrop öldürücü, yem katkı maddesi ve camlara ve seramiklere renk verici olarak kullanılır.

Bakır sülfat

Bakır sülfat, sülfürik asidin bakır II oksite etkimesiyle oluşan bir tuzdur. Bu tepkimede, beş su molekülü içeren $\displaystyle \left( CuS{{O}_{4}}.5{{H}_{2}}O \right)$ iri, parlak mavi kristaller halinde oluşur ve piyasada göztaşı (mavi vitriyol) adıyla tanınır. Bu hidratlı tuzun 150°C’ye kadar ısıtılmasıyla susuz bakır sülfat elde edilir. Bakır sülfat daha çok tarım alanında, böcek öldürücü, mikrop öldürücü, yem ve toprak katkısı olarak kullanılır. Ayrıca, öbür bakır bileşiklerinin hazırlanmasında hammadde, analitik kimyada ayraç, pillerde ve elektrolitik kaplama banyolarında elektrolit, tıpta deri üstünden uygulanan mantar öldürücü, bakteri öldürücü ve doku büzücü olarak yararlanılır.

Önemli bir bakır II bileşiği olan bakır II karbonat $\displaystyle \left( C{{u}_{2}}{{\left( OH \right)}_{2}}C{{O}_{3}} \right)$ ise, bakır sülfat çözeltisine sodyum karbonat ekledikten sonra karışımın süzgeçten geçirilip kurutulmasıyla elde edilir. Renklendirici olarak kullanılan bakır II karbonat arsenikle birleştiğinde, Paris yeşili olarak bilinen ve güçlü bir tahta koruyucusu ve böcek öldürücüsü olan bakır II asetoarsenit’i oluşturur.

Türkiye’de Bakır Yatakları

Türkiye’deki en önemli bakır yatakları, denizaltındaki volkanik olaylar sonucunda oluşmuş, katmanlı ve piritli çökellerdir. Güney kuşaktaki piritli bakır yatakları, en iyi bilinen ve işletilen damarlardır. Kuzeydeki volkan kuşağında Kretase (Tebeşir) Döneminde (y. 136-65 milyon yıl önce) oluşan bakır yatakları da en zengin içerikli damarlardandır. Öteki bakır yatakları ise, derinlik kayaçlarından kaynaklanan çözeltilerle oluşmuştur.

Istranca-Küre başkalaşım kuşağında işletilen en önemli bakır yatakları, bakır tenörü yüzde 1,69 ve rezervi 12 milyon ton olan Aşıköy ile bakır tenörü yüzde 3,4 ve rezervi 1,5 milyon ton olan Bakibaba ocaklarıdır. Doğu Toros Kuşağı piritli bakır yataklarında cevherleşme, bazaltlı kay açlardan kaynaklanan çözeltilerin ürünüdür.

Denizaltı volkanik etkinliğini izleyen evrede, bakirli çözeltiler içeren sıcak sular deniz tabanında yayılmış ve taşıdıkları bakır iyonları demir ve kükürtle birleşerek kalkopirit minerallerini oluşturmuştur. Özellikle Ergani çevresinde yoğunlaşan ana yatak, yüzde 17,6 bakır tenörlü ve 11,5 milyon ton görünür rezervlidir. Karadeniz volkan kuşağı bakır yataklarında ise cevherleşme, Üst Kretase Döneminde dasit bileşimli korkayaçlardan kaynaklanan gaz ve sıvı çözeltilerin ürünüdür. Tüfler ve korkayaçlar içinde damar ağı biçiminde ve tüflerin üzerinde katmanlaşmış yataklar oluşmuştur. Bölgenin en önemli oluşumları Murgul piritli bakır yataklarıdır. Burada işletilmekte olan Çakmakkaya yatağı pirit, kalkopirit ve bir oranda çinkoblend (ZnS) içerir. Ocak, yüzde 1,07 bakır tenörlü ve 40 milyon ton potansiyel rezervlidir. Aynı bölgedeki öteki yataklar, yüzde 2,87 bakır tenörlü ve 4 milyon ton rezervli Akarşen ile yüzde 2,16 bakır tenörlü ve yarım milyon ton rezervli Kuvarshan yataklarıdır.