કૉપર

કૉપર (Cu) : આવર્તક કોષ્ટકના 11મા (અગાઉના IB) સમૂહનું, ગુજરાતીમાં તાંબું અને સંસ્કૃતમાં તામ્ર તરીકે ઓળખાતું રાસાયણિક ધાતુતત્વ. સંજ્ઞા, Cu. કૉપરનાં ઢાળેલાં વાસણો ઈ. પૂ. 4000માં ઇજિપ્ત તથા બૅબિલોનિયામાં વપરાતાં જણાયાં છે. ત્યારબાદ તે કાંસા (તાંબું + કલાઈ) તરીકે ઈ. પૂ. 3000માં સુમેરિયનો તથા ઈ. પૂ. 2500માં ઇજિપ્તવાસીઓ દ્વારા વપરાતું. ગ્રીકો તથા રોમનો સાયપ્રસમાંથી તાંબું મેળવતા અને તેને Cyprium કહેતા, જે પાછળથી Cuprum તરીકે ઓળખાયું. ભારતમાં મોહેં-જો-ડેરો તથા હરપ્પાનાં ખોદકામ દરમિયાન પણ તાંબાનાં પાત્રો મળી આવ્યાં છે. બલૂચિસ્તાનમાંથી મળેલ કુહાડીના ટુકડામાં તાંબું, નિકલ, સીસું તથા આર્સેનિક હોવાનું જણાયું છે. બલૂચી (ઈ. પૂ. 4000) તથા સિંધુ સંસ્કૃતિ(ઈ. પૂ. 2800)થી પણ પહેલાં ભારતીયોને કૉપર વિશેનું જ્ઞાન હોવાનું જણાય છે. ઋગ્વેદકાળ(ઈ. પૂ. 1500)ના લોકોને તાંબું, જસત, રજત તથા સોના વિશે માહિતી હોવાના પુરાવા છે. કૌટિલ્યના અર્થશાસ્ત્રમાં સોનું, ચાંદી, તાંબું ઇત્યાદિ ધાતુઓને ખનિજમાંથી છૂટી પાડવાની વિધિ વર્ણાવી છે. ઈ. સ. 800થી 850 દરમિયાન લખાયેલ ‘અષ્ટાંગહૃદય’માં સસ્યક (મોરથૂથું; CuSO₄)નો દવા તરીકે ઉપયોગ દર્શાવ્યો છે. પ્રસિદ્ધ મુસાફર હ્યુ એન સંગ નાલંદામાં 24.37538 મી. ઊંચી તાંબાની બુદ્ધપ્રતિમા જોયાનું નોંધે છે. માધવના ‘રસાર્ણવ’ ગ્રંથ(13 કે 14મી સદી)માં તાંબાની જ્યોતનો રંગ વાદળી હોય તેવી કસોટી જણાવી છે. માક્ષિક(કૉપર પાઇરાઇટીસ)માંથી તાંબું મેળવવાની રીત વાગ્ભટના ‘રસરત્નસમુચ્ચય’માં વર્ણવી છે.

પ્રાપ્તિસ્થાન : કૉપર ખનિજ રૂપે લોહ, સલ્ફર, કાર્બન, ઑક્સિજન સાથે સંયોજિત સ્થિતિમાં મળે છે. તેનાં ખનિજોમાંથી 12 જેટલાં ઔદ્યોગિક રીતે ઉપયોગી છે. શુદ્ધ ધાતુ તરીકે કૉપર સ્વીડનમાં, યુરલ ગિરિમાળામાં તથા અમેરિકામાં મિશિગન સ્ટેટના લેઇક સુપીરિયર પાસે મળે છે.

સગવડ ખાતર કૉપરનાં ખનિજોને ત્રણ વિભાગમાં વહેંચવામાં આવ્યાં છે : (અ) પૃથ્વીના ઊંડાણમાં હોય તેવાં પ્રાથમિક ખનિજ : બોર્નાઇટ, ચાલ્કોપાઇરાઇટ, ઇનાર્ગાઇટ (આ) ઑક્સિડાઇઝ થયેલાં ખનિજ : કૉપર સલ્ફાઇડના ખવાણ(weathering)થી બનેલાં. ઉદા. ક્યુપ્રાઇટ, મેલેચાઇટ, એઝ્યુરાઇટ વગેરે; (ઇ) દ્વિતીયક સલ્ફાઇડ્ઝ : પૃથ્વીના ઉપરના પોપડામાંનાં કૉપરના ધોવાણ(leaching)થી બનીને પૃથ્વીના પેટાળમાં પાણીના સ્તર સુધી ઊતરી ગયેલાં. દા.ત., ચાલ્કોસાઇટ, કોવેલાઇટ.

કૉપરનાં મુખ્ય ખનિજ આ પ્રમાણે છે : ક્યુપ્રાઇટ (red copper ore) – Cu₂O; મૅલેચાઇટ – CuCO₃ . Cu(OH)₂; ઍઝ્યુરાઇટ – 2CuCO₃ . Cu(OH)₂; ચાલ્કોસાઇટ (copper glance) – Cu₂S; કોવેલાઇટ – CuS; ચાલ્કોપાઇરાઇટ – CuFeS₂; બોર્નાઇટ – Cu₅FeS₄; ઇનાર્ગાઇટ – Cu₃ (As, Sb)S₄; ટેનોરાઇટ – CuO.

નિષ્કર્ષણ તથા ધાતુકર્મ : પ્રાકૃત (native) કૉપર ધરાવતાં ખનિજોનું ધાતુકર્મ સરળ છે. પ્રથમ ખનિજને દળી, પાણીથી ધોઈ, સંકેન્દ્રિત કરવામાં આવે છે; પછી તેને ચૂનાના પથ્થર સાથે ભઠ્ઠીમાં ગરમ કરતાં ચૂનાનો પથ્થર ફ્લક્સ તરીકે વર્તે છે અને ધાતુ-સિલિકેટ અશુદ્ધિઓ જે ગગ તરીકે ઓળખાય છે તેનો ધાતુના કચરાનો રગડો (slag) બને છે; જ્યારે કૉપર પીગળીને નીચે રહી જાય છે. ધાતુનો કાદવ કાઢી લેતાં શુદ્ધ કૉપર મળે છે.

હલકી કક્ષાના (low-grade) સલ્ફાઇડ ખનિજનું ધાતુકર્મ થોડું અટપટું છે. ખનિજને પ્રથમ ફ્લોટેશન પદ્ધતિથી સંકેન્દ્રિત કરવામાં આવે છે. આ પદ્ધતિમાં ખનિજના દળેલા ભૂકાને પાણી તથા થોડા તૈલી પદાર્થ (કોલટાર કે ક્રીઓસોટ) સાથે મેળવવામાં આવે છે. તૈલી પદાર્થ સલ્ફાઇડ ખનિજને ભીંજવે છે, જ્યારે પાણી સિલિકેટ-ગૅંગ કણોને ભીંજવે છે. આ મિશ્રણમાં હવા પસાર કરતાં (તેલ + પાણીને લીધે) એક પ્રકારનું ફીણ (froth) ઉત્પન્ન થાય છે જેમાં પાણી સાથે સલ્ફાઇડના કણો હોય છે. આ ફીણને તારવી લેવામાં આવે છે. આમ તૈયાર થયેલા સંકેન્દ્રિત ખનિજને હવાની હાજરીમાં ગરમ કરવાથી થોડા કૉપર સલ્ફાઇડનું SO₂ તથા ધાતુ ઑક્સાઇડમાં રૂપાંતર થાય છે તથા આર્સેનિક અને ઍન્ટિમની જેવી અશુદ્ધિઓ વાયુ રૂપે દૂર થાય છે.

Cu₂S (s) + 3/2 O₂ (g) → Cu₂O (s) + SO₂ (g)

As₂S₃ (s) + 5/2 O₂ (g) → As₂O₃ (g) + SO₂ (g)

Sb₂S₃ (s) + 5/2 O₂ (g) → Sb₂O₃ (g) + SO₂ (g)

હવે ખનિજમાં મુખ્યત્વે Cu₂S તથા અલ્પ Cu₂O રહેલું હોય છે. તેને ચૂનાના પથ્થર સાથે ભઠ્ઠીમાં તપાવતાં કેલ્શિયમ સિલિકેટનો રગડો બને છે.

CaCO₃ → CaO (s) + CO₂ (g);

CaO(s) + SiO₂ (S) → CaSiO₃ (l)

આ ઉપરાંત ખનિજમાંની આયર્ન(II) સિલિકેટની અશુદ્ધિઓ પણ રગડામાં પીગળી જાય છે જે પ્રવાહી Cu₂Sમાં અદ્રાવ્ય હોઈ છૂટું પાડી શકાય છે. રગડો દૂર કરીને, પીગળેલા Cu₂S જેને મૅટ કહે છે તેમાં હવાનો જોરદાર પ્રવાહ (blast) પસાર કરતાં તે કૉપરમાં ફેરવાય છે.

Cu₂S (l) + O₂ (g) → 2 Cu (l) + SO₂(g)

મૅટમાં રહેલો Cu₂O પણ રિડક્શન પામી કૉપર બનાવે છે.

2 Cu₂O (l) + Cu₂S (l) → 6 Cu (l) + SO₂ (g)

પીગળેલું તાંબું જેમ જેમ ઠરવા માંડે તેમ તેમ તેમાં રહી ગયેલો SO₂ વાયુ પરપોટારૂપે સપાટી ઉપરથી નીકળતો રહે છે, જેથી ફોલ્લા પડેલા હોય તેવું કૉપર દેખાય છે તેને બ્લિસ્ટર્ડ કૉપર કહે છે. આ 97 %થી 99 % શુદ્ધ હોય છે. વીજળીનાં સાધનો બનાવવા માટે આ કૉપર ઘણું અશુદ્ધ ગણાય કારણ કે કૉપરમાં જો 0.03 આર્સેનિક હોય તો તે કૉપરની વિદ્યુતવાહકતામાં 14 % જેટલો ઘટાડો કરે છે. આથી બ્લિસ્ટર્ડ કૉપરને વિદ્યુદવિશુદ્ધ કરીને 99.95 % શુદ્ધિવાળું કૉપર મેળવવામાં આવે છે. (જુઓ આકૃતિ) વિદ્યુદવિશુદ્ધીકરણ કૉપરનો સૌથી વધુ ઉપયોગ વિદ્યુતસંચારણ વાયર તથા કેબલ બનાવવામાં થાય છે. આ ઉપરાંત કૉપરપ્લેટિંગ અગત્યનો ઉદ્યોગ છે. તેમાં શુદ્ધ Cu ઍનોડ તરીકે તથા CuSO₄નું દ્રાવણ વિદ્યુતવાહક તરીકે વપરાય છે.

ભૌતિક ગુણધર્મો :

પરમાણુ-આંક : 29 પરમાણુ-ભાર : 63.546 ગલનબિંદુ : 1083o સે. ઉત્કલનબિંદુ : 2582o સે.

ઇલેક્ટ્રૉનિક સંરચના : (Ar)3d104s1 પરમાણુ-ત્રિજ્યા : 1.17 આયનિક-ત્રિજ્યા : 0.93 આયનીકરણ ઊર્જા (kJ મોલ–1) : I 745; II 1960;  III 3550 ઘનતા : 8.95 ગ્રા/ઘસેમી. (20o સે.) સ્ફટિકરચના : ફેસ-સેન્ટર્ડ ક્યુબિક ઉષ્મા-વાહકતા : 0.934 કૅલરી/ ચો.સેમી. ઘનીભવન સંકોચ (solidification shrinkage) : 4.92%

રાસાયણિક ગુણધર્મો : શુદ્ધ કૉપરને ઘેરો ગુલાબી (salmon-pink) રંગ હોય છે. તે ઘણું આઘાતવર્ધનીય (malleable) તથા તન્ય (ductile) હોવાથી તેના પતરાના રોલ અને પાતળાં પડ તેમજ તાર બનાવી શકાય છે. કૉપર સલ્ફેટના ઍસિડિક દ્રાવણમાં Zn ઉમેરતાં શુદ્ધ કૉપર પાઉડર મળે છે. કૉપર ક્લોરિન, બ્રોમીન, આયોડિન, ઑક્સિજન તથા સલ્ફર સાથે તરત જોડાઈ શકે છે. સૂકી હવામાં કૉપરનો ચળકાટ કાયમ રહી શકે પરંતુ ભેજ કે પ્રદૂષણયુક્ત હવામાં તેના ઉપર તપખીરિયા રંગનું પડ બને છે. આ સ્થિતિમાં વધુ સમય ભેજમાં રહેતાં તેના ઉપર લીલા રંગનું પડ દેખાય છે. તે બેઝિક સલ્ફેટ હોય છે. કૉપરને હવામાં ગરમ કરતાં તેનું ઉપચયન થતાં તેની ઉપર કાળા રંગનાં ભીંગડાં (scales) કે પડ (CuO) જામે છે તથા પાછળની બાજુએ રાતા રંગનું (Cu₂O) પડ જામે છે. હવાની ગેરહાજરીમાં મંદ H₂SO₄ કે HClની કૉપર ઉપર અસર થતી નથી. સંકેન્દ્રિત H₂SO₄ દ્વારા તે CuSO₄માં ફેરવાય છે. મંદ HNO₃માં તે ઝડપથી ઓગળીને નાઇટ્રિક ઑક્સાઇડ વાયુ આપે છે. ગરમ સંકેન્દ્રિત HCમાં તે ધીરે ધીરે ઓગળીને H₂ વાયુ આપે છે. ગરમ HBr કે HIમાં તે ઝડપથી ઓગળે છે. તેનાં ક્યુપ્રિક CuX₂ તથા ક્યુપ્રસ CuX એમ બે પ્રકારનાં સંયોજનો બને છે.

નિર્જળ ક્યુપ્રિક ફ્લોરાઇડ આયનિક છે. નિર્જળ ક્યુપ્રિક બ્રોમાઇડ તથા ક્લોરાઇડની રચના હેલોજનબ્રિજ ધરાવતી શૃંખલા પ્રકારની (સહસંયોજક બંધ) હોય છે. ફ્લોરાઇડ પાણીમાં અલ્પદ્રાવ્ય છે જ્યારે ક્લોરાઇડ અને બ્રોમાઇડ સુદ્રાવ્ય છે. સંકેન્દ્રિત દ્રાવણમાં ક્લોરાઇડ તથા બ્રોમાઇડ આંશિક રીતે હેલોજન-સંકીર્ણ તરીકે હોય છે,

[CuX₃^–] અથવા [ CuX₄]^–2 (X = Cl, Br, F) તથા પાણીથી તેનું મંદન કરતાં તે ઍક્વો-સંકીર્ણમાં ફેરવાય છે.

[CuX₃ (H₂O)], [Cu(H₂O)₄]⁺²

કૉપરના 2 તથા 4 ઉપસહસંયોજનાંક(coordination-number)વાળાં વિવિધ પ્રકારનાં સંકીર્ણો બને છે, જેમાં સહસંયોજકબંધ (covalent) હોય છે. દા.ત., થાયોસલ્ફેટ સાથે

[Cu (S₂O₃)]^–1; થાયોયૂરિયા (tu) સાથે [Cu (tu)₃] X; ઍમોનિયા સાથે [Cu (NH₃)n]⁺; અહીં n = 2; કોઈ વાર 1 અથવા 3); સાઇનાઇડ સાથે [ Cu (CN)n]^1–n; (અહીં n = 2, 3, 4); કાર્બન મૉનૉક્સાઇડ સાથે Cu (CO)Cl;

ક્યુપ્રસ ક્લોરાઇડ (CuCl) ખાસ કરીને ઉદ્દીપક તેમજ ડીસલ્ફ્યુરાઇઝિંગ એજન્ટ તરીકે, તથા પેટ્રોલ ઉદ્યોગમાં રંગહારક (decolourising agent) તરીકે વપરાય છે.

ક્યુપ્રિક ક્લોરાઇડ (CuCl₂) સમાવયવીકરણ (isomerisation) તથા ભંજન (cracking) માટે વપરાતા ઉદ્દીપકનો એક ઘટક છે. રંગાટીકામ તથા છાપકામમાં રંગબંધક (mordant) તરીકે, એનિલિન રંગકો બનાવવા ઉપચાયક તરીકે તેમજ ધોબીની શાહી બનાવવામાં તે વપરાય છે. બેઝિક ક્યુપ્રિક ક્લોરાઇડ કેટલાંક ફૂગનાશકો (fungicides) બનાવવા માટે તથા પાકસંરક્ષણમાં છંટકાવ તરીકે વપરાય છે.

ક્યુપ્રસ ઑક્સાઇડ : વહાણનાં લાકડાંના રક્ષણનું પડ બનાવવા, પોલાદ ઉપર પેઇન્ટ માટે, ગંધનાશક તરીકે, સિરામિક ઉદ્યોગમાં લાલ ગ્લેઝ તથા રૂબીરેડ ગ્લાસ બનાવવા માટે વપરાય છે.

ક્યુપ્રિક નાઇટ્રેટ : પ્રકાશ-સંવેદી કાગળ ઉપર પડ તરીકે, લોખંડ પર ચમક લાવવા તથા તાંબાનાં વાસણોને ખૂબ પુરાતન દેખાડવા માટે કૉપર બ્લૅક (અથવા ઝિંક બ્રાઉન) વપરાય છે.

ક્યુપ્રિક ફ્લોરાઇડ : ઇનૅમલ, કાચ તથા સિરામિક્સમાં સપાટીને અપારદર્શી બનાવવા માટે (opacifier) વપરાય છે. વેલ્ડિંગ તથા બ્રેઝિંગ ફ્લક્સ બનાવવાના સળિયામાં તેમજ ઢાળેલા લોખંડની મજબૂતાઈ તથા ઘસારા સામે રક્ષણ માટે પણ તે વપરાય છે. આ પ્રકારનાં કેટલાંક સંયોજનો ફૂગનાશક તરીકે પણ વપરાય છે, જેમાં કૉપરનૅપ્થીનેટ, કૉપર રેઝિનેટ, કૉપર – ઝિંક ક્રૉમેટ જાણીતાં છે.

ક્યુપ્રિક ઑક્સાઇડ : કાળા રંગનો સહસંયોજક પદાર્થ, જે પાણીમાં અલ્પદ્રાવ્ય પણ ઍસિડમાં દ્રાવ્ય છે. ક્યુપ્રિક ક્ષારના જલીય દ્રાવણનું આલ્કલી દ્વારા અવક્ષેપન કરવાથી પ્રથમ બ્લૂહાઇડ્રેટ બને છે જેને (દ્રાવણને) ઉકાળવાથી તે ઑક્સાઇડમાં ફેરવાય છે.

કૉપર સલ્ફેટ (CuSO₄.5H₂O) (મોરથૂથું) : કૉપરનું સૌથી અગત્યનું ઔદ્યોગિક સંયોજન છે. પાકમાં કૉપરનો ઘટક ઉમેરવા આ વપરાય છે. તે ફૂગનાશક છે. તે બોર્ડો (Bordeaux) મિશ્રણ [ CuSO4 + Cu(OH)₂], કૉપર એસિટો-આર્સેનાઇટ, પૅરિસ ગ્રીન, ક્યુપ્રિક આર્સેનાઇટ વગેરે બનાવવા માટે વપરાય છે. લાકડાની જાળવણી માટે તેમજ મચ્છર-નિયંત્રક (larvicide) તરીકે પણ તે વપરાય છે.

જીવરસાયણમાં કૉપરનું સ્થાન : વનસ્પતિના ચયાપચય(metabolism)માં કૉપર બે સ્વરૂપે પ્રવર્તે છે – ક્લૉરોફિલના સંશ્લેષણમાં તેમજ ઉત્સેચકની સક્રિયતા માટે. પાંદડામાં ક્લૉરોફિલ સાથે કૉપર સંકળાયેલું છે. પરંતુ ક્લૉરોફિલ સંશ્લેષણમાં તેનું ચોક્કસ કાર્ય હજી સ્પષ્ટ નથી. તે આવશ્યક છે તેટલું માત્ર સ્પષ્ટ થયું છે. કેટલીય ઉપચયન-અપચયન પ્રક્રિયાઓ માટે જવાબદાર ઉત્સેચકોમાં કૉપર એક ઘટક તરીકે હોય છે તથા તેનો ઉપચયનાંક +1 તથા +2 વચ્ચે બદલાયા કરે છે.

કૉપરની અછતને કારણે વનસ્પતિને અનેક રોગ થાય છે. જમીનમાં કૉપર વધુ પ્રમાણમાં હોય તો તે વિષાળુ હોઈ વનસ્પતિનાં પાંદડાં (foliage) ખરી પડતાં માલૂમ પડ્યાં છે. પ્રાણીઓના ચયાપચય માટે પણ કૉપર આવશ્યક છે. માનવ માટે પ્રતિદિન 2 મિગ્રા. કૉપરની માત્રા આવશ્યક છે. આધેડ માનવીના શરીરમાં 100થી 150 મિગ્રા. કૉપર હોય છે જે મુખ્યત્વે યકૃત તથા હાડકાંમાં હોય છે. લોહીમાં પણ કૉપર-પ્રોટીન હોય છે. રક્તકણના સંશ્લેષણ માટે કૉપર આવશ્યક છે.

પ્લાઝમામાં કૉપર-પ્રોટીન સેર્યુલોપ્લાસ્મિન તરીકે હોય છે. કેટલાંક સાઇટોક્રોમ ઉત્સેચકોમાં પણ કૉપર હોય છે જે મુખ્યત્વે શ્વસનશૃંખલાની પ્રક્રિયામાં કારણભૂત હોય છે. ખાંડના વિભાજન (glycolysis) માટે પણ કૉપર જરૂરી છે. નીચલા વર્ગનાં પ્રાણીઓનાં લોહીમાં રહેલું હીમોસાયનિન ઑક્સિજન વહન માટે જરૂરી છે. આ પ્રોટીન Cu⁺ ધરાવતું પૉલિપૅપ્ટાઇડ છે તેમ માનવામાં આવે છે. ટાઇરોસિનેઝ ઉત્સેચક ઘણાં પ્રાણીઓમાં જણાયું છે જે મુખ્યત્વે ચામડીની વર્ણકતા (pigmentation) માટે તથા સ્નાયુઓને સખત બનાવવામાં સહાયભૂત થાય છે. દુધાળાં જાનવરો માટેના ખોરાકમાં કૉપરનું પ્રમાણ અતિઅલ્પ હોય (અથવા મોલિબ્ડેનમ વધુ પ્રમાણમાં હોય) તો જાનવરને અતિસાર, પાંડુતા અને માનસિક વિકૃતિ થતાં જણાયાં છે.

જો કૉપરસલ્ફેટ (મોરથૂથું) માણસનાં પેટમાં જાય તો તેના પરિણામ રૂપે વમન, ખાલી ચડવી, આંચકી આવવી વગેરે લક્ષણો જણાય છે. 27 ગ્રા. મોરથૂથું મારક-માત્રા (lethal dose) છે. માનવ તથા વનસ્પતિમાં કૉપરની વિષાળુતાનું કારણ એ આપી શકાય કે થાયોલ સમૂહ જેવાં કેટલાંક ઉત્સેચકો સાથેની પ્રક્રિયા દ્વારા કૉપર તેમને નિષ્ક્રિય બનાવે છે.

જ. પો. ત્રિવેદી