ചെമ്പ്/കോപ്പർ – ഒരുദിവസം ഒരു മൂലകം

വിജയകുമാർ ബ്ലാത്തൂർ

ശാസ്ത്രലേഖകൻ

ലൂക്ക – ആവർത്തനപ്പട്ടികയുടെ 150ാംവാർഷികത്തിന്റെ ഭാഗമായുള്ള ഒരു ദിവസം ഒരു മൂലകം (One day One Element) പംക്തി തുടരുന്നു. ഇന്ന്ചെമ്പിനെ (കോപ്പർ) പരിചയപ്പടാം.

മനുഷ്യരാശിയുടെ ആദി പുരാതന സംസ്കാരങ്ങളിൽ പലതിനും പരിചിതമായിരുന്ന  ലോഹമാണ് ചെമ്പ്. ബി സി 9000 വർഷം മുമ്പ് തന്നെ മദ്ധ്യ പൗരസ്ത്യ ദേശങ്ങളിൽ ചെമ്പ് ഉപയോഗിച്ചിരുന്നതായി തെളിവുകൾ കിട്ടീട്ടുണ്ട്. സ്വർണ്ണവും മെറ്റയോറിക്ക് ഇരുമ്പും മാത്രമേ ഇതിനു മുമ്പ് മനുഷ്യർ ഉപയോഗിച്ച ലോഹങ്ങളായി കണ്ടെത്തീട്ടുള്ളു.  ഭൂമിയിൽ ധാതു രൂപത്തിലല്ലാതെ ലോഹാവസ്ഥയിൽ സ്വതന്ത്രമായി നിലനിൽക്കാൻ കഴിയുന്ന ലോഹമായതിനാലാവാം മനുഷ്യർ കാര്യമായി ഉപയോഗിച്ച് തുടങ്ങിയ ലോഹം എന്ന പെരുമ ചെമ്പിനു കിട്ടിയത്. മെസപ്പൊട്ടേമിയ, ചൈന, ഈജിപ്ത്, ഗ്രീസ്,  തുടങ്ങിയ ഇടങ്ങളിൽ വളരെ മുമ്പേ ചെമ്പ് ഉപയോഗിച്ച് തുടങ്ങിയിരുന്നു.  ബി.സി. 8700 കാലഘട്ടത്തിലുള്ള ചെമ്പ് ആഭരണ താലി ഇറാക്കിൽ നിന്നും ലഭിച്ചിട്ടുണ്ട്. റോമാ കാലഘട്ടത്തിൽ പ്രധാനമായും സൈപ്രസ് നഗരത്തിൽ നിന്നായിരുന്നു ചെമ്പ് ഖനനം ചെയ്തിരുന്നത്.

പേര് വന്ന വഴി

സൈപ്രസിലെ ലോഹം എന്ന അർത്ഥത്തിൽ സൈപ്രിയം എന്നും  (aes сyprium) പിന്നീട്  ലോപിച്ച് ലാറ്റിനിൽ കുപ്രം എന്നും പേരുകിട്ടി.  ഇംഗ്ളീഷുകാർ അതിനെ കോപ്പർ എന്നും ആക്കി. ചെമ്പ് അഫ്രോഡൈറ്റ് ദേവിയും വീനസും ഒക്കെയായി ബന്ധപ്പെട്ടു കിടക്കുന്നു. ഈ ലോഹത്തിന്റെ സൗന്ദര്യവും ഭംഗിയും കൊണ്ടാണ് ഈ പെരുമയും  സ്ഥാനവും ലഭിച്ചത്. സംസ്കൃതത്തിൽ ഇതിന് താമ്രം എന്നാണ് പേര് . തമ്രപത്രങ്ങളായിരുന്നല്ലോ പഴയ പ്രശസ്തിപത്രങ്ങൾ.

ആല്പ്സ് പർവത പ്രദേശത്ത് ഒറ്റ്സാലിൽ  1991 ൽ ലഭിച്ച പ്രകൃത്യായുള്ള പുരുഷ മമ്മിയുടെ പഴക്കം ബി.സി. 3400- 3100 ആയാണ് കണക്കാക്കപ്പെടുന്നത്. ഐസ്മാൻ എന്നു വിളിക്കുന്ന ഈ മമ്മിയ്കൊപ്പം ലഭിച്ച ചെമ്പ് മഴുവിന്റെ അഗ്രം 99.7% ശുദ്ധ ചെമ്പ് കൊണ്ട് നിർമ്മിച്ചതായിരുന്നു. അയാളുടെ മുടിയിഴകളിൽ നിന്നും ലഭിച്ച ആർസനിക്ക് സാന്നിദ്ധ്യം ചെമ്പ്  ഉരുക്കി സംസ്കരണം ചെയ്യാൻ അവർക്ക് അറിയാമായിരുന്നു എന്നതിന്റെ തെളിവാണ്.

രാസ ഘടന 

പതിനൊന്നാം ഗ്രൂപ്പിലുള്ളതും ആറ്റോമിക നമ്പർ 29 ആയിട്ടുള്ളതുമായ  ഒരു ലോല ലോഹ മൂലകമാണ് ചെമ്പ്. ഇതിന്റെ ബാഹ്യതമ ഇലക്ട്രോണിക വിന്യാസം 3d¹⁰4s¹ ആണ്. നിറഞ്ഞ d ഓർബിറ്റലിനു പുറത്തായുള്ള s ഓർബിറ്റലിൽ ഒരു ഇലക്ട്രോൺ എന്ന രീതിയിലാണ് വെള്ളി സ്വർണ്ണം എന്നീ ലോഹങ്ങളെപോലെ ചെമ്പിന്റെയും ഇലക്ട്രോൺ വിന്യാസം.

ഉയർന്ന താപ ചാലകതയും വൈദ്യുത ചാലകതയും ആണ് ചെമ്പിനെ ഒരു അത്ഭുത ലോഹം ആക്കുന്നത്.. മൃദുവും വേഗത്തിൽ അടിച്ച് പരത്താവുന്നതും വലിച്ച് നീട്ടാവുന്നതും ഒക്കെ ആണ് ഈ ലോഹം. പുതുതായി മുറിച്ച ഭാഗം പിങ്ക് കലർന്ന ഓറഞ്ച് നിറത്തിലാണ് കാണപ്പെടുക. ഓക്സിജനുമായി സമ്പർക്കത്തിലേർപ്പെടുമ്പോൾ അവയുടെ ഓക്സൈഡുകൾ ഉണ്ടാകുന്നു. 

പ്രകൃതിയിലെ സാന്നിദ്ധ്യം

ചെമ്പ് സംയുക്തങ്ങളായാണ്  പൊതുവേ കാണപ്പെടുന്നത് . അസൂറൈറ്റ്, മാലക്കൈറ്റ് ,ടൊർക്കോയിസ് തുടങ്ങിയ അയിരുകളായാണ് പ്രധാനമായും ചെമ്പ് സംസ്കരണത്തിനായി ഖനനം ചെയ്യുന്നത്.  . കടും നിറങ്ങൾ ഉള്ളവയായതിനാൽ ഈ ലോഹ ധാതുക്കൾ പണ്ട് മുതലേ വർണ്ണകങ്ങളായി ഉപയോഗിച്ചിരുന്നു. ഭൂവൽക്കത്തിൽ 50 പാർട്ട്/ മില്ലിയൺ എന്ന അനുപാതത്തിൽ ഉണ്ട് ചെമ്പിന്റെ സാന്നിദ്ധ്യം . നിരവധി അയിരുകളായി ചെമ്പ് കാണപ്പെടുന്നു. ചാലോപൈറൈറ്റ്, ബോർനൈറ്റ്, ഡിജെനൈറ്റ്, ചാൽകോസൈറ്റ് എന്നീ കോപ്പർ സൾഫൈഡുകളുടെ രൂപത്തിലും എനാർഗൈറ്റ്, ടെട്രാഹെഡൈറ്റ്- ടെന്നാനൈറ്റ് എന്നീ കോപ്പർ ലവണങ്ങളായും  അസൂറൈറ്റ് , മാൽകൈറ്റ് എന്നീ കോപ്പർ കാർബോണേറ്റ് രൂപത്തിലും ഇവ പ്രകൃതിയിൽ ഉണ്ട്.കുപ്രൈറ്റ്, ടെനോറൈറ്റ് എന്നീ കോപ്പർ ഓക്സൈഡുകളായും കാണാം.

രാസ പ്രവർത്തനം

വെള്ളവുമായി ചെമ്പ് പ്രവർത്തിക്കില്ല. എന്നാൽ അന്തരീക്ഷ ഓക്സിജനുമായി പതുക്കെ പ്രവർത്തിച്ച്  കറുത്ത ബ്രൗൺ നിറത്തിലുള്ള കോപ്പർ ഓക്സൈഡിന്റെ ആവരണം പുറം പാളിയിൽ ഉണ്ടാകും. ദീർഘകാലം കൊണ്ട് ഈ പാളിയിൽ കോപ്പർ കാർബണേറ്റ് അവക്ഷിപ്തം രൂപീകരിക്കപ്പെടും . ക്ലാവ് എന്നാണ്  ഇതിന് പേര്. ഇതിനാൽ പൊതിയപ്പെടുന്നതിനാൽ ചെമ്പ് മേൽക്കൂരകളും ചെമ്പ്സങ്കരങ്ങൾ കൊണ്ട് പണിത പ്രതിമകളും പ്രത്യേക (പൗരാണിക ) നിറത്തിൽ കാണപ്പെടുന്നു.  ഓക്സൈഡ് ആവരണം അടിയിലുള്ള ലോഹ ഭാഗം തുടർന്നും ഓക്സിഡൈസേഷണ് വിധേയമാകാതെ പൊതിഞ്ഞ് സംരക്ഷിക്കുന്നതിനാൽ ഇരുമ്പ് തുരുമ്പിച്ച് നശിക്കുന്നതുപോലെ ചെമ്പ് നശിച്ച് പോകുന്നില്ല .

ചെമ്പിന്റെ പ്രധാന ഓക്സീകരണാവസ്ഥകൾ +2, +1 എന്നിവയാണ്. എന്നാൽ +3 ഓക്സീകരണാവസ്ഥ അപൂർവമായും (ഉദാ: KCuO₂ – പൊട്ടാസിയം കുപ്രേറ്റ്, K₃CuF₆ – പൊട്ടാസിയം ഹെക്സാഫ്ലൂറോകുപ്രേറ്റ്(III)), +4 ഓക്സീകരണാവസ്ഥ അത്യപൂർവമായും (ഉദാ: Cs₂CuF₆ – സീസിയം ഹെക്സാഫ്ലൂറോകുപ്രേറ്റ്(IV)) പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു 

ചെമ്പിന്റെ ഐസോടോപ്പുകൾ 

സ്ഥിരതയുള്ള ⁶³Cu , ⁶⁵Cu എന്നീ രണ്ട് ഐസോടോപ്പുകൾ ഉൾപ്പെടെ 29  ഐസോടോപ്പുകൾ ചെമ്പിനുണ്ട്. അതിൽ പ്രകൃത്യാ ഉള്ള ചെമ്പിന്റെ 69%  ⁶³Cu ആണ്. മറ്റുള്ളവയൊക്കെയും റേഡിയോ  ആക്റ്റീവ് ഐസോടോപ്പുകൾ ആണ്. ⁶⁷Cu  ന്റെ ഹാഫ് ലൈഫ് പോലും   61.83 മണിക്കൂർ മാത്രമാണ്.

നിർമ്മാണ പ്രവർത്തനം

ചെമ്പ് അയിരുകളിൽ ചെമ്പിന്റെ അളവ് ശരാശരി  .6% മാത്രമാണ് ഉണ്ടാകുക. ചാൽകോ പൈറൈറ്റ് (chalcopyrite -CuFeS₂), ബോർണൈറ്റ്  (bornite -Cu₅FeS₄)  എന്നീ സൾഫൈഡുകളാണ് വാണിജ്യ ആവശ്യത്തിന് പ്രധാനമായും ഉപയോഗിക്കുന്നത്. കൊവലൈറ്റ് (covellite -CuS) , ചാൽകോലൈറ്റ് (chalcocite -Cu₂S) എന്നിവയും കുറഞ്ഞ തോതിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്.

പൊടിച്ച അയിരുകൾ ഉരുക്കി ഫ്രോത്ത് ഫ്ലോട്ടേഷൻ , ബയോ ലീച്ചിങ് മുതലായ പ്രക്രിയകളിലൂടെ അയിരിലെ ചെമ്പിന്റെ അളവ് 10-15% അളവിലേക്ക് സാന്ദ്രീകരിക്കാൻ പറ്റും. ഇതിനെ സിലിക്കയുമായി ചേർത്ത് ഉരുക്കി അതിലെ ഇരുമ്പിന്റെ വലിയ ഭാഗം  സ്ലാഗാക്കി നീക്കം ചെയ്യുന്നു.. ഇരുമ്പ് സൾഫൈഡുകൾ സിലിക്കയുമായി പ്രവർത്തിച്ച് മുകളിൽ പൊങ്ങിക്കിടക്കുന്ന സിലേക്കേറ്റ് സ്ലാഗ് ആയി മാറുകയാണ് ചെയ്യുക. സ്ലാഗ് നീക്കം ചെയ്തു ബാക്കിയാവുന്ന കോപ്പർ സൽഫൈഡ് വറുക്കുമ്പോൾ കോപ്പർ സൾഫൈഡുകൾ ഓക്സൈഡുകളായി മാറും

കുപ്രസ് ഓക്സൈഡ് ചൂടാക്കിയാൽ അത് ബ്ലിസ്റ്റർ കോപ്പർ ആയി മാറും.

ഇത്തരത്തിൽ ശുദ്ധീകരിച്ച് കിട്ടുന്ന ചെമ്പിലും അൻപതു ശതമാനം  സൾഫൈഡുകൾ മാത്രമേ ഓക്സൈഡുകൾ ആയി മാറീട്ടുണ്ടാകുകയുള്ളു.. പിന്നീട് ഈ ഓക്സൈഡുകളാണ് ബാക്കിയുള്ള സൽഫറിനെ ഓക്സൈഡാക്കി മാറ്റി നീക്കം ചെയ്യാൻ സഹായിക്കുന്നത്. ഇതിൽ നിന്ന് വൈദ്യുത വിശ്ളേഷനം വഴി ശുദ്ധ ചെമ്പ് നിർമ്മിക്കുന്നു.

പുനരുപയോഗം

ഒട്ടും നഷ്ടമില്ലാതെ മുഴുവനായും ചെമ്പിനെ പുനരുപയോഗം ചെയ്യാനാകും. അളവിന്റെ കാര്യത്തിൽ അലൂമിനിയവും ഇരുമ്പും കഴിഞ്ഞാൽ ഏറ്റവും കൂടുതൽ റി സൈക്ളിങ് ചെയ്യപ്പെടുന്ന ലോഹം ചെമ്പ് ആണ്. ഭൂമിയിൽ ഇതുവരെ ഖനനം ചെയ്ത ചെമ്പിന്റെ 80% ഇപ്പോഴും ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നുണ്ട്. ചെമ്പ് പുനർ ചക്രണം ഏകദേശം നിർമ്മാണ ഘട്ടങ്ങളിലെ പ്രക്രിയകൾ തന്നെ പിന്തുടരുന്നുവെങ്കിലും അത്രയും തലങ്ങളിലൂടെ കടന്നുപോകേണ്ടി വരുന്നില്ല.  

ലോഹ സങ്കരങ്ങൾ

1.പിത്തള (ബ്രാസ്)

ചെമ്പും സിങ്കും ചേർത്തുണ്ടാക്കുന്ന ലോഹ സങ്കരമായ പിച്ചള (പിത്തള) സ്വർണ്ണ സമാന നിറമുള്ളതിനാൽ  അലങ്കാരങ്ങൾക്കായും ആഭരണങ്ങൾ,  വിളക്കുകൾ, പാത്രങ്ങൾ എന്നിവ നിർമ്മിക്കാനും   ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഘർഷണം കുറഞ്ഞ താഴുകളുടെയും, യന്ത്രഭാഗങ്ങളുടെയും, വാതിൽപിടികളുടെയും മറ്റും നിർമ്മാണത്തിനും,സംഗീത ഉപകരണങ്ങളുടെയും  വൈദ്യുതോപകരണങ്ങളുടെയും സിപ്പുകളുടെയും നിർമ്മാണത്തിനും പിത്തള ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നുണ്ട്. 

വെങ്കലം /ഓട് ( ബ്രോൺസ്)

ചെമ്പും വെളുത്തീയവും (ടിൻ) ചേർന്ന ഒരു ലോഹസങ്കരമാണ് വെങ്കലം അഥവാ ഓട് (Bronze). പാത്രങ്ങളും ശില്പ്പങ്ങളും നിർമ്മിക്കുന്നതിന്‌ വെങ്കലം ധാരാളമായി പുരാതനകാലം മുതൽക്കേ ഉപയോഗിക്കുന്നു. വെളുത്തീയത്തിന്റെ അനുപാതം കൂട്ടിയുണ്ടാക്കുന്ന   ബെൽ മെറ്റൽ മുഴക്കമുള്ള ശബ്ദം ഊണ്ടാക്കും. സാധാരണ ഓടിനേക്കാൾ വെളുത്തുകാണപ്പെടുന്നതാണ് വെള്ളോട്. ഇതിൽ വെളുത്തീയത്തിന്റെ അളവ് കൂടുതലാണ്. വെള്ളോടുകൊണ്ടാണ് ഗുണമേന്മ കൂടിയ ഉരുളി, ചരക്ക് (വാർപ്പ്), കിണ്ടി, ചുണ്ണാമ്പുചെല്ലം, ലോട്ട തുടങ്ങിയവ ഉണ്ടാക്കുന്നത്. 

സ്വർണ്ണത്തിന്റെ കാരറ്റ് നിർണ്ണയിക്കുന്നത് ചെമ്പിന്റെ അളവാണല്ലോ.  വെള്ളിയിലും ഘടകലോഹം ആയി ചെമ്പ് ചേർക്കാറുണ്ട്. . ഉരുക്കാനും , അടിച്ച് പരത്താനും വലിച്ച് നീട്ടാനും ഉള്ള സൗകര്യം,  നിറം എന്നിവയൊക്കെകൊണ്ട് ചെമ്പ് ചേർത്ത ആഭരണങ്ങൾക്ക് ധാരാളം ആവശ്യക്കാരുണ്ട്. വലിയ വില വ്യത്യാസം ഈ ലോഹ സങ്കരങ്ങളുടെ അനുപാതത്തിലുള്ള വ്യത്യാസം വഴി ഉണ്ടാക്കാൻ കഴിയും. അതിനാൽ ആഭരണ അലങ്കാര വസ്തു നിർമ്മാണ രംഗത്ത് ചെമ്പിന്റെ ലോഹ സങ്കരങ്ങൾ വളരെ പ്രധാനം ആണ്.

കുപ്രോ നിക്കൽ

നിക്കലും ആയി ചെമ്പ് ചേർത്ത് ഉണ്ടാക്കുന്ന കുപ്രോ നിക്കൽ സങ്കരം ആണ് നാണയങ്ങളു ഉണ്ടാക്കാൻ മുഖ്യമായും ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത്.

സംയുക്തങ്ങൾ  

നിരവധി ഓക്സീകരണാവസ്ഥകൾ ഉള്ളതിനാൽ  ചെമ്പിന് ധാരാളം സംയുക്തങ്ങളും ഉണ്ട്. +1 ,+2, എന്നീ ഓക്സീകരണാവസ്ഥകളിൽ  കുപ്രസ് , കുപ്രിക്ക് എന്ന തരത്തിൽ ആണ് സംയുക്തങ്ങൾ വിളിക്കപ്പെടുന്നത്..  രണ്ട് മൂലകങ്ങൾ മാത്രമടങ്ങിയ ബൈനറി സംയുക്തങ്ങളാണ് പ്രധാനം. അതിൽ കുപ്രസ് , കുപ്രിക് ഓക്സൈഡുകൾ  കൂടാതെ സൾഫൈഡുകൾ ഹാലൈഡുകൾ എന്നിവ ധാരാളം ഉണ്ട്.

ഉപയോഗങ്ങൾ

പ്രധാനമായും ഇലക്ട്രിക്കൽ വയറിങ്ങ് ആവശ്യത്തിനായാണ് ചെമ്പിന്റെ 60% ഉപയോഗിക്കുന്നത്. 20% പ്ലംബിങ്ങ് , മേൽക്കൂര നിർമ്മാണം എന്നിവയ്ക്ക് ഉപയോഗിക്കുന്നു.. വ്യവസായിക യന്ത്രഭാഗങ്ങളുടെ നിർമ്മാണത്തിനും ചെമ്പിന്റെ 15%  ഉപയോഗിക്കുന്നു. 

വിവിധ ലോഹ സങ്കരങ്ങളുടെ ഭാഗമായും ആഭരണങ്ങൾ, കെട്ടിട നിർമ്മാണ വസ്തുക്കൾ  എന്നിങ്ങനെ പല ആവശ്യങ്ങൾക്കും ചെമ്പ് ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്. കടൽ യാനങ്ങളിലും യന്ത്രഭാഗങ്ങളിലും  ഉപ്പുമായി സമ്പർക്കം മൂലം നശിച്ച് പോകുന്ന ഇടങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാൻ കുപ്രോ നിക്കൽ സങ്കരങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ചെമ്പ് അടങ്ങിയ പെയിന്റുകൾ കപ്പൽ തട്ടുകളുടെ അടിഭാഗം സംരക്ഷിക്കാനും കടൽ ഉപകരണങ്ങൾ നശിക്കാതെ നോക്കാനും വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്. 

ബാക്റ്റീരിയവളർച്ച തടയൽ , കുമിൾ നാശിനി

പല ചെമ്പ് സംയുക്തങ്ങളും ബാക്റ്റീരിയകളുടെ വളർച്ച തടയാൻ കഴിവുള്ളവയാണ്. , കുമിൾ നാശിനിയായും മര ഉരുപ്പടികൾ  നശിക്കാതെ സംരക്ഷിക്കാനും ഒക്കെ ചെമ്പ് സംയുക്തങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്. ബോർഡോ കുഴമ്പ് നിർമ്മിക്കാൻ കോപ്പർ സൽഫേറ്റ് (തുരിശ്) കൃഷിക്കാർ ഉപയോഗിക്കുന്നു. 

ശരീരത്തിൽ 

സൈറ്റോക്രോം സി ഓക്സിഡേസ് എന്ന ശ്വസന എൻസൈം നിർമ്മിക്കാൻ നമ്മുടെ ശരീരത്തിന് വളരെക്കുറഞ്ഞ അളവിലാണെങ്കിലും ചെമ്പ് ആവശ്യമാണ്.. നമ്മുടെ രക്തത്തിൽ അടങ്ങിയ ഹീമോഗ്ളോബിൻ നിർമ്മിക്കാൻ ഇരുമ്പ് വേണ്ടതു പോലെ  മൊളസ്ക, ചെമ്മീൻ, ഞണ്ട് വർഗ്ഗങ്ങളുടെ രക്തത്തിലെ ഹീമോ സയാനിൻ എന്ന ഘടകം നിർമ്മിക്കാൻ ചെമ്പ് ആവശ്യമാണ്. 

ഒരു മുതിർന്ന മനുഷ്യ ശരീരത്തിൽ 1.4 മുതൽ 2.1 മില്ലീഗ്രാം പ്രതി‌ കിലോഗ്രാം ശരീരഭാരം എന്ന തോതിൽ ചെമ്പ് ഉണ്ട്. പ്രധാനമായും കരൾ, പേശികൾ , അസ്ഥികൾ എന്നിവിടങ്ങളിലാണ് ചെമ്പ് ഉണ്ടാകുക.

Happy

2 40 %

Sad

0 0 %

Excited

0 0 %

Sleepy

0 0 %

Angry

2 40 %

Surprise

1 20 %