銅
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銅、  29 Cu
自然銅（大きさ約4cm）
銅
外観赤オレンジ色の金属光沢
標準原子量A r °(Cu)
周期表における銅
水素ヘリウム
リチウムベリリウムボロン炭素窒素酸素フッ素ネオン
ナトリウムマグネシウムアルミニウムシリコンリン硫黄塩素アルゴン
カリウムカルシウムスカンジウムチタンバナジウムクロムマンガン鉄コバルトニッケル銅亜鉛ガリウムゲルマニウム砒素セレン臭素クリプトン
ルビジウムストロンチウムイットリウムジルコニウムニオブモリブデンテクネチウムルテニウムロジウムパラジウム銀カドミウムインジウム錫アンチモンテルルヨウ素キセノン
セシウムバリウムランタンセリウムプラセオジムネオジムプロメチウムサマリウムユーロピウムガドリニウムテルビウムジスプロシウムホルミウムエルビウムツリウムイッテルビウムルテチウムハフニウムタンタルタングステンレニウムオスミウムイリジウム白金金水銀（元素）タリウム鉛ビスマスポロニウムアスタチンラドン
フランシウムラジウムアクチニウムトリウムプロトアクチニウムウランネプツニウムプルトニウムアメリシウムキュリウムバークリウムカリホルニウムアインシュタイニウムフェルミウムメンデレビウムノーベリウムローレンシウムラザホージウムドブニウムシーボーギウムボーリウムハッシウムマイトネリウムダルムシュタットレントゲンコペルニシウムニホニウムフレロビウムモスコビウムリバモリウムテネシンオガネソン
– ↑ Cu ↓ Ag
ニッケル←銅→亜鉛
原子番号（Z）29
グループグループ11
期間第4期
ブロック dブロック
電子配置[ Ar ] 3d 10 4s 1
殻あたりの電子数2、8、18、1
物理的特性
STPでの 位相固体
融点1357.77  K (1084.62 °C、1984.32 °F)
沸点2835 K (2562 °C、4643 °F)
密度（20℃）8.935 g/cm 3 [ 3 ]
（  STPにて）8,944グラム/リットル
液体の場合（  mp）8.02 g/cm 3
融解熱13.26  kJ/モル
蒸発熱300.4 kJ/モル
モル熱容量24.440 J/(モル·K)
比熱容量384.603 J/(kg·K)
蒸気圧
P （パ）1 10 100 1キロ 1万 10万
T （K）で 1509 1661 1850 2089 2404 2834
原子の性質
酸化状態共通: +2 −2、[ 4 ] −1、[ 5 ] 0、[ 6 ] +1、[ 7 ] +3、[ 7 ] +4 [ 7 ]
電気陰性度ポーリングスケール：1.90
イオン化エネルギー
  • 1位: 745.5 kJ/mol
  • 2位: 1957.9 kJ/mol
  • 3位: 3555 kJ/mol
  • （もっと）
原子半径経験的： 午後128時
共有結合半径132±4時
ファンデルワールス半径午後1時40分
スペクトル範囲における色の線
銅のスペクトル線
その他の特性
自然発生原始的な
結晶構造面心立方格子（fcc）（cF4）
格子定数
銅の面心立方結晶構造
a  = 361.50 pm （20℃）[ 3 ]
熱膨張16.64 × 10 −6 /K（20℃）[ 3 ]
熱伝導率401 W/(m⋅K)
電気抵抗率16.78 nΩ⋅m（20℃）
磁気秩序反磁性[ 8 ]
モル磁化率−5.46 × 10 −6  cm 3 /モル[ 9 ]
ヤング率110～128 GPa
せん断弾性率48GPa
体積弾性率140 GPa
音速の細い棒（焼鈍）3810 m/s（ 室温で）
ポアソン比0.34
モース硬度3.0
ビッカース硬度343～369 MPa
ブリネル硬度235～878MPa
CAS番号7440-50-8
歴史
ネーミングキプロスにちなんで、ローマ時代の主要な鉱山地（キプロム）
発見中東（紀元前9000年）
シンボル「Cu」：ラテン語のcuprumから
銅の同位体
主な同位体[ 10 ]減衰
アイソトープ豊富半減期（t 1/2）モード製品
63立方メートル 69.2% 安定した
64立方メートルシンセ12時70分β +64ニ
β −64亜鉛
65立方メートル 30.9% 安定した
67立方メートル シンセ 61.83時間β −67亜鉛

銅は化学元素で、記号Cu（ラテン語のcuprumに由来）、原子番号は29です。銅は柔らかく、展性があり、延性のある金属で、非常に高い熱伝導性と電気伝導性を備えています。純銅の表面は露出したばかりで、ピンクがかったオレンジ色をしています。銅は熱伝導性、電気伝導性、建築材料、そして宝飾品に使用されるスターリングシルバー、船舶用金物や硬貨の製造に使用される白銅、温度測定用のひずみゲージや熱電対に使用されるコンスタンタンなど、様々な金属合金の材料として使用されています。

銅は数少ない天然金属の一つであり、つまり、直接使用可能な、合金化されていない金属の形で自然に存在する金属です。そのため、紀元前8000年頃から、いくつかの地域で非常に早い時期に人類が銅を利用していました。数 千年後、銅は硫化鉱石から精錬された最初の金属であり（紀元前 5000年頃）、鋳型で成形された最初の金属であり（紀元前 4000年頃）、そして青銅を作るために他の金属である錫と意図的に合金化された最初の金属であり（紀元前 3500年頃）、銅は銅と他の金属である錫を意図的に合金化して作られました。[ 11 ]

一般的に見られる化合物は銅(II)塩であり、これはアズライト、マラカイト、トルコ石などの鉱物に青や緑の色を与えることが多く、歴史的に顔料として広く使用されてきました。

建物、特に屋根材に使用される銅は、酸化すると緑青と呼ばれる化合物の緑色の緑青を形成します。銅は、単体金属として、また顔料として化合物として、装飾芸術に使用されることがあります。銅化合物は、殺菌剤、防カビ剤、木材防腐剤として使用されます。

銅はすべての好気性生物にとって必須元素です。特に酸素代謝に深く関わっています。例えば、呼吸酵素複合体であるシトクロムc酸化酵素、酸素を運ぶヘモシアニン、そしていくつかのヒドロキシラーゼに含まれています。[ 12 ]成人の体内には、体重1kgあたり1.4～2.1mgの銅が含まれています。[ 13 ]

語源

この金属の名称は、ラテン語で「キプロスの金属」を意味するaes cypriumに由来する。後期ラテン語ではcuprumとなった。 古英語ではこれをCoperと呼び、12世紀に初めて使われたcopperもこの語に由来する。[ 14 ]

特徴

連続鋳造で作られた銅の円盤（純度99.95％）。エッチングにより結晶が見えるようになっている。
融点よりわずかに高い銅は、十分な光がオレンジ色の白熱色を上回ると、ピンク色の光沢のある色を保ちます。

物理的な

銅、銀、金は周期表の第11族に属し、これら3つの金属は満たされたd電子殻の上に1つのs軌道電子を持ち、高い延性と電気・熱伝導性が特徴です。これらの元素の満たされたd殻は原子間相互作用にはほとんど寄与せず、金属結合を介したs電子が支配的です。不完全なd殻を持つ金属とは異なり、銅の金属結合は共有結合性を欠いており、比較的弱いです。この観察結果は、銅の単結晶の硬度が低く延性が高いことを説明しています。[ 15 ]マクロスケールでは、結晶格子に粒界などの拡張欠陥が導入されると、応力が加わった状態での材料の流れが妨げられ、硬度が上昇します。このため、銅は通常、単結晶よりも強度の高い細粒多結晶の形で供給されます。[ 16 ]

銅の柔らかさは、その高い電気伝導性を部分的に説明している（59.6 × 10 6  S /m）と高い熱伝導率を持ち、室温では純金属の中で銀に次いで2番目に高い。[ 17 ]これは、室温での金属の電子輸送に対する抵抗が主に格子の熱振動による電子の散乱に起因しており、軟質金属ではこの熱振動は比較的弱いためである。[ 15 ]空気中での銅の最大可能電流密度は約3.1 × 10 6  A/m 2、それを超えると過度に熱くなり始めます。[ 18 ]

銅は、灰色や銀色以外の自然な色を持つ数少ない金属元素の一つです。[ 19 ]純銅はオレンジがかった赤色で、空気に触れると赤みがかった変色を呈します。これは、銅のプラズマ周波数​​が低いためです。この周波数は可視スペクトルの赤色部分に位置し、高周波の緑と青色を吸収します。[ 20 ]

他の金属と同様に、銅が電解質の存在下で他の金属と接触すると、ガルバニック腐食が発生します。[ 21 ]

化学薬品

銅は水とは反応しませんが、大気中の酸素とゆっくりと反応して黒褐色の酸化銅層を形成します。これは、湿った空気中で鉄に形成される錆とは異なり、下層の金属をさらなる腐食から保護します（不動態化）。緑青（炭酸銅）の緑色の層は、多くの古い建物の屋根[ 22 ]や自由の女神像[ 23 ]などの古い銅構造物によく見られます。銅は特定の硫黄化合物にさらされると変色し、反応して様々な硫化銅を形成します[ 24 ]。

  • 酸化されていない銅線（左）と酸化された銅線（右）
    酸化されていない銅線（左）と酸化された銅線（右）
  • エディンバラ王立天文台の東塔。オリジナルの銅板は1894年に設置され、改修された銅板は1994年に完成した。
    エディンバラ王立天文台の東塔。オリジナルの銅板は1894年に設置され、改修された銅板は1994年に設置されました。

同位体

銅には29個の同位体が存在します。63Cuと65Cuは安定しており、63Cuは天然銅の約69%を占め、どちらもスピン3 ⁄ 2である。[ 25 ]他の同位体は放射性であり、最も安定しているのは67半減期は61.83時間である。 [ 25 ] 10種類の準安定異性体が特徴付けられている。68メートルCuは半減期が最も長く、3.8分です。質量数が64を超える同位体はβ-崩壊し、質量数が64未満の同位体はβ +崩壊します。64Cuは半減期が12.7時間で、両方向に崩壊する。 [ 26 ] [ 27 ]

62Cuと64Cu には重要な用途があります。62Cuは62陽電子放出断層撮影のための放射性トレーサーとしてのCu -PTSM 。[ 28 ]

発生

銅は大質量星で生成され[ 29 ]、地球の地殻に約50 ppmの割合で存在します。[ 30 ]自然界では、銅は、自然銅、硫化銅（黄銅鉱、斑銅鉱、ダイジェナイト、コベライト、黄銅鉱など）、硫酸銅（テトラヘダイト-テンナンタイト、エンアルジャイトなど）、炭酸銅（アズライト、マラカイトなど）、および酸化銅(I)（赤銅鉱、テノライトなど）など、さまざまな鉱物に含まれています。 [ 17 ]これまでに発見された最大の銅の塊は420トンで、1857年に米国ミシガン州のキーウィノー半島で発見されました。 [ 30 ]自然銅は多結晶であり、これまで報告された最大の単結晶は4.4×3.2×3.2cmである。[ 31 ]銅は地殻中で26番目に豊富な元素であり、その含有量は50ppmである。一方、亜鉛は75ppm、鉛は14ppmである。[ 32 ]

銅の典型的な背景濃度は以下を超えない大気中では1 ng/m 3土壌中150 mg/kg植物では30 mg/kg、淡水では2 μg/L、海水中0.5μg/L 。 [ 33 ]

生産

チリのチュキカマタは、世界最大級の露天掘り銅鉱山のひとつです。

銅のほとんどは、0.4～1.0%の銅を含む斑岩銅鉱床の大規模露天掘り鉱山から硫化銅として採掘または抽出される。採掘場所には、チリのチュキカマタ、米国ユタ州のビンガムキャニオン鉱山、米国ニューメキシコ州のエルチノ鉱山などがある。英国地質調査所によると、2005年の銅生産国ではチリが世界シェアの少なくとも3分の1を占め最大で、米国、インドネシア、ペルーがそれに続いた。[ 17 ]世界最大の銅生産国であるチリは、2024年まで米国の精錬銅および合金輸入量の70%を供給している。カナダ(17%)およびペルー(7%)と合わせると、米国の銅輸入量の94%を占める。[ 34 ] [ 35 ]銅は原位置浸出法で回収することもできる。アリゾナ州のいくつかの場所がこの方法の主要候補地と考えられている。[ 36 ]銅の使用量が増加しており、入手可能な量はすべての国が先進国レベルの使用量に達するのにかろうじて足りる程度である。[ 37 ]現在研究されている銅の代替資源は、太平洋の海面下約3000～6500メートルの深海に分布する多金属団塊である。これらの団塊には、コバルトやニッケルなどの他の貴金属も含まれている。[ 38 ]

埋蔵量と価格

世界の生産動向

銅は少なくとも1万年前から使用されていますが、これまでに採掘・製錬された銅の95%以上は1900年以降に採掘されたものです。[ 39 ]多くの天然資源と同様に、地球上の銅の総量は膨大で、地殻の最上部1キロメートルに約10の14乗トンがあり、これは現在の採掘速度では約500万年分に相当します。しかし、これらの埋蔵量のうち、現在の価格と技術では経済的に採算が取れるのはごくわずかです。採掘可能な銅の埋蔵量の推定値は、成長率などの主要な仮定に応じて、25年から60年まで異なります。[ 40 ]現代世界では、リサイクルが銅の主要な供給源となっています。[ 39 ]

銅の価格 1959–2022

銅の価格は変動が激しい。[ 41 ] 2022年にピークに達した後、価格は予想外に下落した。[ 42 ]そして2024年5月までに、ロンドン金属取引所の価格は1トンあたり11,000ドルを超える史上最高値に達した。[ 43 ]

世界の銅市場は、数十年にわたり、最も商品化され金融化された商品市場の一つである。 [ 44 ] : 213 粗銅の主要輸出国はザンビア（69.5億ドル）とチリ（21.6億ドル）で、コンゴ民主共和国（14.1億ドル）がそれに続いた。粗銅の主要輸入国は中国（61.3億ドル）、スイス（31.5億ドル）、インド（20.5億ドル）であった。[ 45 ]

銅の需要

2024年の世界の銅生産量は約2,280万～2,290万トンと推定されています。[ 46 ] [ 47 ]電力へのエネルギー移行の進行により銅の需要は増加しています。[ 48 ]中国は需要の半分以上を占めています。[ 49 ]

抽出

自溶製錬プロセスの概略

銅鉱石の大部分は硫化物です。一般的な鉱石は、硫化物である黄銅鉱（CuFeS 2）、斑銅鉱（Cu 5 FeS 4）、そして少量ですがコベライト（CuS）と黄銅鉱（Cu 2 S）です。[ 50 ] これらの鉱石は1%未満の銅含有量で産出します。鉱石の濃縮が必要であり、まず粉砕し、続いてフロス浮選を行います。残りの精鉱は製錬されますが、これは2つの簡略化された式で表すことができます。[ 51 ]

  • 硫化第一銅は酸化第一銅に酸化されます。
2Cu2S + 3O2 → 2Cu2O + 2SO2​
  • 加熱すると酸化第一銅は硫化第一銅と反応して粗銅に変化します。
2 Cu 2 O + Cu 2 S → 6 Cu + 2 SO 2

これにより、重量比で約98%の銅を含む粗銅が得られ、これを電気分解により精製すると、最大99.99%の純度の銅が得られます。電気分解の過程で、少量の 銀と金が沈殿してスラッジを形成することがありますが、これを再処理することで貴金属を回収することができます。[ 52 ] : 798

硫化物に加えて、酸化物鉱石も存在します。世界の銅供給量の約15%はこれらの酸化物から得られます。酸化物の選鉱プロセスは、硫酸溶液による抽出とそれに続く電気分解です。上記の「濃縮された」硫化物鉱石および酸化鉱石の選鉱方法と並行して、鉱山の尾鉱や堆積物から銅が回収されます。硫酸、アンモニア、塩化第二鉄（III）による浸出など、様々な方法が用いられます。生物学的方法も用いられます。[ 51 ] [ 53 ]

銅の潜在的な供給源は多金属団塊であり、その濃度は1.3％と推定されている。[ 54 ] [ 55 ]

銅精錬のフローチャート（ウラルエレクトロメッドのインゴット鋳造工場）
  1. ブリスター銅
  2. 製錬
  3. 反射炉
  4. スラグ除去
  5. 銅インゴットの鋳造
  6. 鋳造ホイール
  7. インゴット除去機
  8. インゴットの取り出し
  9. 鉄道車両
  10. タンクハウスへの輸送
銅精錬フローチャート（ウラルエレクトロメッドのインゴット鋳造工場）# 粗銅# 精錬# 反射炉# スラグ除去# インゴットの銅鋳造# 鋳造ホイール# インゴット除去機# インゴットの取り出し# 貨車# タンクハウスへの輸送

リサイクル

国際資源パネル（IRP ）の「社会における金属ストック」報告書によると、社会で使用されている世界の一人当たり銅ストック量は35～55kgである。その多くは先進国（一人当たり140～300kg）に集中しており、発展途上国（一人当たり30～40kg）に集中している。2001年には、一般的な自動車1台あたりの銅含有量は20～30kgであった。[ 51 ] 2014年までに内燃機関車の銅および銅合金含有量は16.8kgに減少したが、2023年までに再び24.5kgに増加すると予想される。 [ 56 ]一方、電気自動車にはすでに約91kgの銅および銅合金が含まれている。[ 57 ]

アルミニウムと同様に、銅は原料の状態でも製造された製品でも品質を損なうことなくリサイクルできます。[ 58 ]これまでに採掘された銅の約80％が現在も使用されています。[ 59 ]量的には、銅は鉄とアルミニウムに次いで3番目にリサイクルされている金属です。[ 60 ] 2023年現在、リサイクルされた銅は世界の需要の約3分の1を供給しています。[ 61 ]

銅のリサイクルプロセスは、銅の抽出プロセスとほぼ同じですが、工程数が少なくなっています。高純度の銅スクラップは炉で溶解され、還元されてビレットやインゴットに鋳造されます。[ 62 ]純度の低いスクラップは溶解されて黒銅（純度70～90%、鉄、亜鉛、スズ、ニッケルなどの不純物を含む）となり、その後、転炉で不純物を酸化させて粗銅（純度96～98%）となり、その後、同様に精錬されます。 [ 63 ] : 202

アメリカの歴史的なリサイクル

20世紀後半までに、アメリカ合衆国における二次銅製錬は、ケメトコ（イリノイ州ハートフォード）、カロンデレット・カッパー（ミズーリ州セントルイス）、サウスワイヤー（ジョージア州キャロルトン）、フェデレーテッド・メタルズ（テキサス州ヒューストン）、AMAXメタルズ・リカバリー（ルイジアナ州ブレイスウェイト）といった少数の専用工場によって行われていました。これらの工場は、ワイヤー、青銅、真鍮、産業廃棄物から得られる銅含有スクラップや残留物を処理していました。ケメトコがクリーンウォーター法に基づく重罪で有罪判決を受けたことを受けて環境基準が強化され、同時に海外の精錬能力が拡大したため、2000年代初頭までにこれらの工場はすべて操業を停止しました。[ 64 ] [ 65 ] [ 66 ]

環境への影響

廃坑となったパリス山銅鉱山からの酸性鉱山排水

銅鉱山は、尾鉱、表土、廃鉱山などから直接的な環境影響を及ぼします。尾鉱には、通常硫化物に富む液体廃棄物が含まれており、酸性の鉱山排水を生成します。この酸は、周囲の土壌から重金属を浸出させる可能性があります。また、降雨量の多い地域では、表土からも重金属が浸出する可能性があります。これらの重金属は下流の農業地帯に蓄積し、食物連鎖に入り込む可能性があります。これらの金属の中には、発がん性物質として知られるものもあります。[ 67 ]擁護団体は、フィリピン の一部地域で鉱山会社が地元当局を汚職させることで地元住民を搾取していると報告しています。[ 68 ]

間接的な影響には、 主に企業が消費する電力（特に化石燃料由来の電力）と、銅の抽出・精錬に必要なエンジンからの温室効果ガス排出が含まれます。銅採掘の環境コストは、 2019年には銅1kgあたり3.7kg CO2相当と推定されました。 [ 69 ] チリの主要生産者であるコデルコは、2020年に精銅1トンあたり2.8t CO2相当（2.8kg CO2相当/kg）を排出したと報告しました。[ 70 ]

合金

銅合金は貨幣の製造に広く使われており、ここには2つの例が示されている。1964年以降のアメリカの10セント硬貨は白銅合金でできており[ 71 ]、1968年以前のカナダの10セント硬貨は銀80%と銅20%の合金でできている[ 72 ] 。

数多くの銅合金が作られており、その多くは重要な用途に使用されています。真鍮は銅と亜鉛の合金です。青銅は通常銅と錫の合金を指しますが、アルミニウム青銅などの銅の合金全般を指すこともあります。様々な金属を添加した銅錫青銅は、何世紀にもわたって鐘の作成に使用されてきました。合金の組成は、楽器の音色と機械的特性に直接影響を及ぼします。[ 73 ]銅は、宝飾品業界で使用されている銀やカラット金のはんだの最も重要な成分の1つであり、結果として得られる合金の色、硬度、融点を変更します。[ 74 ]一部の鉛フリーはんだは、少量の銅と他の金属を合金化した錫で構成されています。[ 75 ]

銅とニッケルの合金である白銅は、低額硬貨の外装によく使用されます。アメリカ合衆国の5セント硬貨（現在はニッケル硬貨と呼ばれています）は、銅75%とニッケル25%の均質な組成で構成されています。 20世紀後半に各国で広く採用された白銅の導入以前は、[ 76 ]銅と銀の合金も使用されており、アメリカ合衆国では1965年まで銀90%、銅10%の合金が使用されていた。この年、ハーフダラーを除くすべての硬貨から流通銀が削除され、ハーフダラーは1965年から1970年の間に銀40%、銅60%の合金に価値が下がった。[ 77 ]銅90%、ニッケル10%の合金は耐腐食性に優れているため、海水にさらされるさまざまな物体に使用されているが、汚染された港や河口で時々見つかる硫化物に対しては弱い。[ 78 ]銅とアルミニウム（約7%）の合金は金色で、装飾品に使用されている。[ 30 ]赤銅は、通常4～10％の低い割合の金を含む銅の装飾合金で、濃い青や黒に緑青をつけることができます。 [ 79 ]

化合物

酸化銅(I)のサンプル

銅は多様な化合物を形成し、通常は酸化状態が+1と+2で、それぞれ第一銅と第二銅と呼ばれます。[ 80 ]銅化合物は、多くの化学的および生物学的プロセスを促進または触媒します。[ 81 ]

二元化合物

他の元素と同様に、銅の最も単純な化合物は二元化合物、すなわち2つの元素のみを含む化合物であり、主な例としては酸化物、硫化物、ハロゲン化物が挙げられる。第一銅（I）と第二銅（II）の酸化物が知られている。硫化銅も数多く知られており[ 82 ] 、主に鉱石として注目されている。化学量論的に最も単純な例としては、硫化銅(I)（Cu 2 S）と一硫化銅（CuS）が挙げられる[ 83 ] 。

塩化第一銅、臭化第一銅、ヨウ化第一銅は知られているが、フッ化銅(I)は未だに見つかっていない。フッ化第二銅、塩化第二銅、臭化第二銅も特性がよく分かっている。ヨウ化銅(II)を合成しようとすると、ヨウ化銅(I)とヨウ素しか得られない。[ 80 ]

2 Cu 2+ + 4 I − → 2 CuI + I 2

錯体化学

銅(II)はアンモニア配位子の存在下で濃い青色を呈します。ここで使用されているのはテトラアンミン銅(II)硫酸塩です。

銅は配位子と錯体を形成する。水溶液中では、銅(II)は[Cu(H2O)6]2歳以上この錯体は、遷移金属アクア錯体の中で最も速い水交換速度（水配位子の着脱速度）を示す。水酸化ナトリウム水溶液を加えると、淡青色の固体水酸化銅(II)が沈殿する。[ 84 ]簡略化した反応式は以下の通りである。

錯体を形成していない媒体中の銅のプールベ図（OH-以外の陰イオンは考慮しない）。イオン濃度は0.001 m（mol/kg水）。温度は25 °C。
Cu 2+ + 2 OH − → Cu(OH) 2

アンモニア水でも同様な沈殿が生じます。過剰量のアンモニアを加えると、沈殿は溶解し、テトラアンミン銅(II)を形成します。

Cu(H2O)4（おお）2+ 4 NH 3 → [Cu(H2O)2（NH3）4]2歳以上+ 2 H 2 O + 2 OH −

他にも多くのオキシアニオンが錯体を形成します。例えば、酢酸銅(II)、硝酸銅(II)、炭酸銅(II)などが挙げられます。硫酸銅(II)は青色の結晶性五水和物を形成し、実験室で最もよく知られている銅化合物です。ボルドー液と呼ばれる殺菌剤に使用されています。[ 85 ]

錯体[Cu(NH 3 ) 4 (H 2 O) 2 ] 2+のボールアンドスティックモデル。銅(II)に共通する八面体配位構造を示している。

ポリオール（複数のアルコール官能基を含む化合物）は、一般的に銅塩と相互作用します。例えば、銅塩は還元糖の検査に用いられます。具体的には、ベネディクト試薬とフェーリング溶液を用いると、還元糖の存在は青色の酸化銅(II)から赤みがかった酸化銅(I)への色の変化によって示されます。[ 86 ]シュバイツァー試薬およびエチレンジアミンや他のアミンとの関連錯体はセルロースを溶解します。[ 87 ]アミノ酸は銅(II)と非常に安定なキレート錯体を形成します。 [ 88 ]

有機銅化学

炭素-銅結合を含む化合物は有機銅化合物として知られている。これらは酸素と非常に反応性が高く、酸化銅(I)を形成し、化学において多くの用途がある。これらは銅(I)化合物をグリニャール試薬、末端アルキンまたは有機リチウム試薬で処理することによって合成される。[ 89 ]特に、最後に記載した反応ではギルマン試薬が生成される。これらはアルキルハライドと置換されてカップリング生成物を形成することができるため、有機合成の分野で重要である。銅(I)アセチリドは衝撃に非常に弱いが、カディオ・ホドキエヴィチカップリング[ 90 ]や薗頭カップリング[ 91 ]などの反応の中間体である。エノンへの共役付加[ 92 ]やアルキンのカルボ銅化[ 93 ]も有機銅化合物を用いて達成することができる。銅(I)は、特にアミン配位子の存在下で、アルケンや一酸化炭素と様々な弱い錯体を形成する。 [ 94 ]

銅(III)および銅(IV)

銅(III)は酸化物として最もよく見られます。簡単な例としては、青黒色の固体であるカリウム銅酸化物（KCuO 2 ）があります。[ 95 ]最も広く研究されている銅(III)化合物は銅酸化物超伝導体です。イットリウムバリウム銅酸化物（YBa 2 Cu 3 O 7）は、Cu(II)中心とCu(III)中心の両方から構成されています。酸化物と同様に、フッ化物は非常に塩基性の陰イオンであり[ 96 ]、金属イオンを高い酸化状態で安定化することが知られています。銅(III)フッ化物と銅(IV)フッ化物の両方が知られており、それぞれK 3 CuF 6とCs 2 CuF 6です。[ 80 ]

いくつかの銅タンパク質はオキソ錯体を形成し、広く研究された合成類似体システムでは銅(III)を特徴としている。[ 97 ] [ 98 ]テトラペプチドでは、紫色の銅(III)錯体は脱プロトン化されたアミド配位子によって安定化される。[ 99 ]

銅(III)錯体は有機銅化合物の反応の中間体としても見られ、例えば、ハラシュ・ソスノフスキー反応が挙げられる。[ 100 ] [ 101 ] [ 102 ]

生物学的役割

生化学

光合成はチラコイド膜内の精巧な電子伝達系によって機能します。この系の中心となるのが、青色の銅タンパク質であるプラストシアニンです。

銅の生物学的役割は、地球の大気中に酸素が出現した時に始まりました。[ 103 ]銅タンパク質は、Cu(I) と Cu(II) の容易な相互変換を利用する生物学的電子伝達および酸素輸送のプロセスにおいて多様な役割を果たしています。[ 104 ]銅はすべての真核生物の好気呼吸に不可欠です。ミトコンドリアでは、銅はシトクロム c 酸化酵素に含まれており、これは酸化的リン酸化の最後のタンパク質であり、 ATPにエネルギーを蓄えます。銅原子は、電子が酸素に伝達される間に、交互に還元および酸化されます。[ 105 ] : 383 銅は、スーパーオキシドを (不均化によって) 酸素と過酸化水素に変換することで分解を触媒するタンパク質である多くのスーパーオキシドディスムターゼにも含まれています。

  • Cu 2+ -SOD + O 2 − → Cu + -SOD + O 2（銅の還元；スーパーオキシドの酸化）
  • Cu + -SOD + O 2 − + 2H + → Cu 2+ -SOD + H 2 O 2（銅の酸化、スーパーオキシドの還元）

ヘモシアニンというタンパク質は、ほとんどの軟体動物やカブトガニ（Limulus polyphemus ）などの一部の節足動物の酸素運搬体です。[ 106 ]ヘモシアニンは青色であるため、これらの生物は鉄を主成分とするヘモグロビンの赤い血液ではなく青い血液を持っています。ヘモシアニンと構造的に関連するタンパク質には、ラッカーゼとチロシナーゼがあります。これらのタンパク質は、酸素を可逆的に結合するのではなく、基質を水酸化します。これは、ラッカーの形成における役割によく表れています。[ 107 ]

「ブルー銅タンパク質」などのいくつかの銅タンパク質は基質と直接相互作用しないため、酵素ではありません。これらのタンパク質は電子伝達と呼ばれるプロセスによって電子を中継します。[ 107 ]亜酸化窒素還元酵素 には、特異な四核銅中心が見出されています。[ 108 ]

銅のレベルは、重要な生理学的必要性を満たしながら毒性を回避するために、 原核細胞と真核細胞の両方で厳密に制御されています。

栄養

銅の豊富な供給源としては、カキ、牛・羊のレバー、ブラジルナッツ、黒糖蜜、ココア、黒コショウなどが挙げられます。また、ロブスター、ナッツ類、ヒマワリの種、グリーンオリーブ、アボカド、小麦ふすまなども銅の優れた供給源です。

銅は植物や動物にとって必須の微量元素ですが、すべての微生物に必須というわけではありません。人体には、体重1kgあたり約1.4～2.1mgの銅が含まれています。[ 109 ]

吸収と調節

銅は腸で吸収され、アルブミンに結合して肝臓に運ばれます。[ 110 ]肝臓で処理された後、銅は第二段階で他の組織に分配されます。この段階では、血液中の大部分の銅を運ぶセルロプラスミンというタンパク質が関与します。セルロプラスミンは乳中に排泄される銅も運び、銅の供給源として特によく吸収されます。[ 111 ]体内の銅は通常、腸肝循環（1日あたり約5 mg、食事から吸収されて体外に排泄されるのは約1 mg）され、体は必要に応じて胆汁を介して余分な銅を排泄することができます。胆汁は肝臓から銅を運び出し、腸で再吸収されません。[ 112 ] [ 113 ]

銅の濃度と輸送は厳密に制御されたプロセスであり、少なくとも2つの銅特異的シャペロンが単離されている。[ 114 ]

食事に関する推奨事項

米国医学研究所は、 2001 年に銅の推定平均必要量 (EAR) と推奨食事摂取量 (RDA) を更新しました。EAR および RDA を確立するための情報が不十分な場合は、代わりに適正摂取量(AI) と呼ばれる推定値が使用されます。銅の AI は、0～6 か月齢の男女で 200 μg、7～12 か月齢の男女で 220 μg です。男女ともに、銅の RDA は、1～3 歳で 340 μg、4～8 歳で 440 μg、9～13 歳で 700 μg、14～18 歳で 890 μg、19 歳以上で 900 μg です。妊娠中は 1,000 μg、授乳中は 1,300 μg です。[ 115 ]安全性に関しては、十分な根拠がある場合、米国医学研究所はビタミンとミネラルの許容上限摂取量（UL）も設定しています。銅の場合、ULは10mg/日に設定されています。EAR、RDA、AI、ULを総称して食事摂取基準（Dietary Reference Intakes）と呼びます。[ 116 ]

欧州食品安全機関（EFSA）は、これらの情報をまとめて食事摂取基準値と呼んでおり、RDAの代わりに人口参照摂取量（PRI）、EARの代わりに平均必要量を使用しています。AIとULは米国と同じように定義されています。18歳以上の女性と男性のAIはそれぞれ1.3 mg/日と1.6 mg/日に設定されています。妊娠中と授乳中のAIは1.5 mg/日です。1～17歳の子供の場合、AIは年齢とともに0.7 mg/日から1.3 mg/日に増加します。これらのAIは米国のRDAよりも高くなっています。[ 117 ]欧州食品安全機関は同じ安全性の問題を検討し、ULを米国の値の半分である5 mg/日に設定しました。[ 118 ]

米国の食品および栄養補助食品の表示では、1食分あたりの量は1日摂取量の割合（%DV）で表されます。2019年には、RDA（推奨摂取量）と一致するように、1日摂取量の100%が0.9 mgに改訂されました。[ 119 ] [ 120 ]

欠乏

銅は鉄の吸収を促進する役割を果たすため、欠乏すると貧血のような症状、好中球減少症、骨異常、色素沈着低下、成長障害、感染症の発生率増加、骨粗鬆症、甲状腺機能亢進症、グルコースおよびコレステロール代謝の異常を引き起こす可能性がある。[ 121 ]一方、ウィルソン病は体組織に銅が蓄積する遺伝性疾患である。[ 122 ]

ヨーロッパウサギの健康な成長のための最小栄養価は、飼料中少なくとも3  ppmであると報告されています。 [ 123 ]しかし、ウサギの飼料中の銅の濃度が高ければ（100 ppm、200 ppm、または500 ppm）、飼料変換効率、成長率、および屠体屠体率に好ましい影響を与える可能性があります。[ 124 ]

重度の欠乏症は、血漿または血清中の銅濃度、セルロプラスミン濃度、赤血球スーパーオキシドディスムターゼ濃度の低値によって診断できます。これらの検査は、銅濃度の限界値とは関連性がありません。「白血球および血小板のシトクロムcオキシダーゼ活性」が欠乏症のもう一つの要因として挙げられていますが、その結果は再現試験によって確認されていません。[ 125 ]

毒性

銅の慢性毒性は、吸収と排泄を制御する輸送系があるため、通常、ヒトでは発生しません。5 mg/日の摂取量では、銅の体内への蓄積は起こらないと考えられます。[ 126 ]

研究では、体内の銅濃度調節といくつかの神経疾患、特にアルツハイマー病との関連が示されています。これらの研究は、この問題は曝露毒性ではなく、加齢に伴う内部調節機構の崩壊によるものであることを示唆しています。[ 127 ]

様々な銅塩が自殺企図で摂取され、ヒトにおいて急性銅中毒を引き起こし、不可逆的な肝不全を引き起こした。[ 128 ]銅輸送タンパク質の常染色体劣性変異も調節不全を引き起こし、銅の蓄積を伴うウィルソン病、肝硬変、精神症状を 引き起こす。 [ 128 ]

バイオリーチング

工業規模のバイオリーチングシステムでは、バクテリアを用いた銅の抽出が行われている。微生物溶液は粉砕された鉱石に浸透し、不溶性の硫化銅を可溶性の硫酸銅に変換する。得られた溶液から電解採取によって高純度の銅が抽出される。 [ 129 ] : 628

人間への曝露

米国では、労働安全衛生局（OSHA）が職場における銅の粉塵および蒸気の許容暴露限界（PEL）を時間加重平均（TWA）1 mg/m 3と定めている。[ 130 ]国立労働安全衛生研究所（NIOSH）は、推奨暴露限界（ REL）を時間加重平均1 mg/m 3と定めている。IDLH （生命および健康に対する即時の危険）値は100 mg/m 3である。[ 131 ]銅はタバコの煙の成分である。[ 132 ] [ 133 ]

歴史

先史時代

銅器時代

古代の銅塊
クレタ島ザクロス産の腐食した銅塊。当時の典型的な動物の皮（牛皮）の形をしている。
銅鉱石
イスラエル南部ティムナ渓谷の銅器時代鉱山のカンブリア紀砂岩中の銅鉱石（クリソコラ）
北アメリカの古い銅器群から出土した銅製品、現在から9500～5400年前のもの

銅は天然金属銅として自然に発生し、記録に残る最古の文明のいくつかで知られていました。銅の使用の歴史は中東で紀元前9000年に遡ります。[ 134 ]イラク北部では紀元前8700年の銅のペンダントが発見されています。[ 135 ]証拠は、銅以前に人類が使用していた金属は金と隕鉄（精錬された鉄ではない）だけであったことを示唆しています。 [ 136 ]銅冶金の歴史は、まず天然銅の冷間加工、次に焼きなまし、精錬、そして最後にロストワックス鋳造の順序に従っていると考えられています。南東アナトリアでは、これら4つの技術すべてが 紀元前7500年頃の新石器時代の初めにほぼ同時に現れています。[ 137 ]

ミシガン州とウィスコンシン州の旧銅山複合地帯での生産は、紀元前6500年から3000年の間に遡ります。[ 138 ] [ 139 ] [ 140 ]ウィスコンシン州で発見された銅の槍先は、紀元前6500年のものとされています。[ 138 ]北米五大湖地域の旧銅山複合地帯の先住民による銅の使用は、放射年代測定法によって紀元前7500年まで遡ることがわかりました。[ 138 ] [ 141 ] [ 142 ]五大湖周辺の北米先住民もこの時期に銅を採掘していた可能性があり、これは世界で最も古い銅抽出の例の1つとなっています。 [ 143 ]ミシガン州の湖からの先史時代の鉛汚染から、この地域の人々が 紀元前6000年頃に銅の採掘を開始したという証拠があります。[ 143 ] [ 138 ]証拠によれば、青銅器時代の北アメリカの古い銅器群では実用的な銅製品が使われなくなり、装飾用の銅製品の生産が増加していったことが示唆されている。[ 144 ]

ロストワックス鋳造による銅の最も古い証拠は、パキスタンのメヘルガルで発見されたお守りにあり、紀元前4000年のものとされています。[ 145 ]精密鋳造は東南アジアで紀元前4500～4000年に発明されました。 [ 134 ]精錬は中国では紀元前2800年より前に、中央アメリカでは西暦600年頃、西アフリカでは西暦9世紀か10世紀頃に発見されたと考えられます。[ 146 ]炭素年代測定により、イギリスのチェシャー州アルダーリーエッジで紀元前2280～1890年に鉱山が開かれていたことが判明しています。 [ 147 ]

銅石器時代のエッツィの銅斧のレプリカ

紀元前3300年から3200年頃の男性、アイスマンのエッツィは、純度99.7%の銅の斧と共に発見されました。髪の毛に高濃度のヒ素が含まれていたことから、銅の製錬に関わっていたことが示唆されています。 [ 148 ]銅に関する経験は他の金属の発展を助け、特に銅の製錬は鉄の製錬の発見につながったと考えられます。[ 148 ]

青銅器時代

銅は、青銅器時代、エジプト新王国時代（紀元前 1400 ～ 1325 年）のこの「エジプシャン ブルー」ファイアンス焼きの受け皿とスタンドのような青色顔料に使用されていました。

天然青銅はシリコン、ヒ素、（稀に）スズを豊富に含む鉱石から作られる銅の一種で、紀元前5500年頃にバルカン半島で一般的に使われるようになった。[ 149 ]銅とスズを合金にして青銅を作ることは、銅の製錬法が発見されてから約4000年後、また「天然青銅」が一般的に使われるようになってから約2000年後に初めて実践された。[ 150 ]ヴィンチャ文化の青銅器の工芸品は紀元前4500年のものである。[ 151 ]シュメールとエジプトの銅と青銅の合金の工芸品は紀元前3000年のものである。[ 152 ]エジプシャンブルー、またはキュプロリバイト（ケイ酸銅カルシウム）は銅を含む合成顔料で、紀元前3250年頃に古代エジプトで使われ始めた。[ 153 ]エジプシャンブルーの製造方法はローマ人に知られていましたが、紀元4世紀までにこの顔料は使われなくなり、その秘密は失われました。ローマのウィトルウィウスは紀元前1世紀に、青色顔料は銅鉱物または青銅、石灰、そしてナトロンのようなフラックスから作られると述べており、この基本的な製法は現代においても確認されています。[ 154 ]

青銅器時代は、南東ヨーロッパでは紀元前3700～3300年頃、北西ヨーロッパでは紀元前2500年頃に始まり、近東では紀元前2000～1000年頃、北ヨーロッパでは紀元前600年頃の鉄器時代の始まりとともに終わりました。新石器時代から青銅器時代への移行期は、かつては銅器が石器とともに使用されていた銅石器時代（銅石器時代）と呼ばれていました。しかし、世界の一部の地域では銅石器時代と新石器時代が両端で同じ境界にあるため、この用語は徐々に使われなくなっています。銅と亜鉛の合金である真鍮は、はるかに新しい起源を持ちます。真鍮はギリシャ時代にも知られていましたが、ローマ帝国時代には青銅の重要な補助材料となりました。[ 152 ]

古代と後古典時代

錬金術において、銅のシンボルは女神と金星のシンボルでもありました。
イスラエル、ネゲブ砂漠、ティムナ渓谷の銅石器時代の銅鉱山

ギリシャでは、銅はカルコス（χαλκός）という名前で知られていました。銅はローマ人、ギリシャ人、その他の古代民族にとって重要な資源でした。ローマ時代には、銅はaes Cypriumとして知られていました。aesは銅合金の総称であるラテン語で、Cypriumは銅が大量に採掘されたキプロス島に由来しています。この語句はcuprumと簡略化され、英語のcopperとなりました。アフロディーテ（ローマではヴィーナス）は、その光沢のある美しさと古代における鏡の製造における使用から、神話と錬金術において銅の象徴でした。銅の産地であるキプロスは女神の聖地でした。古代に知られていた7つの天体は、古代に知られていた7つの金属と関連付けられており、ヴィーナスは銅に割り当てられました。これは女神とのつながりと、金星が太陽と月に次いで最も明るい天体であり、金と銀に次いで最も光沢があり望ましい金属に対応していたためです。[ 155 ]

銅は北米原住民の間で最も広く使われていた金属であり、その使用の証拠は7000年前に遡る。[ 156 ] 天然銅は、西暦800年から1600年の間に、アイル・ロイヤルの遺跡から原始的な石器を使って採掘されたことが知られている。[ 157 ]銅は、おそらく五大湖地域で見つかった純粋な塊から、西暦1000年から1300年頃、北米の都市カホキア（現在のミズーリ州付近）で、繰り返し槌で叩いて焼きなますことによって加工された。[ 158 ]北米のカホキア周辺地域では、この時期（西暦1000年から1300年）にさかのぼる、ミシシッピ銅板として知られる精巧な銅板がいくつか見つかっている。[ 158 ]

北アメリカのミシシッピ銅板は、西暦800年から1600年頃までこのスタイルで制作されました。

南米では、アルゼンチンのアンデス山脈で紀元前1000年頃の銅のマスクが発見され、アンデス山脈で発見された最古の銅工芸品として知られている。[ 159 ]コロンブス以前のアメリカにおける初期の銅冶金の起源はペルーと考えられてきたが、アルゼンチンで発見された銅のマスクは、南アンデスのカホン・デル・マイポが南米における初期の銅採掘のもう一つの重要な中心地であったことを示唆している。[ 159 ]ペルーにおける銅冶金は紀元前500年頃に遡り、ペルー北部でシカン文化が勃興する中で、西暦900年頃にはより大規模な生産が始まった。生産はチモール文化とインカ文化による一連の征服を通じて継続され、1532年のスペインによる征服で終わった。[ 160 ]

サハラ以南のアフリカでは、紀元前2000年頃のアガデスにおける最初の鉱山発見から1800年代初頭まで、銅は金や銀よりも貴重で高貴な存在とみなされていました。銅はアフリカで広く取引され、宗教的、政治的、そして社会的な様々な役割を果たしていました。対照的に、地元の金鉱床はポルトガルやアラブの商人との接触まで無視されていました。[ 161 ] [ 162 ] [ 163 ]

銅の文化的役割は、特に通貨において重要であった。紀元前6世紀から3世紀のローマ人は、銅塊を通貨として用いていた。当初は銅自体に価値があったが、次第に銅の形状や外観が重要視されるようになった。ユリウス・カエサルは真鍮製の貨幣を所有し、オクタヴィアヌス・アウグストゥス帝の貨幣はCu-Pb-Sn合金製であった。ローマの銅採掘と製錬は、年間約15,000トンと推定され、産業革命の時代まで比類のない規模に達した。最も盛んに採掘されたのは、ヒスパニア、キプロス、そして中央ヨーロッパの諸州であった。 [ 164 ] [ 165 ]

エルサレム神殿の門には、銅、銀、金の合金であるコリント青銅が使用されていました。この合金は、酸化した銅を徐々に除去して金の表面層を形成する「デプレッション金メッキ」という処理が施されていました。この処理はアレクサンドリアで最も普及しており、金の外観をもたらす化学処理に着想を得た錬金術が始まったと考えられています。[ 166 ]

モダンな

スウェーデンの銅で作られたノルウェーの18世紀の銅製のケトル

大銅山はスウェーデンのファルンにあった鉱山で、10世紀から1992年まで操業していた。17世紀にはヨーロッパの銅消費量の3分の2をこの鉱山が占め、当時のスウェーデンの多くの戦争の資金源となった。[ 167 ]それは国の宝庫と呼ばれ、スウェーデンは銅に裏付けられた通貨を持っていた。[ 168 ]

17世紀から18世紀初頭にかけてのヴィボルグ市を描いた銅版画。版板には1709年の年号が刻まれている。

銅は屋根材[ 22 ] 、通貨、そしてダゲレオタイプとして知られる写真技術に使用されています。銅はルネサンス彫刻にも使用され、自由の女神像の建造にも使用されました。銅は現在も様々な建築物に使用されています。銅メッキと銅被覆は、船体の水中保護に広く使用されており、この技術は18世紀にイギリス海軍本部によって開拓されました[ 169 ] 。ハンブルクの北ドイツ製鋼所は、1876年に生産を開始した最初の近代的な電気メッキ工場でした[ 170 ]。

1880年代から1930年代の世界恐慌までの電気の時代に向けて銅の需要が高まった時期に、米国は世界で新たに採掘される銅の3分の1から半分を生産した。[ 171 ]主要地域にはミシガン州北部のキーウィノー地区があり、主に天然銅鉱床があったが、1880年代後半にはモンタナ州ビュートの広大な硫化物鉱床にその地位を奪われ、さらにビュートも米国南西部、特にユタ州ビンガムキャニオンとアリゾナ州モレンシーの斑岩鉱床にその地位を奪われた。露天掘り蒸気ショベル採掘の導入と、製錬、精錬、浮遊選鉱、その他の処理段階における革新が大量生産につながった。20世紀初頭にはアリゾナ州が第1位、モンタナ州、ユタ州、ミシガン州が続いた。[ 172 ]

自溶製錬はフィンランドのオウトクンプによって開発され、1949年にハルヤヴァルタで初めて採用されました。このエネルギー効率の高いプロセスは、世界の一次銅生産の50％を占めています。[ 173 ]

1967年にチリ、ペルー、ザイール、ザンビアによって設立された銅輸出国政府間評議会は、石油におけるOPECと同様の活動を銅市場で行っていたが、石油生産量第2位の米国が加盟したことがなかったため、石油輸出国機構と同様の影響力を獲得することはなく、1988年に解散した。[ 174 ] 2008年には、中国が世界最大の銅輸入国となった。[ 44 ] : 187

アプリケーション

はんだ付け配管ジョイント用の銅製継手

銅の主な用途は、電線（60%）、屋根材・配管（20%）、産業機械（15%）です。銅は主に純金属として使用されますが、より高い硬度が必要な場合は、真鍮や青銅などの合金に加工されます（総使用量の5%）。[ 30 ] 2世紀以上にわたり、植物や貝類の成長を制御するために船体に銅塗料が使用されてきました。[ 175 ]銅供給量の一部は、農業における栄養補助食品や殺菌剤として使用されています。[ 85 ] [ 176 ]純銅は延性、脆さ、そして銅片と切削工具間の摩擦が大きいため、銅の機械加工は困難です。そのため、良好な機械加工性を得るには合金が好まれます。[ 177 ]銅製調理器具は酸性またはアルカリ性の食品と反応して金属臭を残しますが、卵白を泡立てるのに役立ちます。[ 178 ]

電線とケーブル

他の材料との競争があるにもかかわらず、アルミニウムが好まれることが多い架空送電を除くほぼすべての種類の電気配線において、銅は依然として好ましい導電体である。[ 179 ] [ 180 ]銅線は、発電、送電、配電、通信、電子回路、および数え切れないほどの種類の電気機器に使用されている。[ 181 ]電気配線は銅産業にとって最も重要な市場である。[ 182 ]これには、構造用電力配線、配電ケーブル、家電用電線、通信ケーブル、自動車用電線およびケーブル、マグネットワイヤが含まれる。採掘される銅のおよそ半分が、電線およびケーブル導体に使用されている。[ 183 ]​​ 銅配線は、高い電気伝導性、引張強度、延性、クリープ（変形）抵抗、耐腐食性、低熱膨張、高い熱伝導性、はんだ付けの容易さ、設置の容易さなど、多くの有益な特性があるため、多くの電気デバイスが銅配線に依存している。[ 184 ] : 5.3

1960年代後半から1970年代後半にかけての短期間、アメリカの多くの住宅建設プロジェクトでは銅線がアルミニウム線に置き換えられましたが、不適切な設計が火災の危険性をもたらしました。 [ 185 ] [ 186 ]その後、安全性の問題はより太いアルミニウム線（#8AWG以上）の使用によって解決され、現在でも適切に設計されたアルミニウム線が銅線の代わりに使用されています。例えば、エアバスA380は電力伝送に銅線の代わりにアルミニウム線を使用しています。[ 187 ]

大きな建物に電力を供給する銅製の電気バスバー

集積回路やプリント基板では、アルミニウムの代わりに銅が使用されるケースが増えています。これは、銅の優れた導電性によるものです。また、ヒートシンクや熱交換器では、銅の優れた放熱特性が理由です。電子レンジの電磁石、真空管、ブラウン管、マグネトロン、そしてマイクロ波放射用の導波管にも銅が使用されています。 [ 188 ]

電気モーター

銅の優れた導電性は電気モーターの効率を高めます。[ 189 ]これは重要なことです。なぜなら、モーターとモーター駆動システムは世界の全電力消費量の43～46%、産業用電力の69%を占めているからです。[ 190 ]コイル内の銅の質量と断面積を増やすと、モーターの効率が向上します。省エネが主な設計目標であるモーター用途向けに設計された新技術である銅製モーターローター[ 191 ] [ 192 ]により、汎用誘導モーターは米国電機メーカー協会（NEMA）のプレミアム効率基準を満たし、それを上回ることができます。[ 193 ]

建築

ミネアポリス市庁舎の銅屋根は緑青でコーティングされている

銅は古代から耐久性、耐腐食性、耐候性に優れた建築材料として使用されてきました。屋根、雨押さえ、雨どい、縦樋、ドーム、尖塔、丸天井、ドアなどは数百年から数千年にわたって銅で作られてきました。銅の建築用途は現代において拡大し、内外の壁のクラッディング、建物の伸縮継手、無線周波数シールド、魅力的な手すり、浴室備品、カウンタートップなどの抗菌性および装飾性のある室内製品にも使用されています。建築材料としての銅のその他の重要な利点としては、熱変位が小さい、軽量、避雷性、リサイクル性などが挙げられます。[ 194 ] [ 195 ] [ 196 ] [ 197 ]

この金属特有の自然な緑色の緑青は、建築家やデザイナーに長年憧れられてきました。最終的に形成される緑青は、大気腐食に非常に強い耐久性のある層であり、それによって下層の金属をさらなる風化から保護します。[ 198 ] [ 199 ] [ 200 ]緑青は、硫黄を含む酸性雨などの環境条件に応じて、さまざまな量の炭酸塩化合物と硫酸塩化合物の混合物となることがあります。[ 201 ] [ 202 ] [ 203 ] [ 204 ]建築用銅およびその合金は、特定の外観、感触、または色にするために「仕上げ」を施すこともできます。仕上げには、機械的な表面処理、化学着色、コーティングなどがあります。[ 205 ]

銅は優れたろう付け性とはんだ付け性を持ち、溶接も可能です。最良の結果はガスメタルアーク溶接で得られます。[ 206 ]

抗生物付着

銅は生物静止性を有し、細菌をはじめとする多くの生物が銅上では繁殖しません。そのため、古くから船舶の内張りに使用され、フジツボやムール貝の付着を防いでいます。当初は純粋に使用されていましたが、その後、ムンツ金属塗料や銅ベースの塗料に取って代わられました。同様に、養殖業における銅合金の項で述べたように、銅合金は抗菌性があり、過酷な条件下でも生物付着を防止し、海洋環境において強力な構造特性と耐腐食性を備えているため、養殖業において重要な網材となっています。[ 207 ]

抗菌剤

銅合金の接触面は、広範囲の微生物（例：大腸菌O157:H7、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA）、ブドウ球菌、クロストリジウム・ディフィシル、インフルエンザAウイルス、アデノウイルス、SARS-CoV-2、真菌）を破壊する天然の特性を備えています。[ 209 ] [ 210 ]一部の銅合金は、定期的に清掃すると、わずか2時間以内に病原菌の99.9％以上を殺菌することが証明されています。[ 211 ]米国環境保護庁（EPA）は、これらの銅合金を「公衆衛生上の利点を持つ抗菌材料」として登録することを承認しています。 [ 211 ]この承認により、製造業者は登録された合金で作られた製品の公衆衛生上の利点について法的に主張することができます。さらに、EPAは、ベッドレール、手すり、ベッド上のテーブル、シンク、蛇口、ドアノブ、トイレの金具、コンピュータのキーボード、ヘルスクラブの機器、ショッピングカートのハンドルなど、これらの合金から作られた多数の抗菌銅製品を承認しています。 銅製のドアノブは、病気の伝染を最小限に抑えるために病院で使用されており、レジオネラ症は配管システムの銅管によって抑制されています。[ 212 ]抗菌銅合金製品は現在、英国、アイルランド、日本、韓国、フランス、デンマーク、ブラジルの医療施設に設置されており、チリのサンティアゴの地下鉄システムでは、2011年から2014年の間に約30の駅に銅亜鉛合金の手すりが設置されました。[ 213 ] [ 214 ] [ 215 ]米国でも、医療における銅の表面の使用が推奨されています。[ 216 ] 繊維に銅を混ぜて抗菌保護布を作ることができます。[ 217 ]

殺菌剤

銅は木材防腐剤として広く使用されているが、これは主に軟腐病菌に対する効果的な殺菌剤であると同時に、クロムやヒ素をベースとした防腐剤による重大な環境影響を回避できるためである。[ 218 ]

民間療法

銅は宝飾品によく使われており、民間伝承によると、銅製のブレスレットは関節炎の症状を和らげると言われています。[ 219 ]変形性関節症の試験と関節リウマチの試験では、銅製のブレスレットと対照（銅を含まない）ブレスレットの間に違いは見られませんでした。[ 220 ] [ 221 ]銅が皮膚から吸収されるという証拠はありません。[ 222 ]

参照

参考文献

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注記

銅の プールベ図
純水、酸性、アルカリ性条件下では、中性水中の銅は水素よりも貴です。 硫化物を含む水中 10 Mアンモニア溶液中 塩化物溶液中

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