چرا مس اکسید می‌شود و به رنگ سبز درمی‌آید؟

رنگ طبیعی مس، هلویی و یا سفید متمایل به صورتی با درخشندگی فلزی براق و روشن است. آن یکی از معدود عناصری است که رنگ طبیعی آن نه سفید و نه خاکستری است. اما این عنصر بعد از قرار گیری در معرض هوا، واکنش اکسیداسیون را تجربه می‌کند و به رنگ سبز درمی‌آید.
واقعیت صریح :
مثال عمده‌ی اکسیداسیون مس، مجسمه‌ی آزادی است که در آن رنگ سبز به خاطر واکنش اکسیداسیون – احیا و نه به خاطر اثر باران اسیدی که عموم مردم بر آن باور دارند، بر روی سطح سازه گسترش یافته است. طبق بررسی‌های انجمن توسعه‌ی مس، اکسیداسیون پوسته‏ی مسی مجسمه تا به امروز، در حدود 005ر0 اینچ است.
مس یک عنصر فلزی با عدد اتمی 29 است و با نماد Cu نشان داده می‌شود. مس یک عنصر چکش خوار (می‌توان آن را به صورت ورقه‌ی نازک شکل داد) و نشکن (می‌توان آن را به شکل سیم نازک درآورد) است. در انسان‌ها و حیوانات، مس یک فلز ضروری است که در سلول‌ها و بافت‌های بدن یافت می‌شود. مس به خاطر رسانایی حرارتی و الکتریکی بالای خود در زمینه‌های زیادی از زندگی نظیر مواد ساختمانی، رساناهای حرارتی و الکتریکی و تولید آلیاژهای فلزی متعدد به کار می‌رود. در واقع استفاده از مس به زمان‌های باستان و تمدن‌های اولیه برمی‌گردد. این موضوع از صنایع مسی قدیمی، کالاهای مسی و بقایای مواد دیگر باقیمانده از تمدن‌های گذشته، بدیهی و آشکار است. مس به خاطر خواص شیمیایی خود، سومین رتبه را به عنوان فلز صنعتی بعد از آلومینیوم و آهن دارد. مس معمولاً در طبیعت همراه با گوگرد یافت می‌شود و سپس به وسیله‌ی روش‌ها و تکنیک‌های دیگر، خالص می‌شود.
مثال‌های اکسیداسیون :
اکسیداسیون آهن، به زنگ آهن منسوب است و منجر به خوردگی و تشکیل لایه‌ی بیرونی پوسته پوسته و ورقه‌ای با رنگ قهوه‌ای متمایل به قرمز می‌شود.
مثال دیگر، اکسیداسیون آلومینیوم است که منجر به گسترش لایه‌ی سفید ورقه‌ای می‌شود. این پدیده معمولاً در درها و پنجره‌های آلومینیومی بعد از بارش سنگین دیده می‌شود.
وقتی یک سیب بریده می‌شود و سطح آن در معرض هوا قرار می‌گیرد، به رنگ قهوه‌ای درمی‌آید.
اکسیداسیون مس و تغییر رنگ :
اکسیداسیون پدیده‌ای است که در آن عنصر در تعامل با عنصر دیگر، الکترون (و یا هیدروژن) از دست می‌دهد. مشابه آهن و آلومنیوم، عنصر مس نیز اگر در معرض هوا قرار گیرد، فرآیند اکسیداسیون را تجربه می‌کند. اگر اتمسفر دارای رطوبت و نم زیادی باشد، این فرآیند تسریع می‌شود. فلز مس با اکسیژن واکنش می‌دهد و منجر به تشکیل لایه‌ی بیرونی اکسید مس می‌شود که ظاهر سبز رنگ و یا سبز متمایل به آبی دارد. این لایه به زنگ مفرغ مشهور است.
بر خلاف فرآیندهای اکسیداسیون مخرب دیگر، زنگ مفرغ به عنوان لایه‌ی محافظ عمل می‌کند و موجب هیچ گونه ضعفی در فلز نمی‌شود. در نتیجه مس به عنوان یک عنصر مهم که مقاوم به خوردگی است، در نظر گرفته می‌شود. زنگ مفرغ از خوردگی بیشتر مس در زیر لایه‌ی اکسیدی، جلوگیری می‌کند. اغلب اوقات این لایه بر روی پشت بام ساختمان‌های قدیمی دیده می‌شود و به عنوان پوشش ضد آب و ضد آفتاب عمل می‌کند.
واکنش‌ها :
فرآیند اکسیداسیون با تشکیل سه محصول اصلی شناخته می‌شود که عبارتند از : آزوریت، مالاچیت و بروشانتیت. این مواد معدنی، رنگ مشخصه‌ی سبز متمایل به آبی را به فلز مس اکسید شده می‌دهند و لایه‌ی زنگ مفرغ را تشکیل می‌دهند. به سادگی می‌توان گفت که این واکنش، اکسیداسیون – احیا است که در آن هم اکسیداسیون و هم احیا به طور هم زمان رخ می‌دهند.
ابتدا مس به هنگام واکنش با اکسیژن، برای تشکیل اکسید مس که رنگ آن قهوه‌ای متمایل به قرمز است، الکترون می‌دهد. این واکنش را می‌توان به صورت زیر نشان داد :
4Cu + O2 = 2Cu2O (مس اکسید) → معادله‌ی 1
Cu2O دوباره با اکسیژن واکنش می‌دهد تا CuO تشکیل شود که رنگ آن سیاه است.
2Cu2O + O2 = 4CuO → معادله‌ی 2
هم چنین اتمسفر شامل آلاینده‌های متعددی نظیر گوگرد دی اکسید، کربن مونو اکسید، کربن دی اکسید و غیره است. در مناطقی که احتراق زغال سنگ رخ می‌دهد، گاز‌های گوگرد در مقیاس بزرگی موجود هستند چون گوگرد به عنوان یک ناخالصی در بیشتر انواع زغال سنگ حضور دارد. اکسید مس با این عنصر واکنش می‌دهد تا سولفات مس (CuS) آبی رنگ تشکیل شود که بعداً می‌تواند با کربن دی اکسید و رطوبت موجود در هوا واکنش دهد تا لایه‌ی زنگ مفرغ تشکیل شود.
هم چنین اکسید مس می‌تواند به طور مستقیم با CO2، H2O و اکسیدهای گوگرد واکنش دهد تا ترکیب‌های بروشانتیت، مالاچیت و آزوریت تشکیل شوند.
بروشانتیت عمدتاً وقتی سطح گازهای گوگرد بالا است، تشکیل می‌شود. رنگ آن سبز است و به سولفات مس هیدراته نیز مشهور است.
4CuO + SO3 + 3H2O = Cu4SO4(OH)6 (بروشانتیت) → معادله‌ی 3
مالاچیت یک ترکیب تشکیل شده‌ی طبیعی و سبز رنگ و همراه با آزوریت است که شامل سنگ‌های معدنی نیمه قیمتی و به رنگ آبی متمایل به سبز است که با همان نام‌ها شناحته می‌شوند. این موضوع اشاره بر این دارد که اکسیداسیون مس علاوه بر لوازم، مجسمه‌ها، پشت بام‌های مسی و غیره، در سنگ‌ها و جواهراتی نیز که به طور طبیعی تشکیل شده‌اند رخ می‌دهد.
2CuO + CO2 + H2O = Cu2CO3(OH)2 (مالاچیت) → معادله‏ی 4
آزوریت نیز به کربنات مس هیدراته مشهور است و رنگ آبی کمرنگی را به فلز اکسید شده می‏دهد. این ترکیب در نزدیکی مناطقی که برای مس حفاری می‏شوند، تشکیل می‏شود.
3CuO + 2CO2 + H2O = Cu3(CO3)2(OH)2 (آزوریت) → معادله‏ی 5
چگونه مس اکسید می‏شود؟
روش‏های متعددی برای اکسید کردن مس در خانه، با استفاده از لوازم روزمره مثل نمک، آمونیای آشپزخانه، جوش شیرین، آب و غیره وجود دارد. با این تکنیک می‏توانید احساس آنتیک بودن و یا سبک قدیمی به وسایل مسی دلخواه خود نظیر سکه، مدال، قطعات جعبه و غیره بدهید.
ابتدا، فلز مسی را با آب و پاک کننده‏ی ملایم تمیز کنید و به طور منظم در یک جهت پاک کنید.
در یک ظرف استیل، حدود نصف قاشق سوپ خوری نمک، نصف قاشق سوپ خوری جوش شیرین و 15 اونس آمونیاک را در نیم لیتر آب حل کنید.
این محلول را در بطری اسپری بریزید و حداقل یک بار در روز بر روی وسیله‏ی مسی اسپری کنید. بعد از چند هفته، زنگ مفرغ سبز رنگ، شروع به پوشاندن سطح فلز خواهد کرد.
بهتر است این روش را در بیرون از خانه انجام دهید تا لایه‏های کربنات صاف‌تری داشته باشید که سریع نیز گسترش پیدا کنند.
برای اکسید کردن اشیا کوچک‏تر مثل سکه‏های مسی، روش ساده‏تر این است که آنها را در یک شیشه‏ی مربا آویزان کنید بدون این که به دیواره‏ها و کف ظرف بخورند.
آنها را باید قبل از چسباندن به شیشه‏ی مربا با نخ، با الکل تمیز کنید و با پاک کننده بشویید.
کف شیشه‏ی مربا را با نیم سانتی متر آمونیاک پر کنید و چون گازها شروع به رسیدن به سطح مس می‏کنند، در ظرف را ببندید.
بعد از دو ساعت، لایه‏ی سبز شفاف بر روی سطح آنها شروع به تشکیل می‏کند. در ظرف را باز کنید و سکه‏ها را بعد از این که ضخامت مطلوبی از زنگ مفرغ بر روی آنها تشکیل شد و گسترش یافت، بردارید.