为什么铜会变绿?

像其他一些金属一样,它在元素中被遗漏时会氧化,但着色过程很复杂。

死海古卷的一部分
死海古卷的一部分

铜具有美丽的微红色调,但当暴露在元素中时,金属会发生一系列化学反应,使其变成绿色。

但是为什么会发生这种颜色转换呢? 事实证明,答案类似于铁生锈的原因。 如果铁在露天不受保护,它会腐蚀并形成片状的橙红色外层。

“当铜金属腐蚀时,它会形成所谓的氧化层,”位于宾夕法尼亚州特雷沃斯的 Suez Water Technologies & Solutions 腐蚀处理高级高级工程师 Paul Frail 告诉说。

Frail 解释说,氧化层是在铜表面与地球大气中的氧气和水发生反应时形成的。 该层由铜盐和氧组成,随着时间的推移变得更厚。 最终,该层下方的铜不再暴露在空气中以进行反应。

“最初,这部电影可能看起来已经失去光泽或发黑,”同时也是美国化学学会成员的 Frail 说。 “随着氧化膜成熟并长出更多颜色,它将开始[变化],从黄红色、蓝色到绿色。”

他指出,自由女神像是铜变绿的著名例子,其他类型的雕像以及政府、办公室和大学的旧建筑中使用的铜金属也是如此。

陶氏化学公司的退休化学家马克琼斯说,我们在暴露在空气中的旧铜上看到的颜色并不是直接由于氧化铜,或者铜与氧气在干燥空气中的反应。

当发生氧化物反应时,氧化物不着色。 相反,这种颜色来自“大气中微量硫酸盐和氯化物与氧化铜的反应,”琼斯告诉 Live Science。 例如,硫氧化物来自含硫燃料的燃烧,然后通过雨水落到铜上。

“它们与[铜]表面的氧化物发生反应并产生颜色,”琼斯谈到硫氧化物时说,它们在空气中总是以低水平存在。 这是铜的逐渐颜色变化如何需要多个步骤的一个演示。

在元素周期表中,铜与镍和锌相邻,位于所谓的过渡金属的第一行,过渡金属是指具有某些特性的金属金属。

这些特性包括良好的电导体、耐腐蚀、非常可塑性(或可塑形)以及作为良好的热传递。

Frail 指出,与这些其他金属一样,铜可以很容易地结合形成合金,与铁相比,铜在建筑中具有普遍的特性,包括腐蚀缓慢。 “一种常见的铜合金是黄铜,其中铜与锌混合,”Frail 说。

琼斯说,铜在元素周期表上也高于银和金,这意味着它与这些元素具有相似的化学性质。他指出,没有一个会被迅速氧化。虽然黄金完全抗氧化,但银的抗氧化性不如金和铜,甚至不如金或银。

“所有这些特性,以及它比金和银更高的自然丰度,都有助于铜在电气应用中的应用,”他补充说。铜也是用于制造甲醇和氯乙烯的催化剂的主要成分。

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