【銅用途】21 世紀最重要的金屬：揭密銅驚人的用途和應用

銅——一種重要的金屬

導言
銅是自然界中少數可以直接使用的金屬（天然金屬），自西元前8000年以來便被全球各地的人們廣泛應用。時至西元前5000年，銅成為首個從硫化礦石中提煉出的金屬；西元前4000年，銅成為第一個以模具塑形的金屬；到了西元前3500年，銅與另一種金屬錫共同打造了人類歷史上第一個合金——青銅。

歷史與命名
在古羅馬時期，銅主要在塞浦路斯開採，因此獲得了最初的名字Cyprium（意為塞浦路斯產的金屬），後演變為Cuprum（拉丁語），而現今常用的copper則約於西元1530年前後首次使用。

化合物與性質
銅在自然界中通常形成二價銅鹽類，這些鹽類賦予藍銅礦、孔雀石和綠松石等礦物藍色或綠色，並在歷史上廣泛用作顏料。氧化成銅綠的銅常被用於建築物的屋頂上。有時，銅也用於裝飾藝術，其元素形式或化合物形式皆可被利用。此外，銅化合物具有抑菌、殺真菌和木材防腐劑的功能。

生物學作用
銅是所有生物體必需的微量膳食礦物質，因為它是呼吸酶複合體——細胞色素c氧化酶——的重要組成部分。在軟體動物和甲殼類動物中，銅是構成血液色素血藍蛋白的成分，而在魚類或其他脊椎動物中，則被鐵血紅蛋白複合體取代。此外，在人體中，銅主要分佈在肝臟、肌肉和骨骼中。

物理性質
銅位於元素週期表第11族，與銀和金同屬一組，這些金屬的共同特點是延展性高、導電性良好。這些元素的原子最外層只有一個電子，位於s亞層，次外層電子d亞層全滿。原子間的相互作用以s亞層電子形成的金屬鍵為主，而全滿的d亞層影響較小。與d亞層未滿的金屬原子不同，銅的金屬鍵共價成分不多，且很弱，因此單晶銅硬度低、延展性高。宏觀上，晶格中廣泛存在的缺陷（如晶界）阻礙了材料在外加壓力下的流動，從而使硬度增加。因此，常見的銅是細粒多晶，硬度比單晶銅更高。

電氣性質
銅不僅柔軟，導電性（59.6×106 S/m）、導熱性（401 W/(m·K)）也很好，室温下在金屬單質中僅次於銀。這是因為室温下電子在金屬中運動的阻力主要來自於電子因晶格熱振動而發生的散射，而較柔軟的金屬散射則較弱。此外，銅通過電流會造成電化腐蝕（英語：galvanic corrosion）。

顏色與反應性
銅是四種天然色澤不是灰色或銀色的金屬元素之一，另外三種是銫、金（黃色）和鋨（藍色）。純淨的銅單質呈橙紅色的，接觸空氣後失去光澤而變紅。銅的這種特殊顏色是由於全滿的3d亞層和半滿的4s亞層之間的電子躍遷——這兩個亞層之間的能量差正好對應於橙光。銫和金呈黃色也是這個原理。

化學反應性
銅不與水反應，但與空氣中的氧氣緩慢反應，形成一層棕褐色的氧化銅。與鐵暴露在潮濕空氣中形成鐵鏽不同，銅鏽能保護下面的銅免受進一步腐蝕。銅質建築物（如自由女神像）上常可見到一層銅綠（鹼式碳酸銅）。

氧化態
銅的氧化態有+1、+2、+3、+4，其中+1和+2是常見氧化態。+3氧化態的有六氟合銅(III)酸鉀，+4氧化態的有六氟合銅(IV)酸銫。

開採與冶煉
銅在地殼中的含量約為0.01%。大部分銅都是從露天開採斑岩銅礦提煉的。智利的丘基卡馬塔、美國猶他州的賓厄姆峽谷礦和美國新墨西哥州的奇諾礦（英語：Chino Mine）就是這種銅礦。

回收
銅像鋁一樣，不管是原材料還是在產品中，都能100%回收。按體積計算，銅的回收量僅次於鐵和鋁，排名第三。

合金
銅合金種類眾多，用途重要。黃銅是銅鋅合金。青銅通常指銅錫合金，但也可指鋁青銅（英語：aluminium bronze）等其他銅合金。在珠寶業中，銅是克拉金、克拉銀等合金的重要組分之一。

銅用途

銅因其獨特的特性，在各種工業和消費領域擁有廣泛的用途。從導電性到延展性，銅的用途多樣，使其成為現代社會不可或缺的材料。

導電應用

銅是絕佳的導體，使其是電氣應用中的主要材料。它被廣泛用於：

• 電線和電纜：銅線被用於傳輸電能和信號。
• 電磁體：銅線圈纏繞在柔鐵上，成為電磁體，可用於馬達、發電機和變壓器中。
• 印製電路板 (PCB)：銅軌道印在絕緣基板上，形成電路連接。

耐腐蝕應用

銅具有良好的耐腐蝕性，使其適用於各種環境中。它用於：

• 管道和管件：銅管用於飲用水、天然氣和冷媒等流體輸送。
• 屋頂和覆層：銅板和銅瓦用於屋頂和外牆覆層，具有耐久性和美觀性。
• 海軍應用：銅合金用於船舶的船體和推進系統，以耐受海水腐蝕。

熱傳導應用

銅的熱傳導性良好，使其適用於需要熱交換的應用。它用於：

表格：銅用途摘要