لماذا كان أول فلز عُمل به؟
لأنه يوجد في حالته الأصلية ولأن استخلاصه من الخام لا يقتضي كثيرًا.
فثمة مكامن نحاس فلزي نقي، والعثور على كتل قابلة للطرق يسبق أي علم للمعادن بآلاف السنين. وفي الأناضول قطع من نحاس أصلي مشغول تعود إلى الألف التاسع قبل عصرنا.
وكانت الخطوة الحاسمة الصهر. فخامات النحاس — الملكيت والأزوريت — كربونات خضراء وزرقاء لافتة، استُعملت صبغًا قبل أن يُعرف أنها تحوي فلزًا بزمن طويل. وتسخينها مع فحم عند نحو 1100 °م يحرر النحاس.
وتلك الحرارة يبلغها فرن خزف جيد السحب، وهو ما يفسّر الاكتشاف على الأرجح: فصناعة الفخار سبقت علم المعادن ووفّرت الفرن.
والنحاس النقي أطرى من أن يصلح لأدوات القطع. وقد حلّت السبيكة مع القصدير الأمر: فالبرونز أقسى بأضعاف وينصهر دون 1000 °م، وهو ما يسهّل القولبة. ويبدأ العصر البرونزي نحو 3300 قبل عصرنا.
أما الحديد فيقتضي حرارات أعلى بكثير وكيمياء اختزال أصعب، ولهذا جاء بعد ألفي سنة رغم أنه أوفر بكثير.
ما الزنجار الأخضر بالضبط؟
ليس مادة واحدة بل حصيلة سلسلة تفاعلات قد تستغرق عقودًا.
أولًا يكوّن الأكسجين أكسيد نحاس. وفوقه تنتج مركّبات الكبريت في الهواء كبريتيدات داكنة؛ فتمرّ نُصُب النحاس الجديدة بمرحلة بنّية قبل أن تخضرّ.
ومع الوقت تولّد الرطوبة وثاني أكسيد الكربون وكبريتات الجو كربونات وهيدروكسي كبريتات قاعدية: ملكيت وبروشانتيت وأنتلريت. وأيها يسود يتوقف على البيئة. فقرب البحر تظهر كلوريدات قاعدية بدرجة أميل إلى الزرقة.
والطبقة الناتجة متراصّة لاصقة لا تكاد تذوب. فتغلق الفلز وتوقف التآكل، على العكس تمامًا من صدأ الحديد.
وصفيحة تمثال الحرية سمكها 2.4 ملليمتر ورُكِّبت عام 1886. وبعد قرن ونصف تقريبًا تحفظ معظم مادتها: فقد حماها زنجارها.
⚠️ وسقوف الكنائس الأوروبية النحاسية تدوم قرونًا للسبب نفسه، والترميم الذي يزيل الزنجار يعيد بدء العملية ويستهلك فلزًّا.
لماذا هو فلز الأسلاك؟
بسبب مزيج من الخصائص لا يضاهيه فيه منافس في مجمله.
فموصليته، 59 مليون سيمنز لكل متر، هي الثانية بعد الفضة وتصلح مرجعًا: إذ يعرّف معيار IACS نسبة 100 % بموصلية النحاس المخمَّر.
وهو أيضًا شديد المطيلية، فيُسحب أسلاكًا رفيعة دون أن ينقطع. ويُلحم بسهولة، ويقاوم التآكل جيدًا، ويُعاد تدويره بلا حدّ دون أن تتدهور خصائصه. ونحو ثلث النحاس المستهلك اليوم معاد تدويره.
وينافسه الألومنيوم في الخطوط الهوائية عالية الجهد. فهو يوصل أقلّ بنسبة 40 % لكل مقطع، لكن وزنه الثلث، فعند الكتلة نفسها يوصل أكثر. وفي شبكة تمتد كيلومترات يحسم الوزن، لأنه يحدد المسافة بين الأبراج.
⚠️ ولا يصلح الألومنيوم في التمديدات المنزلية. فهو يزحف ببطء تحت الضغط، ما يرخي الوصلات مع الوقت، وأكسيده السطحي عازل. وقد سببت أسلاك الألومنيوم التي رُكّبت في المنازل الأمريكية في الستينيات حرائق فهُجرت.
وقد رفع التحول في الطاقة الطلب رفعًا لافتًا: فالمركبة الكهربائية تحوي نحاسًا يفوق نظيرتها الاحتراقية بأضعاف، وتضيف عنفات الرياح وشبكات الشحن أكثر بكثير.
ما دوره في الجسم؟
هو عنصر مغذٍّ دقيق أساسي، موجود بنحو 100 ملليغرام في البالغ.
ويدخل في المركز النشط لعدة إنزيمات، منها إنزيم أكسيداز السيتوكروم c، الذي يختم سلسلة التنفس الميتوكوندرية بنقل الإلكترونات إلى الأكسجين. وبلا نحاس لا يحدث ذلك النقل الأخير.
ويشارك أيضًا في إنزيم ديسموتاز الفائق، الذي يبطل الجذور، وفي إنزيم أكسيداز الليسيل، الذي يشابك الكولاجين والإيلاستين. ولهذا يسبب نقصه هشاشة في النسيج الضام وفي الأوعية.
وفي بعض اللافقاريات يحلّ النحاس محلّ الحديد في نقل الأكسجين. فالهيموسيانين في الأخطبوط والحبار وسرطان حدوة الحصان يحوي نحاسًا وهو أزرق حين يُؤكسج، ومن هنا كان دمها أزرق.
ويؤثر مرضان وراثيان في أيضه. فمرض ويلسون يمنع إخراجه ويراكمه في الكبد والدماغ؛ ومرض منكس يمنع امتصاصه. وكلاهما خطير والأول يُعالج بالمخلّبات.
من أين يُستخرج؟
من الكبريتيدات، وخصوصًا الكالكوبيريت، في مكامن من نمط البورفيري: أجسام صخرية ضخمة بتراكيز منخفضة، عادةً بين 0.5 و1 %.
وتشيلي أكبر منتج عالمي بفارق واسع، تليها بيرو وجمهورية الكونغو الديمقراطية والصين. ومنجما تشوكيكاماتا وإسكونديدا، وكلاهما تشيلي، من أكبر المناجم المكشوفة في الكوكب.
وتمرّ العملية بالطحن، ثم التركيز بالتعويم، ثم الصهر، ثم التكرير بالتحليل الكهربائي حتى نقاء يفوق 99.99 %، وهو لازم للاستعمال الكهربائي. وتحوي الحمأة المتبقية في قاع الخلايا الكهربائية الفضة والذهب والسيلينيوم التي كانت ترافق النحاس، ويسهم استخلاصها بجزء ملحوظ من العائد.
⚠️ والعيارات في هبوط مستمر. فقبل قرن كانت تُستغل خامات بنسبة 4 %؛ واليوم يدور المتوسط العالمي حول 0.5 %. وتحريك صخر أكثر لكل طن فلز يعني طاقة أكبر ونفاية أكبر، وهو سبب تنامي وزن إعادة التدوير.
وثمة طريق بديل للخامات المؤكسدة، يسمى الترشيح الكومي. فيُكوَّم الصخر المطحون ويُروى بحمض كبريتيك مخفف يذيب النحاس؛ ثم يُركَّز المحلول بالاستخلاص بالمذيبات ويُستعاد الفلز بالتحليل الكهربائي. والعملية أبطأ لكنها تستغني عن الصهر واستهلاكه للطاقة، وتمثّل اليوم نحو خُمس الإنتاج العالمي.
والطلب المستقبلي هو المسألة المفتوحة. فالتقديرات تشير إلى أن الكهربة ستقتضي في العقود المقبلة نحاسًا يفوق كل ما استُخرج منه في تاريخ البشرية. ولا يكفي أي من الأجوبة الممكنة وحده — فتح مناجم، أو إعادة تدوير أكثر، أو الاستعاضة بالألومنيوم حيث أمكن.