Tabel periodik

Tembaga (Cu)

Howard Birdsong Disusun dari sumber primer IUPAC, NIST, dan PubChem

Tembaga adalah unsur nomor 29, berlambang Cu, dengan konfigurasi elektron [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ dan massa atom standar 63,546 u. Ia penghantar listrik terbaik kedua setelah perak dan logam acuan untuk pengabelan karena perbandingan daya hantar terhadap harganya.

Mengapa ia logam pertama yang dikerjakan?

Karena ia dijumpai dalam keadaan asli dan karena pengambilannya dari bijih tidak menuntut banyak.

Ada endapan tembaga logam murni, dan penemuan bongkahan yang dapat ditempa mendahului metalurgi apa pun selama ribuan tahun. Ada benda tembaga asli hasil kerja di Anatolia yang berasal dari milenium kesembilan sebelum era kita.

Langkah penentunya adalah peleburan. Bijih tembaga — malakit, azurit — adalah karbonat berwarna hijau dan biru yang mencolok, dipakai sebagai pigmen jauh sebelum orang tahu bahwa ia memuat logam. Memanaskannya dengan arang pada sekitar 1 100 °C melepaskan tembaganya.

Suhu itu dapat dicapai tungku tembikar yang berembusan baik, yang mungkin menjelaskan penemuannya: pembuatan tembikar mendahului metalurgi dan menyediakan tungkunya.

Tembaga murni terlalu lunak untuk perkakas potong. Pemaduan dengan timah menjawabnya: perunggu beberapa kali lebih keras dan melebur di bawah 1 000 °C, yang memudahkan pencetakan. Zaman Perunggu mulai sekitar 3300 sebelum era kita.

Besi menuntut suhu jauh lebih tinggi dan kimia reduksi yang lebih sulit, dan karena itu tiba dua ribu tahun kemudian meski jauh lebih melimpah.

Apa sebenarnya patina hijau itu?

Ia bukan satu zat melainkan hasil rangkaian reaksi yang dapat memakan waktu puluhan tahun.

Mula-mula, oksigen membentuk tembaga oksida. Di atasnya, senyawa berbelerang di udara menghasilkan sulfida yang gelap; patung tembaga yang baru melewati tahap kecokelatan sebelum menghijau.

Seiring waktu, kelembapan, karbon dioksida, dan sulfat atmosfer menghasilkan karbonat serta hidroksisulfat basa: malakit, brokantit, antlerit. Mana yang mendominasi bergantung pada lingkungannya. Di dekat laut muncul klorida basa, yang lebih kebiruan.

Lapisan yang terbentuk padat, melekat, dan praktis tak larut. Ia menyegel logamnya dan menghentikan korosi, persis kebalikan dari karat pada besi.

Pelat Patung Liberty setebal 2,4 milimeter dan dipasang pada 1886. Setelah hampir satu setengah abad ia mempertahankan hampir seluruh bahannya: patinanya melindunginya.

⚠️ Atap tembaga gereja-gereja Eropa bertahan berabad-abad karena alasan yang sama, dan pemugaran yang membuang patinanya memulai ulang prosesnya dan memakan logam.

Mengapa ia logam pengabelan?

Karena perpaduan sifat yang tak ditandingi pesaing mana pun secara keseluruhan.

Daya hantarnya, 59 juta siemens per meter, menempati urutan kedua setelah perak dan menjadi acuan: standar IACS menetapkan 100 % sebagai daya hantar tembaga yang dianil.

Ia juga sangat lentur, sehingga dapat ditarik menjadi kawat halus tanpa putus. Ia mudah dipatri, tahan korosi dengan baik, dan didaur ulang tanpa batas tanpa merosot sifatnya. Sekitar sepertiga tembaga yang dipakai sekarang adalah hasil daur ulang.

Aluminium bersaing pada saluran udara tegangan tinggi. Ia menghantar 40 % lebih sedikit per luas penampang, tetapi bobotnya sepertiga, sehingga pada massa yang sama ia menghantar lebih banyak. Pada jaringan sepanjang berkilometer bobotlah yang menentukan, karena ia menetapkan jarak antarmenara.

⚠️ Aluminium kurang cocok untuk instalasi rumah. Ia mengalir perlahan di bawah tekanan, yang melonggarkan sambungan seiring waktu, dan oksida permukaannya menyekat. Pengabelan aluminium yang dipasang di rumah-rumah Amerika pada tahun enam puluhan menimbulkan kebakaran dan ditinggalkan.

Peralihan energi menaikkan permintaan secara mencolok: kendaraan listrik memuat tembaga beberapa kali lipat dibanding kendaraan bakar, dan turbin angin serta jaringan pengisian menambahkan lebih banyak lagi.

Apa perannya dalam tubuh?

Ia unsur hara mikro esensial, hadir sekitar 100 miligram pada orang dewasa.

Ia menjadi bagian pusat aktif beberapa enzim, di antaranya sitokrom c oksidase, yang menutup rantai pernapasan mitokondria dengan memindahkan elektron kepada oksigen. Tanpa tembaga, perpindahan akhir itu tidak terjadi.

Ia juga berperan dalam superoksida dismutase, yang menetralkan radikal, dan dalam lisil oksidase, yang menautsilangkan kolagen dan elastin. Kekurangannya karena itu menimbulkan kerapuhan jaringan ikat dan pembuluh.

Pada sebagian avertebrata, tembaga menggantikan besi sebagai pengangkut oksigen. Hemosianin gurita, cumi-cumi, dan mimi mengandung tembaga dan berwarna biru saat teroksigenasi, karena itulah darah mereka biru.

Dua penyakit genetik memengaruhi metabolismenya. Penyakit Wilson menghalangi pengeluarannya dan menimbunnya di hati dan otak; penyakit Menkes menghalangi penyerapannya. Keduanya berat dan yang pertama diobati dengan pengelat.

Dari mana ia ditambang?

Dari sulfida, terutama kalkopirit, dalam endapan tipe porfiri: tubuh batuan raksasa berkadar rendah, lazimnya antara 0,5 dan 1 %.

Cile adalah produsen terbesar dunia dengan selisih besar, disusul Peru, Republik Demokratik Kongo, dan Tiongkok. Tambang Chuquicamata dan Escondida, keduanya di Cile, termasuk penambangan terbuka terbesar di planet ini.

Prosesnya meliputi penggerusan, pemekatan lewat flotasi, peleburan, dan pemurnian lewat elektrolisis sampai kemurnian di atas 99,99 %, yang diperlukan untuk pemakaian listrik. Lumpur yang tertinggal di dasar sel elektrolisis memuat perak, emas, dan selenium yang menyertai tembaga, dan pemulihannya menyumbang bagian yang berarti dari pendapatannya.

⚠️ Kadarnya terus menurun. Seabad lalu ditambang bijih berkadar 4 %; kini rata-rata dunia sekitar 0,5 %. Memindahkan lebih banyak batuan per ton logam berarti lebih banyak energi dan lebih banyak limbah, dan itulah sebab daur ulang makin berbobot.

Fakta utama

Z
29
Atomic weight
63.546 u
Category
logam transisi
State at 298 K
Solid
Occurrence
primordial
Discovered
7000 BCE
CAS
7440-50-8

Sifat terukur

PropertyValueSource
Electronegativity 1.9 National Center for Biotechnology Information (NIH)
Melting point 1,357.77 K National Center for Biotechnology Information (NIH)
Boiling point 2,835 K National Center for Biotechnology Information (NIH)
Density stp 8.933 g/cm³ National Center for Biotechnology Information (NIH)
Atomic radius empirical 140 pm National Center for Biotechnology Information (NIH)
Ionization energy 1st 745.4 kJ/mol National Center for Biotechnology Information (NIH)
Electron affinity 118.5 kJ/mol National Center for Biotechnology Information (NIH)

Konfigurasi elektron

2 8 18 1 Cu
Noble gas notation
[Ar] 3d¹⁰ 4s¹
Full notation
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹
Electrons per shell
2, 8, 18, 1

Isotop

Pertanyaan umum

Mengapa Patung Liberty berwarna hijau?

Karena patinanya. Tembaga yang terpapar udara mula-mula membentuk oksida, kemudian sulfida, dan akhirnya karbonat serta hidroksisulfat basa berwarna hijau kebiruan. Lapisan itu memerlukan puluhan tahun untuk terbentuk — patungnya memerlukan sekitar tiga puluh tahun — dan setelah terbentuk ia melindungi logam di bawahnya. Pelat tembaganya setebal sedikit lebih dari dua milimeter dan tetap hampir utuh sejak 1886.

Mengapa tembaga dan bukan perak untuk kabel?

Karena harga. Perak menghantar 7 % lebih baik, tetapi harganya sekitar seratus kali lipat. Tembaga menawarkan perbandingan daya hantar terhadap biaya yang terbaik, ia lentur, mudah dipatri, dan didaur ulang tanpa kehilangan sifat. Aluminium dipakai pada saluran tegangan tinggi karena bobotnya sepertiga dan itu memungkinkan menara yang lebih berjauhan, tetapi ia menghantar lebih buruk dan sukar dipatri.

Apa beda perunggu dan kuningan?

Logam paduannya. Perunggu adalah tembaga dengan timah, lazimnya 8 sampai 12 %; itulah paduan yang memberi nama pada sebuah zaman karena lebih keras daripada tembaga murni dan melebur pada suhu lebih rendah. Kuningan adalah tembaga dengan seng, antara 5 dan 40 %; lebih murah, lebih mudah ditempa, dan berwarna kuning. Kuningan menuntut pengetahuan memperoleh seng logam, dan karena itu muncul jauh belakangan.

Benarkah tembaga membunuh mikroba?

Ya, dan itu diakui secara resmi. Ion tembaga merusak membran bakteri dan mendenaturasi protein. Permukaan tembaga dan paduannya melenyapkan sebagian besar bakteri dalam hitungan jam, berbanding baja tahan karat tempat mereka bertahan berhari-hari. Badan lingkungan Amerika Serikat pada 2008 mendaftarkan beberapa paduan tembaga sebagai permukaan antimikroba, dan sejumlah rumah sakit memakainya pada gagang pintu dan pegangan tangga.

Sumber