نحاس

يقع النحاس والفضة والذهب في المجموعة 11 من الجدول الدوري؛ إذ تحتوي هذه المعادن الثلاثة على إلكترون واحد في المدار s فوق غلاف إلكتروني d مكتمل ، وتتميز بليونة عالية وموصلية كهربائية وحرارية ممتازة. لا تُسهم أغلفة d المكتملة في هذه العناصر إلا قليلاً في التفاعلات بين الذرات، والتي تهيمن عليها إلكترونات s من خلال الروابط المعدنية . على عكس المعادن ذات أغلفة d غير المكتملة، تفتقر الروابط المعدنية في النحاس إلى الطابع التساهمي وتكون ضعيفة نسبيًا. تُفسر هذه الملاحظة انخفاض صلابة بلورات النحاس الأحادية وليونتها العالية . ^{[ 15 ]} على المستوى العياني، يُعيق إدخال عيوب ممتدة إلى الشبكة البلورية ، مثل حدود الحبيبات، تدفق المادة تحت تأثير الإجهاد، مما يزيد من صلابتها. لهذا السبب، يُورَّد النحاس عادةً في صورة متعددة البلورات دقيقة الحبيبات ، والتي تتمتع بقوة أكبر من الأشكال أحادية البلورة. ^{[ 16 ]}

تُفسر ليونة النحاس جزئياً موصليته الكهربائية العالية (تبلغ الموصلية الكهربائية (59.6 × 10⁶ ^سيمنز /متر  ) وموصلية حرارية عالية، وهي ثاني أعلى موصلية حرارية بين المعادن النقية عند درجة حرارة الغرفة (بعد الفضة مباشرةً). [ ^{17 ] ويعود} ذلك إلى أن مقاومة انتقال الإلكترونات في المعادن عند درجة حرارة الغرفة تنشأ أساسًا من تشتت الإلكترونات على الاهتزازات الحرارية للشبكة البلورية، وهي اهتزازات ضعيفة نسبيًا في المعادن اللينة. ^{[ 15 ]}

يُعدّ النحاس أحد العناصر المعدنية القليلة التي تمتلك لونًا طبيعيًا غير الرمادي أو الفضي. ^{[ 18 ]} يتميز النحاس النقي بلون برتقالي محمر، ويكتسب طبقة حمراء باهتة عند تعرضه للهواء. ويعود ذلك إلى انخفاض تردد البلازما للمعدن، والذي يقع في الجزء الأحمر من الطيف المرئي، مما يجعله يمتص اللونين الأخضر والأزرق ذوي الترددات الأعلى. ^{[ 19 ]}

كما هو الحال مع المعادن الأخرى، إذا تم وضع النحاس على اتصال مع معدن آخر في وجود محلول إلكتروليتي ، فسيحدث تآكل جلفاني . ^{[ 20 ]}

لا يتفاعل النحاس مع الماء، ولكنه يتفاعل ببطء مع أكسجين الهواء الجوي مُكَوِّنًا طبقة من أكسيد النحاس البني المائل للسواد، والتي، على عكس الصدأ الذي يتكون على الحديد في الهواء الرطب، تحمي المعدن الأساسي من المزيد من التآكل ( التخميل ). غالبًا ما تُرى طبقة خضراء من الزنجار (كربونات النحاس) على الهياكل النحاسية القديمة، مثل أسطح العديد من المباني القديمة ^{[ 21 ]} وتمثال الحرية ^{[ 22 ]} . يتأكسد النحاس عند تعرضه لبعض مركبات الكبريت ، حيث يتفاعل معها مُكَوِّنًا كبريتيدات النحاس المختلفة ^{[ 23 ]} .

• 
  سلك نحاسي غير مؤكسد (يسار) وسلك نحاسي مؤكسد (يمين)
• 
  البرج الشرقي للمرصد الملكي في إدنبرة ؛ تم تركيب النحاس الأصلي في عام 1894 وتم تجديد النحاس في عام 1994

يوجد 29 نظيراً للنحاس. ⁶³Cu و ⁶⁵النحاس مستقر، مع ⁶³يشكل النحاس 67 ما يقارب 69% من النحاس الموجود في الطبيعة؛ وكلاهما له دوران مغزلي مقداره 3/2 . [ ^{24 ] أما} النظائر الأخرى فهي مشعة ، وأكثرها استقرارًا هو ^67.يبلغ عمر النصف للنحاس 61.83  ساعة. ^{[ 24 ]} تم تحديد عشرة متصاوغات شبه مستقرة ؛ ^{68 م}يُعدّ النحاس (Cu) أطول النظائر عمرًا، حيث يبلغ عمر النصف له 3.8 دقيقة. تتحلل النظائر ذات العدد الكتلي الأعلى من 64 عن طريق تفاعلات بيتا السالبة ( β− ⁾ ، بينما تتحلل النظائر ذات العدد الكتلي الأقل من 64 عن طريق تفاعلات بيتا الموجبة (β ^{+ )} .يتحلل النحاس (Cu) ، الذي يبلغ عمر النصف له 12.7 ساعة، في كلا الاتجاهين. ^{[ 25 ] [ 26 ]}

⁶²Cu و ⁶⁴للنحاس تطبيقات مهمة. ⁶²يُستخدم النحاس في ⁶²Cu -PTSM كمتتبع مشع للتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني . ^{[ 27 ]}

يُنتَج النحاس في النجوم الضخمة ^{[ 28 ]} ، ويتواجد في قشرة الأرض بنسبة تقارب 50 جزءًا في المليون (ppm) ^{[ 29 ]} . يوجد النحاس في الطبيعة ضمن مجموعة متنوعة من المعادن، بما في ذلك النحاس الحر ، وكبريتيدات النحاس مثل الكالكوبيريت ، والبورنيت ، والديجينيت ، والكوفيلليت ، والكالكوسيت ، وأملاح كبريتات النحاس مثل التتراهيديت -تينانتيت ، والإينارجيت ، وكربونات النحاس مثل الأزوريت والمالاكيت ، وأكاسيد النحاس الأحادي (I) أو الثنائي (II) مثل الكوبريت والتينوريت على التوالي ^{[ 17 ]} . أكبر كتلة من النحاس العنصري تم اكتشافها حتى الآن بلغ وزنها 420 طنًا ، وقد عُثر عليها عام 1857 في شبه جزيرة كيوينو بولاية ميشيغان الأمريكية. ^{[ 29 ]} النحاس الأصلي متعدد البلورات ، وأكبر بلورة مفردة تم وصفها على الإطلاق يبلغ قياسها 4.4 × 3.2 × 3.2 سم . ^{[ 30 ]} النحاس هو العنصر السادس والعشرون من حيث الوفرة في قشرة الأرض ، حيث يمثل 50 جزءًا في المليون مقارنة بـ 75 جزءًا في المليون للزنك ، و14 جزءًا في المليون للرصاص . ^{[ 31 ]}   

لا تتجاوز التركيزات الأساسية النموذجية للنحاس1  نانوغرام/م ³ في الغلاف الجوي؛150  ملغم/كغم في التربة؛30  ملغم/كغم في الغطاء النباتي؛ 2  ميكروغرام/لتر في المياه العذبة و0.5  ميكروغرام/لتر في مياه البحر. ^{[ 32 ]}

يُستخدم النحاس منذ ما لا يقل عن 10,000 عام، ولكن أكثر من 95% من إجمالي النحاس الذي تم تعدينه وصهره على مر التاريخ استُخرج منذ عام 1900. ^{[ 38 ]} وكما هو الحال مع العديد من الموارد الطبيعية، فإن إجمالي كمية النحاس على الأرض هائل، إذ يُقدّر بنحو 10^ ¹⁴ طن في الكيلومتر العلوي من قشرة الأرض، وهو ما  يعادل حوالي 5 ملايين سنة بالمعدل الحالي للاستخراج. ومع ذلك، فإن جزءًا ضئيلاً فقط من هذه الاحتياطيات مُجدٍ اقتصاديًا بالأسعار والتقنيات الحالية. وتتراوح تقديرات احتياطيات النحاس المتاحة للتعدين بين 25 و60 عامًا، اعتمادًا على افتراضات أساسية مثل معدل النمو. ^{[ 39 ]} وتُعد إعادة التدوير مصدرًا رئيسيًا للنحاس في العالم الحديث. ^{[ 38 ]}

يتسم سعر النحاس بالتقلب . ^{[ 40 ]} فبعد بلوغه ذروته في عام 2022، انخفض السعر بشكل غير متوقع. ^{[ 41 ]} وبحلول مايو 2024، وصل سعر النحاس في بورصة لندن للمعادن إلى أعلى مستوى له على الإطلاق، متجاوزًا 11,000 دولار للطن. ^{[ 42 ]}

يُعدّ السوق العالمي للنحاس من أكثر أسواق السلع استخدامًا للأغراض التجارية والتمويل ، وقد ظلّ كذلك لعقود. ^{[ 43 ] : 213} وكانت زامبيا (6.95 مليار دولار) وتشيلي (2.16 مليار دولار) أكبر مُصدّري النحاس الخام، تليها جمهورية الكونغو الديمقراطية (1.41 مليار دولار). أما أكبر مستوردي النحاس الخام فكانوا الصين (6.13 مليار دولار)، وسويسرا (3.15 مليار دولار)، والهند (2.05 مليار دولار). ^{[ 44 ]}

في عام 2024، قُدِّر الإنتاج العالمي من النحاس بنحو 22.8 إلى 22.9 مليون طن متري. ^{[ 45 ] [ 46 ]} ويتزايد الطلب على النحاس نتيجةً للتحول المستمر في قطاع الطاقة نحو الكهرباء . ^{[ 47 ]} وتستحوذ الصين على أكثر من نصف الطلب. ^{[ 48 ]}

من المتوقع أن يرتفع الطلب العالمي على النحاس بنسبة 50% بحلول عام 2040. ويعزى هذا النمو الكبير إلى التوسع السريع في تقنيات الطاقة النظيفة.[ 49 ]​​^​​​

تُشكل الكبريتيدات الغالبية العظمى من خامات النحاس . ومن الخامات الشائعة كبريتيدات الكالكوبيريت (CuFeS₂ ₎ ، والبورنيت ( _Cu₅FeS₄ )، وبدرجة أقل الكوفيلليت (CuS) والكالكوسيت (Cu₂S ₎ . ^{[ 50 ]} وتوجد هذه الخامات بنسبة نحاس أقل من 1%. ويتطلب الأمر تركيز الخام، والذي يبدأ بالتكسير ثم التعويم الرغوي . ويُصهر المُركّز المتبقي، ويمكن وصف هذه _{العملية} بمعادلتين مُبسطتين: ^{[ 51 ]}

• يتأكسد كبريتيد النحاسوز إلى أكسيد النحاسوز:

2 نحاس ₂ ق + 3 يا ₂ ← 2 نحاس ₂ يا + 2 سو ₂

• يتفاعل أكسيد النحاسوز مع كبريتيد النحاسوز ليتحول إلى نحاس متقشر عند التسخين:

2 Cu ₂ O + Cu ₂ S → 6 Cu + 2 SO ₂

ينتج عن ذلك نحاس خام، بنسبة نقاء تبلغ حوالي 98% وزناً، يُنقى بالتحليل الكهربائي ليعطي نحاساً بنسبة نقاء تصل إلى 99.99%. خلال عملية التحليل الكهربائي، قد تترسب كميات ضئيلة من الفضة والذهب في رواسب يمكن إعادة معالجتها لاستخلاص المعادن النفيسة. ^{[ 52 ] : 798}

إلى جانب الكبريتيدات، تُعدّ الأكاسيد فئة أخرى من الخامات. ويُستمدّ ما يقارب 15% من إمدادات النحاس العالمية من هذه الأكاسيد. تتضمن عملية تركيز الأكاسيد استخلاصها بمحاليل حمض الكبريتيك متبوعةً بالتحليل الكهربائي. وبالتوازي مع الطريقة المذكورة أعلاه لخامات الكبريتيدات والأكاسيد "المركزة"، يُستخلص النحاس من مخلفات المناجم وأكوامها. وتُستخدم طرق متنوعة، منها الترشيح بحمض الكبريتيك والأمونيا وكلوريد الحديديك. كما تُستخدم الطرق البيولوجية أيضًا. ^{[ 51 ] [ 53 ]}

تُعدّ العُقيدات متعددة المعادن مصدراً محتملاً للنحاس، ويُقدّر تركيزها بنسبة 1.3%. ^{[ 54 ] [ 55 ]}

مخطط انسيابي لعملية تكرير النحاس (مصنع صب السبائك التابع لشركة Uralelektromed)

1. نحاس مغلف بالبثور
2. صهر
3. فرن عاكس
4. إزالة الخبث
5. صب السبائك النحاسية
6. عجلة الصب
7. آلة إزالة السبائك
8. انطلاق إنتاج السبائك
9. عربات السكك الحديدية
10. النقل إلى مخزن الخزانات

بحسب تقرير الهيئة الدولية للموارد المعدنية حول مخزونات المعادن في المجتمع ، يبلغ نصيب الفرد من مخزون النحاس المستخدم عالميًا ما بين 35 و55 كيلوغرامًا. ويتركز معظم هذا المخزون في الدول المتقدمة (140-300 كيلوغرام للفرد) مقارنةً بالدول النامية (30-40 كيلوغرامًا للفرد). في عام 2001، احتوت السيارة النموذجية على ما بين 20 و30 كيلوغرامًا من النحاس. ^{[ 51 ]} وبحلول عام 2014، انخفض محتوى النحاس وسبائكه في مركبات محركات الاحتراق الداخلي إلى 16.8 كيلوغرامًا، ثم ارتفع مجددًا إلى 24.5 كيلوغرامًا بحلول عام 2023. ^{[ 56 ]} في الوقت نفسه، تحتوي السيارة الكهربائية التي تعمل بالبطارية على حوالي 91 كيلوغرامًا من النحاس وسبائكه. ^{[ 57 ]}       

مثل الألومنيوم ، يُمكن إعادة تدوير النحاس دون أي فقدان للجودة، سواءً من حالته الخام أو من المنتجات المصنعة. ^{[ 58 ]} وتشير التقديرات إلى أن 80% من إجمالي النحاس الذي تم استخراجه على الإطلاق لا يزال قيد الاستخدام حتى اليوم. ^{[ 59 ]} ويُعد النحاس، من حيث الحجم، ثالث أكثر المعادن إعادة تدويرًا بعد الحديد والألومنيوم. ^{[ 60 ]} اعتبارًا من عام 2023^{[ 61 ]} يلبي النحاس المعاد تدويره حوالي ثلث الطلب العالمي.

تتشابه عملية إعادة تدوير النحاس تقريبًا مع عملية استخراجه، ولكنها تتطلب خطوات أقل. يُصهر النحاس الخردة عالي النقاوة في فرن، ثم يُختزل ويُصب في قوالب وسبائك . [ 62 ] أما النحاس الخردة ^{منخفض النقاوة ،} فيُصهر لتكوين النحاس الأسود (نقاوة 70-90%، ويحتوي على شوائب مثل الحديد والزنك والقصدير والنيكل)، ثم تُؤكسد هذه الشوائب في مُحَوِّل لتكوين النحاس الخام (نقاوة 96-98%)، والذي يُكرر بعد ذلك كما سبق. ^{[ 63 ] : 202}

يُعدّ استخراج النحاس عملية كثيفة الاستهلاك للطاقة. ^{[ 64 ] [ 65 ]} وتُنتج عملية الاستخراج كميات كبيرة من النفايات، بما في ذلك الغبار السام المحتمل وتلوث المعادن الثقيلة بالقرب من مواقع التكرير. ^{[ 66 ]} ونظرًا لأن معظم خامات النحاس كبريتيدات، فإن الصهر ضروري. وينتج عن الصهر ثاني أكسيد الكبريت ، وهو مُركّب أولي لحمض الكبريتيك الجوي ، ما لم يتم جمعه. ^{[ 51 ]} ويأتي حوالي 15% من النحاس من خامات منخفضة الجودة (مخففة). وتتم معالجة النحاس بالمعالجة المائية ، التي تتطلب استخدام مستخلصات حمضية، والتي تبقى في النفايات بعد الترسيب الإلكتروليتي للنحاس. ^{[ 51 ]}

كما هو الحال مع العناصر الأخرى، فإن أبسط مركبات النحاس هي المركبات الثنائية، أي تلك التي تحتوي على عنصرين فقط، ومن أهم أمثلتها الأكاسيد والكبريتيدات والهاليدات . ويُعرف كل من أكسيد النحاس الأحادي وأكسيد النحاس الثنائي . كما تُعرف العديد من كبريتيدات النحاس ، ^{[ 78 ]} والتي تُعتبر ذات أهمية رئيسية كخامات. ومن أبسط الأمثلة من الناحية الكيميائية _{كبريتيد} النحاس الأحادي ( Cu₂S ) وكبريتيد النحاس الأحادي ( CuS ). ^{[ 79 ]}

يُعرف كلوريد النحاس الأحادي وبروميده ويوديده، لكن فلوريد النحاس الأحادي لا يزال غير معروف. كما أن فلوريد النحاس الثنائي وكلوريده وبروميده معروفة جيدًا . أما محاولات تحضير يوديد النحاس الثنائي فلا تُنتج سوى يوديد النحاس الأحادي واليود. ^{[ 76 ]}

2 Cu ²⁺ + 4 I ⁻ → 2 CuI + I ₂

يشكل النحاس معقدات تنسيقية مع الروابط . في المحلول المائي ، يوجد النحاس (II) على شكل [Cu(H)₂ O)₆ ] ²⁺يُظهر هذا المركب أسرع معدل لتبادل الماء (سرعة ارتباط وانفصال جزيئات الماء) مقارنةً بأي مركب مائي لعنصر انتقالي . تؤدي إضافة محلول هيدروكسيد الصوديوم المائي إلى ترسيب هيدروكسيد النحاس (II) الصلب ذي اللون الأزرق الفاتح . ^{[ 80 ]} المعادلة المبسطة هي:

Cu ²⁺ + 2 OH ⁻ → Cu(OH) ₂

ينتج عن الأمونيا المائية نفس الراسب. عند إضافة كمية زائدة من الأمونيا، يذوب الراسب مكونًا رباعي أمين النحاس (II) :

Cu(H₂ O)₄ (OH)₂ + 4 NH₃→[Cu(H₂ O)₂ (NH₃ )₄ ] ²⁺+ 2 H ₂ O + 2 OH ⁻

تُشكّل العديد من الأنيونات الأكسجينية الأخرى مركبات معقدة، ومنها أسيتات النحاس الثنائي ، ونترات النحاس الثنائي ، وكربونات النحاس الثنائي . أما كبريتات النحاس الثنائي فتُشكّل بلورات زرقاء خماسية الهيدرات ، وهي أكثر مركبات النحاس شيوعًا في المختبر. وتُستخدم في مبيد فطري يُسمى خليط بوردو . ^{[ 81 ]}

تتفاعل البوليولات ، وهي مركبات تحتوي على أكثر من مجموعة وظيفية كحولية ، عمومًا مع أملاح النحاس. على سبيل المثال، تُستخدم أملاح النحاس للكشف عن السكريات المختزلة . تحديدًا، باستخدام كاشف بنديكت ومحلول فهلنج ، يُشير تغير اللون من الأزرق (Cu(II)) إلى الأحمر (أكسيد النحاس(I)) إلى وجود السكر. ^{[ 82 ]} يعمل كاشف شفايتزر والمركبات المشابهة له مع الإيثيلين ديامين والأمينات الأخرى على إذابة السليلوز . ^{[ 83 ]} تُشكل الأحماض الأمينية مركبات مخلبية مستقرة للغاية مع النحاس(II). ^{[ 84 ]}

تُعرف المركبات التي تحتوي على رابطة كربون-نحاس باسم مركبات النحاس العضوية. وهي شديدة التفاعل مع الأكسجين لتكوين أكسيد النحاس الأحادي، ولها استخدامات عديدة في الكيمياء . تُصنّع هذه المركبات بمعالجة مركبات النحاس الأحادي بكواشف غرينيارد ، أو الألكينات الطرفية ، أو كواشف الليثيوم العضوية ؛ ^{[ 85 ]} وعلى وجه الخصوص، ينتج عن التفاعل الأخير كاشف غيلمان . يمكن لهذه المركبات أن تخضع لتفاعلات استبدال مع هاليدات الألكيل لتكوين نواتج اقتران ؛ ولذلك، فهي مهمة في مجال التخليق العضوي . يُعد أسيتيليد النحاس الأحادي شديد الحساسية للصدمات، ولكنه وسيط في تفاعلات مثل اقتران كاديوت-تشودكيفيتش ^{[ 86 ]} واقتران سونوجاشيرا . ^{[ 87 ]} كما يمكن تحقيق الإضافة المرافقة إلى الإينونات ^{[ 88 ]} وكربونة الألكينات ^{[ 89 ]} باستخدام مركبات النحاس العضوية . يشكل النحاس (I) مجموعة متنوعة من المركبات الضعيفة مع الألكينات وأول أكسيد الكربون ، وخاصة في وجود روابط الأمين. ^{[ 90 ]}

يوجد النحاس الثلاثي (Cu(III)) غالبًا في الأكاسيد. ومن الأمثلة البسيطة على ذلك نحاس البوتاسيوم (KCuO₂ _{) ،} وهو مادة صلبة زرقاء داكنة. ^{[ 91 ]} وتُعد الموصلات الفائقة النحاسية من أكثر مركبات النحاس الثلاثي دراسةً . يتكون أكسيد الإيتريوم والباريوم والنحاس (YBa₂Cu₃O₇ _{) من} مراكز Cu(II) وCu(III). ومثل الأكسيد، يُعد الفلوريد أنيونًا قاعديًا قويًا ^{[ 92 ]} ، ومن المعروف أنه يُثبّت أيونات المعادن في حالات الأكسدة العالية. ومن المعروف وجود فلوريدات النحاس _{الثلاثي} (K₃CuF₆ ) _{وفلوريدات} النحاس الرباعي ( _Cs₂CuF₆ ) _على التوالي. ^{[ 76 ]}

تُشكّل بعض البروتينات النحاسية معقدات أوكسو ، والتي تتميز، في أنظمة النظائر الاصطناعية التي دُرست على نطاق واسع، بوجود النحاس (III). ^{[ 93 ] [ 94 ]} أما مع الببتيدات الرباعية ، فتُثبّت معقدات النحاس (III) ذات اللون الأرجواني بواسطة روابط الأميد منزوعة البروتون . ^{[ 95 ]}

توجد معقدات النحاس (III) أيضاً كمركبات وسيطة في تفاعلات مركبات النحاس العضوية، على سبيل المثال في تفاعل خاراش-سوسنوفسكي . ^{[ 96 ] [ 97 ] [ 98 ]}

بدأ الدور البيولوجي للنحاس مع ظهور الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض. ^{[ 99 ]} تؤدي بروتينات النحاس أدوارًا متنوعة في نقل الإلكترونات ونقل الأكسجين، وهي عمليات تستغل سهولة التحول المتبادل بين Cu(I) وCu(II). ^{[ 100 ]} يُعد النحاس ضروريًا للتنفس الهوائي لجميع حقيقيات النوى . في الميتوكوندريا ، يوجد في سيتوكروم سي أوكسيداز ، وهو البروتين الأخير في الفسفرة التأكسدية الذي يخزن الطاقة في ATP . تخضع ذرات النحاس لعمليتي اختزال وأكسدة بالتناوب أثناء نقل الإلكترونات إلى الأكسجين. ^{[ 101 ] : 383} كما يوجد النحاس في العديد من إنزيمات ديسموتاز الفائق ، وهي بروتينات تحفز تحلل الأكاسيد الفائقة عن طريق تحويلها (عن طريق عدم التناسب ) إلى أكسجين وبيروكسيد الهيدروجين .

• Cu ²⁺ -SOD + O ₂ ⁻ → Cu ⁺ -SOD + O ₂ (اختزال النحاس؛ أكسدة فوق الأكسيد)
• Cu ⁺ -SOD + O ₂ ⁻ + 2H ⁺ → Cu ²⁺ -SOD + H ₂ O ₂ (أكسدة النحاس؛ اختزال فوق الأكسيد)

يُعدّ بروتين الهيموسيانين ناقل الأكسجين في معظم الرخويات وبعض المفصليات ، مثل سرطان حدوة الحصان ( Limulus polyphemus ). ^{[ 102 ]} ولأنّ الهيموسيانين أزرق اللون، فإنّ دم هذه الكائنات أزرق اللون بدلاً من الدم الأحمر الذي يحتوي على الهيموجلوبين الحديدي . وتتشابه إنزيمات اللاكاز والتيروزيناز بنيوياً مع الهيموسيانين . وبدلاً من الارتباط العكسي بالأكسجين، تقوم هذه البروتينات بهدرجة الركائز، ويتضح ذلك من خلال دورها في تكوين الورنيش . ^{[ 103 ]}

لا تتفاعل العديد من البروتينات النحاسية، مثل البروتينات النحاسية الزرقاء ، بشكل مباشر مع الركائز؛ لذا فهي ليست إنزيمات. تنقل هذه البروتينات الإلكترونات عبر عملية تُسمى نقل الإلكترون . ^{[ 103 ]} وقد تم اكتشاف مركز نحاسي رباعي النوى فريد من نوعه في مختزلة أكسيد النيتروز . ^{[ 104 ]}

يتم تنظيم مستويات النحاس بدقة في كل من الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة لتحقيق التوازن بين الحاجة الفسيولوجية الحرجة وتجنب السمية.

يُعدّ النحاس عنصرًا أساسيًا بكميات ضئيلة في النباتات والحيوانات، ولكنه ليس موجودًا في جميع الكائنات الدقيقة. يحتوي جسم الإنسان على النحاس بمستوى يتراوح بين 1.4 و 2.1  ملغ لكل كيلوغرام من كتلة الجسم. ^{[ 105 ]}

لا تحدث عادةً سمية النحاس المزمنة لدى البشر بسبب أنظمة النقل التي تنظم الامتصاص والإخراج. ولا يُتوقع حدوث احتباس للنحاس عند  مستوى 5 ملغ/يوم. ^{[ 122 ]}

أظهرت الأبحاث وجود صلة بين تنظيم مستوى النحاس في الجسم والعديد من الأمراض العصبية، وخاصة مرض الزهايمر . وتشير الدراسات إلى أن المشكلة تكمن في خلل مرتبط بالعمر في آلية التنظيم الداخلي، وليس في التعرض للسمية. ^{[ 123 ]}

تم تناول كميات كبيرة من أملاح النحاس المختلفة في محاولات انتحار، مما أدى إلى تسمم حاد بالنحاس لدى البشر، نتج عنه فشل كبدي لا رجعة فيه. ^{[ 124 ]} كما أن الطفرات المتنحية في بروتينات نقل النحاس تسبب خللاً في تنظيمها، مما يؤدي إلى مرض ويلسون المصحوب بتراكم النحاس وتليف الكبد وأعراض نفسية. ^{[ 124 ]}

استُخدمت البكتيريا لاستخلاص النحاس في أنظمة الاستخلاص الحيوي على نطاق صناعي . تتخلل محاليل الميكروبات الخام المسحوق، محولةً كبريتيدات النحاس غير القابلة للذوبان إلى كبريتات نحاس قابلة للذوبان؛ ثم يُستخلص النحاس عالي النقاء من المحلول الناتج عن طريق الاستخلاص الكهربائي . ^{[ 125 ] : 628}

في الولايات المتحدة، حددت إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) حدًا مسموحًا به للتعرض لغبار النحاس في مكان العمل كمتوسط ​​مرجح زمنيًا (TWA) قدره 1  ملغم/م³ ^، و0.1 ملغم/م³ ^لأبخرة النحاس ^{[ 126 ].} وحدد المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH) حدًا موصى به للتعرض (REL) قدره 1  ملغم/م³ ^، كمتوسط ​​مرجح زمنيًا. وتبلغ قيمة IDLH (الخطر الفوري على الحياة والصحة) 100  ملغم/م³ ^{[ 127 ] .} ويُعد النحاس أحد مكونات دخان التبغ ^{[ 128 ] [ 129 ]} .

في اليونان، عُرف النحاس باسم "خالكوس " ( χαλκός ). وكان مورداً هاماً للرومان واليونانيين وغيرهم من الشعوب القديمة. في العصر الروماني، عُرف باسم "آيس سيبريوم" ، حيث "آيس" هو المصطلح اللاتيني العام لسبائك النحاس، و "سيبريوم" نسبةً إلى قبرص ، حيث كان يُستخرج النحاس بكثرة. تم اختصار العبارة إلى "كوبروم "، ومن هنا جاء اسم النحاس في اللغة الإنجليزية . مثّلت أفروديت ( فينوس في روما) النحاس في الأساطير والكيمياء القديمة لجماله البراق واستخدامه القديم في صناعة المرايا؛ وكانت قبرص، مصدر النحاس، مقدسة للإلهة. ارتبطت الأجرام السماوية السبعة المعروفة لدى القدماء بالمعادن السبعة المعروفة في العصور القديمة، ونُسبت الزهرة إلى النحاس، وذلك لارتباطها بالإلهة ولأنها كانت ألمع جرم سماوي بعد الشمس والقمر، وبالتالي كانت تُقابل أكثر المعادن بريقاً وجاذبية بعد الذهب والفضة. ^{[ 155 ]}

كان النحاس أكثر المعادن استخدامًا بين سكان أمريكا الشمالية الأصليين، حيث تشير الأدلة إلى استخدامه منذ 7000 عام. ^{[ 156 ]} ومن المعروف أن النحاس الخام استُخرج من مواقع في جزيرة رويال باستخدام أدوات حجرية بدائية بين عامي 800 و1600  ميلادي. ^{[ 157 ]} وتم تشكيل النحاس، الذي يُرجح أنه من كتل نقية عُثر عليها في منطقة البحيرات العظمى ، عن طريق الطرق المتكرر والتلدين في مدينة كاهوكيا بأمريكا الشمالية (بالقرب من ولاية ميسوري الحالية) حوالي عام 1000-1300  ميلادي. ^{[ 158 ]} وهناك العديد من الصفائح النحاسية الرائعة، المعروفة باسم صفائح نحاس المسيسيبي ، التي عُثر عليها في أمريكا الشمالية في المنطقة المحيطة بكاهوكيا، والتي يعود تاريخها إلى هذه الفترة الزمنية (1000-1300  ميلادي). ^{[ 158 ]}

في أمريكا الجنوبية، يُعد قناع نحاسي يعود تاريخه إلى عام 1000  قبل الميلاد، عُثر عليه في جبال الأنديز الأرجنتينية، أقدم قطعة أثرية نحاسية معروفة تم اكتشافها في جبال الأنديز. ^{[ 159 ]} لطالما اعتُبرت بيرو مهدًا لعلم تعدين النحاس في أمريكا قبل وصول كولومبوس ، إلا أن القناع النحاسي المكتشف في الأرجنتين يُشير إلى أن كاخون ديل مايبو في جنوب جبال الأنديز كان مركزًا هامًا آخر لاستخراج النحاس في أمريكا الجنوبية. ^{[ 159 ]} يعود تاريخ تعدين النحاس في بيرو إلى حوالي عام 500  قبل الميلاد، وبدأ الإنتاج على نطاق أوسع حوالي عام 900 ميلادي  مع ازدهار حضارة سيكان في شمال بيرو. واستمر الإنتاج خلال سلسلة من الغزوات التي قامت بها حضارتا شيمور وإنكا ، وانتهى بالغزو الإسباني عام 1532. ^{[ 160 ]}

في أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى، وخلال الفترة الممتدة من اكتشاف أولى المناجم حوالي عام 2000 قبل الميلاد في أغاديس وحتى أوائل القرن التاسع عشر، كان يُنظر إلى النحاس على أنه أثمن وأكثر قيمة من الذهب أو الفضة. وقد شاع تداول النحاس في أفريقيا، وكان يؤدي وظائف دينية وسياسية واجتماعية عديدة. في المقابل، تم تجاهل رواسب الذهب المحلية حتى التواصل مع التجار البرتغاليين والعرب. ^{[ 161 ] [ 162 ] [ 163 ]}

لعب النحاس دورًا ثقافيًا هامًا، لا سيما في مجال العملات. استخدم الرومان في القرون من السادس إلى الثالث قبل الميلاد كتل النحاس كعملة. في البداية، كان النحاس نفسه ذا قيمة، ولكن تدريجيًا أصبح شكله ومظهره أكثر أهمية. صنع يوليوس قيصر عملاته الخاصة من النحاس الأصفر، بينما صُنعت عملات أوكتافيانوس أغسطس قيصر من سبائك النحاس والرصاص والقصدير. مع إنتاج سنوي يُقدّر بنحو 15000  طن، بلغت أنشطة تعدين وصهر النحاس الرومانية مستوىً لم يُضاهى حتى عصر الثورة الصناعية ؛ وكانت أكثر المقاطعات التي استُخرج منها النحاس بكثافة هي إسبانيا وقبرص وأوروبا الوسطى. ^{[ 164 ] [ 165 ]}

استُخدم البرونز الكورنثي في ​​بوابات هيكل القدس ، وهو سبيكة من النحاس والفضة والذهب، مُعالجة بتقنية التذهيب بالاستنزاف ، التي تُزيل النحاس المؤكسد تدريجيًا لتكوين طبقة ذهبية. وكانت هذه العملية شائعة في الإسكندرية ، حيث يُعتقد أن الخيمياء، المستوحاة من المعالجة الكيميائية التي تُعطي مظهرًا ذهبيًا، قد بدأت. ^{[ 166 ]}

كان جبل النحاس العظيم منجمًا في فالون ، السويد، عمل من القرن العاشر حتى عام 1992. وقد غطى ثلثي استهلاك أوروبا من النحاس في القرن السابع عشر، وساهم في تمويل العديد من حروب السويد خلال تلك الفترة. ^{[ 167 ]} وكان يُشار إليه باسم خزانة الدولة؛ إذ كانت السويد تمتلك عملة مدعومة بالنحاس . ^{[ 168 ]}

يُستخدم النحاس في تسقيف المنازل، ^{[ 21 ]} وفي العملات، وفي تقنية التصوير الفوتوغرافي المعروفة باسم الداجيروتايب . كما استُخدم النحاس في نحت عصر النهضة ، وفي بناء تمثال الحرية ؛ ولا يزال يُستخدم في أنواع مختلفة من الإنشاءات. وقد شاع استخدام طلاء النحاس وتغليفه لحماية هياكل السفن تحت الماء، وهي تقنية رائدة طورتها البحرية البريطانية في القرن الثامن عشر. ^{[ 169 ]} وكانت شركة نورد دويتشه أفينيري في هامبورغ أول مصنع حديث للطلاء الكهربائي ، حيث بدأت إنتاجها عام 1876. ^{[ 170 ]}

خلال فترة ازدياد الطلب على النحاس في عصر الكهرباء، من ثمانينيات القرن التاسع عشر وحتى الكساد الكبير في ثلاثينيات القرن العشرين، أنتجت الولايات المتحدة ما بين ثلث ونصف إنتاج النحاس المستخرج حديثًا في العالم. ^{[ 171 ]} وشملت المناطق الرئيسية منطقة كيوينو في شمال ميشيغان، التي كانت تضم في الأساس رواسب نحاس طبيعية، والتي طغت عليها رواسب الكبريتيد الهائلة في بوت، مونتانا ، في أواخر ثمانينيات القرن التاسع عشر، والتي بدورها طغت عليها رواسب البورفيري في جنوب غرب الولايات المتحدة، وخاصة في بينغهام كانيون، يوتا ، ومورينسي، أريزونا . وأدى إدخال التعدين السطحي باستخدام الجرافات البخارية والابتكارات في الصهر والتكرير وتركيز التعويم وغيرها ^من خطوات المعالجة إلى الإنتاج الضخم. وفي أوائل القرن العشرين، احتلت أريزونا المرتبة الأولى، تلتها مونتانا ، ثم يوتا وميشيغان . ^{[ 172} ]

طُوِّرت عملية الصهر الوميضي بواسطة شركة أوتوكومبو في فنلندا وطُبِّقت لأول مرة في هارجافالتا عام 1949؛ وتمثل هذه العملية الموفرة للطاقة 50% من إنتاج النحاس الأولي في العالم. ^{[ 173 ]}

عمل المجلس الحكومي الدولي للدول المصدرة للنحاس ، الذي تأسس عام 1967 من قبل تشيلي وبيرو وزائير وزامبيا، في سوق النحاس كما تفعل منظمة أوبك في سوق النفط، إلا أنه لم يحقق النفوذ نفسه، لا سيما وأن ثاني أكبر منتج للنحاس، الولايات المتحدة، لم تكن عضواً فيه قط؛ وقد تم حله عام 1988. ^{[ 174 ]} وفي عام 2008، أصبحت الصين أكبر مستورد للنحاس في العالم. ^{[ 43 ] : 187}

على الرغم من المنافسة من مواد أخرى، لا يزال النحاس الموصل الكهربائي المفضل في جميع فئات الأسلاك الكهربائية تقريبًا باستثناء خطوط نقل الطاقة الكهربائية العلوية حيث يُفضل استخدام الألومنيوم في كثير من الأحيان. ^{[ 179 ] [ 180 ]} يُستخدم سلك النحاس في توليد الطاقة ، ونقلها ، وتوزيعها ، والاتصالات ، والدوائر الإلكترونية ، وأنواع لا حصر لها من المعدات الكهربائية . ^{[ 181 ]} تُعد الأسلاك الكهربائية أهم سوق لصناعة النحاس. ^{[ 182 ]} ويشمل ذلك أسلاك الطاقة الهيكلية، وكابلات توزيع الطاقة، وأسلاك الأجهزة المنزلية، وكابلات الاتصالات، وأسلاك وكابلات السيارات، وأسلاك المغناطيس. يُستخدم ما يقرب من نصف إجمالي النحاس المستخرج في موصلات الأسلاك والكابلات الكهربائية. ^{[ 183 ]} ​​تعتمد العديد من الأجهزة الكهربائية على أسلاك النحاس نظرًا لخصائصها المفيدة العديدة، مثل موصليتها الكهربائية العالية ، وقوة الشد ، وليونتها ، ومقاومتها للزحف (التشوه) ، ومقاومتها للتآكل ، وانخفاض تمددها الحراري ، وموصليتها الحرارية العالية ، وسهولة لحامها ، وسهولة تركيبها. ^{[ 184 ] : 5.3}

لفترة وجيزة، من أواخر الستينيات إلى أواخر السبعينيات، استُبدلت أسلاك النحاس بأسلاك الألمنيوم في العديد من مشاريع البناء السكني في أمريكا، إلا أن التصميم غير السليم أدى إلى مخاطر نشوب حرائق. ^{[ 185 ] [ 186 ]} وقد حُلّت مشاكل السلامة منذ ذلك الحين باستخدام أسلاك ألمنيوم بأحجام أكبر (8AWG وما فوق)، ولا تزال أسلاك الألمنيوم المصممة بشكل صحيح تُستخدم بدلاً من النحاس. على سبيل المثال، تستخدم طائرة إيرباص A380 أسلاك الألمنيوم بدلاً من أسلاك النحاس لنقل الطاقة الكهربائية. ^{[ 187 ]}

تستخدم الدوائر المتكاملة ولوحات الدوائر المطبوعة النحاس بشكل متزايد بدلاً من الألومنيوم نظرًا لموصليته الكهربائية الفائقة؛ كما تستخدم المشتتات الحرارية والمبادلات الحرارية النحاس لخصائصه الممتازة في تبديد الحرارة. وتستخدم المغناطيسات الكهربائية ، وأنابيب التفريغ ، وأنابيب أشعة الكاثود ، والمغنطرونات في أفران الميكروويف النحاس، وكذلك الموجهات الموجية لإشعاع الميكروويف. ^{[ 188 ]}

تُعزز الموصلية الفائقة للنحاس كفاءة المحركات الكهربائية . ^{[ 189 ]} وهذا أمرٌ بالغ الأهمية لأن المحركات والأنظمة التي تعمل بها تُمثل ما بين 43 و46% من إجمالي استهلاك الكهرباء العالمي، و69% من إجمالي الكهرباء المُستخدمة في الصناعة. ^{[ 190 ]} كما أن زيادة كتلة النحاس ومقطعه العرضي في الملف تُحسّن كفاءة المحرك. وتُتيح دوارات المحركات النحاسية ، وهي تقنية حديثة مُصممة لتطبيقات المحركات التي تُعد فيها وفورات الطاقة من أهم أهداف التصميم، ^{[ 191 ] [ 192 ]} لمحركات الحث العامة تلبية معايير الكفاءة العالية التي وضعتها الرابطة الوطنية لمصنعي المعدات الكهربائية (NEMA) بل وتجاوزها . ^{[ 193 ]}

استُخدم النحاس منذ القدم كمادة معمارية متينة، مقاومة للتآكل ، ومقاومة للعوامل الجوية. وقد صُنعت منه الأسقف ، والوصلات المعدنية ، ومزاريب تصريف مياه الأمطار ، وأنابيب التصريف ، والقباب ، والأبراج ، والأقبية، والأبواب لمئات أو آلاف السنين. وتوسّع استخدام النحاس في العمارة في العصر الحديث ليشمل تكسية الجدران الداخلية والخارجية ، وفواصل التمدد في المباني ، والحماية من الترددات الراديوية ، والمنتجات الداخلية المضادة للميكروبات والزخرفية، مثل الدرابزينات الجذابة، وتجهيزات الحمامات، وأسطح العمل. ومن بين المزايا الأخرى المهمة للنحاس كمادة معمارية: انخفاض التمدد الحراري ، وخفة الوزن، والحماية من الصواعق ، وإمكانية إعادة تدويره. ^{[ 194 ] [ 195 ] [ 196 ] [ 197 ]}

لطالما كان اللون الأخضر الطبيعي المميز للنحاس مرغوبًا لدى المهندسين المعماريين والمصممين. تُعدّ هذه الطبقة النهائية طبقة متينة للغاية ومقاومة للتآكل الجوي، مما يحمي المعدن الأساسي من المزيد من عوامل التعرية. ^{[ 198 ] [ 199 ] [ 200 ]} وقد تتكون من مزيج من مركبات الكربونات والكبريتات بنسب متفاوتة، تبعًا للظروف البيئية مثل الأمطار الحمضية المحتوية على الكبريت. ^{[ 201 ] [ 202 ] [ 203 ] [ 204 ]} كما يمكن تشطيب النحاس المعماري وسبائكه لإضفاء مظهر أو ملمس أو لون معين. وتشمل هذه التشطيبات المعالجات الميكانيكية للأسطح، والتلوين الكيميائي، والطلاءات. ^{[ 205 ]}

يتمتع النحاس بخصائص لحام ممتازة ويمكن لحامه ؛ ويتم الحصول على أفضل النتائج باستخدام ^لحام القوس المعدني بالغاز . ^{[ 206} ]

النحاس مادة مثبطة للنمو ، أي أن البكتيريا والعديد من أشكال الحياة الأخرى لا تنمو عليه. لهذا السبب، استُخدم منذ زمن طويل لتبطين أجزاء من السفن لحمايتها من البرنقيل وبلح البحر . كان يُستخدم في الأصل نقيًا، ولكن حلّت محله لاحقًا مادة مونتز المعدنية والطلاءات النحاسية. وبالمثل، وكما نوقش في دراسة سبائك النحاس في الاستزراع المائي ، أصبحت سبائك النحاس موادًا مهمة في صناعة الشباك في الاستزراع المائي نظرًا لخصائصها المضادة للميكروبات وقدرتها على منع التلوث البيولوجي ، حتى في الظروف القاسية ^{[ 207 ]} ، فضلًا عن تمتعها بخصائص هيكلية قوية ومقاومة للتآكل في البيئات البحرية ^{[ 208 ] .}

تتمتع الأسطح المصنوعة من سبائك النحاس بخصائص طبيعية تقضي على طيف واسع من الكائنات الدقيقة (مثل الإشريكية القولونية O157:H7، والمكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين ( MRSA )، والمكورات العنقودية ، والمطثية العسيرة ، وفيروس الإنفلونزا A ، والفيروس الغدي ، وفيروس SARS-CoV-2 ، والفطريات ). ^{[ 209 ] [ 210 ]} وقد ثبت أن بعض سبائك النحاس تقضي على أكثر من 99.9% من البكتيريا المسببة للأمراض في غضون ساعتين فقط عند تنظيفها بانتظام. ^{[ 211 ]} وقد وافقت وكالة حماية البيئة الأمريكية ( EPA) على تسجيل هذه السبائك النحاسية باعتبارها " مواد مضادة للميكروبات ذات فوائد صحية عامة"؛ ^{[ 211 ]} ويسمح هذا الترخيص للمصنعين بتقديم ادعاءات قانونية بشأن الفوائد الصحية العامة للمنتجات المصنوعة من السبائك المسجلة. بالإضافة إلى ذلك، وافقت وكالة حماية البيئة الأمريكية على قائمة طويلة من منتجات النحاس المضادة للميكروبات المصنوعة من هذه السبائك، مثل قضبان السرير، والدرابزين ، وطاولات السرير، والأحواض ، والحنفيات ، ومقابض الأبواب ، وأدوات المراحيض ، ولوحات مفاتيح الكمبيوتر ، ومعدات النوادي الصحية ، ومقابض عربات التسوق . تستخدم المستشفيات مقابض الأبواب النحاسية للحد من انتقال الأمراض، كما تُساهم أنابيب النحاس في أنظمة السباكة في كبح داء الفيالقة . ^{[ 212 ]} ويجري حاليًا تركيب منتجات سبائك النحاس المضادة للميكروبات في مرافق الرعاية الصحية في المملكة المتحدة، وأيرلندا، واليابان، وكوريا، وفرنسا، والدنمارك، والبرازيل، وفي نظام مترو الأنفاق في سانتياغو، تشيلي، حيث تم تركيب درابزين من سبائك النحاس والزنك في حوالي 30 محطة بين عامي 2011 و2014. ^{[ 213 ] [ 214 ] [ 215 ]} كما تم الترويج لاستخدام أسطح النحاس في الرعاية الصحية في الولايات المتحدة أيضًا. ^{[ 216 ]} ويمكن مزج ألياف النسيج مع النحاس لإنتاج أقمشة واقية مضادة للميكروبات. ^{[ 217 ]}

يستخدم النحاس على نطاق واسع كمادة حافظة للخشب في المقام الأول لأنه مبيد فطري فعال ضد فطريات العفن الرخو مع تجنب التأثير البيئي الكبير للمواد الحافظة القائمة على الكروم والزرنيخ . ^{[ 218 ]}

يُستخدم النحاس بكثرة في صناعة المجوهرات، ووفقًا لبعض المعتقدات الشعبية، تُخفف أساور النحاس من أعراض التهاب المفاصل . ^{[ 219 ]} في دراسة أُجريت على مرضى التهاب المفاصل العظمي، وأخرى على مرضى التهاب المفاصل الروماتويدي، لم تُلاحظ أي فروق بين سوار النحاس وسوار المقارنة (غير النحاسي). ^{[ 220 ] [ 221 ]} لا يوجد دليل يُثبت امتصاص النحاس عبر الجلد. ^{[ 222 ]}