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銅は化学元素であり、元素記号 はCu（ラテン語のcuprumに由来）、原子番号は29です。柔らかく、展延性に優れ、熱伝導率と電気伝導率が非常に高い金属です。純銅の表面は、露出したばかりの状態でピンクがかったオレンジ色をしています。銅は、熱と電気の伝導体として、建築材料として、また、宝飾品に使われるスターリングシルバー、船舶用金具や硬貨の製造に使われるキュプロニッケル、温度測定用のひずみゲージや熱電対に使われるコンスタンタンなど、さまざまな金属合金の構成要素として使用されています。
銅は、天然金属、つまり直接使用可能な合金化されていない金属の形で自然に存在する数少ない金属の1つです。このため、紀元前8000年頃からいくつかの地域で非常に早い時期から人類が銅を使用していました。数千年後、紀元前5000年頃には硫化物鉱石から精錬された最初の金属となり、紀元前4000年頃には型に流し込んで成形された最初の金属となり、紀元前3500年頃には錫と意図的に合金化されて青銅が作られた最初の金属となりました。[ 11 ]
一般的に見られる化合物は銅(II)塩であり、アズライト、マラカイト、トルコ石などの鉱物に青色や緑色を与えることが多く、歴史的に顔料として広く使用されてきました。
建築物、特に屋根材として使用される銅は、酸化して緑青と呼ばれる化合物の緑色の被膜を形成します。銅は、元素金属の形態でも、顔料としての化合物の形態でも、装飾美術に用いられることがあります。銅化合物は、静菌剤、殺菌剤、木材防腐剤として使用されます。
銅はすべての好気性生物にとって必須である。特に酸素代謝と関連が深い。例えば、呼吸酵素複合体であるシトクロムcオキシダーゼ、酸素運搬ヘモシアニン、およびいくつかのヒドロキシラーゼに含まれている。[ 12 ]成人のヒトは 体重1キログラムあたり1.4～2.1ミリグラムの銅を含んでいる。[ 13 ]
この金属の名前は、ラテン語で「キプロスの金属」を意味するaes cypriumに由来します。後期ラテン語では、これはcuprumになりました。古英語では、これがcoperとして採用されました。12世紀に初めて使用されたcopper は、この単語に由来しています。 [ 14 ]
銅、銀、金は周期表の第11族に属します。これら3つの金属は、満たされたd電子殻の上に1つのs軌道電子を持ち、高い延性と電気伝導性および熱伝導性によって特徴付けられます。これらの元素の満たされたd殻は原子間相互作用にほとんど寄与せず、原子間相互作用は金属結合を介したs電子によって支配されます。不完全なd殻を持つ金属とは異なり、銅の金属結合は共有結合性を欠いており、比較的弱いです。この観察は、銅の単結晶の硬度が低く、延性が高いことを説明しています。 [ 15 ]巨視的スケールでは、粒界などの拡張欠陥を結晶格子に導入すると、加えられた応力下での材料の流れが妨げられ、それによって硬度が増します。このため、銅は通常、単結晶よりも強度が高い微細粒多結晶の形で供給されます。[ 16 ]
銅の柔らかさは、その高い電気伝導率を部分的に説明する（59.6×106 S/m) and high thermal conductivity, second highest (second only to silver) among pure metals at room temperature.[17] This is because the resistivity to electron transport in metals at room temperature originates primarily from scattering of electrons on thermal vibrations of the lattice, which are relatively weak in a soft metal.[15]
Copper is one of a few metallic elements with a natural color other than gray or silver.[18] Pure copper is orange-red and acquires a reddish tarnish when exposed to air. This is due to the low plasma frequency of the metal, which lies in the red part of the visible spectrum, causing it to absorb the higher-frequency green and blue colors.[19]
As with other metals, if copper is put in contact with another metal in the presence of an electrolyte, galvanic corrosion will occur.[20]
Copper does not react with water, but it does slowly react with atmospheric oxygen to form a layer of brown-black copper oxide which, unlike the rust that forms on iron in moist air, protects the underlying metal from further corrosion (passivation). A green layer of verdigris (copper carbonate) can often be seen on old copper structures, such as the roofing of many older buildings[21] and the Statue of Liberty.[22] Copper tarnishes when exposed to some sulfur compounds, with which it reacts to form various copper sulfides.[23]
There are 29 isotopes of copper. 63Cu and 65Cu are stable, with 63Cu comprising approximately 69% of naturally occurring copper; both have a spin of 3⁄2.[24] The other isotopes are radioactive, with the most stable being 67半減期61.83時間のCu 。[ 24 ] 10個の準安定異性体が特徴付けられている。68m銅は半減期が3.8分と最も寿命が長い。質量数が64を超える同位体はβ−崩壊し、質量数が64未満の同位体はβ +崩壊する。64半減期が12.7時間のCuは、両方の方向に崩壊する。 [ 25 ] [ 26 ]
62Cuと64Cuは重要な用途がある。62Cuは62に使用されていますCu -PTSMは陽電子放出断層撮影用の放射性トレーサーとして使用される。[ 27 ]
銅は巨大な恒星で生成され[ 28 ]、地殻には約50ppmの割合で存在します[ 29 ] 。自然界では、銅は天然銅、黄銅鉱、斑銅鉱、ダイジェナイト、コベリン、輝銅鉱などの硫化銅、テトラヘダイト-テナンタイト、エナルジャイトなどの硫塩銅、アズライトやマラカイトなどの炭酸銅、そしてそれぞれキュプライトやテノライトなどの銅(I)または銅(II)酸化物として、さまざまな鉱物に存在します[ 17 ]。これまでに発見された最大の元素銅の塊は420トンで、1857年に米国ミシガン州のキーウィノー半島で発見されました。 [ 29 ]天然銅は多結晶体であり、これまでに記述された最大の単結晶は4.4 × 3.2 × 3.2 cmである。[ 30 ]銅は地殻で 26 番目に豊富な元素であり、亜鉛の75 ppm 、鉛の 14 ppmと比較して50 ppm を占めている。[ 31 ]
銅の一般的なバックグラウンド濃度は以下を超えない 大気中濃度1 ng/m³ 。 土壌中濃度150mg /kg 。 植物中30 mg/kg 、淡水および水中2 μg/L 海水中では0.5 μg/Lである。 [ 32 ]
銅の大部分は、銅を 0.4 ～ 1.0% 含む斑岩銅鉱床の大規模な露天掘り鉱山から硫化銅として採掘または抽出されます。鉱山には、チリのチュキカマタ、米国ユタ州のビンガムキャニオン鉱山、米国ニューメキシコ州のエルチノ鉱山などがあります。英国地質調査所によると、2005 年、チリは世界の銅の少なくとも 3 分の 1 を占める最大の銅生産国であり、米国、インドネシア、ペルーがそれに続きます。[ 17 ]世界最大の銅生産国であるチリは、2024 年まで精製銅および合金の輸入の 70% を米国に供給しています。カナダ (17%) とペルー (7%) と合わせて、米国の銅輸入の 94% を占めています。[ 33 ] [ 34 ]銅は、原位置浸出法によっても回収できます。アリゾナ州のいくつかの鉱山は、この方法の有力候補と考えられています。[ 35 ]銅の使用量は増加しており、入手可能な量は、すべての国が先進国レベルの使用量に達するのにかろうじて足りる程度である。[ 36 ]現在研究されている銅の代替供給源は、太平洋の海面下約3000～6500メートルの深海に存在する多金属団塊である。これらの団塊には、コバルトやニッケルなどの他の貴重な金属が含まれている。[ 37 ]
銅は少なくとも1万年前から使用されてきましたが、これまでに採掘および精錬された銅の95%以上は1900年以降に抽出されたものです。[ 38 ]多くの天然資源と同様に、地球上の銅の総量は膨大で、地殻の最上部1キロメートルには約10 14 トンあり、これは現在の採掘速度で約500万年分に相当します。しかし、これらの埋蔵量のほんの一部だけが、現在の価格と技術で経済的に採算が取れるものです。採掘可能な銅の埋蔵量の推定値は、成長率などの主要な仮定によって25年から60年まで異なります。[ 39 ]リサイクルは現代世界における銅の主要な供給源です。[ 38 ]
銅の価格は変動が激しい。[ 40 ] 2022年にピークを迎えた後、価格は予想外に下落した。[ 41 ]そして2024年5月までに、ロンドン金属取引所での価格は1トンあたり11,000ドルを超える史上最高値に達した。[ 42 ]
銅の世界市場は、数十年にわたり、最も商品化され金融化された商品市場の1つである。 [ 43 ]： 213銅原石の主要輸出国はザンビア（69.5億ドル）とチリ（21.6億ドル）で、次いでコンゴ民主共和国（14.1億ドル）であった。銅原石の主要輸入国は中国（61.3億ドル）、スイス（31.5億ドル）、インド（20.5億ドル）であった。[ 44 ]
2024年の世界の銅生産量は2280万～2290万トンと推定されている。[ 45 ] [ 46 ]電力へのエネルギー転換が進んでいるため、銅の需要は増加している。[ 47 ]中国は需要の半分以上を占めている。[ 48 ]
銅の世界需要は2040年までに50％増加すると予測されている。この大幅な増加は、クリーンエネルギー技術の急速な拡大によってもたらされている。今後20年間で、電気自動車の生産や電力網インフラの大規模なアップグレードが進むだろう。 [ 49 ]
銅鉱石の大部分は硫化物です。一般的な鉱石は、黄銅鉱（CuFeS 2）、斑銅鉱（Cu 5 FeS 4）、そして少量ですがコベリン（CuS）と輝銅鉱（Cu 2 S）です。[ 50 ]これらの鉱石は、銅含有量が 1% 未満です。鉱石の濃縮が必要であり、これは粉砕から始まり、続いて浮選が行われます。残った精鉱は製錬され、これは 2 つの簡略化された式で表すことができます。[ 51 ]
これにより、質量比で約98%の銅を含む粗銅が生成され、その後、電気分解によって純度99%まで精製される。電気分解の過程で、少量の銀と金がスラッジとして沈殿することがあるが、これを再処理することで貴金属を回収することができる。[ 52 ]： 798
硫化物以外にも、酸化物という鉱石群があります。世界の銅供給量の約15%はこれらの酸化物から得られます。酸化物の選鉱プロセスは、硫酸溶液による抽出とそれに続く電気分解を含みます。上記の「濃縮」硫化物および酸化物鉱石の方法と並行して、銅は鉱山尾鉱や鉱滓から回収されます。硫酸、アンモニア、塩化第二鉄による浸出など、さまざまな方法が用いられます。生物学的方法も用いられます。[ 51 ] [ 53 ]
国際資源パネルの「社会における金属ストック」レポートによると、社会で使用されている銅の世界的一人当たりストックは35～55kgです 。その多くは発展途上国（一 人当たり30～40kg）ではなく、先進国（一人 当たり140～300kg）にあります。2001年には、一般的な自動車には20～30kg の銅が含まれていました。[ 51 ] 2014年までに、内燃機関車の銅と銅合金の含有量は16.8kgに減少しましたが、 2023年までに 再び24.5kgに増加しました。 [ 56 ]同時に、バッテリー電気自動車にはすでに約91kgの銅と銅合金が含まれています。[ 57 ]
アルミニウムと同様に、銅は原材料の状態からでも製造された製品からでも、品質を損なうことなくリサイクル可能です。[ 58 ]これまでに採掘された銅の約80%は現在も使用されています。[ 59 ]量で見ると、銅は鉄とアルミニウムに次いで3番目に多くリサイクルされている金属です。[ 60 ] 2023年現在リサイクル銅は世界の需要の約3分の1を供給している。 [ 61 ]
銅のリサイクル工程は、銅の抽出工程とほぼ同じだが、工程数は少ない。高純度のスクラップ銅は炉で溶かされ、還元されてビレットやインゴットに鋳造される。[ 62 ]低純度のスクラップは溶かされて黒銅（純度70～90%、鉄、亜鉛、錫、ニッケルなどの不純物を含む）となり、その後転炉で不純物を酸化してブリスター銅（純度96～98%）となり、前述と同様に精製される。[ 63 ]： 202
銅の採掘はエネルギー集約型である。[ 64 ] [ 65 ]採掘では、精製場所付近で潜在的に有毒な粉塵や重金属汚染を含む大量の廃棄物が発生する。[ 66 ]銅鉱石のほとんどは硫化物であるため、製錬が必要となる。製錬では、捕捉されない限り、大気中の硫酸の前駆体である二酸化硫黄が発生する。 [ 51 ]銅の約15%は低品位（希薄）鉱床から産出される。処理は湿式冶金によって行われ、酸性抽出剤が必要となるが、銅の電気分解析出後には廃液中に残る。[ 51 ]
Numerous copper alloys have been formulated, many with important uses. Brass is an alloy of copper and zinc. Bronze usually refers to copper–tin alloys, but can refer to any alloy of copper such as aluminium bronze. Copper-tin bronzes with various additional metals have been used to create bells for centuries; the composition of the alloy directly affects the tone and mechanical characteristics of the instrument.[69] Copper is one of the most important constituents of silver and karat gold solders used in the jewelry industry, modifying the color, hardness and melting point of the resulting alloys.[70] Some lead-free solders consist of tin alloyed with a small proportion of copper and other metals.[71]
The alloy of copper and nickel, called cupronickel, is used in low-denomination coins, often for the outer cladding. The US five-cent coin (currently called a nickel) consists of 75% copper and 25% nickel in homogeneous composition. Prior to the introduction of cupronickel, which was widely adopted by countries in the latter half of the 20th century,[72] alloys of copper and silver were also used, with the United States using an alloy of 90% silver and 10% copper until 1965, when circulating silver was removed from all coins with the exception of the half dollar—these were debased to an alloy of 40% silver and 60% copper between 1965 and 1970.[73] The alloy of 90% copper and 10% nickel, remarkable for its resistance to corrosion, is used for various objects exposed to seawater, though it is vulnerable to the sulfides sometimes found in polluted harbors and estuaries.[74] Alloys of copper with aluminium (about 7%) have a golden color and are used in decorations.[29]Shakudō is a Japanese decorative alloy of copper containing a low percentage of gold, typically 4–10%, that can be patinated to a dark blue or black color.[75]
銅は多様な化合物を形成し、通常は酸化状態が+1と+2であり、それぞれ銅(I)と銅(II)と呼ばれることが多い。[ 76 ]銅化合物は、数多くの化学的および生物学的プロセスを促進または触媒する。[ 77 ]
他の元素と同様に、銅の最も単純な化合物は二元化合物、つまり2つの元素のみを含む化合物であり、主な例としては酸化物、硫化物、ハロゲン化物がある。一価銅と二価銅の両方の酸化物が知られている。多数の硫化銅が知られており、[ 78 ]主に鉱石として関心を集めている。化学量論的に最も単純な例は、硫化銅(I) ( Cu 2 S ) と一硫化銅( CuS ) である。[ 79 ]
塩化銅(I )、臭化銅(I) 、ヨウ化銅(II)は知られているが、フッ化銅(I)は未だに見つかっていない。フッ化銅(II) 、塩化銅(II) 、臭化銅(II)もよく特性が解明されている。ヨウ化銅(II)を調製しようとすると、ヨウ化銅(I)とヨウ素しか得られない。[ 76 ]
銅は配位子と配位錯体を形成する。水溶液中では、銅(II)は[Cu(H)として存在する。2 O)6 ] 2+この錯体は、あらゆる遷移金属アクア錯体の中で最も速い水交換速度（水配位子の結合および解離速度）を示す。水酸化ナトリウム水溶液を加えると、淡青色の固体水酸化銅(II)が沈殿する。[ 80 ]簡略化された式は次のとおりである。
水性アンモニアでも同様の沈殿が生じる。過剰のアンモニアを加えると、沈殿は溶解し、テトラアンミン銅(II)が生成する。
他の多くのオキシアニオンも錯体を形成します。これらには、酢酸銅(II)、硝酸銅(II)、炭酸銅(II)などがあります。硫酸銅(II)は青色の結晶性五水和物を形成し、これは実験室で最もよく知られている銅化合物です。これはボルドー液と呼ばれる殺菌剤に使用されています。[ 81 ]
ポリオール、すなわち複数のアルコール官能基を含む化合物は、一般的に銅塩と相互作用する。例えば、銅塩は還元糖の検査に使用される。具体的には、ベネディクト試薬とフェーリング溶液を使用すると、青色のCu(II)から赤色の酸化銅(I)への色の変化によって糖の存在が示される。[ 82 ]シュバイツァー試薬およびエチレンジアミンや他のアミンとの関連錯体はセルロースを溶解する。[ 83 ]アミノ酸は銅(II)と非常に安定なキレート錯体を形成する。 [ 84 ]
炭素-銅結合を含む化合物は有機銅化合物として知られています。これらは酸素に対して非常に反応性が高く、酸化銅(I)を生成し、化学において多くの用途があります。これらは銅(I)化合物をグリニャール試薬、末端アルキン、または有機リチウム試薬で処理することによって合成されます。[ 85 ]特に、最後に説明した反応ではギルマン試薬が生成されます。これらはアルキルハライドとの置換反応を起こしてカップリング生成物を形成できるため、有機合成の分野で重要です。アセチリド銅(I)は非常に衝撃に敏感ですが、カディオ-チョドキエヴィッチカップリング[ 86 ]やソノガシラカップリング[ 87 ]などの反応の中間体です。エノンへの共役付加[ 88 ]やアルキンのカルボクプラ化[ 89 ]も有機銅化合物で達成できます。銅(I)は、特にアミン配位子の存在下で、アルケンや一酸化炭素と様々な弱い錯体を形成する。 [ 90 ]
銅(III)は酸化物として最もよく見られます。簡単な例としては、青黒色の固体であるカリウム銅酸化物、KCuO 2 があります。[ 91 ]最も広く研究されている銅(III)化合物は、銅酸化物超伝導体です。イットリウムバリウム銅酸化物(YBa 2 Cu 3 O 7 ) は、Cu(II) 中心と Cu(III) 中心の両方から構成されています。酸化物と同様に、フッ化物は非常に塩基性の高い陰 イオンであり[ 92 ] 、高酸化状態の金属イオンを安定化することが知られています。銅(III) フッ化物と銅(IV) フッ化物の両方が知られており、それぞれK 3 CuF 6とCs 2 CuF 6です。[ 76 ]
一部の銅タンパク質はオキソ錯体を形成し、広く研究されている合成類似系では銅(III)が特徴である。[ 93 ] [ 94 ]テトラペプチドでは、紫色の銅(III)錯体は脱プロトン化されたアミド配位子によって安定化される。[ 95 ]
銅(III)錯体は、例えばカラッシュ・ソスノフスキー反応などの有機銅化合物の反応の中間体としても見られる。[ 96 ] [ 97 ] [ 98 ]
銅の生物学的役割は、地球の大気中に酸素が現れたことから始まった。[ 99 ]銅タンパク質は、生物学的電子伝達と酸素輸送において多様な役割を果たしており、これらのプロセスはCu(I)とCu(II)の容易な相互変換を利用している。[ 100 ]銅は、すべての真核生物の好気呼吸に不可欠である。ミトコンドリアでは、酸化的リン酸化の最後のタンパク質であり、ATPにエネルギーを蓄えるシトクロムcオキシダーゼに見られる。銅原子は、酸素への電子伝達中に交互に還元および酸化される。[ 101 ] : 383銅は、スーパーオキシドを（不均化によって）酸素と過酸化水素に変換することによってスーパーオキシドの分解を触媒するタンパク質である多くのスーパーオキシドジスムターゼにも見られる。
ヘモシアニンというタンパク質は、ほとんどの軟体動物やカブトガニ（Limulus polyphemus）などの一部の節足動物において酸素運搬体として機能している。 [ 102 ]ヘモシアニンは青色であるため、これらの生物は鉄を基盤とするヘモグロビンの赤い血液ではなく、青い血液を持っている。ヘモシアニンと構造的に関連しているのはラッカーゼとチロシナーゼである。これらのタンパク質は酸素を可逆的に結合するのではなく、基質を水酸化する。これは、ラッカーの形成におけるそれらの役割によって示されている。[ 103 ]
青色銅タンパク質など、いくつかの銅タンパク質は基質と直接相互作用しないため、酵素ではありません。これらのタンパク質は電子伝達と呼ばれるプロセスによって電子を伝達します。[ 103 ]亜酸化窒素還元酵素には、独特な四核銅中心が見つかっています。[ 104 ]
銅の濃度は、原核細胞と真核細胞の両方において、重要な生理的ニーズを満たしつつ毒性を回避するために厳密に調節されている。
銅は植物や動物にとって必須の微量元素ですが、すべての微生物にとって必須というわけではありません。人体には 体重1kgあたり約1.4～2.1mgの銅が含まれています。[ 105 ]
銅は腸で吸収され、アルブミンと結合して肝臓に運ばれます。[ 106 ]肝臓で処理された後、銅は第2段階で他の組織に分配されます。この段階では、血液中の銅の大部分を運ぶタンパク質であるセルロプラスミンが関与します。セルロプラスミンは、母乳中に排泄される銅も運び、銅源として特によく吸収されます。[ 107 ]体内の銅は通常、腸肝循環を受け（ 1日あたり約5mg、食事から吸収され体外に排泄されるのは約1mg ）、必要に応じて、胆汁 を介して余分な銅の一部を排泄することができます。胆汁は、腸で再吸収されない銅の一部を肝臓から運び出します。[ 108 ] [ 109 ]
米国医学研究所は、 2001 年に銅の推定平均必要量 (EAR) と推奨栄養所要量 (RDA) を更新しました。EAR と RDA を設定するのに十分な情報がない場合は、代わりに適正摂取量(AI) と呼ばれる推定値が使用されます。銅の AI は、 0～6 か月の男女で銅 200 μg、 7～12 か月の男女で銅 220 μg です。男女ともに、銅の RDA は、 1～3 歳で銅 340 μg、 4～8 歳で銅 440 μg、 9～13 歳で銅 700 μg、 14～18 歳で銅 890 μg、 19 歳以上で銅 900 μg です。妊娠中は 1,000 μg、授乳中は 1,300 μg です。[ 111 ]安全性に関しては、医学研究所は、十分な証拠がある場合、ビタミンとミネラルの許容上限摂取量（UL）も設定しています。銅の場合、ULは10 mg/日に設定されています。EAR、RDA、AI、ULはまとめて食事摂取基準 と呼ばれます。[ 112 ]
欧州食品安全機関(EFSA) は、この一連の情報を食事参照値と呼び、RDA の代わりに人口参照摂取量 (PRI)、EAR の代わりに平均必要量を使用しています。AI と UL は米国と同じように定義されています。18 歳以上の女性と男性の AI は それぞれ 1.3 mg/日と 1.6 mg/日に設定されています。妊娠中および授乳中の AI は 1.5 mg/日です。1～17 歳の子供の場合、AI は年齢とともに 0.7 mg/日から 1.3 mg/日に増加します。これらの AI は米国の RDA よりも高くなっています。[ 113 ]欧州食品安全機関は同じ安全性の問題を検討し、UL を 5 mg/日に設定しました。これは米国の値の半分です。[ 114 ]
米国の食品および栄養補助食品の表示目的では、1食分に含まれる量は1日摂取量のパーセント（%DV）として表されます。2019年に、1日摂取量の100%は、推奨摂取 量（RDA）に合わせるために0.9mgに改訂されました。[ 115 ] [ 116 ]
銅は鉄の吸収を促進する役割を担っているため、銅欠乏症は貧血様症状、好中球減少症、骨異常、色素沈着低下、成長障害、感染症の増加、骨粗鬆症、甲状腺機能亢進症、グルコースおよびコレステロール代謝異常を引き起こす可能性がある。[ 117 ]一方、ウィルソン病は、体組織に銅が蓄積する遺伝性疾患である。[ 118 ]
ヨーロッパウサギの健全な成長に必要な最低限の栄養価は、飼料中に少なくとも3 ppmであると報告されている。 [ 119 ]しかし、ウサギの飼料中の銅の濃度が高い場合（100 ppm、200 ppm、または500 ppm） 、飼料変換効率、成長率、および枝肉歩留まりに好ましい影響を与える可能性がある。[ 120 ]
重度の欠乏は、血漿または血清銅レベル、セルロプラスミン、および赤血球スーパーオキシドジスムターゼレベルの低下を検査することで発見できますが、これらは軽度の銅の状態には感度がありません。「白血球および血小板のチトクロムcオキシダーゼ活性」が欠乏の別の要因として挙げられていますが、結果は再現性によって確認されていません。[ 121 ]
銅の慢性毒性は、吸収と排泄を調節する輸送システムがあるため、通常はヒトでは発生しません。5 mg/日のレベルでは銅の蓄積は起こらないと予想されます 。[ 122 ]
研究により、体内の銅レベルの調節といくつかの神経疾患、特にアルツハイマー病との関連性が示されています。これらの研究は、問題は曝露毒性ではなく、加齢に伴う内部調節メカニズムの崩壊であることを示唆しています。[ 123 ]
グラム単位の様々な銅塩が自殺未遂で摂取され、ヒトに急性銅中毒を引き起こし、不可逆的な肝不全を招いた。[ 124 ]銅輸送タンパク質の常染色体劣性突然変異も調節不全を引き起こし、銅蓄積、肝硬変、精神症状を伴うウィルソン病に つながる。 [ 124 ]
工業規模のバイオリーチングシステムでは、細菌を用いて銅を抽出する。微生物溶液が粉砕鉱石を浸透し、不溶性の硫化銅を可溶性の硫酸銅に変換する。得られた溶液から電解採取によって高純度の銅が抽出される。[ 125 ]： 628
米国では、労働安全衛生局（OSHA）が、職場における銅粉塵の許容曝露限界 （PEL）を時間加重平均（TWA）1 mg/m 3 、銅ヒュームの許容曝露限界を0.1 mg/m 3と定めている[ 126 ]。国立労働安全衛生研究所（NIOSH）は、推奨曝露限界（REL）を時間加重平均1 mg/m 3と定めている。IDLH （生命および 健康に即時危険）値は100 mg/m 3である[ 127 ]。銅はタバコの煙の成分である[ 128 ] [ 129 ]。
銅は天然の金属銅として自然に存在し、記録に残る最古の文明のいくつかに知られていました。天然銅の使用の歴史は 中東で紀元前9000年に遡ります。[ 130 ]イラク北部では紀元前8700年の天然銅のペンダントが発見されています 。[ 131 ]証拠によると、銅と熱冶金術以前に人類が使用していた金属は金と天然の隕鉄のみでした。[ 132 ]銅冶金術の歴史は、まず天然銅の冷間加工、次に焼きなまし、続いて製錬、最後に鋳造という順序で進んだと考えられています。
ユーラシアにおける熱冶金の最古の考古学的証拠は、バルカン半島とカルパティア山脈で発見されており、紀元前6200年から5000年の間に鋳造と製錬によって作られた銅製品が発見されています。 [ 133 ] [ 134 ] [ 135 ] [ 136 ]ロストワックス鋳造による銅の最古の例は、パキスタンのメヘルガルで発見された紀元前4000年の護符です 。[ 137 ]中央東アルプスで発見された紀元前3300年から3200年の男性であるアイスマンのエッツィは、純度99.7%の銅製の斧頭を持っていました。彼の髪の毛から高濃度のヒ素が検出されたことから、銅の製錬に関わっていたことが示唆されます。[ 138 ]製錬は紀元前2800年以前に中国で、紀元600年頃に中央アメリカで、紀元9世紀または10世紀頃に西アフリカで発見されたと考えられています。[ 139 ]炭素年代測定により、イギリスのチェシャー州アルダーリー・エッジで紀元前2280年から1890年の間に銅の採掘が行われていたことが確認されています。[ 140 ]銅に関する経験は他の金属の開発に役立ちました。特に銅の製錬は鉄の製錬の発見につながったと考えられます。[ 138 ]
ミシガン州とウィスコンシン州の旧銅複合地帯における未精錬の天然銅の生産は、 紀元前6500年から3000年の間に遡るとされています。[ 141 ] [ 142 ] [ 143 ]ウィスコンシン州で発見された銅製の槍先は、紀元前6500年のものとされています 。[ 141 ]北米五大湖地域の旧銅複合地帯の先住民による天然銅の使用は、放射年代測定により紀元前7500年まで遡るとされています 。[ 141 ] [ 144 ] [ 145 ]五大湖周辺の北米先住民は、この時期に純度99%の天然銅鉱脈を発見した可能性があり、これは世界で最も古い銅採掘例の1つとなっています。 [ 146 ] [ 147 ]ミシガン州の湖からの先史時代の鉛汚染の証拠から、この地域の人々が紀元前1450年から3000年の間に銅の採掘を始めたことが分かります。紀元前6000年。[ 147 ] [ 141 ]後世の証拠によれば、北米の旧銅器複合体では実用的な銅製品の使用が次第に減り、装飾的な銅製品の生産が増加する方向にシフトした。[ 148 ]
天然青銅は、ケイ素、ヒ素、そして（まれに）錫を豊富に含む鉱石から作られる銅の一種で、 紀元前5500年頃にバルカン半島で広く使われるようになった。[ 149 ]銅と錫を合金にして青銅を作る方法は、銅の製錬が発見されてから約4000年後、そして「天然青銅」が広く使われるようになってから約2000年後に初めて実践された。[ 150 ]ヴィンチャ文化の青銅器は紀元前4500年に遡る 。[ 151 ]シュメールとエジプトの銅と青銅の合金の遺物は紀元前3000年に遡る 。[ 152 ]エジプトブルー、またはキュプロリバイト（ケイ酸カルシウム銅）は、銅を含む合成顔料で、紀元前3250年頃に古代エジプトで使われ始めた 。[ 153 ]エジプトブルーの製造工程はローマ人には知られていたが、西暦4世紀までにこの顔料は使われなくなり、その製造工程の秘密は失われてしまった。紀元前1世紀のローマ人ウィトルウィウスは、この青色顔料は銅鉱物または青銅、石灰、そしてナトロンのような融剤から作られると述べており、この基本的な製法は現代でも確認されている。[ 154 ]
青銅器時代は、南東ヨーロッパでは紀元前3700～3300 年頃、北西ヨーロッパでは紀元前2500年頃に始まった。近東では紀元前 2000～1000年、北ヨーロッパでは紀元前600年に鉄器時代の始まりとともに終わった。新石器時代と青銅器時代の移行期は、かつては銅器時代（銅石器時代）と呼ばれ、石器とともに銅器が使われていた。世界のいくつかの地域では、銅器時代と新石器時代が両端で一致しているため、この用語は徐々に使われなくなっている。銅と亜鉛の合金である真鍮は、はるかに新しい起源を持つ。ギリシャ人には知られていたが、ローマ帝国時代には青銅の重要な補完物となった。[ 152 ]
ギリシャでは、銅はチャルコス（χαλκός ）という名前で知られていました。それはローマ人、ギリシャ人、その他の古代の人々にとって重要な資源でした。ローマ時代には、銅はアエス・キュプリウムとして知られていました。アエスは銅合金の総称であるラテン語で、キュプリウムは銅が多く採掘されたキプロス島に由来します。この語句はクプルムに簡略化され、英語の銅となりました。アフロディーテ（ローマ神話ではヴィーナス）は、その光沢のある美しさと鏡の製造における古代の用途から、神話や錬金術において銅を象徴していました。銅の産地であるキプロス島は女神にとって神聖な場所でした。古代人が知っていた7つの天体は、古代に知られていた7つの金属と関連付けられており、ヴィーナスは女神との関連と、ヴィーナスが太陽と月の次に最も明るい天体であり、金と銀に次いで最も光沢があり望ましい金属に対応することから、銅に割り当てられました。[ 155 ]
銅は北米先住民の間で最も広く使われた金属であり、その使用の証拠は7000年前に遡る。[ 156 ]原始的な石器を用いて、ロイヤル島 の遺跡から西暦800年から1600年の間に天然の銅が採掘されていたことが知られている 。[ 157 ]おそらく五大湖地域で発見された純粋な銅塊から作られた銅は、西暦1000年から1300年頃、北米の都市カホキア（現在のミズーリ州付近）で、繰り返しハンマーで叩いて焼きなましすることによって加工された 。[ 158 ]この時期（西暦1000年から1300年）に遡る、ミシシッピ文化の銅板として知られる精巧な銅板が、北米のカホキア周辺地域でいくつか発見されている 。[ 158 ]
南米では、 アルゼンチンのアンデス山脈で発見された紀元前1000年の銅製マスクが、アンデス山脈で発見された最古の銅製遺物として知られています。[ 159 ]ペルーはコロンブス以前のアメリカ大陸における初期の銅冶金の起源と考えられてきましたが、アルゼンチンの銅製マスクは、南アンデスのカホン・デル・マイポが南米における初期の銅加工のもう一つの重要な中心地であったことを示唆しています。[ 159 ]ペルーにおける銅冶金は 紀元前500年頃に始まり、大規模な生産はペルー北部のシカン文化 の隆盛の一環として西暦900年頃に始まりました。生産はチモール文化とインカ文化による一連の征服を経て、1532年のスペインによる征服で終わりました。[ 160 ]
サハラ以南のアフリカでは、紀元前2000年頃のアガデスでの最初の鉱山から1800年代初頭までの間、銅は金や銀よりも貴重で権威のあるものとみなされていました。銅はアフリカで広く取引され、多くの宗教的、政治的、社会的な役割を果たしました。対照的に、地元の金鉱床はポルトガル人やアラブ人の商人との接触まで無視されていました。[ 161 ] [ 162 ] [ 163 ]
銅の文化的役割は、特に通貨において重要であった。紀元前6世紀から3世紀にかけてのローマ人は、銅の塊を貨幣として使用した。当初は銅そのものが価値があったが、次第に銅の形や外観がより重要になっていった。ユリウス・カエサルは真鍮製の硬貨を、オクタヴィアヌス・アウグストゥス・カエサルは銅・鉛・錫合金製の硬貨を製造した。推定年間生産量が約15,000 トンに達したローマの銅採掘と製錬活動は、産業革命の時代まで比類のない規模に達した。最も集中的に採掘された属州は、ヒスパニア、キプロス、中央ヨーロッパであった。[ 164 ] [ 165 ]
エルサレム神殿の門には、銅、銀、金の合金であるコリント青銅が使われており、酸化銅を徐々に除去して金の表面層を作る減金めっき処理が施されていた。この工程はアレクサンドリアで最も盛んに行われ、金のような外観を生み出す化学処理に触発された錬金術がそこで始まったと考えられている。[ 166 ]
大銅山はスウェーデンのファールンにある鉱山で、10世紀から1992年まで操業していました。17世紀にはヨーロッパの銅消費量の3分の2を満たし、当時のスウェーデンの多くの戦争の資金源となりました。[ 167 ]この鉱山は国の財源と呼ばれ、スウェーデンは銅を裏付けとした通貨を持っていました。[ 168 ]
銅は屋根材[ 21 ]、通貨、ダゲレオタイプとして知られる写真技術に使用されています。銅はルネサンス彫刻に使用され、自由の女神像の建設にも使用されました。銅は様々な種類の建設に引き続き使用されています。銅メッキと銅被覆は、船の水中船体を保護するために広く使用されており、この技術は18世紀に英国海軍本部によって開拓されました。[ 169 ]ハンブルクのノルトドイチェ・アフィネリーは、1876年に生産を開始した最初の近代的な電気めっき工場でした。[ 170 ]
1880年代から1930年代の世界恐慌まで、電気の時代における銅の需要の高まりの間、米国は世界の新規採掘銅の3分の1から半分を生産した。[ 171 ]主な産地としては、主に天然銅鉱床であるミシガン州北部のキーウィノー地区があったが、1880年代後半にはモンタナ州ビュートの広大な硫化物鉱床に取って代わられ、さらに南西部の斑岩鉱床、特にユタ州ビンガムキャニオンとアリゾナ州モレンシに取って代わられた。露天掘り蒸気ショベル採掘の導入と製錬、精製、浮選濃縮、その他の処理工程における革新により、大量生産が可能になった。20世紀初頭にはアリゾナ州が1位、次いでモンタナ州、ユタ州、ミシガン州の順であった。[ 172 ]
フラッシュ製錬はフィンランドのOutokumpu社によって開発され、1949年にハルヤヴァルタで初めて適用されました。このエネルギー効率の良いプロセスは、世界の一次銅生産量の50%を占めています。[ 173 ]
1967年にチリ、ペルー、ザイール、ザンビアによって設立された銅輸出国政府間協議会（ICCE）は、石油におけるOPECと同様に銅市場で活動したが、特に世界第2位の生産国である米国が加盟していなかったため、OPECと同じような影響力を持つことはなかった。ICCEは1988年に解散した。[ 174 ] 2008年、中国は世界最大の銅輸入国となった。[ 43 ] : 187
銅の主な用途は、電線（60%）、屋根材と配管（20%）、産業機械（15%）です。銅は主に純金属として使用されますが、より高い硬度が必要な場合は、真鍮や青銅などの合金に加工されます（総使用量の5%）。[ 29 ] 2世紀以上にわたり、銅塗料は植物や貝類の成長を抑制するために船体に使用されてきました。[ 175 ]銅供給量のごく一部は、農業における栄養補助食品や殺菌剤として使用されています。[ 81 ] [ 176 ]純銅は延性、弱さ、銅の切削屑と切削工具間の摩擦が大きいため、銅の機械加工は困難です。良好な機械加工性のためには合金が好まれます。[ 177 ]銅製の調理器具は酸性またはアルカリ性の食品と反応して金属臭を残すことがありますが、卵白を泡立てるのに役立ちます。[ 178 ]
他の材料との競争にもかかわらず、銅は架空送電線を除くほぼすべての種類の電気配線において、依然として好ましい電気導体である。架空送電線ではアルミニウムが好まれることが多い。[ 179 ] [ 180 ]銅線は、発電、送電、配電、電気通信、電子回路、および無数の種類の電気機器に使用されている。[ 181 ]電気配線は銅産業にとって最も重要な市場である。[ 182 ]これには、構造用電力配線、配電ケーブル、家電用配線、通信ケーブル、自動車用配線およびケーブル、マグネットワイヤーが含まれる。採掘される銅の約半分は、電気配線およびケーブル導体に使用されている。[ 183 ] 多くの電気機器は、高い電気伝導率、引張強度、延性、クリープ（変形）抵抗、耐腐食性、低い熱膨張率、高い熱伝導率、はんだ付けの容易さ、設置の容易さなど、銅配線の多くの有益な特性に依存している。[ 184 ] : 5.3
1960年代後半から1970年代後半にかけての短期間、アメリカの多くの住宅建設プロジェクトで銅線がアルミニウム線に置き換えられましたが、不適切な設計により火災の危険が生じました。 [ 185 ] [ 186 ]その後、より太いアルミニウム線（#8AWG以上）を使用することで安全上の問題は解決され、適切に設計されたアルミニウム線は現在でも銅線の代わりに設置されています。たとえば、エアバスA380では、電力伝送に銅線の代わりにアルミニウム線が使用されています。[ 187 ]
集積回路やプリント基板では、優れた電気伝導性のため、アルミニウムの代わりに銅がますます使用されるようになっている。ヒートシンクや熱交換器では、優れた放熱特性のため銅が使用されている。電子レンジの電磁石、真空管、陰極線管、マグネトロン、マイクロ波放射用の導波管にも銅が使用されている。[ 188 ]
銅の優れた導電性により、電気モーターの効率が向上します。[ 189 ]これは、モーターとモーター駆動システムが世界の全電力消費量の43～46%、産業で使用される全電力の69%を占めているため重要です。[ 190 ]コイル内の銅の質量と断面積を増やすと、モーターの効率が向上します。エネルギー節約が主要な設計目標であるモーター用途向けに設計された新しい技術である銅モーターローター[ 191 ] [ 192 ]は、汎用誘導モーターが全米電気機器製造業者協会（NEMA）のプレミアム効率基準を満たし、それを超えることを可能にしています。[ 193 ]
銅は古代から耐久性、耐腐食性、耐候性に優れた建築材料として使用されてきました。屋根、水切り板、雨どい、縦樋、ドーム、尖塔、ヴォールト、ドアは何百年、何千年もの間、銅で作られてきました。現代では、銅の建築用途は拡大し、内外装の壁被覆材、建物の伸縮継手、高周波シールド、抗菌性や装飾性に優れた屋内製品（魅力的な手すり、浴室設備、カウンターなど）にも使用されています。建築材料としての銅のその他の重要な利点としては、熱膨張率が低いこと、軽量であること、落雷保護、リサイクル性などが挙げられます。[ 194 ] [ 195 ] [ 196 ] [ 197 ]
金属特有の自然な緑青は、建築家やデザイナーに長年切望されてきた。最終的な緑青は、大気腐食に非常に強い耐久性のある層であり、それによって下地の金属をそれ以上の風化から保護する。[ 198 ] [ 199 ] [ 200 ]硫黄を含む酸性雨などの環境条件に応じて、炭酸塩化合物と硫酸塩化合物のさまざまな割合の混合物になることがある。[ 201 ] [ 202 ] [ 203 ] [ 204 ]建築用銅とその合金は、特定の外観、感触、または色にするために「仕上げ」ることもできる。仕上げには、機械的な表面処理、化学的な着色、およびコーティングが含まれる。[ 205 ]
銅はろう付けやはんだ付けに優れた特性を持ち、溶接も可能です。最も良い結果はガス金属アーク溶接で得られます。[ 206 ]
銅は生物静止性があり、細菌やその他の多くの生物がその上で繁殖しません。このため、フジツボやムール貝の付着を防ぐために、船の部品の内張りに長年使用されてきました。当初は純粋な銅が使用されていましたが、その後、マンツ金属や銅ベースの塗料に取って代わられました。同様に、養殖における銅合金で述べたように、銅合金は抗菌性があり、極端な条件下でも生物付着を防ぎ、 [ 207 ]海洋環境において強力な構造特性と耐腐食性を備えているため、 [ 208 ]養殖産業において重要な網材となっています。
銅合金の接触面は、大腸菌O157:H7、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA）、ブドウ球菌、クロストリジウム・ディフィシル、インフルエンザAウイルス、アデノウイルス、SARS-CoV-2、真菌など、幅広い微生物を死滅させる自然な特性を持っています。[ 209 ] [ 210 ]一部の銅合金は、定期的に洗浄すると、わずか2時間以内に病原菌の99.9%以上を死滅させることが証明されています。[ 211 ]米国環境保護庁（EPA）は、これらの銅合金を「公衆衛生上の利点を持つ抗菌材料」として登録することを承認しました。 [ 211 ]この承認により、製造業者は登録された合金で作られた製品の公衆衛生上の利点について法的主張を行うことができます。さらに、EPA は、ベッドレール、手すり、オーバーベッドテーブル、シンク、蛇口、ドアノブ、トイレの金具、コンピューターのキーボード、ヘルス クラブの機器、ショッピングカートのハンドルなど、これらの合金から作られた抗菌銅製品の長いリストを承認しています。銅製のドアノブは、病気の伝染を最小限に抑えるために病院で使用されており、配管システムの銅管によってレジオネラ症が抑制されています。[ 212 ]抗菌銅合金製品は現在、英国、アイルランド、日本、韓国、フランス、デンマーク、ブラジルの医療施設、およびチリのサンティアゴの地下鉄交通システムに設置されており、2011 年から 2014 年の間に約 30 駅に銅亜鉛合金の手すりが設置されました。[ 213 ] [ 214 ] [ 215 ]医療における銅表面は、米国でも推奨されています。[ 216 ] 繊維を銅と混合することで抗菌保護布地を作ることができる。[ 217 ]
銅は、軟腐病菌に対する効果的な殺菌剤であると同時に、クロムやヒ素をベースとした防腐剤の重大な環境影響を回避できるため、木材防腐剤として広く使用されています。[ 218 ]
銅は宝飾品によく使われ、民間伝承によると、銅のブレスレットは関節炎の症状を和らげると言われています。[ 219 ]変形性関節症と関節リウマチのそれぞれ1つの試験では、銅のブレスレットと対照（非銅）ブレスレットの間に差は見られませんでした。[ 220 ] [ 221 ]銅が皮膚から吸収されるという証拠はありません。[ 222 ]
{{cite web}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)フランクリン研究所がCPSCのために実施した全国調査によると、1972年以前に建てられ、アルミニウム配線が使用されている住宅は、銅配線の住宅に比べて、コンセントの1つ以上の配線接続が「火災危険状態」に達する可能性が55倍高いことが示された。
。ブレスレットを着用することで銅が皮膚から吸収されることは証明されていませんが、研究によると、過剰な銅は中毒を引き起こし、嘔吐や、重症の場合は肝臓障害を引き起こす可能性があります。
[ 1 ]
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