مس با عدد اتمی ۲۹ در گروه یازدهم جدول تناوبی قرار گرفته است. نماد شیمیایی این عنصر Cu بوده و نام آن از واژه لاتین Cuprum گرفته شده است. از ویژگی‌های این عنصر می‌توان به شکل‌پذیری، رسانایی گرمایی و الکتریکی بالا و چکش خواری اشاره نمود و در صنایع مختلف کاربرد فراوانی دارد.
بیشترین تولید سالانه این فلز متعلق به کشور شیلی با ۵/۷ میلیون تن است. ایران تأمین‌کننده حدود ۳ درصد از ذخایر مس دنیا می‌باشد.
مس (Cu) به‌شکل خالص یا آلیاژ یکی از مهم‌ترین فلزات صنعتی است. این فلز دارای ساختار کریستالی مکعب محور است و دمای بحرانی که در آن ساختار کریستالی تغییر کند وجود ندارد؛ در نتیجه، انعطاف‌پذیر است و دارای سطح بالایی از رسانایی الکتریکی و حرارتی است و آن را برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای زینتی و صنعتی جذاب می‌کند. با کار سرد، مس سخت‌تر می‌شود، اما می‌توان با فرآیند عملیات حرارتی به نام آنیلینگ، دوباره آن را نرم کرد.
مس و آلیاژهای آن
بخش عمده تولید مس دنیا در صنایع برق استفاده می‌شود. بیشتر باقیمانده با فلزات دیگر ترکیب می‌شود تا آلیاژها را تشکیل دهند. در مصارف مختلف، آلیاژهای مس از سایر آلیاژهای غیر آهنی پیشی گرفته و مخلوطی از مس با روی، قلع، نیکل، آلومینیوم، سرب، منگنز و سایر عناصر را تشکیل می‌دهند.
هادی‌های الکتریکی
نمونه‌های معمولی مس الکترولیتی، حاوی 99/92 تا 99/96 درصد مس هستند. حدود 0/03 درصد اکسیژن به‌طور عمدی در مس باقی می‌ماند، زیرا این مقدار کمی چگالی و رسانایی فلز را بهبود می‌بخشد. مس در این شرایط رسانایی 100 تا 102 درصد استاندارد بین‌المللی مس آنیل شده دارد. پیروی از این استاندارد، مقاومت 0/15328 اهم برای طول 1 متر با وزن 1 گرم در 20 درجه سانتیگراد را فراهم می‌آورد. این استاندارد به‌طور جهانی برای مقاصد صنعتی پذیرفته شده‌است.
برای ساخت مفتول مسی، مس الکترولیتی می‌تواند به‌شکل میله‌هایی ریخته شود که در چندین اندازه استاندارد با وزن متفاوت از 60 تا 225 کیلوگرم ساخته می‌شوند. سپس میله‌ها تا دمای 700 تا 850 درجه سانتیگراد دوباره گرم می‌شوند و به میله‌هایی با قطر تقریباً 10 میلی‌متر نورد می‌شوند. (کاتدهای مسی ممکن است مستقیماً به‌صورت میله پیوسته ریخته شوند، در نتیجه مرحله میانی تولید میله سیمی حذف می‌شود.) میله به‌صورت سرد، از طریق قالب‌هایی با قطره‌ای متوالی کوچک‌تر تا رسیدن به‌اندازه دلخواه به‌صورت سیم کشیده می‌شود. قالب‌ها معمولاً از جنس کاربید تنگستن هستند. برای سیم‌های ظریف‌تر از قالب‌های الماسی استفاده می‌شود.
بخش عمده‌ای از سیم‌های مسی به‌شکل کابل‌های لخت به بازار عرضه می‌شود. بسیاری نیز به‌صورت رشته‌ای عرضه می‌شود. تمام این عملیات به‌کمک ماشین‌های خاصی انجام‌می‌شود که تا حد زیادی به‌صورت خودکار عمل می‌کنند.
کابل‌های مسی اغلب پوشانده می‌شوند تا در برابر رطوبت مقاوم شوند. برای این کار از پوشش سرب، اکسترود شده بر روی خارج کابل، اغلب استفاده می‌شود. گاهی اوقات ممکن است زره‌های کنفی یا فلزی برای محافظت بیشتر اضافه شود.
صنایع برق همچنین از مقادیر زیادی نوار مسی لخت برای ادغام در ماشین‌آلات الکتریکی استفاده می‌کنند. این شکل روبان مانند فلز، عمدتاً از میله‌های سیمی و از طریق نورد تولید می‌شود. نوار مسی با عرض بیشتر و ضخامت بسیار نازک‌تر نیز در طول‌های بلند تولید و به‌صورت کلاف عرضه می‌شود.
ورق و نوار
اصطلاح نوار (Strip) مسی، متمایز از ورق مس، معمولاً به مقاطعی با عرض کمتر از 60 سانتی‌متر در طول‌های بلند اطلاق می‌شود. بیشتر نوارهای مورد استفاده، کمتر از 30 سانتی‌متر عرض دارد. در مراحل اولیه ساخت، مس ریخته‌گری شده، به‌صورت گرم نورد می‌شوند، اما در مراحل بعدی، تمام نوردها به‌صورت سرد انجام‌می‌شود و محصولات بر روی درام‌هایی کلاف می‌شوند. مواد تولید شده با این روش، بسیار یکنواخت است و سطح فوق‌العاده خوبی دارد. نوار مس با درجات سختی متفاوتی با توجه به فرایند نوردی که پس از آخرین بازپخت دریافت کرده است، عرضه می‌شود. ورق‌های مس نیز با روش‌های مشابهی تولید می‌شوند.
برنج (Brass)
برنج آلیاژی است که عمدتاً ز ترکیب مس و روی (به نسبت 55 درصد مس و 45 درصد روی) تشکیل شده‌است. برنج‌ها را می‌توان با توجه به چکش‌خواری به دو گروه تقسیم کرد، خط تقسیم تقریباً از ترکیب است. همه آلیاژهای مس بالاتر در گرم یا سرد و در برخی موارد هم گرم و هم سرد قابل کار هستند، در حالی که بقیه به‌هیچ‌وجه چکش‌خوار نیستند. برنج‌های غیرقابل کار که به برنج‌های سفید معروف هستند از نظر صنعتی مهم نیستند.
این آلیاژ در واقع به‌دلیل دامنه وسیعی که در استحکام کششی، ازدیاد طول و سختی دارد، آن را به یک آلیاژ مهم تبدیل می‌کند. برنج به‌راحتی قابل نورد سرد شدن به‌شکل سیم ریز است و قابلیت آن را دارد که به‌صورت نوارهای بسیار نازک، یا به‌صورت لوله، نورد شود و به‌صورت میله یا مقاطع مختلف اکسترود گردد.
برنز (Bronze)
برنز، آلیاژی که از افزودن قلع به مس تشکیل‌می‌شود، در دمای پایین‌تری نسبت به مس ذوب می‌شود و بنابراین برای ریخته‌گری مناسب‌تر است. همچنین سخت‌تر و کمتر چکش‌خوار است. در برنز نرم نسبت مس به قلع در حدود 16 است اما در شکل سخت آن، مانند آنچه در گذشته برای توپ‌های برنزی استفاده می‌شد، حاوی حدود هشت قسمت مس برای هر قسمت قلع بود.
برنز زمانی که با فسفر آلیاژ می‌شود سخت‌تر و محکم‌تر می‌شود. آلیاژهای تهیه شده به این روش، معروف به برنزهای فسفر، ممکن است تنها حدود 1 درصد فسفر داشته‌باشند، اما ارزش آنها برای اهدافی که در آن فلز سخت و قوی مورد نیاز است، مانند پمپ‌ها، پیستون‌ها، سوپاپ‌ها و بوشینگ‌های بلبرینگ افزایش می‌یابد.
سیلیکون برنز معمولاً حاوی حدود 96 درصد مس است. باقیمانده ممکن است به‌تنهایی سیلیکون باشد، اما اغلب کمی منگنز، قلع، آهن یا روی نیز به آن اضافه می‌شود. این آلیاژها به‌دلیل مقاومت استثنائی در برابر خوردگی در بسیاری از مایعات، در ابتدا برای صنایع شیمیایی ساخته شدند. کاربرد آنها بعداً، عمدتاً به‌دلیل کیفیت خوب ریخته‌گری، استحکام، سختی و سهولت جوشکاری بسیار فراتر از این زمینه گسترش یافت.
برنز منگنز در انواع مختلفی ساخته می‌شود که طیف وسیعی از ترکیبات و خواص را نشان‌می‌دهد. یک نوع در واقع برنجی است که مقدار بسیار کمی منگنز به‌عنوان اکسیدزدا به آن اضافه شده‌است و کمتر از 0.5 درصد منگنز در آلیاژ باقی مانده‌است. نوع دیگر حاوی 2 تا 5 درصد منگنز همراه با 2 تا 4 درصد آهن و 3 تا 7.5 درصد آلومینیوم است. استحکام فوق‌العاده بالایی دارد و برنز منگنز با کشش بالا یا برنز منگنز آلومینیوم نامیده می‌شود.
آلیاژ مس-آلومینیوم
مس همچنین یک سری مهم از آلیاژها را با آلومینیوم تشکیل می‌دهد که تحت عنوان کلی آلومینیوم برنز طبقه بندی می‌شوند. آنها را می‌توان به دو گروه اصلی طبقه بندی کرد: آنهایی که حاوی حداکثر 7.5 درصد آلومینیوم هستند، بسیار انعطاف‌پذیر بوده، در حالی که آنهایی که حاوی 8 تا 11 درصد آلومینیوم هستند، دارای استحکام کششی بالایی در حالت ریخته‌گری می‌باشند. آلیاژهای انعطاف‌پذیر حاوی کمتر از 7.5 درصد آلومینیوم به‌ویژه برای مهر زنی و چاپ عمیق، ریسندگی و سردکاری شدید مفید هستند. آنها به‌عنوان جایگزینی برای برنج، بسیار مفید هستند و دارای استحکام و مقاومت بیشتری در برابر خوردگی جوی می‌باشند.
مس نیکل
از آنجایی که مس و نیکل در حالت جامد کاملاً قابل امتزاج هستند (یعنی کاملاً مخلوط می‌شوند) و مجموعه‌ای کامل از محلول‌های جامد را تشکیل می‌دهند، هیچ محدودیتی در نسبت ترکیب آنها وجود ندارد و دامنه مفیدی از انواع آلیاژها در اختیار قرار می‌دهد. افزودن 2 تا 45 درصد نیکل به مس مجموعه‌ای از آلیاژها را ایجاد می‌کند که به‌طور قابل توجهی قوی‌تر و مقاوم‌تر از مس در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا هستند. از میان کوپرونیکل‌ها، نمونه حاوی 30 درصد نیکل، مهم‌ترین است و به‌طور گسترده‌ای برای لوله‌های کندانسور بخار استفاده می‌شود.
آلیاژی که از 20 درصد نیکل به‌همراه مس باقیمانده تشکیل شده‌است، یکی از انعطاف‌پذیرترین آلیاژهای تجاری است و ممکن است بدون نیاز به عملیات حرارتی، تحت شدیدترین کار سرد قرار گیرد. همچنین به‌راحتی در دمای بالای 800 درجه سانتیگراد آهنگری و نورد می‌شود. این ویژگی‌ها آن را به آلیاژی مناسب برای فورجینگ قطره‌ای، مهر زنی (Stamping) و پرس سرد تبدیل می‌کند. همچنین کاربردهای مختلفی در برای قطعات در معرض دید خودرو پیدا کرده است، زیرا براقیت بالایی دارد و در برابر کدر شدن جوی مقاوم است. کاربردهای دیگر عبارتند از غلاف گلوله که یک کاربرد گسترده‌است. یکی دیگر از آلیاژهای این سری که حاوی 45 درصد یا 40 درصد نیکل است، که مقاومت الکتریکی بالایی دارد و این مقاومت، در محدوده دمایی وسیع تقریباً ثابت می‌ماند.
آلیاژ مونل Monel)) یک آلیاژ به‌اصطلاح طبیعی است که از احیای یک سنگ معدن مس نیکل تهیه می‌شود. حاوی 65 تا 70 درصد نیکل و مقادیر کمی از آهن و منگنز و ناخالصی‌های خاصی است که تا حدی بر خواص آن تأثیر می‌گذارد. این آلیاژ به‌طور گسترده‌ای برای اهداف مختلف مهندسی و زینتی استفاده شده‌است و دارای استحکام فوق‌العاده بالایی در دماهای معمولی و بالا است. آلیاژهای‌ی با محتوای مشابه نیکل نیز از ذوب نیکل و مس با هم ساخته می‌شوند.
بریلیم-مس
بر خلاف بسیاری از انواع فولاد، بیشتر آلیاژهای مس نسبت به بهبود سختی و استحکام با فرآیندهای عملیات حرارتی حساس نیستند. یکی از استثناهای مفید، آلیاژ بریلیم-مس است. این آلیاژ شامل مس و حدود 2 درصد بریلیم، با یا بدون افزودن کمتر نیکل یا کبالت است. هنگامی که آلیاژ بریلیم-مس تا حدود 800 درجه سانتیگراد گرم می‌شود و پس از آن در آب غوطه‌ور و سرد می‌شود و مجدداً تا 275 درجه سانتیگراد گرم می‌شود، استحکام کششی قابل مقایسه با برخی از انواع فولادهای قوی‌تر به‌دست می‌آورد.
ترکیبات شیمیایی
مس دو سری از ترکیبات را تشکیل می‌دهد، یکی که در آن ظرفیت یون مس 1 و دیگری 2 است. چندین ترکیب ناپایدار که در آنها ظرفیت 3 نشان داده شده‌است نیز شناخته شده‌است. از آنجایی که یون مس در محلول آبی ناپایدار است، نمک‌های آن به آسانی تجزیه می‌شوند و نمک‌های فلز و مس را تشکیل می‌دهند.
اکسیدها
مس دو اکسید را مطابق با دو ظرفیت خود تشکیل می‌دهد: اکسید مس، Cu2O، و اکسید مس، CuO. اکسید مس، یک ماده کریستالی قرمز، می‌تواند با روش‌های الکترولیتی یا کوره‌ای تولید شود. به آسانی توسط هیدروژن، مونوکسید کربن، زغال چوب یا آهن به مس فلزی تبدیل می‌شود. به شیشه رنگ قرمز می‌بخشد و برای رنگ‌های ضد رسوب استفاده می‌شود. در اسیدهای معدنی حل می‌شود و نمک‌های مس بی‌رنگ را تشکیل می‌دهد که بیشتر آنها به‌سرعت به‌حالت مس اکسید می‌شوند. اکسید مس که یک پودر سیاه است را می‌توان با اشتعال نمک‌های مناسب مانند کربنات، هیدروکسید یا نیترات مس یا با حرارت دادن اکسید مس تهیه کرد. این ترکیب ترکیبات کربن را اکسید می‌کند و کاربرد آزمایشگاهی و تجاری وسیعی برای این منظور پیدا می‌کند. از آنجایی که به شیشه رنگ سبز می‌بخشد، به‌طور گسترده برای این منظور استفاده می‌شود. در اسیدهای معدنی محلول است و با آنها محلول‌های آبی یا سبز تشکیل می‌دهد.
هالیدها
کلرید مس، CuCl، را می‌توان با تصفیه مس فلزی و اکسید مس با اسیدکلریدریک یا با تصفیه مس فلزی و کلرید مس با اسید هیدروکلریک تهیه کرد. محلول اسید کلریدریک کلرید مس، به‌راحتی مونوکسید کربن و استیلن را جذب می‌کند و برای این منظور در تجزیه گاز استفاده می‌شود. کلرید مس، CuCl2، را می‌توان با حل کردن اکسید مس در اسید هیدروکلریک تهیه کرد. این ماده به‌عنوان نمک پایه برای ساخت رنگدانه‌ها کاربرد دارد. یدید مس، CuI، از ترکیب مستقیم مس و ید تهیه می‌شود. یدید کوپریک، CuI2، تنها در ترکیب با نمک‌های آمونیوم یا در ترکیبات آلی پیچیده وجود دارد.
سولفات‌ها
سولفات مس، CuSO4، که معمولاً به‌عنوان ویتریول آبی شناخته می‌شود، مهم‌ترین نمک مس است. معمولاً به‌صورت CuSO4 · 5H2O متبلور می‌شود و رنگ آبی روشن دارد. از واکنش بین اکسیدهای مس با اسیدسولفوریک تهیه می‌شود. در حالی که به‌راحتی در آب حل می‌شود، در الکل نامحلول است. نمک بی‌آب، جاذب رطوبت است و به‌عنوان یک عامل خشک کننده مفید است. مس به‌راحتی از محلول‌های آبی نمک توسط آهن فلزی جابه‌جا می‌شود. سولفات مس نمک اصلی برای تصفیه الکترولیتی مس است و همچنین در تهیه رنگدانه‌ها کاربرد وسیعی دارد.
کربنات‌ها
زمانی که کربنات قلیایی به محلول نمک مس اضافه می‌شود، کربنات‌های مس پایه تشکیل می‌شوند. این ترکیبات که رنگ آبی یا سبز روشنی دارند و در تهیه رنگدانه‌ها به کار می‌روند، به‌عنوان کانی‌های آزوریت و مالاکیت در طبیعت وجود دارند.
سایر ترکیبات
مس با آرسنیک یک سری نمک تشکیل می‌دهد که همگی به‌رنگ سبز روشن و سمی هستند. کاربرد گسترده‌ای از این ترکیبات در تولید حشره‌کش‌ها وجود دارد. برخی از نمک‌های مس به‌عنوان ضد عفونی کننده سطحی استفاده می‌شوند. نیترات مس، Cu(NO3)2، را می‌توان با حل کردن مس فلزی در اسید نیتریک تهیه کرد. کریستال‌های هیدراته به‌رنگ آبی تیره هستند. سیلیکات‌های مس در طبیعت وجود دارند و به بسیاری از مواد معدنی رنگ آبی می‌بخشند.
ترکیبات اصلی
مس ترکیباتی را در حالت‌های اکسیداسیون +1 و +2 از خود تشکیل می‌دهد، اگرچه در شرایط خاص می‌توان ترکیباتی از مس سه ظرفیتی تهیه کرد. نشان داده شده است که مس سه ظرفیتی بیش از چند ثانیه در یک محلول آبی باقی نمی‌ماند.
کوپریت
ترکیبات مس (I) (مس) همگی دیامغناطیس هستند و به‌استثنای چند مورد بی رنگ هستند. از جمله ترکیبات صنعتی مهم مس (I) می‌توان به اکسید مس (Cu2O)، کلرید مس (Cu2Cl2) و سولفید مس (Cu2S) اشاره کرد. اکسید کوپروس یک کریستال یا پودر قرمز یا قهوه‌ای مایل به قرمز است که در طبیعت به‌عنوان ماده معدنی کوپریت وجود دارد. این ماده در مقیاس بزرگ از طریق احیای سنگ‌های اکسید مس مخلوط با فلز مس یا الکترولیز محلول آبی کلرید سدیم با استفاده از الکترودهای مس تولید می‌شود. ترکیب خالص در آب نامحلول است اما در اسید هیدروکلریک یا آمونیاک محلول است. اکسید مس عمدتاً به‌عنوان یک رنگدانه قرمز برای رنگ‌های ضد رسوب، شیشه‌ها، لعاب‌های چینی و سرامیک‌ها و به‌عنوان قارچ‌کش دانه‌ها یا محصولات زراعی استفاده می‌شود.
کلرید مس یک جامد سفید مایل به خاکستری است که به‌عنوان نانتوکیت معدنی وجود دارد. معمولاً با احیای کلرید مس (II) با مس فلزی تهیه می‌شود. ترکیب خالص در هوای خشک پایدار است. هوای مرطوب آن را به یک ترکیب اکسیژن‌دار مایل به سبز تبدیل می‌کند و با قرار گرفتن در معرض نور به کلرید مس (II) تبدیل می‌شود. در آب نامحلول است اما به‌دلیل تشکیل یون‌های پیچیده در اسید هیدروکلریک غلیظ یا در آمونیاک حل می‌شود. کلرید مس به‌عنوان یک کاتالیزور در تعدادی از واکنش‌های آلی، به‌ویژه سنتز آکریلونیتریل از استیلن و هیدروژن سیانید استفاده می‌شود. به‌عنوان یک عامل رنگ‌زدایی و گوگردزدایی برای فرآورده‌های نفتی؛ به‌عنوان یک عامل نیترات کننده سلولز؛ و به‌عنوان یک عامل متراکم کننده برای صابون‌ها، چربی‌ها و روغن‌ها.
سولفید مس به‌شکل پودر یا توده سیاه رنگ و به‌عنوان کانی کالکوسیت یافت می‌شود. مقادیر زیادی از ترکیب با حرارت دادن سولفید مس (CuS) در جریان هیدروژن به‌دست می‌آید. سولفید مس در آب نامحلول است اما در هیدروکسید آمونیوم و اسید نیتریک محلول است. کاربردهای آن شامل استفاده در سلول‌های خورشیدی، رنگ‌های درخشان، الکترودها و انواع خاصی از روان کننده های جامد است.
ترکیبات مس (II) با ارزش تجاری عبارتند از اکسید مس (CuO)، کلرید مس (CuCl2) و سولفات مس (CuSO4). اکسید کوپریک پودر سیاه رنگی است که به‌عنوان مواد معدنی تنوریت و پاراملاکونیت وجود دارد. مقادیر زیادی از بو دادن سنگ معدن اکسید مس مخلوط در کوره در دمای کمتر از 1030 درجه سانتیگراد (1900 درجه فارنهایت) تولید می‌شود. ترکیب خالص را می‌توان در اسیدها و سیانیدهای قلیایی حل کرد. اکسید کوپریک به‌عنوان رنگدانه (آبی تا سبز) برای لیوان‌ها، لعاب‌های چینی و جواهرات مصنوعی استفاده می‌شود. همچنین به‌عنوان یک عامل گوگرد زدایی برای گازهای نفتی و به‌عنوان یک کاتالیزور اکسیداسیون استفاده می‌شود.
کلرید کوپر یک پودری مایل به زرد تا قهوه‌ای است که به‌راحتی رطوبت هوا را جذب کرده و به هیدرات آبی مایل به سبز CuCl2∙2H2O تبدیل می‌شود. هیدرات معمولاً با عبور کلر و آب در یک برج تماسی مملو از مس فلزی تهیه می‌شود. نمک بی آب با حرارت دادن هیدرات تا 100 درجه سانتیگراد (212 درجه فارنهایت) به‌دست می‌آید. مانند کلرید مس، کلرید مس به‌عنوان یک کاتالیزور در تعدادی از واکنش‌های آلی استفاده می‌شود – به‌عنوان مثال، در کلرزنی هیدروکربن‌ها. علاوه بر این، به‌عنوان یک نگهدارنده چوب، تثبیت‌کننده (تثبیت‌کننده) در رنگرزی و چاپ پارچه، ضدعفونی‌کننده، افزودنی خوراک و رنگ دانه برای شیشه و سرامیک عمل می‌کند.
سولفات کوپر یک نمکی است که از تصفیه اکسید مس با اسیدسولفوریک تشکیل‌می‌شود. به‌صورت بلورهای آبی روشن و بزرگ حاوی پنج مولکول آب (CuSO4∙5H2O) تشکیل‌می‌شود و در تجارت به‌عنوان ویتریول آبی شناخته می‌شود. نمک بی آب با حرارت دادن هیدرات تا دمای 150 درجه سانتیگراد (300 درجه فارنهایت) تولید می‌شود. سولفات مس عمدتاً برای اهداف کشاورزی به‌عنوان آفت‌کش، میکروب‌کش، افزودنی خوراک و افزودنی خاک استفاده می‌شود. از جمله کاربردهای جزئی آن به‌عنوان ماده خام در تهیه سایر ترکیبات مس، به‌عنوان یک معرف در شیمی تجزیه، به‌عنوان الکترولیت برای باتری‌ها و حمام‌های آبکاری، و در پزشکی به‌عنوان قارچ‌کش، باکتری کش و قابض محلی استفاده می‌شود.
از دیگر ترکیبات مهم مس (II) می‌توان به کربنات مس، Cu2(OH)2CO3 اشاره کرد که با افزودن کربنات سدیم به محلول سولفات مس و سپس فیلتر کردن و خشک کردن محصول تهیه می‌شود. به‌عنوان یک عامل رنگی استفاده می‌شود. با آرسنیک استوآرسنیت مس (که معمولاً به‌عنوان سبز پاریس شناخته می‌شود)، یک نگهدارنده چوب و حشره کش تشکیل می‌دهد.
