Lexikon: Kupfer

 

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Eigenschaften
Nickel - Kupfer -
Ag  
 
 
Ar3d104s1
63
29
Cu
Allgemein
Name, Liste der chemischen Elemente nach Symbol|Symbol, Liste der chemischen Elemente nach der Ordnungszahl|Ordnungszahl Kupfer, Cu, 29
Serie Übergangsmetalle
Gruppe, Periode des Periodensystems|Periode, Block des Periodensystems|Block 11 , Periode-4-Element|4, d-Block|d
Aussehen lachsrosa, metallisch
Massenanteil an der Erdhülle 0,01 %
Atomar
63,536
(berechnet) pm
Kovalenter Radius 138 pm
van der Waals-Radius 140 pm
[[Argon|Ar]3d104s1
pro 2, 8, 18, 1
Oxidationszustände () basisch)
Normalpotential V (Cu2+ + 2e- → Cu)
1,9 ()
Austrittsarbeit 4,44 eV
1. kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 1957,9 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie 3555 kJ/mol
4. Ionisierungsenergie 5536 kJ/mol
Physikalisch
fest
Modifikationen -
kubisch flächenzentriert
Dichte () kg/m3 (3,0)
diamagnetisch
K (1084,4 °Grad Celsius|C)
2840 K (2567 °C)
Molares Volumen m3/mol
300,3 kJ/mol
13,05 kJ/mol
Pa bei 1358 K
m/s bei 293,15 K
Verschiedenes
Spezifische Wärmekapazität J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit Ohm mm2)
W/(m · K)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE mega|MElektronenvolt|eV ZP
61Cu {syn.} 3,333 h ε 2,237 61Ni
62Cu {syn.} 9,74 min ε 3,948 62Ni
63Cu 69,17 % Cu ist Stabiles Isotop|stabil mit 34 en
64Cu {syn.} 12,7 h ε
Beta-Strahlung|β-
1,675
0,579
64Ni
Zink|64Zn
65Cu 30,83 % Cu ist stabil mit 36 Neutronen
66Cu {syn.} 5,088 min β- 2,642 66Zn
67Cu {syn.} 61,83 h β- 0,577 67Zn
NMR-Eigenschaften
63Cu 65Cu
3/2 3/2
T 7,09 · 107 7,596 · 107
Empfindlichkeit 0,0931 0,114
T MHertz (Einheit)|Hz MHertz (Einheit)|Hz
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheitensystem|SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt,
gelten die angegebenen Daten bei Normbedingungen.

Kupfer (von lat. cuprum = Kupfer, Metall aus Zypern) ist ein chemisches Element mit dem Symbol Cu und der 29. Es ist ein hervorragender Wärme- und Stromleiter. Es gehört zu den Münzmetallen.

Der lateinische Name cuprum ist abgeleitet von lat. aes cyprium = Erz von der Insel Zypern.

Kupfer als Mineral

Bild: Kupfer_mineral_erz.jpg Kupfer kommt Gediegenes Element|gediegen in der Natur vor. Das Schwermetall kristallisiert im kubischen Kristallsystem, hat eine zwischen 2,5 und 3 liegende Härte und als blankes Metall eine helle, lachsrosa Farbe. Durch oberflächliche Patina-Bildung verändert sich das Metall auch rotbräunlich bis hin zu einem bläulichen Grün, wobei der Metallglanz verloren geht. Strichfarbe ist rosarot. Kupfer ist als sehr weiches gut formbar und zäh.

Verbindungen

Kupfer hat in Verbindungen meistens die Oxidationsstufen +1 oder +2. Es bildet an seiner Oberfläche zuerst ein rotbraunes und danach schwarzes, festes Oxid, das je nach Luftzusammensetzung auch grüne Carbonate, Sulfate und Chloride enthalten kann. Kupferverbindungen sind in der Regel rot (Kupfer(I)-oxid, Cuprit) oder auffallend grün, türkis bis hin zu dunkelblau gefärbt. Kupfer(II)-oxid und -Kupfer(II)-sulfid|sulfid sind schwarz.

Auch in einigen Supraleitern wie YBCO (YBa2Cu3O7-x) ist Kupfer enthalten.

Vorkommen

Bild: Kupfer_Nugget.jpeg]] Als gediegenes Element findet sich Kupfer hauptsächlich in Basalt|basaltischen Lava|Laven, wo es sich meist durch Reaktion mit Minerallösungen hydrothermalen Ursprungs aus Eisenoxiderzen bildet. Es tritt meist roh oder in Form verzweigter Strukturen, so genannter Dendrite auf, selten auch in kristalliner Form. Der Anteil gediegenen Kupfers in der Natur ist allerdings sehr niedrig. In Form von Kupfererzen ist Kupfer dagegen ein sehr häufiger Bestandteil der Erdkruste. Es wird dann aus Chalcopyrit|Kupferkies (CuFeS2), Kupferglanz (Cu2S), seltener auch aus Bornit (Cu5FeS4), Atacamit CuCl2 · Cu(OH)2, Malachit und anderen Erzen gewonnen. Besonders dekorativ sind Türkis, ein Kupferphosphat und Malachit, ein grünes, basisches Kupfercarbonat.

Die größten weltweiten Vorkommen gibt es in den USA, Chile, Russland, Sambia, Kanada, Peru und in der Demokratischen Republik Kongo.

Verwendung

Bild: Kupfer gr.jpg Wegen seiner guten Leitfähigkeit wird reines Kupfer sowohl in elektrischen Kabeln, Leiterbahnen, als auch in Wärmeleitern verwendet. Gelegentlich werden auch Dächer mit Kupferblech gedeckt, auf denen sich dann eine beständige grünliche Patina bildet. Diese Patina schützt das darunterliegende Metall gut vor weiterer Korrosion, so dass Kupferdächer eine Lebensdauer von mehreren Jahrhunderten haben können. Kupfer ist auch Bestandteil vieler Legierungen wie Messing, Bronze und Neusilber. Kupferlegierungen werden wegen ihrer guten Eigenschaften, wie Farbe, Korrosionsbeständigkeit, Preis, Verarbeitbarkeit gerne vielfältig eingesetzt. Für Münzen, Schmuck, Besteck, Armaturen, Kessel, Rohrleitungen, Präzisionsteile, Kunstgegenstände, Musikinstrumente usw. Man unterscheidet Knetlegierungen, was bedeutet, dass diese gut bei Normaltemperatur mechanisch verformt werden können, und Gusswerkstoffe (Rotguss, Bronzen). Beispiel für Knetlegierungen sind das silberähnliche Neusilber, eine Kupfer-Zink-Nickellegierung, und das goldgelbe Messing, eine Kupfer-Zink-Legierung. Viele Münzwerkstoffe sind auf Kupferbasis hergestellt, so das "Nordisches Gold" genannte Metall der goldfarbigen Euromünzen, eine Kupfer-Zink-Aluminium-Zinn Legierung. Aber auch Gegenstände mit silberweißem oder edelstahlartigem Erscheinungsbild sind in Wirklichkeit hoch kupferhaltige Legierungen worin die kupfereigene Farbe durch ausreichenden Nickelzusatz verschwunden ist. Das Münzmetall der alten 1-DM-Geldstücke, sowie die hellen Anteile der Euromünzen sind aus Kupfer-Nickel Legierungen gefertigt.

Kupferverbindungen kommen in Farbenpigmenten, Medizinischen Präparaten und Galvanik|galvanischen Oberflächenbeschichtungen zum Einsatz. Kupfersalze färben die Flamme grün/blau (Spektralanalyse).

Biologische Wirkung

Kupfer ist Bestandteil des Hämocyanin, das bei vielen Weichtieren und n als Blutfarbstoff dem Sauerstofftransport dient. Auch bei allen höheren Lebewesen ist Kupfer als Bestandteil vieler Enzyme ein lebensnotwendiges Spurenelement. Der tägliche Bedarf eines erwachsenen Menschen beträgt etwa 2 Milligramm.

In ionisierter, nicht an e gebundener Form wirkt Kupfer antibakteriell, man spricht hier wie beim Silber vom oligodynamischen Effekt (Oligodynamie), weshalb z.B. auch Blumenwasser, das in Kupfergefäßen aufbewahrt wird, nicht so schnell faul wird.

Die toxische Wirkung entsteht dadurch dass Kupfer-Ionen an SH-Gruppen von Proteinen binden, und der peroxidieren, was zur Bildung von freie Radikale|freien Radikalen führt, die die und Zellmembranen schädigen. Beim Menschen ist dies z.B. der Fall bei Morbus Wilson, einer Krankheit bei der vor allem die betroffen ist. Kupfersulfat (Kupfervitriol) ist ein starkes Brechmittel, und wird deshalb zur Behandlung vieler en eingesetzt (beispielsweise durch weißen ).

Geschichte

Bild: Hendrick met de Bles 001.jpg, Mitte 16. Jahrhundert]] Kupfer, Gold und Zinn waren die ersten e welche die Menschheit in ihrer Entwicklung kennen lernte. Da Kupfer leicht zu verarbeiten ist, wurde es bereits von den ältesten bekannten Kulturen vor etwa 10.000 Jahren verwendet. Die Zeit seines weiträumigen Gebrauchs vom 5. Jahrtausend v. Chr. bis zum 3. Jahrtausend v. Chr. wird manchmal auch Kupferzeit genannt.

Später wurde es mit Zinn (und Bleianteilen) zu Bronze legiert. Diese härtere und technisch widerstandsfähigere Legierung wurde zum Namensgeber der Bronzezeit. Die Unterscheidung von Blei gegen Zinn wurde erst mit wachsenden Metallkenntnissen eingeführt, so dass der Begriff Bronze aus heutiger Sicht nur auf die hochkupferhaltigen Zinn-Kupferlegierungen richtig angewendet ist.

Eine weitere goldgelbe Kupfer-Legierung, das Messing war im antiken bereits bekannt, wurde durch gemeinsames Verarbeiten der jeweiligen Erze erschmolzen, aber erst von den Römern stärker verwendet. In Altkolumbien wurde die Gold-Kupfer-Legierung Tumbaga häufig verwendet.

Die Gewinnung von Kupfer erfolgt in einer Affinerie.

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