ELEMENTDATEN
Position von Kupfer im PSE

Kupfer (OZ: 29)
1. Nebengruppe
Kupfergruppe
Normalzustand
Feststoff - Metall
relativ weich, verformbar, rötlich, kubische Kugelpackung
7440-50-8
29
63,546
4,20

127,8 pm
72 (+2) pm
117 pm
Konfiguration [Ar] 3d10 4s
Oxidationszahlen 2, 1
Ionisierungseng. 7,726
Dichte 8,92 g/cm³

1,90
1,8
4,48 eV

1356.6 K
1083,5 °C
2868.0 K
2595 °C
Natürliche Isotope
Cu-63: 69,17% Cu-65: 30,83%
Entdeckung
5000 v.Chr.
unbekannt
unbekannt
relativ weiches, verformbares, rötliches Metall; kubische Kugelpackung

Kupfer

Symbol: Cu
Ordungszahl: 29

1. Nebengruppe (Kupfergruppe)

Namensbedeutung
Entdeckung
Vorkommen
Eigenschaften
Biologische Bedeutung
Isotope
Verwendung


Namensbedeutung

cuprum (lat.): Kupfer; nach "aes cyprium" (lat.): Erz aus Zypern (engl.: copper)

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Entdeckung

Kupfer und seine Bearbeitung waren spätestens seit 5000 vor Christus bekannt. Archäologische Funde belegen, daß gediegenes Kupfer in dieser Zeit in Vorderasien in Verwendung war. Das Metall wurde seinerzeit noch mit den gleichen Methoden bearbeitet, wie man sie für die Bearbeitung von Steinen entwickelt hatte. Von Vorteil war dabei, daß Kupfer zwar relativ weich ist, aber dennoch hart genug, um haltbare Gegenstände daraus zu formen. Es kann mit einiger Sicherheit vermutet werden, daß anfangs nur Luxusgegenstände wie Schmuck daraus gefertigt wurden. Um 4500 v. Chr. entstanden auf der Sinai-Halbinsel Kupferminen. Zum allgemeinen Gebrauchsmetall konnte es erst werden als man die Kupfergewinnung aus Erzen und das Erschmelzen von Legierungen beherrschte. Die Bronzezeit begann um zirka 3500 v. Chr. − benannt nach der Legierung von Kupfer mit Zinn. Die frühsten Bronzefunde hatten nur einen sehr geringen Zinnanteil. Nach und nach wurde dieser erhöht bis um 2500 v. Chr. ein Anteil um 14% üblich wurde. Noch lange nachdem man auch verarbeiten konnte, war Kupfer das wichtigste Gebrauchsmetall. Nur langsam wurde Bronze von verdrängt. Seit dem 14. Jahrhundert wurden Bronzen mit einem Zinnanteil von bis zu 25% hergestellt. Sie dienten zur Herstellung von Glocken und Kanonen. Noch im 18. Jahrhundert wurden viele Geschütze aus Bronze gegossen, bis sie Gußstahl verdrängt wurde. Kupfer ist heute neben das wichtigste Nichteisenmetall.

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Vorkommen

Der Anteil des Metalls am Aufbau der Erdkruste wird mit 0,004 Gewichtsprozent angegeben. Das Metall kommt in der Natur auch gediegen vor. Einzelfunde können mehrere Tonnen wiegen. Von wirtschaftlicher Bedeutung sind aber vor allem sulfidische bzw. oxidische Erze. Von den zahlreichen Kupfermineralien sollen hier nur die bekanntesten genannt werden: Azurit (Kupferlasur), Bornit (Buntkupfererz), Chalkopyrit (Kupferkies), Chalkosin (Kupferglanz), Cuprit (Rotkupfererz) und Malachit. Kupfermineralien kommen meist in Begleitung anderer Metalle wie Eisen, Blei, und vor. Die größten Kupfervorkommen findet man in Chile, den Vereinigten Staaten, Australien, Peru, Kanada, Sambia und Zaire. Mansfelder Kupferschiefer ist der größte Fundort in Deutschland.

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Eigenschaften

Kupfer ist ein relativ weiches, verformbares, rötliches Metall, das die kubisch-dichteste Kugelpackung aufweist. Entsprechend der Mohs'schen Skala hat es den Härtegrad 3,0. An Luft bildet sich rasch eine dünne, schützende Oxidschicht, die eine weitere Reaktionen unterbindet. Ist es über lange Zeit feuchter Luft ausgesetzt, bildet sich ein Belag von Kupfer-Salzen, der als grüne Patina in Erscheinung tritt. Die Patina-Schicht schützt das Metall vor Korrosion. Patina-Bildung wird aus diesem Grunde bei Kupferplatten auf Dächern künstlich beschleunigt. Das Metall hat bereits einen recht edlen Charakter, ist aber weniger edel als und Gold. Von nichtoxidierenden Säuren wie Salzsäure wird es nicht angegriffen. Von konzentrierter Schwefelsäure und Salpetersäure wird es unter Bildung entsprechender Kupfersalze oxidiert. Das Metall ist für seine hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit bekannt und wird deshalb gerne als Kabelmaterial zur Stromleitung verwendet. Nur hat in dieser Hinsicht noch bessere Eigenschaften. Aufgrund seiner Elektronenkonfiguration kann es die Oxidationsstufen +1, +2, +3 +4 annehmen. Die beständigste Stufe ist +2, noch relativ häufig ist +1, wohingegen +3 nur in einigen instabilen Komplexen erreicht wird. Die Oxidationsstufe +4 kann vernachlässigt werden. Wichtige Kupfer-Verbindungen sind: Kupfer(I)-chlorid, Kupfer(II)-chlorid, Kupfer(I)-oxid, Kupfer(II)-oxid, Kupfer(II)-hydroxid, Kupfer(II)-carbonat, Kupfer(II)-sulfat, Kupfer(I)-sulfid und Kupfer(II)-sulfid.

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Biologische Bedeutung

Kupfer ist für alle biologischen Organismen essentiell. Es ist an zahlreichen körpereigenen Redox-Reaktionen, an der Elektronenübertragung, sowie der Chlorophyll- und Hämoglobinsynthese beteiligt. Darüber hinaus ist es Bestandteil verschiedener Proteine und Enzyme. Kupfer-Mangel bei Getreide äußert sich durch taube Ähren und schmale, gedrehte Blätter, die an den Spitzen weiß sind. Im Körper eines Erwachsenen mit einem Durchschnittsgewicht von 70 kg befinden sich etwas mehr als 100 mg. Der Tagesbedarf schwankt zwischen 2 und 5 mg. Die Resorptionsrate für Kupfer im menschlichen Darm ist gering. Es kann nur dann giftig wirken, wenn die aufgenommene Menge die körpereigenen Regelmechanismen überlastet, die für die Bindung an Proteine oder die Ausscheidung sorgen. Zu einer Kupfervergiftung kann es kommen, wenn in Trinkwasserrohren ein zu niedriger pH-Wert herrscht. Derartige Vergiftungen sind sehr selten, können aber bei Kindern zum Tode führen. Die WHO empfiehlt als Grenzwert für Trinkwasser eine maximale Konzentration von 50 ppb. Im Arbeitsschutz wurde für Kupferstäube in Deutschland ein MAK-Wert von 1 mg/m³ festgelegt. Für Kupfer-Rauch liegt der Wert bei 0,1 mg/m³. Da Kupfer-Ionen bakterizide und fungizide Wirkung haben, werden sie in entsprechenden Mittel gegen Bakterien und Pilze eingesetzt. Auch Algen können mit Kupfer-haltigen Giften abgetötet werden.

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Isotope

Kupfer hat zwei stabile Isotope mit den Massenzahlen 63 (69,2%) und 65 (30,8%). Außerdem sind 11 Radionuklide bekannt. Die längste Halbwertszeit hat Cu-67 mit 61,9 Stunden. Am schnellsten zerfällt Cu-58 mit 3,2 Sekunden.

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Verwendung

Die gesicherten Kupfervorräte werden auf ca. 600 Millionen Tonnen geschätzt. Kupfer ist eines der wichtigsten Gebrauchsmetalle. Die Weltproduktion ist zwischen den Jahren 1985 bis 1992 von 8,4 Mio t auf 9,3 Mio t gestiegen. Der Weltverbrauch im gleichen Zeitraum stieg von 9,9 Mio t auf 10,8 Mio t. Seit einigen Jahren stagniert der Verbrauch und die Kupferpreise sind 1993 um ein Drittel gefallen. In den kommenden Jahren wird der Verbrauch wahrscheinlich sinken, da der Anteil an rezykliertem Kupfer zunimmt oder durch andere Werkstoffe ersetzt wird. Hauptexporteure des Metalls sind Chile, Peru, Australien und Indonesien. Der höchsten Verbrauch haben die Vereinigten Staaten, Japan und Deutschland. Mehr als die Hälfte des Metalls wird in der Elektroindustrie verwendet. Es wird in Kabeln und elektronischen Schaltkreisen als Leiter für den elektrischen Strom eingesetzt, wobei in der Kommunikationstechnik zunehmend mehr Kupfer- durch Glasfaserkabel substituiert werden. Ein großer Teil des Metalls wird zu Legierungen weiterverarbeitet. Die bekanntesten Kupferlegierungen sind die verschieden Arten von Bronze und Messing, aber auch Neusilber, Konstantan und Manganan, Nickelin und andere enthalten größere Kupferanteile. Diese Metallegierungen werden zu Rohren, Münzen, Gefäßen, Apparaten und Geschoßhülsen weiterverarbeitet. Außerdem findet es Verwendung in der Galvanotechnik und ist Bestand verschiedener Malerfarben und Schutzanstriche im Schiffsbau. Von den Kupfer-Verbindungen hat Kupfersulfat größere technische Bedeutung, da es in der Landwirtschaft bei Kupfer-Mangel dem Grünfutter zugesetzt wird.




Rutherford Online - Lexikon der Elemente 2006
Elementbeschreibungen: Kupfer
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