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Kupfer

Kupferbergwerk (Herri met de Bles, Mitte 16. Jh.)
Venus­symbol: Sym­bol der Al­chemie für Kupfer

Kupfer, Gold, Silber und Zinn waren die ersten Metalle, welche die Menschheit in ihrer Entwicklung kennenlernte. 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 je nach Region auch Kupferzeit genannt. In Hujayrat al-Ghuzlan in Jordanien bestand schon um 4.000 v. Chr. eine Massenproduktionsstätte von Kupfer. In der Alchemie wurde Kupfer mit Venus und Weiblichkeit (Planetenmetalle) assoziiert und als Verbindung von Schwefel und Quecksilber angesehen. Die ersten Spiegel wurden aus diesem Metall hergestellt. Während der späten ostmediterranen Bronzezeit wurde Kupfer vor allem auf Zypern gefördert und von dort in zumeist ca. 30 kg schweren Kupferbarren in Form von Rinderhäuten (sogenannte Ochsenhautbarren) exportiert. Fragmente zyprischer Ochsenhautbarren aus der Zeit zwischen dem 16. und dem 11. Jahrhundert v. Chr. finden sich in weiten Teilen des Mittelmeerraums, bis nach Sardinien, auf dem Balkan und sogar nördlich der Alpen (Depotfund von Oberwilflingen). Größter vorindustrieller Kupferhersteller war das Römische Reich mit einer geschätzten Jahresproduktion von 15.000 t.

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

Die goldgelbe Kupfer-Zink-Legierung „Messing“ war bereits im antiken Griechenland bekannt. Es wurde durch gemeinsames Verarbeiten der jeweiligen Erze erschmolzen, aber erst die Römer haben dieses Verfahren verstärkt verwendet. In Altkolumbien wurde die Gold-Kupfer-Legierung Tumbaga häufig verwendet.

Natürliche Vorkommen an gediegen Kupfer, das heißt in seiner elementaren Form, waren bereits lange vor der Gründung der International Mineralogical Association (IMA) bekannt. Kupfer ist daher als sogenanntes grandfathered Mineral als eigenständige Mineralart anerkannt.

Gemäß der Systematik der Minerale nach Strunz (9. Auflage) wird Kupfer unter der System-Nr. „1.AA.05“ (Elemente – Metalle und intermetallische Verbindungen – Kupfer-Cupalit-Familie – Kupfergruppe) beziehungsweise in der veralteten 8. Auflage unter I/A.01 (Kupfer-Reihe) eingeordnet. Die vorwiegend im englischsprachigen Raum verwendete Systematik der Minerale nach Dana führt das Element-Mineral unter der System-Nr. 01.01.01.03 (Goldgruppe).

In der Natur bildet sich Kupfer meist in basaltischen Laven entweder in Form von „kupferroten“, metallisch glänzenden Nuggets (aus der Schmelze erstarrt) oder in verzweigten Strukturen, so genannten Dendriten. Gelegentlich sind auch kristalline Ausbildung anzutreffen. Kupfer tritt in Paragenese mit verschiedenen, meist sekundären Kupfermineralen wie Bornit, Chalkosin, Cornwallit, Cuprit, Azurit und Malachit sowie Tenorit auf, kann aber auch mit vielen anderen Mineralen wie Calcit, Klinoklas, Prehnit, Pumpellyit, Quarz und Silber vergesellschaftet sein.

Kupfererze kommen häufig vor. So wird Kupfer aus Chalkopyrit (Kupferkies, CuFeS2), Chalkosin (Kupferglanz, Cu2S), seltener auch aus Bornit (Buntkupferkies, Cu5FeS4), Atacamit (CuCl2·Cu(OH)2), Malachit (Cu2[(OH)2|CO3]) und anderen Erzen gewonnen. Im Jahre 2019 waren 636 Kupferminerale bekannt. Die Minerale mit der höchsten Kupferkonzentration in der Verbindung sind Cuprit (bis 88,8 %) und Algodonit (bis 83,6 %) sowie Paramelaconit, Tenorit und Chalkosin (bis 79,9 %).

Hauptartikel: Kupferbergbau

Kupfer kommt in der Erde nach Angaben des Deutschen Kupferinstituts mit einem Gehalt von etwa 0,006 % vor und steht in Bezug auf die Häufigkeit der Elemente in der Erdkruste an der 23. Stelle. Häufig tritt Kupfer gediegen, das heißt in elementarer Form auf. Weltweit sind aktuell (Stand 2017) über 3000 Fundorte für gediegen Kupfer bekannt, so unter anderem in Afghanistan, Argentinien, Australien, Belgien, Bolivien, Brasilien, Bulgarien, Chile, China, der Demokratischen Republik Kongo, Deutschland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Indien, im Iran, in Irland, Italien, Japan, Kanada, Kasachstan, Marokko, Mexiko, der Mongolei, Namibia, Neuseeland, Norwegen, Österreich, Peru, den Philippinen, Polen, Portugal, Rumänien, Russland, Sambia, Schweden, der Schweiz, Simbabwe, der Slowakei, Spanien, Südafrika, Tschechien, der Türkei, der Ukraine, Ungarn, den Vereinigten Staaten von Amerika (USA) und dem Vereinigten Königreich (UK).

Auch in mehreren Gesteinsproben vom Mittelatlantischen Rücken sowie vom Mond, das die Sonde der Luna 24-Mission vom Mare Crisium mitbrachte, konnte gediegen Kupfer nachgewiesen werden.

Förderung und Reserven

Der bedeutendste Kupferproduzent ist Chile, mit großem Abstand gefolgt von Peru und China. In Europa sind Polen, Portugal und Schweden nennenswert. Die wichtigsten Exportländer waren von 1967 bis 1988 in der CIPEC organisiert. Zur CIPEC gehörten unter anderem Chile, Peru und Papua-Neuguinea, auf dessen Insel Bougainville eine der weltgrößten Kupferminen 1988 zu einem Bürgerkrieg führte.

Historisch bedeutsam waren die Kupfergruben auf der Keweenaw-Halbinsel im Oberen See (USA). Dort gab es das weltweit größte Vorkommen von gediegen Kupfer. Abbau fand dort schon in vorkolumbischer Zeit statt. In Deutschland wurde bis 1990 im Mansfelder Land Kupferschiefer abgebaut. Weitere historische Abbaustätten waren Kupferberg/Oberfranken (ab dem 13. Jahrhundert) und das niederschlesische Kupferberg/Riesengebirge (seit dem 12. Jahrhundert) In Cornwall (England) hat es vor allem im 18. und 19. Jahrhundert bedeutenden Kupferbergbau gegeben.

Laut International Copper Study Group ICSG liegen nach Angaben des United States Geological Survey (USGS) die Kupferreserven derzeit bei rund 870 Millionen Tonnen (Mt). Identifizierte und unentdeckte Kupferressourcen werden auf etwa 2.100 Mt bzw. 3.500 Mt geschätzt (insgesamt 5.600 Mt). Letzteres berücksichtigt nicht die riesigen Kupfermengen, die in Tiefseeknollen und landseitigen und submarinen Massivsulfiden sind.

  • Mitgliedsstaaten der CIPEC

  • Entwicklung der Kupferförderung (1900–2012)

Kupfererzförderung in Tausend Tonnen (2018)
Rang Land Förderung Reserven
1 Chile 5800 170.000
2 Peru 2400 83.000
3 Volksrepublik China 1600 26.000
4 Vereinigte Staaten 1200 48.000
5 Demokratische Republik Kongo 1200 20.000
6 Australien 950 88.000
7 Sambia 870 19.000
8 Indonesien 780 51.000
9 Mexiko 760 50.000
10 Russland 710 61.000
Kupfergewinnung nach dem Schwebeschmelzverfahren

Rohkupfer

Die wichtigsten Öfen für die Kupfergewinnung sind der Flammofen und seit 1980 der Schwebeschmelzofen.

Zur Herstellung von Kupfer wird aus Kupferkies (CuFeS2) zunächst so genannter Kupferstein (Cu2S mit variierenden Gehalten an FeS und einem Cu-Gehalt von ca. 70 %) gewonnen. Dazu wird das Ausgangsmaterial unter Zusatz von Koks geröstet und die enthaltenen Eisenoxide durch kieselsäurehaltige Zuschlagstoffe verschlackt. Diese Eisensilikat-Schlacke schwimmt auf dem Kupferstein und kann so leicht abgegossen werden.

  • Röstarbeit:
6 C u F e S 2 + 10 O 2 3 C u 2 S + 2 F e S + 2 F e 2 O 3 + 7 S O 2 {\displaystyle \mathrm {6\ CuFeS_{2}+10\ O_{2}\longrightarrow 3\ Cu_{2}S+2\ FeS+2\ Fe_{2}O_{3}+7\ SO_{2}} }
  • Schmelzarbeit:
F e 2 O 3 + C + S i O 2 F e 2 S i O 4 + C O {\displaystyle \mathrm {Fe_{2}O_{3}+C+SiO_{2}\longrightarrow Fe_{2}SiO_{4}+CO} }

Der so erhaltene Kupferstein wird zu Rohkupfer (auch Schwarzkupfer) weiterverarbeitet. Dazu wird er glutflüssig in einen Konverter gegossen und in diese Schmelze Luft eingeblasen. In einer ersten Stufe (Schlackenblasen) wird dabei das darin enthaltene Eisensulfid zu Eisenoxid geröstet und dieses durch zugeschlagenen Quarz zur Schlacke gebunden, die abgegossen werden kann. In einem zweiten Schritt (Garblasen) werden zwei Drittel des verbleibenden Cu2S zu Cu2O oxidiert. Das Oxid setzt sich dann mit dem restlichen Sulfid zum Rohkupfer um.

  • Schlackenblasen:
2 C u 2 S + 3 O 2 2 C u 2 O + 2 S O 2 {\displaystyle \mathrm {2\ Cu_{2}S+3\ O_{2}\longrightarrow 2\ Cu_{2}O+2\ SO_{2}} }
  • Garblasen:
C u 2 S + 2 C u 2 O 6 C u + S O 2 {\displaystyle \mathrm {Cu_{2}S+2\ Cu_{2}O\longrightarrow 6\ Cu+SO_{2}} }

Das Rohkupfer hat einen Kupferanteil von 98 %. In den restlichen 2 % sind neben unedlen Metallen wie Eisen und Zink auch Edelmetalle wie Silber und Gold enthalten.

Raffination

Die elektrolytische Raffination von Kupfer wird in einer schwefelsäurehaltigen Kupfer(II)-sulfat-Lösung mit einer Rohkupfer-Anode und einer Reinkupfer-Kathode durchgeführt. Bei der Elektrolyse werden nun alle im Vergleich zu Kupfer unedleren Metalle oxidiert und gehen als Kationen in Lösung, während die edleren Metalle als Anodenschlamm absinken.

Reaktionsgleichung der elektrolytischen Raffination:

Anode
C u C u 2 + + 2 e {\displaystyle \mathrm {Cu\longrightarrow Cu^{2+}+2\ e^{-}} }
F e F e 2 + + 2 e {\displaystyle \mathrm {Fe\longrightarrow Fe^{2+}+2\ e^{-}} }
Z n Z n 2 + + 2 e {\displaystyle \mathrm {Zn\longrightarrow Zn^{2+}+2\ e^{-}} }
Kathode
C u 2 + + 2 e C u {\displaystyle \mathrm {Cu^{2+}+2\ e^{-}\longrightarrow Cu} }

Während die Anode sich langsam unter Bildung der Kationen auflöst, scheidet sich an der Kathode durch Reduktion von Kupferionen ausschließlich Kupfer, das Elektrolytkupfer, mit einem Massenanteil von w(Cu) = 99,99 % ab.

Der als Nebenprodukt entstehende Anodenschlamm wird später weiter verwertet und dient als Ausgangsmaterial für die Gewinnung der Edelmetalle.

Die Gewinnung von Kupfer erfolgt in Affinerien. In Europa ist dafür die Aurubis AG (früher Norddeutsche Affinerie) mit Hauptsitz in Hamburg bekannt, früher war es auch die Duisburger Kupferhütte (heute DK Recycling und Roheisen).

Kupfer kann auch als so genannter Zementkupfer durch Fällung aus Kupfersulfat-Lösung mit Eisen gewonnen werden. Der Vorgang der Fällung wird Zementation genannt. Das erhaltene Kupfer ist oft verunreinigt. Die Fällung von Kupfer auf Eisen aus natürlich vorkommenden Metallsalz-Lösungen wurde in China bereits seit 1086 n. Chr. praktiziert.

Kupfer kann auch durch eine aluminothermische Reaktion dargestellt werden. Als Thermit dient hierbei ein Gemisch aus Kupfer(II)-oxid und Aluminiumgrieß. Durch den Einsatz eines Fließmittels (z. B. Calciumfluorid) kann die Ausbeute erhöht werden, weil sich die elementaren Metalle im Gegensatz zur entstehenden Schlacke nicht im Fließmittel lösen können. Die aluminothermische Gewinnung ist wegen des dafür nötigen Aluminiums nicht wirtschaftlich.

  • Gerösteter Kupferkies, sogenannter Kupferstein

  • Entkupferung von Erzlösung über Eisenplatten durch Bildung von „Zementkupfer“ (hellrosa)

  • Verwendete Verfahren zur Kupfergewinnung (1930–1995)

Die gute elektrische und Wärmeleitfähigkeit sind wichtige Eigenschaften des Werkstoffes Kupfer. Die große Bedeutung dieses Werkstoffes für die Technik ergibt sich aber erst durch die Kombination der verschiedenen guten Eigenschaften, die – auch in Verbindung mit anderen Metallen in Form von Kupferlegierungen – seit Jahren genutzt und weiterentwickelt werden. Außerdem verfügt Kupfer über eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und ist zu 100 Prozent ohne Qualitätsverluste recycelbar.

Physikalische Eigenschaften

Kupferscheibe (Querschnitt) aus Strangguss, angeätzt zum Sichtbarmachen der Kristallorientierung, Durchmesser ca. 83 mm, Reinheit > 99,95 %

Aufgrund seiner Dichte von 8920 kg/m³ gehört Kupfer zu den Schwermetallen, das kubisch-flächenzentriert kristallisiert und damit eine kubisch dichteste Kugelpackung mit der Raumgruppe Fm3m (Raumgruppen-Nr. 225)Vorlage:Raumgruppe/225 aufweist. Der Gitterparameter beträgt bei reinem Kupfer 0,3615 nm (entspricht 3,615 Å) bei 4 Formeleinheiten pro Elementarzelle.

Kupfer ist ein sehr guter Wärmeleiter. Sein Schmelzpunkt liegt bei 1083,4 °C. Ebenso ist Kupfer ein sehr guter elektrischer Leiter mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 58 · 106 S/m. Seine Leitfähigkeit ist nur wenig schlechter als Silber und deutlich besser als Gold. Da alle im Kupfer gelösten Beimengungen, besonders Verunreinigungen wie Phosphor und Eisen die Leitfähigkeit stark herabsetzen, werden für Leiterwerkstoffe oft höchste Reinheitsgrade verwendet (Cu-ETP, früher E-Kupfer, 99,9 % Reinheit).

Die Mohshärte von Kupfer beträgt 2,5 bis 3, was einer Vickershärte (VHN) von 77–99 bei einer Prüfkraft von 1 N entspricht. Durch Kaltumformung wird die Zugfestigkeit von 150 bis 200 MPa (weich) auf > 350 MPa erhöht. Die Bruchdehnung sinkt dadurch auf unter 5 % mit Härtewerten um 100 HB. Die Leitfähigkeit sinkt. Verformtes und anschließend weichgeglühtes Kupfer hat eine Bruchdehnung > 40 % und Härtewerte um die 50 HB.

Die Weichheit von Kupfer erklärt zum Teil die hohe elektrische Leitfähigkeit und die hohe Wärmeleitfähigkeit, die unter den reinen Metallen bei Raumtemperatur die zweithöchste nach Silber ist. Dies liegt daran, dass der spezifische Widerstand für den Elektronentransport in Metallen bei Raumtemperatur in erster Linie auf der Streuung von Elektronen bei thermischen Schwingungen des Gitters beruht, die in einem weichen Metall relativ schwach sind.

Schmieden ist bei Temperaturen von 700 bis 800 °C sehr gut möglich. Kaltverformung ist ohne Zwischenglühen durchführbar, es tritt Kaltverfestigung ein.

Als blankes Metall hat Kupfer eine hellrote Farbe, die Strichfarbe ist rosarot. Die rote Farbe rührt daher, dass es bei normaler Temperatur das komplementäre grüne und blaue Licht etwas mehr absorbiert. An der Luft läuft es an und wird zunächst rotbraun. Bei weiterer Verwitterung und Korrosion geht sehr langsam (oft über Jahrhunderte) die glatte Oberfläche verloren und die Farbe verändert sich durch die Bildung einer Patina von rotbraun zu blaugrün. Kupfer ist ein beständiger Bauwerkstoff mit einer technischen „Lebenserwartung“ von über 200 Jahren. Diese Beständigkeit beruht auf seiner Fähigkeit, an der Atmosphäre eine witterungsbeständige, festhaftende Schutzschicht auszubilden. Diese Oxidschicht ist in sich stabil und „selbstheilend“. Unabhängig von ihrer Zusammensetzung stellt sie einen Schutz gegen weitere Korrosionsangriffe dar.

Kupfer ist eines der wenigen metallischen Elemente mit einer anderen natürlichen Farbe als Grau oder Silber. Reine Kupferoberflächen sind lachsrot und verfärben sich an der Luft rotbraun. Die charakteristische Farbe von Kupfer ergibt sich aus Interband-Übergängen von im d-Atomorbital vorhandenen Elektronen.

Wie bei anderen Metallen tritt galvanische Korrosion auf, wenn Kupfer in einem Elektrolyten mit einem anderen Metall in Kontakt gebracht wird. Es bildet Lokalelemente, zum Beispiel als Spurenbestandteil in Zink. Als relativ edles Metall in der elektrochemischen Spannungsreihe ist es jedoch meist nicht selbst von der Korrosion betroffen.

Chemische Eigenschaften

Oxidationszustände von Kupfer
+1 CuCl, Cu2O, CuH, Cu2C2
+2 CuCl2, CuO, CuSO4, Kupfer(II)-acetat
+3 KCuO2, K3CuF6
+4 Cs2CuF6

Kupfer tritt in den Oxidationsstufen 0, +1, +2, +3 und +4 auf, am häufigsten sind +1 und +2, wobei +2 die stabilste Oxidationsstufe in wässrigen Lösungen ist; Stufe +4 ist extrem selten (beispielsweise in Cs2CuF6). Kupfer(II)-Salze (z. B. Kupfersulfat) sind meist von blauer oder grüner Farbe. Kupfer hat chemisch teils ähnliche Eigenschaften wie die in der gleichen Gruppe stehenden Elemente Silber und Gold. So scheidet sich an einem Eisennagel, der in eine Lösung aus Kupfersulfat getaucht wird, eine Schicht aus metallischem Kupfer ab, wofür Eisen als Eisensulfat in Lösung geht, weil Eisen unedler als Kupfer ist (siehe dazu auch Spannungsreihe). Kupfer wird von Salzsäure normalerweise nicht angegriffen, bei Anwesenheit von Sauerstoff jedoch stark angegriffen, von heißer Schwefelsäure wird es aufgelöst. Es löst sich auch in Salpetersäure und Königswasser auf. Eine Mischung aus Salzsäure oder Schwefelsäure mit Wasserstoffperoxid löst Kupfer sehr schnell auf. Das Metall wird auch von organischen Säuren angegriffen. Gegen Laugen verhält es sich stabil. Bei Rotglut reagiert es mit Sauerstoff und bildet eine dicke Schicht aus Kupferoxid. Kupfer wird von Fluor und seinen Verbindungen passiviert. Abhängig von der Korngröße ist Kupferpulver entzündbar oder brennbar. Das Metall in kompakter Form ist nicht brennbar und wird nach Ausbildung einer dünnen Oxidschicht von Luft und Wasser nicht weiter angegriffen, ist also gegen saubere Luft und Wasser beständig.

In flüssigem Kupfer lösen sich Sauerstoff und Wasserstoff, die sich bei der Erstarrung der Schmelze zu Wasserdampf umsetzen können und damit die Ursache für Gasporosität im Gussstück bilden.

In sauerstoffhaltigen Kupfersorten können beim Kontakt mit wasserstoffhaltigen Gasen Risse und Hohlräume entstehen, was zu der sogenannten Wasserstoffversprödung bei Kupfer führt.

Biologische Eigenschaften

Für den menschlichen Organismus hat Kupfer die Bedeutung ist ein essentielles Spurenelement, d. h. der Mensch benötigt Kupfer, um zu überleben. Gewöhnlich wird der Tagesbedarf eines Erwachsenen von ca. 2 mg durch die Aufnahme einer ausgewogenen Ernährung mit einem reichlichen Anteil an Getreide, Fleisch, Wurzelgemüse, Hülsenfrüchten, Nüssen oder auch Schokolade erreicht. Kupfer ist ein natürlich vorkommendes Element, das man in verschiedenen Formen und Konzentrationen in der Erdkruste, den Ozeanen, Seen und Flüssen finden kann. Das Leben von Flora und Fauna hat sich im Rahmen dieses natürlichen Vorhandenseins von Kupfer entwickelt. Daher verfügen die meisten Organismen über einen immanenten Mechanismus zu seiner Nutzung.

Antimikrobielle Eigenschaften

Kupfer ist für viele Mikroorganismen (Viren, Keime) bereits in geringen Konzentrationen toxisch. Aufgrund der antimikrobiellen Eigenschaft von Kupfer wird das Material z. B. in Krankenhäusern in Großversuchen eingesetzt. So belegt eine Klinische Studie von 2008/2009, dass in der Asklepios Klinik Wandsbek, Hamburg, nach dem Austausch von 50 Türgriffen/-platten und Lichtschaltern die MRSA-Keime auf 63 % reduziert wurden. Eine Studie aus Chile stellte bei einer Luftfeuchte von 7,2 bis 19,7 % eine Reduktion der Keimzahlen auf Gegenständen aus Kupferlegierungen um bis zu 92 % fest. Eine Multicenter-Studie von 2010/2011 aus den USA belegt, dass die Infektionsrate in „Kupferzimmern“ um annähernd 60 % sinkt, auf den Kupfergegenständen reduzierte sich die Keimzahl um über 80 %. 2013 tauschte die Klinik für Kinder- und Jugendmedizin im Klinikum Niederberg, Nordrhein-Westfalen, ihre Türklinken gegen solche aus Kupferlegierungen um. Legierungen mit über 60 % Kupferanteil seien vonnöten. In den USA laufen weitere Versuche mit verschiedenen Kupferanwendungen.

Experimente legen nahe, dass die Kontakt Kontaktabtötung durch einen Mechanismus abläuft, bei dem der Metall-Bakterien-Kontakt die Zellhülle schädigt, was wiederum die Zellen anfällig für weitere Schäden durch Kupfer macht. Aktuell befinden sich sogar drei Experimente der Arbeitsgruppe auf der Raumstation ISS und es werden noch einige mehr folgen.

Die keimreduzierende Wirkung entsteht dadurch, dass Kupferionen sich an Thiolgruppen von Proteinen binden und Lipide der Zellmembran peroxidieren, was zur Bildung von freien Radikalen führt, welche die DNA und Zellmembranen schädigen. Beim Menschen führt das beispielsweise im Fall von Morbus Wilson (Kupferspeicherkrankheit) zu Schädigungen der Organe mit einem hohen Kupferüberschuss.

Kupferlegierungen mit einem Kupferanteil von mindestens 60 % zeigen auch eine toxische Wirkung gegenüber Noroviren.

Wirkung gegen Schnecken

Durch den Schneckenschleim wird das Kupfer im Kupferdraht oder Kupferfolie oxidiert, die als Barriere zu gefährdeten Pflanzen dient. Dadurch entsteht eine reizende Substanz, die die Schnecke daran hindert, weiter zu kriechen.

Biologischer Kupferbedarf

Da Kupfer insbesondere für den Stoffwechsel von großer Wichtigkeit ist, kann ein Kupfermangel zu schweren gesundheitlichen Problemen führen. Die gesundheitlichen Vorteile von Kupfer sind zahlreich, denn Kupfer beeinflusst als Bestandteil lebenswichtiger Enzyme und Proteine viele Körperfunktionen: Kupfer ist essentiell für das Wachstum von Säuglingen, die Knochenstärke, die Reifung von roten und weißen Blutzellen, den Eisentransport, den Cholesterin- und Glukosestoffwechsel, die Herzmuskelkontraktion und die Entwicklung des Gehirns.

Der tägliche Bedarf eines erwachsenen Menschen beträgt 1,0–1,5 Milligramm. Im menschlichen Körper wird Kupfer hauptsächlich in der Leber gespeichert.

Kupfer ist vor allem in Schokolade, Leber, Getreide, Gemüse und Nüssen enthalten. Kupfermangel tritt beim Menschen selten auf. Hauptsächlich ist ein Mangel möglich bei langanhaltenden Durchfällen, frühreifen Kindern, nach einer langanhaltenden Unterernährung oder einer Malabsorption durch Krankheiten wie z. B. Sprue, Morbus Crohn oder Mukoviszidose. Die Einnahme hoher Dosen von Zink, Eisen oder Molybdat kann ebenfalls zu verringerten Kupfermengen im Körper führen. Das Menkes-Syndrom ist eine seltene angeborene Kupferstoffwechselstörung.

Siehe auch: Kupfermangel

Kupferüberschuss und Vergiftung

Kupferablagerung in der Hornhaut des Auges (Kayser-Fleischer-Kornealring), ein Symptom bei der Erbkrankheit Morbus Wilson

Überschüssiges Kupfer wird mit der Gallenflüssigkeit zur Ausscheidung in das Verdauungssystem abgegeben.

Kupfersulfat (Kupfervitriol) ist ein starkes Brechmittel und wurde deshalb zur Behandlung vieler Vergiftungen eingesetzt, beispielsweise durch weißen Phosphor, was in diesem speziellen Fall auch noch den Vorteil hat, dass gleichzeitig der Phosphor als schwerlösliches Kupferphosphid gebunden wird.

Bei der seltenen Erbkrankheit Morbus Wilson ist die Kupferausscheidung beeinträchtigt und es kommt zu vermehrter Kupferanlagerung, zuerst in der Leber, dann, wenn diese das Kupfer in den Blutkreislauf ausscheidet, auch in anderen Organen. Eine weitere ebenso seltene Erkrankung des Kupferstoffwechsels ist das Menkes-Syndrom. Dabei kann das Kupfer von den Zellen zwar aufgenommen, dann aber nicht mehr geordnet weitertransportiert werden, so dass einige Organe einen erhöhten, andere wiederum einen erniedrigten Kupfergehalt aufweisen.

Kupfer und Morbus Alzheimer

Immer wieder wurde der Zusammenhang zwischen Kupfer und der Entstehung der Alzheimer-Krankheit diskutiert. Bereits 2003 vermuteten Forscher, dass Kupfer die Produktion von Amyloid A bremst und ein Mangel an Kupfer die Alzheimerdemenz fördert. Eine darauf folgende Pilotstudie mit 70 Alzheimer-Patienten konnte jedoch keine protektive Wirkung von einer erhöhten Kupfer-Einnahme zeigen, auch wenn es zu einer Stabilisierung im Abfall von Abeta42 im Liquor kam, einem Krankheitsmarker der Alzheimer-Erkrankung.

Andere Studien zeigten, dass Kupfer für das Gehirn schädlich sein könnte. So zeigte eine Studie mit dem Ionophor PBT2 als Wirkstoff gegen Alzheimer gute Ergebnisse in einer Phase-II-Studie. Der Wirkstoff bindet nicht nur Zink, sondern auch Kupfer und verringert somit die Konzentration von Kupfer im Gehirn.

Eine neue Studie zeigt, dass Kupfer sich bei langfristiger hoher Zufuhr in den Hirnkapillaren ablagert und dort die Blut-Hirn-Schranke schädigen kann. Dadurch wird der Abtransport von Beta-Amyloid behindert, die Akkumulation des Stoffes verursacht dann den Morbus Alzheimer.

Elektrische Leitung (Litze)
Der „Brüningtaler“ – Kupfer- bzw. Bronze-Kursmünze zu 4 Reichspfennig von 1932
Kupferdach für das Residenzschloss Dresden

Kupfer wird rein oder als Legierung insbesondere aufgrund seiner hervorragenden elektrischen- und Wärmeleitfähigkeit, aber auch wegen der ausgezeichneten Verarbeitbarkeit und Langlebigkeit in einer Vielzahl von Anwendungen und in vielen verschiedenen Industrien wie im Automobil- oder Maschinenbau eingesetzt. Ein wichtiges Anwendungsfeld sind inzwischen auch erneuerbare Energien (Stichwort: Green Building). Dazu gehören aber auch Bereiche wie Telekommunikation, Architektur, konventionelle Energien, Sanitärinstallation, Heizung, Verkehr, maritime Anwendungen, Elektrotechnik (z. B. Elektroinstallation) , Präzisionsteile, Münzen, Essbesteck, Kunstgegenstände, Musikinstrumente und vieles mehr.

Wird es in Kontakt mit anderen Metallen eingesetzt, führt es bei diesen bei Feuchtigkeitseinfluss zu Kontaktkorrosion.

Nach Silber besitzt Kupfer noch vor Gold die zweithöchste elektrische Leitfähigkeit aller Stoffe und wird daher u. a. eingesetzt für:

Aluminium ist zwar billiger und auf die Masse pro Länge bezogen ein besserer elektrischer Leiter als Kupfer. Es ist aber voluminöser. U. a. deshalb und auch weil Kupfer besser kontaktiert werden kann und es eine höhere Biegewechselbeständigkeit hat, wird es als Stromleiter gegenüber Aluminium meist bevorzugt, außer wenn es auf das Gewicht oder den Preis ankommt.

Drähte und Litzen aus sogenanntem Oxygen Free Copper (OFC, englisch für Sauerstoff-freies Kupfer mit einer Reinheit von > 99,99 %) haben ein sehr feinkörniges Kristallgefüge und eine besonders hohe Ermüdungsbruchfestigkeit. Sie werden für mechanisch hochbeanspruchte Kabel und Leitungen eingesetzt.

Für Oberleitungen werden Legierungen von Kupfer und Magnesium verwendet. Dabei muss ein Kompromiss zwischen steigender Zugfestigkeit und sinkender Leitfähigkeit gefunden werden.

Kupfer besitzt ein hohes Reflexionsvermögen im Infrarotbereich und wird daher als Spiegel für Kohlendioxidlaser-Strahlen und zur Glasbeschichtung (Isolierglas) eingesetzt.

Wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit eignet es sich gut als Material für Wärmetauscher, Kühlkörper und Montageplatten von Leistungshalbleitern. In der Gastronomie wird es oft als Kochgeschirr eingesetzt.

Im Kunsthandwerk wird Kupferblech getrieben, das heißt durch Hämmern verformt, was aufgrund seiner Weichheit leicht möglich ist. In der bildenden Kunst wird Kupfer bis heute zur Fertigung von Druckplatten für Kupferstiche und Radierungen verwendet.

Auch Dächer werden mit Kupferblech gedeckt, worauf sich dann eine beständige grünliche Patina bildet, die aus verschiedenen basischen Kupferhydroxiden bzw. Kupfercarbonaten besteht. Diese oft fälschlich auch als „Grünspan“ (siehe Kupferacetat) bezeichnete Patina schützt das darunterliegende Metall gut vor weiterer Korrosion, sodass Kupferdächer eine Lebensdauer von mehreren Jahrhunderten haben können. Kupfernägel finden beim traditionellen Schieferdach Verwendung. Zunehmend wird Kupfer auch aus ästhetischen Gründen für Dächer und Fassaden eingesetzt.

Kupfer ist auch Bestandteil von mehr als 400 Legierungen wie z. B. Messing (mit Zink), Bronze (mit Zinn) und Neusilber (mit Zink und Nickel). Diese Kupferlegierungen werden wegen ihrer guten Eigenschaften, wie Farbe, Korrosionsbeständigkeit und Verarbeitbarkeit gerne vielfältig eingesetzt. Man unterscheidet Knetlegierungen (Messing und Neusilber) und Gusswerkstoffe (Rotguss, Bronzen): Knetlegierungen werden durch plastisches Umformen (Warmumformen: Walzen, Schmieden usw. oder Kaltumformen: Drahtziehen, Hämmern, Kaltwalzen, Tiefziehen usw.) in die gewünschte Form gebracht, während Gusswerkstoffe meist nur schwer oder gar nicht plastisch formbar sind.

Je nach Nickelzusatz verschwindet die kupfereigene Farbe und es entstehen gelbliche bis weiße korrosionsfeste Legierungen (Kupfernickel).

Viele Münzwerkstoffe sind auf Kupferbasis hergestellt, so ist das „Nordisches Gold“ genannte Metall der goldfarbigen Teile der Euromünzen eine Kupfer-Zink-Aluminium-Zinn-Legierung. Die Münzmetalle der bis 2001 gültigen 1-DM-Geldstücke sowie die hellen Anteile der Euromünzen bestehen aus Kupfernickel-Legierungen.

Kupferverbindungen kommen in Farbpigmenten, als Toner, in medizinischen Präparaten und galvanischen Oberflächenbeschichtungen zum Einsatz.

Der Kupferstammbaum

Eine Übersicht über die verschiedenen Legierungsfamilien gibt der Kupferstammbaum des Deutschen Kupferinstituts.

Siehe auch: Kupferrecycling
Flammenfärbung von Kupfer

Kupfer färbt die Boraxperle in der oxidierenden Flammenzone blau bis blau-grün, in der reduzierenden Flammenzone ist keine Färbung bemerkbar bzw. wird die Perle rot bis rotbraun gefärbt. Im klassischen Kationentrenngang wird Kupfer in der Schwefelwasserstoff-Gruppe gefällt und dort in der Kupfergruppe als blauer Komplex nachgewiesen. Letztere Färbung beruht darauf, dass Lösungen von Kupfer(II)-Ionen mit Ammoniak einen tiefblauen Kupfertetramminkomplex, [Cu(NH3)4]2+, bilden (siehe auch Komplexbildungsreaktion).

Eine Kaliumhexacyanoferrat(II)-Lösung fällt Kupfer(II)-Ionen als Kupfer(II)-hexacyanoferrat(II), Cu2[Fe(CN)6]. Diese Nachweisreaktion ist sehr empfindlich, d. h., sie zeigt auch geringe Kupfermengen an.

Kupfersalze färben die Flamme (Bunsenbrennerflamme) grün bis blau (Flammenfärbung, Spektralanalyse).

Die quantitative Bestimmung kann durch Elektrogravimetrie an einer Platinnetzkathode aus einer schwefelsauren Kupfer(II)-haltigen Lösung erfolgen. Maßanalytisch kann Kupfer durch Iodometrie oder Komplexometrie (Titration mit Titriplex/Komplexon III mit Indikator Murexid) bestimmt werden. Im Spurenbereich steht die Differenzpulspolarographie zur Verfügung (Halbstufenpotential −0,62 V gegen SCE in 1 M Thiocyanat-Lösung). Ultraspuren an Kupfer bestimmt man mittels Inversvoltammetrie, Graphitrohr-AAS oder ICP-MS.

Kupfer(II)-Ionen bilden mit Cuprizon (Oxalsäurebiscyclohexylidenhydrazid) in schwach alkalischer Lösung einen blauen Komplex.

Oxide und Hydroxide

Kupfer(I)-oxid ist rötlich und besitzt eine kubische Kristallstruktur mit der Raumgruppe Pn3m (Raumgruppen-Nr. 224)Vorlage:Raumgruppe/224. Es wird als Pigment in Glas, Keramik, Email, Porzellanlasur sowie als optisches Glaspoliermittel, Insektizid, Katalysator für die Ammoniakherstellung, Lösungsmittel für Chromeisenerze, in galvanischen Elektroden, in der Pyrotechnik, Wolkenbildung, Korrosionsinhibitoren, Galvanisierverfahren, Elektronik, Textilien, als Flammschutzmittel, Kraftstoffadditiv, Katalysator zur Schadstoffbekämpfung, zum Drucken und Fotokopieren und als Holzschutzmittel verwendet.

Kupfer(II)-oxid ist ein schwarzer, amorpher oder kristalliner Feststoff und bildet eine monokline Kristallstruktur mit der Raumgruppe C2/c (Raumgruppen-Nr. 15)Vorlage:Raumgruppe/15. Es wird in der Keramikindustrie verwendet, um Gläser, Glasuren und Emails blau, grün oder rot zu färben. Es wird gelegentlich zur Einarbeitung in Mineralstoffzusätze zur Absicherung gegen Kupfermangel in der Tierernährung eingesetzt. Zu seinen weiteren Anwendungen gehört die Aufbereitung von Lösungen für die Zellstoffindustrie.

Kupfer(II)-hydroxid ist blau und wird zur Herstellung von Zellstoff, Batterieelektroden und anderen Kupfersalzen verwendet. Es wird als Beizmittel beim Färben, als Pigment- und Futtermittelzusatz, bei der Behandlung der Lagerfäule bei Preiselbeeren und als Fungizid gegen bakterielle Schwachstellen bei Salat, Pfirsichen, Preiselbeeren und Walnüssen verwendet.

Halogenide

Kupfer(II)-chlorid ist ein braunes, stark hygroskopisches Pulver. Es wird als Katalysator für organische und anorganische Reaktionen, Beizmittel zum Färben und Bedrucken von Textilien, Pigment für Glas und Keramik, Holzschutzmittel, Desinfektionsmittel, Insektizid, Fungizid und Herbizid sowie als Katalysator bei der Herstellung von Chlor aus Chlorwasserstoff verwendet. Kupfer(II)-chlorid-Dihydrat (CuCl2 · 2 H2O) ist ein blaugrüner Feststoff.

Kupfer(I)-chlorid ist weiß und besitzt eine Kristallstruktur vom Zinkblende-Typ mit der Raumgruppe F43m (Raumgruppen-Nr. 216)Vorlage:Raumgruppe/216. Es wird als Katalysator für viele organische Reaktionen verwendet. Ammoniaklösungen von Kupfer(I)-chlorid werden zur Reinigung von Gasen von Kohlenstoffmonoxid eingesetzt.

Weitere anorganische Verbindungen

Synthetisch hergestellte Kupfersulfat-Pentahydrat-Kristalle

Kupfersulfat kommt in der Natur als Chalkanthit (Kupfersulfat-Pentahydrat, Cu[SO4] · 5H2O) und als Boothit (Kupfersulfat-Heptahydrat, Cu[SO4] · 7H2O) vor. Es dient zum Konservieren von Häuten, zum Gerben von Leder, zur Herstellung von Kupfersalzen, zum Konservieren von Zellstoffholz und gemahlenem Zellstoff, zur Bekämpfung des Algenwachstums in stehenden Gewässern. Außerdem wird es in Galvaniklösungen, Wasch- und Metallmarkierungsfarben, Erdölraffinerien, in der Pyrotechnik und für viele andere industrielle Anwendungen eingesetzt.

Organische Verbindungen

Kupfer(II)-acetat (Grünspan) als Pulver

Kupfer(II)-acetat (Grünspan) bildet dunkelgrüne Kristalle. Es wird als Fungizid, Katalysator für organische Reaktionen, Pigment für Keramiken, Insektizid, Schimmelschutzmittel, Konservierungsmittel für Cellulosematerialien, Stabilisator für Polyurethane und Nylons, Korrosionsschutzmittel und Kraftstoffadditiv verwendet.

Der Kupferpreis im Vergleich zum Aluminiumpreis
  • Kupfer
  • Aluminium
  • Kupfer ist ein relativ teures Metall. Sein Preis entsteht maßgeblich an den großen Rohstoffbörsen und Warenterminbörsen der Welt. Führend im Kupferhandel ist die London Metal Exchange (LME).

    Der Weltmarktpreis für Kupfer unterliegt starken Schwankungen: Eine der größten Schwankungen erfuhr er im Jahr 2008, als der Preis für Kupfer am 2. Juli an der LME noch zum zwischenzeitlichen Höchststand von 8.940 USD/t gehandelt wurde und bis zum 23. Dezember 2008 auf seinen 10-Jahres-Tiefststand von 2.825 USD fiel. Danach erholte sich der Kupferpreis in weniger als 4 Monaten bis zum 15. April 2009 wieder bis auf 4.860 USD/t. Seinen 10-Jahres-Höchststand hatte der Kupferpreis am 14. Februar 2011 mit 10.180 USD/t.

    Von März 2012 bis März 2013 stieg der Kupferpreis in der Spitze am 2. April 2012 bis auf 8.619,75 USD und am 2. August 2012 bis auf 7.288,25 USD. Eine ähnliche Spannweite zeigte sich auch von Oktober 2012 bis März 2013 zwischen 8.350 USD/t und 7.577 USD/t.

    Im August 2014 lag der Weltmarktpreis für Kupfer bei etwa 7.000 USD/t. Dies waren nach damaligem Wechselkurs 5.896 EUR/t.

    Der hohe Kupferpreis bedingt auch einen Anstieg der Diebstähle von kupferhaltigen Gegenständen. Besonders betroffen sind hier Erdungskabel von Eisenbahnen. Beispielsweise entstanden der Deutschen Bahn AG im Jahr 2015 rund 14 Mio. Euro Schaden.

    Einer der größten Finanzskandale der neueren Geschichte ist die Sumitomo-Affäre. Sie beruhte auf dem Handel mit Kupfer. In Folge der Aufdeckung sank 1996 der Kupferpreis innerhalb eines Tages um 27 %.

    Commons: Kupfer – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien
    Wiktionary: Kupfer – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
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    Kupfer
    kupfer, chemisches, element, symbol, ordnungszahl, sprache, beobachten, bearbeiten, titel, dieses, artikels, mehrdeutig, weitere, bedeutungen, sind, unter, begriffsklärung, aufgeführt, lateinisch, cuprum, chemisches, element, elementsymbol, ordnungszahl, überg. Kupfer chemisches Element mit dem Symbol Cu und der Ordnungszahl 29 Sprache Beobachten Bearbeiten Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig Weitere Bedeutungen sind unter Kupfer Begriffsklarung aufgefuhrt Kupfer lateinisch Cuprum ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Cu und der Ordnungszahl 29 Es ist ein Ubergangsmetall im Periodensystem steht es in der 4 Periode und der 1 Nebengruppe nach neuer Zahlung Gruppe 11 oder Kupfergruppe Der lateinische Name cuprum ist abgeleitet von aes cyprium Erz von der griechischen Insel Zypern auf der im Altertum Kupfer gewonnen wurde Eigenschaften Ar 3d10 4s1 29 Cu PeriodensystemAllgemeinName Symbol Ordnungszahl Kupfer Cu 29Elementkategorie UbergangsmetalleGruppe Periode Block 11 4 dAussehen rotbraun metallisch kupferfarbenCAS Nummer 7440 50 8EG Nummer 231 159 6ECHA InfoCard 100 028 326Massenanteil an der Erdhulle 0 01 1 Atomar A 1 Atommasse 63 546 3 2 uAtomradius berechnet 135 145 pmKovalenter Radius 132 pmVan der Waals Radius 140 pmElektronenkonfiguration Ar 3d10 4s11 Ionisierungsenergie 7 726 380 4 eV 3 745 48 kJ mol 4 2 Ionisierungsenergie 20 29239 6 eV 3 1 957 92 kJ mol 4 3 Ionisierungsenergie 36 841 12 eV 3 3 554 6 kJ mol 4 4 Ionisierungsenergie 57 38 5 eV 3 5 536 kJ mol 4 5 Ionisierungsenergie 79 8 7 eV 3 7 700 kJ mol 4 Physikalisch A 1 Aggregatzustand festKristallstruktur kubisch flachenzentriertDichte 8 92 g cm 20 C 5 Mohsharte 3 0Magnetismus diamagnetisch Xm 9 6 10 6 6 Schmelzpunkt 1357 77 K 1084 62 C Siedepunkt 2868 K 7 2595 C Molares Volumen 7 11 10 6 m3 mol 1Verdampfungswarme 305 kJ mol 7 Schmelzwarme 13 3 8 kJ mol 1Schallgeschwindigkeit 3570 m s 1Spezifische Warmekapazitat 385 1 J kg 1 K 1Austrittsarbeit 4 65 eV 9 Elektrische Leitfahigkeit 58 1 106 A V 1 m 1Warmeleitfahigkeit 400 W m 1 K 1Mechanisch A 1 E Modul 100 130 GPa 10 11 Poissonzahl 0 34 0 35 12 Chemisch A 1 Oxidationszustande 1 2Normalpotential 0 340 V Cu2 2 e Cu Elektronegativitat 1 9 Pauling Skala IsotopeIsotop NH t1 2 ZA ZE MeV ZP61Cu syn 3 333 h e 2 237 61Ni62Cu syn 9 74 min e 3 948 62Ni63Cu 69 17 Stabil64Cu syn 12 7 h e 1 675 64Nib 0 579 64Zn65Cu 30 83 Stabil66Cu syn 5 088 min b 2 642 66Zn67Cu syn 61 83 h b 0 577 67ZnWeitere Isotope siehe Liste der IsotopeNMR Eigenschaften Spin Quanten zahl I g in rad T 1 s 1 Er 1H fL bei B 4 7 T in MHz63Cu 3 2 7 112 107 0 065 26 5165Cu 3 2 7 604 107 0 0354 28 40SicherheitshinweiseGHS Gefahrstoffkennzeichnung 13 Pulver GefahrH und P Satze H 228 410P 210 273 13 MAK Schweiz 0 1 mg m 3 gemessen als einatembarer Staub 14 Soweit moglich und gebrauchlich werden SI Einheiten verwendet Wenn nicht anders vermerkt gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen Kupfer ist als relativ weiches Metall gut formbar und zah Als hervorragender Warme und Stromleiter findet es vielseitige Verwendung Daruber hinaus zahlt es auch zur Gruppe der Munzmetalle Als wichtiges Technologie bzw Funktionsmetall gehort Kupfer zu den Halbedelmetallen Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte 2 Kupfer als Mineral 3 Vorkommen und Forderung 3 1 Forderung und Reserven 4 Gewinnung 4 1 Rohkupfer 4 2 Raffination 5 Eigenschaften 5 1 Physikalische Eigenschaften 5 2 Chemische Eigenschaften 5 3 Biologische Eigenschaften 5 3 1 Antimikrobielle Eigenschaften 5 3 2 Wirkung gegen Schnecken 5 3 3 Biologischer Kupferbedarf 5 3 4 Kupferuberschuss und Vergiftung 5 3 5 Kupfer und Morbus Alzheimer 6 Verwendung 7 Legierungen 8 Nachweis 9 Verbindungen 9 1 Oxide und Hydroxide 9 2 Halogenide 9 3 Weitere anorganische Verbindungen 9 4 Organische Verbindungen 10 Preisentwicklung 11 Literatur 12 Weblinks 13 Anmerkungen 14 EinzelnachweiseGeschichte Kupferbergwerk Herri met de Bles Mitte 16 Jh Venus symbol Sym bol der Al chemie fur Kupfer Kupfer Gold Silber und Zinn waren die ersten Metalle welche die Menschheit in ihrer Entwicklung kennenlernte Da Kupfer leicht zu verarbeiten ist wurde es bereits von den altesten bekannten Kulturen vor etwa 10 000 Jahren verwendet Die Zeit seines weitraumigen Gebrauchs vom 5 Jahrtausend v Chr bis zum 3 Jahrtausend v Chr wird je nach Region auch Kupferzeit genannt In Hujayrat al Ghuzlan in Jordanien bestand schon um 4 000 v Chr eine Massenproduktionsstatte von Kupfer In der Alchemie wurde Kupfer mit Venus und Weiblichkeit Planetenmetalle assoziiert und als Verbindung von Schwefel und Quecksilber 15 angesehen Die ersten Spiegel wurden aus diesem Metall hergestellt Wahrend der spaten ostmediterranen Bronzezeit wurde Kupfer vor allem auf Zypern gefordert und von dort in zumeist ca 30 kg schweren Kupferbarren in Form von Rinderhauten sogenannte Ochsenhautbarren exportiert Fragmente zyprischer Ochsenhautbarren aus der Zeit zwischen dem 16 und dem 11 Jahrhundert v Chr finden sich in weiten Teilen des Mittelmeerraums bis nach Sardinien auf dem Balkan und sogar nordlich der Alpen Depotfund von Oberwilflingen 16 Grosster vorindustrieller Kupferhersteller war das Romische Reich mit einer geschatzten Jahresproduktion von 15 000 t 17 Spater wurde Kupfer mit Zinn und Bleianteilen zu Bronze legiert Diese hartere und technisch widerstandsfahigere Legierung wurde zum Namensgeber der Bronzezeit Die Unterscheidung von Blei und Zinn wurde erst mit wachsenden Metallkenntnissen eingefuhrt sodass der Begriff Bronze aus heutiger Sicht nur auf die hochkupferhaltigen Zinn Kupferlegierungen richtig angewendet ist Die goldgelbe Kupfer Zink Legierung Messing war bereits im antiken Griechenland bekannt Es wurde durch gemeinsames Verarbeiten der jeweiligen Erze erschmolzen aber erst die Romer haben dieses Verfahren verstarkt verwendet In Altkolumbien wurde die Gold Kupfer Legierung Tumbaga haufig verwendet Kupfer als MineralNaturliche Vorkommen an gediegen Kupfer das heisst in seiner elementaren Form waren bereits lange vor der Grundung der International Mineralogical Association IMA bekannt Kupfer ist daher als sogenanntes grandfathered Mineral als eigenstandige Mineralart anerkannt 18 Gemass der Systematik der Minerale nach Strunz 9 Auflage wird Kupfer unter der System Nr 1 AA 05 Elemente Metalle und intermetallische Verbindungen Kupfer Cupalit Familie Kupfergruppe 19 beziehungsweise in der veralteten 8 Auflage unter I A 01 Kupfer Reihe eingeordnet Die vorwiegend im englischsprachigen Raum verwendete Systematik der Minerale nach Dana fuhrt das Element Mineral unter der System Nr 01 01 01 03 Goldgruppe 20 In der Natur bildet sich Kupfer meist in basaltischen Laven entweder in Form von kupferroten metallisch glanzenden Nuggets aus der Schmelze erstarrt oder in verzweigten Strukturen so genannten Dendriten Gelegentlich sind auch kristalline Ausbildung anzutreffen Kupfer tritt in Paragenese mit verschiedenen meist sekundaren Kupfermineralen wie Bornit Chalkosin Cornwallit Cuprit Azurit und Malachit sowie Tenorit auf kann aber auch mit vielen anderen Mineralen wie Calcit Klinoklas Prehnit Pumpellyit Quarz und Silber vergesellschaftet sein 21 22 Kupfer Nugget Kupfer Dendriten Wurfelige Kupfer Kristalle Pseudomorphose von Kupfer nach Aragonit Kupfererze kommen haufig vor So wird Kupfer aus Chalkopyrit Kupferkies CuFeS2 Chalkosin Kupferglanz Cu2S seltener auch aus Bornit Buntkupferkies Cu5FeS4 Atacamit CuCl2 Cu OH 2 Malachit Cu2 OH 2 CO3 und anderen Erzen gewonnen Im Jahre 2019 waren 636 Kupferminerale bekannt Die Minerale mit der hochsten Kupferkonzentration in der Verbindung sind Cuprit bis 88 8 und Algodonit bis 83 6 sowie Paramelaconit Tenorit und Chalkosin bis 79 9 23 Vorkommen und Forderung Hauptartikel Kupferbergbau Kupfer kommt in der Erde nach Angaben des Deutschen Kupferinstituts mit einem Gehalt von etwa 0 006 vor und steht in Bezug auf die Haufigkeit der Elemente in der Erdkruste an der 23 Stelle 24 Haufig tritt Kupfer gediegen das heisst in elementarer Form auf Weltweit sind aktuell Stand 2017 uber 3000 Fundorte fur gediegen Kupfer bekannt so unter anderem in Afghanistan Argentinien Australien Belgien Bolivien Brasilien Bulgarien Chile China der Demokratischen Republik Kongo Deutschland Finnland Frankreich Griechenland Indien im Iran in Irland Italien Japan Kanada Kasachstan Marokko Mexiko der Mongolei Namibia Neuseeland Norwegen Osterreich Peru den Philippinen Polen Portugal Rumanien Russland Sambia Schweden der Schweiz Simbabwe der Slowakei Spanien Sudafrika Tschechien der Turkei der Ukraine Ungarn den Vereinigten Staaten von Amerika USA und dem Vereinigten Konigreich UK 25 Auch in mehreren Gesteinsproben vom Mittelatlantischen Rucken sowie vom Mond das die Sonde der Luna 24 Mission vom Mare Crisium mitbrachte konnte gediegen Kupfer nachgewiesen werden 25 Forderung und Reserven Siehe auch Kupfer Tabellen und Grafiken Der bedeutendste Kupferproduzent ist Chile mit grossem Abstand gefolgt von Peru und China In Europa sind Polen Portugal und Schweden nennenswert Die wichtigsten Exportlander waren von 1967 bis 1988 in der CIPEC organisiert Zur CIPEC gehorten unter anderem Chile Peru und Papua Neuguinea auf dessen Insel Bougainville eine der weltgrossten Kupferminen 1988 zu einem Burgerkrieg fuhrte Historisch bedeutsam waren die Kupfergruben auf der Keweenaw Halbinsel im Oberen See USA Dort gab es das weltweit grosste Vorkommen von gediegen Kupfer Abbau fand dort schon in vorkolumbischer Zeit statt In Deutschland wurde bis 1990 im Mansfelder Land Kupferschiefer abgebaut Weitere historische Abbaustatten waren Kupferberg Oberfranken ab dem 13 Jahrhundert und das niederschlesische Kupferberg Riesengebirge seit dem 12 Jahrhundert 26 In Cornwall England hat es vor allem im 18 und 19 Jahrhundert bedeutenden Kupferbergbau gegeben 27 Laut International Copper Study Group ICSG liegen nach Angaben des United States Geological Survey USGS die Kupferreserven derzeit bei rund 870 Millionen Tonnen Mt Identifizierte und unentdeckte Kupferressourcen werden auf etwa 2 100 Mt bzw 3 500 Mt geschatzt insgesamt 5 600 Mt Letzteres berucksichtigt nicht die riesigen Kupfermengen die in Tiefseeknollen und landseitigen und submarinen Massivsulfiden sind 28 Mitgliedsstaaten der CIPEC Entwicklung der Kupferforderung 1900 2012 Kupfererzforderung in Tausend Tonnen 2018 29 Rang Land Forderung Reserven1 Chile 5800 170 0002 Peru 2400 83 0003 Volksrepublik China 1600 26 0004 Vereinigte Staaten 1200 48 0005 Demokratische Republik Kongo 1200 20 0006 Australien 950 88 0007 Sambia 870 19 0008 Indonesien 780 51 0009 Mexiko 760 50 00010 Russland 710 61 000Gewinnung Kupfergewinnung nach dem Schwebeschmelzverfahren Rohkupfer Die wichtigsten Ofen fur die Kupfergewinnung sind der Flammofen und seit 1980 der Schwebeschmelzofen Zur Herstellung von Kupfer wird aus Kupferkies CuFeS2 zunachst so genannter Kupferstein Cu2S mit variierenden Gehalten an FeS und einem Cu Gehalt von ca 70 gewonnen Dazu wird das Ausgangsmaterial unter Zusatz von Koks gerostet und die enthaltenen Eisenoxide durch kieselsaurehaltige Zuschlagstoffe verschlackt Diese Eisensilikat Schlacke schwimmt auf dem Kupferstein und kann so leicht abgegossen werden Rostarbeit 6 C u F e S 2 10 O 2 3 C u 2 S 2 F e S 2 F e 2 O 3 7 S O 2 displaystyle mathrm 6 CuFeS 2 10 O 2 longrightarrow 3 Cu 2 S 2 FeS 2 Fe 2 O 3 7 SO 2 Schmelzarbeit F e 2 O 3 C S i O 2 F e 2 S i O 4 C O displaystyle mathrm Fe 2 O 3 C SiO 2 longrightarrow Fe 2 SiO 4 CO Der so erhaltene Kupferstein wird zu Rohkupfer auch Schwarzkupfer weiterverarbeitet Dazu wird er glutflussig in einen Konverter gegossen und in diese Schmelze Luft eingeblasen In einer ersten Stufe Schlackenblasen wird dabei das darin enthaltene Eisensulfid zu Eisenoxid gerostet und dieses durch zugeschlagenen Quarz zur Schlacke gebunden die abgegossen werden kann In einem zweiten Schritt Garblasen werden zwei Drittel des verbleibenden Cu2S zu Cu2O oxidiert Das Oxid setzt sich dann mit dem restlichen Sulfid zum Rohkupfer um Schlackenblasen 2 C u 2 S 3 O 2 2 C u 2 O 2 S O 2 displaystyle mathrm 2 Cu 2 S 3 O 2 longrightarrow 2 Cu 2 O 2 SO 2 Garblasen C u 2 S 2 C u 2 O 6 C u S O 2 displaystyle mathrm Cu 2 S 2 Cu 2 O longrightarrow 6 Cu SO 2 Das Rohkupfer hat einen Kupferanteil von 98 In den restlichen 2 sind neben unedlen Metallen wie Eisen und Zink auch Edelmetalle wie Silber und Gold enthalten Raffination Die elektrolytische Raffination von Kupfer wird in einer schwefelsaurehaltigen Kupfer II sulfat Losung mit einer Rohkupfer Anode und einer Reinkupfer Kathode durchgefuhrt Bei der Elektrolyse werden nun alle im Vergleich zu Kupfer unedleren Metalle oxidiert und gehen als Kationen in Losung wahrend die edleren Metalle als Anodenschlamm absinken Reaktionsgleichung der elektrolytischen Raffination Anode C u C u 2 2 e displaystyle mathrm Cu longrightarrow Cu 2 2 e F e F e 2 2 e displaystyle mathrm Fe longrightarrow Fe 2 2 e Z n Z n 2 2 e displaystyle mathrm Zn longrightarrow Zn 2 2 e Kathode C u 2 2 e C u displaystyle mathrm Cu 2 2 e longrightarrow Cu Wahrend die Anode sich langsam unter Bildung der Kationen auflost scheidet sich an der Kathode durch Reduktion von Kupferionen ausschliesslich Kupfer das Elektrolytkupfer mit einem Massenanteil von w Cu 99 99 ab Der als Nebenprodukt entstehende Anodenschlamm wird spater weiter verwertet und dient als Ausgangsmaterial fur die Gewinnung der Edelmetalle Die Gewinnung von Kupfer erfolgt in Affinerien In Europa ist dafur die Aurubis AG fruher Norddeutsche Affinerie mit Hauptsitz in Hamburg bekannt fruher war es auch die Duisburger Kupferhutte heute DK Recycling und Roheisen Kupfer kann auch als so genannter Zementkupfer durch Fallung aus Kupfersulfat Losung mit Eisen gewonnen werden Der Vorgang der Fallung wird Zementation genannt Das erhaltene Kupfer ist oft verunreinigt 30 Die Fallung von Kupfer auf Eisen aus naturlich vorkommenden Metallsalz Losungen wurde in China bereits seit 1086 n Chr praktiziert 31 Kupfer kann auch durch eine aluminothermische Reaktion dargestellt werden Als Thermit dient hierbei ein Gemisch aus Kupfer II oxid und Aluminiumgriess Durch den Einsatz eines Fliessmittels z B Calciumfluorid kann die Ausbeute erhoht werden weil sich die elementaren Metalle im Gegensatz zur entstehenden Schlacke nicht im Fliessmittel losen konnen Die aluminothermische Gewinnung ist wegen des dafur notigen Aluminiums nicht wirtschaftlich Gerosteter Kupferkies sogenannter Kupferstein Entkupferung von Erzlosung uber Eisenplatten durch Bildung von Zementkupfer hellrosa Verwendete Verfahren zur Kupfergewinnung 1930 1995 EigenschaftenDie gute elektrische und Warmeleitfahigkeit sind wichtige Eigenschaften des Werkstoffes Kupfer Die grosse Bedeutung dieses Werkstoffes fur die Technik ergibt sich aber erst durch die Kombination der verschiedenen guten Eigenschaften die auch in Verbindung mit anderen Metallen in Form von Kupferlegierungen seit Jahren genutzt und weiterentwickelt werden Ausserdem verfugt Kupfer uber eine ausgezeichnete Korrosionsbestandigkeit und ist zu 100 Prozent ohne Qualitatsverluste recycelbar Physikalische Eigenschaften Kubisch flachenzentriertes Gitter des Kupfers Kupferscheibe Querschnitt aus Strangguss angeatzt zum Sichtbarmachen der Kristallorientierung Durchmesser ca 83 mm Reinheit gt 99 95 Aufgrund seiner Dichte von 8920 kg m gehort Kupfer zu den Schwermetallen das kubisch flachenzentriert kristallisiert und damit eine kubisch dichteste Kugelpackung mit der Raumgruppe Fm3 m Raumgruppen Nr 225 Vorlage Raumgruppe 225 aufweist Der Gitterparameter betragt bei reinem Kupfer 0 3615 nm 32 entspricht 3 615 A bei 4 Formeleinheiten pro Elementarzelle 33 Kupfer ist ein sehr guter Warmeleiter Sein Schmelzpunkt liegt bei 1083 4 C Ebenso ist Kupfer ein sehr guter elektrischer Leiter mit einer elektrischen Leitfahigkeit von 58 106 S m Seine Leitfahigkeit ist nur wenig schlechter als Silber und deutlich besser als Gold Da alle im Kupfer gelosten Beimengungen besonders Verunreinigungen wie Phosphor und Eisen 34 die Leitfahigkeit stark herabsetzen werden fur Leiterwerkstoffe oft hochste Reinheitsgrade verwendet Cu ETP fruher E Kupfer 99 9 Reinheit Die Mohsharte von Kupfer betragt 2 5 bis 3 was einer Vickersharte VHN von 77 99 bei einer Prufkraft von 1 N entspricht Durch Kaltumformung wird die Zugfestigkeit von 150 bis 200 MPa weich auf gt 350 MPa erhoht Die Bruchdehnung sinkt dadurch auf unter 5 mit Hartewerten um 100 HB Die Leitfahigkeit sinkt Verformtes und anschliessend weichgegluhtes Kupfer hat eine Bruchdehnung gt 40 und Hartewerte um die 50 HB Die Weichheit von Kupfer erklart zum Teil die hohe elektrische Leitfahigkeit und die hohe Warmeleitfahigkeit die unter den reinen Metallen bei Raumtemperatur die zweithochste nach Silber ist Dies liegt daran dass der spezifische Widerstand fur den Elektronentransport in Metallen bei Raumtemperatur in erster Linie auf der Streuung von Elektronen bei thermischen Schwingungen des Gitters beruht die in einem weichen Metall relativ schwach sind 35 Schmieden ist bei Temperaturen von 700 bis 800 C sehr gut moglich Kaltverformung ist ohne Zwischengluhen durchfuhrbar es tritt Kaltverfestigung ein Als blankes Metall hat Kupfer eine hellrote Farbe die Strichfarbe ist rosarot Die rote Farbe ruhrt daher dass es bei normaler Temperatur das komplementare grune und blaue Licht etwas mehr absorbiert An der Luft lauft es an und wird zunachst rotbraun Bei weiterer Verwitterung und Korrosion geht sehr langsam oft uber Jahrhunderte die glatte Oberflache verloren und die Farbe verandert sich durch die Bildung einer Patina von rotbraun zu blaugrun Kupfer ist ein bestandiger Bauwerkstoff mit einer technischen Lebenserwartung von uber 200 Jahren Diese Bestandigkeit beruht auf seiner Fahigkeit an der Atmosphare eine witterungsbestandige festhaftende Schutzschicht auszubilden Diese Oxidschicht ist in sich stabil und selbstheilend Unabhangig von ihrer Zusammensetzung stellt sie einen Schutz gegen weitere Korrosionsangriffe dar 36 Kupfer ist eines der wenigen metallischen Elemente mit einer anderen naturlichen Farbe als Grau oder Silber 37 Reine Kupferoberflachen sind lachsrot und verfarben sich an der Luft rotbraun Die charakteristische Farbe von Kupfer ergibt sich aus Interband Ubergangen von im d Atomorbital vorhandenen Elektronen Wie bei anderen Metallen tritt galvanische Korrosion auf wenn Kupfer in einem Elektrolyten mit einem anderen Metall in Kontakt gebracht wird 38 Es bildet Lokalelemente zum Beispiel als Spurenbestandteil in Zink Als relativ edles Metall in der elektrochemischen Spannungsreihe ist es jedoch meist nicht selbst von der Korrosion betroffen Chemische Eigenschaften Oxidationszustande von Kupfer 1 CuCl Cu2O CuH Cu2C2 2 CuCl2 CuO CuSO4 Kupfer II acetat 3 KCuO2 K3CuF6 4 Cs2CuF6 Kupfer tritt in den Oxidationsstufen 0 1 2 3 und 4 auf am haufigsten sind 1 und 2 wobei 2 die stabilste Oxidationsstufe in wassrigen Losungen ist Stufe 4 ist extrem selten beispielsweise in Cs2CuF6 Kupfer II Salze z B Kupfersulfat sind meist von blauer oder gruner Farbe Kupfer hat chemisch teils ahnliche Eigenschaften wie die in der gleichen Gruppe stehenden Elemente Silber und Gold So scheidet sich an einem Eisennagel der in eine Losung aus Kupfersulfat getaucht wird eine Schicht aus metallischem Kupfer ab wofur Eisen als Eisensulfat in Losung geht weil Eisen unedler als Kupfer ist siehe dazu auch Spannungsreihe Kupfer wird von Salzsaure normalerweise nicht angegriffen 39 bei Anwesenheit von Sauerstoff jedoch stark angegriffen von heisser Schwefelsaure wird es aufgelost 40 Es lost sich auch in Salpetersaure 41 und Konigswasser auf 42 Eine Mischung aus Salzsaure oder Schwefelsaure mit Wasserstoffperoxid lost Kupfer sehr schnell auf Das Metall wird auch von organischen Sauren angegriffen Gegen Laugen verhalt es sich stabil Bei Rotglut reagiert es mit Sauerstoff und bildet eine dicke Schicht aus Kupferoxid Kupfer wird von Fluor und seinen Verbindungen passiviert Abhangig von der Korngrosse ist Kupferpulver entzundbar oder brennbar Das Metall in kompakter Form ist nicht brennbar und wird nach Ausbildung einer dunnen Oxidschicht von Luft und Wasser nicht weiter angegriffen ist also gegen saubere Luft und Wasser bestandig 13 In flussigem Kupfer losen sich Sauerstoff und Wasserstoff die sich bei der Erstarrung der Schmelze zu Wasserdampf umsetzen konnen und damit die Ursache fur Gasporositat im Gussstuck bilden In sauerstoffhaltigen Kupfersorten konnen beim Kontakt mit wasserstoffhaltigen Gasen Risse und Hohlraume entstehen was zu der sogenannten Wasserstoffversprodung bei Kupfer fuhrt Biologische Eigenschaften Fur den menschlichen Organismus hat Kupfer die Bedeutung ist ein essentielles Spurenelement d h der Mensch benotigt Kupfer um zu uberleben Gewohnlich wird der Tagesbedarf eines Erwachsenen von ca 2 mg durch die Aufnahme einer ausgewogenen Ernahrung mit einem reichlichen Anteil an Getreide Fleisch Wurzelgemuse Hulsenfruchten Nussen oder auch Schokolade erreicht 43 Kupfer ist ein naturlich vorkommendes Element das man in verschiedenen Formen und Konzentrationen in der Erdkruste den Ozeanen Seen und Flussen finden kann Das Leben von Flora und Fauna hat sich im Rahmen dieses naturlichen Vorhandenseins von Kupfer entwickelt Daher verfugen die meisten Organismen uber einen immanenten Mechanismus zu seiner Nutzung Antimikrobielle Eigenschaften Kupfer ist fur viele Mikroorganismen Viren Keime bereits in geringen Konzentrationen toxisch Aufgrund der antimikrobiellen Eigenschaft von Kupfer wird das Material z B in Krankenhausern in Grossversuchen eingesetzt So belegt eine Klinische Studie von 2008 2009 dass in der Asklepios Klinik Wandsbek Hamburg nach dem Austausch von 50 Turgriffen platten und Lichtschaltern die MRSA Keime auf 63 reduziert wurden 44 45 Eine Studie aus Chile stellte bei einer Luftfeuchte von 7 2 bis 19 7 eine Reduktion der Keimzahlen auf Gegenstanden aus Kupferlegierungen um bis zu 92 fest Eine Multicenter Studie von 2010 2011 aus den USA belegt dass die Infektionsrate in Kupferzimmern um annahernd 60 sinkt auf den Kupfergegenstanden reduzierte sich die Keimzahl um uber 80 2013 tauschte die Klinik fur Kinder und Jugendmedizin im Klinikum Niederberg Nordrhein Westfalen ihre Turklinken gegen solche aus Kupferlegierungen um Legierungen mit uber 60 Kupferanteil seien vonnoten 46 In den USA laufen weitere Versuche mit verschiedenen Kupferanwendungen 47 Experimente legen nahe dass die Kontakt Kontaktabtotung durch einen Mechanismus ablauft bei dem der Metall Bakterien Kontakt die Zellhulle schadigt was wiederum die Zellen anfallig fur weitere Schaden durch Kupfer macht 48 Aktuell befinden sich sogar drei Experimente der Arbeitsgruppe auf der Raumstation ISS und es werden noch einige mehr folgen Die keimreduzierende Wirkung entsteht dadurch dass Kupferionen sich an Thiolgruppen von Proteinen binden und Lipide der Zellmembran peroxidieren was zur Bildung von freien Radikalen fuhrt welche die DNA und Zellmembranen schadigen Beim Menschen fuhrt das beispielsweise im Fall von Morbus Wilson Kupferspeicherkrankheit zu Schadigungen der Organe mit einem hohen Kupferuberschuss 49 Kupferlegierungen mit einem Kupferanteil von mindestens 60 zeigen auch eine toxische Wirkung gegenuber Noroviren 50 Wirkung gegen Schnecken Durch den Schneckenschleim wird das Kupfer im Kupferdraht oder Kupferfolie oxidiert die als Barriere zu gefahrdeten Pflanzen dient Dadurch entsteht eine reizende Substanz die die Schnecke daran hindert weiter zu kriechen 51 52 Biologischer Kupferbedarf Da Kupfer insbesondere fur den Stoffwechsel von grosser Wichtigkeit ist kann ein Kupfermangel zu schweren gesundheitlichen Problemen fuhren Die gesundheitlichen Vorteile von Kupfer sind zahlreich denn Kupfer beeinflusst als Bestandteil lebenswichtiger Enzyme und Proteine viele Korperfunktionen Kupfer ist essentiell fur das Wachstum von Sauglingen die Knochenstarke die Reifung von roten und weissen Blutzellen den Eisentransport den Cholesterin und Glukosestoffwechsel die Herzmuskelkontraktion und die Entwicklung des Gehirns Der tagliche Bedarf eines erwachsenen Menschen betragt 1 0 1 5 Milligramm 53 Im menschlichen Korper wird Kupfer hauptsachlich in der Leber gespeichert Kupfer ist vor allem in Schokolade Leber Getreide Gemuse und Nussen enthalten Kupfermangel tritt beim Menschen selten auf Hauptsachlich ist ein Mangel moglich bei langanhaltenden Durchfallen fruhreifen Kindern nach einer langanhaltenden Unterernahrung oder einer Malabsorption durch Krankheiten wie z B Sprue Morbus Crohn oder Mukoviszidose Die Einnahme hoher Dosen von Zink Eisen oder Molybdat kann ebenfalls zu verringerten Kupfermengen im Korper fuhren 54 Das Menkes Syndrom ist eine seltene angeborene Kupferstoffwechselstorung 55 56 Siehe auch Kupfermangel Kupferuberschuss und Vergiftung Kupferablagerung in der Hornhaut des Auges Kayser Fleischer Kornealring ein Symptom bei der Erbkrankheit Morbus Wilson Uberschussiges Kupfer wird mit der Gallenflussigkeit zur Ausscheidung in das Verdauungssystem abgegeben 54 Kupfersulfat Kupfervitriol ist ein starkes Brechmittel und wurde deshalb zur Behandlung vieler Vergiftungen eingesetzt beispielsweise durch weissen Phosphor was in diesem speziellen Fall auch noch den Vorteil hat dass gleichzeitig der Phosphor als schwerlosliches Kupferphosphid gebunden wird Bei der seltenen Erbkrankheit Morbus Wilson ist die Kupferausscheidung beeintrachtigt und es kommt zu vermehrter Kupferanlagerung zuerst in der Leber dann wenn diese das Kupfer in den Blutkreislauf ausscheidet auch in anderen Organen Eine weitere ebenso seltene Erkrankung des Kupferstoffwechsels ist das Menkes Syndrom Dabei kann das Kupfer von den Zellen zwar aufgenommen dann aber nicht mehr geordnet weitertransportiert werden so dass einige Organe einen erhohten andere wiederum einen erniedrigten Kupfergehalt aufweisen Kupfer und Morbus Alzheimer Immer wieder wurde der Zusammenhang zwischen Kupfer und der Entstehung der Alzheimer Krankheit diskutiert Bereits 2003 vermuteten Forscher dass Kupfer die Produktion von Amyloid A bremst und ein Mangel an Kupfer die Alzheimerdemenz fordert 57 Eine darauf folgende Pilotstudie mit 70 Alzheimer Patienten konnte jedoch keine protektive Wirkung von einer erhohten Kupfer Einnahme zeigen auch wenn es zu einer Stabilisierung im Abfall von Abeta42 im Liquor kam einem Krankheitsmarker der Alzheimer Erkrankung 58 Andere Studien zeigten dass Kupfer fur das Gehirn schadlich sein konnte So zeigte eine Studie mit dem Ionophor PBT2 als Wirkstoff gegen Alzheimer gute Ergebnisse in einer Phase II Studie Der Wirkstoff bindet nicht nur Zink sondern auch Kupfer und verringert somit die Konzentration von Kupfer im Gehirn 59 Eine neue Studie zeigt dass Kupfer sich bei langfristiger hoher Zufuhr in den Hirnkapillaren ablagert und dort die Blut Hirn Schranke schadigen kann Dadurch wird der Abtransport von Beta Amyloid behindert die Akkumulation des Stoffes verursacht dann den Morbus Alzheimer 60 Verwendung Elektrische Leitung Litze Der Bruningtaler Kupfer bzw Bronze Kursmunze zu 4 Reichspfennig von 1932 Kupferdach fur das Residenzschloss Dresden Kupfer wird rein oder als Legierung insbesondere aufgrund seiner hervorragenden elektrischen und Warmeleitfahigkeit aber auch wegen der ausgezeichneten Verarbeitbarkeit und Langlebigkeit in einer Vielzahl von Anwendungen und in vielen verschiedenen Industrien wie im Automobil oder Maschinenbau eingesetzt Ein wichtiges Anwendungsfeld sind inzwischen auch erneuerbare Energien Stichwort Green Building Dazu gehoren aber auch Bereiche wie Telekommunikation Architektur konventionelle Energien Sanitarinstallation Heizung Verkehr maritime Anwendungen Elektrotechnik z B Elektroinstallation Prazisionsteile Munzen Essbesteck Kunstgegenstande Musikinstrumente und vieles mehr Wird es in Kontakt mit anderen Metallen eingesetzt fuhrt es bei diesen bei Feuchtigkeitseinfluss zu Kontaktkorrosion Nach Silber besitzt Kupfer noch vor Gold die zweithochste elektrische Leitfahigkeit aller Stoffe und wird daher u a eingesetzt fur elektrische Leitungen Schaltdrahte und Stromkabel geringen Querschnitts Oberleitungen Leiterbahnen auf Leiterplatten und teilweise in integrierten Schaltkreisen Elektrische Maschinen Drahtwicklungen in Transformatoren Drosseln Spulen und Elektromotoren Bauteile Anodenkorper von Magnetrons Klemmen Bauteilanschlussbeine Kontakttrager Presshulsen Aluminium ist zwar billiger und auf die Masse pro Lange bezogen ein besserer elektrischer Leiter als Kupfer Es ist aber voluminoser U a deshalb und auch weil Kupfer besser kontaktiert werden kann und es eine hohere Biegewechselbestandigkeit hat wird es als Stromleiter gegenuber Aluminium meist bevorzugt ausser wenn es auf das Gewicht oder den Preis ankommt Drahte und Litzen aus sogenanntem Oxygen Free Copper OFC englisch fur Sauerstoff freies Kupfer mit einer Reinheit von gt 99 99 haben ein sehr feinkorniges Kristallgefuge und eine besonders hohe Ermudungsbruchfestigkeit Sie werden fur mechanisch hochbeanspruchte Kabel und Leitungen eingesetzt Fur Oberleitungen werden Legierungen von Kupfer und Magnesium verwendet 61 Dabei muss ein Kompromiss zwischen steigender Zugfestigkeit und sinkender Leitfahigkeit gefunden werden Kupfer besitzt ein hohes Reflexionsvermogen im Infrarotbereich und wird daher als Spiegel fur Kohlendioxidlaser Strahlen und zur Glasbeschichtung Isolierglas eingesetzt Wegen seiner hohen Warmeleitfahigkeit und Korrosionsbestandigkeit eignet es sich gut als Material fur Warmetauscher Kuhlkorper und Montageplatten von Leistungshalbleitern In der Gastronomie wird es oft als Kochgeschirr eingesetzt Im Kunsthandwerk wird Kupferblech getrieben das heisst durch Hammern verformt was aufgrund seiner Weichheit leicht moglich ist In der bildenden Kunst wird Kupfer bis heute zur Fertigung von Druckplatten fur Kupferstiche und Radierungen verwendet Auch Dacher werden mit Kupferblech gedeckt worauf sich dann eine bestandige grunliche Patina bildet die aus verschiedenen basischen Kupferhydroxiden bzw Kupfercarbonaten besteht Diese oft falschlich auch als Grunspan siehe Kupferacetat bezeichnete Patina schutzt das darunterliegende Metall gut vor weiterer Korrosion sodass Kupferdacher eine Lebensdauer von mehreren Jahrhunderten haben konnen Kupfernagel finden beim traditionellen Schieferdach Verwendung Zunehmend wird Kupfer auch aus asthetischen Grunden fur Dacher und Fassaden eingesetzt LegierungenKupfer ist auch Bestandteil von mehr als 400 Legierungen 62 wie z B Messing mit Zink Bronze mit Zinn und Neusilber mit Zink und Nickel Diese Kupferlegierungen werden wegen ihrer guten Eigenschaften wie Farbe Korrosionsbestandigkeit und Verarbeitbarkeit gerne vielfaltig eingesetzt Man unterscheidet Knetlegierungen Messing und Neusilber und Gusswerkstoffe Rotguss Bronzen Knetlegierungen werden durch plastisches Umformen Warmumformen Walzen Schmieden usw oder Kaltumformen Drahtziehen Hammern Kaltwalzen Tiefziehen usw in die gewunschte Form gebracht wahrend Gusswerkstoffe meist nur schwer oder gar nicht plastisch formbar sind Je nach Nickelzusatz verschwindet die kupfereigene Farbe und es entstehen gelbliche bis weisse korrosionsfeste Legierungen Kupfernickel Viele Munzwerkstoffe sind auf Kupferbasis hergestellt so ist das Nordisches Gold genannte Metall der goldfarbigen Teile der Euromunzen eine Kupfer Zink Aluminium Zinn Legierung Die Munzmetalle der bis 2001 gultigen 1 DM Geldstucke sowie die hellen Anteile der Euromunzen bestehen aus Kupfernickel Legierungen Kupferverbindungen kommen in Farbpigmenten als Toner in medizinischen Praparaten und galvanischen Oberflachenbeschichtungen zum Einsatz Der Kupferstammbaum Eine Ubersicht uber die verschiedenen Legierungsfamilien gibt der Kupferstammbaum des Deutschen Kupferinstituts Siehe auch KupferrecyclingNachweis Flammenfarbung von Kupfer Kupfer farbt die Boraxperle in der oxidierenden Flammenzone blau bis blau grun in der reduzierenden Flammenzone ist keine Farbung bemerkbar bzw wird die Perle rot bis rotbraun gefarbt Im klassischen Kationentrenngang wird Kupfer in der Schwefelwasserstoff Gruppe gefallt und dort in der Kupfergruppe als blauer Komplex nachgewiesen Letztere Farbung beruht darauf dass Losungen von Kupfer II Ionen mit Ammoniak einen tiefblauen Kupfertetramminkomplex Cu NH3 4 2 bilden siehe auch Komplexbildungsreaktion Eine Kaliumhexacyanoferrat II Losung fallt Kupfer II Ionen als Kupfer II hexacyanoferrat II Cu2 Fe CN 6 Diese Nachweisreaktion ist sehr empfindlich d h sie zeigt auch geringe Kupfermengen an Kupfersalze farben die Flamme Bunsenbrennerflamme grun bis blau Flammenfarbung Spektralanalyse Die quantitative Bestimmung kann durch Elektrogravimetrie an einer Platinnetzkathode aus einer schwefelsauren Kupfer II haltigen Losung erfolgen Massanalytisch kann Kupfer durch Iodometrie oder Komplexometrie Titration mit Titriplex Komplexon III mit Indikator Murexid bestimmt werden Im Spurenbereich steht die Differenzpulspolarographie zur Verfugung Halbstufenpotential 0 62 V gegen SCE in 1 M Thiocyanat Losung Ultraspuren an Kupfer bestimmt man mittels Inversvoltammetrie 63 Graphitrohr AAS oder ICP MS Kupfer II Ionen bilden mit Cuprizon Oxalsaurebiscyclohexylidenhydrazid in schwach alkalischer Losung einen blauen Komplex VerbindungenOxide und Hydroxide Kupfer I oxid Kupfer I oxid ist rotlich und besitzt eine kubische Kristallstruktur mit der Raumgruppe Pn3 m Raumgruppen Nr 224 Vorlage Raumgruppe 224 64 Es wird als Pigment in Glas Keramik Email Porzellanlasur sowie als optisches Glaspoliermittel Insektizid Katalysator fur die Ammoniakherstellung Losungsmittel fur Chromeisenerze in galvanischen Elektroden in der Pyrotechnik Wolkenbildung Korrosionsinhibitoren Galvanisierverfahren Elektronik Textilien als Flammschutzmittel Kraftstoffadditiv Katalysator zur Schadstoffbekampfung zum Drucken und Fotokopieren und als Holzschutzmittel verwendet Kupfer II oxid ist ein schwarzer amorpher oder kristalliner Feststoff und bildet eine monokline Kristallstruktur mit der Raumgruppe C2 c Raumgruppen Nr 15 Vorlage Raumgruppe 15 64 Es wird in der Keramikindustrie verwendet um Glaser Glasuren und Emails blau grun oder rot zu farben Es wird gelegentlich zur Einarbeitung in Mineralstoffzusatze zur Absicherung gegen Kupfermangel in der Tierernahrung eingesetzt Zu seinen weiteren Anwendungen gehort die Aufbereitung von Losungen fur die Zellstoffindustrie Kupfer II hydroxid ist blau und wird zur Herstellung von Zellstoff Batterieelektroden und anderen Kupfersalzen verwendet Es wird als Beizmittel beim Farben als Pigment und Futtermittelzusatz bei der Behandlung der Lagerfaule bei Preiselbeeren und als Fungizid gegen bakterielle Schwachstellen bei Salat Pfirsichen Preiselbeeren und Walnussen verwendet 65 Halogenide Kupfer II chlorid ist ein braunes stark hygroskopisches Pulver Es wird als Katalysator fur organische und anorganische Reaktionen Beizmittel zum Farben und Bedrucken von Textilien Pigment fur Glas und Keramik Holzschutzmittel Desinfektionsmittel Insektizid Fungizid und Herbizid sowie als Katalysator bei der Herstellung von Chlor aus Chlorwasserstoff verwendet Kupfer II chlorid Dihydrat CuCl2 2 H2O ist ein blaugruner Feststoff Kupfer I chlorid ist weiss und besitzt eine Kristallstruktur vom Zinkblende Typ mit der Raumgruppe F4 3m Raumgruppen Nr 216 Vorlage Raumgruppe 216 66 Es wird als Katalysator fur viele organische Reaktionen verwendet Ammoniaklosungen von Kupfer I chlorid werden zur Reinigung von Gasen von Kohlenstoffmonoxid eingesetzt 65 Weitere anorganische Verbindungen Synthetisch hergestellte Kupfersulfat Pentahydrat Kristalle Kupfersulfat kommt in der Natur als Chalkanthit Kupfersulfat Pentahydrat Cu SO4 5H2O und als Boothit Kupfersulfat Heptahydrat Cu SO4 7H2O vor Es dient zum Konservieren von Hauten zum Gerben von Leder zur Herstellung von Kupfersalzen zum Konservieren von Zellstoffholz und gemahlenem Zellstoff zur Bekampfung des Algenwachstums in stehenden Gewassern Ausserdem wird es in Galvaniklosungen Wasch und Metallmarkierungsfarben Erdolraffinerien in der Pyrotechnik und fur viele andere industrielle Anwendungen eingesetzt 65 Organische Verbindungen Kupfer II acetat Grunspan als Pulver Kupfer II acetat Grunspan bildet dunkelgrune Kristalle Es wird als Fungizid Katalysator fur organische Reaktionen Pigment fur Keramiken Insektizid Schimmelschutzmittel Konservierungsmittel fur Cellulosematerialien Stabilisator fur Polyurethane und Nylons Korrosionsschutzmittel und Kraftstoffadditiv verwendet 65 Preisentwicklung Der Kupferpreis im Vergleich zum Aluminiumpreis Kupfer Aluminium Kupfer ist ein relativ teures Metall Sein Preis entsteht massgeblich an den grossen Rohstoffborsen und Warenterminborsen der Welt Fuhrend im Kupferhandel ist die London Metal Exchange LME 67 Der Weltmarktpreis fur Kupfer unterliegt starken Schwankungen Eine der grossten Schwankungen erfuhr er im Jahr 2008 als der Preis fur Kupfer am 2 Juli an der LME noch zum zwischenzeitlichen Hochststand von 8 940 USD t 68 gehandelt wurde und bis zum 23 Dezember 2008 auf seinen 10 Jahres Tiefststand von 2 825 USD 68 fiel Danach erholte sich der Kupferpreis in weniger als 4 Monaten bis zum 15 April 2009 wieder bis auf 4 860 USD t 68 Seinen 10 Jahres Hochststand hatte der Kupferpreis am 14 Februar 2011 mit 10 180 USD t 69 Von Marz 2012 bis Marz 2013 stieg der Kupferpreis in der Spitze am 2 April 2012 bis auf 8 619 75 USD und am 2 August 2012 bis auf 7 288 25 USD 70 Eine ahnliche Spannweite zeigte sich auch von Oktober 2012 bis Marz 2013 zwischen 8 350 USD t und 7 577 USD t 71 Im August 2014 lag der Weltmarktpreis fur Kupfer bei etwa 7 000 USD t 72 Dies waren nach damaligem Wechselkurs 5 896 EUR t 73 Der hohe Kupferpreis bedingt auch einen Anstieg der Diebstahle von kupferhaltigen Gegenstanden Besonders betroffen sind hier Erdungskabel von Eisenbahnen Beispielsweise entstanden der Deutschen Bahn AG im Jahr 2015 rund 14 Mio Euro Schaden 74 Einer der grossten Finanzskandale der neueren Geschichte ist die Sumitomo Affare Sie beruhte auf dem Handel mit Kupfer In Folge der Aufdeckung sank 1996 der Kupferpreis innerhalb eines Tages um 27 LiteraturHarry H Binder Lexikon der chemischen Elemente das Periodensystem in Fakten Zahlen und Daten S Hirzel Verlag Stuttgart 1999 ISBN 3 7776 0736 3 J W Howard The story of copper In Journal of Chemical Education Band 6 Nr 3 1929 S 413 431 doi 10 1021 ed006p413 PDF Weblinks Commons Kupfer Album mit Bildern Videos und Audiodateien Wiktionary Kupfer Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen Wikibooks Praktikum Anorganische Chemie Kupfer Lern und Lehrmaterialien Mineralienatlas Kupfer Daten Mineralienatlas Mineralienportrait Kupfer Geschichte Verhuttung etc deutschlandfunk de Das Feature 18 Juli 2017 Michael Faulmuller Kupfer Element der Zwietracht Eine Geschichte vom ewigen Kampf kupfer institut de Deutsches Kupferinstitut DKI London Metal Exchange lme com KupferpreisAnmerkungen Die Werte fur die Eigenschaften Infobox sind wenn nicht anders angegeben aus www webelements com Kupfer entnommen Einzelnachweise a b Harry H Binder Lexikon der chemischen Elemente S Hirzel Verlag Stuttgart 1999 ISBN 3 7776 0736 3 CIAAW Standard Atomic Weights Revised 2013 a b c d e Eintrag zu copper in Kramida A Ralchenko Yu Reader J und NIST ASD Team 2019 NIST Atomic Spectra Database ver 5 7 1 Hrsg NIST Gaithersburg MD doi 10 18434 T4W30F https physics nist gov asd Abgerufen am 11 Juni 2020 a b c d e Eintrag zu copper bei WebElements https www webelements com abgerufen am 11 Juni 2020 N N Greenwood A Earnshaw Chemie der Elemente 1 Auflage VCH Weinheim 1988 ISBN 3 527 26169 9 S 1509 Robert C Weast Hrsg CRC Handbook of Chemistry and Physics CRC Chemical Rubber Publishing Company Boca Raton 1990 ISBN 0 8493 0470 9 S E 129 bis E 145 Werte dort sind auf g mol bezogen und in cgs Einheiten angegeben Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete masseinheitslose SI Wert a b Yiming Zhang Julian R G Evans Shoufeng Yang Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks In Journal of Chemical amp Engineering Data 56 2011 S 328 337 doi 10 1021 je1011086 A Lossin Copper In Ullmann s Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley VCH Verlag Weinheim 2005 doi 10 1002 14356007 a07 471 Ludwig Bergmann Clemens Schaefer Rainer Kassing Lehrbuch der Experimentalphysik Band 6 Festkorper 2 Auflage Walter de Gruyter 2005 ISBN 3 11 017485 5 S 361 Buildingmaterials de Kupfer Memento vom 15 November 2009 im Internet Archive Baustoffsammlung der Fakultat fur Architektur der TU Munchen Metalle Kupfer Glyconet 1 2 Vorlage Toter Link www glyconet de Seite nicht mehr abrufbar Suche in Webarchiven Info Der Link wurde automatisch als defekt markiert Bitte prufe den Link gemass Anleitung und entferne dann diesen Hinweis a b c Eintrag zu Kupfer in der GESTIS Stoffdatenbank des IFA abgerufen am 25 April 2017 JavaScript erforderlich Schweizerische Unfallversicherungsanstalt Suva Grenzwerte Aktuelle MAK und BAT Werte Suche nach Kupfer und seine anorganischen Verbindungen abgerufen am 4 Marz 2020 Wilhelm Hassenstein Das Feuerwerksbuch von 1420 600 Jahre deutsche Pulverwaffen und Buchsenmeisterei Neudruck des Erstdrucks von 1529 mit Ubertragung ins Hochdeutsche 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Nichols Hrsg Handbook of Mineralogy Mineralogical Society of America 2001 handbookofmineralogy org PDF 58 kB abgerufen am 22 Januar 2018 Mineralienatlas Kupfer Webmineral Mineral Species sorted by the element Cu Copper englisch Deutsches Kupferinstitut Verfugbarkeit von Kupfer a b Fundortliste fur gediegen Kupfer beim Mineralienatlas und bei Mindat Springer Kupferberg Paul Zsolnay Verlag Wien 2019 Weltkulturerbe Cornish Mining Memento des Originals vom 17 Februar 2011 im Internet Archive Info Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht gepruft Bitte prufe Original und Archivlink gemass Anleitung und entferne dann diesen Hinweis 1 2 Vorlage Webachiv IABot www cornish mining org uk ICSG Hrsg World Copper Fact Book 2020 United States Geological Survey World Mine Production and Reserves Seite nicht mehr abrufbar Suche in Webarchiven 1 2 Vorlage Toter Link www ezv admin ch Kupfer und Waren daraus T N Lung The history of copper cementation on iron The world s first 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