Kupfer
Kupfer (von lat. cuprum = Kupfer, Metall aus Zypern) ist ein chemisches Element mit dem Symbol Cu und der Ordnungszahl 29. Es ist ein hervorragender Wärme- und Stromleiter. Es gehört zu den Münzmetallen.
| Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Allgemein | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Name, Symbol, Ordnungszahl | Kupfer, Cu, 29 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Serie | Übergangsmetalle | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gruppe, Periode, Block | 11 , 4, d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Aussehen | lachsrosa, metallisch | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Massenanteil an der Erdhülle | 0,01 % | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomar | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atommasse | 63,536 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomradius (berechnet) | 135 (145) pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kovalenter Radius | 138 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| van der Waals-Radius | 140 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronenkonfiguration | [Ar]3d104s1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronen pro Energieniveau | 2, 8, 18, 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Oxidationszustände (Oxide) | 2, 1 (leicht basisch) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Normalpotential | 0,342 V (Cu2+ + 2e- → Cu) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronegativität | 1,9 (Pauling-Skala) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Austrittsarbeit | 4,44 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1. Ionisierungsenergie | 745,5 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2. Ionisierungsenergie | 1957,9 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3. Ionisierungsenergie | 3555 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4. Ionisierungsenergie | 5536 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Physikalisch | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Aggregatzustand | fest | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Modifikationen | - | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kristallstruktur | kubisch flächenzentriert | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dichte (Mohshärte) | 8920 kg/m3 (3,0) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Magnetismus | diamagnetisch | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt | 1357,6 K (1084,4 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Siedepunkt | 2840 K (2567 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Molares Volumen | 7,11 · 10-6 m3/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Verdampfungswärme | 300,3 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schmelzwärme | 13,05 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dampfdruck | 0,0505 Pa bei 1358 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schallgeschwindigkeit | 3570 m/s bei 293,15 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Verschiedenes | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Spezifische Wärmekapazität | 380 J/(kg · K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektrische Leitfähigkeit | 35-58 m/(Ohm mm2) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wärmeleitfähigkeit | 401 W/(m · K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Isotope | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| NMR-Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Normbedingungen. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Der lateinische Name cuprum ist abgeleitet von lat. aes cyprium = Erz von der Insel Zypern.
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 -sulfid sind schwarz.
Auch in einigen Supraleitern wie YBCO (YBa2Cu3O7-x) ist Kupfer enthalten.
Biologische Wirkung
Kupfer wirkt in Form seiner Ionen antibakteriell, in größeren Mengen toxisch, weshalb beispielsweise Blumenwasser, das in Kupfergefäßen aufbewahrt wird, nicht so schnell faul wird. Angeblich machten sich schon die alten Ägypter diesen Effekt zunutze. Seine durch saures Wasser gelösten Ionen können beim Menschen schwere Leberschäden hervorrufen. Kupfersulfat (Kupfervitriol) ist ein starkes Brechmittel, und wird deshalb zur Behandlung vieler Vergiftungen eingesetzt (beispielsweise durch weißen Phosphor).
Kupfer ist aber auch Bestandteil des Hämocyanin, das bei vielen Weichtieren und Gliederfüßern 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.
Geschichte
Kupfer, Gold und Zinn waren die ersten Metalle 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 Griechenland 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.