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| Eigenschaften:
Reines Kupfer ist ein hellrotes, hartes und gut schmiedbares Schwermetall. Es lässt sich zu hauchdünnen Folien und zu Draht formen. Nach Silber besitzt es die beste elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Mit Zink, Zinn, Silber, Nickel, Eisen, Aluminium, Mangan, Silicium, Platin, u.a. erhält man Kupfer-Legierungen: Bronze enthält ca. 80-90% Kupfer und 10-20% Zinn. An feuchter Luft bildet sich auf der Oberfläche allmählich ein grünlicher Überzug (Patina), der im wesentlichen aus Malachit besteht. Die Patina schützt das darunter liegende Kupfer vor weiterer Korrosion, daher ist Kupferblech für die Abdeckung von Türmen und Dächern gut geeignet:  Nach dem Dachdecken zeigt das Dach zunächst die hellrote Kupferfarbe. Nach wenigen Tagen wechselt die Farbe in ein dunkles Rot, das durch Kupfer(I)-oxid verursacht wird. Später wird das Dach noch dunkler und es entsteht schwarzes Kupfer(II)-oxid. Aber erst nach einigen Jahren bildet sich unter Einwirkung von Kohlenstoffdioxid, Luft und Wasser die blaugrüne Patina: 2 Cu + CO2 + H2O + O2 -----> CuCO3. Cu(OH)2 Beim Erhitzen eines Kupferblechs mit der nichtleuchtenden Flamme eines Bunsenbrenners bilden sich bunte Anlauffarben, die zunächst durch Interferenz der entstehenden, dünnen Oxidschicht zu erklären sind.   Mit der Zeit bildet sich eine Schicht von schwarzem Kupfer(II)-oxid. Darunter findet man oft eine mattrote Schicht von Kupfer(I)-oxid. Dabei finden folgende beiden Reaktionen statt: 2 Cu + O2 -----> 2 CuO (Kupfer(II)-oxid) DHR = -314 kJ/mol 4 Cu + O2 -----> 2 Cu2O (Kupfer(I)-oxid) DHR = -338 kJ/mol Eine Brennerflamme vermag das oxidierte Blech wieder zu reduzieren. Dieser Effekt verschwindet aber sofort wieder, sobald die Flamme weggenommen wird. Unter Luftabschluss ist das Metall widerstandsfähig gegen Salzsäure und verdünnte Schwefelsäure. Mit Salpetersäure bilden sich grünes Kupfernitrat und rotbraunes Stickstoffdioxid: Salpetersäure + Kupfer -----> Kupfernitrat + Stickstoffdioxid + Wasser Heiße, konzentrierte Schwefelsäure reagiert mit Kupfer nicht unter Wasserstoffentwicklung, sondern bildet Schwefeldioxid, Kupfersulfat und Wasser: Schwefelsäure konzentriert + Kupfer -----> Kupfersulfat + Schwefeldioxid + Wasser  Mit Ammoniaklösung bildet sich blaues Tetramminkupferhydroxid (Schweizers Reagenz), Formel: [Cu(NH3)4](OH)2. |
| Vorkommen:
Mit einem Massenanteil von 0,01% steht Kupfer an 25. Stelle der Elementhäufigkeit in der Erdhülle. Als edles Metall tritt es selten als gediegen Kupfer oder gelegentlich in größeren Brocken auf, z.B. in den USA. Eines der größten Kupferstücke barg man im Jahre 2001 vom Boden des Lake Superior. Es war 5,5 x 2,5 x 0,37 Meter groß und wog etwa 14,5 Tonnen.  Aus den Kupfererzen, z.B.
den Sulfiden (Buntkupferkies, Chalkopyrit),
Oxiden (Cuprit), Carbonaten (Malachit),
Chloriden oder Arseniden kann das Kupfer gewonnen werden. Die größten
Erzlagerstätten befinden sich in Arizona, Montana, Utah, New Mexico,
Chile, Peru, Kaukasus, Philippinen, Australien, Iran, Spanien, Portugal,
Polen und Deutschland.
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| Geschichtliches:
Kupfer war vermutlich das erste Metall, welches von den Menschen vor über 9000 Jahren verarbeitet wurde. Mit der Gewinnung des Kupfers aus Erzen begann die Kupferzeit und endete die Steinzeit. Die Kupfervorkommen der Antike befanden sich auf Zypern, daher der Name aes cyprium ("Erz aus Zypern"). In der Alchemie diente das Phänomen, dass Kupfer durch unedle Metalle aus Lösungen seiner Salze freigesetzt wird, lange Zeit als Beweis für die Möglichkeit einer Umwandlung von Metallen in andere (Transmutationen). Erst Robert Boyle (1627-1691) klärte im Jahre 1661 das Missverständnis auf und erklärte das Phänomen durch die Verdrängung des Metalls aus einer Salzlösung durch Metalle wie Eisen oder Zink. Dem Kupfer wurde in der Alchemie das Venuszeichen zugeordnet (links):  |
| Herstellung:
Der mühsame Abbau der Kupfer-Erze von Hand mit Schlägel und Eisen wurde im 17. Jahrhundert durch den Einsatz von Schwarzpulver revolutioniert. Trotzdem war der Bergbau noch sehr mühsam, da das 50cm tiefe Bohrloch für die Sprengung immer noch von Hand geschlagen werden musste. Allein dafür benötigte ein Bergmann viele Stunden. Das Ergebnis einer Sprengung waren dann nur einige Brocken Kupfererz. Auf dem Bild sieht man eine Wand in einem alten Kupfererzbergwerk, aus der im Laufe der Zeit grüne Kupfersalze auskristallisierten.  Die Ausbeute wurde aus dem Bergwerk gefahren und in einem Pochwerk mit Hilfe von Wasserkraft zerkleinert. Das Gestein musste im Pochwerk so klein zertrümmert werden, dass das taube Gestein und das Erz im folgenden Waschgang getrennt werden konnte.  Beim Waschen trennte sich das schwerere Erz vom tauben Gestein, das schneller mit dem Wasser abgetrieben wurde. Das Kupfererz blieb in den Trögen liegen.  Beim Rösten wurden die sulfidischen Kupfererze (z.B. Kupferglanz) über einem Holzfeuer erhitzt, so dass man Kupferoxid erhielt: 2 Cu2S + 3 O2 -----> 2 Cu2O + 2 SO2  Die Reduktion des Kupferoxids zu reinem Kupfer erfolgte in einem Schacht-Ofen, in den mit Hilfe von Blasebälgen Luftsauerstoff zugeführt werden konnte. Als Reduktionsmittel wurde Holzkohle verwendet. Der Zusatz von Kalk erniedrigte den Schmelzpunkt.  Das Produkt des ersten Schmelzvorgangs hatte nur einen Kupfergehalt von 30-50%, so dass der Vorgang mehrfach wiederholt werden musste. Am Ende erhielt man "Schwarzkupfer" mit einem Kupfergehalt von bis zu 95% Kupfer.  Die Gewinnung von reinem Kupfer aus Kupfererzen erfolgt heute in mehreren Arbeitsschritten und ist weitgehend automatisiert (Anreicherung durch Flotation, Rösten, > Kupferraffination). Hinweis: Sämtliche Fotos zum früheren Kupferbergbau wurden im oder am Kupferbergwerk Fischbach bei Idar-Oberstein gemacht, wo ein Besuch sehr empfehlenswert ist. |
| Verwendung:
Wegen seiner guten elektrischen Leitfähigkeit wird es zu Drähten und Stromschienen verarbeitet. Aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit gelangt es als Baumaterial für Dachbleche und Dachrinnen, aber auch im Maschinen- und Apparatebau, für Beschläge, für Patronenhülsen oder für Münzen zum Einsatz. Seine gute Wärmeleitfähigkeit benutzt man in Heizrohren, Braukesseln, Kochgeschirr oder bei Lötkolben. Ein großer Anteil dient zur Herstellung von Kupferlegierungen: Rotmessing: 80-90% Kupfer + 10-20% Zink (für Modeschmuck und Kunstartikel) Gelbmessing: 60-80% Kupfer + 20-40% Zink (für Maschinenteile und Küchengeräte) Glockenbronze: 75-80% Kupfer + 20-25% Zinn (für Glocken und Kunstgegenstände) Konstantan: 57% Kupfer + 41% Nickel + 1% Eisen + 1% Mangan, (elektr. Widerstände) Neusilber: 45-68% Kupfer + 10-26% Nickel + 12-45% Zink (chir. Instrumente, Essbestecke) Die Freiheitsstatue in New York ist zum Beispiel von Kupfer umhüllt. Ihr Kupferanteil beträgt etwa 80 Tonnen. Ein geringer Anteil des Kupfers wird zu Kupferverbindungen weiterverarbeitet, z.B. zu Kupferoxid, Kupfersulfat, Kupferchlorid.  |
| Copyright: Thomas Seilnacht |
