Was ist Kupfer?
Was ist Kupfer?
Kupfer ist ein Metall, das hüttentechnisch aus Kupfererz gewonnen wird. Darüber hinaus ist Kupfer zäh und gut formbar, es gehört zu den vergleichsweise weichen Metallen. Es findet vielseitig Verwendung, beispielsweise als Strom- und Wärmeleiter, wozu es hervorragend geeignet ist. Auch zählt Kupfer zu den Münzmetallen, so besteht beispielsweise unsere 1-Euro-Münze im Kern aus einer Kupfer-Nickel-Legierung.
Kupfer ist ein chemisches Element mit der Ordnungszahl 29 und dem Elementsymbol Cu, gehört zu den Halbedelmetallen und ist ein schwach reaktives Schwermetall. Der Name Kupfer (Latein: Cuprum) leitet sich auch von dem griechischen Wort cyprium ab. Auf der griechischen Insel Zypern wurde im Altertum reichlich Kupfer gewonnen.
Der Flammofen und der Schwebeschmelzofen sind die wichtigsten Öfen für die Gewinnung von Kupfer.
Welche Eigenschaften besitzt Kupfer?
Kupfer verfügt über zahlreiche Eigenschaften und Merkmale, die ihn zu einem beliebten Baustoff machen:
- Zweithöchste elektrische Leitfähigkeit aller bekannten Stoffe (Silber hat die höchste Leitfähigkeit, Gold kommt nach Kupfer)
- Hohe Dichte (ρ = 8,9 kg/dm³)
- Hervorragende Wärmeleitfähigkeit
- Verhältnismäßig geringe Festigkeit
- Gute Verarbeitbarkeit (verformen), weich und dehnbar
- Gut kaltverformbar, weich- und hartlötbar
- Beständigkeit gegen einige Salz- und Schwefelsäure sowie gegen Korrosion und Witterungseinflüsse
- Schmelzpunkt 1.083 K
- Zugfestigkeit: kaltverfestigt bis 600 N/mm², warmgewalzt 200 – 300 N/mm²
- Keine Beständigkeit gegen Mineralwasser und Salpetersäure
- Charakteristisch rotglänzende Farbe
- Schützende, fest anhaftende Oxidschicht
| Exkurs | Die Patina (Oxidschicht) bildet sich, ist Kupfer über längere Zeit den Elementen ausgesetzt. Durch den Einfluss von Wasser (Luftfeuchtigkeit) und Kohlenstoffdioxid entsteht die Patina – grün basisches Kupfercarbonat (CuCO3 → Cu(OH)2). Der äußerst giftige Grünspan (Kupferacetat) entsteht, kommt Kupfer in Berührung mit Essigsäure. Bezüglich dem Kontakt zu anderen Metallen gilt es bei Kupfer auf die elektrochemische Spannungsreihe zu achten. |
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Wofür verwenden wir Kupfer?
Aufgrund der hervorragenden elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer wird es unter anderem für
- Schaltdrähte und Stromkabel geringen Querschnitts, Oberleitungen, elektrische Leitungen, in integrierten Schaltkreisen
- Leiterbahnen auf Leiterplatten
- Bauteile: Anodenkörper von Magnetrons, Klemmen, Bauteilanschlussbeine, Kontaktträger, Presshülsen
- Elektrische Maschinen: Drahtwicklungen in Transformatoren, Drosseln/Spulen und Elektromotoren
aber auch für
- Kochgeschirr: Töpfe aus Kupfer leiten hervorragend die Wärme, sind korrosionsbeständig, robust und hygienisch. Zubereitete Speisen bleiben in Kupfertöpfen länger warm als in herkömmlichem Kochgeschirr.
- architektonische Elemente an Kathedralen, Schlössern, Häusern oder in Büros wird Kupfer verwendet. Darüber hinaus für Abdichtungen, Kuppeln, Dachrinnen, Fallrohren, Türme, Gewölbe, Wandverkleidungen, Gebäudekompensatoren, Schornsteine, Fassaden, etc.
eingesetzt.
Wo wird Kupfer gewonnen?
In der Erde kommt Kupfer mit einem Reingehalt von 0,006 % (Angaben des Deutschen Kupferinstituts) vor. Kupfer tritt häufig gediegen, was soviel bedeutet wie „in elementarer Form“, auf. Sogar auf dem Mond konnte in Gesteinsproben gediegen Kupfer ausgemacht werden.
Einer der weltweit größten Kupferproduzenten ist Chile. Im Kupferbergbau spielt Chile, neben den USA und Indonesien, die bedeutendste Rolle. Dagegen wird in Europa gediegen Kupfer in folgenden Staaten abgebaut: In Schweden, Portugal und Polen. In Zahlen auf das 21. Jahrhundert gesehen heißt das:
- Australien, Peru, Russland und China: Je 5 – 8 Prozent an der Jahresförderung
- Indonesien und USA: Je ca. 10 Prozent an der Jahresförderung
- Chile > 30 Prozent an der Jahresförderung
Die jährlich geförderte Menge an Kupfer hat sich weltweit seit 1900 etwa alle 20 Jahre verdoppelt. Dieser Anstieg bedeutet eine jährliche Fördermenge von inzwischen 15 Millionen Tonnen, der in erster Linie auf dem schier unersättlichen Bedarf der Elektroindustrie basiert.
Welche biologischen Eigenschaften hat Kupfer?
Für Lebewesen ist Kupfer, im Vergleich zu anderen Schwermetallen, nur verhältnismäßig schwach giftig. Das bedeutet: Ohne gesundheitlichen Schaden zu nehmen, kann ein Mensch pro Tag bis zu 0,04 Gramm Kupfer aufnehmen. Tatsächlich wirkt Kupfer, in nicht an Proteine gebundener, also freier Form sogar antibakteriell. Beispielsweise wird Blumenwasser in einer Kupfervase nicht faulig.
Kupfer ist bei den meisten Lebewesen Bestandteil vieler Enzyme. Aus diesem Grund gehört Kupfer auch zu den lebensnotwendigen Spurenelementen. Im menschlichen Körper wird Kupfer vorwiegend in der Leber gespeichert. Ein ausgewachsener Mensch hat einen Tagesbedarf an Kupfer von ein bis eineinhalb Milligramm.
Folgende Lebensmittel enthalten Kupfer: Verschiedene Gemüse, Nüsse, Getreide, Schokolade sowie Leber.
Welche Bedeutung hat Kupfer historisch gesehen?
Vor etwa 10.000 Jahren wurde bereits Kupfer verwendet. Seine leichte Verarbeitbarkeit wurde zudem von den uns ersten bekannten Kulturen geschätzt. Die Kupferzeit zwischen dem 5. und 3. Jahrtausend v. Chr., war die Zeit eines weitverbreiteten Gebrauchs von Kupfer. In der vorindustriellen Kupferproduktion war das Römische Reich mit 15.000 Tonnen jährlich der größte Hersteller von Kupfer.
Der Begriff der Bronzezeit wiederum gründet sich auf die später angewandte Legierung von Kupfer mit Zinn sowie Anteilen von Blei. Diese so gewonnene Bronze war technisch widerstandsfähiger und härter.
Messing, eine Legierung aus Kupfer und Zink, kannten bereits die antiken Griechen. Die Römer hatten die Legierung, bei der durch gemeinsames Verarbeiten Kupfer und Zink zu Messing verschmolzen, verstärkt verwendet und damit populär gemacht.
