Kupfer
Kupfer, ein Element der 1. Nebengruppe, ist ein rotbraun glänzendes, edles Schwermetall. Es kommt überwiegend in Form von Sulfiden und Oxiden, selten gediegen, in der Natur vor. Durch Röstreaktionen wird das Rohkupfer gewonnen, das auf elektrolytischem Weg gereinigt wird. Metallisches Kupfer und seine Legierungen (z. B. Bronzen, mit Zinn bzw. Aluminium oder Messing mit Zink), werden in der Industrie (Kühler, Sudpfannen, Rohre, Dachbeläge, Drähte) und u. a. zum Glockenguss verwendet. Die Verbindungen leiten sich hauptsächlich von den Oxidationsstufen II und III ab. Kupfer ist ein lebenswichtiges Spurenelement, das aber für Algen und Bakterien schon in geringer Konzentration toxisch ist.
Eigenschaften des Elements
| Einordnung in das Periodensystem der Elemente und Eigenschaften | Atombau |
| Ordnungszahl: 29 | 29 Protonen 29 Elektronen |
| 4. Periode | 4 besetzte Elektronenschalen |
| I. Nebengruppe | 11 Außenelektron |
| Elektronenkonfiguration im Grundzustand | Ar 4s13d1 0 |
| Elektronegativität | 1,9 |
| Ionisierungsenergie in eV | 7,726 |
| häufigste Oxidationszahlen | II |
| Atommasse des Elements in u | 63,55 |
| Atomradius in 10- 1 0m | 1,28 |
| Ionenradius in 10- 1 0m | 0,72 (+2) |
| Aggregatzustand im Normalzustand | fest |
Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur
Dichte in  bei 0 °C | 8,96 |
| Härte nach Mohs und Brinell | 2,5 - 3; 52 · 107 |
Schallgeschwindigkeit in  | 3500 |
| Schmelztemperatur in °C | 1083 |
spezifische Schmelzwärme in  | 205 |
| Siedetemperatur in °C | 2600 |
| spezifische Verdampfungswärme in | 4790 |
Standardentropie S0 in  | 33 |
Wärmeleitfähigkeit in  bei 27 °C | 401 |
spezifische Wärmekapazität in  | 0,385 |
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3  | |
spez. elektrischer Widerstand in  | 0,01673 |
| Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre, Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe) | 0,01 |
Kupferpulver
Isotope des Elements
Kupfer kommt in zwei stabilen Isotopen in der Natur vor. Daneben sind weitere 24 künstliche, radioaktive Isotope bekannt.
| Ordnungszahl Z | Massenzahl A | Atommasse in u | Häufigkeit in % | Art der Strahlung und Energie in MeV | Halbwertszeit |
| 29 | 62 | 61,932 | künstlich | β  : 2,9 | 10 min. |
| 63 | 62,929 592 | 69,2% | |||
| 65 | 64,927 786 | 30,8% | |||
| 66 | 65,928 871 | künstlich | β  : 2,6 | 5,2 min. |
Weitere Eigenschaften
Kupfer ist ein rotbraunes, dehnbares Metall. Es ist gut schmiedbar. Nach Silber weist es die beste elektrische Leitfähigkeit auf und hat auch ein sehr gutes Wärmeleitvermögen. Kupfer ist ein relativ edles Metall. Trotzdem oxidiert es und überzieht sich mit rotem Kupfer(I)-oxid. An feuchter Luft bildet sich Patina. Die Reaktion erfolgt aber nur an der Oberfläche. Mit Sauerstoff bildet Kupfer unter Zufuhr von Wärme schwarzes Kupfer(II)-oxid. Kupfer wird von einigen Säuren angegriffen. Unter Luftzufuhr bildet Kupfer mit Essigsäure Grünspan. Kupferverbindungen sind meist farbig. Außerdem färben sie Flammen blau oder grün.
Entdeckung
Kupfer gehört zu den sieben Elementen des Altertums, d. h. dass Kupfer schon sehr lange bekannt ist. Die Gewinnung von Kupfer aus seinen Erzen gelang den Menschen schon vor ungefähr 7000 Jahren. Dadurch wurde die Steinzeit abgelöst. Reines Kupfer erwies sich allerdings für Waffen und Werkzeuge als relativ weich. Durch ein Zusammenschmelzen mit Zinn entstand Bronze, ein wesentlich härterer Werkstoff als unlegiertes Kupfer. Seit ungefähr 5000 Jahren ist Bronze nachgewiesen. Diese Legierung gab einer ganzen Epoche der menschlichen Geschichte ihren Namen. Der Name des Kupfers («Cuprum») leitet sich von der Insel Cypern her, auf der sich in der Antike bedeutende Kupfervorkommen befanden.
Vorkommen/Herstellung
Kupfer ist ein recht häufiges Element (25. Stelle der Elementhäufigkeit). Es kommt sowohl in gediegener Form als auch in Verbindungen vor. Die größte Lagerstätte an elementarem Kupfer befindet sich in den USA. Kupfererze sind in vielen Länder, u. a. auch in Deutschland (Mansfelder Land) zu finden. Wichtige Kupfererze sind Kupferkies (Chalkopyrit CuFeS2), Buntkupferkies (Bornit - Cu5FeS4) und Kupferglanz (Chalkosin - Cu2S). Kupferschiefer enthält im Mergel fein verteilte Kupferminerale. Größere Mengen an Kupfer sind auch in den Manganknollen auf dem Meeresboden enthalten. Kupferverbindungen finden sich nicht nur in der unbelebten Natur, sondern auch in Organismen. Kupfer gehört zu den lebenswichtigen Spurenelementen und wird u. a. zum Aufbau von Enzymen benötigt. Kupfer wird aus seinen Verbindungen gewonnen, da die Vorkommen an gediegenem Kupfer nicht ausreichen. Dazu werden die Erze erst aufbereitet (Anreicherung, Rösten) und dann im Konverter umgesetzt. Das Rohkupfer wird durch elektrolytische Raffination gereinigt.
Verwendung
Kupfer ist ein sehr guter elektrischer Leiter. Es findet als Leitungsmaterial Verwendung. Aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit und Beständigkeit werden Apparate und Anlagen aus Kupfer hergestellt (Kupferrohre als Wasserleitung und Kühlrohre, Destillationsapparate, Sudkessel). Einige Dächer bzw. Dachrinnen werden aus Kupfer gefertigt. Außerdem wird Kupfer zur Herstellung von Legierungen benötigt. Noch heute werden Bronzen (Legierungen mit hohem Kupferanteil und Zinn) für Apparaturen, im Schiffbau und auch in der Kunst eingesetzt. Auch Messingsorten, verschiedene Kupfer-Zink-Legierungen, werden vielfältig genutzt.
Wichtige Verbindungen
- Kupfer(I)-oxid (Cu2O - Farbe bei der Herstellung von Glasuren und Emaille)
- Kupfer(II)-sulfat (Kupfervitriol - CuSO4 x 5H2O - Pflanzenschutzmittel; CuSO4 - Nachweismittel für Wasser)
- Kupfersalze (zur Bildung von Kupferüberzügen durch Galvanisieren)
- Grünspan (Kupferacetat, vereinfacht: (CH3COO)2Cu - bildete sich u.a. bei Einwirken von sauren Speisen auf Kupfer - giftig)
- Patina (Kupferhydroxidsulfat bzw. Kupferhydroxidcarbonat - grüne Schicht, die sich z. B. auf Kupferdächern bildet)
- kupferhaltige Enzyme (Regelung von Oxidations- und Reduktionsprozessen im Organismus)
Bau
Im Kupferkristall liegt eine kubisch-dichteste Packung der Kupferatome vor.
