Kupfer

Kupfer, Cuprum Symbol Cu: chemisches Element der Kernladungszahl 29; Atommasse 63,54; Wertigkeiten +2, + 1; F1083°C; Dichte 8,95 g/cm3. Kupfer kommt gediegen und gebunden vor, wichtige Minerale sind Chalkopyrit (Kupferkies); Bomit (Buntkupferkies), Chalkosin (Kupferglanz); Malachit; Azurit (Kupferlasur). Kupferschiefer enthalten Kupferminerale fein verteilt in bitumenhaltigem Mergel. Für Pflanzen und Tiere ist Kupfer (in Form von Verbindungen) ein unentbehrlicher Mikronährstoff. Die technischer Herstellung des Kupfer umfasst das Erschmelzen von sulfidischen Kupferstein im Schachtofen, die Oxydation des Kupfersteins zu Rohkupfer und Schwefeldioxid in der Bessemer sowie anschließende Reinigungsverfahren, von denen die elektrolytische Raffination Silber, Selen und andere wertvolle Nebenprodukte liefert. Kupfer ist ein rotbraun glänzendes, dehnbares Buntmetall mit der nächst Silber höchsten elektrischen Leitfähigkeit und sehr hohem Wärmeleitvermögen. An der Luft wird es unter Bildung von Kupfer(I)-oxid rasch blind (siehe auch Patina); beim Glühen entsteht schwarzes, abblätterndes Kupfer(II)-oxid. Kupfer wird von oxydierenden Säuren (zum Beispiel Salpetersäure) leicht, von anderen (zum Beispiel Salzsäure) nur unter Luftzutritt allmählich angegriffen; mit Essigsäure bildet sich hierbei Grünspan (Azetate). Ein Ätzmittel für Kupfer ist Eisen(HI)-chloridlösung. Durch Eisen, Zink und andere unedlere Metalle wird Kupfer aus seinen Salzlösungen abgeschieden. Kupfer wird vorwiegend als elektrotechnisches Leitungsmaterial sowie zur Herstellung von Messing, Bronze und anderen Legierungen verwendet. Siehe auch Kupferverbindungen. Gewinnung. Der überwiegend an Schwefel gebundene Kupfergehalt der Erze und Konzentrate wird im Kupferstein konzentriert, früher in Schachtöfen, heute in kontinuierlich arbeitenden Großflammöfen. Der schmelzflüssige Kupferstein wird im Konverter zu Schwarz- oder Blasenkupfer (98 bis 99% Cu) Verblasen. Anschließend wird dieses Zwischenprodukt im Flammofen gereinigt (raffiniert). Die im Vergleich zu Kupfer unedleren Metalle werden oxydiert und die gelösten Gase durch Polen entfernt. Die Trennung von Edelmetallen und Kupfer erfolgt durch Elektrolyse. Das Endprodukt ist hochreines Elektrolyt-Kathodenkupfer Legierungen. Kupfer bildet die Basis für zahlreiche Legierungen. Geringe Zusätze (bis 2%) anderer Elemente (zum Beispiel Cadmium, Chrom) erhöhen die Festigkeit ohne wesentliche Minderung der elektrischen Leitfähigkeit, zum Beispiel bei Fahrdrähten; mit Beryllium werden durch Aushärten und Kaltverformung Härtewerte bis 400 HV erreicht, geeignet für Federn und funkenfreie Werkzeuge. Kupferlegierungen mit Zink werden als Tombak und Messing, solche mit Zinn und größeren Anteilen anderer Elemente als Bronze bezeichnet Kupfer war das erste Gebrauchsmetall; es wurde bereits um 4000 vor Christus von Sumerern und Ägyptern aus seinen Erzen erschmolzen.

Kupfererze: kupferhaltige Gesteine, die hauptsächlich die Minerale Chalkopyrit, Chalkosin, Bornit, Covellin und Malachit führen. Ein wichtiges Kupfererz ist der Kupferschiefer.

Kupferschiefer: feinkörniger, feinschichtiger, Organ. Substanz führender, schwarzer Tonmergel bis Mergelstein; findet sich an der Basis des mitteleuropäischen Zechsteins. Der polymetallische Kupferschiefer kann bis zu 3% Kupfer enthalten; neben wenigen Prozenten Blei und Zink treten geringe Gehalte an Silber, Gold, Platin, Selen, Rhenium und anderen seltenen Elementen auf. Bekannt sind die Lagerstätten im Mansfelder (bereits abgebaut) und Sangerhäuser Gebiet.

Kupferstein: Kupfereisenschwefelverbindungen beziehungsweise Lösung von Kupfer- und Eisensulfid in Kupfereisensulfiten; Zwischenprodukt bei der Kupfergewinnung (35 bis 40% Kupfer).

Kupferverbindungen: Substanzen mit chemisch gebundenem Kupfer. Kupferverbindungen mit +2-wertigem Metall sind im Allgemeinen beständiger als solche mit +1-wertigem; Ausnahmen bilden zum Beispiel Jodid und Zyanid. Flammen werden durch verdampfende Kupferverbindungen blau oder grün gefärbt (analytische Vorprobe auf Kupferverbindungen). Charakteristisch für Kupfer(II)-verbindungen ist die tiefblaue Färbung, die ihre Lösungen mit einem Überschuss von Ammoniak ergeben; hierbei bildet sich das Tetramminkupfer(II)-ion. Lösliche Kupferverbindungen erregen Brechreiz, größere Mengen sind giftig. Kupfer CO-chlorid, ist ein weißes, unlösliches Pulver. Kupfer OD-chlorid, ein blaugrünes, leicht wasserlösliche Salz. Kupfer(l)-oxid, Cu20, ein rotes, wasserunlösliches Pulver, dient zur Herstellung von Gleichrichtern sowie zum Rotfärben von Glas und Email. Kupfer(II)-oxid, ein schweres, schwarzes, wasserunlösliches Pulver, bildet den Glühzünder auf Kupfer, es löst sich in vielen Säuren zu den meist blauen Kupfer(II)-salzen. Kupfer(II)-sulfat ein weißes Pulver, färbt sich mit Wasser blau; aus wässriger Lösung kristallisiert blaues, leicht wasserlösliche Kupfervitriol, das für Pflanzenschutzmittel («Kupferkalkbrühe» im Weinbau); zum galvanischen Verkupfern, zum Zeichnen auf Eisen und Stahl sowie zur Herstellung anderer Kupferverbindungen verwendet wird. Zu den Kupferverbindungen gehören auch Grünspan (Azetate) und Patina.