Kupfer

Kupfer (29) [Cu]

Chemische Formel: Cu
Ordnungszahl: 29
Serie: Metalle
Aussehen: rötlich bis kupferfarben glänzend
Masseanteil Erdhülle: ca. 50–100 ppm
Aggregatszustand: fest
Dichte: 8,96 g·cm⁻³
Schmelzpunkt: 1084,62 °C

Siedepunkt: ca. 2562 °C
Mohshärte: 3,0

Molares Volumen: 7,11 · 10⁻⁶ m³/mol Schmelzwärme: 13,26 kJ/mol Verdampfungswärme: 300,4 kJ/mol
CAS: 7440-50-8

GHS Gefahrenstoffkennzeichnung:

(bei Kupferpulver / feinverteilt)
H: 228
P: 210‐280

EU-Gefahrenstoffkennzeichnung:

R: 11
S: 16

Warnhinweis gilt für Kupfer-Pulver:

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Kupfer

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CAS Nummer: 7440-50-8

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Geschichte

Kupfer zählt zu den ersten Metallen, die der Menschheit bekannt waren. Es wurde bereits vor über 10.000 Jahren in der Steinzeit genutzt, lange bevor systematische Verhüttungstechniken entwickelt wurden.

Die ältesten bekannten bearbeiteten Kupfergegenstände stammen aus dem 8.–9. Jahrtausend v. Chr. aus Vorderasien (u. a. Anatolien).

Der Name leitet sich vom lateinischen „cuprum“ ab, das wiederum auf „aes cyprium“ („Erz von Zypern“) zurückgeht – die Insel Zypern war in der Antike eine der wichtigsten Kupferquellen für Griechen und Römer. Kupfer gab sogar einer ganzen Epoche ihren Namen: der Kupferzeit (Chalkolithikum), die regional zwischen etwa 5000 und 2000 v. Chr. lag und den Übergang zur Bronzezeit einleitete, als man begann, Kupfer mit Zinn zu legieren.

Physikalische und Chemische Eigenschaften

Kupfer ist ein rötlich glänzendes, sehr duktiles und hervorragend verformbares Schwermetall. Es kristallisiert kubisch-flächenzentriert (fcc-Struktur) und zeigt eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit (nur Silber ist geringfügig besser) sowie sehr gute Wärmeleitfähigkeit.

An der Luft bildet sich rasch eine dünne, schützende Oxidschicht (zunächst rotbraunes Cu₂O, später grüne Patina aus basischem Kupfercarbonat), die das Metall vor weiterer Korrosion schützt.

Kupfer ist relativ unedel, löst sich langsam in oxidierenden Säuren (z. B. Salpetersäure), reagiert aber kaum mit nicht-oxidierenden Säuren wie verdünnter Schwefelsäure oder Salzsäure. Mit Halogenen und Sauerstoff reagiert es bei erhöhten Temperaturen. Kupfer bildet vielfältige Legierungen (z. B. Bronze mit Zinn, Messing mit Zink), die seine mechanischen und chemischen Eigenschaften gezielt verbessern.

Reines Kupfer ist sehr gut mechanisch bearbeitbar, lässt sich walzen, ziehen und löten. Fein verteiltes Kupferpulver kann pyrophor sein und sich an der Luft entzünden.

Verwendung

Kupfer ist eines der wichtigsten technischen Metalle und wird wegen seiner exzellenten Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Verarbeitbarkeit breit eingesetzt.

Der mit Abstand größte Anteil dient der Elektrotechnik: Stromkabel, Leitungen, Wicklungen in Motoren und Transformatoren, Leiterbahnen auf Platinen sowie Oberleitungen im Bahnverkehr. Kupfer ist unverzichtbar für die Energiewende (Windkraft, Photovoltaik, Elektromobilität, Ladeinfrastruktur).

Weitere wichtige Anwendungen sind Rohrleitungen und Armaturen im Sanitär- und Heizungsbereich, Wärmetauscher, Kühlanlagen, Dächer und Fassaden (langlebige Patina), Münzen sowie Legierungen für den Maschinenbau, Schiffbau und Musikinstrumente (z. B. Blechblasinstrumente). Kupferverbindungen finden Verwendung als Biozide (Schiffsböden, Imprägnierungen) und in der Elektronik (z. B. als Leiter).

Toxikologie und Gefahren

Elementares Kupfer gilt als wenig toxisch und ist in massiver Form praktisch ungefährlich, da es kaum bioverfügbar ist. Der menschliche Körper benötigt Kupfer sogar als Spurenelement (ca. 1–2 mg/Tag).

Kupferpulver oder -stäube können jedoch bei Inhalation zu Reizungen der Atemwege führen (sog. „Metallrauchfieber“ mit grippeähnlichen Symptomen). Kupferverbindungen (insbesondere lösliche Salze wie Kupfersulfat) wirken bei Aufnahme reizend bis ätzend auf Haut, Augen und Schleimhäute und können bei größeren Mengen Leber- und Nierenschäden verursachen.

Feinverteiltes Kupferpulver ist brennbar bis pyrophor und muss unter Inertgas oder mit Vorsicht gehandhabt werden. Es reagiert mit starken Oxidationsmitteln. Kupfer ist nicht korrosiv gegenüber den meisten Baumaterialien, bildet aber mit manchen Metallen (z. B. Aluminium) Kontaktkorrosion.

Bei Trinkwasserinstallationen ist auf die Grenzwerte der Trinkwasserverordnung zu achten, um eine zu hohe Kupferfreisetzung zu vermeiden.

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