Kupfer ist ein Halbedelmetall, das uns im Alltag täglich begegnet. Regenrinnen, Dächer und Centstücke bestehen aus dem Material, während es zugleich als Bauteil für Elektromotoren sowie als Stromleiter nicht wegzudenken ist. Kupfer ist aufgrund seiner guten Wärme- und elektrischen Leitfähigkeit ein unglaublich wichtiges Metall, von dem jährlich rund 20 Millionen Tonnen abgebaut werden. In seiner blanken Form zeichnet sich Kupfer durch eine hellrote Farbe aus, die sich relativ schnell hin zu einer rotbraunen Färbung entwickelt. Im Zeitraum von mehreren Jahrhunderten entwickelt sich dann allerdings eine blaugrüne Patina, wie Sie sie etwa von der Statue of Liberty in New York kennen.
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Chemische Eigenschaften von Kupfer
Das Halbedelmetall Kupfer, mit dem Elementsymbol „Cu“ und der Ordnungszahl 29, steht im Periodensystem in der Gruppe 11, die auch Kupfergruppe genannt wird. Es handelt sich bei dem Element um ein sogenanntes Übergangsmetall.
Kupfer kommt am häufigsten in den Oxidationsstufen +1 und +2 (stabilste Stufe in wässrigen Lösungen) vor, tritt aber auch in den Oxidationsstufen 0, +3 und +4 (extrem selten) auf.
Gegenüber Salzsäure ist Kupfer reaktionsträge. Ist jedoch Sauerstoff vorhanden, wird das Metall stark angegriffen. Heiße Schwefelsäure, Königswasser und Salpetersäure lösen es sogar auf. Eine sehr schnelle Auflösung des Kupfers kann durch eine Mischung bestehend aus Schwefel- und Salzsäure erreicht werden. Gegenüber Laugen verhält sich das Übergangsmetall hingegen stabil.
Kupfer reagiert bei Rotglut mit Sauerstoff und bildet eine dicke Schicht Kupferoxid. In kompakter Form ist das Metall nicht entzündbar oder brennbar, in Pulverform je nach Korngröße jedoch schon. Auch Luft und Wasser greifen das Material nicht an, sobald es eine dünne Oxidschicht ausgebildet hat.
Physikalische Eigenschaften von Kupfer
Mit einer Dichte von 8920 Kilogramm pro Kubikmeter zählt Kupfer zu den Schwermetallen. Es handelt sich bei dem Material um einen sehr guten Wärmeleiter sowie elektrischen Leiter – die Leitfähigkeit ist nur geringfügig schlechter als die von Silber, gleichzeitig aber deutlich besser als die von Gold. Allerdings muss für eine gute Leitfähigkeit ein möglichst hoher Reinheitsgrad gegeben sein, da im Kupfer enthaltene Verunreinigungen wie Phosphor und Eisen eine starke Herabsetzung der Leitfähigkeit zur Folge haben. Der Schmelzpunkt des Halbedelmetalls beträgt 1083,4 °C, schmieden lässt es sich bereits bei 700 bis 800 °C sehr gut. Kupfer ist mit einer Mohshärte von 2,5 bis 3 ein relativ weiches Metall, das gut formbar und zäh ist.
Kupfer in seiner blanken Form ist ein hellrotes Metall mit einer rosaroten Strichfarbe. An der Luft läuft das Material allerdings an und bildet zunächst eine rotbraune, später (oft erst nach Jahrhunderten) eine blaugrüne Patina aus. Dabei geht auch die glatte Oberfläche verloren. Die Patina beziehungsweise Oxidschicht ist in sich stabil und schützt das Kupfer vor Witterung, Beschädigungen und weiteren Korrosionsangriffen.
Kupfer-Vorkommen
In gediegener Form kommt Kupfer meist in basaltischen Laven vor, etwa in Form von Nuggets oder als Dendriten, also in verzweigten Strukturen. Bei einigen Vorkommen handelt es sich aber auch um kristalline Ausbildungen.
Häufig tritt Kupfer in Vergesellschaftung mit zumeist sekundären Kupfermineralen, beispielsweise mit Chalkosin, Bornit, Malachit, Tenorit oder Azurit, sowie mit anderen Mineralen, beispielsweise mit Calcit, Prehnit, Quarz oder Silber auf.
Häufig handelt es sich bei den Kupfer-Vorkommen um Kupfererze wie etwa um Kupferkies (Chalkopyrit), Buntkupferkies (Bornit), Kupferspat (Malachit) oder Kupferglanz (Chalkosin). Bekannt waren im Jahr 2019 636 Kupferminerale.
Minerale mit der höchsten Kupferkonzentration
| Mineral | Kupferkonzentration |
|---|---|
| Cuprit | bis 88,8 % |
| Algodonit | bis 83,6 % |
| Paramelaconit | 79,9 % |
| Tenorit | 79,9 % |
| Chalkosin | 79,9 % |
| Djurleit | 79,3 % |
| Digenit | 78,1 % |
Quelle: http://webmineral.com/chem/Chem-Cu.shtml#.YkSc6chBy3A
In der Erde sind etwa 0,006 Prozent Kupfer enthalten. Im Jahr 2017 waren mehr als 3000 Fundorte für Kupfer in gediegener Form bekannt. Die Fundorte sind über den gesamten Globus verteilt und befinden sich unter anderem etwa in Afghanistan, Australien, Indien, der Volksrepublik China, Deutschland, Finnland, Namibia, Norwegen, auf den Philippinen, in Südafrika sowie in den Vereinigten Staaten von Amerika.
Förderung von Kupfer
Im Jahr 2018 wurden mehr als 20 Millionen Tonnen Kupfer gefördert. Chile ist bereits seit den 2000er Jahren die Nation mit der größten Fördermenge für Kupfer:
Fördermengen für Kupfer nach Ländern(2018)
| Land | Kupferfördermenge |
|---|---|
| Chile | 5,8 Millionen Tonnen |
| Peru | 2,4 Millionen Tonnen |
| China | 1,6 Millionen Tonnen |
| Vereinigte Staaten von Amerika | 1,3 Millionen Tonnen |
| DR Kongo | 1,2 Millionen Tonnen |
| Australien | 913 Tausend Tonnen |
| Sambia | 851 Tausend Tonnen |
| Russland | 785 Tausend Tonnen |
| Mexiko | 697 Tausend Tonnen |
| Indonesien | 651 Tausend Tonnen |
Quelle: https://www2.bgs.ac.uk/mineralsuk/statistics/worldArchive.html
Die derzeitigen Kupferreserven werden auf rund 879 Millionen Tonnen geschätzt. Bereits identifizierte, aber noch nicht geförderte Kupferressourcen belaufen sich derzeit auf rund 2100 Millionen Tonnen. Außerdem wird geschätzt, dass in der Erde neben den identifizierten Kupferressourcen noch immer rund 3500 Millionen Tonnen unentdeckte Kupferressourcen vorhanden sind.
Verwendung von Kupfer
Das Übergangsmetall ist in verschiedenen Industriezweigen kaum ersetzlich und wird von diesen jährlich in großen Mengen nachgefragt. Daneben ist Kupfer allerdings auch ein wichtiges Material zur Herstellung von Umlauf- und Sammlermünzen. In der Medizin wird das Material besonders aufgrund seiner antimikrobiellen Eigenschaften geschätzt und bereits seit längerer Zeit für den Einsatz als Oberflächenbeschichtung erprobt.
Kunsthandwerk
Kupfer wird in der bildenden Kunst zur Fertigung von Druckplatten für Radierungen und Kupferstiche verwendet. Zudem wird Kupferblech im Kunsthandwerk getrieben, also durch Hämmern in die gewünschte Form gebracht.
Medizin
Kupfer ist auch ein Spurenelement, das für den menschlichen Organismus essenziell, also lebensnotwendig ist. Ein Erwachsener benötigt täglich rund zwei Milligramm des Elements und nimmt diese im Rahmen einer ausgewogenen Ernährung auf. Besonders kupferhaltige Nahrungsmittel sind Getreide und Hülsenfrüchte, Fleisch, Nüsse, Wurzelgemüse sowie Schokolade.
In der Medizin selbst wird Kupfer aufgrund seiner antimikrobiellen Eigenschaften geschätzt. Es wird deshalb etwa für die Fertigung von Gegenständen, die häufig berührt werden, genutzt. So werden beispielsweise Lichtschalter, Türgriffe oder Türplatten aus dem Material gefertigt. Eingesetzt werden diese Gegenstände dann häufig in Krankenhäusern.
Industrie
Besonders große Kupfermengen werden in der Industrie benötigt. Die hohe Wärmeleitfähigkeit sowie die Korrosionsbeständigkeit des Übergangsmetalls macht es zum idealen Material für Kühlkörper und Wärmetauscher.
Weitere industrielle Anwendungsbereiche für Kupfer sind:
- Automobilindustrie
- konventionelle Energien
- erneuerbare Energien
- Maschinenbau (zum Beispiel Drahtwicklungen in Transformatoren, Elektromotoren, Drosseln und Spulen)
- Elektrotechnik (zum Beispiel elektrische Leitungen, Oberleitungen, Schaltdrähte, Stromkabel)
Währung
Es gibt zahlreiche Sammlermünzen, die aus Kupfer gefertigt sind, so etwa die Kupfermünze China Panda. Daneben gibt es allerdings auch Umlaufmünzen, die aus Kupfer bestehen. So etwa die 1-, 2- und 5-Cent-Stücke, die sich in Ihrem Geldbeutel befinden. Allerdings handelt es sich hier nicht um Münzen aus reinem Kupfer, sondern um Eisenmünzen, deren Außenhülle kupfern ist.
Dacheindeckung
Häufig werden Dächer mit Kupferblech gedeckt, das mit der Zeit die beständige blaugrüne Patina bildet, die das Metall schützt und dem Dach eine Lebensdauer von durchaus mehreren Jahrhunderten verleihen kann. Bei der Eindeckung von Schieferdächern mit Schiefer, werden Kupfernägel eingesetzt. Weiterhin dient Kupfer als Material für Regenrinnen und Fallrohre.
Kupfer-Legierungen
Das Halbedelmetall ist oftmals Bestandteil hochwertiger Edelmetall-Legierungen, die in der Schmuckindustrie verwendet werden. Insgesamt ist Kupfer heute ein wichtiger Bestandteil in über 400 verschiedenen Legierungen. Gemeinsam mit Zink und Nickel bildet es beispielsweise das Neusilber, zusammen mit Zinn entsteht aus Kupfer Bronze und eine Legierung aus Kupfer und Zink ergibt Messing.
Legierungen werden hergestellt, um die Eigenschaften der verwendeten Materialien miteinander zu kombinieren und um bestimmte Eigenschaften herauszuarbeiten – etwa eine bestimmte Farbe oder eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit.
Kupferpreis und die Entwicklung
Verglichen mit Gold, Silber oder gar Rhodium ist Kupfer ein sehr günstiges Metall, das in den letzten fünf Jahren zwischen 4,30 und neun Euro pro Kilogramm gekostet hat. Der Kupferpreis ist in einem gewissen Rahmen durchaus abhängig von wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Entwicklungen. So fiel sein Wert rapide, als auch der Gold- und Silberpreis unter der beginnen Corona-Pandemie litten. Besonders ausschlaggebend für die Entwicklung des Kupferpreises ist aber natürlich das Verhältnis zwischen Angebot und Nachfrage – letztere könnte in den nächsten Jahren aufgrund der Nutzung von Kupfer in der Industrie, besonders in der Automobilindustrie, deutlich steigen.
