Kupfer

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Kupfer (lat. Cuprum) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Cu und der Ordnungszahl 29. Es ist ein Übergangsmetall, im Periodensystem steht es in der 4. Periode und der 1. Nebengruppe (nach neuer Zählung Gruppe 11) oder Kupfergruppe. Der lateinische Name cuprum ist abgeleitet von aes cyprium „Erz von der Insel Zypern“, auf der im Altertum Kupfer gewonnen wurde.

Als schwach reaktives Schwermetall gehört Kupfer zu den Edelmetallen.


Produzenten

Zeitliche Entwicklung der Kupferförderung
Mitgliedsstaaten der CIPEC

Der bedeutendste Kupferproduzent ist Chile, mit großem Abstand gefolgt von Peru und den USA. In Europa sind Polen, Portugal und Schweden nennenswert. Die wichtigsten Exportländer waren in der CIPEC organisiert. Zur CIPEC gehörten unter anderem Chile, Peru sowie Papua-Neuguinea, auf dessen Insel Bougainville eine der weltgrößten Kupferminen 1988 zu einem Bürgerkrieg führte, dessen Folgen noch andauern. Die CIPEC wurde 1988 aufgelöst und seitdem wurde kein neues Kupfer-Kartell mehr gebildet.

Historisch bedeutsam waren die Kupfergruben auf der Keweenaw-Halbinsel im Lake Superior (USA). Dort gab es das weltweit größte Vorkommen von gediegenem Kupfer. Abbau fand dort schon in vorkolumbischer Zeit statt. In Deutschland wurde bis 1990 im Mansfelder Land Kupferschiefer abgebaut und in Cornwall hat es vor allem im 18. und 19. Jahrhundert bedeutenden Kupferbergbau gegeben.[1]



Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Als blankes Metall hat Kupfer eine hellrote Farbe, die Strichfarbe ist rosarot. Die rote Farbe rührt daher, dass dieses Metall bei normaler Temperatur die komplementären grünen und blauen Lichtstrahlen absorbiert. An der Luft läuft es an und wird rötlichbraun. Durch weitere Verwitterung und Korrosion bildet sich sehr langsam (oft über Jahrhunderte) oberflächlich Patina. Dabei geht der Metallglanz verloren und die Farbe verändert sich von rotbräunlich bis hin zu einem bläulichen Grün.

Chemische Eigenschaften

Kupfer tritt in den Oxidationsstufen 0, +1, +2, +3 und +4 auf, am häufigsten sind +1 und +2, wobei +2 die stabilste Oxidationsstufe in wässrigen Lösungen ist; Stufe +4 ist extrem selten (beispielsweise in Cs2CuF6). Kupfer(II)-Salze (z.B. Kupfersulfat) sind meist von blauer oder grüner Farbe. Kupfer hat chemisch manche ähnliche Eigenschaften wie die in der gleichen Gruppe stehenden Elemente Silber und Gold. Kupfer wird von Salzsäure normalerweise nicht angegriffen[2], bei Anwesenheit von Sauerstoff jedoch stark angegriffen, von heißer Schwefelsäure wird es aufgelöst.[3] Es löst sich auch in Salpetersäure[4] und Königswasser auf.[5]. Eine Mischung aus Salzsäure oder Schwefelsäure mit Wasserstoffperoxid löst Kupfer sehr schnell auf. Das Metall wird auch von organischen Säuren angegriffen. Gegen Laugen verhält es sich stabil. Bei Rotglut reagiert es mit Sauerstoff und bildet eine dicke Schicht aus Kupferoxid. Kupfer wird von Fluor und seiner Verbindungen passiviert. Gegen saubere Luft und Wasser ist es beständig.

Bakterizide Eigenschaften

Kupfer ist für viele Mikroorganismen bereits in geringen Konzentrationen toxisch, welche für Wirbeltiere unbedenklich sind. Im Vergleich zu vielen anderen Schwermetallen ist Kupfer für höhere Organismen nur relativ schwach giftig. So kann ein Mensch täglich 0,04 Gramm Kupfer zu sich nehmen, ohne Schaden an seiner Gesundheit zu erleiden.[6] In freier, nicht an Proteine gebundener Form, wirkt Kupfer antibakteriell; man spricht hier wie beim Silber vom oligodynamischen Effekt, weshalb z. B. auch Blumenwasser, das in Kupfergefäßen aufbewahrt wird oder in das eine Kupfermünze gelegt wird, nicht so schnell faulig wird.

Die toxische Wirkung entsteht dadurch, dass Kupferionen an w:Thiolgruppen von Proteinen binden und Lipide der Zellmembran peroxidieren, was zur Bildung von freien Radikalen führt, welche die DNA und Zellmembranen schädigen.

Wirkung gegen Schnecken

Durch den Schneckenschleim wird das Kupfer im Kupferdraht oder Kupferfolie oxidiert, die als Barriere zu gefährdeten Pflanzen dient. Dadurch entsteht eine reizende Substanz, die die Schnecke daran hindert, weiter zu kriechen.[7]

Kupfer als Nährstoff im Gartenbau

Kupfer ist Bestandteil von Enzymen für den Elektronentransport, besonders für Photosynthese, Atmungskette und oxidierende Enzyme. Es ist ebenfalls notwendig für die Verholzung von Pflanzenteilen.

Überschusssymptome

Bei einem Kupferüberschuss kommt es zu Störungen der Knospen- und Blütenentwicklung, gehemmter Verholzung und verfrühtem Austrieb von Seitentrieben. Die jüngsten Blätter können ausbleichen. Im Boden hat Kupfer eine starke Bindung an organische Substanz, die bei Kultur in Torf zu Mangel führen kann.
Ursache ist eine Störung des Hormonhaushalts, besonders von Auxin. In der vegetativen Phase liegt ein geringer Assimilategehalt vor, es kommt jedoch zur Anreicherung durch die Hemmung der Blüte in der generativen Phase. Die Entwicklung der Spaltöffnungen ist gestört, wodurch der Transpirationsstrom in die jungen Blätter unterbrochen wird und Welke auftritt.

Mangelsymptome

Kupfermangel ruft Zwergwuchs und Eisenmangel hervor.
Dies ist auf eine Anhäufung von Kupfer in der Wurzel zurückzuführen, die das Wachstum stoppt. Die Streckung der unterirdischen Teile wird gehemmt. Durch Ionenkonkurrenz wird die bevorzugte Eisenaufnahme gestört.


Einzelnachweise

  1. Weltkulturerbe Cornish Mining
  2. http://www2.uni-siegen.de/~pci/versuche/v44-24-1.html
  3. http://www.br-online.de/bildung/databrd/chemie7.htm/chem7fk2.htm
  4. http://www2.uni-siegen.de/~pci/versuche/v44-24-2.html
  5. http://www.peter-hug.ch/lexikon/kupferchlorid
  6. Tägliche Aufnahme von 0,5 mg/kg unbedenklich laut: Holleman-Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. de Gruyter, Berlin, 2007, S.nbsp;1434.
  7. flora garten vonm 17. März 2008: Kupferdraht gegen Schnecken/refrefsat1.de: Sendung 24: clever! - Wissensbuch

Literatur

  • Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente – das Periodensystem in Fakten, Zahlen und Daten. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  • Wolfgang Mann, Werner Eisner, Paul Gietz, Josef Maier, Werner Schierle, Rainer Stein: Elemente Chemie II. Stuttgart 1989, S.nbsp;128–130.

Weblinks