Kupfer – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

Zum ganzen Periodensystem

Vorkommen und Gewinnung

Kupfer ist eines der wenigen Metalle, die auch gediegen vorkommen, als rötliche Klumpen und Drähte im Gestein. Das war ein Grund dafür, dass es schon so früh bekannt war. Die meisten Vorkommen sind aber Erze: Kupferkies, ein messinggelbes Kupfer-Eisen-Sulfid, ist das wichtigste, dazu kommen grüner Malachit, ein Kupfercarbonat, und blauer Azurit. Größtes Förderland ist Chile, dahinter folgen die Demokratische Republik Kongo, Peru und China.

Schon vor rund zehntausend Jahren wurde Kupfer im Nahen Osten bearbeitet. Es folgte die Kupferzeit, in der Menschen Metall aus Erz schmolzen, und dann die Bronzezeit. Der lateinische Name Cuprum geht auf die Insel Zypern zurück, die im Altertum ein wichtiges Abbaugebiet war.

Heute ist der Gehalt in den Erzen oft sehr gering, weniger als ein Prozent. Man mahlt das Gestein und trennt das Kupfermineral durch Flotation ab. Dabei reichern Schaumblasen das Kupfermineral an. Das Konzentrat wird geröstet und geschmolzen, man erhält Rohkupfer. Zuletzt reinigt man es durch Elektrolyse: Das unreine Kupfer ist die Anode, reines Kupfer scheidet sich an der Kathode ab. Diese Reinheit braucht man für elektrische Leitungen. Kupfer lässt sich ohne Qualitätsverlust recyceln, rund ein Drittel des Bedarfs wird aus Altmaterial gedeckt.

Eigenschaften und Reaktionen

Kupfer steht in Periode 4 und Gruppe 11. Seine Elektronenkonfiguration ist [Ar] 3d¹⁰ 4s¹. Das weicht vom erwarteten Muster mit zwei Elektronen im 4s-Orbital ab, denn eine vollbesetzte d-Schale ist besonders stabil. Die Elektronegativität beträgt 1,9. Das Metall hat eine Dichte von 8,933 g/cm³, schmilzt bei 1084,62 °C und siedet bei 2562 °C. Es ist gut verformbar und lässt sich zu dünnen Drähten ziehen. Unter den Metallen leitet nur Silber Strom und Wärme besser. Die Ursache sind die frei beweglichen Elektronen im Metallgitter.

Kupfer ist edler als Wasserstoff, sein Normalpotenzial ist positiv. Deshalb löst es sich nicht in Salzsäure oder verdünnter Schwefelsäure. Salpetersäure und heiße konzentrierte Schwefelsäure greifen es dagegen an.

An feuchter Luft läuft Kupfer zunächst braun an und bildet dann die Patina, eine grüne Schicht aus basischen Kupfercarbonaten und -sulfaten. Sie schützt das Metall darunter. Deshalb bleiben Kupferdächer und die Freiheitsstatue über Jahrhunderte erhalten.

In Verbindungen kommt Kupfer als Kupfer(I) und Kupfer(II) vor. Kupfer(II)-Salze wie Kupfersulfat lösen sich mit blauer Farbe. Kupferverbindungen färben eine Flamme grün bis blaugrün, was man in der Analytik und im Feuerwerk nutzt.

Verwendung in Alltag und Technik

Mehr als die Hälfte des Kupfers geht in die Elektrotechnik: Leitungen im Haus, Kabel, Spulen, Transformatoren und Generatoren. Ein Elektroauto enthält deutlich mehr Kupfer als ein Verbrenner. Wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit sind auch Töpfe, Heizkessel, Kühler und Wärmetauscher aus Kupfer. Kupferrohre dienen für Trinkwasser und Heizung, weil das Metall korrosionsbeständig ist und Bakterien an seiner Oberfläche schlechter überleben.

Wichtig sind die Legierungen. Bronze besteht aus Kupfer und Zinn; sie ist härter als Kupfer und wurde für Waffen, Werkzeuge, Glocken und Statuen genutzt. Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink, goldgelb und gut zu bearbeiten: Es steckt in Armaturen, Schrauben und Musikinstrumenten. Kupfer-Nickel-Legierungen findet man in Münzen. Die Ein-, Zwei- und Fünf-Cent-Münzen bestehen aus Stahl mit einem dünnen Kupferüberzug, die größeren Cent-Münzen aus Nordischem Gold, einer Kupferlegierung mit Aluminium, Zink und Zinn.

Kupfersulfat wird gegen Pilzbefall im Weinbau und Gartenbau eingesetzt, zum Beispiel als Bordeauxbrühe.

Für Lebewesen ist Kupfer ein Spurenelement. Es steckt in Enzymen, die bei der Atmung in den Zellen und beim Eisenstoffwechsel gebraucht werden. Bei vielen Weichtieren und Krebsen ist Kupfer sogar der Sauerstoffträger: Das Blut von Tintenfischen und vielen Schnecken ist wegen des Hämocyanins blau. Menschen decken ihren Bedarf über Nüsse, Vollkorn und Innereien. Größere Mengen Kupfersalz sind giftig und lösen Übelkeit aus. Saure Speisen sollte man deshalb nicht in unbeschichteten Kupfergefäßen aufbewahren.

Moleküle mit diesem Element

• Kupfer(II)-oxid CuO3D ansehen
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Kurz gefragt

Leichte Metalle leiten immer besser als schwere Metalle - warum trifft das zwischen Lithium (Li) und Kupfer (Cu) trotzdem nicht zu?

Häufige Fragen