Kupfer

Kupfer hat eine ausgezeichnete Härte, die es sehr widerstandsfähig gegen Bruch, Absplittern oder Risse macht, aufgrund seiner duktilen inneren Struktur und fehlenden Spaltbarkeit.

Kupfer ist aufgrund seiner Anfälligkeit für Korrosion, Anlaufen und chemische Reaktionen empfindlich für den täglichen Gebrauch, wo solche Einflüsse häufig sind.

Mit einer Dichte von 8920 kg/m³ gehört Kupfer zu den Schwermetallen, das kubisch-flächenzentriert kristallisiert und damit eine kubisch dichteste Kugelpackung mit der Raumgruppe Fm3m (Raumgruppen-Nr. 225)Vorlage:Raumgruppe/225 aufweist. Der Gitterparameter beträgt bei reinem Kupfer 0,3615 nm (entspricht 3,615 Å) bei 4 Formeleinheiten pro Elementarzelle. Kupfer ist ein sehr guter Wärmeleiter. Sein Schmelzpunkt liegt bei 1083,4 °C. Ebenso ist Kupfer ein sehr guter elektrischer Leiter mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 58 · 10 S/m. Seine Leitfähigkeit ist nur wenig schlechter als Silber und deutlich besser als Gold. Da alle im Kupfer gelösten Beimengungen, besonders Verunreinigungen wie Phosphor und Eisen die Leitfähigkeit stark herabsetzen, werden für Leiterwerkstoffe oft höchste Reinheitsgrade angestrebt. Die Mohshärte von Kupfer beträgt 2,5 bis 3, was einer Vickershärte (VHN) von 77–99 bei einer Prüfkraft von 100 g entspricht. Durch Kaltumformung wird die Festigkeit von 150 bis 200 MPa (Gusszustand) auf Werte um 450 MPa erhöht. Die Bruchdehnung liegt dabei bei 4,5 % mit Härtewerten um 100 HB. Verformtes und anschließend weichgeglühtes Kupfer mit einer Festigkeit von 200 bis 240 MPa hat eine Bruchdehnung größer 38 % und Härtewerte um die 50 HB. Die Weichheit von Kupfer erklärt zum Teil die hohe elektrische Leitfähigkeit und die hohe Wärmeleitfähigkeit, die unter den reinen Metallen bei Raumtemperatur die zweithöchste nach Silber ist. Dies liegt daran, dass der spezifische Widerstand für den Elektronentransport in Metallen bei Raumtemperatur in erster Linie auf der Streuung von Elektronen bei thermischen Schwingungen des Gitters beruht, die in einem weichen Metall relativ schwach sind. Schmieden ist bei Temperaturen von 700 bis 800 °C sehr gut möglich. Kaltverformungen sind gut ohne Zwischenglühen durchführbar. Als blankes Metall hat Kupfer eine hellrote Farbe, die Strichfarbe ist rosarot. Die rote Farbe rührt daher, dass es bei normaler Temperatur das komplementäre grüne und blaue Licht etwas mehr absorbiert. An der Luft läuft es an und wird zunächst rotbraun. Bei weiterer Verwitterung und Korrosion geht sehr langsam (oft über Jahrhunderte) die glatte Oberfläche verloren und die Farbe verändert sich durch die Bildung einer Patina von rotbraun zu blaugrün. Kupfer ist eines der wenigen metallischen Elemente mit einer anderen natürlichen Farbe als Grau oder Silber. Reines Kupfer ist orangerot und verfärbt sich an der Luft rötlich. Die charakteristische Farbe von Kupfer ergibt sich aus den elektronischen Übergängen zwischen der gefüllten 3d- und der halb leeren 4s-Atomhülle – der Energieunterschied zwischen diesen Hüllen entspricht orangefarbenem Licht. Wie bei anderen Metallen tritt galvanische Korrosion auf, wenn Kupfer mit einem anderen Metall in Kontakt gebracht wird.

Kupfer kommt in der Erde nach Angaben des Deutschen Kupferinstituts mit einem Gehalt von etwa 0,006 % vor und steht in Bezug auf die Häufigkeit der Elemente in der Erdkruste an der 23. Stelle. Häufig tritt Kupfer gediegen, das heißt in elementarer Form auf. Weltweit sind aktuell (Stand 2017) über 3000 Fundorte für gediegen Kupfer bekannt, so unter anderem in Afghanistan, Argentinien, Australien, Belgien, Bolivien, Brasilien, Bulgarien, Chile, China, der Demokratischen Republik Kongo, Deutschland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Indien, im Iran, in Irland, Italien, Japan, Kanada, Kasachstan, Marokko, Mexiko, der Mongolei, Namibia, Neuseeland, Norwegen, Österreich, Peru, den Philippinen, Polen, Portugal, Rumänien, Russland, Sambia, Schweden, der Schweiz, Simbabwe, der Slowakei, Spanien, Südafrika, Tschechien, der Türkei, der Ukraine, Ungarn, den Vereinigten Staaten von Amerika (USA) und dem Vereinigten Königreich (UK). Auch in mehreren Gesteinsproben vom Mittelatlantischen Rücken sowie vom Mond, das die Sonde der Luna 24-Mission vom Mare Crisium mitbrachte, konnte gediegen Kupfer nachgewiesen werden.

Kupfer begegnet uns auf unterschiedliche Weise im Alltag: Das Material wird zur Herstellung von Stromkabeln, Armaturen, Rohrleitungen etc. verwendet. Auch in der Kunst und zur Herstellung von Musikinstrumenten und Schmuck wird es benutzt. In Form von Geldmünzen trägt wohl jeder von uns Kupfer mit sich herum.

Eine Zeitleiste von Kupfer zeigt, wie das Metall die menschliche Zivilisation in den letzten 11.000 Jahren vorangebracht hat.

Copper wird seit mindestens 10.000 Jahren verwendet, aber seit 1900 wurden mehr als 95% des jemals abgebauten und geschmolzenen Kupfers gefördert, und in den letzten 24 Jahren wurde mehr als die Hälfte gefördert. Wie bei vielen natürlichen Ressourcen ist die Gesamtmenge an Kupfer auf der Erde mit rund 1014 Tonnen im obersten Kilometer der Erdkruste enorm, was bei der derzeitigen Förderrate einem Wert von etwa 5 Millionen Jahren entspricht.

In der Römerzeit wurde Kupfer hauptsächlich auf Zypern abgebaut, dem Ursprung des Metallnamens, von Aes сyprium (Metall Zyperns), das später zu сuprum (lateinisch) verfälscht wurde. Daraus wurden Coper (altes Englisch) und Kupfer abgeleitet, die spätere Schreibweise wurde erstmals um 1530 verwendet.

Bei Kupfer wird darauf hingewiesen, dass er nicht in Form von Edelsteinwasser angewendet werden sollte, denn Kupferwasser ist giftig! Zur Anwendung kann man ihn daher am besten in der Hosentasche tragen. Dieser Stein soll auf körperlicher Ebene unter anderem helfen, Krämpfe zu lösen sowie schlaffördernd und fiebersenkend wirken. Auf geistiger Ebene soll er Selbstwertgefühl und Selbstsicherheit steigern und mutig, einfallsreich und lebensfroh machen. Zudem soll er zu einem liebevollen und offenen Umgang mit den Mitmenschen verhelfen, weswegen er bei Sozialkontakten auch zur Anwendung kommen kann, indem er einfach im Raum aufgestellt wird.