Glänzendes, rötliches Kupfer war das erste Metall, das vom Menschen manipuliert wurde, und es ist bis heute ein wichtiges Metall in der Industrie.
Das älteste Metallobjekt im Nahen Osten besteht aus Kupfer; es war eine winzige Ahle aus dem Jahr 5100 v. Chr. Und der US-Penny bestand ursprünglich aus reinem Kupfer (obwohl es heutzutage 97,5 Prozent Zink mit einer dünnen Kupferhaut ist).
Kupfer ist nach Eisen und Aluminium nach dem US Geological Survey (USGS) das am dritthäufigsten konsumierte Industriemetall der Welt., Etwa drei Viertel dieses Kupfers werden für elektrische Leitungen, Telekommunikationskabel und Elektronik verwendet.
Neben Gold ist Kupfer das einzige Metall im Periodensystem, dessen Färbung nicht von Natur aus Silber oder Grau ist.
Chemische Beschreibung
- Ordnungszahl (Anzahl der Protonen im Kern): 29
- Atomsymbol( im Periodensystem der Elemente): Cu
- Atomgewicht( durchschnittliche Masse des Atoms): 63.55
- Dichte: 8.92 Gramm pro Kubikzentimeter
- Phase bei Raumtemperatur: Feststoff
- Schmelzpunkt: 1.984, 32 Grad Fahrenheit (1.084.,62 grad Celsius)
- Siedepunkt: 5,301 Grad F (2,927 Grad C)
- Anzahl der Isotope (Atome desselben Elements mit einer anderen Anzahl von Neutronen): 35; 2 stabile
- Die häufigsten Isotope: Cu-63 (69,15 Prozent natürliche Fülle) und Cu-65 (30,85 Prozent natürliche Fülle)
Geschichte und Eigenschaften
Das meiste Kupfer kommt in Erzen vor und muss geschmolzen oder extrahiert werden aus seinem Erz, für Reinheit, bevor es verwendet werden kann. Aber natürliche chemische Reaktionen können manchmal natives Kupfer freisetzen, nach der Chemie-Datenbank-Website, Chemicool.,
Seit mindestens 8.000 Jahren stellen Menschen aus Kupfer Dinge her und haben herausgefunden, wie man das Metall um etwa 4500 v. Chr. roch Der nächste technologische Sprung war die Herstellung von Kupferlegierungen durch Zugabe von Zinn zu Kupfer, wodurch ein härteres Metall als seine Einzelteile entstand: Bronze. Die technologische Entwicklung leitete die Bronzezeit ein, eine Periode, die ungefähr 3300 bis 1200 B. C umfasste, und istunterscheidbar durch den Einsatz von Bronzewerkzeugen und Waffen, nach der Geschichte.
Kupferartefakte sind in der gesamten historischen Aufzeichnung bestreut., Archäologen entdeckten eine winzige Ahle oder ein spitzes Werkzeug aus dem Jahr 5100 v. Chr., das mit einer Frau mittleren Alters in einem alten Dorf in Israel begraben wurde. Die Ahle stellt das älteste Metallobjekt dar, das jemals im Nahen Osten gefunden wurde. Das Kupfer stammt wahrscheinlich aus der Kaukasusregion, die sich in der mehr als 1.000 Kilometer entfernten Bergregion im Südosten Russlands, Armeniens, Aserbaidschans und Georgiens befindet, so ein in PLOS ONE veröffentlichter Artikel aus dem Jahr 2014. Im alten Ägypten verwendeten die Menschen Kupferlegierungen, um Schmuck herzustellen, einschließlich Zehenringe., Forscher haben auch massive Kupferminen aus dem 10. Jahrhundert v. Chr. in Israel gefunden.
Etwa zwei Drittel des Kupfers auf der Erde finden sich in magmatischen (vulkanischen) Gesteinen und etwa ein Viertel in Sedimentgesteinen, so die USGS. Das Metall ist duktil und formbar und leitet Wärme und Strom gut — Gründe, warum Kupfer in der Elektronik und Verkabelung weit verbreitet ist.
Kupfer wird grün wegen einer Oxidationsreaktion; das heißt, es verliert Elektronen, wenn es Wasser und Luft ausgesetzt ist. Das resultierende Kupferoxid ist ein stumpfes Grün., Diese Oxidationsreaktion ist der Grund, warum die verkupferte Freiheitsstatue eher grün als orange-rot ist. Nach Angaben der Copper Development Association ist eine verwitterte Kupferoxidschicht nur 0,005 Zoll (0,127 Millimeter) dick und die Abdeckung wiegt etwa 80 Tonnen (73 Tonnen). Der Wechsel von kupferfarben zu Grün erfolgte schrittweise und war nach Angaben der New York Historical Society bis 1920, 34 Jahre nach der Einweihung und Enthüllung der Statue, abgeschlossen.
Wer wusste?,
Hier sind einige interessante Fakten über Kupfer:
- Laut Peter van der Krogt, einem niederländischen Historiker, hat das Wort „Kupfer „mehrere Wurzeln, von denen viele aus dem lateinischen Wort cuprum stammen, das von der Phrase Cyprium aes abgeleitet wurde, was“ ein Metall aus Zypern “ bedeutet, da ein Großteil des damals verwendeten Kupfers in Zypern abgebaut wurde.
- Wenn alle Kupferleitungen in einem durchschnittlichen Auto verlegt würden, würde es sich laut USGS über 1,5 km erstrecken.,
- Die elektrische Leitfähigkeit (wie leicht ein Strom durch das Metall fließen kann) von Kupfer ist laut Jefferson Laboratory nach der von Silber an zweiter Stelle.
- Pennies wurden nur von 1783 bis 1837 aus reinem Kupfer hergestellt. Von 1837 – 1857 wurden Pfennige aus Bronze hergestellt (95 Prozent Kupfer, die restlichen 5 Prozent aus Zinn und Zink). 1857 sank die Kupfermenge in Pennies auf 88 Prozent (die restlichen 12 Prozent waren Nickel) und kehrte 1864 zu ihrem vorherigen Rezept zurück. 1962 änderte sich der Gehalt eines Pennys auf 95 Prozent Kupfer und 5 Prozent Zink., Von 1982 bis heute sind Pfennige 97,5 Prozent Zink und 2,5 Prozent Kupfer.
- Menschen brauchen Kupfer in ihrer Ernährung. Laut der US National Library of Medicine ist das Metall ein essentielles Spurenelement, das für die Bildung roter Blutkörperchen entscheidend ist. Glücklicherweise kann Kupfer in einer Vielzahl von Lebensmitteln gefunden werden, einschließlich Getreide, Bohnen, Kartoffeln und Blattgemüse.
- Zu viel Kupfer, ist jedoch eine schlechte Sache., Die Einnahme eines hohen Metallspiegels kann kurzfristig Bauchschmerzen, Erbrechen und Gelbsucht verursachen (ein gelblicher Farbton auf der Haut und Weiß der Augen, der darauf hindeuten kann, dass die Leber nicht richtig funktioniert). Langfristige Exposition kann zu Symptomen wie Anämie, Krämpfen und Durchfall führen, die oft blutig sind und blau sein können.
- Gelegentlich finden sich aufgrund alter Kupferrohre erhöhte Kupferwerte in der Wasserversorgung., Zum Beispiel hat das öffentliche Schulsystem in Detroit im August 2018 vorsorglich das gesamte Trinkwasser in öffentlichen Schulen aufgrund des hohen Kupfer-und Eisengehalts im Wasser abgeschaltet, so die Seattle Times.
- Kupfer hat antimikrobielle Eigenschaften und tötet Bakterien, Viren und Hefen bei Kontakt ab, so ein Papier aus dem Jahr 2011 in der Zeitschrift Applied and Environmental Microbiology. Infolgedessen kann Kupfer sogar zu Stoffen gewebt werden, um antimikrobielle Kleidungsstücke herzustellen, wie Socken, die gegen Fußpilz kämpfen.,
- Kupfer ist laut der Mayo Clinic auch in bestimmten Arten von Intrauterinpessaren (IUPs) enthalten, die zur Empfängnisverhütung verwendet werden. Die Kupferverdrahtung erzeugt eine Entzündungsreaktion, die sowohl für Spermien als auch für Eier toxisch ist, um eine Schwangerschaft zu verhindern. Bei jedem medizinischen Eingriff besteht das Risiko von Nebenwirkungen. Laut einem Artikel aus dem Jahr 2017, der im Medical Science Monitor veröffentlicht wurde, scheint die Kupfertoxizität jedoch keine zu sein.,
Current research
Medicine: Copper’s anti-microbial properties have made it a popular metal in the medical field., Mehrere Krankenhäuser haben mit dem Abdecken häufig berührter Oberflächen wie Bettschienen und Rufknöpfe mit Kupfer oder Kupferlegierungen experimentiert, um die Ausbreitung von im Krankenhaus erworbenen Infektionen zu verlangsamen. Kupfer tötet Mikroben ab, indem es die elektrische Ladung der Zellmembranen der Organismen stört, sagte Cassandra Salgado, Professorin für Infektionskrankheiten und Krankenhausepidemiologin an der Medizinischen Universität von South Carolina.,
Im Jahr 2013 testete ein Forscherteam unter der Leitung von Salgado Oberflächen auf Intensivstationen (Intensivstationen) in drei Krankenhäusern und verglich Räume, die mit Kupferoberflächen modifiziert wurden, die an sechs gemeinsamen Objekten befestigt sind, die vielen Händen ausgesetzt sind, mit Räumen, die nicht mit Kupfer modifiziert wurden. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass in den traditionellen Krankenhausräumen (solche ohne Kupferoberflächen) 12, 3 Prozent der Patienten antibiotikaresistente Infektionen wie Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) und Vancomycin-resistente Enterococcus (VRE) entwickelten. Zum Vergleich: In den kupfermodifizierten Räumen nur 7.,1 Prozent der Patienten erkrankten an einer dieser potenziell verheerenden Infektionen.
„Wir wissen, dass wenn Sie Kupfer in das Zimmer eines Patienten legen, Sie die mikrobielle Belastung verringern werden“, sagte Salgado zu Live Science. „Ich denke, das wurde immer wieder gezeigt. Unsere Studie war die erste, die zeigte, dass dies einen klinischen Nutzen haben könnte.“
Die Forscher änderten nichts anderes an den Intensivbedingungen jenseits des Kupfers; Ärzte und Krankenschwestern wuschen sich immer noch die Hände und die Reinigung verlief wie gewohnt., Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse 2013 in der Fachzeitschrift Infection Control and Hospital Epidemiology.
Laut einem Artikel aus dem Jahr 2017, der im American Journal of Infection Control veröffentlicht wurde, haben Salgado und ihr Team auch die Kupferauskleidung an Stethoskopen getestet, wo die Forscher herausfanden, dass es auf kupferbeschichteten Stethoskopen signifikant weniger Bakterien gab 66 Prozent der Stethoskope waren völlig frei von Bakterien. Weitere Forschungen erproben die Idee der Verkupferung weiterhin auf anderen medizinischen Stationen, insbesondere in Bereichen, in denen Patienten mobiler sind als auf der Intensivstation., Es muss auch eine Kosten-Nutzen-Analyse geben, die die Kosten der Kupferinstallation gegen die Einsparungen abwägt, die durch die Verhinderung kostspieliger Infektionen erzielt wurden, sagte sie.
Elektronik: Kupfer spielt auch in der Elektronik eine große Rolle, und aufgrund seiner Fülle und seines niedrigen Preises arbeiten Forscher daran, das Metall in immer mehr hochmoderne Geräte zu integrieren.
Tatsächlich kann Kupfer dazu beitragen, futuristisches elektronisches Papier, tragbare Biosensoren und andere „weiche“ Elektronik herzustellen, sagte Wenlong Cheng, Professor für Chemieingenieurwesen an der Monash University in Australien., Cheng und seine Kollegen haben Kupfer-Nanodrähte verwendet, um einen „Aerogel-Monolith“ zu erzeugen, ein Material, das hochporös, sehr leicht und stark genug ist, um alleine aufzustehen, ähnlich einem trockenen Küchenschwamm. In der Vergangenheit wurden diese Aerogel-Monolithen aus Gold oder Silber hergestellt, aber Kupfer ist eine wirtschaftlichere Option.
Durch Mischen von Kupfernanodrähten mit kleinen Mengen Polyvinylalkohol schufen die Forscher Aerogel-Monolithen, die sich in eine Art schneidbaren, formbaren Gummi verwandeln konnten, der Elektrizität leitet. Die Forscher berichteten ihre Ergebnisse im Jahr 2014 in der Zeitschrift ACS Nano., Das ultimative Ergebnis könnte ein weicher Roboter oder ein medizinischer Sensor sein, der perfekt mit gekrümmter Haut verschmilzt, sagte Cheng Live Science. Er und sein Team arbeiten derzeit daran, Blutdruck — und Körpertemperatursensoren aus Kupfer-Aerogel-Monolithen herzustellen-eine andere Möglichkeit, wie Kupfer die menschliche Gesundheit überwachen kann.
Physik: In einem Experiment von 2014 wurde ein Stück Kupfer zum kältesten Kubikmeter (35,3 Kubikfuß) auf der Erde, als Forscher es auf 6 Millikelvin oder sechstausendstel Grad über dem absoluten Nullpunkt (0 Kelvin) kühlten., Dies ist die nächste Substanz dieser Masse und dieses Volumens, die jemals auf den absoluten Nullpunkt gekommen ist.
Forscher am italienischen Nationalen Institut für Kernphysik setzen die 880-lb. (400 Kilogramm) Kupferwürfel in einem Behälter namens Kryostat, der speziell entwickelt wurde, um Gegenstände extrem kalt zu halten. Dies ist der erste Kryostat oder eine Vorrichtung, um Dinge bei niedrigen Temperaturen zu halten, die Substanzen so nahe am absoluten Nullpunkt halten können.
Der Aufbau des Kryostats mit extremer Temperatur ist nur der erste Schritt in einem neuen Experiment, bei dem der Kryostat als Partikeldetektor fungiert., Die Forscher hoffen, dass der Detektor, der nach einem Statusupdate von 2018 in Betrieb genommen wird, mehr über die subatomaren Teilchen namens Neutrinos und warum es im Universum so viel mehr Materie als Antimaterie gibt, preisgibt.
Landwirtschaft: Forscher der Cornell University haben die Auswirkungen von Kupfermangel in Kulturpflanzen, insbesondere Weizen, untersucht. Weizen ist eines der wichtigsten Grundnahrungsmittel der Welt, und Kupfermangel kann sowohl zu einem geringeren Ernteertrag als auch zu einer geringeren Fruchtbarkeit führen.,
Die Forscher haben untersucht, wie Pflanzen das Kupfer aufnehmen und verarbeiten. Laut dem US-Landwirtschaftsministerium haben sie zwei Proteine im Weizen gefunden, AtCITF1 und AtSPL7, die für die Aufnahme und Abgabe des Kupfers an die Fortpflanzungsorgane des Weizens von entscheidender Bedeutung sind.
Frühe Tests haben gezeigt, dass, wenn Kupfer und andere Nährstoffe im Boden angereichert werdenund dann vom Weizen aufgenommen werden, die Ernteerträge um das Siebenfache steigen., Während bekannt ist, dass das Wissen über Kupfer und andere Mineralien für die Gesundheit und Fruchtbarkeit von Pflanzen von Vorteil ist, ist das Wie und Warum der Tatsache nicht gut verstanden. Das Wissen darüber, warum Kupfer vorteilhaft ist und wie es innerhalb des Wachstums und der Fortpflanzung einer Pflanze funktioniert, kann weiter für Kulturen wie Reis, Gerste und Hafer verwendet werden und kann diese Kulturen mit einem mineralreichen Dünger, der Kupfer enthält, in Böden einführen, die einst für die Landwirtschaft ungeeignet waren.,
Zusätzliche Ressourcen
- Die American Cancer Society untersucht die Forschung zu Kupfer und behauptet, dass es eine Rolle bei der Vorbeugung oder Behandlung von Krebs spielen kann.
- Die Umweltschutzbehörde informiert über die Exposition gegenüber hohem Kupfergehalt und die Auswirkungen von Kupferkorrosion in Haushaltsrohren.
- Die Thomas Jefferson National Accelerator facility (Jefferson Lab) erforscht die Geschichte und Verwendung von Kupfer.
Dieser Artikel wurde aktualisiert am Sept. 12, 2018, Live Science contributor Rachel Ross.