Techniklexikon

Kupfer

(ehem. Symbol Cu). K. ist ein relativ weiches, sehr zähes und dehnbares Metall, das, legiert (Legierung) mit Zinn, als Bronze bereits im Altertum genutzt wurde. Legierungen mit Zink heißen Messing. K. besitzt eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit und nach Silber die beste elektr. Leitfähigkeit. Während Messing und Bronze als »legiertes Kupfer« höhere Festigkeiten als Cu aufweisen, verbessert Cu in Aluminiumlegierungen (Aluminium) die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit (Korrosion). Wird Cu i mit Nickel legiert, erhöht sich dessen Korrosionsbeständigkeit. Chemie, Physikalische Chemie, Cu, Element der Nebengruppe I des Periodensystems bzw. der Gruppe Nr.11 des Langperiodensystems. Es kommt hauptsächlich als Sulfid (z.B. Chalkopyrit CuFeS₂), Oxid (Cuprit Cu₂O) und Carbonat (Malachit Cu₂(OH)₂(CO₃)) vor. Kupfer besitzt die Elektronenkonfiguration [Ar]3d⁹4s und besteht aus zwei Isotopen. Das metallische Kupfer ist weich, zäh, schmiedbar und dehnbar und lässt sich zu sehr feinem Draht ausziehen. Es besitzt die zweitbeste (nach Silber) elektrische Leitfähigkeit aller Metalle und wird deshalb zur Herstellung elektrischer Leitungen verwendet. Kupfer ist Bestandteil zahlreicher Legierungen. Bei den Kupfer-Zink-Legierungen (Messing) unterscheidet man zwischen Rotmessing (bis 20 % Zn; sehr dehnbar), Gelbmessing (20-40 % Zn) und Weissmessing (bis 80 % Zn; spröde). Die Kupfer-Zinn-Legierungen (Bronze), die schon in der sogenannten Bronzezeit bekannt waren, zeichnen sich durch besondere Festigkeit aus (z.B. Phosphorbronze für Achslager; Kanonenbronze; Glockenbronze; Statuenbronze). Kupfer-Aluminium-Legierungen (Aluminiumbronzen) enthalten 5-12 % Aluminium und sind zäher, härter und schmelzbarer als Kupfer (Verwendung z.B. für Waagebalken und Uhrenfedern). Die Kupfer-Nickel-Legierung Konstantan (60 % Cu, 40 % Ni) weist einen von der Temperatur fast unabhängigen elektrischen Widerstand auf. Das Monelmetall, ebenfalls eine Kupfer-Nickel-Legierung, ist unter Standardbedingungen beständig gegen Fluor, da sich durch Passivierung eine feste Fluoridschicht auf der Oberfläche bildet.

 

Kupfer 1: Wichtige Isotope.

bottom:solid gray 1.0pt;border-right: none;mso-border-top-alt:solid gray .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Isotop	bottom:solid gray 1.0pt;border-right:none;mso-border-top-alt: solid gray .75pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Natürliche Häufigkeit [%]	bottom:solid gray 1.0pt;border-right:none;mso-border-top-alt: solid gray .75pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Atommasse	bottom:solid gray 1.0pt;border-right:none;mso-border-top-alt: solid gray .75pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Halbwertszeit T1 / 2	bottom:solid gray 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid gray .75pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt; mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Verwendung
63Cu	69,2	62,939 598	stabil	NMR
64Cu	0	63,929 765	12,701 h	Tracer
65Cu	30,8	64,927 793	stabil	NMR
bottom:solid gray 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 67Cu	bottom:solid gray 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 0	bottom:solid gray 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 66,927 747	bottom:solid gray 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 61,9 h	bottom:solid gray 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Tracer

 

Kupfer 2: Allgemeine, chemische und festkörperphysikalische Eigenschaften.

bottom:none;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Ordnungszahl	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 29
Relative Atommasse (12C = 12,000 0)	63,546
Dichte [g cm-3]	8,93
Molvolumen [cm3]	7,09
Oxidationszahlen	0, I-IV
Photoelektrische Arbeit [eV]	4,65
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Debye-Temperatur [K]	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 335

 

Kupfer 3: Thermische und elektromagnetische
Eigenschaften.

bottom:none;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Siedetemperatur [K]	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 2 586
Schmelztemperatur [K]	1 356
Siedeenthalpie [kJ mol-1]	304,76
Schmelzenthalpie [kJ mol-1]	13,02
Wärmeleitfähigkeit (300 K) [W m-1 K-1]	401
Spezifische Wärme [kJ kg-1 K-1]	0,382
Thermischer Längenausdehungskoeffizient [10-6 K-1]	16,5
Spezifischer Widerstand [10-8 W m]	1,55
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Spezifische magnetische Suszeptibilität [10-9 kg-1 m3]	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> -1,081

 

Kupfer 4: Atom- und kernphysikalische Eigenschaften.

bottom:none;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Termsymbol	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 2S1 / 2
1. Ionisierungsenergie [eV]	7,726
2. Ionisierungsenergie [eV]	20,293
Elektronenaffinität [eV]	1,228
Elektronegativität (Pauling)	1,9
effektive Kernladung (Slater)	4,20
Magnetisches Moment [mB]	1,732
Ionenradius (Cu2+) [nm]	0,072
Kovalenzradius [nm]	0,117
Atomradius [nm]	0,127 8
Kernspin
63Cu	3 / 2
65Cu	3 / 2
Magnetisches Moment [mK]
63Cu	2,222 8
65Cu	2,381 3
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black .6pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Einfangquerschnitt für thermische Neutronen [barn]	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt;mso-border-bottom-alt: solid black .6pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 3,8