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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.

Isotop

Natürliche Häufigkeit [%]

Atommasse

Halbwertszeit T1 / 2

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

67Cu

0

66,927 747

61,9 h

Tracer

 

Kupfer 2: Allgemeine, chemische und festkörperphysikalische Eigenschaften.

Ordnungszahl

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

Debye-Temperatur [K]

335

 

Kupfer 3: Thermische und elektromagnetische
Eigenschaften.

Siedetemperatur [K]

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

Spezifische magnetische Suszeptibilität [10-9 kg-1 m3]

-1,081

 

Kupfer 4: Atom- und kernphysikalische Eigenschaften.

Termsymbol

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

Einfangquerschnitt für thermische Neutronen [barn]

3,8

 

 

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