(WT1) Kupfer [Definition, Eigenschaften, Herstellung, Verwendung]

Top 5 Themen in diesem Artikel

Kupfer Eigenschaften
Kupfer Herstellung
Kupfer Verwendung
Kupferpreis aktuell
Warum leitet Kupfer Strom?

Was ist Kupfer?

Definition

Kupfer?

Kupfer ist ein chemisches Element mit dem Symbol Cu und der Ordnungszahl 29. Es gehört zur Gruppe der Übergangsmetalle und ist eines der wenigen Metalle, die in der Natur in reiner Form vorkommen. Charakteristisch für Kupfer sind:

Hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit (nach Silber das leitfähigste Metall)
Hohe Korrosionsbeständigkeit (durch die Bildung einer Schutzschicht – Patina)
Gute Verformbarkeit und Zähigkeit, wodurch es sich leicht zu Drähten und Blechen verarbeiten lässt
Rötlich glänzende Oberfläche, die mit der Zeit eine grünliche Patina entwickelt

Kupfer gehört zu den Nichteisenmetallen (NE-Metallen) und wird aufgrund seiner vielseitigen Eigenschaften in zahlreichen Industriezweigen verwendet.

Grundlagen: Chemische und physikalische Eigenschaften (Kupfer Eigenschaften)

Kupfer findet sich im Periodensystem in der 1. Nebengruppe (Gruppe 11) und gehört zur sogenannten Kupfergruppe (zusammen mit Silber und Gold).

📌 Wichtige Eigenschaften von Kupfer:

Dichte: 8.920 kg/m³ (zählt zu den Schwermetallen)
Schmelzpunkt: 1.083 °C
Siedepunkt: 2.562 °C
Kristallstruktur: Kubisch flächenzentriert (kfz)
Elektrische Leitfähigkeit: 58 × 10⁶ S/m
Wärmeleitfähigkeit: 401 W/(m·K)
Korrosionsverhalten: Bildet Schutzschicht (Patina), wodurch es sehr widerstandsfähig wird

Merk’s dir!

Warum leitet Kupfer so gut Strom?

Die hohe elektrische Leitfähigkeit von Kupfer liegt an seiner kubisch-flächenzentrierten Gitterstruktur und dem niedrigen Widerstand, der den Elektronenfluss erleichtert.

Farbliche Veränderung durch Patina

Frisch hergestelltes Kupfer besitzt eine rötliche, glänzende Oberfläche. Durch Oxidation mit Luft und Feuchtigkeit bildet sich mit der Zeit eine blaugrüne Patinaschicht aus Kupfercarbonat (Cu₂CO₃(OH)₂). Diese schützt das darunterliegende Metall vor weiterer Korrosion.

Beispiel

✅ Beispiel: Die Freiheitsstatue in New York besteht aus Kupfer. Ursprünglich war sie rötlich glänzend, heute ist sie grün durch die Patina.

Vorkommen und Förderung

Kupfer ist eines der am häufigsten vorkommenden Metalle in der Erdkruste. Es existieren weltweit über 3.000 bekannte Lagerstätten.

🌎 Wichtigste Kupferförderländer:

Chile 🇨🇱 (größter Produzent weltweit)
Peru 🇵🇪
China 🇨🇳
USA 🇺🇸
Polen 🇵🇱

In Europa sind vor allem Polen, Schweden und Portugal für den Kupferabbau bekannt.

Beispiel

📌 Preis: Kupfer ist ein wertvolles Industriemetall und kostet aktuell etwa 6000 EUR pro Tonne.

Kupfer Herstellung

Damit dieses Metall seine volle Leistung ausschöpfen kann, muss es annähernd in Reinform vorliegen. Das über Kathoden gewonnene Metall (Kathodenkupfer KE-CU) besitzt eine Reinheit von 99,99 %.

Als Ausgangsmaterial dient Kupferkies auch bekannt unter dem Namen Chalkopyrit. Der chemische Ausdruck hierfür ist

Chalkopyrit

$CuFeS_2$

Herstellung und Verarbeitung

Kupfer wird entweder aus sulfidischen oder oxidischen Erzen gewonnen.

1️⃣ Flotation (Erzaufbereitung)

Zunächst wird der Kupfergehalt durch Trennung von Begleitstoffen auf ca. 25 % erhöht.

2️⃣ Rösten (Entfernung von Schwefel & Eisenoxide)

Hierbei entsteht Eisenoxid und Schwefeldioxid:

$2FeS_2 + 3O_2 \rightarrow 2FeO + 2SO_2$

3️⃣ Schmelzprozess (Kupferstein)

Das geröstete Kupfer wird geschmolzen, um den Reinheitsgrad weiter zu erhöhen.

4️⃣ Blaskonverter (Oxidation zu Rohkupfer)

Das verbleibende Eisen wird entfernt, und es entsteht Rohkupfer (97 % rein).

5️⃣ Elektrolytische Raffination (99,99 % Reinheit)

Durch eine elektrochemische Behandlung wird Kupfer auf Hochreinkupfer (KE-CU) mit einer Reinheit von 99,99 % veredelt.

Sulfidische und oxidische Kupfererze

Man unterscheidet bei der Herstellung reinem Kupfer zwischen zwei Herstellungsverfahren.

Metall aus sulfidischem Kupfererz wird mit Hilfe der Pyrometallurgie hergestellt

sowie

Metall aus oxidischem Kupfererz wird nach hydrometallurgischen Verfahren gewonnen.

Flotation

Der erste Schritt der Kupfergewinnung ist die Flotation. Hier wird ein Teil des Begleitmaterials und des Pyrits entfernt. Dieser Verfahrensschritt erhöht den nur zwei prozentigen Anteil des Metalls im Erz aber nur auf lediglich 25 %.

Rösten

Im zweiten Schritt der Kupfergewinnung gilt es den Kupferstein schmelzbar zu machen, indem man den Schwefelgehalt auf einen verwertbaren Anteil erhöht. Das nun sehr schwefelreiche Erz wird geröstet, wodurch die Hälfte des Eisensulfids zu Eisenoxid und Schwefeldioxid oxidiert.

Reaktionsgleichung

$2 FeS_2 + 3 O_2 \rightarrow 2 FeO + 2 SO_2$

Nach diesem Röstvorgang erzeugt man eine Schlacke mit besonders hoher Kupferunlöslichkeit, wodurch weitere Bestandteile der Gangart entfernt werden können.

Blaskonverter

Im Schmelzprozess wird dann das restliche Eisenoxid zu Kupferstein geschmolzen und einem Blaskonverter zugeführt. Der eingeblasene Sauerstoff im Konverter bewirkt dann eine Oxidation der Schmelze.

Der gesamte Vorgang der Oxidation verläuft zweiteilig.

Konverterphase 1

Nachdem das oxidierte Eisen in die Schlacke überführt wurde, muss letztere entfernt werden.

Reaktionsgleichungen

$2 FeS_2 + 3 O \rightarrow 2 FeO + 2SO_2$

$2 FeO + SiO2 \rightarrow Fe_2SiO4$

Konverterphase 2

Nach Abschluss dieser Phase liegt das ursprünglich gebundene Metall als Rohkupfer vor.

Reaktionsgleichungen

$Cu_2S + O_2 \rightarrow 2 Cu + SO_2$

Merk’s dir!

Noch immer nicht genug?…Die Kupferschmelze besitzt nun eine Reinheit von ca. 97 %. Um diese Reinheit auf die oben erwähnten 99,99 % zu erhöhen, folgt zumeist eine Nachbearbeitung in Form einer elektrolytischen sowie pyrometallischen Raffination.

Übersicht der Verfahrensschritte – Kupferherstellung

In der nachfolgenden Abbildung siehst noch mal alle Verfahrensabläufe zusammengefasst:

Kupferherstellung - Übersicht (Kupfererz, Kupferstein, Anodenkupfer, Rohkupfer) — Herstellung – Übersicht

Kupfer Verwendung

Kupfer wird in verschiedenen Bereichen genutzt:

🔌 Elektroindustrie

Stromkabel und Leitungen
Leiterbahnen in Platinen
Elektromotoren und Transformatoren
Oberleitungen für Bahnen

✅ Beispiel: Fast alle Hausinstallationen nutzen Kupferkabel wegen der hohen Leitfähigkeit.

🏗️ Bauindustrie

Dächer (wegen der langlebigen Patina)
Dachrinnen und Fallrohre
Sanitär- und Heizungssysteme

✅ Beispiel: Viele historische Gebäude haben Kupferdächer, die seit Jahrhunderten halten.

🛠️ Maschinenbau

Wärmetauscher
Kesselrohre
Lagerbuchsen

⚙️ Münzprägung

Viele Euromünzen enthalten Kupfer, da es korrosionsbeständig und langlebig ist.

Kupfer Verwendung - Metall in der Elektro- und Computerindustrie — Kupfer Verwendung – Metall in der Elektro- und Computerindustrie

Merk’s dir!

Obwohl Aluminium sogar besser über lange Strecken elektrischen Strom leitet und dazu noch günstiger ist, verwendet man bevorzugt dieses Metall. Denn es lässt sich besser kontaktieren und hat die für Stromkabel wichtige, höhere Biegewechselfestigkeit.

Mögliche Fragestellungen | Häufig gestellte Fragen (FAQs)

1. Warum wird Kupfer so oft in der Elektrotechnik verwendet?

Kupfer hat eine extrem hohe elektrische Leitfähigkeit, die fast so gut ist wie die von Silber, aber viel günstiger.

2. Warum bildet Kupfer eine grüne Patina?

Durch die Reaktion mit Sauerstoff, Wasser und Kohlendioxid bildet sich eine Schutzschicht aus Kupfercarbonat, die das Metall vor weiterer Korrosion schützt.

3. Ist Kupfer magnetisch?

Nein, Kupfer ist ein nicht-magnetisches Metall.

4. Warum wird Aluminium nicht anstelle von Kupfer verwendet?

Aluminium ist zwar günstiger und leichter, hat aber eine schlechtere Kontaktfähigkeit und eine geringere Biegewechselfestigkeit.

5. Wie lange hält ein Kupferdach?

Kupferdächer halten oft über 100 Jahre, da die Patina das darunterliegende Metall schützt.

Zusammenfassung

🔹 Kupfer ist ein Nichteisenmetall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit.
🔹 Es wird aus sulfidischen oder oxidischen Erzen gewonnen und elektrolytisch raffiniert.
🔹 Hauptförderländer sind Chile, Peru und China.
🔹 Es wird in der Elektrotechnik, Bauwirtschaft, Maschinenbau und Münzprägung verwendet.
🔹 Kupfer bildet eine schützende grüne Patina, die es extrem langlebig macht.
🔹 Kupferpreis aktuell: Es kostet derzeit rund 6000 EUR pro Tonne und ist ein begehrter Rohstoff.

Warum ist Kupfer so wertvoll?

Kupfer verbindet hervorragende Leitfähigkeit, Formbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Nachhaltigkeit – ein unverzichtbares Material in Industrie und Technik.

Nachdem du nun einen guten Überblick hast, stellen wir dir im kommenden Kurstext ausführlich das Nichteisenmetall Aluminium vor.

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