Kupfer

Kupfer (lateinisch ) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Cu und der Ordnungszahl 29. Es ist ein Übergangsmetall, im Periodensystem steht es in der 4. Periode und der 1. Nebengruppe (nach neuer Zählung Gruppe 11) oder Kupfergruppe. Der lateinische Name cuprum ist abgeleitet von (aes) cyprium „Erz von der griechischen Insel Zypern“, auf der im Altertum Kupfer gewonnen wurde.

Kupfer ist ein rotbraunes, relativ weiches, formbares, korrosionsbeständiges Halbedelmetall. Es gehört wohl zu den ersten Elementen, die dem Menschen bekannt sind. Kupfer wird aufgrund seiner hohen elektrischen Leitfähigkeit für Stromleitungen verwendet (Silber ist noch leitfähiger, allerdings weitaus teurer). Zudem ist Kupfer häufig in Legierungen anzutreffen, zu den bekanntesten zählen Bronze und Messing. Diese Legierungen sowie reines Kupfer werden auch heute noch als Material für Münzen verwendet. Auch kommt Kupfer in Rohren zum Einsatz, da es leicht verformbar ist und kaum korrodiert. Kupfer kommt auch gediegen in der Natur vor und ist ein essenzielles Spurenelement für Menschen, Tiere und Pflanzen. Der größte Produzent von Kupfer ist Chile.

Geschichte Kupferzeit mini|links|Das 5500 Jahre alte Kupferbeil von Steinbergen, gegossen aus Kupfererz aus den Ostalpen

Kupfer, Gold, Silber und Zinn waren die ersten Metalle, welche die Menschheit in ihrer Entwicklung kennenlernte. Da Kupfer leicht zu verarbeiten ist, wurde es bereits von den ältesten bekannten Kulturen vor etwa 10.000 Jahren verwendet. Die Zeit seines weiträumigen Gebrauchs vom 5. Jahrtausend v. Chr. bis zum 3. Jahrtausend v. Chr. wird je nach Region auch Kupferzeit genannt. Auf dem Tall Hujayrat al-Ghuzlan in Jordanien bestand schon um 4.000 v. Chr. eine Massenproduktionsstätte von Kupfer.

Bereits im vierten Jahrtausend v. Chr. wurde Kupfer mit Arsen legiert. In diesem Zeitraum wurde Kupfer bereits sehr weit verbreitet. Es lässt sich ein komplexes überregionales Austauschnetzwerk rekonstruieren, welches jüngste Forschungsergebnisse der Universität Kiel (Sonderforschungsbereich 1266) weiter bekräftigt und spezifiziert haben. Es wurde belegt, dass das Kupfer, welches in Norddeutschland und Südskandinavien gefunden wurde, in Minen in Serbien und Bulgarien gewonnen wurde. Ab dem frühen dritten Jahrtausend wurde Kupfer mit Zinn und Bleianteilen zu Bronze legiert. Diese härtere und technisch widerstandsfähigere Legierung wurde zum Namensgeber der Bronzezeit. Hier veränderten sich die Austauschnetzwerke. Einerseits wurden nun mehr Kupfervorkommen genutzt, wie jene aus Österreich. Zudem, da Zinn nur an wenigen Orten zu finden war, wurden die überregionalen Netzwerke intensiver.

Bronzezeit mini|links|Der Hortfund von Groß Gaglow: Bronzene Beile als Massenware Die Unterscheidung von Blei und Zinn wurde erst mit wachsenden Metallkenntnissen eingeführt, sodass der Begriff Bronze aus heutiger Sicht nur auf die hochkupferhaltigen Zinn-Kupferlegierungen richtig angewendet ist.

Die ersten Spiegel wurden aus diesem Metall hergestellt. Während der späten ostmediterranen Bronzezeit wurde Kupfer vor allem auf Zypern gefördert und von dort in zumeist ca. 30 kg schweren Kupferbarren in Form von Rinderhäuten (sogenannte Ochsenhautbarren) exportiert. Fragmente zyprischer Ochsenhautbarren aus der Zeit zwischen dem 16. und dem 11. Jahrhundert v. Chr. finden sich in weiten Teilen des Mittelmeerraums, bis nach Sardinien, auf dem Balkan und sogar nördlich der Alpen (Depotfund von Oberwilflingen).Zu den Ochsenhautbarren, deren Verbreitung und den bronzezeitlichen Kupferhandel siehe: Serena Sabatini: Revisiting Late Bronze Age oxhide ingots. Meanings, questions and perspectives. In: Ole Christian Aslaksen (Hrsg.): Local and global perspectives on mobility in the Eastern Mediterranaean (= Papers and Monographs from the Norwegian Institute at Athens, Band 5). The Norwegian Institute at Athens, Athen 2016, ISBN 978-960-85145-5-3, S. 15–62. Größter vorindustrieller Kupferhersteller war das Römische Reich mit einer geschätzten Jahresproduktion von 15.000 t.Sungmin Hong, Jean-Pierre Candelone, Clair C. Patterson, Claude F. Boutron: History of Ancient Copper Smelting Pollution During Roman and Medieval Times Recorded in Greenland Ice. In: Science. Band 272, Nr. 5259, 1996, S. 246–249 (247, Abb. 1 & 2; 248, Tab. 1)

Die goldgelbe Kupfer-Zink-Legierung „Messing“ war bereits im antiken Griechenland bekannt. Es wurde durch gemeinsames Verarbeiten der jeweiligen Erze erschmolzen, aber erst die Römer haben dieses Verfahren verstärkt verwendet. In Altkolumbien wurde die Gold-Kupfer-Legierung Tumbaga häufig verwendet.

Kupfer wurde mittelhochdeutsch auch ere (lateinisch aes) genannt, und unter geprant ere (mittellateinisch [a]es ustum, mittelhochdeutsch gebrant ertz) verstand man Kupfer(II)-oxid oder eine Verbindung von Kupfer und Zinn (Bronze, bzw. „Glockenspeise“).Gundolf Keil: Die „Cirurgia“ Peters von Ulm. Untersuchungen zu einem Denkmal altdeutscher Fachprosa mit kritischer Ausgabe des Textes (= Forschungen zur Geschichte der Stadt Ulm. Band 2). Stadtarchiv, Ulm 1961 (zugleich Philosophische Dissertation Heidelberg 1960: Peter von Ulm. Untersuchungen zu einem Denkmal altdeutscher Fachprosa mit kritischer Ausgabe des Textes), S. 371–372 (Ere).

Alchemie mini|links|hochkant=0.6|Venus­symbol: eines der Symbole der Alchemie für Kupfer

In der Alchemie wurde Kupfer mit Venus und Weiblichkeit ♀ (Planetenmetalle) assoziiert und als Verbindung von Schwefel und QuecksilberWilhelm Hassenstein: Das Feuerwerksbuch von 1420. 600 Jahre deutsche Pulverwaffen und Büchsenmeisterei. Neudruck des Erstdrucks von 1529 mit Übertragung ins Hochdeutsche und Erläuterungen, München 1941, S. 104. angesehen.Udo Benzenhöfer: Johannes’ de Rupescissa „Liber de consideratione quintae essentiae omnium rerum“ deutsch. Studien zur Alchemia medica des 15. bis 17. Jahrhunderts mit kritischer Edition des Textes (Heidelberger Studien zur Naturkunde der frühen Neuzeit. Band 1). Steiner, Wiesbaden/Stuttgart 1989, ISBN 3-515-05388-3 (Zugleich Philosophische Dissertation, Universität Heidelberg, 1988), S. 192 („Durch venus ist kupfer beschaffen und umbe daz es venus eigentschafft hat so nennet man es venus“).

Vorkommen

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.

In der Natur bildet sich Kupfer meist in basaltischen Laven entweder in Form von „kupferroten“, metallisch glänzenden Nuggets (aus der Schmelze erstarrt) oder in verzweigten Strukturen, so genannten Dendriten. Gelegentlich sind auch kristalline Ausbildung anzutreffen. Kupfer tritt in Paragenese mit verschiedenen, meist sekundären Kupfermineralen wie Bornit, Chalkosin, Cornwallit, Cuprit, Azurit und Malachit sowie Tenorit auf, kann aber auch mit vielen anderen Mineralen wie Calcit, Klinoklas, Prehnit, Pumpellyit, Quarz und Silber vergesellschaftet sein.

mini|Video: Kupfervorkommen auf der Erde (2:11 min)|thumbtime=82 Weltweit sind aktuell über 4000 Vorkommen für gediegen Kupfer bekannt (Stand 2024), so unter anderem in Afghanistan, Argentinien, Australien, Belgien, Bolivien, Brasilien, Bulgarien, Chile, China, der Demokratischen Republik Kongo, Deutschland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Indien, Iran, 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 und dem Vereinigten Königreich.Fundortliste für gediegen Kupfer beim Mineralienatlas (deutsch) und bei Mindat (englisch), abgerufen am 26. Oktober 2024.

Auch in mehreren Gesteinsproben vom Mittelatlantischen Rücken sowie vom Mond, die die Sonde der Luna 24-Mission vom Mare Crisium mitbrachte, konnte gediegen Kupfer nachgewiesen werden.

Kupfer als Mineral Entdeckung und Mineralanerkennung Natürliche Vorkommen an gediegen Kupfer, das heißt in seiner elementaren Form, waren bereits lange vor der Gründung der International Mineralogical Association (IMA) bekannt. Die Anerkennung von Kupfer als eigenständige Mineralart vor der IMA-Gründung wurde von ihrer Commission on New Minerals, Nomenclature and Classification (CNMNC) übernommen und bezeichnet Kupfer () als sogenanntes „grandfathered“ (G) Mineral.

Die ebenfalls von der IMA/CNMNC anerkannte Kurzbezeichnung (auch Mineral-Symbol) für Kupfer entspricht mit „Cu“ dem Elementsymbol.

Klassifikation Bereits in der veralteten 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte Kupfer zur Mineralklasse der „Elemente“ und dort zur Abteilung „Metalle und intermetallische Legierungen (ohne Halbmetalle)“, wo er gemeinsam mit Auricuprid, Gold und Silber in der „Kupfer-Reihe“ mit der Systemnummer I/A.01 steht.

In der zuletzt 2018 überarbeiteten Lapis-Systematik nach Stefan Weiß, die formal auf der alten Systematik von Karl Hugo Strunz in der 8. Auflage basiert, erhielt das Mineral die System- und Mineralnummer I/A.01-010. Dies entspricht ebenfalls der Abteilung „Metalle und intermetallische Verbindungen“, wo Kupfer zusammen mit Anyuiit, Auricuprid, Bogdanovit, Gold, Hunchunit, Novodneprit, Silber, Tetra-Auricuprid und Yuanjiangit sowie dem bisher als fragliches Mineral geltenden Cuproaurid eine unbenannte Gruppe mit der Systemnummer I/A.01 bildet.

Die von der IMA zuletzt 2009 aktualisierte 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Kupfer in die Klasse der „Elemente“ und dort in die Abteilung „Metalle und intermetallische Verbindungen“ ein. Hier ist das Mineral in der Unterabteilung „Kupfer-Cupalit-Familie“ zu finden, wo es zusammen mit Aluminium, Blei, Gold, Nickel und Silber die „Kupfergruppe“ mit der Systemnummer 1.AA.05 bildet.

In der vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchlichen Systematik der Minerale nach Dana hat Kupfer die System- und Mineralnummer 01.01.01.03 . Das entspricht der Klasse der „Elemente“ und dort der Abteilung „Elemente“. Hier findet er sich innerhalb der Unterabteilung „Elemente: Metallische Elemente außer der Platingruppe“ in der „Goldgruppe“, in der auch Gold, Silber, Blei und Aluminium eingeordnet sind.

Kupferminerale und -erze Kupfererze kommen häufig vor. So wird Kupfer aus Chalkopyrit (Kupferkies, CuFeS2), Chalkosin (Kupferglanz, Cu2S), seltener auch aus Bornit (Buntkupferkies, Cu5FeS4), Atacamit (CuCl2·Cu(OH)2), Malachit (Cu2[(OH)2|CO3]) und anderen Erzen gewonnen.

Die Minerale mit der höchsten Kupferkonzentration in der Verbindung sind Cuprit (bis 88,8 %) und Algodonit (bis 83,6 %) sowie Paramelaconit, Tenorit und Chalkosin (bis 79,9 %). Insgesamt sind bisher über 870 Kupferminerale bekannt (Stand 2024).

Förderung und Reserven

Der bedeutendste Kupferproduzent ist Chile, mit großem Abstand gefolgt von Peru und China. In Europa sind Polen, Portugal und Schweden nennenswert. Die wichtigsten Exportländer waren von 1967 bis 1988 in der CIPEC organisiert. Zur CIPEC gehörten unter anderem Chile, Peru und Papua-Neuguinea, auf dessen Insel Bougainville eine der weltgrößten Kupferminen 1988 zu einem Bürgerkrieg führte.

Historisch bedeutsam waren die Kupfergruben auf der Keweenaw-Halbinsel im Oberen See (USA). Dort gab es das weltweit größte Vorkommen von gediegen Kupfer. Abbau fand dort schon in vorkolumbischer Zeit statt. In Deutschland wurde bis 1990 im Mansfelder Land Kupferschiefer abgebaut. Weitere historische Abbaustätten waren Kupferberg/Oberfranken (ab dem 13. Jahrhundert) und das niederschlesische Kupferberg/Riesengebirge (seit dem 12. Jahrhundert).Springer: Kupferberg, Paul Zsolnay-Verlag, Wien, 2019. In Cornwall (England) hat es vor allem im 18. und 19. Jahrhundert bedeutenden Kupferbergbau gegeben..