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Kupfer 12:05 min

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Transkript Kupfer

Guten Tag und herzlich willkommen. Dieses Video heißt "Kupfer". Der Film gehört zur Reihe "Elemente". Als Vorkenntnisse solltest du die Naturwissenschaften des 10. Schuljahres beherrschen. Das Video enthält eine Übersicht über das Metall Kupfer und seine Bedeutung. Der Film besteht aus zehn Abschnitten:

  1. Zur Geschichte
  2. Stellung im Periodensystem der Elemente
  3. Eigenschaften
  4. Vorkommen
  5. Herstellung
  6. Das Metall
  7. Die Legierungen
  8. Oxide, Sulfat und Sulfid
  9. In Lebewesen und 10. Ausblick  
  10. Zur Geschichte: Kupfer ist ein Element des Altertums und hat somit keinen Entdecker. Schon die alten Ägypter kannten das Kupfer. Die Cheops-Pyramide vor etwa 5000 Jahren wurde mit Kupferwerkzeugen errichtet. Auch im antiken Griechenland wurde Kupfer hergestellt. Der Legende nach stellte Hephaistos, der Gott des Feuers, einen Schild für den unbezwingbaren Achilles her. Von den Griechen übernahmen die Römer die Kunst der Kupferverhüttung. Während die Waffen der Römer aus Eisen gefertigt waren, bestand ein Teil des Hausrates aus Kupfer. Die Römer stellten auch Legierungen des Kupfers her, wie man an dieser Bronze-Maske erkennen kann. Der lateinische Name für Kupfer, "cuprum", stammt übrigens von der Insel Zypern ab. Von daher erhielten die Römer einen großen Teil ihrer Kupfererze.  
  11. Stellung im Periodensystem der Elemente Im Periodensystem der Elemente befindet sich das Kupfer an dieser Stelle. Kupfer steht in der ersten Nebengruppe. Als Nebengruppenelement ist Kupfer ein Metall. Kupfer hat das chemische Symbol "Cu". Die Oxidationszahlen in den Verbindungen sind +2 und +1.   
  12. Eigenschaften Kupfer ist ein lachsrosanes Metall. Kupfer ist weich, nach Mohs hat es einen Härtegrad von 3; es ist hämmerbar. Seine Dichte beträgt 8,9 Gramm pro Kubikzentimeter. Die Dichten von Kupfer, Cobalt und Nickel fallen praktisch zusammen; sie sind höher als die Dichte von Eisen. Kupfer hat eine Schmelztemperatur von 1084 Grad Celsius. Es ist ein sehr guter elektrischer Leiter. Es ist auch ein sehr guter Wärmeleiter. Kupfer reagiert weder mit Säure, wie Salzsäure, noch mit Laugen wie Natriumhydroxid. Es ist chemisch edel. Bei hohen Temperaturen findet an der Luft eine Verbrennung statt. Es entsteht Kupfer(II)-oxid (CuO). Kupfer reagiert mit der oxidierenden Säure, Salpetersäure (HNO3).   
  13. Vorkommen Kupfer ist mit 0,01 Prozent in der Erdkruste enthalten. Selten trifft man Kupfer gediegen an. Man kennt inzwischen einige Hundert Kupferminerale: Chalkopyrit, Malachit, Bornit, Chalkosin und noch viele andere. Die Weltkupferförderung verzeichnete in den letzten Jahren eine ständig steigende Tendenz. Interessant ist auch, im Jahre 2006 auf die führenden Förderländer zu blicken. Die Angaben sind in 1000 Tonnen pro Jahr. Chile ist mit Abstand der größte Kupferförderer: 5360,8 Kilotonnen. Mit erheblichem Abstand folgen: die USA mit 1200 Kilotonnen und Peru 1048,9 Kilotonnen.  
  14. Herstellung Wir nehmen an, dass für die Herstellung von Kupfer Chalkopyrit zur Verfügung steht. Chemisch gesehen ist das ein Kupfereisensulfid (CuFeS2). Zunächst muss Röstarbeit verrichtet werden, wobei das Erz mit Sauerstoff reagiert. Es entstehen Kupfer(I)-sulfid, Eisen(III)-oxid und Schwefeldioxid wird frei. Im nächsten Schritt wird Schmelzarbeit verrichtet. Das Eisenoxid reagiert mit Kohlenstoff und Siliciumdioxid, das ist Sand. Im Ergebnis bildet sich Eisensilicat und es ensteht Kohlenstoffmonoxid. Das Eisensilicat geht in die Schlacke und kann vom Reaktionsgemisch abgetrennt werden. Der nächste Schritt ist das Schlackenblasen. Das Kupfer(I)-sulfid reagiert mit Sauerstoff zu Kupfer(I)-oxid und Schwefeldioxid. Der letzte Schritt ist das Garblasen. Kupfer(I)-sulfid reagiert mit Kupfer(I)-oxid zu Kupfer und Schwefeldioxid. Für die Aufreinigung des Kupfers wird die elektrolytische Raffination verwendet. An der Anode gehen die metallischen Kupfer, Eisen und Zink als entsprechende Ionen in Lösung. An der Kathode wird metallisches Kupfer abgeschieden. Man erhält Elektrolytkupfer von hoher Reinheit.  
  15. Das Metall Kupfer besitzt eine breite Verwendung. Viele Dinge können daraus gefertigt werden: Kupferrohre, Kupferdraht und Oberleitungen, chemische Apparate, Destillen und Armaturen.  
  16. Legierungen Eine der wichtigsten Kupferlegierungen ist Messing. Messing besteht aus Kupfer und Zink. Messing ist im Gegensatz zu Kupfer zäh und fest, aber genau wie Kupfer gut bearbeitbar. Blechblasinstrumente wie diese Trompete werden aus Messing hergestellt. Auch dieser Krug besteht aus Messing. Muffen, Holzschrauben und Patronenhülsen werden aus Messing hergestellt und noch viele andere Dinge noch. Bronze ist eine berühmte Legierung, bestehend aus Kupfer und Zinn. Bronze für Skulpturen enthält etwa 5 Prozent Zinn. Bronze hat gegenüber Kupfer einen Vorteil: Sie ist härter. Inzwischen bezeichnet man auch viele Varianten der Kupferlegierungen als Bronze. Diese Legierungen können enthalten: Zink, Blei, Aluminium, Nickel, Silicium oder Beryllium. Bei allen diesen Legierungen handelt es sich um Bronzen. Eingesetzt werden sie für die Herstellung von Lagerschalen, Buchsen, Dichtungen, Ventilen, im Maschinenbau, für Flugzeugtriebwerke und für Turbinen.   
  17. Oxide, Sulfalt und Sulfid Beim roten Oxid des Kupfers handelt es sich um Kupfer(I)-sulfid (Cu2O). Das schwarze Kupferoxid ist Kupfer(II)-oxid (CuO). Man kann diese Oxide für die Übertragung von Sauerstoffen als milde Oxidationsmittel verwenden. Von besonderem Interesse ist ein Kupfersalz: Kupfersulfat. In der Abbildung sehen wir weißes Kupfersulfat; dieses Kupfersulfat ist wasserfrei. Bei der Aufnahme von Wasser wird es blau. Wasserfreies Kupfersulfat kann man für den Wassernachweis in organischen Lösungsmitteln verwenden. Kupfersulfat reagiert mit Schwefelwasserstoff (H2S) in Gegenwart von Sauerstoff. Schwefelwasserstoff wird von Eiern in geringen Mengen gebildet. Dabei entsteht Kupfersulfid - ein schwer lösliches Salz. Kupfersulfid ist von Bedeutung in der analytischen Chemie beim Kationentrennungsgang.  
  18. In Lebewesen Der Mensch braucht Kupfer zum Leben. In der Leber finden wir 0,00004 Milligramm pro 100 Gramm. Das Blut enthält 0,001 Milligramm pro Liter. Kupfer ist Bestandteil von Lactase und Glucoseoxidase. Bei beiden handelt es sich um Enzyme. Und das hier ist die Struktur der Glucoseoxidase. Auch niedere Lebewesen benötigen Kupfer. Mollusken und Krebstiere benötigen das Kupfer zum Aufbau des Hämocyanins, ihres Blutfarbstoffes. 0,15 bis 0,26 Prozent Kupfer sind dort enthalten. Sauerstofffrei ist Hämocyanin weiß. Eine blaue Farbe nimmt der Blutfarbstoff an, wenn er mit Sauerstoff gesättigt ist. Kupfer ist als Spurenelement für Pflanzen unabdinglich; sie benötigen das Kupfer für die Photosynthese und die Stickstoffassimilation. Ein Kupfermangel mindert den Ertrag und führt zu Unfruchtbarkeit. Ausreichend Kupfer ist für die Synthese von Eiweißen, Fetten und Vitaminen notwendig. Außerdem nimmt die Winterhärte zu. Als Dünger wird Kupfersulfat verwendet.  
  19. Ausblick Das chemische Element Kupfer ist heute untrennbarer Bestandteil des menschlichen und tierischen sowie pflanzlichen Lebens. Die Zivilisation ist und bleibt mit Kupfer eng verbunden.

Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg. Auf Wiedersehen!

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