Die Eigenschaften und die Verwendung von Kupfer und seiner Legierungen

Eigenschaften:
Die Dichte beträgt 8944 kg/m³ der Schmelzpunkt liegt bei 1083ºC, der Siedepunkt bei 2595ºC, die relative Atommasse ist 63,546 und die Ordnungszahl 29. Kupfer kristallisiert kubisch-flächenzentriert. Die Zugfestigkeit beträgt 200 N mm^-2 und eine Brinellhärte 40 HB, Zugfestigkeit bei kaltverfestigt 400 N mm^-2 und einer Brinellhärte 95 bis 100 HB. Die elektrische Leitfähigkeit beträgt 59 m Ω^-1 mm^-2 und die Wärmeleitfähigkeit bei 20ºC liegt bei 383 W/mK. Rotglänzendes, zähes, weiches Metall (wird durch Hämmern hart, durch Abschrecken wieder weich), ist gut lötbar, wegen Sauerstoffaufnahme schlecht schweiß- und gießbar. Vorkommen selten gediegen, meist als Sulfid. Wertigkeit 1 und 2, relative Atommasse 63,546.

Chemische Beständigkeit:
Gute Beständigkeit gegenüber Brauch- und Trinkwasser. Verdünnte Schwefelsäure, Salzsäure und Essigsäure (siehe weiter unten) greifen Kupfer nur bei Luftzutritt an. Kupfer löst sich nur in oxidierende Säuren, wie HNO₃ und in heiße, konzentrierte Schwefelsäure. H₂SO₄ löst Cu unter Einwirkung von SO₂; dabei wirkt die H₂SO₄ oxidierend. Auffallend ist der Angriff durch NH₄ unter Bildung leicht löslicher Komplexsalze. Es ist nicht beständig gegen Hg und seine Salze.
Kupferist zum Beispiel für Badarmaturen nicht geeignet. Die grünliche Patina, die man bei Kupferdächern schön findet, ist für das Bad denkbar ungeeignet. Die Oberflächen der Badarmaturen sollten sich nicht verändern, da besonders im Bad ein hygienisch sauberer Eindruck erwünscht wird.Im Bad ist immer etwas höhere Feuchte die man auch durch das Lüften nicht vollständig reduzieren kann. Im Bad sind daher verchromten Oberflächen sinnvoll, die zudem auch leicht zu pflegen sind.
Chloridlösungen (zum Beispiel FeCl₃- und CuCl₂-Lösungen) können unter Mitwirkung von Luft Kupfer zu Doppelchloriden auflösen. An trockener Luft wird Kupfer bei Raumtemperatur nicht angegriffen, beim Erhitzen entstehen zunächst Anlauffarben und schließlich bildet sich bei höheren Temperaturen eine Zunderschicht, die aus Cu₂O besteht. Liegt ein höherer Sauerstoffdruck vor, so kann auch CuO entstehen. Kupfer besitzt zu Schwefel eine Affinität und es wird Sulfid gebildet. Durch Polysulfidlösung wird Kupfer braun bis schwarz gefärbt (Altkupferfärbung). Mit Kohlenstoff geht es nur mittelbar über Azetylen (C₂H₂) Verbindung ein, indem es in diesem die H-Atome ersetzt. Es entsteht dann Cu₂C₂ oder CuC₂. An der Atmosphäre bildet sich grüne Patina, zum Beispiel auf Kupferdächern (Gemisch aus Cu₂CO₃, Cu₂SO₄ und CuCl).
Unter Einwirkung von Essigsäure entsteht Kupfer(II)-azetat (Grünspan), welches sehr giftig ist. In der Lebensmittelindustrie darf Cu nicht mit Essigsäure in Berührung gebracht werden.
Bei der Verarbeitungen (im Bauwesen) mit unedleren Metallen, wie Zinn, Eisen, Aluminium können diese Angegriffen werden, daher sind zum Beispiel bei der Bedachung Kontakte mit unedleren Metallen durch Isolierung zu vermeiden. Ebenso ist bei Rohrinstallationen Kupfer nach Stahl in Fließrichtung anzuordnen. Kupfer ist korrosionsbeständig gegenüber Zement, Kalk und Gips.

Verwendung und Verarbeitung:
In der Elektroindustrie (elektrische Leiter), Maschinen- und Apparatebau (Heiz- und Kühlrohre, als Gefäßmaterial, zum Beispiel Brauerei) Anode zum Verkupfern, Sanitärbereich und Bleche (DIN 1751, DIN 17670 als Tafeln 1,00 x 2,00 m oder als Bänder DIN 1791) für Fallrohre, Gesims- und Wandbekleidung sowie Bedachung sowie in der Metallurgie als Legierungsmetall

Zinnbronzen (Kupfer und 6 bis 10 % Zinn),
Bleibronze (Kupfer, 28 % Blei und andere Legierungselemente),
Berylliumbronze (Kupfer bis 2,25 bis 5 % Beryllium), zeichnet sich durch stark ansteigende Festigkeitseigenschaften mit einer Zugfestigkeit bis 1700 N mm^-2 aus, für Sonderzwecke, wie nicht funkenziehende Werkzeuge,
Siliziumbronzen ( < 95 % Kupfer + 1,5 bis 3,5 % Silizium (Si+) bis 1 % Mangan) hohe Korrosionsbeständigkeit und gute Festigkeitseigenschaften, Zugfestigkeit zw. 300 bis 370 N mm^-2,
Aluminiumbronze (Kupfer und bis 11...14 % Aluminium) Verwendung: für funkensicheres Werkzeug, im Fassadenbau, Gitter, Roste, Tore, Türen, Beschläge, Armaturen, Münzmetall, Anstrichfarben, Rohrleitungen u. a.
Messing (Kupfer 60 bis 90 %, meist 65 % + Zink) Messing mit über 80 % Cu wurde früher als Tombak bezeichnet,
Konstantan (60 % Kupfer und 40 % Nickel),
Rotguss (Cu + Zinn bis 11 % + Zink bis 5 % und etwas Blei) Verwendung: Armaturen,
Neusilber (45...60...67 % Kupfer + 10...25...26 % Nickel + 12...15...45 % Zink) Verwendung: Im Innenausbau für Wand- und Türverkleidung, Geländer, Beschläge, Armaturen für Gas und Wasser, Handtuchhalter, Kleiderablage und ähnliches.
Kupfer-Nickel-Legierung (siehe unter Nickel) Verwendung für Rohrleitung (seewasserbeständig).

Mineralstoff für den lebenden Organismus und Wirkung als Gift

Quelle:
Eisenkolb, F.; Einführung in die Werkstoffkunde Band IV, Verlag Technik Berlin 1967
Scholz, Wilhelm, Hiese, Wolfram, Ettel, Wolf-Peter; Baustoffkennwerte, 13. Aufl., Werner-Verlag GmbH Düsseldorf 1995, S. 479
Schröter, Werner; Lautenschläger, K.-H.; u. a.; Chemie 17.Aufl., Fachbuchverlag Leipzig 1986
Kaltofen, Rolf; Eckert, Günter; Opitz, Rolf; Allgemeine chemische Technik, 4.Aufl., Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig 1972