Koper (element)

In de wereld van vandaag is Koper (element) een onderwerp dat op verschillende gebieden interesse en discussie genereert. Of het nu gaat om politiek, cultuur, wetenschap of welk ander veld dan ook, Koper (element) heeft de aandacht getrokken van experts en het grote publiek. Door de geschiedenis heen heeft Koper (element) een cruciale rol gespeeld in de samenleving en belangrijke mijlpalen en veranderingen gemarkeerd. In dit artikel zullen we verschillende perspectieven en benaderingen van Koper (element) verkennen, waarbij we de relevantie en impact ervan in de wereld van vandaag analyseren.

Koper / Cuprum
1 18
1 H 2 Periodiek systeem 13 14 15 16 17 He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra ↓↓ Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
 
Lanthaniden La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Actiniden Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Koper (99,95% zuiver)
Algemeen
Naam Koper / Cuprum
Symbool Cu
Atoomnummer 29
Groep Kopergroep
Periode Periode 4
Blok D-blok
Reeks Overgangsmetalen
Kleur Roodbruin
Chemische eigenschappen
Atoommassa (u) 63,546
Elektronenconfiguratie 3d10 4s1
Oxidatietoestanden +1, +2
Elektronegativiteit (Pauling) 1,95
Atoomstraal (pm) 128
1e ionisatiepotentiaal (kJ·mol−1) 745,49
2e ionisatiepotentiaal (kJ·mol−1) 1957,93
3e ionisatiepotentiaal (kJ·mol−1) 3554,64
Fysische eigenschappen
Dichtheid (kg·m−3) 8960
Hardheid (Mohs) 3,0
Smeltpunt (K) 1357
Kookpunt (K) 2843
Aggregatietoestand Vast
Smeltwarmte (kJ·mol−1) 13,05
Verdampingswarmte (kJ·mol−1) 300,30
Van der Waalse straal (pm) 140
Kristalstructuur k.v.g. (bij kamertemp.)
Molair volume (m3·mol−1) 7,10·10−6
Geluidssnelheid (m·s−1) 3570
Specifieke warmte (J·kg−1·K−1) 380
Elektrische weerstandΩ·cm) 1,674
Warmtegeleiding (W·m−1·K−1) 401
SI-eenheden en standaardtemperatuur en -druk worden gebruikt,
tenzij anders aangegeven
Portaal  Portaalicoon   Scheikunde

Koper is een scheikundig element met symbool Cu en atoomnummer 29. Het is een rood/geel overgangsmetaal dat in ongelegeerde vorm ook als roodkoper bekendstaat.

Ontdekking

Opgravingen in het noorden van wat tegenwoordig bekend is als Irak, hebben aangetoond dat koper al werd gebruikt rond 8700 v.Chr. Andere opgravingen wijzen uit dat men in 5000 v.Chr. koper al smolt en isoleerde uit koperhoudende mineralen zoals malachiet en azuriet.

Van de Sumeriërs en Egyptenaren is bekend dat zij rond 3000 v.Chr. koper smolten en gebruikten om brons te maken. Ook in China was het gebruik van koper bekend en zijn er zeer hoogwaardige bronzen voorwerpen uit 1200 v.Chr. gevonden. De in 1991 in de Oostenrijks/Italiaanse Alpen gevonden mummie Ötzi, die vermoedelijk omstreeks 3300 v.Chr. is gestorven, droeg gereedschap dat uit 99,7% zuiver koper bestond.

In de mythologie en alchemie werd koper vaak geassocieerd met de godheid Aphrodite vanwege de mooie glans. Om die reden werd koper vroeger onder andere gebruikt voor spiegels. De naam koper komt van het Latijnse woord cuprum. Dit woord is afgeleid van aes cyprium, wat erts van Cyprus betekent. In de oudheid werd namelijk op Cyprus koper gewonnen.

Toepassingen

Omdat koper buigzaam is, eenvoudig te vervormen is en een zeer groot geleidingsvermogen heeft voor elektriciteit en warmte, wordt het op grote schaal in de industrie gebruikt. Ook legeringen met koper, zoals messing en brons, worden veelvuldig gebruikt.

Zeer zuiver koper wordt verkregen als elektrolytisch koper, dat als kathode ontstaat in een elektrolytisch proces, waarin een anode van ruw koper in oplossing gaat en neerslaat als zeer zuiver koper op de kathode.

Enkele belangrijke toepassingen zijn:

Legeringen

Er bestaan vele koperlegeringen, zoals:

Chemische eigenschappen

Koper neemt in ionaire vorm vrijwel altijd een oxidatietoestand van 2+ aan (Cu2+), koperionen nemen in een waterige oplossing een karakteristieke blauwe kleur aan.

Onder invloed van de atmosfeer krijgt koper een groenige oxidelaag. Het element komt als zodanig in de natuur voor, hoewel het meer in gebonden toestand als sulfide of als oxide aangetroffen wordt. Koperhoudende mineralen zijn o.a. covelliet en malachiet. Op het veel duurdere zilver na, is koper de beste geleider van elektriciteit. Om die reden wordt het veel gebruikt in elektronische componenten.

In de meeste gevallen vormt koper een Cu2+ ion maar soms een Cu+ ion, koper vormt moeilijk ionen, er is daarom een sterke oxidator nodig om elementair koper in op te lossen, meestal wordt salpeterzuur of zwavelzuur gebruikt, soms ook zwakkere zuren als azijnzuuroplossing, maar deze reactie zal zeer traag verlopen, wel kan een zwakke oxidator als waterstofperoxide worden toegevoegd aan het zuur om de reactie wat te versnellen. Ook kan er gebruik worden gemaakt van zwavel of jood als oxidator, om deze te laten reageren zijn echter wel temperaturen rond de ontbrandingstemperatuur nodig.

De elektronenconfiguratie van het element is 3d104s1. De oude manier om in de naamgeving onderscheid te maken tussen Cu+ en Cu2+ verliep via de cupro- en cupri- aanduiding, tegenwoordig schrijft men koper(I) of koper(II). Bijvoorbeeld:

Onder de koperoxiden (cupraten) vindt men de recordhouders wat betreft hoge kritische temperaturen voor supergeleiding. Voor sommige van deze verbindingen ligt deze temperatuur in het 100-150K bereik. Deze klasse van verbindingen werd in de jaren 1980 ontdekt; het eerste voorbeeld was yttrium-barium-koperoxide (YBCO).

Verschijning

Chuquicamata van het Chileense Codelco is de grootste dagbouwkopermijn

De belangrijkste bronnen van koper zijn de mineralen chalcopyriet, chalcociet, covelliet, azuriet, malachiet en borniet. Deze worden in ruime mate in de aardkorst aangetroffen. Belangrijke vindplaatsen van kopererts waren in 2014 Chili, Volksrepubliek China, Peru en de Verenigde Staten. In Chili wordt ongeveer een-derde van alle kopererts gedolven. De belangrijkste gebruikers van koper zijn China, Duitsland en de Verenigde Staten.

Wereldwijd lag in 2009 de consumptie van koper op 18,4 miljoen ton. De mijnproductie bedroeg 15,8 miljoen ton en door recycling lag het totale aanbod op 18,6 miljoen ton. De vraag neemt sneller toe dan het aanbod waardoor de voorraden dalen. Op 4 februari 2011 bereikte de prijs van koper een recordniveau van US$10.000 per ton.

Topproducenten van koper 2019
Land Productie
miljoenen ton)
Vlag van Chili Chili 5,79
Vlag van Peru Peru 2,46
Vlag van China China 1,68
Vlag van Congo-Kinshasa Congo-Kinshasa 1,29
Vlag van Verenigde Staten Verenigde Staten 1,26
Vlag van Australië Australië 0,93
Vlag van Rusland Rusland 0,80
Vlag van Zambia Zambia 0,79
Vlag van Mexico Mexico 0,71
Vlag van Canada Canada 0,57
Vlag van Kazachstan Kazachstan 0,56
Vlag van Polen Polen 0,39
Vlag van Brazilië Brazilië 0,36

Koper wordt op diverse internationale beurzen verhandeld, zoals in Londen, New York en Shanghai. In Londen gebeurt dit op de London Metal Exchange. Dagelijks komen vraag en aanbod bij elkaar en komt een prijs tot stand. De prijs wordt veelal uitgedrukt in Amerikaanse dollar per pound of per ton. In de onderstaande tabel de prijsontwikkeling van koper vanaf 2010.

Gemiddelde koperprijs per kalenderjaar (in US$/ton)
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022
7539 8871 8015 7322 6862 5494 4863 6166 6523 6000 6621 9322 8797

Bij een relatief hoge prijs van koper wordt er veel koper gestolen.

Isotopen

Koperkristallen, Michigan, USA
Zie Isotopen van koper voor het hoofdartikel over dit onderwerp.
Stabielste isotopen
Iso RA (%) Halveringstijd VV VE (MeV) VP
63Cu 69,17 stabiel met 34 neutronen
64Cu syn 12,7 h β+
β
1,675
0,597
64Ni
64Zn
65Cu 30,83 stabiel met 36 neutronen
67Cu syn 61,83 h β 3,558 67Zn

Naast de twee stabiele isotopen 63Cu en 65Cu is er een groot aantal radioactieve isotopen bekend. De langstlevende daarvan is 67Cu met een halveringstijd van ruim 61 uur. De overige isotopen hebben halveringstijden in de orden van enkele minuten of minder.

Toxicologie en veiligheid

Het metaal is brandbaar in poedervorm. Vrijwel alle koperverbindingen moeten als giftig worden beschouwd. Toch is koper van levensbelang voor dieren en hogere planten.

Koper dient als cofactor van veel enzymen waaronder superoxide dismutase, cytochroom C oxidase, katalase, lysyl oxidase, tyrosinase, vitamine C oxidase, en dopamine beta hydroxylase. Een teveel aan koper in het lichaam komt voor bij de ziekte van Wilson. Transport van de koperionen in bloed vindt plaats door binding aan ceruloplasmine.

Voedingsmiddelen die rijk zijn aan koper zijn o.a. oesters, sojalecithine, noten en lever.

In het (blauwe) bloed van veel ongewervelde dieren komt het koperhoudende hemocyanine voor.

Koper beschikt over antibacteriële eigenschappen. Het gebruik van koper in sanitaire installaties en leidingen remt de bacteriegroei, waardoor onder meer legionella minder makkelijk voorkomt.

Koper wordt ook wel gezien als het eerste zware metaal in het periodiek systeem.

Trivia

In de taal wordt koper ook gebruikt als aanduiding voor "waardevol" en/of "duurzaam", zoals:

Literatuur

  • Robrecht Declercq, Duncan Money en Hans Otto Frøland (eds.), Born With a Copper Spoon. A Global History of Copper, 1830-1980, 2022. ISBN 0774864850

Externe links

Zie de categorie Copper van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.