Koper (element)
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[bewerken | brontekst bewerken]
Opgravingen in het noorden van wat tegenwoordig bekend is als Irak, hebben aangetoond dat koper al werd gebruikt rond 8700 v.Chr.[1] 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[bewerken | brontekst bewerken]
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:
- koperdraad en het gebruik daarvan in spoelen voor elektromotoren, generatoren en elektromagneten
- muntgeld
- kunstwerken en standbeelden (meestal van brons): het Vrijheidsbeeld bijvoorbeeld bevat negentigduizend kilogram koper
- magnetrons in magnetronovens
- elektrische circuits
- muziekinstrumenten
- geveldelen van gebouwen (waaronder dakbedekking)
- koelers (heat pipes) voor videokaarten, processors en andere halfgeleidercomponenten
- waterleidingen
- (oude) brouwketels in bierbrouwerijen
Legeringen[bewerken | brontekst bewerken]
Er bestaan vele koperlegeringen, zoals:
- Alpaca, een zilverkleurige metaallegering van koper, zink en nikkel.
- Aluminiumbrons, een legering waarbij aluminium gemengd wordt met koper.
- Auricupride, een natuurlijke legering van koper en goud.
- Babbittmetaal, een legering van tin en koper; of tin, antimoon en koper.
- Biljoengoud, een legering van een edelmetaal (meestal zilver, maar ook goud) en koper.
- Brons, een legering van koper en tin.
- Constantaan, een legering van koper, nikkel en mangaan.
- Cupraat
- CuSil, een legering van koper en zilver.
- Fosforbrons, een legering van koper, tin en fosfor.
- Geel goud
- Goudbrons
- Klokspijs
- Manganine
- Messing, een legering van koper en zink.
- Monel, een legering van nikkel, koper, ijzer, mangaan, silicium, koolstof en soms aluminium.
- Nikkeline, een legering van koper, nikkel en zink.
- Nordic gold, een legering van koper, aluminium, zink en tin.
- Rood goud
- Tombak
- Tumbaga
- Zamak
Chemische eigenschappen[bewerken | brontekst bewerken]
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 [Ar]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:
- koper(I)chloride = kopermonochloride = CuCl
- koper(II)chloride = koperdichloride = CuCl2
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[bewerken | brontekst bewerken]
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.[2] 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.[3]
Koper wordt op diverse internationale beurzen verhandeld, zoals in Londen, New York en Shanghai.[4]
Door de relatief hoge prijs van koper wordt er veel koper gestolen.
| Topproducenten van koper 2019[5] | |
|---|---|
| Land | Productie (×miljoenen ton) |
 Chili |
5,79 |
 Peru |
2,46 |
 China |
1,68 |
 Congo-Kinshasa |
1,29 |
 Verenigde Staten |
1,26 |
 Australië |
0,93 |
 Rusland |
0,80 |
 Zambia |
0,79 |
 Mexico |
0,71 |
 Canada |
0,57 |
 Kazachstan |
0,56 |
 Polen |
0,39 |
 Brazilië |
0,36[6] |
Isotopen[bewerken | brontekst bewerken]
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[bewerken | brontekst bewerken]
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.[7] Het gebruik van koper in sanitaire installaties en leidingen remt de bacteriegroei, waardoor onder meer legionella minder makkelijk voorkomt.[8]
Koper wordt ook wel gezien als het eerste zware metaal in het periodiek systeem.
Trivia[bewerken | brontekst bewerken]
In de taal wordt koper ook gebruikt als aanduiding voor "waardevol" en/of "duurzaam", zoals:
- Een koperen bruiloft staat voor een 12,5-jarige huwelijksverjaardag
- een koperen jubileum, zie jubileum
Literatuur[bewerken | brontekst bewerken]
- 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[bewerken | brontekst bewerken]
koper - International Chemical Safety Card- Lenntech.nl - koper
- (en) EnvironmentalChemistry.com - koper
- (en) WebElements.com - koper
- (en) Website Copper Development Association
Bronnen, noten en/of referenties
|
