Welche Eigenschaften hat Kupfer?
Kupfer ist eines der ältesten Metalle, das in der Menschheitsgeschichte verwendet wird. Es existiert kaum ein Bereich, in dem es nicht in Verwendung ist. Vor allem ist Kupfer Teil einer jeden Technologie, die unser tägliches Leben zu dem macht, was es heute ist. Elektrischer Strom, Trinkwasserversorgung, Fassaden- und Dacheindeckung oder Kommunikation wie wir sie kennen – ohne Kupfer ist all dies nahezu völlig unmöglich.
Mit seinem rötlichen Schimmer ist es das einzige farbige Element neben Gold. Seine zahlreichen hervorragenden Eigenschaften lassen sich außerdem noch weiter verbessern, in dem man Kupfer mit anderen Metallen legiert. Messing, Bronze oder Tombak gehören dabei zu den bekanntesten Legierungen von Kupfer.
Das Vorkommen von Kupfer
Kupfer kommt in unterschiedlichen Konzentrationen und Formen in unserer Natur vor - in Seen, Flüssen, Ozeanen und auch in der Erdkruste. Das Metall hat als natürliches Spurenelement ebenso eine hohe Bedeutung für den menschlichen Stoffwechsel sowie für viele andere Organismen.
Ein wesentliches Merkmal von Kupfer ist unter anderem, dass es im Gegensatz zum Großteil der anderen Metalle auch in gediegener Form in der Natur vorkommt. Gleiches trifft lediglich noch für Silber und Gold zu, die sich im Periodensystem der Elemente ebenfalls zusammen mit Kupfer in der ersten Hauptgruppe befinden. Mit einer Dichte von 8,93 g/cm³ zählt es bereits zu den Schwermetallen.
Die Eigenschaften im Einsatz
Die bedeutendsten Eigenschaften von Kupfer sind zweifelsohne die hervorragende elektrische Leitfähigkeit sowie die Wärmeleitfähigkeit. Im Bereich Elektrotechnik findet das Metall dabei die häufigste Verwendung. Was die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs betrifft, so lässt sich zunächst von einem relativ weichen Metall sprechen, das in Reinform keinen warmspröden Bereich hat.
Auch bei tiefen Temperaturen versprödet Kupfer nicht. Daher lässt es sich sehr gut umformen und bearbeiten. Die Zugfestigkeit von weichem Kupfer liegt bei etwa 200 MPa, die Dehngrenze hingegen bei 40 bis 80 MPa. Wesentlich höhere Festigkeiten lassen sich durch Legierungen von Kupfer erzielen, die dann ca. 700 MPa oder gar 1500 MPa betragen kann.
Der Legierungszusatz verschlechtert dann allerdings die Leitfähigkeit des Metalls. Bemerkenswert sind auch die Dauerschwing-Festigkeitskennwerte von Kupfer, weshalb keine Sprödbrüche in schwingenden Anwendungen erwartet werden müssen.
Widerstandsfähigkeit von Kupfer
Kupfer zeichnet sich durch seine Beständigkeit gegen vielerlei äußerer Einflüsse aus, etwa gegenüber Säuren nicht oxidierender Art ohne gelösten Sauerstoff. Gleiches gilt auch für die meisten Laugen der Alkali- und Erdalkalimetalle. Bei Kontakt mit der Luft entsteht an der Oberfläche von Kupfer eine dunkelbraune, nahezu schwarze Schutzschicht, die sich im weiteren Verlauf zur allseits bekannten, grün schimmernden Patina entwickelt. Zugleich besitzt der Werkstoff eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Brauch- und Trinkwasser, weshalb Kupferrohre sehr häufig für Anwendungen dieser Art genutzt werden.
