koper
chemish element
Koper (Cu), chemisch element, een roodachtig, extreem ductiel metaal van groep 11 (Ib) van het periodiek systeem dat een ongebruikelijk goede geleider is van elektriciteit en warmte. Koper wordt in de natuur in de vrije metaalvorm aangetroffen. Dit inheemse koper werd voor het eerst gebruikt (ca. 8000 vGT) als vervanging voor steen door mensen uit het Neolithicum (Nieuwe Steentijd). De metallurgie ontstond in Mesopotamië toen koper in mallen werd gegoten (ca. 4000 v.Chr.), Met vuur en houtskool uit ertsen tot metaal werd gereduceerd en opzettelijk met tin als brons werd gelegeerd (ca. 3500 v.Chr.). De Romeinse aanvoer van koper kwam vrijwel geheel uit Cyprus. Het stond bekend alsaes Cyprium, "metaal van Cyprus", afgekort totCypriumen later beschadigdKanton Cuprum. Zie ookbronzen.
| atoomnummer | 29 |
|---|---|
| atoomgewicht | 63.546 |
| smeltpunt | 1083 graden (1981 graden F) |
| kookpunt | 2567 graden (4653 graden F) |
| dikte | 8,96 bij 20 graden (68 graden F) |
| valentie | 1, 2 |
| elektronen configuratie | 2-8-18-1 of (Ar)3d104s1 |
Voorkomen, gebruik en eigenschappen
koper
Koper uit het Keweenaw-schiereiland, Michigan, VS
Inheems koper wordt op veel locaties aangetroffen als primair mineraal in basaltlava en ook als reductie uit koperverbindingen, zoals sulfiden, arseniden, chloriden en carbonaten. (Voor mineralogische eigenschappen van koper,ziende tabel met inheemse elementen.) Koper komt gecombineerd voor in veel mineralen, zoals chalcociet, chalcopyriet, borniet, cupriet, malachiet en azuriet. Het is aanwezig in de as van zeewier, in veel zeekoralen, in de menselijke lever en in veel weekdieren en geleedpotigen. Koper speelt dezelfde rol bij het zuurstoftransport in de hemocyanine van blauwbloedige week- en schaaldieren als ijzer in de hemoglobine van roodbloedige dieren. Het koper dat bij mensen als sporenelement aanwezig is, helpt de vorming van hemoglobine te katalyseren. Een porfierkoperafzetting in het Andesgebergte van Chili is de grootste bekende afzetting van het mineraal. Aan het begin van de 21e eeuw was Chili de grootste koperproducent ter wereld geworden. Andere grote producenten zijn onder meer Peru, China en de Verenigde Staten.
Kitwe: open kopermijn
Open kopermijn, Kitwe, Zambia.
Koper wordt commercieel voornamelijk geproduceerd door smelten of uitlogen, meestal gevolgd door elektrolytische afzetting uit sulfaatoplossingen. Voor een gedetailleerde behandeling van de productie van koper,zienkoper verwerking. Het grootste deel van het koper dat in de wereld wordt geproduceerd, wordt gebruikt door de elektriciteitsindustrie; het grootste deel van de rest wordt gecombineerd met andere metalen om legeringen te vormen. (Het is ook technologisch belangrijk als gegalvaniseerde coating.) Belangrijke series legeringen waarin koper het hoofdbestanddeel is, zijn messing (koper en zink), brons (koper en tin) en nikkelzilver (koper, zink en nikkel, nee). zilver). Er zijn veel bruikbare legeringen van koper en nikkel, waaronder Monel; de twee metalen zijn volledig mengbaar. Koper vormt ook een belangrijke reeks legeringen met aluminium, de zogenaamde aluminiumbronzen. Berylliumkoper (2 procent Be) is een ongebruikelijke koperlegering omdat deze door warmtebehandeling kan worden gehard. Koper is een onderdeel van veel muntmetalen. Lang nadat de Bronstijd overging in de IJzertijd, bleef koper het metaal dat op de tweede plaats kwam in gebruik en belang na ijzer. Tegen de jaren zestig was goedkoper en veel overvloediger aluminium echter op de tweede plaats in de wereldproductie gekomen.
| land | mijnproductie 2016 (metrische tonnen)* | % van de wereldmijnproductie | aangetoonde reserves 2016 (metrische tonnen)* | % van de gedemonstreerde reserves ter wereld |
|---|---|---|---|---|
| *Geschat. | ||||
| **Vanwege afrondingen tellen de gegevens niet op voor het opgegeven totaal. | ||||
| Bron: Amerikaans ministerie van Binnenlandse Zaken, Mineral Commodity Summaries 2017. | ||||
| Chili | 5,500,000 | 28.4 | 210,000,000 | 29.2 |
| Peru | 2,300,000 | 11.9 | 81,000,000 | 11.3 |
| China | 1,740,000 | 9.0 | 28,000,000 | 3.9 |
| Verenigde Staten | 1,410,000 | 7.3 | 35,000,000 | 4.9 |
| Australië | 970,000 | 5.0 | 89,000,000 | 12.4 |
| Congo (Kinshasa) | 910,000 | 4.7 | 20,000,000 | 2.8 |
| Zambia | 740,000 | 3.8 | 20,000,000 | 7.4 |
| Canada | 720,000 | 3.7 | 11,000,000 | 1.5 |
| Rusland | 710,000 | 3.7 | 30,000,000 | 4.2 |
| Mexico | 620,000 | 3.2 | 46,000,000 | 6.4 |
| andere landen | 3,800,000 | 19.6 | 150,000,000 | 20.8 |
| wereld totaal | 19,400,000** | 100** | 720,000,000 | 100** |
koperen kabels
Koperen elektrische kabels. Vanwege de hoge elektrische geleidbaarheid van koper wordt het veel gebruikt in de elektrische industrie.(meer)
Koper is een van de meest ductiele metalen, niet bijzonder sterk of hard. De sterkte en hardheid worden aanzienlijk verhoogd door koudvervormen vanwege de vorming van langwerpige kristallen met dezelfde kubusvormige structuur in het midden van het oppervlak die aanwezig is in het zachtere gegloeide koper. Gangbare gassen, zoals zuurstof, stikstof, kooldioxide en zwaveldioxide, zijn oplosbaar in gesmolten koper en hebben een grote invloed op de mechanische en elektrische eigenschappen van het gestolde metaal. Het zuivere metaal staat op de tweede plaats na zilver wat betreft thermische en elektrische geleidbaarheid. Natuurlijk koper is een mengsel van twee stabiele isotopen: koper-63 (69,15 procent) en koper-65 (30,85 procent).
Britannica-quiz
Feiten die u moet weten: de periodieke systeemquiz
Omdat koper in de elektromotorische reeks onder waterstof ligt, is het niet oplosbaar in zuren onder de ontwikkeling van waterstof, hoewel het zal reageren met oxiderende zuren, zoals salpeterzuur en heet, geconcentreerd zwavelzuur. Koper is bestand tegen de werking van de atmosfeer en het zeewater. Blootstelling gedurende lange perioden aan lucht resulteert echter in de vorming van een dunne groene beschermende coating (patina), die een mengsel is van hydroxocarbonaat, hydroxosulfaat en kleine hoeveelheden andere verbindingen. Koper is een matig edelmetaal dat bij afwezigheid van lucht niet wordt aangetast door niet-oxiderende of niet-complexerende verdunde zuren. Het zal echter gemakkelijk oplossen in salpeterzuur en in zwavelzuur in aanwezigheid van zuurstof. Het is ook oplosbaar in waterige ammoniak of kaliumcyanide in aanwezigheid van zuurstof vanwege de vorming van zeer stabiele cyaancomplexen bij oplossing. Het metaal zal bij rode hitte reageren met zuurstof om koperoxide, CuO, te geven en, bij hogere temperaturen, koperoxide, Cu.2O. Het reageert bij verhitting met zwavel en geeft kopersulfide, Cu2S.
Belangrijkste verbindingen
Koper vormt verbindingen in de oxidatietoestanden +1 en +2 in zijn normale chemie, hoewel onder speciale omstandigheden sommige verbindingen van driewaardig koper kunnen worden bereid. Er is aangetoond dat driewaardig koper in een waterige oplossing niet langer dan enkele seconden overleeft.
cupriet
Cupriet uit Namibië.
Koper(I)-(koper)verbindingen zijn allemaal diamagnetisch en, op enkele uitzonderingen na, kleurloos. Tot de belangrijke industriële verbindingen van koper (I) behoren koperoxide (Cu2O), koperchloride (Cu2Kl2), en kopersulfide (Cu2S). Koperoxide is een rood of roodbruin kristal of poeder dat in de natuur voorkomt als het mineraal cupriet. Het wordt op grote schaal geproduceerd door reductie van gemengde koperoxide-ertsen met kopermetaal of door elektrolyse van een waterige oplossing van natriumchloride met behulp van koperelektroden. De zuivere verbinding is onoplosbaar in water, maar oplosbaar in zoutzuur of ammoniak. Koperoxide wordt voornamelijk gebruikt als rood pigment voor aangroeiwerende verven, glazen, porseleinglazuren en keramiek en als fungicide voor zaden of gewassen.
Cuprochloride is een witachtige tot grijsachtige vaste stof die voorkomt als het mineraal nantokiet. Het wordt gewoonlijk bereid door reductie van koper(II)chloride met metallisch koper. De zuivere verbinding is stabiel in droge lucht. Vochtige lucht zet het om in een groenachtige, zuurstofrijke verbinding, en bij blootstelling aan licht wordt het omgezet in koper(II)chloride. Het is onoplosbaar in water, maar lost op in geconcentreerd zoutzuur of in ammoniak vanwege de vorming van complexe ionen. Cuprochloride wordt gebruikt als katalysator bij een aantal organische reacties, met name de synthese van acrylonitril uit acetyleen en waterstofcyanide; als ontkleurings- en ontzwavelingsmiddel voor aardolieproducten; als denitreermiddel voor cellulose; en als condensatiemiddel voor zepen, vetten en oliën.
Cuprosulfide komt voor in de vorm van zwart poeder of klontjes en wordt aangetroffen als het mineraal chalcociet. Grote hoeveelheden van de verbinding worden verkregen door kopersulfide (CuS) te verwarmen in een stroom waterstof. Kopersulfide is onoplosbaar in water, maar oplosbaar in ammoniumhydroxide en salpeterzuur. De toepassingen ervan omvatten het gebruik in zonnecellen, lichtgevende verven, elektroden en bepaalde soorten vaste smeermiddelen.
Koper(II)verbindingen met commerciële waarde omvatten koperoxide (CuO), koperchloride (CuCl2), en kopersulfaat (CuSO4). Cuprioxide is een zwart poeder dat voorkomt als de mineralen tenoriet en paramelaconiet. Grote hoeveelheden worden geproduceerd door gemengde koperoxide-ertsen te roosteren in een oven bij een temperatuur onder 1030 graden (1900 graden F). De zuivere verbinding kan worden opgelost in zuren en alkalicyaniden. Koperoxide wordt gebruikt als pigment (blauw tot groen) voor glazen, porseleinglazuren en kunstmatige edelstenen. Het wordt ook gebruikt als ontzwavelingsmiddel voor petroleumgassen en als oxidatiekatalysator.
Cuprichloride is een geelachtig tot bruin poeder dat gemakkelijk vocht uit de lucht absorbeert en verandert in het groenachtig blauwe hydraat, CuCl.2∙2H2O. Het hydraat wordt gewoonlijk bereid door chloor en water door een contacttoren te leiden die gevuld is met metallisch koper. Het watervrije zout wordt verkregen door het hydraat tot 100 graden (212 graden F) te verwarmen. Net als cuprochloride wordt cuprichloride gebruikt als katalysator bij een aantal organische reacties, bijvoorbeeld bij de chlorering van koolwaterstoffen. Daarnaast dient het als houtverduurzamingsmiddel, beitsmiddel (fixeermiddel) bij het verven en bedrukken van stoffen, ontsmettingsmiddel, voedingsadditief en pigment voor glas en keramiek.
Kopersulfaat is een zout dat wordt gevormd door koperoxide te behandelen met zwavelzuur. Het vormt grote, helderblauwe kristallen die vijf moleculen water bevatten (CuSO4∙5H2O) en staat in de handel bekend als blauwe vitriool. Het watervrije zout wordt geproduceerd door het hydraat tot 150 graden (300 graden F) te verwarmen. Cuprisulfaat wordt voornamelijk gebruikt voor landbouwdoeleinden, als pesticide, kiemdodend middel, voedingsadditief en bodemadditief. Tot de kleine toepassingen behoren onder meer als grondstof bij de bereiding van andere koperverbindingen, als reagens in de analytische chemie, als elektrolyt voor batterijen en galvaniseerbaden, en in de geneeskunde als lokaal toegepast fungicide, bactericide en samentrekkend middel.
Andere belangrijke koper(II)verbindingen zijn onder meer kopercarbonaat, Cu2(OH)2CO3, dat wordt bereid door natriumcarbonaat toe te voegen aan een oplossing van kopersulfaat en vervolgens het product te filteren en te drogen. Het wordt gebruikt als kleurstof. Met arseen vormt het koperacetoarseniet (algemeen bekend als Parijsgroen), een houtverduurzamingsmiddel en insecticide.
