Koper (element)

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)
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 [Ar]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 chemisch element met symbool Cu en atoomnummer 29. Het is een rood/geel overgangsmetaal dat in ongelegeerde vorm ook als roodkoper bekendstaat.

Omdat koper buigzaam is, eenvoudig te vervormen is en een goede geleider is van elektriciteit, maar ook van warmte, wordt het op grote schaal in de industrie gebruikt. Legeringen met koper, zoals messing en brons, worden in de industrie veel gebruikt.

Zuiver koper wordt verkregen als elektrolytisch koper, dat in een elektrolytisch proces op de kathode neerslaat, waarin een anode van ruw koper in oplossing gaat.

Opgravingen in het noorden van het huidige Irak, hebben aangetoond dat koper al rond 8700 v.Chr. werd gebruikt.[1] Andere opgravingen wijzen uit dat men in 5000 v.Chr. al koper smolt en uit koperhoudende mineralen isoleerde, 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. Het gebruik van koper was in China bekend en er zijn hoogwaardige bronzen voorwerpen uit 1200 v.Chr. gevonden. De mummie Ötzi, die in 1991 in de Alpen tussen Oostenrijk en Italië werd gevonden en 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. Er werd op Cyprus in de klassieke oudheid koper gewonnen.

Eigenschappen

[bewerken | brontekst bewerken]

Koper neemt in ionaire vorm vrijwel altijd een oxidatietoestand van 2+ aan, dus als Cu2+. Koperionen nemen in een waterige oplossing een karakteristieke blauwe kleur aan. Koper wordt ook wel gezien als het eerste zware metaal in het periodiek systeem.

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 onder andere covellien en malachiet. Koper is op het veel duurdere zilver na de beste geleider van elektriciteit. Om die reden wordt het veel gebruikt in elektronische componenten.

Koper vormt in de meeste gevallen 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 traag verlopen. Wel kan om de reactie wat te versnellen een zwakke oxidator als waterstofperoxide aan het zuur worden toegevoegd. Er kan ook van zwavel of jood als oxidator gebruik worden gemaakt, maar om deze te laten reageren is wel een temperatuur van ongeveer 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:

Er bevinden zich onder de koperoxiden, of cupraten, de recordhouders wat betreft hoge kritische temperaturen voor supergeleiding. Voor sommige van deze verbindingen ligt deze temperatuur in de schaal tussen de 100 en 150K. Deze verbindingen werden in de jaren 1980 ontdekt, het eerste voorbeeld was yttrium-barium-koperoxide.

Koper komt in legeringen voor met koolstof, aluminium, silicium, fosfor, mangaan, ijzer, nikkel, zink, tin, antimoon en goud.

Het metaal in poedervorm is brandbaar.

Voorkomen in de biologie

[bewerken | brontekst bewerken]

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 superoxidedismutase, cytochroom-c-oxidase, katalase, lysyl-oxidase, tyrosinase, vitamine C-oxidase, en dopamine-bètahydroxylase. 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 onder andere oesters, sojalecithine, noten en lever.

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

Koper beschikt over antibacteriële eigenschappen.[2] Het gebruik van koper in sanitaire installaties en leidingen remt de bacteriegroei, waardoor onder meer legionella minder gemakkelijk voorkomt.[3]

Productie en handel

[bewerken | brontekst bewerken]
Kopermijn Chuquicamata

De belangrijkste bronnen van koper zijn de mineralen chalcopyriet, chalcociet, covellien, azuriet, malachiet en borniet. Deze worden in ruime mate in de aardkorst aangetroffen. Belangrijke vindplaatsen van kopererts waren in 2014 Chili, China, Peru en de Verenigde Staten.[4] Ongeveer een-derde van alle kopererts wordt in Chili gedolven. Codelco uit Chili is de grootste producent van koper in de wereld en de kopermijn Chuquicamata van Codelco is de grootste kopermijn in dagbouw. De belangrijkste afnemers van koper zijn China, Duitsland en de Verenigde Staten.

Topproducenten van koper 2019[5]
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[6]

Koper wordt op diverse internationale beurzen verhandeld, zoals in Londen, New York en Shanghai.[7] Dit gebeurt in Londen dit op de London Metal Exchange.[8] Dagelijks komen vraag en aanbod bij elkaar en komt een prijs tot stand. De prijs wordt veelal uitgedrukt in Amerikaanse dollar per pond of per ton. In de onderstaande tabel staat de prijsontwikkeling van koper vanaf 2010.

Gemiddelde koperprijs per kalenderjaar (in US$/ton)[9]
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024
7539 8871 8015 7322 6862 5494 4863 6166 6523 6000 6621 9322 8797 8200 8500

De bedragen zijn benaderingen. Bij een relatief hoge prijs van koper wordt er veel koper gestolen.

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.

Koper wordt in de taal ook als aanduiding gebruikt voor waardevol en duurzaam, zoals:

  • Robrecht Declercq, Duncan Money en Hans Otto Frøland (eds.), Born With a Copper Spoon. A Global History of Copper, 1830-1980, 2022. ISBN 0774864850
Zie de categorie Copper van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.