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Das Material Kupfer
Das Material Kupfer
Das Material Kupfer |
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Kupfer ist das älteste Gebrauchsmetall.  Durch seine vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten hat es die Kulturgeschichte der Menschheit stark beeinflusst. Archäologische Funde belegen, dass schon der Steinzeitmensch den Wert von Kupfer erkannt hatte. Werkzeuge aus Kupfer waren leichter und effektiver als Steininstrumente; mit ‚Waffen‘ aus Kupfer war man dem Rivalen weit überlegen. Auch das Kunsthandwerk entdeckte bereits vor annähernd 9000 Jahren das rötlich schimmernde Metall - kupferner Schmuck zierte die Frauen in der Jungsteinzeit.War die Möglichkeit der Kupferbearbeitung anfangs noch reichlich primitiv – das Erz wurde wie man es dem Boden entnahm lediglich in Form gehämmert - erkannte man schon vor rund 6500 Jahren die Möglichkeit, den „roten Stein“ zu schmelzen und in Formen zu gießen. Eine Entdeckung, der sich epochale Anwendungsideen und Verwertungsmethoden anschlossen. Zu nennen ist insbesondere die Entwicklung vielfältiger Legierungen. Die alten Ägypter waren vor rund 5000 Jahren vermutlich die Ersten, die Kupfer mit anderen Materialien wie Zinn (Bronze) oder Zink (Messing) legierten, wodurch sie bestimmte Materialeigenschaften wie Härte und Schmelzpunkt verändern konnten.
Seinen Namen erhielt Kupfer übrigens von der
 Insel ‚Zypern‘: im Altertum versorgte die Mittelmeerinsel Griechenland, Rom und andere mediterrane Länder mit dem roten Metall. Die Römer bezeichneten es daher als „Erz aus Zypern“, auf lateinisch „aes cyprium“, später als „cuprum“. Der lateinische Begriff steht heute noch hinter dem Kürzel Cu, mit dem Kupfer im Periodensystem der Elemente steht.Polierte Kupferkessel in den Sudhäusern von Brauereien; blanke Rohrleitungen für die Trinkwasserversorgung in unseren Häusern; Kabelstränge, aufgerollt vor den Trafostationen der Elektrizitätswerke; nicht wegzudenken aus der Telekommunikation; – dank seiner zahlreichen Materialvorteile findet Kupfer in den verschiedenen Bereichen Verwendung.
Für Hausinstallateure sind die besonderen hygienischen Eigenschaften von Kupfer entscheidend; in der Elektrotechnik, der Mikroelektronik und der Halbleitertechnik die hohe elektrische Leitfähigkeit; in der chemischen Industrie die hohe Wärmeleitfähigkeit des Metalls und seine Korrosionsbeständigkeit.
Ohne Kupfer läuft im Organismus nichts!Im menschlichen (wie auch im tierischen) Organismus ist Kupfer unentbehrlich für die Bildung verschiedener Proteine und Enzyme. Kupfer wird benötigt bei - der Synthese des roten Blutfarbstoffs Hämoglobin - der Knochenbildung - der Funktion des Herz-Kreislauf-Systems - der Funktion des zentralen Nervensystems - der biologischen Energiegewinnung der Körperzellen Neuere Untersuchungen legen die Vermutung nahe, dass eine kupferarme Ernährung das Risiko einer Erkrankung der Herzkranzgefäße erhöht. Steht einem Organismus zu wenig Kupfer zur Verfügung, kann es zu Mangelerscheinungen und schwereren Auswirkungen wie Knochenfehlbildung, Blutarmut und Gehirnschäden kommen. Weitere Folgen einer Kupfermangelversorgung sind: -. Blockierung der Zellatmung - Unterbrechung des Kupfertransportes - Unterbleiben der Harnsäureoxidation - Fehlende Bildung von Neurotransmittern - Ausbleiben der Pigmentbildung (weiße Haare) - Störung der Redoxsysteme Der Mensch muss kontinuierlich eine bestimmte Menge Kupfer durch die Nahrung zu sich nehmen, damit eine ausreichende Kupferversorgung gewährleistet ist. Bei einer normalen, ausgewogenen Ernährungsweise ist dies der Fall. Der tägliche Kupferbedarf für Erwachsene beträgt etwa 2 bis 3 mg. Viele Lebensmittel und Getränke enthalten das lebenswichtige Element in unterschiedlichen Mengen. Aus dem Kupfergehalt des Trinkwassers könnte der Organismus seinen Kupferbedarf hingegen nicht decken. Zu den Nahrungsmitteln, die Kupfer in größeren Mengen enthalten, zählen z. B. - Schokolade - grüne und weiße Bohnen - Fisch - Hasel- und Paranüsse - Folgende Lebensmittel können dagegen nur in geringem Maße zur Kupferversorgung des Organismus beitragen: Kapillare Steighöhe Die Kapillarität wird an Flüssigkeiten in engen Röhren beobachtet. · Kapillaraszension: Benetzende Flüssigkeiten steigen auf · Kapillardepression: Nicht benetzende Flüssigkeiten sinken ab. Wie entsteht die Oberflächenspannung · Moleküle im Innern eines Stoffes sind durch Kohäsionskräfte nach allen Seiten gebunden. · Moleküle in der Grenzschichte erfahren durch Kohäsionskräfte eine resultierende Kraft nach Innen. Die Grenzfläche wirkt wie eine dünne Membran. Messung der Oberflächenspannung Die Oberflächenspannung bestimmt man durch - Austropfen eines definierten Volumens mit einem Stalagmometer oder - mit Hilfe der Bügelmethode. Tropfenformen benetzender und nichtbenetzender Flüssigkeiten · In einer Dreiphasengrenze wirken auf ein Molekül Adhäsions- und Kohäsionskräfte. · Eine Flüssigkeit ist benetzend, wenn - die Adhäsionskräfte die Kohäsionskräfte überwiegen. (Fa > Fk) - Es stellt sich ein konkaver Menisku ein. - Tropfen benetzender Flüssigkeiten haben eine spitzen Randwinkel. · Eine Flüssigkeit ist nicht benetzend, wenn - die Kohäsionskräfte die Adhäsionskräfte überwiegen. (Fa < Fk) - Es stellt sich ein konvexer Meniskus ein. - Ein Tropfen einer nichtbenetzenden Flüssigkeit bildet einen stumpfen Randwinkel. Kapillarität Die Kapillarität hängt eng mit Adhäsion, Kohäsion und Oberflächenspannung zusammen. Eine benetzende Flüssigkeit wird in einer Kapillare nach oben gezogen. Ursache ist die Oberflächenspannung. Die nötige Energie kommt aus der Wechselwirkung der Flüssigkeit mit der Kapillarwand. Eine benetzende Flüssigkeit steigt in einer Kapillare nach oben bis zur Höhe h. Der Randwinkel ist in diesem Fall kleiner als h, d.h. es liegt eine konkave Oberfläche vor. Der Krümmungsradius lässt sich leicht aus dem Kapillarradius a und dem Winkel bestimmen. Es ergibt sich: Der letzte Term hat nun entscheidenden Anteil daran, dass die Flüssigkeit nach oben gezogen wird. Für ist der Druck nach oben gerichtet, da er ja zum Krümmungsmittelpunkt wirkt. Die Flüssigkeit steigt so lange nach oben bis sich ein Kräftegleichgewicht mit der Gewichtskraft der Flüssigkeitssäule einstellt. Daraus lässt sich nun die Steighöhe angeben: In einem Versuch kann die Abhängigkeit von der Steighöhe sehr gut gesehen werden. Sie kann auch zur Bestimmung der Oberflächenspannung dienen. Die Kapillarität ist auch die Grundlage für die Funktion von saugfähigen Tüchern. Diese stellen ein System von sehr vielen, kleinen Kapillaren mit einer sehr großen Gesamtoberfläche dar. Dadurch entsteht ein sehr großer Druckunterschied, was eine große "Saugkraft'' bedeutet. In der Medizin finden kleine Kapillaren als Hämatokrittröhrchen usw. Anwendung. Kupfersulfat gelöste Kupfersalze in einer Verbindung mit Wasser und Kupfer von mindestens vier bis acht Stunden. Von seinen Verbindungen wird das tiefblaue K-Sulfat (Kupfer-Vitriol), CuSC)4 o 5 Rio, zur gal-van. Verkupferung, in galvan. Elementen sowie zur Bekämpfung von Schmarotzern (Peronospora) u.a. verwendetes Kupfersulfat war schon in vorgeschichtlicher Zeit bekannt (Bronzezeit).
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