Kupari

Ominaisuudet

Fysikaaliset ominaisuudet

Puhtaana kupari on väriltään oranssinpunainen, mutta se muuttuu pian punertavaksi, kun se altistuu ilmalle.

Kupari on yksi harvoista värillisistä metalleista. Useimmat metallit ovat harmaita tai hopeisia. Kulta, kupari, cesium ja osmium ovat ainoat neljä värillistä metallia. Kupari on vihreää kupari(II)karbonaattina ja kupari(II)hydroksidina. Se muuttuu vihreäksi, koska se hapettuu. Kun kupari on jonkin aikaa ilmassa, se muodostaa pinnalle vihreää kuparikarbonaattia, jota kutsutaan verdigrisiksi. Siksi rakennuksen kuparikatto näyttää vihreältä.

Kupari on erittäin joustavaa ja sitkeää. Se voidaan helposti venyttää johdoiksi. Kupari on myös hyvin pehmeää, sillä sen Mohsin kovuus on 2,5-3. Se tarkoittaa, että se on kovempaa kuin kynsi mutta pehmeämpää kuin teräksinen taskuveitsi.

Se reagoi suolahappo- tai ammoniakkiliuosten kanssa, jotka sisältävät happea. Se voi myös liueta vetyperoksidin ja suolahapon seokseen. Tällöin muodostuu kupari(II)kloridia. Se ei liukene heikkoihin happoihin. Se voi liueta typpihappoon ja muodostaa kupari(II)nitraattia ja typpidioksidia tai typpioksidia.

Yhdisteet

Kupari muodostaa kemiallisia yhdisteitä. Näissä yhdisteissä sillä on kaksi normaalia hapetusastetta: +1 ja +2. +2 on yleisempi. Useimmat +2-kupariyhdisteet ovat sinisiä. +1-kupariyhdisteet voivat olla valkoisia. Kupariyhdisteet ovat heikkoja hapettimia. Ne syövyttävät monia metalleja. Tämä korroosio vie metallin kemialliseen yhdisteeseen, jolloin kupari jää jäljelle. Esimerkkinä voidaan mainita rauta ja kupari(II)sulfaatti, jotka reagoivat muodostaen kuparia ja rauta(II)sulfaattia. +1 kupariyhdisteet ovat pelkistäviä aineita, kun ne ovat ilmassa. Niitä syntyy yleensä +2-yhdisteiden pelkistymisellä.

Kupariyhdisteet voivat olla mustia, vihreitä, punertavia, valkoisia, sinisiä tai keltaisia.

Kupari(I)yhdisteet

Kupari(I)-yhdisteissä kuparin hapetusaste on +1. Ne ovat heikkoja pelkistimiä. Ne reagoivat ilman kanssa muodostaen kupari(II)yhdisteitä. Ne myös disproportionoituvat kupariksi ja kupari(II)yhdisteiksi. Useimmat niistä eivät liukene veteen.

• Kupari(I)asetylidi, punaruskea, räjähtävä
• Kupari(I)bromidi
• Kupari(I)kloridi, valkoinen puhtaana, vihreä hapetettuna.
• Kupari(I)jodidi, väritön kiinteä aine
• Kupari(I)oksidi, punertavanruskea

Kupari(II)yhdisteet

Kupari(II)-yhdisteissä kuparin hapetusaste on +2. Ne ovat heikkoja hapettimia. Ne ovat vihertäviä, kun ne ovat vesipitoisia (vesimolekyylejä lisätty). Ne ovat ilmassa vakaampia kuin kupari(I)-yhdisteet.

• Kupari(II)bromidi, harmaa kiinteä aine
• Kupari(II)karbonaatti, vihertävä, muodostuu kupariin ilmassa.
• Kupari(II)kloridi, vihertävä, kun se on vettä, ruskea, kun se on vedetöntä.
• Kupari(II)hydroksidi, vaaleansininen, muuttuu helposti kupari(II)karbonaatiksi.
• Kupari(II)nitraatti, sininen, hapettava aine, jota käytetään volttikennoissa.
• Kupari(II)oksidi, musta
• Kupari(II)sulfaatti, sininen, yleisin kupariyhdiste.
• Paris Green, erittäin myrkyllinen, kirkkaan sinivihreä.

 

Kuparikiekko, happosyövytetty, näkee normaalisti näkymättömän kiderakenteen.  

Esiintyminen

Kuparia löytyy metallina maaperästä. Tavallisesti se on ulkopuolelta vihreä. Suurin osa kuparista ei ole metallina vaan kemiallisissa yhdisteissä. Kalkopyriitti on yleisin kuparimalmi. Se on pyriitin ja kuparisulfidin seos. Kuparia esiintyy pieninä määrinä elävissä olennoissa. Joillakin nilviäisillä ja niveljalkaisilla on sinistä verta, koska niiden veressä on kuparia. Eläimillä, kuten ihmisillä ja muilla nisäkkäillä, on punaista verta, koska se sisältää rautaa.

 

Kupari maassa olevana metallina  


Kalkopyriitti  

Käyttää

Kuparia voidaan käyttää monin tavoin, mutta yksi esimerkki ovat johdot. Kuparia käytetään johtojen valmistukseen, koska sitä on helppo venyttää eikä se ole kallista. Siksi suuret johtoyhtiöt käyttävät kuparia, koska se on halvempaa ja sen valmistaminen vie vähemmän aikaa.

Kupari saattaa olla vanhin käytössä oleva metalli, sillä hyvin vanhoja kuparisia työkaluja on löydetty. Kuparia käytetään sähköjohdoissa. Sitä voidaan myös muotoilla erilaisiksi osiksi. Sitä voidaan käyttää jäähdytyselementissä. Vapaudenpatsas on valmistettu kuparista. Sitä käytetään myös vettä kuljettavissa putkissa, koska se ei syöpynyt.

Kun kupari ja tina sekoitetaan keskenään, saadaan pronssia. Pronssi on paljon kovempaa, ja se loi pronssikauden. Sen merkitys väheni, kun ihmiset oppivat käyttämään rautaa paremmin. Kun sinkkiä sekoitetaan kuparin kanssa, saadaan messinkiä, joka on vielä kovempaa kuin pronssi. Kuparin ja nikkelin yhdistelmästä saadaan kupronikkeliä.

Kemiallisina yhdisteinä

Kupari on tärkeää ihmiskehossa. Jos ihminen ei saa riittävästi kuparia, kehon molekyylit eivät välttämättä toimi. Liika kupari voi kuitenkin olla ongelma. Ihminen saa suurimman osan tarvitsemastaan kuparista ravinnosta, ja myös vitamiinit sisältävät kuparia, jotta saamme sitä riittävästi. Kupariyhdisteitä käytetään myös sienien ja levien tappamiseen.

 

Turvallisuus

Kupari ei ole niin myrkyllinen kuin metalli. Kupariyhdisteet ovat kuitenkin myrkyllisiä, vaikka pieniä määriä tarvitaankin elämiseen. Kupari poistuu elimistöstä helposti, joten se ei kerry myrkyllisiksi.

 

Valmistelu

Kupari otetaan joskus vain maasta ja muotoillaan esineiksi. Suurin osa kuparista ei kuitenkaan ole metallin muodossa maassa. Kalkopyriitti on tärkein kuparimalmi. Sitä kuumennetaan ilmalla raudan erottamiseksi rauta(II)oksidiksi. Jonkin verran saadaan myös kupari(I)oksidia. Myös rikkidioksidia valmistetaan. Sitten lisätään piidioksidia, joka reagoi rauta(II)oksidin kanssa muodostaen nesteen, joka valutetaan. Nyt jäljellä on vain kuparia ja sulfidia. Kuparisulfidi reagoi ilman kanssa ja muodostaa kuparimetallia ja rikkidioksidia. Osa kuparisulfidista reagoi kupari(I)oksidin kanssa muodostaen kuparia ja rikkidioksidia. Näin saadaan epäpuhdasta kuparia.

Kupari tehdään puhtaaksi elektrolyysillä. Katodille asetetaan ohut levy puhdasta kuparia ja anodille paksu levy epäpuhdasta kuparia. Elektrolyytti on kuparisulfaattia. Epäpuhdas kupari liukenee liuokseen. Sitten se peittää puhtaan kuparin ohuen levyn. Näin kuparista tulee puhdasta.

Kuparia kierrätetään suuria määriä, koska sen arvo on korkea ja koska maailman kuparivarannot ovat yhä ehtymässä.

 

Aiheeseen liittyvät sivut

• Kupariyhdisteet