Sauerstoff kann sich mit Kupfer auf unterschiedliche Weise verbinden, um zwei Arten von Verbindungen zu bilden: Kupfer(I)-Oxid, das normalerweise ein rötliches Pulver ist, und Kupfer(II)-Oxid, das normalerweise ein schwarzes Pulver ist. Sie kommen natürlicherweise als Mineralien in Kristallform vor. Beide Formen von Kupferoxid werden bei der Herstellung von Pigmenten verwendet, haben jedoch eine Reihe anderer, unterschiedlicher Verwendungen.
Es gibt zwei Oxide von Kupfer, weil es sich mit Nichtmetallen verbinden kann, indem es entweder ein oder zwei Elektronen abgibt. Sauerstoff bildet Verbindungen mit Metallen, indem er zwei Elektronen aufnimmt, sodass er ein Elektron von jedem von zwei Kupferatomen aufnehmen kann – wodurch Kupfer(I)-Oxid entsteht – oder zwei Elektronen von einem Atom – wodurch Kupfer(II)-Oxid entsteht. Die Zahlen „I“ und „II“ stellen die Anzahl der Elektronen dar, die das Metall bereitgestellt hat; dies ist als seine Oxidationszahl bekannt. Die chemischen Formeln dieser Verbindungen sind Cu2O bzw. CuO.
Kupfer (I) oxid
Vorkommen und Produktion
Diese Verbindung, auch bekannt als Kupferoxid, kommt in einigen Teilen der Welt als Mineral Cuprit natürlich vor. Der größte Teil der Verbindung im industriellen Gebrauch wurde jedoch hergestellt. Es kann industriell hergestellt werden, indem Kupfermetall auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, durch Elektrolyse von Salzlösungen mit Kupferelektroden und durch Mischen einiger anderer Kupferverbindungen mit einem Reduktionsmittel. Einige Zucker wie Glucose wirken als Reduktionsmittel und diese Reaktion, bei der Cu2O als leuchtend rotes Pulver entsteht, ist ein sehr empfindlicher Labortest für diese Zuckerarten.
Immobilien
Cu2O ist ein rotes Pulver oder kristallines Material, das bei 2250°F (1232°C) schmilzt. Es neigt dazu, in feuchter Luft langsam zu Kupfer(II)-oxid zu oxidieren. Obwohl es sich weder in Wasser noch in organischen Lösungsmitteln löst, reagiert es mit starken Säuren wie Salz-, Salpeter- und Schwefelsäure zu Salzen. Es reagiert auch mit starken Alkalien wie Natrium- und Kaliumhydroxid, um Verbindungen zu bilden, die als Cuprate bekannt sind.
Verwendung
Diese Verbindung war einer der ersten entdeckten Halbleiter. Es zeigt auch den photoelektrischen Effekt, bei dem durch Lichteinwirkung ein elektrischer Strom fließt. Aus diesem Grund wird es in Fotozellen und Lichtdetektoren verwendet. Eine daraus hergestellte Keramik wirkt bei relativ hohen Temperaturen als Supraleiter. Supraleiter, die für ihren Betrieb keine extreme Kühlung benötigen, sind immer noch ein aktives Forschungsgebiet.
Eine der größten Anwendungen von Kupfer(I)-oxid ist die Landwirtschaft. Es ist ein Bestandteil vieler Fungizide, die zum Schutz einer Vielzahl von Nutzpflanzen vor Pilzkrankheiten eingesetzt werden. Die Verbindung ist auch der aktive Bestandteil vieler Antifouling-Farben, die zum Schutz von Schiffen und Unterwasserstrukturen vor Verkrustungen durch Meerespflanzen und -tiere eingesetzt werden. Es wird auch als Pigment bei der Herstellung einiger Glasarten und in keramischen Glasuren verwendet, wodurch es eine rote Farbe erhält, und als Katalysator bei einigen chemischen Prozessen.
Auswirkungen auf die Umwelt
Die Verwendung von Cu2O als Pestizid hat zu Bedenken hinsichtlich seiner Auswirkungen auf die Umwelt geführt. Lösliche Kupferverbindungen aus diesen Produkten sind für einige Wasserlebewesen giftig. Es wird angenommen, dass dies in Süßwasser ein größeres Problem darstellt, wo sich die Verbindungen aus Fungiziden anreichern können, die aus Pflanzen gewaschen werden. Das Vorhandensein von Salz im Wasser neigt dazu, die Aufnahme von Metallen durch Meereslebewesen zu verringern.
Kupfer(II)-oxid
Vorkommen, Produktion und Eigenschaften
Diese Verbindung – auch bekannt als Kupferoxid (CuO) – kommt in der Natur als schwarzes oder graues Mineral Tenorit vor. Wie Cu2O kann es durch Erhitzen von Kupfer hergestellt werden, jedoch bei einer niedrigeren Temperatur. Dieses Verfahren ergibt jedoch eine unreine Form und wird am besten durch Erhitzen einiger sauerstoffhaltiger Kupferverbindungen wie Carbonat, Hydroxid oder Nitrat hergestellt. Es ist ein schwarzer Feststoff, der über 2192 °C (1200 °F) schmilzt. Bei dieser Temperatur verliert es etwas Sauerstoff und hinterlässt kleine Mengen Kupfer(I)-Oxid. Kupfer(II)-oxid ist wie die andere Form in den meisten Lösungsmitteln unlöslich, reagiert aber mit Säuren unter Salzbildung.
Verwendung
CuO wird manchmal Tonglasuren als Pigment zugesetzt. Je nach Verwendung lassen sich daraus mehrere Farben ableiten, darunter Rot, Blau und Grün. Es ist ein Vorläufer bei der Herstellung von Kupferammoniumhydroxid, das bei der Herstellung von Rayon verwendet wird. Manchmal wird die Verbindung in kleinen Mengen Tierfutter zugesetzt, um vor Kupfermangel zu schützen. Es wird auch als Schleifmittel zum Polieren von Linsen und anderen optischen Komponenten verwendet.
Auswirkungen auf die Gesundheit
Obwohl Kupfer ein essentielles Element für Säugetiere ist, sind viele seiner Verbindungen, einschließlich beider Formen von Kupferoxid, in allen bis auf geringe Dosen toxisch. Kupfer(I)oxid kann bei Einatmen Kurzatmigkeit, Husten und Schädigung der Atemwege verursachen. Das Verschlucken dieser Verbindung kann Reizungen des Magen-Darm-Trakts, Erbrechen, Magenschmerzen und Durchfall verursachen. Kupfer(II)-oxid kann beim Verschlucken ähnliche Symptome sowie Sehstörungen und Hautverfärbungen verursachen. Beide Verbindungen können Metalldampffieber verursachen, ein Zustand, der grippeähnliche Symptome hervorruft und bei Berufen mit starker Erwärmung von Kupferstrukturen oder Drähten eine Gefahr darstellt.