Feiten over koper

Glanzend, roodachtig koper was het eerste metaal dat door mensen werd gemanipuleerd en het is nog steeds een belangrijk metaal in de industrie. 

Het oudste metalen voorwerp dat in het Midden-Oosten is gevonden, bestaat uit koper; het was een kleine priem die teruggaat tot 5100 voor Christus. En de Amerikaanse cent was oorspronkelijk gemaakt van puur koper (hoewel het tegenwoordig 97,5 procent zink is met een dunne koperen huid).

Volgens de U.S. Geological Survey (USGS) is koper het derde meest geconsumeerde industriële metaal ter wereld, na ijzer en aluminium. Ongeveer driekwart van dat koper gaat naar elektrische draden, telecommunicatiekabels en elektronica. 

Afgezien van goud is koper het enige metaal op het periodiek systeem waarvan de kleur niet van nature zilver of grijs is.

Chemische beschrijving

• Atoomnummer (aantal protonen in de kern): 29
• Atoomsymbool (op het periodiek systeem der elementen): Cu
• Atoomgewicht (gemiddelde massa van het atoom): 63,55
• Dichtheid: 8,92 gram per kubieke centimeter
• Fase bij kamertemperatuur: vast
• Smeltpunt: 1.984,32 graden Fahrenheit (1.084,62 graden Celsius)
• Kookpunt: 5.301 graden F (2.927 graden C)
• Aantal isotopen (atomen van hetzelfde element met een verschillend aantal neutronen): 35; 2 stabiel
• De meest voorkomende isotopen: Cu-63 (69,15 procent natuurlijk voorkomen) en Cu-65 (30,85 procent natuurlijk voorkomen)

Geschiedenis en kenmerken

Het meeste koper komt voor in ertsen en moet voor zuiverheid worden gesmolten of uit het erts worden gehaald voordat het kan worden gebruikt. Maar natuurlijke chemische reacties kunnen soms natuurlijk koper vrijgeven, volgens de chemiedatabasesite Chemicool.

Mensen maken al minstens 8.000 jaar dingen van koper en ontdekten hoe ze het metaal konden smelten rond 4500 voor Christus. De volgende technologische sprong was het maken van koperlegeringen door tin aan koper toe te voegen, waardoor een harder metaal ontstond dan de afzonderlijke onderdelen: brons. De technologische ontwikkeling luidde de bronstijd in, een periode van ongeveer 3300 tot 1200 voor Christus, en wordt volgens de geschiedenis gekenmerkt door het gebruik van bronzen gereedschappen en wapens..

Koperen artefacten worden door het historische record gestrooid. Archeologen ontdekten een kleine priem, of puntig stuk gereedschap, daterend uit 5100 v.Chr., Dat werd begraven bij een vrouw van middelbare leeftijd in een oud dorp in Israël. De priem vertegenwoordigt het oudste metalen object dat ooit in het Midden-Oosten is gevonden. Het koper kwam waarschijnlijk uit de Kaukasus, gelegen in het bergachtige gebied dat zuidoostelijk Rusland, Armenië, Azerbeidzjan en Georgië beslaat, meer dan 1000 kilometer verderop, volgens een artikel uit 2014 gepubliceerd in PLOS ONE. In het oude Egypte gebruikten mensen koperlegeringen om sieraden te maken, waaronder teenringen. Onderzoekers hebben ook enorme kopermijnen gevonden uit de 10e eeuw voor Christus. in Israël.

Volgens de USGS wordt ongeveer tweederde van het koper op aarde gevonden in stollingsgesteenten (vulkanisch) en ongeveer een kwart in sedimentair gesteente. Het metaal is taai en kneedbaar en geleidt warmte en elektriciteit goed - redenen waarom koper veel wordt gebruikt in elektronica en bedrading.

Koper wordt groen door een oxidatiereactie; dat wil zeggen, het verliest elektronen wanneer het wordt blootgesteld aan water en lucht. Het resulterende koperoxide is dofgroen. Deze oxidatiereactie is de reden dat het verkoperde Vrijheidsbeeld groen is in plaats van oranjerood. Volgens de Copper Development Association wordt Lady Liberty bedekt met een verweerde laag koperoxide van slechts 0,127 millimeter dik en weegt de bekleding ongeveer 80 ton (73 ton). De verandering van koperkleurig naar groen vond geleidelijk plaats en was voltooid in 1920, 34 jaar nadat het beeld was opgedragen en onthuld, volgens de New York Historical Society. 

Wie weet? 

Hier zijn enkele interessante feiten over koper:

• Volgens Peter van der Krogt, een Nederlandse historicus, heeft het woord "koper" verschillende wortels, waarvan er vele afkomstig zijn van het Latijnse woord cuprum dat was afgeleid van de zin Cyprium aes, wat "een metaal uit Cyprus" betekent, aangezien veel van het toen gebruikte koper in Cyprus werd gewonnen.
• Als alle koperen bedrading in een gemiddelde auto zou zijn aangelegd, zou deze volgens de USGS 1,5 kilometer lang zijn.. 
• De elektrische geleiding (hoe gemakkelijk een stroom door het metaal kan stromen) van koper is de tweede alleen voor die van zilver, volgens het Jefferson Laboratory.
• Alleen van 1783 tot 1837 werden centen gemaakt van puur koper. Van 1837 tot 1857 werden centen gemaakt van brons (95 procent koper, de overige 5 procent bestond uit tin en zink). In 1857 daalde de hoeveelheid koper in centen tot 88 procent (de resterende 12 procent was nikkel) en keerde terug naar het vorige recept in 1864. In 1962 veranderde het gehalte van een cent in 95 procent koper en 5 procent zink. Van 1982 tot vandaag zijn centen 97,5 procent zink en 2,5 procent koper. 
• Mensen hebben koper nodig in hun dieet. Volgens de Amerikaanse National Library of Medicine is het metaal een essentieel sporenmineraal dat cruciaal is voor de vorming van rode bloedcellen. Gelukkig is koper te vinden in een verscheidenheid aan voedingsmiddelen, waaronder granen, bonen, aardappelen en bladgroenten.
• Te veel koper is echter een slechte zaak. Inname van hoge niveaus van het metaal kan op korte termijn buikpijn, braken en geelzucht veroorzaken (een gelige tint van de huid en het wit van de ogen die erop kunnen duiden dat de lever niet goed functioneert). Langdurige blootstelling kan leiden tot symptomen zoals bloedarmoede, convulsies en diarree, die vaak bloederig is en blauw kan zijn.
• Af en toe worden verhoogde hoeveelheden koper in de watertoevoer aangetroffen als gevolg van oude koperen leidingen. In augustus 2018 schakelde het openbare schoolsysteem in Detroit bijvoorbeeld uit voorzorg al het drinkwater op openbare scholen uit vanwege de hoge concentraties koper en ijzer in het water, volgens de Seattle Times.
• Koper heeft antimicrobiële eigenschappen en doodt bacteriën, virussen en gisten bij contact, volgens een artikel uit 2011 in het tijdschrift Applied and Environmental Microbiology. Als gevolg hiervan kan koper zelfs in stoffen worden geweven om antimicrobiële kledingstukken te maken, zoals sokken die voetschimmel bestrijden.
• Koper is ook opgenomen in bepaalde soorten spiraaltjes (IUD's) die worden gebruikt voor anticonceptie, volgens de Mayo Clinic. De koperen bedrading zorgt voor een ontstekingsreactie die giftig is voor zowel sperma als eieren, om zwangerschap te voorkomen. Bij elke medische ingreep is er een risico op bijwerkingen. Hoewel kopertoxiciteit er geen lijkt te zijn, blijkt uit een artikel uit 2017 in Medical Science Monitor.

Huidig ​​onderzoek

Geneesmiddel: De antimicrobiële eigenschappen van koper hebben het tot een populair metaal in de medische wereld gemaakt. Meerdere ziekenhuizen hebben geëxperimenteerd met het bedekken van vaak aangeraakte oppervlakken, zoals bedhekken en belknoppen, met koper of koperlegeringen in een poging de verspreiding van ziekenhuisinfecties te vertragen. Koper doodt microben door de elektrische lading van de celmembranen van de organismen te verstoren, zegt Cassandra Salgado, hoogleraar infectieziekten en epidemioloog in het ziekenhuis aan de Medical University of South Carolina..

In 2013 testte een team van onderzoekers onder leiding van Salgado oppervlakken op intensive care-afdelingen (ICU's) in drie ziekenhuizen, waarbij kamers werden vergeleken die waren gemodificeerd met koperen oppervlakken die waren bevestigd aan zes gewone objecten die aan veel handen werden blootgesteld, met kamers die niet waren gemodificeerd met koper. De wetenschappers ontdekten dat in de traditionele ziekenhuiskamers (die zonder koperen oppervlakken) 12,3 procent van de patiënten antibiotica-resistente infecties ontwikkelde, zoals methicilline-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) en vancomycine-resistent Enterococcus (VRE). Ter vergelijking: in de met koper gemodificeerde kamers liep slechts 7,1 procent van de patiënten een van deze potentieel verwoestende infecties op.

"We weten dat als je koper in de kamer van een patiënt legt, je de microbiële belasting vermindert", vertelde Salgado. "Ik denk dat dat iets is dat keer op keer is aangetoond. Onze studie was de eerste om aan te tonen dat dit een klinisch voordeel kan hebben."

De onderzoekers veranderden niets anders aan de ICU-condities dan het koper; doktoren en verpleegsters wasten nog steeds hun handen en het schoonmaken ging gewoon door. De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in 2013 in het tijdschrift Infection Control and Hospital Epidemiology.

Salgado en haar team hebben ook koperen voering op stethoscopen getest, volgens een artikel uit 2017 in het American Journal of Infection Control, waar de onderzoekers ontdekten dat er aanzienlijk minder bacteriën op met koper gecoate stethoscopen zaten en dat 66 procent van de stethoscopen helemaal gratis was. van bacteriën. Verder onderzoek wordt voortgezet om het idee van koperbeplating op andere medische afdelingen te testen, met name in gebieden waar patiënten mobieler zijn dan op de IC. Er moet ook een kosten-batenanalyse zijn waarbij de kosten van een koperinstallatie worden afgewogen tegen de besparingen die worden behaald door het voorkomen van dure infecties, zei ze.. 

Elektronica: Koper speelt ook een grote rol in elektronica, en vanwege de overvloed en lage prijs, werken onderzoekers eraan om het metaal te integreren in een toenemend aantal geavanceerde apparaten.. 

In feite kan koper helpen bij de productie van futuristisch elektronisch papier, draagbare biosensoren en andere ‘zachte’ elektronica, zei Wenlong Cheng, een professor in chemische technologie aan de Monash University in Australië. Cheng en zijn collega's hebben koperen nanodraden gebruikt om een ​​"aerogel-monoliet" te maken, een materiaal dat zeer poreus, zeer licht en sterk genoeg is om op zichzelf te staan, vergelijkbaar met een droge keukenspons. In het verleden werden deze aerogel-monolieten gemaakt van goud of zilver, maar koper is een meer economische optie. 

Door koperen nanodraden te mengen met kleine hoeveelheden polyvinylalcohol, creëerden de onderzoekers aerogel-monolieten die konden veranderen in een soort snijdbaar, vormbaar rubber dat elektriciteit geleidt. De onderzoekers rapporteerden hun bevindingen in 2014 in het tijdschrift ACS Nano. Het uiteindelijke resultaat zou een zachte robot kunnen zijn, of een medische sensor die perfect samensmelt met de gebogen huid, vertelde Cheng. Hij en zijn team werken momenteel aan het maken van bloeddruk- en lichaamstemperatuursensoren uit koperen aerogel-monolieten - een andere manier waarop koper kan helpen bij het bewaken van de menselijke gezondheid.

Fysica: In een experiment uit 2014 werd een stuk koper de koudste kubieke meter (35,3 kubieke voet) op aarde toen onderzoekers het koelden tot 6 millikelvin, of zesduizendste van een graad boven het absolute nulpunt (0 Kelvin). Dit is het dichtst bij een substantie van deze massa en volume die ooit tot het absolute nulpunt is gekomen.

Onderzoekers van het Italiaanse nationale instituut voor kernfysica zetten de 880-pond. (400 kilogram) koperen kubus in een container die een cryostaat wordt genoemd en die speciaal is ontworpen om items extreem koud te houden. Dit is de eerste cryostaat, of apparaat om dingen op lage temperaturen te houden, dat stoffen zo dicht bij het absolute nulpunt kan houden.

Het bouwen van de cryostaat voor extreme temperaturen is slechts de eerste stap in een nieuw experiment waarin de cryostaat zal fungeren als deeltjesdetector. Onderzoekers hopen dat de detector, die momenteel in gebruik wordt genomen volgens een statusupdate uit 2018, meer zal onthullen over de subatomaire deeltjes die neutrino's worden genoemd en waarom er zoveel meer materie dan antimaterie in het universum is..

landbouw: Onderzoekers van de Cornell University hebben de effecten van kopertekorten in gewassen, met name tarwe, bestudeerd. Tarwe is een van de belangrijkste voedselbestanddelen ter wereld en kopertekorten kunnen leiden tot zowel een lagere gewasopbrengst als een lagere vruchtbaarheid van het gewas.

De onderzoekers hebben onderzocht hoe planten het koper opnemen en verwerken. Ze hebben twee eiwitten in de tarwe gevonden, AtCITF1 en AtSPL7, die volgens het Amerikaanse ministerie van landbouw essentieel zijn voor de opname en afgifte van het koper aan de voortplantingsorganen van tarwe..

Vroege tests hebben aangetoond dat wanneer koper en andere voedingsstoffen in de grond worden verrijkt en vervolgens door de tarwe worden opgenomen, de oogstopbrengst met maar liefst zeven keer toeneemt. Hoewel bekend is dat de kennis van koper en andere mineralen gunstig is voor de gezondheid en vruchtbaarheid van gewassen, wordt het hoe en waarom hiervan niet goed begrepen. De kennis waarom koper gunstig is en hoe het functioneert binnen de groei en voortplanting van een plant kan verder worden gebruikt op gewassen zoals rijst, gerst en haver, en kan deze gewassen met een mineraalrijke meststof, waaronder koper, introduceren in grond die was ooit ongeschikt voor landbouw.

Aanvullende bronnen

• De American Cancer Society onderzoekt het onderzoek naar koper en stelt dat het een rol kan spelen bij het voorkomen of behandelen van kanker.
• De Environmental Protection Agency geeft informatie over blootstelling aan hoge koperconcentraties en de effecten van kopercorrosie in huishoudelijke leidingen.
• De Thomas Jefferson National Accelerator-faciliteit (Jefferson Lab) verkent de geschiedenis en het gebruik van koper.

Dit artikel is bijgewerkt op 12 september 2018 door inzender Rachel Ross.