Aus- und Weiterbildung

Biologie - Kupfer fürs Leben (für 11 bis 14-Jährige)

Einleitung

Kupfer ist ein natürlich hygienisches Metall, das das Wachstum von Keimen wie E. coli, MRSA und Legionellen verlangsamt. Das ist wichtig für Anwendungen wie bei der Nahrungsmittelherstellung, in Krankenhäusern, Münzen, Türgriffen und Installationssystemen. Die antimikrobiellen Eigenschaften von Kupfer werden auch zunehmend für die Gesundheitsvorsorge genutzt, indem Bauteile aus Kupferwerkstoffen (Klinken, Griffe etc.) in medizinischen Einrichtungen eingesetzt werden. Damit werden die Vermehrung der Keime verhindert und Infektionsraten verringert.

Kupfer kann gut und schlecht für Lebewesen sein. In sehr niedrigen Konzentrationen ist es nützlich. Aber wenn die Konzentration steigt, wird es giftig und beeinträchtigt den Zellstoffwechsel.

In diesem Abschnitt sehen wir uns an, warum Kupfer wichtig für das Leben ist und wie es als Biozid eingesetzt werden kann. 

Lebenswichtiges Kupfer

Kupfer ist wichtig, damit unsere Körper richtig funktionieren. Es ist eines von mehreren Spurenelementen. Das sind Mineralien, die sich in unseren Körpern in sehr kleinen, aber lebenswichtigen Mengen finden. Kupfer steckt in Enzymen und in anderen biologischen Molekülen, die mit der Atmung zu tun haben. Deshalb ist es wichtig für das Leben der meisten Tiere.

Schneckenblut

Kupfer spielt bei Tieren wie Schnecken, Hummern und Spinnen eine weitere biologische Rolle. Es ist Bestandteil ihres blauen Bluts!  

Wirbeltiere (darunter auch die Menschen) haben rotes Blut. Die Farbe stammt von einem besonderen Molekül, dem Hämoglobin, das sich in den roten Blutkörperchen befindet. Hämoglobin transportiert Sauerstoff durch den Körper. Sein wichtigstes Element ist Eisen.

Einige wirbellose Tiere besitzen dagegen ein Molekül namens Hämocyanin, das den Sauerstoff durch ihre Körper befördert. Schnecken, Hummer und Spinnen haben tatsächlich blaues Blut, die sogenannte Hämolymphe. Die Farbe stammt vom Hämocyanin-Molekül, das blau ist. Es ist direkt in ihrem „Blut“ gelöst und nicht in Blutkörperchen eingeschlossen.

Pflanzen

Pflanzen und Kulturpflanzen, z. B. Weizen, benötigen ebenfalls sehr kleine Mengen Kupfer, um wachsen zu können. Wir sagen, dass es ein Spurenelement in ihrer Ernährung ist. Ihre Wurzeln nehmen lösliche Kupferverbindungen aus dem Boden auf. 

Eine Prise Kupfer

Nur eine kleine Kupfermenge im Boden liegt in löslichen Verbindungen vor. Da Pflanzen Kupfer nur in winzigen Mengen benötigen, ist in der Regel genug für ihren Bedarf vorhanden. Aber Nutztiere fressen diese Pflanzen. Wir sagen, dass diese Tiere auf einer höheren Stufe der Nahrungsmittelkette stehen. Die kleine Menge Kupfer, die Pflanzen aufnehmen, ist oftmals nicht genug für ein normales Wachstum dieser Tiere. Darum wird Kupfer häufig als Nährstoff zum Futter von Kühen, Schweinen und Geflügel hinzugefügt. Das beugt einer Mangelversorgung vor, die das Wachstum bremst. 

In manchen Landesteilen gelangt über Pflanzen nicht genug Kupfer in die landwirtschaftliche Nahrungskette. Bestimmte Rinder- und Schafsrassen leiden wegen des Grases, das sie fressen, eher unter Kupfermangel. Als Nahrungsergänzung bieten ihnen die Bauern Lecksteine an, die wichtige Elemente, zum Beispiel Kupfer, enthalten.

Saubere Rohre

Kupfer wird für Wasserrohre und Zentralheizungssysteme (Tanks und Rohre) verwendet. Der Grund ist, dass Kupfer nicht korrodiert und durch seine Verformbarkeit lässt es sich auf einfache Weise die richtige Form geben und einbauen. Außerdem schützt es vor dem Wachstum unerwünschter pathogener Bakterien, wie beispielsweise den Legionellen, die in Wasserbehältern mit wenig Wasseraustausch gedeihen. 

Kupfer in der Küche

Eine Arbeitsfläche aus Kupfer kann zur Zubereitung von Nahrungsmitteln in der Küche genutzt werden. Sie vermindert das Bakterienwachstum (z. B. von E. coli) und senkt die Gefahr einer Lebensmittelvergiftung. Wegen seiner Haltbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und guten Wärmeleitfähigkeit wird Kupfer auch für Kochtöpfe verwendet. 

Legierungen und Münzen 

Legierungen 

Manchmal ist es besser, eine Legierung zu machen, um die Eigenschaften von Kupfer zu verändern oder zu verbessern. Beispielsweise könnte eine Legierung stärker sein, eine bessere Korrosionsbeständigkeit aufweisen oder eine hellere Farbe haben. 

Messing, das durch das gemeinsame Einschmelzen von Kupfer und Zink entsteht, ist härter, stärker, noch korrosionsbeständiger und hat eine attraktive Goldfärbung. Außerdem verliert es seine antibakteriellen Eigenschaften nicht, sodass es ein ideales Material für Türgriffe, Handläufe und Sanitärrohrleitungen ist.

Gesunde Münzen

Kupfer wird seit Jahrhunderten zur Herstellung von Münzen gebraucht. Sie sind jahrelang im Umlauf und es ist unmöglich, zu erraten, wie oft sie von Hand zu Hand gegangen sind. 
Normalerweise waschen wir unsere Hände nicht bevor oder nachdem wir mit Geld umgehen. Dabei würde es sich sehr gut zur Verbreitung von Infektionen eignen. Kupfer mit seinen antimikrobiellen Eigenschaften hilft zu verhindern, dass das geschieht. Bakterien überleben nicht auf Kupfermünzen, und weil es ein nicht allergenes Material ist, bekommt man keinen Ausschlag vom Umgang mit ihm.

Münzen und Legierungen

Wird Kupfer mit anderen Metallen vermischt, entstehen Legierungen mit unterschiedlichen Farben. 184.000 Tonnen Kupfer wurden für die erste Produktion der acht neuen Euromünzen benötigt. 

Die 1-Euromünze hat einen goldfarbenen Außenring aus einer Legierung mit der Bezeichnung Nickelmessing. Es besteht aus 75 % Kupfer, 20 % Zink und 5 % Nickel. Der Kern ist silberfarben und besteht aus Nickel, das mit einer Legierung aus 75 % Kupfer und 25 % Nickel beschichtet ist.

Die 2-Euromünze ist ähnlich, jedoch mit umgekehrten Legierungen. Die 10-, 20- und 50-Centmünzen enthalten 89 % Kupfer und die 1-, 2- und 5-Centmünzen sind aus kupferbeschichtetem Stahl.

Elektrische Leitfähigkeit

Verkaufsautomaten, die Getränke, Chips, Schokolade usw. anbieten, prüfen immer, ob die richtigen Münzen eingeworfen wurden. Eine der Prüfungen ist, den elektrischen Widerstand der Münzen zu messen. Die Zusammensetzung der neuen Euromünzen wurde so ausgewählt, dass sie genau den richtigen elektrischen Widerstand haben.

Länger haltbar

Die Korrosionsbeständigkeit von Kupfer bedeutet, dass diese Münzen nicht leicht anlaufen, d. h., sie bleiben lange Zeit hübsch und glänzend. Die Euromünzen sollen 30 Jahre lang halten. 

Kupfer lässt sich wiederverwerten, wenn die Münzen das Ende ihres nützlichen Lebens erreicht haben. Sie können für neue Kupferlegierungen eingeschmolzen werden oder es ist möglich, Sie mit Elektrolyse zu reinigen, um hochreines Kupfer (99,9 % rein) zu erzeugen. Danach kann es für die Herstellung hochwertigster Elektrogeräte genutzt werden. 

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