det første grunnstoff i gruppe 11 (kobber, sølv og gull) i grunnstoffenes periodesystem. Atomsymbol Cu, atomnummer 29. Elektronkonfigurasjon [Ar]3d104s1.
Kobber har en karakteristisk rødbrun farge, og er det eneste fargede metall ved siden av gull. Det er meget duktilt og valsbart og har høy termisk og elektrisk ledningsevne. Hardheten kan økes betraktelig ved legering med andre grunnstoffer. 11 isotoper av kobber er kjent, hvorav to opptrer i naturen 63Cu (69,17 %) og 65Cu (30,83 %).
Kobber blir nesten ikke angrepet i tørr, ren oksygengass. Det dannes en tynn oksidfilm som beskytter mot videre reaksjon. Ved høye temperaturer omdannes metallet langsomt til oksid. Oksidskallet som dannes, består hovedsakelig av kobber(I)oksid, Cu2O, og et tynt ytre lag av kobber(II)oksid, CuO. I fuktig luft får kobber et grønt overflatebelegg (patina), som er et velkjent fenomen for f.eks. kobbertak. Avhengig av forurensninger i luften består belegget av basiske kobbersalter, se irr.
Forekomst
Gjennomsnittlig forekomst i jordskorpen er 68 ppm på vektbasis. Kobber ble tidligere funnet i naturen som metall, men nå foreligger slike i kommersielt utnyttbar grad bare ved Lake Superior, Michigan, USA. Her er kobberstykker på opp til 400 tonn blitt funnet. Mer enn 150 kobbermineraler er identifisert, av disse er chalkositt, Cu2S, og chalkopyritt, CuFeS2, viktigst. Andre viktige mineraler er enargitt, Cu3AsS4, bornitt (broket kobber), Cu5FeS4, malakitt, Cu2CO3(OH)2, azuritt, Cu3(CO3)2(OH)2 og cupritt, Cu2O. Store forekomster av nyttbare kobbermalmer finner man i USA, Chile, Russland, Zambia, Peru, Kongo (Zaïre) m.fl. Den største kjente forekomst er i Chuquicamata, Chile. De største europeiske forekomster finnes, foruten i Russland, i Polen samt i det tidligere Jugoslavia. I Norge finnes mindre forekomster av chalkopyritt, som oftest sammen med pyritt i såkalt kobberkisholdig svovelkis bl.a. i Sulitjelma, Røros, Hjerkinn (Tverrfjellet), Løkken, Joma, Repparfjord, Bidjovagge og på Skorovas.
Jordens kobberreserver fra malmer er anslått til ca. 350 millioner tonn, dvs. en begrenset resurs i forhold til forbruket på ca. 10 millioner tonn årlig. Det er derfor viktig å gjøre effektiv gjenbruk av kobber. Rundt 25 % av det årlige kobberforbruk baseres nå på gjenvunnet metall. En langt større reserve for fremtiden er kobber i manganknollene som finnes i store mengder på havbunnen. Det gjennomsnittlige kobberinnhold er 0,1–1 %, men i enkelte tilfeller hele 1,9 %. Det totale kobberinnholdet i manganknoller er estimert til ca. 9 milliarder tonn. Sjøvann inneholder 0,003 ppm kobber.
Kjemiske egenskaper, forbindelser
Kobber løser seg i oksiderende syrer som salpetersyre og konsentrert svovelsyre under utvikling av henholdsvis nitrogenoksider og svoveldioksid. I sine kjemiske forbindelser kan kobber være en-, to- og treverdig (oksidasjonstall +I, II og III).
De toverdige forbindelsene er de mest alminnelige og stabile. I fast tilstand er de toverdige kobbersaltene for det meste grønne eller blå. Fortynnede, vannløsninger er blåfargede. Den blå fargen skyldes de hydratiserte ionene [Cu(H2O)4]2+. Toverdige kobberioner er sterkt tilbøyelige til å danne kompleksioner. Bl.a. dannes med ammoniakk det sterkt blåfargede tretramininkobber(II)-ionet: Cu2+ + 4NH3 = [Cu(NH3)4]2+, noe som kan brukes til kvalitativ påvisning av kobber.
Enverdige kobberforbindelser er mindre stabile. Vannløsninger av Cu(I) disproporsjonerer lett til Cu(0) og Cu(II). Cu(I) opptrer i form av tungt løselige forbindelser som kobber(I)oksid, Cu2O, kobber(I)sulfid, Cu2S, og halogenforbindelsene CuX. I løsning kan Cu(I) stabiliseres i form av enkelte komplekser med klorid, Cl–, cyanid, CN–, eller ammoniakk NH3. Cu(I)-forbindelser er diamagnetiske, mens Cu(II)- og Cu(III)-forbindelser er paramagnetiske.
Treverdig kobber opptrer først og fremst i form av oksider eller fluorider, gjerne i ternære forbindelser der den andre metallkomponenten er et elektropositivt grunnstoff, f.eks. K3CuF6 og KCuO2.
I høytemperatur-superledere har kobber ofte en blandet valenstilstand, f.eks. i YBa2Cu3O7, hvor gjennomsnittlig oksidasjonstall for kobber er 2,33. Flere kobberforbindelser er omtalt separat.
Fremstilling
Størsteparten av de benyttede kobberforekomster inneholder 1,5–2 vektprosent kobber. Åpne miner med kobberinnhold ned i 0,4 vektprosent er likevel lønnsomme. Raffineringsprosessen starter ved at råmalmen blir knust til et fint pulver, kobbermineralet blir så skilt fra gangarten ved flotasjon, og man får et konsentrat med 20–50 % kobber. Den viktigste forurensningen er jern, men også nikkel, sølv og gull forekommer. Konsentratet kan eventuelt oksideres i røsteovn for å fjerne noe av svovelet før det smeltes (1450 °C) i flammeovn eller elektrisk ovn under tilsetning av kalkstein og kvarts. I en moderne variant, «flash smelting», utnyttes oksidasjonsvarmen fra røsteprosessen til å smelte produktene. Smelten deler seg i en sulfidsmelte og en lettere silikatsmelte. Den siste består hovedsakelig av jernsilikat og tappes av som slagg. Sulfidsmelten utgjør den såkalte skjærstein eller matte og består hovedsakelig av kobber(I)sulfid, Cu2S, og jern(II)sulfid, FeS. Forurensningene av gull, sølv, platinametaller, selen, tellur, arsen og nikkel anrikes i denne. Matten blir i flytende tilstand ført over i en konverter, tilsatt kvarts og blåst med luft på lignende måte som jern ved fremstilling av stål etter bessemerprosessen.
Luftinnblåsingen skjer i to perioder. Først blir jernsulfidet overført til oksid og forslagget med den tilsatte kvarts til jernsilikat: 2FeS + 3O2 = 2FeO + 2SO2; 2FeO + SiO2 = Fe2SiO4. Etter at mesteparten av jernet er fjernet fra skjærsteinen, blir slagget tappet av. Deretter blir resten av svovelet oksidert, og tilbake blir et metall, blisterkobber eller blærekobber, med en renhet på 98–99 %; 2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2; 2Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2. Det smeltede kobber synker til bunns i konverteren. Slagget inneholder fremdeles så meget kobber (ca. 5 %) at det etter avtapping blir brukt til ny skjærsteinsmelting.
Det fremstilte blærekobber blir overført til en raffineringsovn, hvor det først blir noe oksidert for å fjerne rester av uedle grunnstoffer. Deretter blir oksygeninnholdet justert ved reduksjon gjennom omrøring med friske, grønne trestokker til ca. 0,05 %. Kobberet har da en renhetsgrad på 99 % eller mer. Det blir støpt til plater og renset ytterligere elektrolytisk. Kobberplatene anbringes som anoder i en elektrolytt av kobbersulfat. Oppløst kobber fra anoden felles ut på katoden, som er laget av det reneste kobber. Renhetsgraden på utfelt kobber er normalt 99,98 %, men kan gå helt opp til 99,994 %. De mindre edle metallforurensningene, f.eks jern, nikkel og kobolt, vil også løses ved anoden, men i motsetning til kobber ikke skilles ut ved katoden. De edlere metaller som sølv, gull og platinametallene samt selen og tellur, løser seg ikke ved anoden, men faller til bunns som anodeslam. Dette danner et viktig råstoff for fremstilling av de nevnte grunnstoffer, og det kan inneholde opptil 50 % sølv. Et annet biprodukt ved kobberraffinering er svovelsyre.
Små mengder kobber fås videre ved opparbeidelse av kobberfattige malmer ved behandling med svovelsyre og evt. jern(III)sulfat for å oksidere kobber til toverdige kobberioner. Kobberet felles deretter ut med skrapjern eller jernsvamp, eller ved elektrolyse.
Bruk
Kobber er et av de få metaller som har større anvendelse som rent metall enn i form av legeringer. Først og fremst gjelder dette formål der god elektrisk og termisk ledningsevne er viktig, f.eks. i elektriske ledninger, transformatorer, radiatorer, koke- og inndampningskar. Andre hovedbruksområder er takbekledning, vannrør, beslag, statuer, osv. Kobber er bestanddel av nær sagt alle typer myntmetall. Av de om lag 1000 studerte kobberlegeringer er legeringene med sink (messing), tinn (bronse), aluminium (aluminiumbronse) og nikkel (konstantin, nysølv, alpakka – legering) viktigst. Se kobberlegeringer. Kobberoksid inngår i såkalte keramiske høytemperatursuperledere. Se superledning.
Fysiologiske virkninger
Både for mennesker, høyerestående dyr og mange planter er kobber et livsnødvendig sporgrunnstoff. Kobbermangel kan føre til anemi og andre sykdommer. Hos griser og høns har det f.eks. vist seg at kobbermangel skader bendannelsen, hos sauer blir ullkvaliteten forringet, hos kuer går melkeproduksjonen ned.
Man regner med at et voksent menneske trenger 2 mg kobber per dag, og at det daglig blir tilført noe i overkant av dette med den maten vi spiser, nemlig 2–5 mg, hvorav bare en del blir resorbert. Alt i alt inneholder det menneskelige legeme 100–150 mg kobber, mest i lever og knokler. Blod inneholder små mengder kobber i form av forskjellige kobberproteiner. Det er videre fastslått at kobber virker fremmende på dannelsen av de røde blodceller og begunstiger hemoglobinets opptak av jern. Det har nemlig ved behandling av blodfattighet vist seg at mange jernpreparater bare har virkning når det samtidig er små mengder kobberforbindelser til stede. Kobber er imidlertid ikke noen bestanddel av hemoglobinmolekylet. Derimot inngår det i mange enzymer (oksidaser) som katalyserer oksidasjons/reduksjonsprosessene hos dyr og planter. I blodet hos bløtdyr og havkreps er f.eks. det jernholdige hemoglobin erstattet med det blå, kobberholdige hemocyanin. Små kobbermengder virker stimulerende på dannelsen av de grønne planters klorofyll.
Rent kobber er ikke spesielt giftig og atskiller seg derfor tydelig fra metaller som kvikksølv, kadmium og bly, men et langvarig høyt inntak av kobber kan føre til lever-, hjerne- og nerveskader. De yrkeshygieniske grenseverdier (administrative normer) oppgis for kobberrøyk til 0,1 mg/m3 luft og for kobberstøv til 1 mg/m3 luft. I form av løselige salter virker kobber allerede i små mengder som en sterk gift på lavere organismer som alger, sopp og bakterier. Kobbersalter har derfor lenge vært brukt som midler mot soppangrep, plantesykdommer og som tilsetning til vann for å fjerne sykdomsfremkallende parasitter, bl.a. for å bekjempe tropesykdommen bilharziose. Høyere organismer er derimot ikke særlig ømfintlige overfor kobberforbindelser, sannsynligvis fordi bare en liten del blir tatt opp av organismen, mens resten blir skilt ut.
Akutt kobberforgiftning kan skyldes nytelse av næringsmidler kokt i kobberkar. Symptomene er metallsmak i munnen, kvalme, brekninger og diaré. I alvorligere tilfeller kramper, gulsott og dødelig utgang. Behandlingen er tilførsel av dimerkaptol og fortynnet oppløsning av gult blodlutsalt.
Historie
Kobber er ved siden av jern og gull det metall som har vært lengst i bruk, sannsynligvis fra ca. 5000 f.Kr. Dette skyldes delvis at det pga. sin edelhet kan forekomme fritt i naturen. Metallet la grunnlaget for de gamle metallkulturer; først kobberalderen, deretter bronsealderen, hvor legeringsdannelsen mellom kobber og tinn ble benyttet til å gi redskap og våpen med økt styrke. Messing, legeringen mellom kobber og sink, er kjent fra ca. 300 e.Kr. Tidlig bruk av kobber og bronse er bl.a. kjent fra Egypt, hvor metallet allerede ca. 3500 f.Kr. ble fremstilt ved å redusere mineralet malakitt fra Sinaihalvøya i trekullild.
Navnet er avledet av latinsk aes cuprium, dvs. metallet fra Kypros, der mye av det metallet som romerne brukte kom fra. Alkymistene betegnet kobber med symbolet for planeten Venus, ♀.
Kobber
| Kjemisk symbol | Cu |
| Atomnummer | 29 |
| Relativ atommasse | 63,546 |
| Smeltepunkt | 1083 °C |
| Kokepunkt | 2567 °C |
| Densitet | 8,95 g/cm3 |
| Oksidasjonstall | I, II, III |
| Elektronkonfigurasjon | [Ar]3d104s |
Produksjon 2003
Produksjon av kobberkis og konsentrat i 1000 tonn.
| Chile | 4 500 |
| Indonesia | 1 935 |
| USA | 1 116 |
| Peru | 843 |
| Australia | 800 |
| Russland | 665 |
| Verden | 13 293 |