Die durchschnittliche Kupferkonzentration in Meerwasser liegt bei etwa 0,2-3 ppb, wobei die Werte stark variabel sein können. Im Flusswasser sind im Allgemeinen 2-5 ppb zu finden. Meeresalgen enthalten circa 2-68 ppm Kupfer (trockenmassebezogen), was auf einen Biokonzentrationsfaktor von 104-105 gegenüber Meerwasser schließen lässt, und bei Fischen liegt dieser Wert bei etwa 0,7-15 ppm, während Austerngewebe sogar rund 63 ppm Kupfer enthalten kann.
In gelöstem Zustand liegt das Element in Form von CuOH+ oder als nichtionisches CuCO3 vor. Zudem hat Kupfer eine starke Neigung zur Bildung von Chelaten unter Nutzung verfügbarer organischer Substanzen.
Kupfermetall ist unter normalen Umständen ein korrosionsbeständiges Material.
Elementares Kupfermetall ist in Wasser unlöslich, was auch für Kupferoxid gilt. Außerdem ist Kupfer(I)sulfat so gut wie unlöslich. Kupfer(I)chlorid besitzt hingegen eine Wasserlöslichkeit von 200 mg/L und Kupfervitriol ist sogar zu 220 g/L löslich.
Löslichkeit und wie diese beeinflusst werden kann Kupfer kommt in verschiedenen Mineralien, wie etwa Chalkopyrit, Malachit, Azurit oder Cuprit, vor. In natürlichen Gewässern ist es trotz möglicher Verwitterung nur in kleinen Mengen zu finden. Durch Bergbau können jedoch größere Mengen freigesetzt werden.
Kupfermetall wird auf kommerziellem Gebiet zu circa 50% in der Elektroindustrie verwendet, unter anderem da es eine gute Leitfähigkeit hat. Auch im Rohrleitungsbau und Maschinenbau spielt es eine wichtige Rolle, und in Dachabdeckungen, Haushaltswaren und Münzen wird es teilweise in Form von Legierungen genutzt. Die wichtigsten Kupferlegierungen sind wohl Messing und Bronze.
Wie viel Kupfer, trotz seiner normalerweise unlöslichen Eigenschaften, aus Kupferleitungen und -gefäßen auch ins Trinkwasser gelangen kann, ist unter anderem vom pH-Wert des Wassers, der Wasserhärte und der Aufenthaltszeit des Wassers in der Leitung abhängig.
Auch in der Landwirtschaft werden Kupferverbindungen genutzt und somit in die Umwelt freigesetzt. Kupfersulfat dient als Zusatz zu Grünfutter bei Kupfermangel des Viehs und wird in der Schweinemast verwendet. Andere Verbindungen dienen als Insektizid, Fungizid oder Bakterizid. Im Wasser werden sie als Algizide oder Molluskizide verwendet. Auch in Holzschutzmitteln Kupferverbindungen zu finden.
Auch verschiedene Farbstoffe enthalten Kupferverbindungen. Sie können sowohl zur Lackierung von Schiffsrümpfen, als auch zum Färben von Glas oder Emaille verwendet werden. Kupfersulfat wird zudem zur Herstellung von Leuchtstoffen und Thermoelementen genutzt.
Kupfer und seine Verbindungen können teilweise recycelt werden. Oft enden sie jedoch in Müllverbrennungsanlagen, woraus sie wiederum in gewissem Maße in die Umwelt gelangen können.
Nicht zu unterschätzen ist die Menge an Kupfer, die bei Wechselwirkungen von Regenwasser mit Dachmaterialien gelöst wird. Auch hierdurch nehmen die Kupfergehalte in Klärschlämmen oft zu.
Kupfer ist für viele, wenn nicht sogar alle Lebewesen von essentieller Bedeutung, unter anderem da es in Bestandteil zahlreicher Enzyme ist.
Der Kupfergehalt in normalen lufttrockenen Böden beträgt durchschnittlich circa 10-20 ppm, wobei eine Spannweite von etwa 1-80 ppm zu finden ist. In kontaminierten Böden können jedoch sogar 3500 ppm auftreten. Kupfer ist im Boden relativ immobil, wobei die Löslichkeit des Elements bei einem pH-Wert von 5-6 am geringsten ist. Es sammelt sich vor allem in den oberen Bodenschichten an, wo es meist sowohl an anorganisches als auch organisches Material gebunden ist. Wahrscheinlich hat der Stickstoffgehalt des Bodens Einfluss auf den passiven Transport von Kupfer. Mangelerscheinungen bei Pflanzen treten normalerweise bei Konzentrationen von weniger als 5 ppm auf. Krautpflanzen und Baumblätter enthalten normalerweise circa 2-20 ppm (trockenmassebezogen), wobei ein Kupfermangel bei Werten von unter 3 ppm vermutet werden kann. Auffallend ist, dass sich in den Wurzeln höhere Konzentrationen an Kupfer als in den oberirdischen Pflanzenteilen anreichern. Zudem enthalten junge Pflanzen mehr Kupfer als ältere. In Flechten sind meist etwa 9-24 ppm und in Pilzen etwa 7-160 ppm des Elements zu finden.
Cu2+-Ionen sind vor allem für viele Kleinorganismen, wie Bakterien, Pilze und Algen sehr giftig. Treten Schäden bei höheren Pflanzen auf, so äußern sich diese in vermindertem Wurzelwachstum und Chlorose. Pflanzen verfügen jedoch über Regulationsmechanismen, und auch eine genetische Toleranzbildung ist möglich.
Gelöste Kupfersalze gelten als stark gewässerschädigend, da sie, wie bereits erwähnt, giftig für Bakterien und Algen, aber auch für Krebse und Fische sind. Bei Fischen wird das Element vor allem in der Leber gespeichert. Auch Austern nehmen es auf, wobei die Aufnahme bei Anwesenheit von organischen Komplexbildnern wesentlich geringer ist als bei deren Abwesenheit. Süßwasserfische und Kleinkrebse tolerieren im Allgemeinen etwa 30-800 ppb Kupfer. Während der Gehalt in Süßwasseralgen normalerweise bei 1,5-6 ppm liegt, kann die Süßwasserpflanze Ascophyllum sogar über 100 ppm des Elements anreichern.
Kupfer ist auch für einige Wasserlebewesen essentiell. Dies gilt beispielsweise für Schalentiere, bei denen es in Hämocyanin enthalten ist, das dem menschlichen Hämoglobin entspricht.
Die Giftigkeit von metallischem Kupfer im Warmblüterorganismus ist daher stark begrenzt, da es sich kaum in diesem auflöst. Kupfervergiftungen treten eher bei Einnahme von Kupferverbindungen oder bereits gelösten Ionen auf. Empfindlich hierfür sind vor allem Wiederkäuer. Bei Schweinen wurde ein stark wachstumsfördernder Effekt durch Kupfer festgestellt. Zudem können Wechselwirkungen mit Molybdän auftreten.
Indirekt verursacht Kupfer Umweltschäden, da es die Bildung von Dioxinen und Furanen bei der Müllverbrennung katalysiert.
Kupfer besitzt natürlicherweise zwei stabile Isotope, wobei es inzwischen auch zwölf instabile Isotope gibt.
Kupfer ist auch für den Menschen ein essentielles Element. Sein Gehalt im menschlichen Körper liegt bei etwa 1 ppm, wobei ein Erwachsener täglich etwa 1,5-3,5 mg Kupfer benötigt. Die Resorptionsrate beträgt circa 30%, doch 25% werden wiederum mit der Galle ausgeschieden. Die höchsten Konzentrationen des Elements sind somit auch vor allem in der Leber zu finden, wobei auch Muskeln und Knochen verhältnismäßig viel Kupfer enthalten. Das Element ist Bestandteil zahlreicher Enzyme, die unter anderem der Energieproduktion, dem Schutz vor freien Radikalen, der Hormonproduktion und der Synthese von Melanin dienen.
Ein Kupfermangel beim Menschen ist sehr selten, kann sich jedoch unter anderem in Anämie, Demineralisierung der Knochen und einer Verminderung der Arterienelastizität äußern. Es besteht ein Antagonismus zwischen Kupfer und Zink.
Allgemein gilt, dass eine Einnahme von täglich 5 mg Kupfer aus gesundheitlichen Gründen nicht überschritten werden sollte. Bei Trinkwasser gelten Gehalte von unter 1 mg/L als ungefährlich. Metallisches Kupfer löst sich im Organismus kaum auf und ist daher relativ ungiftig. Zudem besitzt der Körper verschiedene Mechanismen, die Kupfer bis zu einem gewissen Grad eliminieren oder binden, so etwa das Protein Metallothionein. Die toxische Wirkung freier Kupfer-Ionen beruht vor allem auf der Hemmung verschiedener Proteine.
Von Vorteil ist auch, dass die Einnahme von Kupferverbindungen häufig zu Brechreizen führt, wodurch der Stoff nicht sehr lang im Körper verbleibt. So kann beispielsweise 5%ige Kupfersulfatlösung auch als Brechmittel verwendet werden.
Zu beachten ist jedoch, dass Kupfervergiftungen bei Kindern deutlich schneller gefährlich werden als bei Erwachsenen. Auch Trinkwasserkonzentrationen von eventuell schon weniger als 1 mg/L können bei ihnen wahrscheinlich zumindest eine chronische Vergiftung in Form von Magen-Darmerkrankungen auslösen. Selbst die Entstehung einer frühkindlichen Leberzirrhose ist eventuell möglich, da der Kupferstoffwechsel in jungen Jahren noch weniger gut funktioniert.
Zudem sind zwei erbliche Krankheiten des Kupferstoffwechsels bekannt, das Menkes-Syndrom und Morbus Wilson. Sie verzögern das Wachstum und führen oft schon früh zum Tod.
Möglichkeiten zur Entfernung von Kupfer aus Wasser bieten etwa Adsorption, Fällung, Ionenaustauscher oder Umkehrosmose. Sowohl die Trinkwassernormen der WHO als der EU geben einen maximalen Kupfergehalt von 2 mg/L vor. In der deutschen Trinkwasserverordnung wurde dieser Wert übernommen. Quellenangaben
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