Die Fakten über Kupfer

Was ist Kupfer?

Kupfer ist ein hellrotbraunes Metallelement mit dem Symbol „Cu“ und der Ordnungszahl 29 im Periodensystem der Elemente. Der Name Kupfer leitet sich vom Wort Zypern ab, der Insel, von der die Römer ihre Kupfervorräte bezogen. Es war das erste Metall, das vom Menschen in großem Umfang genutzt wurde.

Natürlich vorkommendes reines Kupfer wird als „gediegenes Kupfer“ bezeichnet. Kupfer kommt in der Natur auch in einer Reihe von Verbindungen vor, die mit anderen Elementen vermischt sind. Viele dieser Verbindungen zeichnen sich durch ihre blaugrüne Farbe aus. Türkis, Malachit und Azurit sind drei leuchtend farbige Kupferverbindungen, die als Edelsteine ​​verwendet werden. Kupfersulfat und Kupferoxid sind zwei wichtige Kupferverbindungen, die in Industrie und Landwirtschaft verwendet werden. Kupfer kann mit anderen Metallen vermischt werden, um Legierungen wie Bronze (Kupfer und Zinn) und Messing (Kupfer und Zink) zu bilden.

Oxidiertes Kupfer oder Kupfer, das der Luft ausgesetzt war, entwickelt eine grüne Beschichtung oder „Patina“, die man auf alten Kupferpfennigen, der Freiheitsstatue und Kupferdächern sehen kann.

Wo kommt Kupfer vor?

Kupfer kommt natürlicherweise in Gestein vor, entweder in reiner Form oder in Verbindungen. Geologische, meteorologische und biologische Prozesse verteilen Kupfer in Luft, Boden und Wasser sowie in Organismen.

Die größten bekannten Kupfererzvorkommen der Welt liegen in Chuquicamata in den chilenischen Anden, und die größte Kupferlagerstätte befindet sich auf der Halbinsel Ober-Michigan. Die größten Kupferproduzenten sind Chile, das 35 Prozent des weltweiten Kupfers liefert, und die USA, die etwa 11 Prozent produzieren. Auch Kanada, die Länder der ehemaligen Sowjetunion, Sambia, China, Polen und die Demokratische Republik Kongo sind Kupfer produzierende Länder.

Ein Großteil des Kupfers, das heute in Luft, Boden und Wasser vorkommt, geht auf menschliche Aktivitäten zurück. Industrielle Betriebe wie Schmelzhütten, Gießereien, Kraftwerke, Verbrennungsanlagen und andere Verbrennungsquellen stoßen Kupfer in die Atmosphäre aus, wo es über Niederschläge wieder auf die Erde gelangen kann. Schmelzhütten und andere Kupferproduktionsanlagen geben hohe Kupferkonzentrationen in die umgebende Luft und den Boden ab. Kupferminen können eine erhebliche Verschmutzungsquelle darstellen. Kupfer und andere Mineralien in den Abraumhalden – dem Abfall, der nach der Erzgewinnung aus Gestein übrig bleibt – gelangen in Boden und Gewässer. Wasser kann auch durch eine Reihe anderer Kupferquellen verschmutzt werden, darunter landwirtschaftliche Abwässer von Betrieben, die kupferbasierte Pestizide verwenden.

Kupfer ist ein essentielles Element für alle lebenden Organismen und daher in der Nahrung, die wir zu uns nehmen – ob pflanzlicher oder tierischer Art – sowie im menschlichen Gewebe vorhanden.

Wofür wird Kupfer verwendet?

Die Menschheit nutzt Kupfer seit fast zehntausend Jahren. Seit der Antike wird Kupfer allein und in Kombination mit anderen Metallen zur Herstellung von Waffen, Werkzeugen, Haushaltsgegenständen und Kunstwerken verwendet.

Aufgrund seiner hohen Leitfähigkeit war Kupfer das bevorzugte Metall bei der Entwicklung der Elektrotechnik im 18. und 19. Jahrhundert. Kupfer ist nach Stahl und Aluminium das am dritthäufigsten verwendete Metall weltweit. Heute wird Kupfer hauptsächlich im Baugewerbe verbraucht. Kupfer wird beim Bau von Häusern und anderen Gebäuden, bei der Herstellung von Autos und Flugzeugen sowie für Rohrleitungen verwendet. Die Elektroindustrie ist der zweitgrößte Kupferverbraucher. Kupfer wird auch in der Telekommunikation verwendet. Ein erheblicher Teil des in den USA verwendeten Kupfers stammt aus recyceltem Schrott und Schrott, der bei der Kupferproduktion übrig bleibt.

Ein US-Penny aus Kupferlegierung von 1936, ein Penny aus verzinktem Stahl von 1943 und ein moderner Penny aus kupferbeschichtetem Zink von 2004. Bildnachweis: Dartmouth Toxic Metals Research Program

Von 1793 bis 1837 wurden US-Pennies aus reinem Kupfer geprägt. In den darauffolgenden Jahren wurden sie aus verschiedenen Kupferlegierungen hergestellt, darunter Bronze und Messing. Als 1943 die Kupfervorräte für die Kriegsanstrengungen des Zweiten Weltkriegs eingesetzt wurden, bestand die Mehrzahl der geprägten Pennies aus verzinktem Stahl. Seit 1982 enthalten Pennies nur noch 2,5 Prozent Kupfer – sie bestehen aus Zink mit einer dünnen Kupferbeschichtung.

Kupfersulfat, ein natürlich vorkommendes und hergestelltes Kupfersalz, wird als Fungizid auf Nutzpflanzen, als Pestizid zum Abtöten von Schnecken und Nacktschnecken sowie zur Wasseraufbereitung zum Abtöten von Wasserpflanzen eingesetzt. Diese Chemikalie ist chronisch toxisch und hat Folgen für Landarbeiter und die Umwelt.

Moderne Armreifen aus Kupfer oder Kupferlegierungen aus Simbabwe. Bildnachweis: Dartmouth Toxic Metals Research Program

Kupferverbindungen werden auch zur Holzkonservierung und als Ledergerbstoff sowie als Beizmittel (Fixiermittel) beim Färben von Textilien verwendet. Kupfer wird auch heute noch für Kunstwerke und Schmuck auf der ganzen Welt verwendet. In Teilen Afrikas werden Kupferarmreifen und Kunstwerke aus weggeworfenen Kupferdrähten und -resten hergestellt. In vielen Teilen Süd- und Südostasiens werden Kupfer, Messing und Bronze häufig für Kochgeschirr, Geschirr, religiöse Statuen und Kunstwerke verwendet. Navajo und andere Stammesnationen im Südwesten der USA verwenden manchmal Kupfer für Schmuck.

Brauchen wir Kupfer für unsere Gesundheit?

Lebensmittel, die Kupfer enthalten. Bildnachweis: Dartmouth Toxic Metals Research Program

Kupfer ist ein lebenswichtiger Nährstoff für alle Lebewesen. Kupfer ist Bestandteil von mehr als 30 Enzymen im menschlichen Körper, darunter auch einige, die an der Kollagensynthese beteiligt sind. Beim Menschen ist Kupfer für die gesunde Entwicklung von Bindegewebe, Nervenummantelungen und Knochen notwendig. Es ist auch am Eisen- und Energiestoffwechsel beteiligt. Kupfermangel, obwohl selten, kann Anämie und Anomalien des Bindegewebes, der Knochen und des Nervensystems verursachen.

Die Leitlinien zur Dietary Reference Intake (DRI), die in 2001 vom US Food and Nutrition Board des National Academies Institute of Medicine festgelegt wurden, legen sowohl die empfohlene Tagesmenge (RDA) als auch die Höchstmengen für die Kupferaufnahme fest. Die Aufnahmeempfehlung der Gruppe liegt bei 0,9 Milligramm Kupfer pro Tag für Erwachsene, mehr für stillende Frauen (1,3 Milligramm) und weniger für Kinder (0,34 Milligramm für Kinder bis drei und 0,44 Milligramm für Kinder zwischen vier und acht Jahren). Die Obergrenze liegt bei 10 Milligramm pro Tag für gesunde Erwachsene. Da der Körper Kupfer nicht synthetisiert, muss diese lebenswichtige Menge Kupfer über die Ernährung aufgenommen werden.

Gute Kupferquellen sind Leber und andere Innereien, Austern, Nüsse, Samen, dunkle Schokolade und Vollkornprodukte. Etwas Kupfer ist auch in Kartoffeln, Rosinen, Pilzen, Kichererbsen und anderen Hülsenfrüchten enthalten. Trinkwasser aus Kupferrohren kann zur Kupferaufnahme beitragen.

Eine übermäßige Zinkzufuhr über die Nahrung kann zu Kupfermangel führen.

Kann Kupfer ein Gesundheitsrisiko darstellen?

So wie eine gewisse Menge Kupfer für eine gute Gesundheit unerlässlich ist, kann zu viel davon schädlich sein. Ein gesunder Mensch kann etwas überschüssiges Kupfer ausscheiden. Hohe Dosen, langfristige Exposition und bestimmte Expositionswege können jedoch die biologischen Prozesse, die überschüssiges Kupfer aus dem Körper ausscheiden, überfordern.

Das Einatmen von Kupferstaub und -dämpfen (aus Kupfer produzierenden und verarbeitenden Anlagen) kann die Atemwege beeinträchtigen und Husten, Niesen und Brustschmerzen verursachen. Es kann auch den Magen-Darm-Trakt beeinträchtigen und Übelkeit und Durchfall verursachen. Auch die Leber- und Hormonfunktion kann beeinträchtigt werden. Einige Studien haben nach Kontakt mit Kupfer durch Einatmen Veränderungen im Blut gezeigt, darunter eine Verringerung der Hämoglobin- und Erythrozytenzahl. Kupferstaub und -dämpfe können Augenreizungen, Kopfschmerzen und Muskelschmerzen verursachen.

Die Einnahme großer Mengen von Kupferverbindungen (wie Kupfersulfat) kann zum Tod durch Nerven-, Leber- und Nierenversagen führen. Einige Studien haben gezeigt, dass die Einnahme von Kupfer auch mit koronarer Herzkrankheit und Bluthochdruck in Zusammenhang stehen kann, obwohl andere Studien gezeigt haben, dass Kupfermangel bei koronarer Herzkrankheit eine Rolle spielen kann. Hohe Kupferwerte im Trinkwasser können Erbrechen, Bauchschmerzen, Übelkeit und Durchfall verursachen und wurden bei Menschen beobachtet, die Wasser aus Kupferrohren trinken.

Um überschüssiges Kupfer aus dem Körper zu entfernen, können Zink und Chelatbildner verwendet werden.

Es ist nicht bekannt, dass Kupfer bei Krebs oder Geburtsfehlern eine Rolle spielt.

Wer ist durch eine Kupfervergiftung gefährdet?

Große Dosen kupferhaltiger Verbindungen wie Kupfersulfat sind sogar für Menschen mit gesunder Leber giftig. Manche Menschen sind jedoch einem höheren Risiko einer Kupfervergiftung ausgesetzt. Menschen mit bestimmten Lebererkrankungen und Menschen mit einer vererbten Unfähigkeit, Kupfer zu verstoffwechseln, reagieren besonders empfindlich auf Kupfervergiftungen, wie etwa Menschen mit Morbus Menkes, erblicher Aceruloplasminämie und Morbus Wilson.

Penicillamin, dessen chemische Struktur hier gezeigt wird, wird als Chelatbildner bei der Behandlung der Wilson-Krankheit eingesetzt. Bildnachweis: Dartmouth Toxic Metals Research Program

Bei Menschen mit Morbus Wilson, einer rezessiv vererbten Unfähigkeit, Kupfer aus dem Körper auszuscheiden, besteht ein besonderes Risiko, dass sich in ihren Geweben, insbesondere in der Leber und im Gehirn, toxische Kupferwerte entwickeln. Unbehandelt kann diese Erkrankung zu Leberversagen, schweren neurologischen oder psychiatrischen Problemen und zum Tod führen.

Morbus Wilson kann wirksam mit Zinkacetat behandelt werden, das die Aufnahme von Kupfer blockiert. Chelatbildner sind ebenfalls wirksam, da sie sich an Kupfer im Körper binden und es so über den Urin ausscheiden. Beide Behandlungsarten müssen während des gesamten Lebens des Patienten fortgesetzt werden. Eine Verringerung der Kupferzufuhr über die Nahrung kann die Symptome ebenfalls lindern, obwohl dies allein keine wirksame Behandlung darstellt. Träger der Krankheit – Menschen mit einer Kopie des defekten Gens – entwickeln die Krankheit nicht, können aber einen leicht gestörten Kupferstoffwechsel aufweisen. Obwohl Morbus Wilson weltweit nur bei einem von 30.000 Menschen auftritt, kann bis zu einer von 100 Personen das Gen für die Krankheit in sich tragen. Es gibt mehrere Methoden zur Diagnose der Krankheit, wie Urinanalyse und Leberbiopsie. Es gibt noch keinen genetischen Test, um gefährdete Personen zu identifizieren, da die Krankheit durch eine von 200 Mutationen verursacht wird.

Es gibt noch andere Erkrankungen mit Kupfervergiftung, die offenbar genetisch bedingt sind. Die indische Leberzirrhose, die Kinder in südasiatischen Ländern befällt, scheint das Ergebnis einer genetischen Veranlagung zu Kupferempfindlichkeit in Kombination mit hoher Kupferbelastung (oft durch in Kupfer- oder Messingtöpfen gekochte Milch) zu sein. Ähnliche Erkrankungen bei Kindern sind in anderen Teilen der Welt aufgetreten, in denen das Wasser einen hohen Kupfergehalt aufweist. Auch diese Kinder scheinen eine genetische Veranlagung zu einem schlechten Kupferstoffwechsel zu haben.

Menschen, die in der Nähe von Kupfer produzierenden Anlagen wie Minen, Schmelzöfen oder Raffinerien oder in der Kupferherstellung leben oder dort arbeiten, haben ein erhöhtes Risiko, übermäßigen Mengen an Kupfer ausgesetzt zu sein. Eine Exposition kann durch Einatmen von Kupferstaub und Kupferdämpfen erfolgen.

Stellt Kupfer in der Umwelt ein Gesundheitsrisiko dar?

Die Antwort auf diese Frage ist komplex. Kupfer ist ein notwendiger Nährstoff und kommt in der Umwelt natürlich in Gesteinen, Erde, Luft und Wasser vor. Wir kommen täglich mit Kupfer aus diesen Quellen in Kontakt, aber die Menge ist normalerweise gering. Ein Teil dieses Kupfers, insbesondere im Wasser, kann vom Körper aufgenommen und verwendet werden. Ein Großteil des Kupfers, mit dem wir in Kontakt kommen, ist jedoch fest an andere Verbindungen gebunden, was es weder nützlich noch giftig macht. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Toxizität einer Substanz davon abhängt, wie viel ein Organismus ausgesetzt ist und wie lange und auf welchem ​​Weg die Exposition erfolgt.

Es gibt Kupferquellen in der Umwelt, die ein Gesundheitsrisiko darstellen. Etwa die Hälfte der Standorte für gefährliche Abfälle auf der National Priorities List der EPA enthalten bekanntermaßen Kupfer. Luft und Boden in der Nähe von Kupferverarbeitungsanlagen wie Schmelzöfen weisen typischerweise einen viel höheren Kupfergehalt auf als in anderen Gebieten. Landwirtschaftliche Abwässer können kupferbasierte Pestizide enthalten. Diese können ein Gesundheitsrisiko für den Menschen darstellen. Kupfer bindet sich jedoch sehr leicht an Verbindungen in Boden und Wasser, wodurch seine Bioverfügbarkeit für den Menschen verringert wird.

Eine mögliche Quelle übermäßiger Kupferbelastung bei Menschen ist Trinkwasser, das durch Kupferrohre und Messingarmaturen geleitet wird. Kleine Mengen Kupfer aus Rohrleitungen sickern ins Wasser, insbesondere in heißes Wasser und Wasser, das mehrere Stunden oder über Nacht in den Rohren gestanden hat. Saures (niedriger pH-Wert) Wasser löst mehr Kupfer aus als basisches (hoher pH-Wert) Wasser. Weiches Wasser enthält wahrscheinlich mehr Kupfer als hartes Wasser, da es nicht die Mineralien enthält, die eine Schutzschicht an der Innenseite der Rohre bilden und so das Auslaugen von Kupfer verhindern. Blaugrüne Wasserflecken unter Wasserhähnen sind ein Hinweis auf Kupfer im Wasser. Manche Menschen, die Wasser mit hohem Kupfergehalt trinken, können Übelkeit, Erbrechen, Bauchschmerzen und Durchfall bekommen. Die Menge an Kupfer, die normalerweise in Wasser aus Kupferrohren enthalten ist, stellt normalerweise keine Gesundheitsgefahr dar.

Wenn Sie zum Trinken und zur Zubereitung von Speisen nur kaltes Wasser aus dem Wasserhahn verwenden, kann dies die Menge an Kupfer verringern, die aus den Leitungen austritt. Wenn Sie das Wasser über Nacht oder länger als sechs Stunden in den Rohren stehen lassen, bis es sehr kalt ist, wird der Kupfergehalt ebenfalls verringert. Wenn Sie sicherstellen, dass keine elektrischen Geräte an die Leitungen geerdet sind, kann dies die Korrosion der Rohre verringern. Wasserfilter können auch Kupfer aus dem Wasser entfernen. Überprüfen Sie auf dem Etikett des Filterherstellers, ob Kupfer zu den herausgefilterten Chemikalien gehört.

Gibt es bundesstaatliche Richtlinien oder Normen für Kupfer?

Nach dem bundesstaatlichen „Safe Drinking Water Act“ begrenzt die US-Umweltschutzbehörde (EPA) den Kupfergehalt in öffentlichen Trinkwasservorräten auf 1,3 mg pro Liter. Nach dem „Superfund Act“ betrachtet die EPA 5.000 Pfund Kupfer oder 10 Pfund Kupfersulfat in einem Gebiet als „gefährliche Substanz“.

Die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) erlaubt nicht mehr als 1 mg Kupfer pro Liter Flaschenwasser. Das National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) und die Occupational Safety and Health Administration (OSHA) haben jeweils eigene Standards für die zulässige Menge an Kupfer und Kupferdämpfen am Arbeitsplatz.

Wo kann ich mehr über Kupfer erfahren?

Die Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR) der US-amerikanischen Centers for Disease Control and Prevention verfügt über eine ausgezeichnete webbasierte Gesundheitserklärung zu Kupfer, die unter der Adresse Agency for Toxic Substance & Disease Registry verfügbar ist.

Die Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR) der US-amerikanischen Centers for Disease Control and Prevention verfügt über ein ausführliches toxikologisches Profil zu Kupfer.