Kupari

Kupari (lat. cuprum, muinaiskreikaksi Χαλκός, kypros), vanhalta suomalaiselta nimeltään vaski, on alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Cu ja se kuuluu metallien ryhmään ja on jalometalli. Kuparin CAS-numero on 7440-50-8. Kupari on punertavaa tai vihertävää, venyvää, pehmeätä ja sitkeätä metallia. Maankuoressa kuparia on keskimäärin noin 0,07 promillea eli 70 grammaa tonnissa. On epäselvää, onko kupari saanut nimensä sanoista Cyprium aes, Kyproksen metalli, tai päinvastoin, onko Kyproksen saari Kupros saanut nimensä tästä metallista, jota esiintyy saarella runsaasti.^[1]

Kuparin symboli alkemiassa

Kupari on ravitsemuksellinen hivenaine. Sen yhdisteitä käytetään sieni- ja bakteerimyrkkyinä. Se on ainoa tekninen metalli, jota käytetään merkittävissä määrin seostamattomana. Useimmiten motiivina kuparin käytölle on sen erinomainen sähkön- tai lämmönjohtavuus, tai sen korroosion kestävyys. Puhtaat kuparit voidaan jakaa kolmeen eri ryhmään: hapeton kupari, deoksidoidut kuparit ja happikupari.

Kuparia esiintyy monissa malmeissa, kuten kuparikiisussa. Tärkeimmät malmit ovat sulfideja, oksideja ja karbonaatteja. Joskus kupari esiintyy myös metallisena. Sen työstäminen vaikka langaksi on helppoa, ja siitä tehtyjä 10 000 vuoden takaa olevia koruja onkin löydetty Irakin pohjoisosista. Suuria kupariesiintymiä on Yhdysvalloissa, Kanadassa, Chilessa, Perussa Zambiassa ja Zairessa.^[2]

Jo varhain huomattiin, että kuparia voi vahvistaa lisäämällä siihen kolmannes tinaa. Tätä metalliseosta kutsutaan pronssiksi. Pronssista alettiin valmistaa erilaisia teräaseita, joiden terän sai hyvin teräväksi. Euroopassa siirryttiin pronssikaudelle noin vuonna 3 500, mutta ensimmäiseksi pronssia tiedetään hyödynnetyn Egyptissä, Mesopotamiassa ja Indus-joella. Muinaisaikoina tehtiin esimerkiksi sellaisia valtavia pronssiesineitä kuin Rodoksen kolossi, joka mainitaan yhdeksi antiikin aikaisen maailman seitsemästä ihmeestä. Se oli noin 35 metriä korkea auringonjumala Heliosta esittävä patsas vuodelta 280 eaa. Patsas tuhoutui maanjäristyksessä noin vuonna 170 eaa.

Tärkein kuparin käyttäjä on nykyisin elektroniikkateollisuus, ja kuparin hinta on ollutkin viime vuosina nousussa.

Sinkkiä lisäämällä saadaan kuparista messinkiä. Kupariin voidaan lisätä myös nikkeliä.

Kupari on kemiallisesti varsin passiivinen metalli. Se ei reagoi veden eikä useimpien happojenkaan kanssa. Ilman hapen kanssa se reagoi hitaasti niin, että sen pinnalle muodostuu hyvin ohut tumma kuparioksidikerros, joka hiilidioksidin vaikutuksesta muuttuu lopulta vihreäksi kuparikarbonaatiksi eli patinaksi (CuCO₃). Toisin kuin rauta, joka saattaa ruostua kokonaan, kupari hapettuu ainoastaan pinnalta, ja sen pinnalle syntynyt oksidi- tai karbonaattikerros suojaa sitä hapettumasta syvemmältä.

Sisällysluettelo

1 Kupari ravitsemuksessa
2 Kuparin maailmanmarkkinahinta
- 2.1 Futuurit
3 Puhtaat kuparilaadut
4 Seostetut kuparilaadut
5 Messingit ja pronssit
6 Rahametallit
7 Merkittävimmät esiintymisalueet
8 Lähteet
9 Viitteet
10 Aiheesta muualla

[muokkaa] Kupari ravitsemuksessa

Kupari on hivenaine, jota on esimerkiksi perunoissa noin 2 mg/kg. Hyviä kuparin lähteitä ravinnossa ovat mm. maksa ja sisäelimet, täysjyväviljatuotteet, peruna, pähkinät, palkokasvit ja äyriäiset. Sitä saa usein vesijohtovedestä, jos putket ovat kuparia. Suurina pitoisuuksina kupari on myrkyllistä. Hyvin harvinainen Wilsonin tauti aiheuttaa kuparin kertymistä kudoksiin. Kuparista ei tule ravinnosta puutetta, mutta se on kaikelle elämälle välttämätön aine, sillä toistakymmentä tärkeää entsyymiä on riippuvaisia kuparista.

[muokkaa] Kuparin maailmanmarkkinahinta

Kuparin hinta määritetään päivittäin maailman metallipörsseissä, joista tärkeimmät ovat Lontoo (LME) ja New York (COMEX). Lisäksi esimerkiksi Shanghain (SHMEX) antaa noteerauksen, jota käytetään Kiinan sisäisillä markkinoilla. Kuparin hinnoittelussa käytetään yksikkönä USD/ton.

Kuparin hintaa viimeisimmän 10 vuoden (1995–2005) aikana ovat leimanneet suuret vaihtelut. Joulukuussa 2001 sen hinta oli noin 1500 USD/t. Huhtikuussa 2006 sen hinta lähestyi 7000 dollaria tonnilta.^[3]

[muokkaa] Futuurit

Päivittäisen käteisnoteerauksen lisäksi pörssit antavat kuparille (ja muillekin hyödykkeille) futuurihintoja. Kuparin tärkein futuuri on 3 kk. Futuuri on kalliimpi tai halvempi kuin käteisnoteeraus - markkinatilanteen mukaan.

Kolmen kuukauden kuparifutuurilla on vahva historiallinen tausta. Ennen järjestäytynyttä metallipörssiaikaa kuparilasteista käytiin kauppaa Lontoon kahviloissa. Lastin hinta oli eri riippuen siitä oliko se vielä lähtösatamassaan Etelä-Amerikassa vai perillä Lontoossa. Noihin aikoihin malmilaivan matka Atlantin poikki kesti 3 kk.

[muokkaa] Puhtaat kuparilaadut

Hapeton kupari valetaan siten, että sulaan kupariin ei pääse happea. Hapen pääsy sulaan on estetty peitostamalla sula esimerkiksi puuhiilellä tai käyttämällä sulatuksessa vakuumiuunia. Hapeton kupari on sähkönjohtavuudeltaan paras kaikista kuparilaaduista. Sen johtavuus on vähintään 100 %I.A.C.S, mutta tyypillisesti johtavuus on luokkaa 101 - 101,8 %I.A.C.S. Hapettoman kuparin puhtauden on oltava luokkaa 99,99% sillä sen sähkön- ja lämmönjohtokyky on erittäin herkkä epäpuhtauksille. Esimerkiksi jo muutaman kymmenen ppm:n rautapitoisuus aiheuttaa noin prosentin laskun johtavuudessa. Mikäli halutaan kuparikappaleelle paremmat lujuusominaisuudet korotetuissa lämpötiloissa voidaan käyttää pientä (n. 500 ppm) hopeaseostusta. Elektroniikka- ja kryogenikkasovelluksiin on kehitetty omat erikoispuhtaat laadut. Tyypillisiä sovelluksia ovat virtakiskot ja kommutaattoriprofiilit.

Deoksidoiduissa kupareissa metalliliuoksessa oleva vapaa happi on sidottu deoksidointiaineilla, tyypillisimmin fosforilla. Näitä kuparilaatuja käytetään esimerkikisi vesijohtoputkissa ja päällystysteollisuuden sovelluksissa. Fosforiseostuksen määrä on 150 - 600 ppm, riipuen siitä mitä ominaisuuksia halutaan korostaa.

Yleisin kuparilaatu on happikupari, jota käytetään esimerkiksi kuparijohdoissa ja kuparikatoissa. Sulaan liuennut happi muodostaa kiinteässä olomuodossa linssimäisiä rakenteita. Happikupari ei ole yhtä allerginen epäpuhtauksille kuin hapeton kupari, koska happilinssit sitovat tehokkaasti epäpuhtauksia. Toisaalta happikuparin johtokyky on alhaisempi kuin hapettoman kuparin, eikä sitä voi käyttää pelkistävissä olosuhteissa. Tyypillinen happikuparisovellus on kuparikatto.

[muokkaa] Seostetut kuparilaadut

Kuparia seostettaessa tehdään aina kompromissi eri ominaisuuksien välillä. Kuparin sähkön- ja lämmönjohtavuus laskevat aina seostettaessa.

Yleisesti tunnettuja ja käytettyjä seostettuja kuparilaatuja ovat:

Kromikupari
Zirkkonikupari
Telluurikupari
Fosfori-rauta -kupari
Dispersiolujitettu GlidCop(R)1 Cu+Al2O3

Kuparinkappaleita koeputkessa

Luonnon kuparia

10 mm:n kupariputkea

El Chinon kuparin avokaivos Uudessa Meksikossa

[muokkaa] Messingit ja pronssit

Runsaasti seostettuja kupareita kutsutaan messingeiksi tai pronsseiksi. Messingissä kuparin seosaineena on käytetty sinkkiä (5 - 40%). Tyypillisin pronssin seosaine on tina, mutta myös muita runsaasti seostettuja kuparilaatuja kutsutaan pronsseiksi.

[muokkaa] Rahametallit

Historialliset rahametallit olivat kulta, hopea ja kupari. Esimerkiksi vuosina 1644 – 1776 kierrossa olleet ruotsalaiset plooturahat, taalerit, oli valmistettu puhtaasta kuparista.

Suomalaisista markka-ajan kolikoista kuparista valmistettuja olivat tyypillisesti alimman valöörin kolikot.

1, 2 ja 5 penniä, sarjat 1881, 1894 ja 1917
5 penniä 1918, kansanvaltuuskunta.
1, 2 ja 5 penniä, sarja 1918
5, 10, 25, 50 penniä ja 1 markka, sarja 1943
1 ja 5 penniä, sarja 1963

Eurokolikoista 1, 2 ja 5 senttiä, sarja 1999, ovat kuparilla pinnoitettuja teräskolikkoja. Kuparipinnoitteen vahvuus on keskimäärin 25 mikrometriä.

Rahametalleina käytetään runsaasti kuparivaltaisia metalliseoksia, kuten:

Kupronikkeli (CuNi25%), esimerkiksi 2 euron rengas
Nordic Gold, esimerkiksi 10, 20 ja 50 eurosenttiä
Alumiinipronssi (CuAl6Ni2), esimerkiksi 10, 20 ja 50 penniä, sarja 1963
Nikkelipronssi (CuZn20Ni5), esimerkiksi 1 euron rengas

Viime vuosina pinnoitetut teräskolikot ovat voittaneet markkinaosuutta kupariseoskolikoilta. Tähän on vaikuttaneet kehittyneet valmistusmenetelmät ja kuparin maailmanmarkkinahinnan huikea nousu.