Gunnar Nordberg

Kupfer (Cu) ist form- und dehnbar, leitet Wärme und Strom hervorragend und wird durch trockene Luft in seiner Funktionsfähigkeit kaum verändert. In einer feuchten Atmosphäre, die Kohlendioxid enthält, überzieht es sich mit einem grünen Karbonat. Kupfer ist ein essentielles Element im menschlichen Stoffwechsel.

Vorkommen und Verwendungen

Kupfer kommt hauptsächlich als Mineralverbindungen vor, in denen ⁶³Cu macht 69.1 % aus und ⁶⁵Cu, 30.9 % des Elements. Kupfer ist auf allen Kontinenten weit verbreitet und in den meisten lebenden Organismen vorhanden. Obwohl einige natürliche Lagerstätten von metallischem Kupfer gefunden wurden, wird es im Allgemeinen entweder als Sulfiderz abgebaut, einschließlich Kovellit (CuS), Chalkosin (Cu₂S), Chalkopyrit (CuFeS₂) und Bornit (Cu₃FeS₃); oder als Oxide, einschließlich Malachit (Cu₂CO₃(OH)₂); Chrysokoll
(CuSiO₃· 2H₂O) und Chalcanthit (CuSO₄· 5H₂O).

Aufgrund seiner elektrischen Eigenschaften werden mehr als 75 % der Kupferproduktion in der Elektroindustrie verwendet. Weitere Anwendungen für Kupfer sind Wasserleitungen, Bedachungsmaterialien, Küchengeräte, chemische und pharmazeutische Geräte und die Herstellung von Kupferlegierungen. Kupfermetall wird auch als Pigment und als Fällungsmittel für Selen verwendet.

Legierungen und Verbindungen

Die am häufigsten verwendeten NE-Kupferlegierungen sind solche aus Kupfer und Zink (Messing), Zinn (Bronze), Nickel (Monelmetall), Aluminium, Gold, Blei, Cadmium, Chrom, Beryllium, Silizium oder Phosphor.

Kupfersulfat wird als Algizid und Molluskizid in Wasser verwendet; mit Kalk als Pflanzenfungizid; als Beizmittel; in der Galvanik; als Schaumflotationsmittel für die Trennung von Zinksulfiderz; und als Mittel zur Ledergerbung und Hautkonservierung. Mit Kalkhydrat neutralisiertes Kupfersulfat, bekannt als Bordeaux-Mischung, wird zur Vorbeugung von Mehltau im Weingarten eingesetzt.

Kupferoxid wurde als Bestandteil von Farben für Schiffsböden und als Pigment in Glas, Keramik, Emaille, Porzellanglasuren und künstlichen Edelsteinen verwendet. Es wird auch bei der Herstellung von Rayon und anderen Kupferverbindungen sowie als Poliermittel für optisches Glas und als Lösungsmittel für Chromeisenerze verwendet. Kupferoxid ist ein Bestandteil von Flussmitteln in der Kupfermetallurgie, pyrotechnischen Zusammensetzungen, Schweißflussmitteln für Bronze und landwirtschaftlichen Produkten wie Insektiziden und Fungiziden. Schwarzes Kupferoxid wird zur Korrektur kupferarmer Böden und als Futterergänzung eingesetzt.

Kupferchromate sind Pigmente, Katalysatoren für die Flüssigphasenhydrierung und Kartoffelfungizide. Eine Lösung von Kupferhydroxid in überschüssigem Ammoniak ist ein Lösungsmittel für Zellulose, die bei der Herstellung von Kunstseide (Viskose) verwendet wird. Kupferhydroxid wird bei der Herstellung von Batterieelektroden und zum Behandeln und Färben von Papier verwendet. Es ist auch ein Pigment, ein Futtermittelzusatzstoff, ein Beizmittel beim Färben und ein Bestandteil von Fungiziden und Insektiziden.

Gefahren

Aminkomplexe von Kupferchlorat, Kupferdithionat, Kupferazid und Kupferacetylid sind explosiv, aber ohne industrielle oder öffentliche Gesundheitsbedeutung. Es wurde festgestellt, dass Kupferacetylid die Ursache von Explosionen in Acetylenanlagen ist und dazu geführt hat, dass die Verwendung von Kupfer beim Bau solcher Anlagen aufgegeben wurde. Fragmente von metallischem Kupfer oder Kupferlegierungen, die sich im Auge festsetzen, ein Zustand, der als Chalkosis bekannt ist, kann zu Uveitis, Abszess und Verlust des Auges führen. Arbeiter, die Weinberge mit Bordeaux-Mischung besprühen, können an Lungenläsionen (manchmal als „Lunge des Weinbergsprühers“ bezeichnet) und kupferbeladenen hepatischen Granulomen leiden.

Die versehentliche Einnahme von löslichen Kupfersalzen ist im Allgemeinen harmlos, da das verursachte Erbrechen den Patienten von einem Großteil des Kupfers befreit. Die Möglichkeit einer kupferinduzierten Toxizität kann in den folgenden Situationen auftreten:

• Die orale Verabreichung von Kupfersalzen wird gelegentlich zu therapeutischen Zwecken eingesetzt, insbesondere in Indien.

• Es wurde gezeigt, dass Kupfer, das aus dem Draht gelöst wird, der in bestimmten intrauterinen Verhütungsmitteln verwendet wird, systemisch absorbiert wird.

• Ein beträchtlicher Teil des Kupfers, das aus den üblicherweise in Hämodialysegeräten verwendeten Schläuchen gelöst wird, kann vom Patienten zurückgehalten werden und zu einem signifikanten Anstieg des hepatischen Kupfers führen.

• Kupfer, das nicht selten Vieh- und Geflügelfutter zugesetzt wird, reichert sich in der Leber dieser Tiere an und kann die Aufnahme des Elements stark erhöhen, wenn diese Leber gegessen wird. Kupfer wird auch in großen Mengen im Verhältnis zur normalen menschlichen Nahrungsaufnahme einer Reihe von Heimtierfuttermitteln zugesetzt, die gelegentlich von Menschen verzehrt werden. Gülle von Tieren mit kupferergänzter Ernährung kann zu einer übermäßigen Kupfermenge in Gemüse und Futterkörnern führen, die auf mit dieser Gülle behandeltem Boden angebaut werden.

Akute Toxizität

Obwohl einige chemische Nachschlagewerke Aussagen darüber enthalten, dass lösliche Kupfersalze giftig sind, trifft dies praktisch nur zu, wenn solche Lösungen in fehlgeleiteter oder selbstmörderischer Absicht oder als topische Behandlung von stark verbrannten Stellen verwendet werden. Wenn Kupfersulfat, bekannt als Blaustein oder blaues Vitriol, in Grammmengen eingenommen wird, führt es zu Übelkeit, Erbrechen, Durchfall, Schwitzen, intravaskulärer Hämolyse und möglicherweise zu Nierenversagen; selten können Krämpfe, Koma und Tod die Folge sein. Das Trinken von kohlensäurehaltigem Wasser oder Zitrusfruchtsäften, die mit Kupfergefäßen, Rohren, Schläuchen oder Ventilen in Kontakt gekommen sind, kann zu Magen-Darm-Reizungen führen, die selten schwerwiegend sind. Solche Getränke sind sauer genug, um irritierende Kupfermengen aufzulösen. Es gibt einen Bericht über Hornhautgeschwüre und Hautreizungen, aber wenig andere Toxizität bei einem Kupferminenarbeiter, der in ein Elektrolysebad fiel, aber die Säure könnte eher die Ursache gewesen sein als das Kupfer. In einigen Fällen, in denen Kupfersalze zur Behandlung von Verbrennungen verwendet wurden, traten hohe Konzentrationen von Serumkupfer und toxische Manifestationen auf.

Das Einatmen von Stäuben, Dämpfen und Nebeln von Kupfersalzen kann eine Verstopfung der Nasen- und Schleimhäute sowie Ulzerationen mit Perforation der Nasenscheidewand verursachen. Dämpfe beim Erhitzen von metallischem Kupfer können Metalldampffieber, Übelkeit, Bauchschmerzen und Durchfall verursachen.

Chronische Toxizität

Chronisch toxische Wirkungen beim Menschen, die Kupfer zuzuschreiben sind, scheinen nur bei Personen vorzuliegen, die ein bestimmtes Paar anomaler autosomal-rezessiver Gene geerbt haben und bei denen sich als Folge davon eine hepatolentikuläre Degeneration (Morbus Wilson) entwickelt. Dies ist ein seltenes Ereignis. Die meisten täglichen menschlichen Nahrungsmittel enthalten 2 bis 5 mg Kupfer, von denen fast nichts zurückgehalten wird. Der Kupfergehalt des erwachsenen menschlichen Körpers liegt ziemlich konstant bei etwa 100 bis 150 mg. Bei normalen Personen (ohne Morbus Wilson) ist fast das gesamte Kupfer als integraler und funktioneller Teil eines von vielleicht einem Dutzend Proteinen und Enzymsystemen vorhanden, einschließlich beispielsweise Cytochromoxidase, Dopaoxidase und Serum-Ceruloplasmin.

Bei Personen, die große Mengen Austern (und andere Schalentiere), Leber, Pilze, Nüsse und Schokolade essen – allesamt reich an Kupfer –, kann die tägliche Kupferaufnahme um das Zehnfache oder mehr ansteigen; oder bei Bergleuten, die 20 Jahre oder länger in einer Atmosphäre arbeiten und essen, die mit 1 bis 2 % Kupfererzstaub beladen ist. Dennoch wurden bei keinem Individuum Hinweise auf eine primäre chronische Kupfertoxizität (gut definiert durch Beobachtungen von Patienten mit vererbter chronischer Kupfertoxikose – Morbus Wilson – als Funktionsstörung und strukturelle Schädigung von Leber, zentralem Nervensystem, Niere, Knochen und Augen) gefunden außer denen mit Morbus Wilson. Jedoch können die übermäßigen Kupferablagerungen, die in den Lebern von Patienten mit primärer biliärer Zirrhose, Cholestase und indischer Kinderzirrhose gefunden werden, ein Faktor sein, der zur Schwere der für diese Zustände charakteristischen Lebererkrankung beiträgt.

Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen

Arbeitnehmern, die Kupferstaub oder -nebel ausgesetzt sind, sollte angemessene Schutzkleidung zur Verfügung gestellt werden, um wiederholten oder längeren Hautkontakt zu vermeiden. Wo die Staubbedingungen nicht ausreichend kontrolliert werden können, sind geeignete Atemschutzgeräte und Augenschutz erforderlich. Die Haushaltsführung und die Bereitstellung angemessener sanitärer Einrichtungen sind unerlässlich, da Essen, Trinken und Rauchen auf der Baustelle verboten sein sollten. In Minen, in denen wasserlösliche Erze wie Chalcanthit vorkommen, sollten Arbeiter besonders darauf achten, sich vor dem Essen die Hände mit Wasser zu waschen.

Bei der Vorbeugung gegen Metalldampffieber geht es darum, die Exposition unter dem Konzentrationsniveau zu halten, das derzeit als zufriedenstellend für die Arbeit mit Kupfer in der Industrie akzeptiert wird. Der Einsatz von lokaler Absaugung (LEV) ist eine notwendige Maßnahme, um Kupferdämpfe an der Quelle zu sammeln.

Menschen mit Morbus Wilson sollten eine Beschäftigung in der Kupferindustrie vermeiden. Die Serumkonzentration von Ceruloplasmin ist ein Screening für diesen Zustand, da nicht betroffene Personen Spiegel aufweisen, die im Bereich von 20 bis 50 mg/100 cm liegen³ dieses Kupferproteins, während 97 % der Patienten mit Morbus Wilson weniger als 20 mg/100 cm haben³. Dies ist ein relativ teures Verfahren für breit angelegte Screening-Programme.

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