Kupfer(I)-oxid

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Kristallstruktur
Kristallstruktur von Kupfer(I)-oxid
__ Cu+      __ O2−
Kristallsystem

kubisch

Raumgruppe

Pn\bar{3}m

Allgemeines
Name Kupfer(I)-oxid
Andere Namen
  • Dikupferoxid
  • Kupferoxydul
  • Cuprum oxydulatum
  • Cupro-oxyd
Verhältnisformel Cu2O
CAS-Nummer 1317-39-1
Kurzbeschreibung

gelbes bis rotbraunes, kristallines Pulver [1]

Eigenschaften
Molare Masse 143,09 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Dichte

5,8–6,2 g·cm−3 [1]

Schmelzpunkt

1235 °C [1]

Siedepunkt

thermische Zersetzung um 1800 °C [1]

Löslichkeit
  • unlöslich in Wasser [1]
  • löslich in verdünnten Säuren[2]
  • löslich in Ammoniumhydroxid (unter Komplexbildung)[2]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [3]
07 – Achtung 09 – Umweltgefährlich

Achtung

H- und P-Sätze H: 302​‐​410
P: 264​‐​270​‐​273​‐​301+312​‐​330​‐​501Vorlage:P-Sätze/Wartung/mehr als 5 Sätze [1]
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [4] aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [3]
Gesundheitsschädlich Umweltgefährlich
Gesundheits-
schädlich
Umwelt-
gefährlich
(Xn) (N)
R- und S-Sätze R: 22​‐​50/53
S: (2)​‐​22​‐​60​‐​61
MAK

0,1 mg·m−3 (gemessen als einatembarer Aerosolanteil) [1]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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Kupfer(I)-oxid ist eine chemische Verbindung, die Kupfer und Sauerstoff enthält. In diesem Oxid mit der Summenformel Cu2O ist Kupfer einwertig. Kupfer(I)-oxid ist ein gelber bis rotbrauner Feststoff und wird beim Erhitzen schwarz, nimmt jedoch nach dem Abkühlen wieder seine ursprüngliche Farbe an.

Vorkommen[Bearbeiten]

In der Natur kommt Kupfer(I)-oxid als das Mineral Cuprit vor. Cuprit entsteht bei der Verwitterung von Kupfersulfiden und findet sich daher üblicherweise in oxidierten Teilen von Kupfervorkommen.

Gewinnung und Darstellung[Bearbeiten]

Kupfer(I)-oxid kann durch die Reduktion von Kupfer(II)-oxid mit metallischem Kupfer bei erhöhter Temperatur oder durch die thermische Zersetzung von Kupfer(II)-oxid bei Temperaturen über 800 °C hergestellt werden. Kupfer(I)-oxid bildet sich zusammen mit Kupfer(II)-oxid beim Erhitzen von metallischem Kupfer auf Rotglut an Luft.

\mathrm{CuO + Cu \longrightarrow Cu_2O}
\mathrm{4 \ CuO \longrightarrow 2 \ Cu_2O + O_2}

Kupfer(I)-oxid kann auch durch die Reduktion von Kupfer(II)-salzen in alkalischer Lösung oder durch die Reduktion von Kupfer(II)-hydroxid hergestellt werden. Geeignete Reduktionsmittel sind beispielsweise Hydrazin und Aldehyde. Die Reduktion von Kupfer(II)-salzen wird in der organischen Chemie zum Nachweis von reduzierenden Zuckern mit der Fehling-Probe angewandt.

\mathrm{2 \ Cu^{2+} + R{-}CHO + 4 \ OH^- \longrightarrow \ } \mathrm{Cu_2O + R{-}COOH + 2 \ H_2O}

Kupfer(I)-oxid kann durch die Reaktion von Kupfer(I)-chlorid oder Kupfer(I)-iodid mit Alkalihydroxiden hergestellt werden.

\mathrm{2 \ CuCl + 2 \ NaOH \longrightarrow Cu_2O + 2 \ NaCl + H_2O}

Eigenschaften[Bearbeiten]

Kupfer(I)-oxid

Kupfer(I)-oxid ist ein je nach Teilchengröße gelbes bis rotes Pulver und praktisch unlöslich in Wasser. Dagegen ist es in verdünnten Säuren löslich. Kupfer(I)-oxid ist unter Komplexbildung in Ammoniak oder Ammoniumhydroxid löslich. Der gebildete [Cu(NH3)2]+-Komplex ist, im Gegensatz zum [Cu(H2O)4]+-Komplex stabil. Letzterer disproportioniert in Cu und [Cu(H2O)6]2+.

Feuchtes Kupfer(I)-oxid wird an der Luft leicht zu blauem Kupfer(II)-hydroxid oxidiert. Trockenes Kupfer(I)-oxid reagiert dagegen nicht.

\mathrm{2 \ Cu_2O + 4 \ H_2O + O_2 \longrightarrow 4 \ Cu(OH)_2}

Kupfer(I)-oxid wird bei erhöhter Temperatur durch Wasserstoff zu metallischem Kupfer reduziert.

\mathrm{Cu_2O + H_2 \longrightarrow 2 \ Cu + H_2O}

Kupfer(I)-oxid reagiert mit verdünnter Schwefelsäure zu Kupfer(II)-sulfat und metallischem Kupfer (Disproportionierung).

\mathrm{Cu_2O + H_2SO_4 \longrightarrow CuSO_4 + Cu + H_2O}

Kupfer(I)-oxid reagiert mit verdünnter Salpetersäure zu Kupfer(II)-nitrat und metallischem Kupfer (Disproportionierung).

\mathrm{Cu_2O + 2 \ HNO_3 \longrightarrow Cu(NO_3)_2 + Cu + H_2O}

Es besitzt eine kubische Kristallstruktur mit der Raumgruppe Pn3m (a = 4,268) und eine Bildungsenthalpie von −170,3 kJ/mol.[5]

Verwendung[Bearbeiten]

Kupfer(I)-oxid wird für fäulnishemmende Anstriche verwendet, beispielsweise für Schiffsanstriche. Das in Lösung gehende Kupfer ist giftig für Algen und hemmt deren Ansatz auf den Schiffswänden. Daneben wird Kupfer(I)-oxid als Ausgangsstoff für die Herstellung von verschiedenen Kupferverbindungen genutzt. Weitere Anwendung findet es als Pigment zum Rotfärben von Glas und Emaille, zur Herstellung von Goldfluss, als Fungizid und als Katalysator.

Kupfer(I)-oxid ist auch ein Halbleiter mit einer direkten Bandlücke von ca. 2 eV und wurde schon in den 1920er Jahren für den Bau von Gleichrichterdioden verwendet. Solche Kupferoxydul-Gleichrichter bestanden aus mit Cu2O beschichteten Kupferscheiben. Selen und später Germanium und Silicium haben Cu2O später als Halbleitermaterial verdrängt, jedoch werden bis heute Grundlagenuntersuchungen an Cu2O durchgeführt, weil in diesem Material sehr leicht Exzitonen angeregt werden können.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c d e f g Eintrag zu Kupfer(I)-oxid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 8. Dez. 2007 (JavaScript erforderlich)
  2. a b Thieme Römpp Online:Kupferoxide, abgerufen am 27. Juli 2011.
  3. a b Eintrag aus der CLP-Verordnung zu CAS-Nr. 1317-39-1 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA (JavaScript erforderlich)
  4. Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Gemischen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.
  5.  Georg Brauer: Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie, Band II, Seite 979. 1978, ISBN 3-432-87813-3.

Weblinks[Bearbeiten]