Fakta om koppar

Blankt, rödaktigt koppar var den första metallen som manipulerats av människor, och den är fortfarande en viktig metall i industrin idag. 

Det äldsta metallföremålet som finns i Mellanöstern består av koppar; Det var ett litet ställe som går tillbaka till 5100 B.C. Och den amerikanska öre var ursprungligen gjord av ren koppar (även om den idag är 97,5 procent zink med en tunn kopparskinn).

Koppar rankas som den tredje mest konsumerade industriella metallen i världen efter järn och aluminium, enligt U.S. Geological Survey (USGS). Cirka tre fjärdedelar av kopparen går till tillverkning av elektriska ledningar, telekommunikationskablar och elektronik. 

Förutom guld är koppar den enda metallen på det periodiska bordet vars färg inte är naturligt silver eller grått.

Kemisk beskrivning

• Atomnummer (antal protoner i kärnan): 29
• Atomsymbol (på det periodiska elementet): Cu
• Atomvikt (atomens medelmassa): 63,55
• Densitet: 8,92 gram per kubikcentimeter
• Fas vid rumstemperatur: fast
• Smältpunkt: 1 984,32 grader Fahrenheit (1 084,62 grader Celsius)
• Kokpunkt: 3301 grader F (2 927 grader C)
• Antal isotoper (atomer av samma element med ett annat antal neutroner): 35; 2 stabil
• Vanliga isotoper: Cu-63 (69,15 procent naturligt överflöd) och Cu-65 (30,85 procent naturligt överflöd)

Historia och egenskaper

Det mesta koppar förekommer i malmer och måste smältas eller utvinnas ur malm för renhet innan det kan användas. Men naturliga kemiska reaktioner kan ibland släppa nativt koppar, enligt kemikdatabasens webbplats, Chemicool.

Människor har tillverkat saker av koppar i minst 8000 år och räknat ut hur man smälter metallen med cirka 4500 B.C. Nästa tekniska språng var att skapa kopparlegeringar genom att tillsätta tenn till koppar, vilket skapade en hårdare metall än dess enskilda delar: brons. Den tekniska utvecklingen inleddes under bronsåldern, en period som täckte ungefär 3300 till 1200 f.Kr., och skiljs ut med användning av bronsverktyg och vapen, enligt History.

Kopparföremål strö över hela den historiska posten. Arkeologer upptäckte ett litet, eller spetsigt verktyg, daterat till 5100 f.Kr., som begravdes med en medelålders kvinna i en gammal by i Israel. Naken representerar det äldsta metallobjektet som någonsin hittats i Mellanöstern. Kopparen kom troligen från Kaukasusregionen, belägen i den bergiga regionen som täcker sydöstra Ryssland, Armenien, Azerbajdzjan och Georgien mer än 1 000 mil bort, enligt artikel 2014 publicerad i PLOS ONE. I antika Egypten använde människor kopparlegeringar för att tillverka smycken, inklusive tåringar. Forskare har också hittat massiva koppargruvor från 1000-talet f.Kr. i Israel.

Cirka två tredjedelar av koppar på jorden finns i stolliga (vulkaniska) bergarter, och cirka en fjärdedel förekommer i sedimentära bergarter, enligt USGS. Metallen är mjuk och formbar och leder väl värme och elektricitet - anledningar till att koppar används allmänt inom elektronik och kabeldragning.

Koppar blir grönt på grund av en oxidationsreaktion; det betyder att den tappar elektroner när den utsätts för vatten och luft. Den resulterande kopparoxiden är en tråkig grön. Denna oxidationsreaktion är anledningen till att den kopparpläterade Frihetsgudinnan är grön snarare än orange-röd. Enligt kopparutvecklingsförbundet väder ett väderbitet skikt av kopparoxid endast 0,005 tum (0,127 mm) tjocka lager Lady Liberty, och täckningen väger cirka 80 ton (73 metriska ton). Förändringen från kopparfärgad till grön inträffade gradvis och var färdig 1920, 34 år efter att statyn tillägnades och avslöjades, enligt New York Historical Society. 

Vem visste? 

Här är några intressanta fakta om koppar:

• Enligt Peter van der Krogt, en holländsk historiker, har ordet "koppar" flera rötter, av vilka många kommer från det latinska ordet cuprum som härleddes från frasen Cyprium aes, vilket betyder "en metall från Cypern", eftersom mycket av koppar som användes vid den tiden bryts ut på Cypern.
• Om alla kopparkablar i en genomsnittlig bil skulle läggas ut skulle det sträcka sig 1,5 mil (1,5 km), enligt USGS. 
• Det elektriska ledningsförmågan (hur lätt en ström kan rinna genom metallen) av koppar är bara den som är silver, enligt Jefferson Laboratory.
• Pennor var gjorda av ren koppar endast från 1783 till 1837. Från 1837 - 1857 pennies gjorda av brons (95 procent koppar, med de återstående 5 procenten bestod av tenn och zink). 1857 sjönk mängden koppar i öre till 88 procent (de återstående 12 procenten var nickel) och återvände till sitt tidigare recept 1864. 1962 ändrades ett pennys innehåll till 95 procent koppar och 5 procent zink. Från 1982 till och med idag är pennies 97,5 procent zink och 2,5 procent koppar. 
• Människor behöver koppar i sina dieter. Metallen är ett viktigt spårmineral som är avgörande för att bilda röda blodkroppar, enligt U.S. National Library of Medicine. Lyckligtvis finns koppar i en mängd olika livsmedel, inklusive korn, bönor, potatis och bladgrönsaker.
• För mycket koppar är dock en dålig sak. Förtäring av höga halter av metallen kan orsaka magsmärta, kräkningar och gulsot (en gulaktig färg i huden och vita ögon som kan indikera att levern inte fungerar korrekt) på kort sikt. Långvarig exponering kan leda till symtom som anemi, kramper och diarré som ofta är blodig och kan vara blå.
• Ibland finns ökade nivåer av koppar i vattenförsörjningen på grund av gamla kopparrör. I augusti 2018 stängde till exempel det offentliga skolsystemet i Detroit av allt dricksvatten i offentliga skolor som en försiktighetsåtgärd på grund av höga nivåer av koppar och järn som finns i vattnet, enligt Seattle Times.
• Koppar har antimikrobiella egenskaper och dödar bakterier, virus och jäst vid kontakt, enligt ett papper från 2011 i tidskriften Applied and Environmental Microbiology. Som ett resultat kan koppar till och med vävas i tyger för att göra antimikrobiella plagg, som strumpor som bekämpar svamp i foten.
• Koppar ingår också i vissa typer av intrauterina enheter (IUD) som används för födelsekontroll, enligt Mayo Clinic. Kopparledningarna skapar en inflammatorisk reaktion som är giftig för både spermier och ägg för att förhindra graviditet. Det finns, med alla medicinska förfaranden, en risk för biverkningar. Även om kopparoxicitet inte verkar vara en, enligt en 2017-artikel publicerad i Medical Science Monitor.

Nuvarande forskning

Medicin: Coppers antimikrobiella egenskaper har gjort det till en populär metall inom det medicinska området. Flera sjukhus har experimenterat med att täcka ofta rörda ytor, som sängskenor och anropsknappar, med koppar eller kopparlegeringar i ett försök att bromsa spridningen av sjukhusförvärvade infektioner. Koppar dödar mikrober genom att störa den elektriska laddningen av organismernas cellmembran, säger Cassandra Salgado, professor i infektionssjukdomar och sjukhusepidemiolog vid Medical University of South Carolina.

Under 2013 testade ett team av forskare under ledning av Salgado testade ytor i intensivvårdsenheter (ICU: er) på tre sjukhus och jämför rum modifierade med kopparytor fästa till sex vanliga föremål som utsätts för många händer till rum som inte är modifierade med koppar. Forskarna fann att i de traditionella sjukhusrummen (de utan kopparytor) utvecklade 12,3 procent av patienterna antibiotikaresistenta infektioner såsom meticillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA) och vankomycinresistent Enterococcus (VRE). Som jämförelse, i de kopparmodifierade rummen, fick endast 7,1 procent av patienterna en av dessa potentiellt förödande infektioner.

"Vi vet att om du lägger koppar i en patients rum, kommer du att minska den mikrobiella bördan," berättade Salgado. "Jag tror att det är något som har visats gång på gång. Vår studie var den första som visade att det kunde vara en klinisk fördel med detta."

Forskarna ändrade inget annat om ICU-förhållandena utöver koppar; läkare och sjuksköterskor tvättade fortfarande händerna och städningen fortsatte som vanligt. Forskarna publicerade sina resultat 2013 i tidskriften Infection Control and Hospital Epidemiology.

Salgado och hennes team har också testat kopparfoder på stetoskop, enligt en artikel 2017 publicerad i American Journal of Infection Control, där forskarna fann att det fanns betydligt färre bakterier på kopparbelagda stetoskop och 66 procent av stetoskopet var helt gratis av bakterier. Ytterligare forskning fortsätter att testa idén om kopparplätering i andra medicinska avdelningar, särskilt i områden där patienter är mer rörliga än i ICU. Det måste också göras en kostnads-nyttoanalys som väger kostnaden för kopparinstallation mot de besparingar som uppnås genom att förhindra dyra infektioner, sade hon. 

Elektronik: Koppar spelar också en enorm roll inom elektronik, och på grund av dess överflöd och låga pris, arbetar forskare för att integrera metallen i ett ökande antal avancerade enheter. 

I själva verket kan koppar hjälpa till att producera futuristiska elektroniska papper, bärbara biosensorer och annan "mjuk" elektronik, säger Wenlong Cheng, professor i kemiteknik vid Monash University i Australien. Cheng och hans kollegor har använt koppar-nanotrådar för att skapa en "airgel-monolit", ett material som är mycket poröst, mycket lätt och tillräckligt starkt för att stå upp på egen hand, liknande en torr kökssvamp. Tidigare har dessa airgel-monolit tillverkats av guld eller silver, men koppar är ett mer ekonomiskt alternativ. 

Genom att blanda koppar-nanotrådar med små mängder polyvinylalkohol skapade forskarna airgel-monoliter som kunde förvandlas till ett slags skivbart, formbart gummi som leder elektricitet. Forskarna rapporterade sina resultat 2014 i tidskriften ACS Nano. Det ultimata resultatet kan vara en mjuk kropp, eller en medicinsk sensor som smälter perfekt till krökt hud, berättade Cheng. Han och hans team arbetar för närvarande med att skapa blodtrycks- och kroppstemperatursensorer av koppar-airgel-monolit - ett annat sätt koppar kan hjälpa till att övervaka människors hälsa.

Fysik: I ett experiment 2014 blev en kopparbit den kallaste kubikmeter (35,3 kubikfot) på jorden när forskare kylde den till 6 millikelvin eller sex tusendels grad över en absoluta noll (0 kelvin). Detta är det närmaste ett ämne av denna massa och volym någonsin nått noll.

Forskare vid italienska National Institute for Nuclear Physics lägger 880 lb. (400 kg) kopparkub inne i en behållare som kallas en kryostat som är speciellt utformad för att hålla föremål extremt kalla. Detta är den första kryostaten, eller enheten för att hålla saker vid låga temperaturer, som kan hålla ämnen så nära absolut noll.

Att bygga kryostat för extrem temperatur är bara det första steget i ett nytt experiment där kryostaten kommer att fungera som en partikeldetektor. Forskare hoppas att detektorn, som håller på att tas i drift enligt en statusuppdatering 2018, kommer att avslöja mer om de subatomära partiklarna som kallas neutrino och varför det finns så mycket mer materia än antimateria i universum.

Lantbruk: Forskare vid Cornell University har studerat effekterna av kopparbrister i grödor, särskilt vete. Vete är en av de viktigaste livsmedel i världen, och kopparbrister kan leda till både lägre grödor och lägre fruktbarhet.

Forskarna har studerat hur växter absorberar och bearbetar koppar. De har hittat två proteiner i vete, AtCITF1 och AtSPL7, som är avgörande för upptag och leverans av koppar till vetens reproduktionsorgan, enligt U.S. Department of Agriculture.

Tidiga tester har visat att när koppar och andra näringsämnen berikas i marken och sedan absorberas av vete, ökar skörden med så mycket som sju gånger. Även om kunskapen om koppar och andra mineraler är känd för att vara gynnsam för hälsa och fertilitet för grödor, är hur och varför faktum inte väl förstått. Kunskapen om varför koppar är fördelaktigt och hur den fungerar i en växts tillväxt och reproduktion kan vidare användas på grödor som ris, korn och havre, och kan introducera dessa grödor med ett mineralrikt gödselmedel, som inkluderar koppar, till jord som en gång var olämplig för jordbruk.

Ytterligare resurser

• American Cancer Society undersöker forskning om koppar och hävdar att det kan ha en roll för att förebygga eller behandla cancer.
• Miljöskyddsbyrån ger information om exponering för höga kopparnivåer och effekterna av kopparkorrosion i hushållsrör.
• Thomas Jefferson National Accelerator-anläggningen (Jefferson Lab) utforskar kopparnas historia och användning.

Den här artikeln uppdaterades 12 september 2018 av bidragsgivaren Rachel Ross.