Kupfer(II)-oxid

Kupfer(II)-oxid (früher Kupferasche, Kupferrost, gebranntes Kupfer, Kupferhammerschlag oder Kupferschlag sowie Kupferkalk und lateinisch aes ustum bzw. es ustum genannt) ist eine chemische Verbindung, die Kupfer-Ionen (Cu2+) und Oxid-Ionen (O2-) enthält. In diesem Oxid mit der Summenformel CuO ist Kupfer zweiwertig. Kupfer(II)-oxid ist ein schwarzer, amorpher oder kristalliner Feststoff.

Vorkommen

In der Natur kommt Kupfer(II)-oxid als das Mineral Tenorit vor. Tenorit entsteht bei der Verwitterung von Kupfersulfiden und findet sich daher üblicherweise in oxidierten Teilen von Kupfervorkommen. Das Mineral ist nach dem italienischen Botaniker Michele Tenore benannt.

Gewinnung und Darstellung

Kupfer(II)-oxid kann durch thermische Zersetzung (Pyrolyse) von Kupfer(II)-nitrat oder basischem Kupfercarbonat dargestellt werden.

$\mathrm{2}\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{⟶}\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

Kupfer(II)-oxid kann auch durch Erwärmen von (frisch gefälltem) Kupfer(II)-hydroxid hergestellt werden. Das Kupfer(II)-hydroxid wird durch Zugabe von Alkalihydroxiden zu einer Cu(II)-Salzlösung ausgefällt.

$\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{O}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{\mathrm{-}}\mathrm{⟶}\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\downarrow }$

Kupfer(II)-oxid bildet sich zusammen mit Kupfer(I)-oxid beim Erhitzen von metallischem Kupfer auf Rotglut an Luft.

Früher wurde Aes ustum („gebranntes Erz“) gewonnen durch schichtweises Einbringung von Kupferblechen mit Kochsalz in einen verschließbaren Schmelztiegel und zwölf Stunden weißgeglüht. Der Glührückstand wurde pulverisiert und mit Wasser ausgelaugt.

Eigenschaften

Kupfer(II)-oxid

Kupfer(II)-oxid ist unlöslich in Wasser und Alkoholen. Dagegen ist es in verdünnten Säuren löslich. Durch Eindampfen können die entsprechenden Kupfer(II)-salze erhalten werden. Kupfer(II)-oxid ist unter Komplexbildung in Ammoniakwasser löslich.

Kupfer(II)-oxid adsorbiert leicht Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid und andere Gase.

Beim Erhitzen über etwa 800 °C wird Kupfer(II)-oxid unter Sauerstoffabgabe zu Kupfer(I)-oxid reduziert.

$\mathrm{4}\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{O}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{u}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

Werden metallisches Kupfer und Kupfer(II)-oxid zusammen erhitzt entsteht ebenfalls Kupfer(I)-oxid.

$\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{⟶}\mathrm{C}{\mathrm{u}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Kupfer(II)-oxid wird bei erhöhter Temperatur durch verschiedene Reduktionsmittel (beispielsweise Kohlenstoff, Kohlenmonoxid, Wasserstoff) zu metallischem Kupfer reduziert.

$\mathrm{2}\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{C}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{O}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Beim Erhitzen von Kupfer(II)-oxid mit Fluorwasserstoff auf 400 °C wird Kupfer(II)-fluorid gebildet.

$\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{F}\mathrm{⟶}\mathrm{C}\mathrm{u}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Es besitzt eine monokline Kristallstruktur mit der Vorlage:Raumgruppe (a = 4,683 Å, b = 3,423 Å, c = 5,129 Å, β = 95,54°). Seine Bildungsenthalpie beträgt −155,8 kJ/mol.

Verwendung

Kupfer(II)-oxid wird als Pigment zum Färben von Glas, Keramik, Porzellan und künstlichen Edelsteinen verwendet. Daneben findet es Anwendung als Kathodenmaterial in Batterien, als Katalysator, zur Entschwefelung von Erdöl und für fäulnishemmende Anstriche. Kupfer(II)-oxid wird auch als Ausgangsstoff für die Herstellung von verschiedenen Kupferverbindungen genutzt. Seit der Entdeckung der Supraleitung von Verbindungen von La₂CuO₄ (dotiert mit Strontium) und der nachfolgenden Entdeckung von weiteren über hundert ähnlichen Verbindungen, die zum größten Teil nicht ohne Kupfer und Sauerstoff auskommen, wird Kupfer(II)-oxid auch für die keramischen Supraleiter verwendet, die als zukunftsträchtige Materialien gelten.