Grundstoffet Calcium — Calciumatom

Calcium er et kemisk grundstof i det periodiske system, der har symbolet Ca og atomnummer 20. Calcium er et blødt gråt jordalkalimetall, der anvendes som reduktionsmiddel ved udvinding af thorium, zirconium og uran. Dette grundstof er også det femte mest hyppige grundstof i jordskorpen. Det er uundværligt for levende organismer, især i cellens fysiologi.

Noterede egenskaber

Calcium er et ret hårdt grundstof, der renses ved elektrolyse fra calciumfluorid, der brænder med en gulrød flamme og danner en hvid nitridbelægning, når det udsættes for luft. Det reagerer med vand ved at fortrænge hydrogen og danne calciumhydroxid.

Calcium er en vigtig bestanddel af en sund kost. Et mindre underskud heraf kan påvirke knogle- og tanddannelsen. Et overskud heraf kan føre til nyresten. D-vitamin er nødvendigt for at optage calcium. Mejeriprodukter er en fremragende kilde til calcium.

For mere information om Ca i den levende natur, se calcium i biologien.

Andre anvendelser omfatter:

• Reducerende middel i udvindingen af andre metaller såsom uran, zirconium og thorium.
• Desoxidationsmiddel, afsvovlingsmiddel eller afkullingsmiddel til forskellige jern- og ikke-jernholdige legeringer.
• Legeringsmiddel, der anvendes til fremstilling af legeringer af aluminium, beryllium, kobber, bly og magnesium.

Historie

(latin calx, kalk) Kalk blev fremstillet og anvendt af romerne allerede i det 1. århundrede, men calcium blev først opdaget i 1808. Efter at have erfaret, at Berzelius og Pontin fremstillede calciumamalgam ved at elektrolyse kalk i kviksølv, lykkedes det Sir Humphry Davy at isolere det urene metal.

Forekomst

Kalcium er det femte hyppigste grundstof i jordskorpen (danner mere end 3 %) og er en vigtig del af blade, knogler, tænder og skaller. På grund af dets kemiske reaktivitet med luft og vand findes calcium aldrig i naturen ubundet til andre grundstoffer, undtagen i levende organismer, hvor Ca2+ spiller en nøglerolle i cellens fysiologi. Dette metalliske grundstof findes i store mængder i kalksten, gips og fluorit. Apatit er calciumets fluorofosfat eller klorofosfat. Elektrolyse af smeltet calciumchlorid (CaCl2) kan anvendes til at isolere rent calcium.
Isolering (* følger):
katode: Ca2+* + 2e- –> Ca
anode: Cl-* –> ½Cl2 (gas) + e-

Forbindelser

Brødkalk (CaO) anvendes i mange kemiske raffinaderiprocesser og fremstilles ved at opvarme og forsigtigt tilsætte vand til kalksten. Når CaO blandes med sand, hærder det til en mørtel og omdannes til puds ved kuldioxidoptagelse. Blandet med andre forbindelser udgør CaO en vigtig del af Portlandcement.

Når vand siver gennem kalksten eller andre opløselige karbonatsten, opløser det delvis en del af stenen og forårsager grottedannelse og de karakteristiske stalaktitter og stalagmitter og danner også hårdt vand. Andre vigtige calciumforbindelser er nitrat, sulfid, chlorid, carbid, cyanamid og hypoklorit.

Isotoper

Calcium har seks stabile isotoper, hvoraf to forekommer i naturen: stabilt Ca-40 og radioaktivt Ca-41 med en halveringstid = 103.000 år. 97 % af grundstoffet findes i form af Ca-40. Ca-40 er et af datterprodukterne fra K-40-henfaldet sammen med Ar-40. Mens K-Ar-datering er blevet brugt i stor udstrækning inden for geologiske videnskaber, har forekomsten af Ca-40 i naturen forhindret dets anvendelse til datering. Der er blevet anvendt teknikker med massespektrometri og dobbelt spike-isotopfortynding til K-Ca-aldersdatering. I modsætning til kosmogene isotoper, der produceres i atmosfæren, produceres Ca-41 ved neutronaktivering af Ca-40. Det meste af produktionen finder sted i den øverste meter af jordsøjlen, hvor den kosmogene neutronstrøm stadig er tilstrækkelig stærk. Ca-41 har fået stor opmærksomhed i stjernestudier, fordi Ca-41 henfalder til K-41, som er en kritisk indikator for anomalier i solsystemet.