Kalium – Kalzium – Scandium

Mg
Ca
Sr

Allgemein
Name, Symbol, Zahl Calcium, Ca, 20
Serie Alkali-Erdmetall
Gruppe, Periode, Block 2 (IIA), 4, s
Dichte, Härte 1550 kg/m3, 1.75
Aussehen silbrig weiß
Atomische Eigenschaften
Atomgewicht 40,078 amu
Atomradius (calc.) 180 (194) pm
Kovalenter Radius 174 pm
van der Waals Radius keine Information
Elektronenkonfiguration 4s2
e- pro Energieniveau 2, 8, 8, 2
Oxidationsstufen (Oxid) 2 (starke Base)
Kristallstruktur Kubusflächenzentriert
Physikalische Eigenschaften
Zustand der Materie fest (paramagnetisch)
Schmelzpunkt 1115 K (1548°F)
Siedepunkt 1757 K (2703°F)
Molvolumen 26.20 ×10-6 m3/mol
Verdampfungswärme 153,6 kJ/mol
Schmelzwärme 8.54 kJ/mol
Dampfdruck 254 Pa bei 1112 K
Schallgeschwindigkeit 3810 m/s bei 293.15 K
Sonstiges
Elektronegativität 1.00 (Pauling-Skala)
Spezifische Wärmekapazität 632 J/(kg*K)
Elektrische Leitfähigkeit 29.8 106/m ohm
Wärmeleitfähigkeit 201 W/(m*K)
1. Ionisierungspotential 589.8 kJ/mol
2. Ionisierungspotential 1145.4 kJ/mol
3. Ionisierungspotential 4912.4 kJ/mol
Stabilste Isotope
iso NA halb-.Leben DM DE MeV DP
40Ca 96.941% Ca ist mit 20 Neutronen stabil
41Ca {syn.} 103.000 y µ 0,421 41K
42Ca 0.647% Ca ist stabil mit 22 Neutronen
43Ca 0.135% Ca ist stabil mit 23 Neutronen
44Ca 2,086% Ca ist stabil mit 24 Neutronen
46Ca 0.004% Ca ist stabil mit 26 Neutronen
48Ca 0,187% >6×1018 y 4.272 48Ti
SI-Einheiten & STP werden verwendet, sofern nicht anders angegeben.

Kalzium ist ein chemisches Element im Periodensystem mit dem Symbol Ca und der Ordnungszahl 20. Calcium ist ein weiches graues Erdalkalimetall, das als Reduktionsmittel bei der Gewinnung von Thorium, Zirkonium und Uran verwendet wird. Es ist außerdem das fünfthäufigste Element in der Erdkruste. Es ist für lebende Organismen, insbesondere in der Zellphysiologie, unentbehrlich.

Nennenswerte Eigenschaften

Calcium ist ein ziemlich hartes Element, das durch Elektrolyse aus Calciumfluorid gereinigt wird, das mit gelb-roter Flamme brennt und an der Luft einen weißen Nitridüberzug bildet. Es reagiert mit Wasser unter Verdrängung von Wasserstoff und bildet Calciumhydroxid.

Anwendungen

Calcium ist ein wichtiger Bestandteil einer gesunden Ernährung. Sein geringer Mangel kann die Knochen- und Zahnbildung beeinträchtigen. Sein Überschuss kann zu Nierensteinen führen. Für die Aufnahme von Kalzium wird Vitamin D benötigt. Milchprodukte sind eine ausgezeichnete Kalziumquelle.

Weitere Informationen über Kalzium in der belebten Natur finden Sie unter Kalzium in der Biologie.

Weitere Verwendungen sind:

  • Reduktionsmittel bei der Gewinnung anderer Metalle wie Uran, Zirkonium und Thorium.
  • Desoxidationsmittel, Entschwefelungsmittel oder Entkohlungsmittel für verschiedene Eisen- und Nichteisenlegierungen.
  • Legierungsmittel, das bei der Herstellung von Aluminium-, Beryllium-, Kupfer-, Blei- und Magnesiumlegierungen verwendet wird.

Geschichte

(lateinisch calx, Kalk) Kalk wurde bereits im 1. Jahrhundert von den Römern hergestellt und verwendet, aber Kalzium wurde erst 1808 entdeckt. Nachdem Sir Humphry Davy erfahren hatte, dass Berzelius und Pontin Kalziumamalgam durch Elektrolyse von Kalk in Quecksilber herstellten, konnte er das unreine Metall isolieren.

Vorkommen

Kalzium ist das fünfthäufigste Element in der Erdkruste (es bildet mehr als 3 %) und ist ein wesentlicher Bestandteil von Blättern, Knochen, Zähnen und Schalen. Aufgrund seiner chemischen Reaktivität mit Luft und Wasser ist Calcium in der Natur nie ungebunden an andere Elemente zu finden, außer in lebenden Organismen, wo Ca2+ eine Schlüsselrolle in der Zellphysiologie spielt. Dieses metallische Element ist in Kalkstein, Gips und Fluorit in großen Mengen enthalten. Apatit ist das Fluorophosphat oder Chlorophosphat von Calcium. Durch Elektrolyse von geschmolzenem Calciumchlorid (CaCl2) kann reines Calcium isoliert werden.
Isolation (* folgen):
Kathode: Ca2+* + 2e- –> Ca
Anode: Cl-* –> ½Cl2 (Gas) + e-

Verbindungen

Branntkalk (CaO) wird in vielen chemischen Raffinerieprozessen verwendet und wird durch Erhitzen und vorsichtige Zugabe von Wasser zu Kalkstein hergestellt. Wenn CaO mit Sand gemischt wird, härtet es zu einem Mörtel aus und wird durch die Aufnahme von Kohlendioxid in Gips verwandelt. Zusammen mit anderen Verbindungen bildet CaO einen wichtigen Bestandteil von Portlandzement.

Wenn Wasser durch Kalkstein oder andere lösliche Karbonatgesteine sickert, löst es einen Teil des Gesteins auf und führt zur Bildung von Höhlen und den charakteristischen Stalaktiten und Stalagmiten und bildet auch hartes Wasser. Andere wichtige Calciumverbindungen sind Nitrat, Sulfid, Chlorid, Carbid, Cyanamid und Hypochlorit.

Isotope

Calcium hat sechs stabile Isotope, von denen zwei in der Natur vorkommen: stabiles Ca-40 und radioaktives Ca-41 mit einer Halbwertszeit von 103.000 Jahren. 97 % des Elements liegen in Form von Ca-40 vor. Ca-40 ist eines der Tochterprodukte des K-40-Zerfalls, zusammen mit Ar-40. Während die K-Ar-Datierung in den geologischen Wissenschaften ausgiebig genutzt wurde, hat das Vorkommen von Ca-40 in der Natur ihre Verwendung bei der Datierung erschwert. Für die K-Ca-Altersdatierung wurden Techniken der Massenspektrometrie und eine doppelte Spike-Isotopenverdünnung eingesetzt. Im Gegensatz zu kosmogenen Isotopen, die in der Atmosphäre erzeugt werden, wird Ca-41 durch Neutronenaktivierung von Ca-40 erzeugt. Der größte Teil seiner Produktion findet in den oberen Metern der Bodensäule statt, wo der kosmogene Neutronenfluss noch ausreichend stark ist. Ca-41 hat in der Sternforschung große Aufmerksamkeit erregt, weil Ca-41 zu K-41 zerfällt, einem wichtigen Indikator für Anomalien im Sonnensystem.