kalium – kalsium – skandium

Mg
Ca
Sr

Yleistä
Nimi, Symboli, numero kalsium, Ca, 20
Sarja emäksinen maametalli
Ryhmä, Jakso, Lohko 2 (IIA), 4, s
Tiheys, Kovuus 1550 kg/m3, 1.75
Eritys hopeanvalkoinen
Atomiominaisuudet
Atomipaino 40,078 amu
Atomisäde (lask.) 180 (194) pm
Kovalenttinen säde 174 pm
van der Waals. säde ei tietoa
Elektronikonfiguraatio 4s2
e- ’s per energiataso 2, 8, 8, 2
Hapetustilat (oksidi) 2 (vahva emäs)
Kiderakenne Kuutiomainen kasvokeskitetty
Fysikaaliset ominaisuudet
Tila Aineen olomuoto kiinteä (paramagneettinen)
Sulamispiste 1115 K (1548°F)
Kiehumispiste 1757 K (2703°F)
Molaarinen tilavuus 26.20 ×10-6 m3/mol
Höyrystymislämpö 153.6 kJ/mol
Sulamislämpö 8.54 kJ/mol
Höyrynpaine 254 Pa 1112 K:ssa
Äänen nopeus 3810 m/s lämpötilassa 293.15 K
Muuta
Elektronegatiivisuus 1.00 (Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti 632 J/(kg*K)
Sähkönjohtavuus 29.8 106/m ohm
Lämmönjohtavuus 201 W/(m*K)
1. ionisaatiopotentiaali 589.8 kJ/mol
2. ionisaatiopotentiaali 1145.4 kJ/mol
3. ionisaatiopotentiaali 4912.4 kJ/mol
Vakaimmat isotoopit

Ca on stabiili 24 neutronilla

iso NA half-life DM DE MeV DP
40Ca 96.941% Ca on stabiili 20 neutronilla
41Ca {syn.} 103,000 y µ 0.421 41K
42Ca 0.647% Ca on stabiili 22 neutronilla
43Ca 0.135% Ca on stabiili 23 neutronilla
44Ca 2.086%
46Ca 0.004% Ca on stabiili 26 neutronilla
48Ca 0.187% >6×1018 y 4.272 48Ti
SI-yksikköä & STP käytetään, ellei toisin mainita.

Kalsium on jaksollisen järjestelmän kemiallinen alkuaine, jonka symboli on Ca ja järjestysluku 20. Kalsium on pehmeä harmaa maa-alkalimetalli, jota käytetään pelkistysaineena toriumin, zirkoniumin ja uraanin uuttamisessa. Tämä alkuaine on myös maankuoren viidenneksi runsain alkuaine. Se on välttämätön eläville organismeille, erityisesti solujen fysiologiassa.

Huomattavat ominaisuudet

Kalsium on melko kova alkuaine, joka puhdistetaan elektrolyysillä kalsiumfluoridista, joka palaa keltapunaisella liekillä ja muodostaa valkoisen nitridipinnoitteen altistuessaan ilmalle. Se reagoi veden kanssa syrjäyttäen vetyä ja muodostaen kalsiumhydroksidia.

Sovellukset

Kalsium on tärkeä osa terveellistä ruokavaliota. Sen vähäinen puute voi vaikuttaa luuston ja hampaiden muodostumiseen. Sen ylimäärä voi johtaa munuaiskiviin. D-vitamiinia tarvitaan kalsiumin imeytymiseen. Maitotuotteet ovat erinomainen kalsiumin lähde.

Lisätietoa Ca:sta elävässä luonnossa, katso kalsium biologiassa.

Muihin käyttötarkoituksiin kuuluu:

  • Vähennysaine muiden metallien, kuten uraanin, zirkoniumin ja toriumin uuttamisessa.
  • Deoksidointiaine, rikinpoistoaine tai hiilenpoistoaine erilaisille rauta- ja ei-rautaseoksille.
  • Legointiaine, jota käytetään alumiini-, beryllium-, kupari-, lyijy- ja magnesiumseosten valmistuksessa.

Historia

(lat. calx, kalkki) Roomalaiset valmistivat ja käyttivät kalkkia jo 1. vuosisadalla, mutta kalsium löydettiin vasta 1808. Saatuaan tietää, että Berzelius ja Pontin valmistivat kalsiumamalgaamia elektrolysoimalla kalkkia elohopeassa, Sir Humphry Davy pystyi eristämään epäpuhtaan metallin.

Esiintyminen

Kalsium on viidenneksi yleisin alkuaine maankuoressa (muodostuu yli 3 %:n osuudella), ja se on olennainen osa lehtiä, luita, hampaita ja kuoria. Koska kalsium reagoi kemiallisesti ilman ja veden kanssa, sitä ei koskaan tavata luonnossa sitoutumattomana muihin alkuaineisiin, paitsi elävissä organismeissa, joissa Ca2+ on avainasemassa solujen fysiologiassa. Tätä metallista alkuaineita esiintyy runsaasti kalkkikivessä, kipsissä ja fluoriitissa. Apatiitti on kalsiumin fluorofosfaatti tai kloorifosfaatti. Puhtaan kalsiumin eristämiseen voidaan käyttää sulan kalsiumkloridin (CaCl2) elektrolyysiä.
Isolointi (* seuraa):
katodi: Ca2+* + 2e- –> Ca
anodi: Cl-* –> ½Cl2 (kaasu) + e-

Yhdisteet

Savukalkkia (CaO) käytetään monissa kemiallisissa jalostusprosesseissa, ja sitä valmistetaan kuumentamalla ja lisäämällä varovasti vettä kalkkikiveen. Kun CaO sekoitetaan hiekkaan, se kovettuu laastiksi ja muuttuu kipsiksi hiilidioksidin avulla. Muiden yhdisteiden kanssa sekoitettuna CaO muodostaa tärkeän osan portlandsementistä.

Kun vesi suotautuu kalkkikiven tai muun liukoisen karbonaattikiven läpi, se osittain liuottaa osan kivestä ja aiheuttaa luolien muodostumista ja niille tyypillisiä tippukiviä ja tippukiviä sekä muodostaa myös kovaa vettä. Muita tärkeitä kalsiumyhdisteitä ovat nitraatti, sulfidi, kloridi, karbidi, syanamidi ja hypokloriitti.

Isotoopit

Kalsiumilla on kuusi stabiilia isotooppia, joista kahta esiintyy luonnossa: stabiilia Ca-40:tä ja radioaktiivista Ca-41:tä, jonka puoliintumisaika on = 103 000 vuotta. Alkuaineesta 97 % on Ca-40-muodossa. Ca-40 on yksi K-40:n hajoamisen tyttötuotteista yhdessä Ar-40:n kanssa. Vaikka K-Ar-datointia on käytetty laajalti geologisissa tieteissä, Ca-40:n yleisyys luonnossa on estänyt sen käytön datoinnissa. K-Ca-iän määrittämiseen on käytetty tekniikoita, joissa on käytetty massaspektrometriaa ja kaksinkertaista piikki-isotooppilaimennusta. Toisin kuin ilmakehässä syntyvät kosmogeeniset isotoopit, Ca-41 syntyy Ca-40:n neutroniaktivaatiosta. Suurin osa sen tuotannosta tapahtuu maaperän pylvään noin metrin yläosassa, jossa kosmogeeninen neutronivirta on vielä riittävän voimakas. Ca-41 on saanut paljon huomiota tähtitutkimuksissa, koska Ca-41 hajoaa K-41:ksi, joka on kriittinen indikaattori aurinkokunnan poikkeavuuksista.