Grundämnet kalcium — Kalciumatom

Calcium är ett kemiskt grundämne i det periodiska systemet som har symbolen Ca och atomnummer 20. Kalcium är en mjuk grå alkalisk jordartsmetall som används som reduktionsmedel vid utvinning av torium, zirkonium och uran. Detta grundämne är också det femte vanligaste grundämnet i jordskorpan. Det är essentiellt för levande organismer, särskilt i cellfysiologin.

Noterade egenskaper

Calcium är ett ganska hårt grundämne som renas genom elektrolys från kalciumfluorid som brinner med en gulröd låga och bildar en vit nitridbeläggning när den utsätts för luft. Det reagerar med vatten och tränger undan väte och bildar kalciumhydroxid.

Kalcium är en viktig komponent i en hälsosam kost. Dess mindre brist kan påverka bildandet av ben och tänder. Dess överskott kan leda till njursten. D-vitamin behövs för att absorbera kalcium. Mejeriprodukter är en utmärkt källa till kalcium.

För mer information om Ca i den levande naturen, se kalcium i biologin.

Andra användningsområden är bland annat:

• Reducerande medel vid utvinning av andra metaller som uran, zirkonium och torium.
• Desoxidationsmedel, avsvavlingsmedel eller avkolningsmedel för olika järn- och icke-järnlegeringar.
• Legeringsmedel som används vid tillverkning av legeringar av aluminium, beryllium, koppar, bly och magnesium.

Historia

(latin calx, kalk) Kalk framställdes och användes av romarna redan på 1000-talet, men kalcium upptäcktes inte förrän 1808. Efter att ha fått veta att Berzelius och Pontin framställde kalciumamalgam genom att elektrolysa kalk i kvicksilver kunde Sir Humphry Davy isolera den orena metallen.

Förekomst

Kalcium är det femte vanligaste grundämnet i jordskorpan (bildar mer än 3 %) och är en väsentlig del av blad, ben, tänder och skal. På grund av sin kemiska reaktivitet med luft och vatten förekommer kalcium aldrig i naturen obundet till andra grundämnen, utom i levande organismer där Ca2+ spelar en nyckelroll i cellfysiologin. Detta metalliska grundämne finns i stora mängder i kalksten, gips och fluorit. Apatit är kalciums fluor- eller klorfosfat. Elektrolys av smält kalciumklorid (CaCl2) kan användas för att isolera rent kalcium.
Isolering (* följer):
katod: Ca2+* + 2e- –> Ca
anod: Cl-* –> ½Cl2 (gas) + e-

Föreningar

Kickalk (CaO) används i många kemiska raffinaderiprocesser och framställs genom att man värmer och försiktigt tillsätter vatten till kalksten. När CaO blandas med sand hårdnar det till ett murbruk och omvandlas till gips genom koldioxidupptag. Blandat med andra föreningar utgör CaO en viktig del av Portlandcement.

När vatten perkolerar genom kalksten eller andra lösliga karbonatstenar löser det delvis upp en del av berget och orsakar grottbildning och karakteristiska stalaktiter och stalagmiter och bildar även hårt vatten. Andra viktiga kalciumföreningar är nitrat, sulfid, klorid, karbid, cyanamid och hypoklorit.

Isotoper

Kalcium har sex stabila isotoper, varav två förekommer i naturen: stabilt Ca-40 och radioaktivt Ca-41 med en halveringstid = 103 000 år. 97 procent av grundämnet finns i form av Ca-40. Ca-40 är en av dotterprodukterna från K-40-sönderfallet, tillsammans med Ar-40. Medan K-Ar-datering har använts flitigt inom geologiska vetenskaper har förekomsten av Ca-40 i naturen hindrat dess användning vid datering. Tekniker som använder sig av masspektrometri och en isotoputspädning med dubbel spik har använts för K-Ca åldersdatering. Till skillnad från kosmogena isotoper som produceras i atmosfären produceras Ca-41 genom neutronaktivering av Ca-40. Den största delen av dess produktion sker i den övre metern eller så av jordkolumnen där det kosmogena neutronflödet fortfarande är tillräckligt starkt. Ca-41 har fått mycket uppmärksamhet i stjärnstudier eftersom Ca-41 sönderfaller till K-41, en kritisk indikator för anomalier i solsystemet.