Welches der Folgenden interagiert nicht mit Calcium? Kalzium (chemisches Element). Chemische Eigenschaften von Calcium

Geschichte und Herkunft des Namens

Der Name des Elements kommt von lat. calx (im Genitiv Kalk) - "Kalk", "weicher Stein". Es wurde von dem englischen Chemiker Humphry Davy vorgeschlagen, der 1808 Calciummetall durch die elektrolytische Methode isolierte. Davy elektrolysierte eine Mischung aus nassem Kalkhydrat auf einer Platinplatte, die die Anode war. Als Kathode diente ein in Flüssigkeit getauchter Platindraht. Als Ergebnis der Elektrolyse wurde Calciumamalgam erhalten. Nachdem Davy Quecksilber daraus vertrieben hatte, erhielt er ein Metall namens Kalzium.

Isotope

Calcium kommt in der Natur als Mischung aus sechs Isotopen vor: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca und 48 Ca, von denen das häufigste – 40 Ca – 96,97 % ausmacht. Calciumkerne enthalten die magische Zahl an Protonen: Z= 20 . Isotope 40
20 Ca20
Und 48
20 Ca28
sind zwei der fünf doppelt magischen Kerne, die in der Natur existieren.

Von den sechs natürlich vorkommenden Calciumisotopen sind fünf stabil. Das sechste Isotop 48Ca, das schwerste der sechs und sehr selten (seine Isotopenhäufigkeit beträgt nur 0,187 %), unterliegt einem doppelten Beta-Zerfall mit einer Halbwertszeit von (4,39 ± 0,58)⋅10 19 Jahren.

In Steinen und Mineralien

Calcium, das in der Erdkruste stark wandert und sich in verschiedenen geochemischen Systemen anreichert, bildet 385 Minerale (vierter nach der Anzahl der Minerale).

Der größte Teil des Calciums ist in der Zusammensetzung von Silikaten und Alumosilikaten verschiedener Gesteine ​​​​(Granit, Gneise usw.) enthalten, insbesondere in Feldspat - Anorthit Ca.

Calciumminerale wie Calcit CaCO 3 , Anhydrit CaSO 4 , Alabaster CaSO 4 0,5H 2 O und Gips CaSO 4 2H 2 O, Fluorit CaF 2 , Apatite Ca 5 (PO 4) 3 (F, Cl, OH), Dolomit MgCO 3 CaCO 3 . Das Vorhandensein von Calcium- und Magnesiumsalzen in natürlichem Wasser bestimmt seine Härte.

Sedimentgestein, das hauptsächlich aus kryptokristallinem Calcit - Kalkstein besteht (eine seiner Sorten ist Kreide). Unter der Wirkung der regionalen Metamorphose wird Kalkstein in Marmor umgewandelt.

Migration in der Erdkruste

Bei der natürlichen Wanderung von Calcium spielt das „Carbonatgleichgewicht“ eine bedeutende Rolle, verbunden mit der reversiblen Reaktion der Wechselwirkung von Calciumcarbonat mit Wasser und Kohlendioxid unter Bildung von löslichem Bicarbonat:

(das Gleichgewicht verschiebt sich je nach Kohlendioxidkonzentration nach links oder rechts).

Biogene Migration spielt eine wichtige Rolle.

In der Biosphäre

Calciumverbindungen kommen in fast allen tierischen und pflanzlichen Geweben vor (siehe unten). Eine erhebliche Menge an Kalzium ist Bestandteil lebender Organismen. Also Hydroxyapatit Ca 5 (PO 4) 3 OH oder in einem anderen Eintrag 3Ca 3 (PO 4) 2 Ca (OH) 2 - die Basis des Knochengewebes von Wirbeltieren, einschließlich Menschen; Schalen und Schalen vieler Wirbelloser, Eierschalen usw. bestehen aus Calciumcarbonat CaCO 3. In lebenden Geweben von Menschen und Tieren 1,4-2% Ca (Massenanteil); in einem menschlichen Körper mit einem Gewicht von 70 kg beträgt der Calciumgehalt etwa 1,7 kg (hauptsächlich in der Zusammensetzung der interzellulären Substanz des Knochengewebes).

Kassenbon

Freies metallisches Calcium wird durch Elektrolyse einer Schmelze bestehend aus CaCl 2 (75–80 %) und KCl oder aus CaCl 2 und CaF 2 sowie aluminothermische Reduktion von CaO bei 1170–1200 °C gewonnen 4 C. ein O + 2 A. l → C. ein A. l 2 O. 4 + 3 C. ein (\displaystyle (\mathsf (4CaO+2Al\rightarrow CaAl_(2)O_(4)+3Ca)))

Physikalische Eigenschaften

Das Calciummetall existiert in zwei allotropen Modifikationen. Bis 443 °C beständig α-Ca mit einem kubisch flächenzentrierten Gitter (Parameter aber= 0,558 nm), höher stabil β-Ca mit einem kubisch raumzentrierten Gitter des Typs α-Fe(Parameter ein= 0,448 nm). Standard-Enthalpie ∆ H 0 (\displaystyle \Delta H^(0))Überleitung α → β beträgt 0,93 kJ/mol.

Mit einer allmählichen Druckerhöhung beginnt es, die Eigenschaften eines Halbleiters zu zeigen, wird aber kein Halbleiter im vollen Sinne des Wortes (es ist auch kein Metall mehr). Bei einer weiteren Druckerhöhung kehrt es in den metallischen Zustand zurück und beginnt, supraleitende Eigenschaften zu zeigen (die Supraleitungstemperatur ist sechsmal höher als die von Quecksilber und übertrifft alle anderen Elemente in der Leitfähigkeit bei weitem). Das einzigartige Verhalten von Calcium ähnelt in vielerlei Hinsicht dem von Strontium (das heißt, die Parallelen im Periodensystem bleiben erhalten).

Chemische Eigenschaften

In der Reihe der Standardpotentiale steht Calcium links vom Wasserstoff. Das Standard-Elektrodenpotential des Paares Ca 2+ / Ca 0 −2,84 V, damit Calcium aktiv mit Wasser reagiert, jedoch ohne Zündung:

Das Vorhandensein von gelöstem Calciumbicarbonat im Wasser bestimmt maßgeblich die temporäre Wasserhärte. Es wird temporär genannt, weil sich das Bikarbonat beim Kochen von Wasser zersetzt und CaCO 3 ausfällt. Dieses Phänomen führt beispielsweise dazu, dass sich im Wasserkocher mit der Zeit Kalk bildet.

Anwendung

Calciummetall wird hauptsächlich als Reduktionsmittel bei der Herstellung von Metallen, insbesondere Nickel, Kupfer und Edelstahl, verwendet. Calcium und sein Hydrid werden auch verwendet, um schwer zu reduzierende Metalle wie Chrom, Thorium und Uran herzustellen. Calcium-Blei-Legierungen werden in einigen Arten von Batterien und bei der Herstellung von Lagern verwendet. Calciumgranulat wird auch verwendet, um Luftspuren aus Elektrovakuumgeräten zu entfernen. Reines metallisches Calcium wird in der Metallothermie häufig zur Gewinnung von Seltenerdelementen verwendet.

Calcium wird in der Metallurgie häufig verwendet, um Stahl zusammen mit Aluminium oder in Kombination damit zu desoxidieren. Die Verarbeitung außerhalb des Ofens mit kalziumhaltigen Drähten nimmt aufgrund der multifaktoriellen Wirkung von Kalzium auf den physikalisch-chemischen Zustand der Schmelze, die Makro- und Mikrostruktur des Metalls, die Qualität und Eigenschaften von Metallprodukten eine führende Position ein und ist ein fester Bestandteil der Stahlproduktionstechnik. In der modernen Metallurgie wird ein Injektionsdraht verwendet, um Calcium in die Schmelze einzubringen, bei dem es sich um Calcium (manchmal Silicocalcium oder Aluminiumcalcium) in Form eines Pulvers oder gepressten Metalls in einer Stahlhülle handelt. Neben der Desoxidation (Entfernung des im Stahl gelösten Sauerstoffs) ermöglicht die Verwendung von Calcium, nichtmetallische Einschlüsse mit günstiger Beschaffenheit, Zusammensetzung und Form zu erhalten, die bei weiteren technologischen Vorgängen nicht zusammenbrechen.

Das 48 Ca-Isotop ist eines der effektivsten und nützlichsten Materialien für die Herstellung superschwerer Elemente und die Entdeckung neuer Elemente im Periodensystem. Dies liegt an der Tatsache, dass Calcium-48 ein doppelt magischer Kern ist, sodass es aufgrund seiner Stabilität für einen leichten Kern ziemlich neutronenreich ist; Die Synthese superschwerer Kerne erfordert einen Überschuss an Neutronen.

Biologische Rolle

Die Konzentration von Calcium im Blut ist aufgrund seiner Bedeutung für eine Vielzahl lebenswichtiger Prozesse genau reguliert und bei richtiger Ernährung und ausreichender Zufuhr von fettarmen Milchprodukten und Vitamin D kommt es nicht zu einem Mangel. Ein längerer Mangel an Calcium und/oder Vitamin D in der Nahrung führt zu einem erhöhten Osteoporoserisiko und verursacht Rachitis im Säuglingsalter.

Anmerkungen

1. Brinellhärte 200-300 MPa
2. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schönberg, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Atomgewichte der Elemente 2011 (IUPAC Technical Report) // Pure and Applied Chemistry. - 2013. - Band. 85, Nr. fünf . - S. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
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12. Schalenmodell des Kerns
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Kalzium- ein Element der 4. Periode und der PA-Gruppe des Periodensystems, Seriennummer 20. Die elektronische Formel des Atoms ist [ 18 Ar] 4s 2, Oxidationsstufen +2 und 0. Bezieht sich auf Erdalkalimetalle. Es hat eine niedrige Elektronegativität (1,04) und weist metallische (basische) Eigenschaften auf. Bildet (als Kation) zahlreiche Salze und binäre Verbindungen. Viele Calciumsalze sind in Wasser schwer löslich. In der Natur - sechste In Bezug auf die chemische Häufigkeit liegt das Element (das dritte unter den Metallen) in gebundener Form vor. Ein lebensnotwendiges Element für alle Organismen Der Calciummangel im Boden wird durch die Ausbringung von Kalkdünger (CaCO 3, CaO, Kalkstickstoff CaCN 2 etc.) ausgeglichen. Calcium, Calciumkation und ihre Verbindungen färben die Flamme eines Gasbrenners dunkelorange ( qualitativer Nachweis).

Kalziumca

Silberweißes Metall, weich, dehnbar. An feuchter Luft läuft es an und überzieht sich mit einem Film aus CaO und Ca(OH) 2. Sehr reaktiv; entzündet sich beim Erhitzen an Luft, reagiert mit Wasserstoff, Chlor, Schwefel und Graphit:

Reduziert andere Metalle aus ihren Oxiden (ein industriell wichtiges Verfahren ist Kalziumthermie):

Kassenbon Kalzium hinein Industrie:

Calcium wird verwendet, um nichtmetallische Verunreinigungen aus Metalllegierungen zu entfernen, als Bestandteil von Leicht- und Gleitlegierungen, um seltene Metalle aus ihren Oxiden zu isolieren.

Calciumoxid CaO

basisches Oxid. Der technische Name ist Branntkalk. Weiß, stark hygroskopisch. Hat eine ionische Struktur Ca 2+ O 2– . Feuerfest, thermisch stabil, flüchtig bei Entzündung. Absorbiert Feuchtigkeit und Kohlendioxid aus der Luft. Reagiert heftig mit Wasser (hoch Exo- Wirkung), bildet eine stark alkalische Lösung (Hydroxidausfällung möglich), der Vorgang wird als Kalklöschung bezeichnet. Reagiert mit Säuren, Metall- und Nichtmetalloxiden. Es wird für die Synthese anderer Calciumverbindungen, bei der Herstellung von Ca(OH) 2 , CaC 2 und mineralischen Düngemitteln, als Flussmittel in der Metallurgie, als Katalysator in der organischen Synthese, als Bestandteil von Bindemitteln im Bauwesen verwendet.

Gleichungen der wichtigsten Reaktionen:

Kassenbon CaO in der Industrie– Kalkrösten (900-1200 °С):

CaCO3 = CaO + CO2

Calciumhydroxid Ca(OH) 2

basisches Hydroxid. Der Fachname ist gelöschter Kalk. Weiß, hygroskopisch. Es hat eine ionische Struktur Ca 2+ (OH -) 2. Zersetzt sich bei mäßiger Hitze. Absorbiert Feuchtigkeit und Kohlendioxid aus der Luft. In kaltem Wasser wenig löslich (es bildet sich eine alkalische Lösung), in kochendem Wasser noch weniger. Eine klare Lösung (Kalkwasser) wird durch die Ausfällung von Hydroxid schnell trüb (die Suspension heißt Kalkmilch). Eine qualitative Reaktion auf das Ca 2+ -Ion ist der Durchgang von Kohlendioxid durch Kalkwasser mit dem Auftreten eines Niederschlags von CaCO 3 und dessen Übergang in Lösung. Reagiert mit Säuren und Säureoxiden, geht Ionenaustauschreaktionen ein. Es wird bei der Herstellung von Glas, Bleichkalk, Kalkmineraldünger, zum Ätzen von Soda und zum Enthärten von Süßwasser sowie zur Herstellung von Kalkmörteln verwendet - pastöse Mischungen (Sand + gelöschter Kalk + Wasser), die als Bindemittel für dienen Mauerwerk und Maurerarbeiten, Endbearbeitung (Verputzen) von Wänden und andere Bauzwecke. Das Aushärten ("Festfressen") solcher Lösungen ist auf die Aufnahme von Kohlendioxid aus der Luft zurückzuführen.

Kalzium(Calcium), Ca, ein chemisches Element der Gruppe II des Mendelejew-Periodensystems, Ordnungszahl 20, Atommasse 40,08; silberweißes Leichtmetall. Das natürliche Element ist eine Mischung aus sechs stabilen Isotopen: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca und 48 Ca, von denen 40 Ca am häufigsten vorkommt (96,97 %).

Ca-Verbindungen - Kalkstein, Marmor, Gips (sowie Kalk - ein Produkt des Brennens von Kalkstein) werden seit der Antike im Bauwesen verwendet. Bis zum Ende des 18. Jahrhunderts betrachteten Chemiker Kalk als eine einfache Substanz. 1789 schlug A. Lavoisier vor, dass Kalk, Magnesia, Schwerspat, Tonerde und Kieselerde komplexe Substanzen sind. Im Jahr 1808 unterzog G. Davy eine Mischung aus nassem gelöschtem Kalk mit Quecksilberoxid einer Elektrolyse mit einer Quecksilberkathode, stellte ein Amalgam von Ca her und nachdem er Quecksilber daraus getrieben hatte, erhielt er ein Metall namens "Calcium" (vom lateinischen calx , Gattung Case calcis - Kalk).

Verteilung von Calcium in der Natur. In Bezug auf die Häufigkeit in der Erdkruste nimmt Ca den 5. Platz ein (nach O, Si, Al und Fe); Gehalt 2,96 Gew.-%. Es wandert stark und reichert sich in verschiedenen geochemischen Systemen an und bildet 385 Mineralien (4. Platz in Bezug auf die Anzahl der Mineralien). Es gibt wenig Ca im Erdmantel und wahrscheinlich noch weniger im Erdkern (0,02 % in Eisenmeteoriten). Ca überwiegt im unteren Teil der Erdkruste und reichert sich in basischen Gesteinen an; das meiste Ca ist in Feldspat eingeschlossen - Anorthit Ca; Gehalt in basischen Gesteinen 6,72 %, in sauren (Graniten und anderen) 1,58 %. In der Biosphäre tritt eine außergewöhnlich scharfe Differenzierung von Ca auf, die hauptsächlich mit dem "Karbonatgleichgewicht" zusammenhängt: Wenn Kohlendioxid mit CaCO 3 -Karbonat interagiert, wird lösliches Bikarbonat Ca (HCO 3) 2 gebildet: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca (HCO 3) 2 \u003d Ca 2+ + 2HCO 3-. Diese Reaktion ist reversibel und die Grundlage der Ca-Umverteilung. Bei hohem CO 2 -Gehalt im Wasser geht Ca in Lösung, bei niedrigem CO 2 -Gehalt scheidet sich das Mineral Calcit CaCO 3 ab und bildet mächtige Kalk-, Kreide- und Marmorablagerungen.

Biogene Migration spielt auch eine große Rolle in der Geschichte von Ca. In lebender Materie aus Elementmetallen ist Ca die wichtigste. Es sind Organismen bekannt, die mehr als 10 % Ca (mehr Kohlenstoff) enthalten und ihr Skelett aus Ca-Verbindungen aufbauen, hauptsächlich aus CaCO 3 (Kalkalgen, viele Mollusken, Stachelhäuter, Korallen, Rhizome usw.). Mit der Bestattung der Meeresskelette. Tiere und Pflanzen sind mit der Ansammlung kolossaler Massen von Algen, Korallen und anderen Kalksteinen verbunden, die sich in die Tiefen der Erde stürzen und mineralisieren und sich in verschiedene Arten von Marmor verwandeln.

Weite Gebiete mit feuchtem Klima (Waldzonen, Tundra) sind durch einen Mangel an Ca gekennzeichnet – hier wird es leicht aus dem Boden ausgewaschen. Dies ist mit geringer Bodenfruchtbarkeit, geringer Produktivität von Haustieren, ihrer geringen Größe und häufig Skeletterkrankungen verbunden. Daher kommt der Bodenkalkung, der Fütterung von Haustieren und Vögeln etc. eine große Bedeutung zu Im Gegensatz dazu ist CaCO 3 in einem trockenen Klima schwer löslich, daher sind Steppen- und Wüstenlandschaften reich an Ca. Gips CaSO 4 · 2H 2 O reichert sich oft in Salzwiesen und Salzseen an.

Flüsse bringen viel Ca in den Ozean, aber es verbleibt nicht im Meerwasser (durchschnittlicher Gehalt beträgt 0,04%), sondern wird in den Skeletten von Organismen konzentriert und lagert sich nach ihrem Tod hauptsächlich in Form von auf dem Boden ab CaCO 3 . Kalkschluffe sind auf dem Grund aller Ozeane bis in Tiefen von maximal 4000 m weit verbreitet (CaCO 3 löst sich in großen Tiefen auf, Organismen leiden dort oft unter Ca-Mangel).

Grundwasser spielt eine wichtige Rolle bei der Ca-Migration. In Kalkmassiven laugen sie stellenweise heftig CaCO 3 aus, was mit der Entstehung von Karst, der Entstehung von Höhlen, Stalaktiten und Stalagmiten verbunden ist. Neben Calcit waren in den Meeren vergangener Erdzeitalter die Ablagerung von Ca-Phosphaten (z. B. die Karatau-Phosphorit-Lagerstätten in Kasachstan), Dolomit CaCO 3 ·MgCO 3 und Gips in Lagunen während der Verdunstung weit verbreitet.

Im Laufe der Erdgeschichte nahm die Bildung von biogenem Karbonat zu, während die chemische Fällung von Calcit abnahm. In den Meeren des Präkambriums (vor über 600 Millionen Jahren) gab es keine Tiere mit einem Kalkskelett; sie sind seit dem Kambrium weit verbreitet (Korallen, Schwämme usw.). Dies wird auf den hohen Gehalt an CO 2 in der präkambrischen Atmosphäre zurückgeführt.

Physikalische Eigenschaften von Calcium. Das Kristallgitter der α-Form von Ca (stabil bei gewöhnlicher Temperatur) ist kubisch flächenzentriert, a = 5,56 Å. Atomradius 1,97 Å, Ionenradius Ca 2+ 1,04 Å. Dichte 1,54 g/cm3 (20 °C). Oberhalb von 464 °C ist die hexagonale β-Form stabil. t pl 851 °C, t kip 1482 °C; Temperaturkoeffizient der linearen Ausdehnung 22 · 10 -6 (0-300 °C); Wärmeleitfähigkeit bei 20 °C 125,6 W/(m K) oder 0,3 cal/(cm s °C); spezifische Wärmekapazität (0-100 °C) 623,9 j/(kg K) oder 0,149 cal/(g °C); spezifischer elektrischer Widerstand bei 20 °C 4,6 · 10 -8 Ohm · m oder 4,6 · 10 -6 Ohm · cm; Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands 4,57 · 10 -3 (20 °C). Elastizitätsmodul 26 Gn / m 2 (2600 kgf / mm 2); Zugfestigkeit 60 MN / m 2 (6 kgf / mm 2); Elastizitätsgrenze 4 MN / m 2 (0,4 kgf / mm 2), Streckgrenze 38 MN / m 2 (3,8 kgf / mm 2); Dehnung 50 %; Brinellhärte 200-300 MN / m 2 (20-30 kgf / mm 2). Calcium von ausreichend hoher Reinheit ist plastisch, gut gepresst, gewalzt und kann maschinell bearbeitet werden.

Chemische Eigenschaften von Calcium. Die Konfiguration der äußeren Elektronenhülle des Ca 4s 2 -Atoms, wonach Ca in Verbindungen 2-wertig ist. Chemisch ist Ca sehr aktiv. Bei normalen Temperaturen interagiert Ca leicht mit Sauerstoff und Feuchtigkeit in der Luft, daher wird es in hermetisch verschlossenen Gefäßen oder unter Mineralöl gelagert. Beim Erhitzen an Luft oder Sauerstoff entzündet es sich und ergibt das basische Oxid CaO. Bekannt sind auch die Peroxide Ca-CaO 2 und CaO 4 . Zunächst reagiert Ca schnell mit kaltem Wasser, dann verlangsamt sich die Reaktion aufgrund der Bildung eines Ca(OH) 2 -Films. Ca reagiert heftig mit heißem Wasser und Säuren unter Freisetzung von H 2 (außer konzentrierter HNO 3). Es reagiert mit Fluor in der Kälte und mit Chlor und Brom - über 400 ° C, was CaF 2, CaCl 2 bzw. CaBr 2 ergibt. Diese Halogenide bilden im geschmolzenen Zustand mit Ca die sogenannten Nebenverbindungen - CaF, CaCl, in denen Ca formal einwertig ist. Wenn Ca mit Schwefel erhitzt wird, wird Calciumsulfid CaS erhalten, letzteres fügt Schwefel hinzu und bildet Polysulfide (CaS 2, CaS 4 und andere). In Wechselwirkung mit trockenem Wasserstoff bei 300-400 ° C bildet Ca ein Hydrid CaH 2 - eine ionische Verbindung, in der Wasserstoff ein Anion ist. Bei 500 °C ergeben Ca und Stickstoff Ca 3 N 2 -Nitrid; die Wechselwirkung von Ca mit Ammoniak in der Kälte führt zum komplexen Ammoniak Ca 6 . Beim Erhitzen ohne Zugang zu Luft mit Graphit, Silizium oder Phosphor ergibt Ca Calciumcarbid CaC 2 , Silizide Ca 2 Si, CaSi, CaSi 2 bzw. Phosphid Ca 3 P 2 . Ca bildet intermetallische Verbindungen mit Al, Ag, Au, Cu, Li, Mg, Pb, Sn und anderen.

Kalzium bekommen. In der Industrie wird Ca auf zwei Wegen gewonnen: 1) durch Erhitzen einer brikettierten Mischung aus CaO und Al-Pulver auf 1200 °C in einem Vakuum von 0,01–0,02 mm Hg. Kunst.; freigesetzt durch die Reaktion: 6CaO + 2 Al \u003d 3CaO Al 2 O 3 + 3Ca Ca Dampf kondensiert auf einer kalten Oberfläche; 2) Durch Elektrolyse einer Schmelze aus CaCl 2 und KCl mit einer flüssigen Kupfer-Kalzium-Kathode wird eine Legierung aus Cu - Ca (65 % Ca) hergestellt, aus der Ca bei einer Temperatur von 950–1000°C abdestilliert wird ein Vakuum von 0,1–0,001 mm Hg. Kunst.

Die Verwendung von Kalzium. In Form eines reinen Metalls wird Ca als Reduktionsmittel für U, Th, Cr, V, Zr, Cs, Rb und einige Seltenerdmetalle aus ihren Verbindungen verwendet. Es wird auch zur Desoxidation von Stählen, Bronzen und anderen Legierungen, zur Entfernung von Schwefel aus Erdölprodukten, zur Dehydratisierung organischer Flüssigkeiten, zur Reinigung von Argon von Stickstoffverunreinigungen und als Gasabsorber in elektrischen Vakuumgeräten verwendet. Gleitwerkstoffe des Pb-Na-Ca-Systems sowie Pb-Ca-Legierungen, die zur Herstellung von Elektrogehäusen verwendet werden, haben eine große Anwendung in der Technologie gefunden. Kabel. Die Legierung Ca-Si-Ca (Silicocalcium) wird als Desoxidationsmittel und Entgaser bei der Herstellung hochwertiger Stähle verwendet.

Kalzium im Körper. Ca ist eines der biogenen Elemente, die für den normalen Lebensablauf notwendig sind. Es ist in allen Geweben und Flüssigkeiten von Tieren und Pflanzen vorhanden. In einer Ca-freien Umgebung können sich nur seltene Organismen entwickeln. Bei manchen Organismen erreicht der Ca-Gehalt 38 %; beim Menschen - 1,4-2%. Zellen pflanzlicher und tierischer Organismen benötigen streng definierte Verhältnisse von Ca 2+ -, Na + - und K + -Ionen in extrazellulären Medien. Pflanzen nehmen Ca aus dem Boden auf. Entsprechend ihrer Beziehung zu Ca werden Pflanzen in Calcephile und Calcephobe eingeteilt. Tiere nehmen Ca aus Nahrung und Wasser auf. Ca ist notwendig für die Bildung einer Reihe von Zellstrukturen, die Aufrechterhaltung der normalen Durchlässigkeit der äußeren Zellmembranen, die Befruchtung der Eier von Fischen und anderen Tieren und die Aktivierung einer Reihe von Enzymen. Ca 2+ -Ionen übertragen die Erregung auf die Muskelfaser, wodurch sie sich zusammenzieht, die Stärke der Herzkontraktionen erhöht, die phagozytische Funktion der Leukozyten erhöht, das System schützender Blutproteine ​​​​aktiviert und an seiner Gerinnung beteiligt ist. In Zellen liegt fast alles Ca in Form von Verbindungen mit Proteinen, Nukleinsäuren, Phospholipiden, in Komplexen mit anorganischen Phosphaten und organischen Säuren vor. Im Blutplasma von Menschen und höheren Tieren können nur 20-40 % Ca mit Proteinen assoziiert werden. Bei Tieren mit Skelett werden bis zu 97-99 % des gesamten Ca als Baustoff verwendet: bei Wirbellosen hauptsächlich in Form von CaCO 3 (Schalen von Weichtieren, Korallen), bei Wirbeltieren in Form von Phosphaten. Viele Wirbellose speichern Ca vor der Häutung, um ein neues Skelett aufzubauen oder unter ungünstigen Bedingungen lebenswichtige Funktionen zu erfüllen.

Der Ca-Gehalt im Blut von Menschen und höheren Tieren wird durch die Hormone der Nebenschilddrüse und der Schilddrüse reguliert. Die wichtigste Rolle bei diesen Prozessen spielt Vitamin D. Die Ca-Aufnahme erfolgt im vorderen Teil des Dünndarms. Die Aufnahme von Ca verschlechtert sich mit abnehmender Säure im Darm und hängt vom Verhältnis von Ca, P und Fett in der Nahrung ab. Das optimale Ca/P-Verhältnis in Kuhmilch liegt bei etwa 1,3 (bei Kartoffeln 0,15, bei Bohnen 0,13, bei Fleisch 0,016). Bei einem Überschuss an P oder Oxalsäure in der Nahrung verschlechtert sich die Ca-Aufnahme. Gallensäuren beschleunigen seine Resorption. Das optimale Ca/Fett-Verhältnis in der menschlichen Nahrung liegt bei 0,04-0,08 g Ca pro 1 g Fett. Die Ausscheidung von Ca erfolgt hauptsächlich über den Darm. Säugetiere verlieren während der Laktation viel Ca mit der Milch. Bei Verletzungen des Phosphor-Kalzium-Stoffwechsels bei Jungtieren und Kindern entwickelt sich bei erwachsenen Tieren Rachitis - eine Veränderung der Zusammensetzung und Struktur des Skeletts (Osteomalazie).

Calcium ist ein chemisches Element der Gruppe II mit der Ordnungszahl 20 im Periodensystem, gekennzeichnet durch das Symbol Ca (lat. Calcium). Calcium ist ein weiches, silbergraues Erdalkalimetall.

20 Element des Periodensystems Der Name des Elements kommt von lat. calx (im Genitiv calcis) - "Kalk", "weicher Stein". Es wurde vom englischen Chemiker Humphry Davy vorgeschlagen, der 1808 metallisches Calcium isolierte.
Calciumverbindungen - Kalkstein, Marmor, Gips (sowie Kalk - ein Produkt des Brennens von Kalkstein) werden seit mehreren Jahrtausenden im Bauwesen verwendet.
Calcium ist eines der am häufigsten vorkommenden Elemente auf der Erde. Calciumverbindungen kommen in fast allen tierischen und pflanzlichen Geweben vor. Es macht 3,38 % der Masse der Erdkruste aus (Platz 5 im Überfluss nach Sauerstoff, Silizium, Aluminium und Eisen).

Calcium in der Natur finden

Aufgrund der hohen chemischen Aktivität kommt Calcium in freier Form in der Natur nicht vor.
Calcium macht 3,38 % der Masse der Erdkruste aus (Platz 5 im Überfluss nach Sauerstoff, Silizium, Aluminium und Eisen). Der Gehalt des Elements im Meerwasser beträgt 400 mg/l.

Isotope

Calcium kommt in der Natur in Form einer Mischung aus sechs Isotopen vor: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca und 48Ca, von denen das häufigste – 40Ca – 96,97 % ausmacht. Calciumkerne enthalten die magische Zahl an Protonen: Z = 20. Isotope
40
20
Ca20 und
48
20
Ca28 sind zwei der fünf in der Natur vorkommenden doppelt magischen Zahlenkerne.
Von den sechs natürlich vorkommenden Calciumisotopen sind fünf stabil. Das sechste 48Ca-Isotop, das schwerste der sechs und sehr selten (seine Isotopenhäufigkeit beträgt nur 0,187 %), unterliegt einem doppelten Beta-Zerfall mit einer Halbwertszeit von 1,6 · 1017 Jahren.

In Steinen und Mineralien

Das meiste Kalzium ist in der Zusammensetzung von Silikaten und Alumosilikaten verschiedener Gesteine ​​​​(Granit, Gneise usw.) enthalten, insbesondere in Feldspat - Anorthit Ca.
In Form von Sedimentgesteinen werden Calciumverbindungen durch Kreide und Kalkstein repräsentiert, die hauptsächlich aus dem Mineral Calcit (CaCO3) bestehen. Die kristalline Form von Calcit, Marmor, kommt in der Natur viel seltener vor.
Weit verbreitet sind Calciumminerale wie Calcit CaCO3, Anhydrit CaSO4, Alabaster CaSO4 0,5H2O und Gips CaSO4 2H2O, Fluorit CaF2, Apatite Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), Dolomit MgCO3 CaCO3. Das Vorhandensein von Calcium- und Magnesiumsalzen in natürlichem Wasser bestimmt seine Härte.
Calcium, das in der Erdkruste stark wandert und sich in verschiedenen geochemischen Systemen anreichert, bildet 385 Minerale (vierter nach der Anzahl der Minerale).

Die biologische Rolle von Calcium

Calcium ist ein häufiger Makronährstoff in Pflanzen, Tieren und Menschen. Bei Menschen und anderen Wirbeltieren befindet sich das meiste davon im Skelett und in den Zähnen. Kalzium kommt in Knochen in Form von Hydroxyapatit vor. Die „Skelette“ der meisten Gruppen wirbelloser Tiere (Schwämme, Korallenpolypen, Mollusken usw.) bestehen aus verschiedenen Formen von Calciumcarbonat (Kalk). Calciumionen sind an Blutgerinnungsprozessen beteiligt und dienen auch als einer der universellen sekundären Botenstoffe in Zellen und regulieren eine Vielzahl intrazellulärer Prozesse - Muskelkontraktion, Exozytose, einschließlich der Sekretion von Hormonen und Neurotransmittern. Die Konzentration von Calcium im Zytoplasma menschlicher Zellen beträgt etwa 10−4 mmol/l, in Interzellularflüssigkeiten etwa 2,5 mmol/l.

Der Calciumbedarf ist altersabhängig. Für Erwachsene im Alter von 19 bis 50 Jahren und Kinder im Alter von 4 bis einschließlich 8 Jahren beträgt der Tagesbedarf (RDA) 1000 mg (enthalten in etwa 790 ml Milch mit einem Fettgehalt von 1 %) und für Kinder im Alter von 9 bis einschließlich 18 Jahren - 1300 mg pro Tag (enthalten in ca. 1030 ml Milch mit einem Fettgehalt von 1 %). Im Jugendalter ist aufgrund des intensiven Wachstums des Skeletts eine ausreichende Calciumzufuhr sehr wichtig. Allerdings erreichen laut US-Forschung nur 11 % der Mädchen und 31 % der Jungen im Alter von 12 bis 19 Jahren ihre Bedürfnisse. Bei einer ausgewogenen Ernährung gelangt der größte Teil des Calciums (ca. 80 %) mit Milchprodukten in den Körper des Kindes. Das restliche Kalzium stammt aus Getreide (einschließlich Vollkornbrot und Buchweizen), Hülsenfrüchten, Orangen, Gemüse, Nüssen. Milchprodukte auf Basis von Milchfett (Butter, Sahne, Sauerrahm, Sahneeis) enthalten praktisch kein Calcium. Je mehr Milchfett in einem Milchprodukt enthalten ist, desto weniger Kalzium enthält es. Die Kalziumabsorption im Darm erfolgt auf zwei Arten: transzellulär (transzellulär) und interzellulär (parazellulär). Der erste Mechanismus wird durch die Wirkung der aktiven Form von Vitamin D (Calcitriol) und seiner Darmrezeptoren vermittelt. Es spielt eine große Rolle bei einer niedrigen bis mäßigen Kalziumaufnahme. Mit einem höheren Calciumgehalt in der Nahrung beginnt die interzelluläre Absorption die Hauptrolle zu spielen, was mit einem großen Gradienten der Calciumkonzentration einhergeht. Aufgrund des transzellulären Mechanismus wird Calcium verstärkt im Duodenum resorbiert (aufgrund der dort höchsten Konzentration an Rezeptoren im Calcitriol). Aufgrund des interzellulären passiven Transfers ist die Kalziumabsorption in allen drei Abschnitten des Dünndarms am aktivsten. Die Kalziumaufnahme wird parazellulär durch Laktose (Milchzucker) gefördert.

Die Kalziumaufnahme wird durch einige tierische Fette (einschließlich Kuhmilchfett und Rinderfett, aber nicht Schmalz) und Palmöl behindert. Die darin enthaltenen Palmitin- und Stearinfettsäuren werden bei der Verdauung im Darm abgespalten und binden in freier Form Calcium fest unter Bildung von Calciumpalmitat und Calciumstearat (unlösliche Seifen). In Form dieser Seife mit Stuhl gehen sowohl Kalzium als auch Fett verloren. Dieser Mechanismus ist verantwortlich für eine verringerte Calciumabsorption, eine verringerte Knochenmineralisierung und eine verringerte indirekte Messung der Knochenfestigkeit bei Säuglingen mit Säuglingsanfangsnahrung auf Palmölbasis (Palmolein). Bei diesen Kindern ist die Bildung von Calciumseifen im Darm mit einer Verhärtung des Stuhls, einer Abnahme seiner Häufigkeit sowie häufigerem Aufstoßen und Koliken verbunden.

Die Konzentration von Calcium im Blut ist aufgrund seiner Bedeutung für eine Vielzahl lebenswichtiger Prozesse genau reguliert und bei richtiger Ernährung und ausreichender Zufuhr von fettarmen Milchprodukten und Vitamin D kommt es nicht zu einem Mangel. Ein längerer Mangel an Calcium und/oder Vitamin D in der Nahrung führt zu einem erhöhten Osteoporoserisiko und verursacht Rachitis im Säuglingsalter.

Übermäßige Dosen von Calcium und Vitamin D können eine Hyperkalzämie verursachen. Die maximale sichere Dosis für Erwachsene im Alter von 19 bis einschließlich 50 Jahren beträgt 2500 mg pro Tag (etwa 340 g Edamer Käse).