Was ist Kalzium?
Kalzium ist ein Erdalkalimetallelement mit der Ordnungszahl 20.
Es wurde erstmals in den frühen 1800er Jahren durch die “Elektrolyse-Methode” des britischen Chemikers Humphry Davy isoliert. Kalzium kommt in der Natur in Form einer Verbindung vor.
Aufgrund seiner hohen Ionisierungstendenz ist es sehr reaktiv. Es ist der am häufigsten im Körper vorkommende Mineralstoff und ist im Körper zu 1-2 % seines Gewichts vorhanden. Zu 99 % ist es in Knochen und Zähnen als an Phosphorsäure gebundenes Kalziumphosphat (Hydroxylapatit, HAP) vorhanden, während das restliche 1 % im Blut und in den Zellen vorhanden ist.
Anwendungen von Kalzium
Kalzium wird in Form verschiedener Kalziumsalze in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Kalziumchlorid wird als Enteisungsmittel für Straßen verwendet, während Kalziumkarbonat in Kreide, bei der Rauchgasentschwefelung und in Futtermitteln eingesetzt wird.
Kalziumoxid (Branntkalk) ist ein Lebensmittelzusatzstoff, der als Trocknungsmittel und Bodenverbesserer sowie in Europa und den USA als Teigverbesserer und Hefenahrung verwendet wird. Kalziumhydroxid (gelöschter Kalk) wird ebenfalls als Lebensmittelzusatzstoff verwendet, z. B. als Neutralisierungsmittel für saure Böden und als Gerinnungsmittel für die Konjakwurzel.
Eigenschaften von Kalzium
Kalzium hat einen Schmelzpunkt von 842 °C und einen Siedepunkt von 1.484 °C. Seine Dichte bei Raumtemperatur beträgt 1,550 g/cm3 und seine Flüssigkeitsdichte beim Schmelzpunkt 1,378 g/cm3.
Die Oxidationszahl beträgt fast +2. Wird Kalzium an der Luft belassen, reagiert es mit Wasser, Sauerstoff und Kohlendioxid. Daher sollte es mit Inertgas gefüllt oder in Mineralöl gelagert werden.
Struktur von Kalzium
Kalzium ist ein Element der Gruppe 2 und ein Erdalkalimetall. Sein Elementsymbol ist Ca und sein Atomgewicht beträgt 40,08. Je nach Temperatur weist es drei Kristallstrukturen auf: Unter 250 °C ist die kubisch dicht gepackte Struktur die stabilste Struktur; zwischen 250 und 450 °C ist die hexagonale dicht gepackte Struktur die stabilste Struktur; zwischen 450 und 839 °C ist das kubisch-raumzentrierte Gitter die stabilste Struktur.
Kalzium hat vier stabile Isotope: 40Ca, 42Ca, 43Ca und 44Ca. Die Prozentsätze betragen 96,94 % für 40Ca, 2,086 % für 44Ca, 0,647 % für 42Ca und 0,135 % für 43Ca. Daneben gibt es auf der Erde noch zwei weitere langlebige radioaktive Isotope, 46Ca und 48Ca.
Darüber hinaus ist 41Ca als radioaktives Spurenisotop natürlich vorhanden, da es entsteht, wenn 40Ca Neutronen aus der kosmischen Strahlung einfängt. Darüber hinaus ist es möglich, Kalzium-Isotope künstlich herzustellen.
Weitere Informationen über Kalzium
1. Reaktionen von Kalzium
Wenn Kalzium an der Luft erhitzt wird, verbrennt es mit einer Flamme. Fügt man dem Kalzium Wasser hinzu, entsteht Wasserstoff und eine wässrige Kalziumhydroxidlösung (Kalkwasser). Fügt man der Kalziumhydroxidlösung Kohlendioxid hinzu, erhält man einen weißen Niederschlag aus Kalziumkarbonat. Wird jedoch ein Überschuss an Kohlendioxid zugeführt, löst sich der Niederschlag auf.
Da die Reaktion reversibel ist, führt das Erhitzen erneut zur Ausfällung von Kalziumkarbonat; Kalziumoxid kann entstehen, wenn Kalziumkarbonat auf über 1.170 °C erhitzt wird. Bei der Reaktion von Kalziumoxid mit Wasser entsteht Kalziumhydroxid.
Bei der Reaktion von Kalzium mit Halogenen in der Gasphase können auch Halogenide entstehen. Wenn Kalzium in Alkohol gelöst wird, entstehen Kalziumalkoxide. Wenn Kalzium in flüssigem Ammoniak gelöst wird, färbt sich die Lösung blau und beim Verdampfen des Ammoniaks entsteht Kalziumhexaammonium.
2. Kalzium in der Natur
Kalzium kommt weltweit hauptsächlich als Kalziumkarbonat in massiven Ablagerungen wie Marmor und Kalkstein vor. Kalzium erregt derzeit Aufmerksamkeit, weil es Kohlendioxid, das als Ursache der globalen Erwärmung gilt, in Form von Kalziumkarbonat bindet.
Andererseits ist Kalzium ein typischer Mineralstoff, den der Mensch und andere Organismen benötigen. So ist es beispielsweise ein wesentliches Element für eukaryontische Zellorganismen und wird auch von Pflanzen als Dünger benötigt. Es wurde jedoch berichtet, dass die Einnahme von Kalziumergänzungen die Wahrscheinlichkeit erhöht, an Demenz zu erkranken.