Kalium Magnesium  Strontium Scandium  
 Calcium                                          20Ca
 engl. calcium; lat. calx ("Kalkstein")
 
Relat. Atommasse  
Ordnungszahl  
Schmelzpunkt  
Siedepunkt    
Oxidationszahlen     
Dichte    
Härte (Mohs)   
Elektronegativität   
Elektronenkonfig.  
Natürl. Häufigkeit    
  
      
  
   
 
40,078     
20     
842 °C     
1484 °C     
    
1,54 g/cm³   
1,5     
1,0 (Pauling)       
[Ar]4s²   
Ca-40: 96,941%   
Ca-42: 0,647%   
Ca-43: 0,135%   
Ca-44: 2,086%   
Ca-46: 0,004%   
Ca-48: 0,187%
 

     

Film

14 sek
Ein Stück Calcium wird mit Salzsäure befeuchtet und dann in eine Brennerflamme gehalten.
    
  GHS-Piktogramme  
  Gefahr
Gefahren (H-Sätze)  
 
H 261, EUH014 
  
 
CAS-Nummer 
  
7440-70-2  
  
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Physikalisch-chemische Eigenschaften
Calcium ist im reinen Zustand ein silbrig glänzendes Leichtmetall, das an der Luft infolge einer Oxidation relativ schnell dunkelgrau anläuft. Es ist weich und dehnbar. Calcium ist ein sehr unedles Metall. In seinen chemischen Eigenschaften zeigt es Verwandtschaft mit Strontium und Barium. Nach dem Zünden mit einem Brenner verbrennt es an der Luft unter Funkensprühen zu Calciumoxid, gleichzeitig entsteht mit dem Stickstoff der Luft auch Calciumnitrid. Dieses wirkt stark reizend auf die Atemwege.  
  
2 Ca  +  O2 reagiert zu  2 CaO      ΔHR = -1270 kJ/mol 
3 Ca  +  N2 reagiert zu  Ca3N2      ΔHR = -433 kJ/mol 
  

Granuliertes Calcium verbrennt an der Luft

Calcium brennt
 
Nach dem Zünden mit einem Brenner verbrennt das Calcium mit roter Flamme.
 
Dieses Experiment ist für Schulen nicht geeignet. Film erhältlich auf >DVD 


Mit Wasserstoff reagiert Calcium zu Calciumhydrid CaH2
Mit Wasser entsteht unter Wasserstoffbildung Calciumhydroxid Ca(OH)2. Die alkalische Lösung ist unter dem Namen Kalkwasser bekannt. Auch mit den meisten Säuren löst sich Calcium unter Bildung von Wasserstoff und der entsprechenden Salze rasch auf.   
  
Ca  +  H2 reagiert zu  CaH2      ΔHR = -186 kJ/mol
Ca  +  2 H2reagiert zu  Ca(OH)2  +  H2       ΔHR = -986 kJ/mol 
 
  
Calcium reagiert lebhaft mit Wasser


 
Calcium reagiert mit Wasser unter Gasentwicklung. Nach einer Weile entsteht eine weiße Trübung.

Filme mit Calcium, Barium und Strontium erhältlich auf >DVD
  
 
   
Calcium-Ionen spielen im Stoffwechsel der Lebewesen und auch im natürlichen Kalkkreislauf eine bedeutende Rolle. Der Gehalt an Calcium-Ionen im Wasser wird zur Bestimmung der Wasserhärte herangezogen. Das Vorhandensein der Ionen bei Verbrennungen führt zu einer hellroten Flammenfarbe, die in der Flammprobe zum Nachweis von Calciumsalzen dient. 
  
 
Unterscheidung von Salzen mit der Flammenfarbe

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Befeuchtet man ein Magnesiastäbchen mit verdünnter Salzsäure und benetzt man dieses mit Salz, zeigt sich auch bei den Erdalkalimetallsalzen eine typische Flammenfarbe, wenn man das Stäbchen in die rauschende Brennerflamme hält.
 
   
Physiologie 
Calcium ist für den Menschen und viele Tierarten ein bedeutendes Bioelement. Die Knochen der Wirbeltiere bestehen zu etwa zwei Dritteln aus mineralischer Substanz (Calciumphosphat und Calciumcarbonat) und zu einem Drittel aus organischer Substanz (Gerüsteiweiße und Fette). Letztere sind für die Elastizität der Knochen verantwortlich, die Mineralsubstanz bewirkt die Druckfestigkeit. Die Zähne des Menschen enthalten in ihrem Inneren eine knochenähnliche Substanz, während der äußere Zahnschmelz aus dem härteren Apatit gebildet wird. Die Schalen von Vogel- und Reptilieneiern bestehen zu 90 Prozent aus Calciumcarbonat und ermöglichen ein perfektes System bei der Entwicklung von Leben.  
 
 
Bioelemente im menschlichen Körper

 
 
   
Beim Menschen spielen die Calcium-Ionen bei der Blutgerinnung eine entscheidende Rolle. Die Skelett- und Herzmuskulatur funktioniert nur, wenn sich Calcium- und Magnesium-Ionen als Gegenspieler in einem Gleichgewicht befinden. In den Nervenzellen wirken sie als Regelelement. Ein Calciummangel kann durch chronischen Alkoholkonsum oder durch falsche Ernährung verursacht werden. Während der Schwangerschaft tritt ein erhöhter Bedarf auf. Als Symptome bei einem Mangel kommen Muskelkrämpfe und im fortgeschrittenen Stadium auch ein Abbau der Knochensubstanz vor. Milchprodukte, grüne Gemüse und Fische mit weichen Gräten wie Lachs gelten als besonders calciumreich.
  
Vorkommen 
Häufigkeit   sehr häufig
 
Mit einem Massenanteil von 3,4 Prozent steht Calcium an 5. Stelle der Elementhäufigkeit in der Erdhülle. In elementarer Form kommt es in der Natur aufgrund der großen Reaktionsfähigkeit nicht vor. Es existieren jedoch mindestens 200 bekannte Minerale, die Calcium-Atome in chemisch gebundener Form enthalten. Das Calciumcarbonat CaCO3 zeigt eine Vielzahl an stofflichen Erscheinungsformen. Die Minerale Calcit und Aragonit, Gips, Fluorit und diverse Feldspäte enthalten beispielsweise Calciumverbindungen. Dolomit und Kalkstein bilden ganze Gebirge. Aber auch in Lebewesen kommen die Calciumverbindungen in Knochen, Zähnen, Eierschalen und Gehäusen, sowie in verschiedenen Pflanzen vor. Die weltweiten Calciumreserven erscheinen aufgrund der mannigfaltigen Erscheinungsformen nahezu unbegrenzt.
  
 
 
 Calcit aus Dalnegorsk und Aragonit aus Lavrion

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 Die Mineralien Calcit und Aragonit sind aus Calciumcarbonat aufgebaut.
 
 
Geschichte 
Das Element Calcium wurde im Jahre 1808 von Sir Humphry Davy in London entdeckt und erstmals in verunreinigter Form durch eine Elektrolyse aus Calciumhydroxid dargestellt. Der von Davy gegebene Name leitete sich vom lateinischen Wort calx ab, was soviel wie Kalkstein bedeutet. Fast zur gleichen Zeit stellten die schwedischen Chemiker J.J. Berzelius und Magnus Martin Pontin in Stockholm das Metall her. Die Herstellung von reinem Calcium gelang erst H.F. Moissan im Jahre 1898 durch eine Reduktion von wasserfreiem Calciumiodid mit Natrium.  
 
 
Der Entdecker des Calciums

Davy
 
 Sir Humphry Davy (1778-1829)
 
  
Herstellung     
Bis zum 2. Weltkrieg erfolgte die Herstellung durch eine Schmelzflusselektrolyse aus Calciumchlorid, das als Nebenprodukt bei der Sodaherstellung anfiel. Die großtechnische Herstellung erfolgt heute jedoch durch eine Redoxreaktion mit Aluminium und gebranntem Kalk:  
  
4 CaO  +  2 Al   Ca[Al2O4]  +  3 Ca   
  
Das vorbereitete Gemisch wird in einer Retorte im Vakuum auf etwa 1200°C erhitzt. Der entstehende Calciumdampf wird abgeleitet und kondensiert im gekühlten Teil der Retorte. Man erhält Rohcalcium mit etwa 99 Prozent Reinheit. Hochreines Calcium erhält man durch eine nachfolgende Vakuumdestillation. 
  
Verwendung 
Elementares Calcium dient zur Herstellung von Metallen wie Chrom, Vanadium, Plutonium oder Uran aus Erzen. Die Oxide, Chloride und Fluoride werden dabei durch das unedle Calcium reduziert. In der Metallindustrie dienen Calciumlegierungen als Desoxidationsmittel und zur Entschwefelung oder Entkohlung von Roheisen oder Stählen. Eine große Bedeutung besitzen Calciumverbindungen wie Calciumcarbonat, Calciumoxid (Branntkalk), Calciumhydroxid (Löschkalk) oder Calciumchlorid.  
 
 
Zementlaster im Kieswerk
 
Zementwerk
 
 Bei der Herstellung von Zement wird Kalk benötigt.

 
Calciumverbindungen im Portrait
 
Calciumcarbid
Calciumcarbonat
Calciumchlorid
Calciumfluorid
Calciumhydroxid
Calciumnitrat






Calciumoxid
Calciumphosphat
Calciumsulfat Kalkwasser




 
 
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