Calcium ist ein Erdalkalimetall und ist seit prähistorischen Zeiten bekannt. Es wurde 1787 von Antoine Lavoisier entdeckt und 1808 in reiner Form isoliert. Kalzium ist ein wichtiger Nährstoff für den menschlichen Körper.

Entdeckung und Geschichte

Die Geschichte des Kalziums geht auf das Jahr 7000 v. Chr. zurück, als Kalzium in Form von Kalk als Gips zur Herstellung von Statuen und als Baumaterial verwendet wurde. Der Name Calcium leitet sich von dem Wort „calx“ ab, das lateinisch für Kalk ist. Eine andere Form von Kalzium, Kalziumsulfat, das als Gips bezeichnet wird, wurde beim Bau der großen ägyptischen Pyramide von Gizeh verwendet. Später, im Jahr 1787, wurde Kalk von Antoine Lavoisier als ein Oxid eines neuen chemischen Elements betrachtet. Kalzium wurde erstmals 1808 von Sir Humphry Davy in England isoliert. Er elektrolysierte eine Mischung aus Kalk und Quecksilberoxid. Einige andere Wissenschaftler, Magnus Pontin und Jöns Jacob Berzelius, stellten ebenfalls ein Kalziumamalgam her, nachdem sie eine Mischung aus Kalk und Quecksilberoxid elektrolysiert hatten.

Calcium

Vorkommen

Kalzium ist sehr reaktiv und kommt nicht in freier Form vor. Es kommt in der Erdkruste in Form von Carbonat, Sulfat, Fluorid, Silikat und Borat vor. Calciumcarbonat kommt in Marmor, Kreide, Kalkstein und Calcit vor. Calciumsulfat (CaSO4) kommt in Anhydrit und Gips vor, Calciumfluorid in Flussspat oder Fluorit (CaF2) und Calciumphosphat in Apatit. Calcium kommt auch in zahlreichen Silikaten und Alumosilikaten vor. Fast alle natürlichen Wässer, einschließlich Meerwasser, enthalten entweder Calciumcarbonat oder Calciumsulfat oder beides. Viele Organismen konzentrieren Kalziumverbindungen in ihren Schalen oder Skeletten. Calciumcarbonat wird zum Beispiel in den Schalen von Austern und in den Skeletten von Korallen gebildet.

Physikalische Eigenschaften

Seine physikalischen und chemischen Eigenschaften sind denen von Strontium und Barium am ähnlichsten. Es ist das fünfthäufigste Element in der Erdkruste und das dritthäufigste Metall nach Eisen und Aluminium. Die Ordnungszahl von Calcium ist 20, das Atomgewicht 40,078. Die Dichte von Calcium beträgt 1,55 Gramm pro Kubikzentimeter. Sein Schmelzpunkt liegt bei 842 °C und sein Siedepunkt bei 1494 °C. Calcium ist härter als Blei, lässt sich aber mit einem Messer mühelos schneiden. Kalzium ist ein schlechterer elektrischer Leiter als Kupfer oder Aluminium (nach Volumen), aber aufgrund seiner sehr geringen Dichte ein besserer Leiter nach Masse. Es reagiert mit Luftsauerstoff, was seine Verwendung in den meisten Anwendungen ungünstig macht, aber seine Verwendung im Weltraum wird als solche in Betracht gezogen.

Chemische Eigenschaften

Die Chemie von Kalzium ist ähnlich wie die von schweren Erdalkalimetallen. Das Metall reagiert langsam mit Sauerstoff, Wasserdampf und dem Stickstoff der Luft und bildet eine gelbe Schicht aus Oxid, Hydroxid und Nitrid. Es verbrennt an der Luft oder mit reinem Sauerstoff unter Bildung des Oxids und reagiert schnell mit warmem Wasser unter Bildung von Wasserstoffgas und Calciumhydroxid. Beim Erhitzen reagiert Calcium mit Wasserstoff, Halogenen, Bor, Schwefel, Kohlenstoff und Phosphor. Obwohl es als Reduktionsmittel mit Natrium vergleichbar ist, ist Calcium teurer und weniger reaktiv als letzteres. Bei vielen Desoxidations-, Reduktions- und Entgasungsanwendungen wird Calcium jedoch wegen seiner geringeren Flüchtigkeit bevorzugt und zur Aufbereitung von Chrom, Thorium, Uran, Zirkonium und anderen Metallen aus ihren Oxiden verwendet. Calciummetall löst sich direkt in flüssigem Ammoniak auf und ergibt eine dunkelblaue Lösung. Aufgrund der großen Größe des Ca2+-Ions sind hohe Koordinationszahlen üblich.

Verwendung und Bedeutung

• Calciumcarbonat wird als Antazidum eingenommen und ist wirksam bei Verdauungsstörungen.
• Die intravenöse Verabreichung von Kalziumglukonat kann eine Hyperkaliämie, d.h. einen Zustand mit zu viel Kalium im Blut, rückgängig machen.
• Die Einnahme von Kalzium durch den Mund ist wirksam zur Behandlung und Vorbeugung einer Hypokalzämie. Es wird auch intravenös (über eine Infusion) verabreicht, um sehr niedrige Kalziumwerte im Körper zu behandeln.
• Die Einnahme von Kalziumkarbonat oder Kalziumacetat über den Mund ist wirksam, um hohe Phosphatwerte im Blut zu kontrollieren, die bei Menschen mit Nierenversagen auftreten.
• Die Einnahme von Kalzium durch den Mund ist wirksam bei der Vorbeugung von Knochenschwund und der Behandlung von Osteoporose.
• Kalzium ist ein Kofaktor für viele Enzyme, was es zu einem lebenswichtigen Bestandteil des biologischen Systems macht.
• Kalzium wirkt auf die glatte Muskulatur, die die Blutgefäße umgibt und bewirkt, dass sie sich entspannt. Es gibt verschiedene Ionenkanäle in der Membran lebender Zellen, die durch den Kalziumspiegel im Körper gesteuert werden.
• Es ist wichtig zu beachten, dass Kalzium ohne das Vorhandensein von Vitamin D nicht leicht absorbiert wird.

Isotope

Es gibt sechs natürliche Isotope von Kalzium, darunter Ca-40, das am häufigsten vorkommt (97 Prozent des natürlichen Vorkommens), Ca-44 (2 Prozent des natürlichen Vorkommens), Ca-42 (0.6 Prozent des natürlichen Vorkommens); Ca-48 ist am stabilsten (0,2 Prozent des natürlichen Vorkommens); Ca-43 (0,1 Prozent des natürlichen Vorkommens); Ca-46 (0,004 Prozent des natürlichen Vorkommens). Es ist das erste Element, das eine niedrige Dichte und sechs natürliche Isotope aufweist.