Kalsium on emäksinen maametalli, joka on tunnettu jo esihistoriallisista ajoista lähtien. Antoine Lavoisier löysi sen vuonna 1787, ja se eristettiin puhtaassa muodossa vuonna 1808. Kalsium on tärkeä ravintoaine ihmiskeholle.

Löytö ja historia

Kalsiumin historia juontaa juurensa vuoteen 7000 eKr., jolloin kalkin muodossa olevaa kalsiumia käytettiin kipsinä patsaiden tekoon ja rakennusmateriaalina. Kalsiumin nimi on peräisin sanasta ”calx”, joka tarkoittaa latinaksi kalkkia. Kalsiumin toista muotoa, kalsiumsulfaattia, jota kutsutaan kipsiksi, on todettu käytetyn Gizan suuren egyptiläisen pyramidin rakentamisessa. Myöhemmin vuonna 1787 Antoine Lavoisier piti kalkkia uuden kemiallisen alkuaineen oksidina. Sir Humphry Davy eristi kalsiumin ensimmäisen kerran vuonna 1808 Englannissa. Hän elektrolyysi kalkin ja elohopeaoksidin seoksen. Muutamat muut tiedemiehet, Magnus Pontin ja Jöns Jacob Berzelius, tuottivat myös kalsiumamalgaamia tehtyään elektrolyysin kalkin ja elohopeaoksidin seokselle.

Kalsium

Esiintyminen

Kalsium on hyvin reaktiivinen eikä esiinny vapaassa muodossa. Sitä esiintyy maankuoressa karbonaatin, sulfaatin, fluoridin, silikaatin ja boraatin muodossa. Kalsiumkarbonaattia esiintyy marmorissa, liidussa, kalkkikivessä ja kalsiitissa. Kalsiumsulfaattia (CaSO4) esiintyy anhydriitissä ja kipsissä, kalsiumfluoridia fluorisälvässä tai fluoriitissa (CaF2) ja kalsiumfosfaattia apatiitissa. Kalsiumia esiintyy myös lukuisissa silikaateissa ja alumiinisilikaateissa. Lähes kaikki luonnonvedet, myös merivesi, sisältävät joko kalsiumkarbonaattia tai kalsiumsulfaattia tai molempia. Monet eliöt keräävät kalsiumyhdisteitä kuoriinsa tai luurankoonsa. Kalsiumkarbonaattia muodostuu esimerkiksi osterien kuorissa ja korallien luurangoissa.

Fysikaaliset ominaisuudet

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet muistuttavat eniten strontiumia ja bariumia. Se on maankuoren viidenneksi yleisin alkuaine ja kolmanneksi yleisin metalli raudan ja alumiinin jälkeen. Kalsiumin järjestysluku on 20 ja atomipaino 40,078. Kalsiumin tiheys on 1,55 grammaa kuutiosenttimetriä kohti. Sen sulamispiste on 842 °C ja kiehumispiste 1494 °C. Kalsium on kovempaa kuin lyijy, mutta sitä voi leikata veitsellä vaivalla. Kalsium johtaa sähköä huonommin kuin kupari tai alumiini (tilavuuden mukaan), mutta massan mukaan se johtaa paremmin, koska sen tiheys on hyvin pieni. Se reagoi ilmakehän hapen kanssa, mikä tekee sen käytöstä epäsuotuisaa useimmissa sovelluksissa, mutta sen käyttöä avaruudessa harkitaan.

Kemialliset ominaisuudet

Kalsiumin kemia muistuttaa raskasta maa-alkalimetallia. Metalli reagoi hitaasti ilman hapen, vesihöyryn ja typen kanssa muodostaen oksidin, hydroksidin ja nitridin keltaisen päällysteen. Se palaa ilmassa tai puhtaassa hapessa muodostaen oksidia ja reagoi nopeasti lämpimän veden kanssa muodostaen vetykaasua ja kalsiumhydroksidia. Kuumennettaessa kalsium reagoi vedyn, halogeenien, boorin, rikin, hiilen ja fosforin kanssa. Vaikka kalsiumia voidaan verrata natriumiin pelkistysaineena, se on kalliimpaa ja vähemmän reaktiivista kuin natrium. Monissa hapettamisen, pelkistämisen ja kaasunpoiston sovelluksissa kalsiumia käytetään kuitenkin mieluummin sen pienemmän haihtuvuuden vuoksi, ja sitä käytetään kromin, toriumin, uraanin, zirkoniumin ja muiden metallien valmistamiseen niiden oksideista. Kalsiummetalli liukenee suoraan nestemäiseen ammoniakkiin ja muodostaa tummansinisen liuoksen. Ca2+-ionin suuren koon vuoksi korkeat koordinaatioluvut ovat yleisiä.

Käytöt ja merkitys

• Kalsiumkarbonaattia otetaan happamuudensäätöaineena on tehokas ruoansulatushäiriöiden hoitoon.
• Kalsiumglukonaatin antaminen suonensisäisesti (infuusiona) voi kumota hyperkalemian, tilan, jossa veressä on liikaa kaliumia.
• Kalsiumin ottaminen suun kautta on tehokasta hypokalsemian hoidossa ja ehkäisyssä. Sitä annetaan myös suonensisäisesti (infuusiona) elimistön hyvin alhaisten kalsiumpitoisuuksien hoitoon.
• Kalsiumkarbonaatin tai kalsiumasetaatin ottaminen suun kautta on tehokasta veren korkeiden fosfaattipitoisuuksien hallitsemiseksi, joita esiintyy munuaisten vajaatoimintaa sairastavilla.
• Kalsiumin nauttiminen suun kautta on tehokasta luukadon ehkäisyssä ja osteoporoosin hoidossa.
• Kalsium on monien entsyymien kofaktorina, mikä tekee siitä elintärkeän osan biologista järjestelmää.
• Kalsium vaikuttaa verisuonia ympäröivään sileään lihakseen ja saa sen rentoutumaan. Elävien solujen kalvossa on erilaisia ionikanavia, joita ohjaa elimistön kalsiumtaso.
• On tärkeää huomata, että kalsium ei imeydy helposti ilman D-vitamiinia.

Isotoopit

Kalsiumilla on kuusi luonnollista isotooppia, mukaan lukien; Ca-40 on runsain (97 prosenttia luonnollisesta runsaudesta), Ca-44 (2 prosenttia luonnollisesta runsaudesta); Ca-42 (0.6 prosenttia luonnollisesta runsaudesta); Ca-48 on vakain (0,2 prosenttia luonnollisesta runsaudesta); Ca-43 (0,1 prosenttia luonnollisesta runsaudesta); Ca-46 (0,004 prosenttia luonnollisesta runsaudesta). Se on ensimmäinen alkuaine, jonka tiheys on alhainen ja jolla on kuusi luonnollista isotooppia.