Calcium is een alkalisch aardmetaal en is al bekend sinds de prehistorie. Het werd in 1787 ontdekt door Antoine Lavoisier en in 1808 in zuivere vorm geïsoleerd. Calcium is een belangrijke voedingsstof voor het menselijk lichaam.

Ontdekking en Geschiedenis

De geschiedenis van calcium gaat terug tot 7000 v. Chr., toen calcium in de vorm van kalk werd gebruikt als pleister voor het maken van standbeelden en als bouwmateriaal. De naam calcium is afgeleid van het woord “calx” dat Latijn is voor kalk. Een andere vorm van calcium, calciumsulfaat dat gips wordt genoemd, bleek te zijn gebruikt bij de bouw van de Grote Egyptische Piramide van Gizeh. Later, in 1787, werd kalk beschouwd als een oxide van een nieuw chemisch element door Antoine Lavoisier. Calcium werd voor het eerst geïsoleerd door Sir Humphry Davy in 1808 in Engeland. Hij elektrolyseerde een mengsel van kalk en kwikoxide. Enkele andere wetenschappers, Magnus Pontin en Jöns Jacob Berzelius produceren ook een calcium amalgaam na het uitvoeren van elektrolyse op een mengsel van kalk en kwikoxide.

Calcium

Occurrence

Calcium is zeer reactief en komt niet in vrije vorm voor. Het komt in de aardkorst voor in de vormen van carbonaat, sulfaat, fluoride, silicaat en boraat. Calciumcarbonaat komt voor in marmer, krijt, kalksteen en calciet. Calciumsulfaat (CaSO4) komt voor in anhydriet en gips, calciumfluoride in vloeispaat of fluoriet (CaF2) en calciumfosfaat komt voor in apatiet. Calcium komt ook voor in talrijke silicaten en aluminosilicaten. Bijna alle natuurlijke wateren, met inbegrip van zeewater, bevatten calciumcarbonaat en calciumsulfaat of beide. Veel organismen concentreren calciumverbindingen in hun schelpen of skeletten. Zo wordt calciumcarbonaat gevormd in de schelpen van oesters en in de skeletten van koralen.

Fysische eigenschappen

De fysische en chemische eigenschappen lijken het meest op die van strontium en barium. Het is het vijfde meest voorkomende element in de aardkorst en het derde meest voorkomende metaal, na ijzer en aluminium. Het atoomnummer van calcium is 20, en het atoomgewicht is 40,078. De dichtheid van calcium is 1,55 gram per kubieke centimeter. Het smeltpunt is 842 °C en het kookpunt is 1494 °C. Calcium is harder dan lood, maar kan met moeite met een mes worden gesneden. Calcium geleidt elektriciteit minder goed dan koper of aluminium (naar volume), maar naar massa is het een betere geleider door zijn zeer lage dichtheid. Het reageert met atmosferische zuurstof, waardoor het ongunstig is om te worden gebruikt in de meeste toepassingen, maar het gebruik ervan wordt overwogen in de ruimte.

Chemische eigenschappen

De chemie van calcium is vergelijkbaar met die van zware aardalkalimetalen. Het metaal reageert langzaam met zuurstof, waterdamp, en stikstof van de lucht om een gele laag van het oxyde, hydroxide, en nitride te vormen. Het verbrandt in lucht of zuivere zuurstof om het oxyde te vormen en reageert snel met warm water om waterstofgas en calciumhydroxide te produceren. Bij verhitting reageert calcium met waterstof, halogenen, boor, zwavel, koolstof en fosfor. Hoewel het vergelijkbaar is met natrium als reductiemiddel, is calcium duurder en minder reactief dan de laatste. In veel desoxiderende, reducerende en ontgassende toepassingen heeft calcium echter de voorkeur vanwege de lagere vluchtigheid en wordt het gebruikt om chroom, thorium, uranium, zirkonium en andere metalen uit hun oxiden te bereiden. Calciummetaal lost direct op in vloeibare ammoniak en geeft een donkerblauwe oplossing. Door de grote omvang van het Ca2+ ion zijn hoge coördinatiegetallen gebruikelijk.

Gebruik en betekenis

• Calciumcarbonaat wordt ingenomen als maagzuurremmer en is effectief bij de behandeling van indigestie.
• Het intraveneus (via infuus) toedienen van calciumgluconaat kan hyperkaliëmie, een aandoening waarbij er te veel kalium in het bloed is, ongedaan maken.
• Het innemen van calcium via de mond is effectief voor het behandelen en voorkomen van hypocalciëmie. Het wordt ook intraveneus (via het infuus) toegediend voor de behandeling van zeer lage calciumniveaus in het lichaam.
• Het innemen van calciumcarbonaat of calciumacetaat via de mond is effectief voor het beheersen van hoge fosfaatniveaus in het bloed, dat aanwezig is bij mensen met nierfalen.
• Het innemen van calcium via de mond is effectief voor het voorkomen van botverlies en het behandelen van osteoporose.
• Calcium is een co-factor voor veel enzymen, waardoor het een vitaal onderdeel van het biologisch systeem is.
• Calcium beïnvloedt de gladde spier die de bloedvaten omringt en zorgt ervoor dat deze zich ontspant. Er zijn verschillende ionische kanalen in het membraan van levende cellen die worden gecontroleerd door het niveau van calcium in het lichaam.
• Het is belangrijk op te merken dat calcium niet gemakkelijk wordt geabsorbeerd zonder de aanwezigheid van vitamine D.

Isotopen

Er zijn zes natuurlijke isotopen van calcium, waaronder; Ca-40 is het meest overvloedig (97 procent van de natuurlijke abundantie), Ca-44 (2 procent van de natuurlijke abundantie); Ca-42 (0.6 procent van de natuurlijke abundantie); Ca-48 is het meest stabiel (0,2 procent van de natuurlijke abundantie); Ca-43 (0,1 procent van de natuurlijke abundantie); Ca-46 (0,004 procent van de natuurlijke abundantie). Het is het eerste element dat een lage dichtheid heeft en zes natuurlijke isotopen heeft.