Wapń
Wapń jest metalem ziem alkalicznych i jest znany od czasów prehistorycznych. Został odkryty w 1787 roku przez Antoine Lavoisier i został wyizolowany w czystej postaci w 1808 roku. Wapń jest ważnym składnikiem odżywczym dla organizmu ludzkiego.
Odkrycie i historia
Historia wapnia sięga 7000 r. p.n.e., kiedy to wapń w postaci wapna był używany jako tynk do wykonywania posągów i jako materiał budowlany. Nazwa wapń pochodzi od słowa „calx”, które po łacinie oznacza wapno. Inna forma wapnia, siarczan wapnia, który jest określany jako gips, został użyty do budowy Wielkiej Piramidy Egipskiej w Gizie. Później, w 1787 roku, wapno zostało uznane przez Antoine Lavoisiera za tlenek nowego pierwiastka chemicznego. Wapń został po raz pierwszy wyizolowany przez Sir Humphry Davy’ego w 1808 roku w Anglii. Poddał on elektrolizie mieszaninę wapna i tlenku rtęci. Kilku innych naukowców, Magnus Pontin i Jöns Jacob Berzelius również produkują amalgamat wapnia po przeprowadzeniu elektrolizy na mieszaninie wapna i tlenku rtęci.
Wapń
| Klasyfikacja układu okresowego | Grupa 2 Okres 4 |
|---|---|
| Stan w 20C | Ciało stałe |
| Kolor | Srebrny-…gray |
| Electron Configuration | 4s2 |
| Electron Number | 20 |
| Liczba protonów | 20 |
| Powłoka elektronowa | 2, 8, 8, 2 |
| Gęstość | 1.55 g.cm-3 w 20°C |
| Liczba atomowa | 20 |
| Masa atomowa | 40,08 g.mol -1 |
| Elektronegatywność wg Paulinga | 1,00 |
Występowanie
Wapń jest bardzo reaktywny i nie występuje w postaci wolnej. Występuje w skorupie ziemskiej w postaci węglanu, siarczanu, fluorku, krzemianu i boranu. Węglan wapnia występuje w marmurze, kredzie, wapieniu i kalcycie. Siarczan wapnia (CaSO4) występuje w anhydrycie i gipsie, fluorek wapnia we fluorku lub fluorycie (CaF2), a fosforan wapnia występuje w apatycie. Wapń występuje również w licznych krzemianach i glinokrzemianach. Prawie wszystkie naturalne wody, w tym woda morska, zawierają węglan wapnia i siarczan wapnia lub oba te związki. Wiele organizmów koncentruje związki wapnia w swoich skorupach lub szkieletach. Na przykład węglan wapnia powstaje w muszlach ostryg i w szkieletach koralowców.
Właściwości fizyczne
Jego właściwości fizyczne i chemiczne są najbardziej zbliżone do strontu i baru. Jest piątym najobficiej występującym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej i trzecim najobficiej występującym metalem, po żelazie i aluminium. Liczba atomowa wapnia wynosi 20, a masa atomowa 40,078. Gęstość wapnia wynosi 1,55 grama na centymetr sześcienny. Jego temperatura topnienia wynosi 842 °C, a temperatura wrzenia 1494 °C. Wapń jest twardszy niż ołów, ale może być cięty nożem z wysiłkiem. Wapń jest gorszym przewodnikiem elektryczności niż miedź lub aluminium (objętościowo), ale jest lepszym przewodnikiem masy ze względu na bardzo małą gęstość. Reaguje z tlenem atmosferycznym, co czyni go niekorzystnym do wykorzystania w większości zastosowań, ale jego wykorzystanie w przestrzeni kosmicznej jest rozważane jako takie w przestrzeni kosmicznej.
Cechy chemiczne
Chemia wapnia jest podobna do ciężkiego metalu ziem alkalicznych. Metal reaguje powoli z tlenem, parą wodną i azotem powietrza, tworząc żółtą powłokę z tlenku, wodorotlenku i azotku. Spala się w powietrzu lub czystym tlenie, tworząc tlenek i szybko reaguje z ciepłą wodą, tworząc gazowy wodór i wodorotlenek wapnia. Podczas ogrzewania, wapń reaguje z wodorem, halogenami, borem, siarką, węglem i fosforem. Chociaż wapń jest porównywalny z sodem jako czynnik redukujący, jest od niego droższy i mniej reaktywny. Jednak w wielu zastosowaniach odtleniających, redukujących i odgazowujących wapń jest preferowany ze względu na niższą lotność i jest używany do przygotowywania chromu, toru, uranu, cyrkonu i innych metali z ich tlenków. Wapń metaliczny rozpuszcza się bezpośrednio w ciekłym amoniaku, dając ciemnoniebieski roztwór. Ze względu na duży rozmiar jonu Ca2+, wysokie liczby koordynacyjne są powszechne.
Usługi i znaczenie
- Węglan wapnia jest brany jako środek zobojętniający jest skuteczny w leczeniu niestrawności.
- Podanie glukonianu wapnia dożylnie (przez IV) może odwrócić hiperkaliemię, stan, w którym jest zbyt dużo potasu we krwi.
- Przyjmowanie wapnia doustnie jest skuteczne w leczeniu i zapobieganiu hipokalcemii. Jest on również podawany dożylnie (przez kroplówkę) w leczeniu bardzo niskiego poziomu wapnia w organizmie.
- Przyjmowanie doustnie węglanu wapnia lub octanu wapnia jest skuteczne w kontrolowaniu wysokiego poziomu fosforanów we krwi, który występuje u osób z niewydolnością nerek.
- Przyjmowanie wapnia doustnie jest skuteczne w zapobieganiu utraty kości i leczeniu osteoporozy.
- Wapń jest kofaktorem dla wielu enzymów, co czyni go istotnym składnikiem systemu biologicznego.
- Wapń wpływa na mięśnie gładkie otaczające naczynia krwionośne i powoduje ich rozluźnienie. Istnieją różne kanały jonowe w błonie żywych komórek, które są kontrolowane przez poziom wapnia w organizmie.
- Należy zauważyć, że wapń nie jest łatwo wchłaniany bez obecności witaminy D.
Izotopy
Istnieje sześć naturalnych izotopów wapnia, w tym; Ca-40 jest najbardziej obfity (97 procent naturalnej obfitości), Ca-44 (2 procent naturalnej obfitości); Ca-42 (0.6 procent naturalnej obfitości); Ca-48 jest najbardziej stabilny (0,2 procent naturalnej obfitości); Ca-43 (0,1 procent naturalnej obfitości); Ca-46 (0,004 procent naturalnej obfitości). Jest to pierwszy element, który ma niską gęstość i ma sześć naturalnych izotopów.