Kalcium
Kalcium är en alkalisk jordmetall och har varit känd sedan förhistorisk tid. Den upptäcktes 1787 av Antoine Lavoisier och isolerades i ren form 1808. Kalcium är ett viktigt näringsämne för människokroppen.
Fynd och historia
Kalciums historia går tillbaka till 7000 f.Kr. då kalcium i form av kalk användes som gips för att göra statyer och som byggnadsmaterial. Namnet kalcium kommer från ordet ”calx” som är latin och betyder kalk. En annan form av kalcium, kalciumsulfat som kallas gips, har använts vid byggandet av den stora egyptiska pyramiden i Giza. Senare, år 1787, ansåg Antoine Lavoisier att kalk var en oxid av ett nytt kemiskt grundämne. Kalcium isolerades först av Sir Humphry Davy 1808 i England. Han elektrolyserade en blandning av kalk och kvicksilveroxid . Några andra forskare, Magnus Pontin och Jöns Jacob Berzelius, framställde också ett kalciumamalgam efter att ha elektrolyserat en blandning av kalk och kvicksilveroxid.
Kalcium
| Klassificering av periodiska systemet | Grupp 2 Period. 4 |
|---|---|
| State at 20C | Solid |
| Färg | Silver-grå |
| Elektronkonfiguration | 4s2 |
| Elektronnummer | 20 |
| Protonnummer | 20 |
| Elektronskal | 2, 8, 8, 2 |
| Densitet | 1.55 g.cm-3 vid 20°C |
| Atomnummer | 20 |
| Atomvikt | 40,08 g.mol -1 |
| Elektronegativitet enligt Pauling | 1,00 |
Förekomst
Calcium är mycket reaktivt och förekommer inte i fri form. Det förekommer i jordskorpan i form av karbonat, sulfat, fluorid, silikat och borat. Kalciumkarbonat förekommer i marmor, krita, kalksten och kalcit. Kalciumsulfat (CaSO4) förekommer i anhydrit och gips, kalciumfluorid i flusspat eller fluorit (CaF2) och kalciumfosfat förekommer i apatit. Kalcium förekommer också i många silikater och aluminiumsilikater. Nästan alla naturliga vatten, inklusive havsvatten, innehåller antingen kalciumkarbonat eller kalciumsulfat eller både kalciumkarbonat och kalciumsulfat. Många organismer koncentrerar kalciumföreningar i sina skal eller skelett. Kalciumkarbonat bildas till exempel i ostronens skal och i korallens skelett.
Fysiska egenskaper
De fysiska och kemiska egenskaperna liknar mest strontium och barium. Det är det femte vanligaste grundämnet i jordskorpan och den tredje vanligaste metallen efter järn och aluminium. Kalciums atomnummer är 20 och atomvikten är 40,078. Kalciums densitet är 1,55 gram per kubikcentimeter. Dess smältpunkt är 842 °C och kokpunkt är 1494 °C. Kalcium är hårdare än bly men kan med ansträngning skäras med en kniv. Kalcium är en sämre elektrisk ledare än koppar eller aluminium (i volym), men det är en bättre ledare i massa på grund av sin mycket låga densitet. Det reagerar med atmosfäriskt syre, vilket gör att det är ogynnsamt att använda i de flesta tillämpningar, men dess användning i rymden övervägs sådan i rymden.
Kemiska egenskaper
Kalciums kemi liknar en tung alkalisk jordartsmetall. Metallen reagerar långsamt med luftens syre, vattenånga och kväve och bildar en gul beläggning av oxid, hydroxid och nitrid. Den brinner i luft eller rent syre för att bilda oxiden och reagerar snabbt med varmt vatten för att producera vätgas och kalciumhydroxid. Vid upphettning reagerar kalcium med väte, halogener, bor, svavel, kol och fosfor. Även om kalcium kan jämföras med natrium som reduktionsmedel är det dyrare och mindre reaktivt än natrium. I många tillämpningar för desoxidering, reduktion och avgasning föredras dock kalcium på grund av dess lägre flyktighet och används för att bereda krom, torium, uran, zirkonium och andra metaller från deras oxider. Kalciummetall löses direkt i flytande ammoniak och ger en mörkblå lösning. På grund av Ca2+-jonens stora storlek är höga koordinationstal vanliga.
Användning och betydelse
- Kalciumkarbonat tas som ett antacidum är effektivt för att behandla matsmältningsbesvär.
- Genom att ge kalciumglukonat intravenöst (via dropp) kan man vända hyperkalemi, ett tillstånd där det finns för mycket kalium i blodet.
- Intag av kalcium genom munnen är effektivt för att behandla och förebygga hypokalcemi. Det ges också intravenöst (via dropp) för att behandla mycket låga kalciumnivåer i kroppen.
- Intag av kalciumkarbonat eller kalciumacetat via munnen är effektivt för att kontrollera höga fosfatnivåer i blodet, som förekommer hos personer med njursvikt.
- Intag av kalcium genom munnen är effektivt för att förebygga benförlust och behandla osteoporos.
- Kalcium är en kofaktor för många enzymer vilket gör det till en viktig komponent i det biologiska systemet.
- Kalcium påverkar den glatta muskulaturen som omger blodkärlen och får den att slappna av. Det finns olika jonkanaler i membranet hos levande celler som styrs av kalciumnivån i kroppen.
- Det är viktigt att notera att kalcium inte absorberas lätt utan närvaro av D-vitamin.
Isotoper
Det finns sex naturliga isotoper av kalcium, inklusive; Ca-40 är vanligast (97 procent av den naturliga förekomsten), Ca-44 (2 procent av den naturliga förekomsten); Ca-42 (0.6 procent av den naturliga förekomsten); Ca-48 är mest stabil (0,2 procent av den naturliga förekomsten); Ca-43 (0,1 procent av den naturliga förekomsten); Ca-46 (0,004 procent av den naturliga förekomsten). Det är det första grundämnet som har låg densitet och har sex naturliga isotoper.