Calcium

Kalzium (auch Calcium) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Ca und der Ordnungszahl 20.
Das glänzende silberweiße, im hochreinen Zustand auch goldgelbe Metall begegnet uns in der Umwelt als Bestandteil von Kalk, Marmor, Kreide und anderen Mineralien.

Eigenschaften

Kalium - Kalzium - Scandium
Mg Ca Sr
	Periodensystem

Allgemein

Name, Symbol, Ordnungszahl

Kalzium, Ca, 20

Serie

Erdalkalimetalle

Gruppe, Periode, Block

2 (IIA), 4, s

Dichte, Mohshärte

1550 kg/m³, 1,75

Aussehen

silbrig weiß

Atomar

Atomgewicht

40,078 amu

Atomradius (berechnet)

180 (194) pm

Kovalenter Radius

174 pm

van der Waals-Radius

k. A.

Elektronenkonfiguration

[Ar]4s²

e^- 's pro Energieniveau

2, 8, 8, 2

Oxidationszustände (Oxid)

2 (stark basisch)

Kristallstruktur

kubisch flächenzentriert

Physikalisch

Aggregatzustand (Magnetismus)

fest (paramagnetisch)

1115 K (842 °C)

1757 K (1484 °C)

26,20 · 10³ m³/mol

153,6 kJ/mol

8,54 kJ/mol

254 Pa bei 1112 K

Schallgeschwindigkeit

3810 m/s bei 293,15 K

Verschiedenes

Elektronegativität

1,00 (Pauling-Skala)

Austrittsarbeit

2,9 eV

Spezifische Wärmekapazität

632 J/(kg · K)

Elektrische Leitfähigkeit

29,8 · 10⁶/m Ohm

Wärmeleitfähigkeit

201 W/(m · K)

1. Ionisierungsenergie

589,8 kJ/mol

2. Ionisierungsenergie

1145,4 kJ/mol

3. Ionisierungsenergie

4912,4 kJ/mol

Stabilste Isotope

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE M eV	ZP
⁴⁰Ca	96,941 %	Ca ist stabil mit 20 Neutronen
⁴¹Ca	{syn.}	103.000 y	epsilon	0,421	⁴¹K
⁴²Ca	0,647 %	Ca ist stabil mit 22 Neutronen
⁴³Ca	0,135 %	Ca ist stabil mit 23 Neutronen
⁴⁴Ca	2,086 %	Ca ist stabil mit 24 Neutronen
⁴⁶Ca	0,004 %	Ca ist stabil mit 26 Neutronen
⁴⁸Ca	0,187 %	>6 · 10¹⁸ y	beta^-	4,272	⁴⁸Ti

NMR-Eigenschaften

	⁴³Ca
Kernspin	-7/2
gamma	1,8 · 10⁷ rad/T
Empfindlichkeit	0,0064
Larmorfrequenz bei B = "4",7 T	13,5 M Hz

SI-Einheiten und Standardbedingungen werden benutzt,
sofern nicht anders angegeben.

Bemerkenswerte Eigenschaften

Kalzium ist weich wie Blei und lässt sich schneiden. In trockener Luft läuft es schnell an. In Wasser reagiert es heftig unter Bildung von Kalziumhydroxid und Wasserstoff. In Luft verbrennt es zu Kalziumoxid und Kalziumnitrid. Feinverteiltes Kalzium ist selbstentzündlich.

Kalzium gehört zu den Erdalkalimetallen und liegt in chemischen Verbindungen meist in der Oxidationszahl +2 vor. Kalzium-Ionen sind doppelt positiv geladen.

Anwendungen

Metallisches Kalzium dient als Reduktionsmittel in der Metallurgie zur Herstellung von Metallen wie Thorium, Vanadium, Zirkonium, Yttrium und anderen seltenen Erdmetallen, als Desoxidationsmittel in der Stahl- und Aluminiumherstellung, als Legierungszusatz in Aluminium-, Beryllium-, Kupfer-, Blei- und Magnesiumlegierungen.
Ausgangsstoff zur Herstellung von Kalziumhydrid.

Die technische Nutzung des Kalziums erfolgt überwiegend in gebundener Form.

Kalkstein ist einer der wichtigsten Rohstoffe der Industrie :
- Verschlackungsmittel in der Stahlherstellung. Der Verbrauch liegt bei 0,5 Tonnen Kalkstein pro Tonne Stahl
- Ausgangsstoff zur Herstellung von gebranntem Kalk
- Kreide als Füllstoffe für Kunststoffe, zum Beispiel PVC. Ziel ist die Verbesserung der Steifigkeit und Schlagzähigkeit, sowie eine Verringerung der Schrumpfung. Die ebenfalls stark erhöhte thermische Leitfähigkeit erlaubt höhere Arbeitstakte beim Extrudieren.
- Feinkörniges Kalziumcarbonat dient als Füllstoff von hochwertigem, holzfreiem Papier
Kalziumsulfat (Gips) wird als Baustoff verwendet
Kalziumcarbid dient als Ausgangsstoff für chemische Synthesen und zur Herstellung von Kalkstickstoff-Dünger
Kalziumchlorid dient als Tau- und Trocknungsmittel sowie als Beton-Abbindebeschleuniger

Geschichte

Die Elementbezeichnug leitet sich von dem lateinischen calx ab. So bezeichneten die Römer Kalkstein, Kreide und daraus hergestellten Mörtel.
Metallisches Kalzium gewann 1808 Sir Humphry Davy durch Abdampfen des Quecksilbers aus elektrolytisch gewonnenen Kalziumamalgam.

Vorkommen

Kalzium ist das fünft-häufigste Element der Erdkruste. Aufgrund seiner chemischen Reaktivität kommt es natürlich nur chemisch gebunden vor. Als essentieller Bestandteil der belebten Materie ist es am Aufbau von Blättern, Knochen, Zähnen und Muscheln beteiligt. Neben K⁺, Na⁺ spielt Ca²⁺ eine wichtige Rolle bei der Reizübertragung in Nervenzellen. Aber auch in anderen Zellen spielen Kalzium-Ionen eine wichtige Rolle bei der Signaltransduktion.
Kalziumhaltige Minerale wie Kalkstein und Gips sind vielfältig vorhanden. Die Herstellung des Metalls erfolgt unter Vakuum durch Reduktion von gebranntem Kalk mit Aluminiumpulver in der Hitze (Pidgeon Prozess). Weitere Reinigung erfolgt durch Destillation.

Ernährung und Funktion im menschlichen Organismus

Kalzium ist ein Mengenelement, das im Körper in Konzentrationen von mehr als 50 mg pro kg Körpergewicht vorliegt.

Funktionen: Mit einem Körperbestand von 1-1,1 kg ist Kalzium der mengenmäßig am stärksten vertretene Mineralstoff im menschlichen Organismus. 99 % des im Körper vorkommenden Kalziums befinden sich in Knochen und Zähnen - Kalzium verleiht ihnen Stabilität und Festigkeit. Gleichzeitig dienen die Knochen als Speicher für Kalzium - bei Kalziummangel kann ein Teil davon aus den Knochen gelöst und für andere Aufgaben zur Verfügung gestellt werden. Kalzium ist an der Blutgerinnung, an der Erregung von Muskeln und Nerven sowie an der Aktivierung einiger Enzyme und Hormone beteiligt. So führt erst der Einstrom von Kalzium-Ionen zu einer Kontraktion der Muskulatur. Im Blut muss ständig eine Konzentration von 2,1-2,6 mmol/l Kalzium gegeben sein. Sie wird durch die Hormone Kalzitonin und Parathormon reguliert.

Risikogruppen für eine unzureichende Kalziumzufuhr sind junge Frauen, Schwangere, Stillende und Senioren. Die empfohlene Tageszufuhr für Erwachsene liegt bei 1000 mg. Voraussetzung dafür, dass Kalzium in größeren Mengen vom Körper aufgenommen werden kann, ist eine ausreichende Versorgung mit Vitamin D. Durch die gleichzeitige Zufuhr von Oxalsäure, Phytinsäure und Ballaststoffen wird die Kalziumaufnahme verringert. Ausgeschieden wird Kalzium über den Harn und über den Stuhl, wobei unter anderem eine hohe Zufuhr von Eiweiß, Speisesalz, Kaffee oder Alkohol die Kalziumausscheidung erhöht.

Kalzium: empfohlene tägliche Zufuhr
Alter Zufuhr (mg)

Säuglinge
0 bis unter 4 Monate	220
4 bis unter 12 Monate	400

Kinder
1 bis unter 4 Jahre	600
4 bis unter 7 Jahre	700
7 bis unter 10 Jahre	900
10 bis unter 13 Jahre 1100

Jugendliche und Erwachsene
13 bis unter 19 Jahre 1200
ab 19 Jahre	 1000

Lebensmittel (pro 100 g verzehrbaren Anteil) Kalzium (mg)

Bleichsellerie 80
Brokkoli 105
Buttermilch 109
Dickmilch, 3,5 % Fett 120
Kefir, 3,5 % Fett 120
Joghurt, 3,5 % Fett 120
H-Milch, fettarm, 1,5 % Fett 123
Joghurt, fettarm, 1,5 % Fett 123
Spinat 126
Löwenzahn 158
Brunnenkresse 180
Grünkohl 212
Bavariablu, 70 % Fett i. Tr. 360
Brie, 50 % Fett i. Tr. 400
Ziegenweichkäse, 45 % Fett i. Tr. 430
Romadur, 20 % Fett i. Tr. 448
Mozzarella 450
Limburger, 20 % Fett i. Tr. 510
Limburger, 40 % Fett i. Tr. 534
Schmelzkäse, 45 % Fett i. Tr. 547
Butterkäse, 60 % Fett i. Tr. 600
Gouda, 48 % Fett i. Tr. 751
Leerdamer, 45 % Fett i. Tr. 751
Appenzeller, 50 % Fett i. Tr. 800
Butterkäse, 30 % Fett i. Tr. 800
Edamer, 30 % Fett i. Tr. 800
Gouda, 40 % Fett i. Tr. 800
Tilsiter, 30 % Fett i. Tr. 851
Tilsiter, 45 % Fett i. Tr. 858
Greyerzer, 45 % Fett i. Tr. 1000
Bergkäse, 45 % Fett i. Tr. 1100
Emmentaler, 45 % Fett i. Tr. 1100
Parmesan, 32 % Fett i. Tr. 1180

Verbindungen

Vorsichtsmaßnahmen

(zu ergänzen)

Siehe auch

Weblinks