Calcium
Calcium ist ein silberweißes reaktives Erdalkalimetall. Es reagiert mit Wasser zu Calciumhydroxid, Ca(OH)2, und beim Erhitzen an der Luft zu einem Gemisch aus Calciumoxid, CaO, und Calciumnitrid, Ca3N2. Calcium ist für die Tier- und Pflanzenwelt bedeutsam, da Knochen und Schalen aus Calciumverbindungen bestehen (CaCO3, Ca3(PO4)2). Es bildet überwiegend ionische Verbindungen (Ca2 +-Ionen). Wichtige gesteinsbildende Mineralien sind Feldspat, Ca(Al2Si3O1 8), und Kalkstein, CaCO3. Calcium dient in der Metallurgie als Desoxidationsmittel. Technisch bedeutsame Calciumverbindungen sind Ca(OH)2 (im Kalkmörtel) und Calciumsilicat (im Wassermörtel, Zement).
Eigenschaften des Elements
| Einordnung in das Periodensystem der Elemente und Eigenschaften | Atombau |
| Ordnungszahl: 20 | 20 Protonen 20 Elektronen |
| 4. Periode | 4 besetzte Elektronenschalen |
| II. Hauptgruppe | 2 Außenelektronen |
| Elektronenkonfiguration im Grundzustand | Ar 4s2 |
| Elektronegativität | 1,0 |
| Ionisierungsenergie in eV | 6,113 |
| häufigste Oxidationszahlen | II |
| Atommasse des Elements in u | 40,08 |
| Atomradius in 10- 1 0m | 1,97 |
| Ionenradius in 10- 1 0m | 0,97 (+2) |
| Aggregatzustand im Normalzustand | fest |
Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur
Dichte in  bei 25 °C | 1,55 |
| Härte nach Mohs und Brinell | 1,5; 41,6 · 107 |
Schallgeschwindigkeit in  | 3314 |
| Schmelztemperatur in °C | 838 |
spezifische Schmelzwärme in  | 216 |
| Siedetemperatur in °C | 1490 |
| spezifische Verdampfungswärme in | 3750 |
Standardentropie S0 in  | 41 |
Wärmeleitfähigkeit in  bei 27°C | 201 |
spezifische Wärmekapazität in  bei 25 °C | 0,6473 |
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3  | |
spez. elektrischer Widerstand in  | 0,0343 |
| Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre, Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe) | 3,39 |
Kreidefelsen auf Rügen - Kalkstein ist eine sehr häufige Calcium-Verbindung in der Natur
Isotope des Elements
Natürliches Calcium besteht aus sechs stabilen Isotope. Daneben sind noch 13 weitere künstliche, radioaktive bekannt.
| Ordnungszahl Z | Massenzahl A | Atommasse in u | Häufigkeit in % | Art der Strahlung und Energie in MeV | Halbwertszeit |
| 20 | 40 | 39,962 589 | 96,9% | ||
| 42 | 41,958 625 | 0,65% | |||
| 43 | 42,958 780 | 0,14% | |||
| 44 | 43,955 490 | 2,1% | |||
| 46 | 45,953 | 0,003% | |||
| 48 | 47,952 | 0,18% |
Energieniveauschema
Weitere Eigenschaften
Das Metall Calcium ist relativ weich und besitzt eine silbrigweiße Farbe. Calcium ist ein sehr unedles Metall. Es gehört zu den Erdalkalimetallen und weist demnach ähnliche Eigenschaften wie Magnesium und Barium auf. An trockener Luft ist es relativ beständig. Im Beisein von Luftfeuchtigkeit bildet sich jedoch eine weiße Oxidschicht. Fein verteilt reagiert Calcium recht heftig und kann sich selbst entzünden. Die Flammenfärbung ist rot. Calcium reagiert mit Luftsauerstoff und Luftstickstoff zu Calciumoxid und Calciumnitrid. Das Metall reagiert mit Wasser zu Calciumhydroxid und Wasserstoff. Mit Säuren bildet es Salze. Calciumverbindungen färben die nichtleuchtende Brennerflamme rot-orange.
Entdeckung
Die Salze des Calciums wurden bereits um 1755 von dem Schotten JOSEPH BLACK beschrieben. Jedoch erst 1808 gelang es dem englischen Chemiker SIR HUMPHRY DAVY in London, Calcium durch Elektrolyse von Calciumhydroxid zu gewinnen, nachdem er schon ein Jahr davor Kalium und Natrium durch die Zerlegung ihrer Verbindungen mithilfe des elektrischen Stroms entdeckt hatte. Der Name Calcium geht auf die lateinische Bezeichnung für Kalkstein (calx) zurück.
Vorkommen/Herstellung
Calcium zählt zu den fünf häufigsten Elementen der Erdkruste. Unter den Metallen steht es an dritter Stelle nach Aluminium und Eisen. Allerdings kommt es nicht elementar, sondern nur in Verbindungen vor. Calciumverbindungen in der Natur bilden häufig große Vorkommen. Sie wurden in weit über 400 Erzsorten nachgewiesen. Zusätzlich kommt es in vielfältigen Kristallvarianten und als Gestein vor:
- Der Dolomit bildet ganze Gebirgszüge.
- Doppelspat ist wegen seiner doppelten Lichtbrechung berühmt. Es handelt sich um klar durchsichtige Kristalle.
- Aragonit bildet grünliche bis rötliche Kristallstrukturen.
- Feldspat ist ein Alumosilicat z.B. KAlSi3O8.
- Fluss-Spat schimmert grünlich bis violett und wird zum Teil als Schmuckstein verwendet. Calciumverbindungen sind in verschiedenen Pflanzen wie in Rhabarber enthalten und wichtiger Bestandteil der Stützsubstanz von Lebewesen, wie sie in Knochen, Zähnen, Eierschalen, Schneckengehäusen, Muscheln und Korallen zu finden sind.
Industriell wurde Calcium früher durch Schmelzflusselektrolyse von Calciumchlorid hergestellt. Heute nutzt man auch die aluminothermische Reduktion von Calciumoxid (Branntkalk). Im Schullabor gibt es keine Möglichkeit zur Herstellung.
Verwendung
Elementares Calcium dient der Gewinnung einiger Schwermetalle wie Chrom, Vanadium, Plutonium, Uran u. a. Daneben findet es Anwendung in der Metall- und Erdölindustrie, wo es zur Entschwefelung, Entgasung und Entkohlung eingesetzt wird. Es hilft Alkohole zu trocknen oder dient als Absorptionsmittel für Stickstoff und Sauerstoff in der Edelgasgewinnung. Große Bedeutung hat das Metall auch in der Batterieherstellung.
Wichtige Verbindungen
- Calciumhydroxid (Löschkalk bzw. Kalkwasser: Ca(OH)2)
- Branntkalk ( Calciumoxid - CaO)
- Calciumsufalt (Gips, Tafelkreide)
- Calciumphosphat
Bau
Calcium bildet ein kubisch-flächenzentriertes Metallgitter
