Calcium

Eigenschaften des Elements

Einordnung in das Periodensystem
der Elemente und Eigenschaften
Atombau
Ordnungszahl: 2020 Protonen
20 Elektronen
4. Periode4 besetzte Elektronenschalen
II. Hauptgruppe2 Außenelektronen
Elektronenkonfiguration im Grundzustand

Ar 4s2

Elektronegativität1,0
Ionisierungsenergie in eV6,113
häufigste Oxidationszahlen

II

Atommasse des Elements in u40,08
Atomradius in 10- 1 0m1,97
Ionenradius in 10- 1 0m0,97 (+2)
Aggregatzustand im Normalzustandfest

Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur

Dichte in Bild bei 25 °C1,55
Härte nach Mohs und Brinell1,5; 41,6 · 107
Schallgeschwindigkeit in Bild3314
Schmelztemperatur in °C838
spezifische Schmelzwärme in Bild216
Siedetemperatur in °C1490
spezifische Verdampfungswärme in Bild3750
Standardentropie S0 in Bild41
Wärmeleitfähigkeit in Bild bei 27°C201
spezifische Wärmekapazität in Bild bei 25 °C0,6473
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3 Bild 
spez. elektrischer Widerstand in Bild0,0343
Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre,
Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe)
3,39

Bild
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 ZMassen- zahl AAtommasse in uHäufigkeit
in %
Art der Strahlung
und Energie in MeV
Halbwertszeit
204039,962 58996,9%  
 4241,958 6250,65%  
 4342,958 7800,14%  
 4443,955 4902,1%  
 4645,9530,003%  
 4847,9520,18%  

Energieniveauschema

Bild

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

Stand: 2010
Dieser Text befindet sich in redaktioneller Bearbeitung.

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