Főmenü megnyitása

Módosítások

a
nincs szerkesztési összefoglaló
{{Kalcium/Táblázat}}
A '''kalcium''' (nyelvújításkori magyar nevén: ''mészeny'', [[latin nyelv|latinul]] ''calcium'') kémiai elem az elemek [[periódusos rendszer]]ében. Vegyjele '''Ca''', [[protonszám]]a 20. [[Moláris tömeg|Moltömege]] 40,078 g/mol. Puha, könnyű fém, mely az [[alkáliföldfémek]] közé tartozik. A földkéregben előforduló elemek közül az ötödik leggyakoribb. Hevesen reagál [[oxigén]]nel és [[víz]]zel, ezért a természetben csak [[vegyület]]ei fordulnak elő. Mint biogén elem, minden élő [[sejt]] egyik építőköve. Az egyik legnagyobb mennyiségben előforduló fém a szervezetben. Latin nevét a mészről (latinul ''calx'') kapta. A kalcium sói a lángot téglavörösre festik. A kalciumot [[Humphry Davy]] fedezte fel [[1808]]-ban. A kalcium rendkívül fontos szerepet tölt be az élő szervezetekben, elsősorban a sejtfolyamatokban, így az egyik leggyakoribb fém az élő szervezetekben. A csontok épüléséhez fokozottan fontos.
 
== Fizikai-kémiai tulajdonságai ==
[[Fájl:FlammenfärbungCa.png|thumb|left|100px|A kalcium lángfestése]]
Viszonylag könnyű, puha, reakcióképes fém, mely tulajdonságaival az [[alkálifém]]ekre hasonlít, mint az [[alkáliföldfém]]ek őt megelőző elemére, a [[magnézium]]ra. Cseppfolyós [[ammónia|ammóniában]] sötétkék színnel oldódik. A kalcium a jobb elektromos és hővezetők körébe tartozik. Az alkálifémeknél kisebb reakciókészségű, ennek ellenére petróleum alatt érdemes tárolni, hogy megakadályozzuk az oxidációját. A sóiSói a lángot téglavörösre festik.
 
A természetben különböző sói fordulnak elő, melyekben a kalcium +2 [[oxidációs szám]]mal szerepel (Ca<sup>2+</sup>). A laboratóriumban előállítható [[szuperbázis]]a, melyekben Ca<sup>2-</sup> anion fordulhat elő, ezen anion vegyületei azonban nagyon instabilak, a legerősebb redukálószerek közé tartoznak. A kalcium szobahőmérsékleten reagál [[oxigén]]nel [[kalcium-oxid]]ot és [[víz]]zel [[kalcium-hidroxid]]ot képezve. Hevítés hatására reagál [[nitrogén]]nel [[kalcium-nitrid]]et (Ca<sub>3</sub>N<sub>2</sub>) képezve, illetve [[hidrogén]]nel [[kalcium-hidrid]]et (CaH<sub>2</sub>) képezve. Sok egyéb elemmel és vegyülettel reagál.
== Történeti áttekintése ==
 
A kalcium vegyületekkalciumvegyületek az ókortól ismertek. A [[mészkő (kőzet)|mészkő]] illetve a [[márvány]] égetésével már ekkoriban is és mind a mai napig égetett meszet ([[kalcium-oxid]]ot, CaO) állítottak elő. Az égetett mész vízzel való reakciójakor [[kalcium-hidroxid]], vagyis oltott mész keletkezik, ami fontos építési alapanyag (a cement és a habarcsok egyik alkotója), emellett fertőtlenítő hatással is bír, így fehér falfestékként is használják. A habarcsot az ókorban mészkő mellett [[gipsz]]ből ([[kalcium-szulfát|kalcium-szulfát dihidrát]] CaSO<sub>4</sub>'''.'''2 H<sub>2</sub>O) is készítették.
 
Míg az ókori Rómában főként mészkőből készítették a habarcsot, addig az ókori Egyiptomban főként gipszből, ezért az ókori Egyiptomi sírkövek és piramisok falburkolata általában tartalmaz gipszet is. A habarcskészítés munkálatairól írt a [[Anatólia|kis-ázsiai]] [[Pedaniosz Dioszkoridész|Dioszkoridész]] a Krisztus utáni [[1. század]]ban. Dioszkoridész adta a kalcium-oxidnak az égetett mész nevet. A kalcium neve a latin ''calx'' szóból származik, amely meszet jelent.
== Előfordulása a természetben ==
 
Nagy reakciókészségének köszönhetően a kalciumnak csak vegyületei fordulnak elő a természetben. Minden természetes vegyületében Ca<sup>2+</sup> kationként van jelen. A [[földkéreg]] igen nagy részrészben kalciumtartalmú [[Ásvány (anyag)|ásványokból]], illetve [[kőzet]]ből áll. Tömegaránya a földkéregben 3,4–4,2%, ezzel a [[vas]] és a [[magnézium]] között helyezkedik el mint az ötödik leggyakoribb elem és a harmadik leggyakoribb [[fém]]. A tengervízben átlagos koncentrációja 0,4 g&nbsp;Ca/l, a világűrben félmillió hidrogénatomra jut egy Ca-atom. Fontos biogén elem, az élő sejtek egyik alapvető építőköve.
 
A kalcium leggyakoribb kőzete a '''[[mészkő (kőzet)|mészkő]]''', ami főleg [[kalcit]]ból és (a vele kémiailag azonos) [[aragonit]]ból áll. A mészkő igen gyakori üledékes kőzet, főleg a sekélytengeri rétegsorokban. Kettős karbonátja, a [[dolomit]] (kalcium-magnézium-karbonát, CaMg(CO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>) a hasonnevű kőzet fő ásványa.
== Előállítás ==
 
A fém kalciumotfémkalciumot az iparban [[kalcium-klorid]] és [[kalcium-fluorid]] vagy [[kálium-klorid]] keverékének olvadék [[elektrolízis]]ével állítják elő. Ezen elemi reakció másik terméke a [[klór]] vagy [[fluor]], melyet iparilag dolgoznak fel. Az elektrolízishez [[grafit]] <nowiki/>anódot használnak, melyen a [[klór]] vagy a [[fluor]] válik ki és [[vas]] [[katód]]ot, melyen a kalcium válik ki.
 
Nagy tisztaságú kalcium állítható elő [[kalcium-klorid]] és [[alumínium]] reakciójával, amely során [[alumínium-klorid]] keletkezik, mely a reakció körülményei közötti magasabb hőmérsékleten folyékony. A reakció során keletkező fém kalciumotfémkalcium [[desztilláció]]val nagy vákuum mellett tisztítható.
 
Kis mennyiségű, elsősorban laboratóriumi előállításhoz használható a [[kalcium-azid]] bomlása [[nitrogén]]re és kalciumra.
 
Évente 1000 tonna kalciumot gyártanak.
 
* Az elemi kalcium igen erős redukálószer, a finoman szétoszlatott kalciumot szerves redukciókhoz használják, de fontos szerepet kap más fémek redukciójánál (például [[urán]], [[cirkónium]], [[tórium]]) is.
* A fém kalciumfémkalcium nagy reaktivitását a metallurgiában a [[kén]] és [[oxigén]] kis mennyiségének eltávolítására használják a [[vas]] olvadékból az acélgyártás során.
* A kalciumot használják mint adalékanyagot az üvegbe, illetve bizonyos ötvözetekbe. Ezen ötvözetek közé tartozik az ólomtartalmú [[csapágyfém]], melynek német gyártmánya 0,7% kalciumot, 0,6% [[nátrium]]ot és 0,04% [[lítium]]ot tartalmaz.
* A [[kalcium-karbonát|mészkőből]] ([[kalcium-karbonát]]) készített [[égetett mész]]t ([[kalcium-oxid]]) és az ebből készített [[oltott mész]]t ([[kalcium-hidroxid]]) a [[mészgyártás]] művelete után már az őskortól az építészetben használják. Az oltott mész az építészetben mind a mai napig sok kötőelem alkotója mint a malter, vakolat stb. Az ő alkalmazásukkor a [[Bázis (kémia)|bázisos]] oltott mész reakcióba lép a levegő [[szén-dioxid]] -tartalmával és ezen reakció során CaCO<sub>3</sub> keletkezik:
 
:Ca(OH)<sub>2</sub> + CO<sub>2</sub> → CaCO<sub>3</sub> + H<sub>2</sub>O
 
* A mész és gipsz együttes alkotói az egyik leggyakoribb építőipari alapanyagnak, a [[cement]]nek. Ezt homokkal és vízzel keverve, a megkeményedés során erős és ellenálló anyagot, [[beton]]t kapunk. A beton modern építőipari alapanyag, melyet a házépítésen kívül útépítéseknél is felhasználnak.
* A [[kalcium-karbonát]]ot építészeti és szobrászati felhasználásán kívül festékként, fogporok és -krémek alkotójaként valamint az orvosi gyakorlatban kalcium pótlásra is használják.
 
[[Fájl:Gips alabaster, Włochy.jpg|jobbra|200px|bélyegkép|[[Alabástrom]] [[Olaszország]]ból]]
* A [[gipsz]]et (kalcium-szulfát dihidrát) elsősorban építészeti állagmegóvásban, öntőformák készítésében használják. A gipsz hőbontásával kalcium-szulfát hemihidrát (CaSO<sub>4</sub> · ½ H<sub>2</sub>O) állítható elő, melyet ha vízzel keverünk, lassan ismét felveszi azt és újra fehér színű, kemény gipsz képződik belőle. Az építészeten kívül fontos szerepet kap lenyomatok készítésénél (például a fogakról). A gipsz készítésénél égetett gipszből a vízzel való keverésnek, száradási időnek és adalékanyagoknak a változtatásával különböző tulajdonságú gipszek állíthatók elő. A [[gipsz]] módosulatai a [[máriaüveg]] és az [[alabástrom]], melyet burkolóanyagként használnak.
* A [[kalcium-karbid]]ot mint erős redukálószert használják. Korábban elsősorban a bányászat használta karbid lámpákbakarbidlámpákba. Bennük a karbidra víz csepegett, aminek hatására a karbid vízzel reagált és [[acetilén]]t (etint) valamint [[kalcium-hidroxid]]ot képezett. Az acetilént pedig a bányákban világításra használták, mivel levegő jelenlétében ég. A karbidlámpáknál a víz csepegésével lehetett szabályozni az égést, vagyis az acetilén- felszabadulását.
* A kalcium foszfátjait, például a CaHPO<sub>3</sub>-ot ipari műtrágyként használták, melyek a növényeknek mind kalciumot, mind foszfort adnak.
 
* [[Kalcium-nitrát]] (Ca(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>) vagy ''mészsalétrom'': fehér, kristályos anyag, mely nagyon jól oldódik vízben. Korábban műtrágyaként használták. Vizes oldatban előállítható [[kalcium-karbonát]] vagy [[kalcium-hidroxid]] [[salétromsav]]ban történő oldásával.
* [[Kalcium-karbonát]] (CaCO<sub>3</sub>): fehér, kristályos anyag, mely vízben nagyon gyengén oldódik, oldhatósága a hőmérséklettel csökken. A természetben mint ásvány fordul elő hét stabil és egy nem stabil módosulatban. Előállítható kalcium-kationokat tartalmazó oldatból [[karbonát]]-anionokkal való kicsapatással vagy [[kalcium-hidroxid]] és [[szén-dioxid]] reakciójával, ami a [[malter]] megszilárdulásának is az alapja.
* [[Kalcium-szulfát]] (CaSO<sub>4</sub>): fehér, porszerű anyag, amely csak részlegesen oldódik a vízben (oldhatatlannak minősítik, de a karbonátnál jobban oldódik). Oldhatósága függ állapotától is. Az [[anhidrit]] nem tartalmaz semmilyen kristályvizet, vízben szinte egyáltalán nem oldódik. Kristályvizet tartalmazó formái, hemihidrátja és dihidrátja már jobban oldódnak. Oldhatóságuk a hőmérséklettől is függ, legjobb oldhatósága 40&nbsp;°C körül várható. Savas esők esetében a mészkő és márvány köztéri szobrok felületén a savas eső hatására nagyrészt kalcium-szulfát képződik, melyet a további esők (mivel jobban oldódik, mint a karbonát) lassan lemosnak. Súlyosabb azonban, hogy a savas eső behatol a kőzet belsejébe és itt keletkezik kalcium-szulfát, amely nagyobb moltérfogatú, mint a karbonát, ezért lassan szétfeszíti a szobrokat. A kalcium-szulfát a természetben gipsz ásványkéntgipszásványként fordul elő, de egyéb kristálymódosulatokban is vagy mint kőzetek alkotója. Előállítható vízben oldható kalcium-vegyület [[szulfát]] <nowiki/>anionokkal való reakciójával.
 
=== Szerves vegyületek ===
== A kalcium élettani jelentősége ==
 
[[Fájl:Reef0484.jpg|jobbra|bélyegkép|tengeriTengeri [[korall]]]]
A kalcium biogén elem, amely minden élő szervezet számára nélkülözhetetlen.
A kalciumion kulcsfontosságú [[másodlagos hírvivő]] ''minden'' élő [[sejt]] jelátviteli folyamataiban. A [[gerincesek]] testében a [[csont]]ok és a [[fog]]ak alapját alkotják a kalcium-sók. Előfordul azonban az [[izom|izmokban]], a [[vér]]ben és más testnedvekben illetve szervekben.