Kalzium
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| Allgemein | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Name , Symbol, Zahl | Kalzium, Ca, 20 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Chemische Reihe | Erdalkalimetalle | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gruppe, Periode, Block | 2, 4, s | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Aussehen | Silbrig Weiß |
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| Atommasse | 40,078 (4) g/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronenkonfiguration | [ Mit ] 4s zwei | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronen pro Schale | 2, 8, 8, 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Physikalische Eigenschaften | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Phase | fest | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dichte (nahe RT) | 1,55 g·cm −3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Flüssigkeitsdichte bei m.p. | 1,378 g·cm −3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt | 1115 K (842 °C, 1548 °F) |
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| Siedepunkt | 1757K (1484 ° C, 2703 ° F) |
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| Schmelzwärme | 8,54 kJ·mol −1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Verdampfungswärme | 154,7 kJ·mol −1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wärmekapazität | (25 °C) 25,929 J·mol −1 ·K −1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Atomare Eigenschaften | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kristallstruktur | kubische Fläche zentriert | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Oxidationszustände | zwei (stark basisches Oxid) |
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| Elektronegativität | 1,00 (Pauling-Skala) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ionisationsenergien ( mehr) |
1.: 589,8 kJ·mol −1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2.: 1145,4 kJ·mol −1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3.: 4912,4 kJmol −1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomradius | 180 Uhr | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomradius (berechnet) | 194 Uhr | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kovalenter Radius | 174 Uhr | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Sonstig | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Magnetische Bestellung | paramagnetisch | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektrischer widerstand | (20 °C) 33,6 nΩ·m | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wärmeleitfähigkeit | (300 K) 201 W·m −1 ·K −1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wärmeausdehnung | (25°C) 22,3 μm·m −1 ·K −1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schallgeschwindigkeit (dünner Stab) | (20 °C) 3810 m/s | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elastizitätsmodul | 20 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schermodul | 7,4 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Bulk-Modul | 17 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| QUERKONTRAKTIONSZAHL | 0,31 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Mohs-Härte | 1,75 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Brinellhärte | 167 MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CAS-Registrierungsnummer | 7440-70-2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ausgewählte Isotope | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Verweise | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kalzium (EINSCHLAG: /Kalzium/ ) ist der Chemisches Element in dem Periodensystem das hat das Symbol Dass und Ordnungszahl 20. Es hat eine Atommasse von 40,078. Calcium ist ein weiches graues Erdalkalimetall und das fünfthäufigste Element in der Erde 's Kruste. Es ist lebensnotwendig Organismen , speziell in Zelle Physiologie und ist die häufigste Metall in vielen Tiere . Es kann als Reduktionsmittel bei der Extraktion von verwendet werden Thorium , Zirkonium und Uran .
Bemerkenswerte Eigenschaften
Calcium ist ein eher weiches, graues, metallisches Element, das durch Elektrolyse aus Calciumfluorid gewonnen werden kann. Es brennt mit gelbroter Flamme und bildet an der Luft eine weiße Nitridschicht. Es reagiert mit Wasser unter Verdrängung von Wasserstoff und Bildung von Calciumhydroxid.
Calcium ist wichtig für die Muskelkontraktion, die Oozytenaktivierung, die Knochen- und Zahnstruktur, die Blutgerinnung, die Übertragung von Nervenimpulsen, die Regulierung des Herzschlags und den Flüssigkeitshaushalt in den Zellen. In dem UNS. , nehmen zwischen etwa 50 % und 75 % der Erwachsenen nicht genügend Kalzium in ihrer Ernährung auf. Erwachsene benötigen zwischen 1.000 und 1.300 mg Calcium in ihrer täglichen Ernährung.
Das häufigste Isotop, 40 Ca, hat einen Kern von 20 Protonen und 20 Neutronen. Seine Elektronenkonfiguration ist: 2 Elektronen in der K-Schale (Hauptquantenzahl 1), 8 in der L-Schale (Hauptquantenzahl 2), 8 in der M-Schale (Hauptquantenzahl 3) und 2 in der N-Schale (Hauptquantenzahl Quantenzahl 4). Die äußere Schale ist die Valenzschale mit 2 Elektronen im einsamen 4s-Orbital, während die 3d-Orbitale leer sind.
Auftreten
Calcium kommt natürlicherweise nicht in seinem elementaren Zustand vor. Calcium kommt hauptsächlich in Bodensystemen als Kalkstein vor, Gips und Fluorit. Stalagmiten und Stalaktiten enthalten Calciumcarbonat. Als essentielles Makromineral in der menschlichen Ernährung berücksichtigen Bodenschutzpraktiken oft das nachhaltige Gleichgewicht der Calciumkonzentrationen in der Erde.
Anwendungen
Zu den Verwendungszwecken gehören:
- als Reduktionsmittel bei der Gewinnung anderer Metalle, wie z Uran , Zirkonium , und Thorium .
- als Desoxidationsmittel, Entschwefelungsmittel oder Entkohlungsmittel für verschiedene Eisen und Nichteisenlegierungen.
- als Legierungsmittel, das bei der Herstellung von verwendet wird Aluminium , Beryllium , Kupfer , führen , und Magnesium Legierungen.
- bei der Herstellung von Zementen und Mörtel zur Verwendung im Bauwesen.
Geschichte
Kalzium ( Latein Limette bedeutet 'Kalk') war bereits im ersten Jahrhundert bekannt, als die Die alten Römer zubereiteter Kalk als Calciumoxid. Es wurde bis 1808 nicht wirklich isoliert England Wenn Sir Humphry Davy eine Mischung aus Kalk und Quecksilberoxid elektrolysiert. Davy versuchte, Kalzium zu isolieren, und als er hörte, dass Berzelius und Pontin Kalziumamalgam durch Elektrolyse von Kalk in Quecksilber herstellten, versuchte er es selbst. Er hat sein Leben lang mit Elektrolyse gearbeitet und auch entdeckt/isoliert Magnesium , Strontium und Barium .
Verbindungen
Calcium, kombiniert mit Phosphat zu Hydroxylapatit, ist der mineralische Anteil von menschlichen und tierischen Knochen und Zähnen. Auch der mineralische Anteil mancher Korallen kann in Hydroxylapatit umgewandelt werden.
Calciumoxid (Kalk) wird in vielen chemischen Raffinerieprozessen verwendet und wird durch Erhitzen und vorsichtiges Hinzufügen von Wasser zu Kalkstein hergestellt. Wenn Kalk mit Sand vermischt wird, härtet er zu einem Mörtel aus und wird dadurch zu Gips Kohlendioxid Aufnahme. Kalk bildet zusammen mit anderen Verbindungen einen wichtigen Bestandteil von Portlandzement.
Wenn Wasser durch Kalkstein oder andere lösliche Karbonatgesteine sickert, löst es einen Teil des Gesteins teilweise auf und verursacht Höhlenbildung und charakteristische Stalaktiten und Stalagmiten und bildet auch hartes Wasser. Andere wichtige Calciumverbindungen sind Nitrat, Sulfid, Chlorid , Karbid, Cyanamid und Hypochlorit.
Isotope
Calcium hat vier stabile Isotope ( 40 Ca und 42 Ca durch 44 Ca), plus zwei weitere Isotope ( 46 Ca und 48 Ca), die so lange Halbwertszeiten haben, dass sie für alle praktischen Zwecke als stabil angesehen werden können. Es hat auch ein kosmogenes Isotop, radioaktiv 41 Ca, das eine Halbwertszeit von 103.000 Jahren hat. Im Gegensatz zu kosmogenen Isotopen, die in der erzeugt werden Atmosphäre , 41 Ca wird produziert von Neutron Aktivierung von 40 Ca. Der größte Teil seiner Produktion findet in den oberen Metern der Bodensäule statt, wo der kosmogene Neutronenfluss noch ausreichend stark ist. 41 Ca hat in Sternstudien viel Aufmerksamkeit erhalten, weil es zu zerfällt 41 K, ein kritischer Indikator für Anomalien des Sonnensystems.
97 % des natürlich vorkommenden Kalziums liegt in Form von vor 40 Dass. 40 Ca ist eines der Tochterprodukte von 40 K Zerfall, zusammen mit 40 Ar. Während die K-Ar-Datierung in der ausgiebig genutzt wurde geologisch Wissenschaften, die Prävalenz von 40 Ca in der Natur hat seine Verwendung bei der Datierung behindert. Dafür wurden Techniken verwendet, die Massenspektrometrie und eine Doppelspitzen-Isotopenverdünnung verwenden K -Ca Altersdatierung.
Ernährung
Kalzium ist ein wichtiger Bestandteil einer gesunden Ernährung. Ein Defizit kann die Knochen- und Zahnbildung beeinträchtigen, während eine Überretention Nierensteine verursachen kann. Vitamin-D wird benötigt, um Kalzium aufzunehmen. Milchprodukte wie Milch und Käse sind eine bekannte Kalziumquelle. Einige Personen reagieren jedoch allergisch auf Milchprodukte, und noch mehr Menschen, insbesondere diejenigen nichteuropäischer Abstammung, haben eine Laktoseintoleranz, sodass sie keine Milchprodukte konsumieren können. Glücklicherweise gibt es viele andere gute Kalziumquellen. Dazu gehören: Algen wie Kelp, Wakame und Hijiki; Nüsse und Samen (z Mandeln und Sesam ); Bohnen; Amaranth; Blattkohl; Okra; Steckrübe; Brokkoli; Grünkohl; und angereicherte Produkte wie Orangensaft und Sojamilch. Es wurde auch festgestellt, dass Kalzium die Produktion von Lymphflüssigkeiten unterstützt.
Kalzium ist für das normale Wachstum und den Erhalt von Knochen und Zähnen unerlässlich, und der Kalziumbedarf muss ein Leben lang gedeckt werden. Am größten ist der Bedarf in Wachstumsphasen wie der Kindheit, in der Schwangerschaft und in der Stillzeit. Langfristiger Kalziummangel kann zu Osteoporose führen, bei der der Knochen abgebaut wird und ein erhöhtes Risiko für Knochenbrüche besteht. Erwachsene benötigen zwischen 1.000 und 1.300 mg Calcium in ihrer täglichen Ernährung.
Empfohlene angemessene Zufuhr von der IOM für Kalzium:
Alter ------------------------Kalzium (mg/Tag)
0 bis 6 Monate --------------210
7 bis 12 Monate -------------270
1 bis 3 Jahre---------------500
4 bis 8 Jahre ---------------800
9 bis 13 Jahre ------------- 1300
14 bis 18 Jahre ------------1300
19 bis 50 Jahre ------------- 1000
51+ Jahre -----------------1200
Weitere Informationen über Kalzium in der belebten Natur finden Sie unter Kalzium in der Biologie und im Kalziumstoffwechsel.
Nahrungsergänzungsmittel mit Kalzium
Kalziumpräparate werden zur Vorbeugung und Behandlung von Kalziummangel eingesetzt. Es gibt widersprüchliche Empfehlungen darüber, wann Kalziumpräparate eingenommen werden sollten. Die meisten Experten sind sich jedoch einig, dass nicht mehr als 500 mg auf einmal eingenommen werden sollten, da der Prozentsatz des absorbierten Kalziums abnimmt, wenn die Menge an Kalzium in der Ergänzung zunimmt. Es wird empfohlen, die Dosen über den Tag zu verteilen, wobei die letzte Dosis kurz vor dem Schlafengehen erfolgen sollte. Die empfohlene tägliche Calciumaufnahme variiert je nach Lebensphase zwischen 1000 und 1500 mg.
Im Juli 2006 behauptete ein Bericht, der Forschungsergebnisse des Fred Hutchinson Cancer Research Center in Seattle, Washington, zitierte, dass Frauen in ihren 50ern in einem Zeitraum von 10 Jahren 5 Pfund weniger zunahmen, wenn sie mehr als 500 mg Kalziumpräparate einnahmen, als diejenigen, die dies nicht taten. Der für die Studie verantwortliche Arzt, Dr. Alejandro J. Gonzalez, bemerkte jedoch auch, dass es übertrieben wäre, Kalziumpräparate als Hilfsmittel zur Gewichtsbegrenzung vorzuschlagen.
- Calciumcarbonat ist das häufigste und kostengünstigste Calciumpräparat. Es kann schwer verdaulich sein und verursacht bei manchen Menschen Blähungen. Die gleichzeitige Einnahme von Magnesium kann helfen, Verstopfung vorzubeugen. Calciumcarbonat besteht zu 40 % aus elementarem Calcium. 1000 mg liefern 400 mg Kalzium. Es wird empfohlen, dieses Nahrungsergänzungsmittel zusammen mit Nahrung einzunehmen, um die Aufnahme zu unterstützen. In einigen Calciumpräparaten auf der Basis von Calciumcarbonat, Vitamin-D wird hinzugefügt, um die Absorption zu unterstützen. Vitamin D wird für die Aufnahme von Calcium aus dem Magen und für das Funktionieren von Calcium im Körper benötigt.
- Calciumcitrat wird leichter absorbiert (die Bioverfügbarkeit ist 2,5-mal höher als die von Calciumcarbonat), leichter verdaulich und verursacht weniger wahrscheinlich Verstopfung und Blähungen als Calciumcarbonat. Es hat auch ein geringeres Risiko, zur Bildung von Nierensteinen beizutragen. Calciumcitrat besteht zu etwa 21 % aus elementarem Calcium. 1000 mg liefern 210 mg Kalzium. Es ist teurer als Calciumcarbonat und es muss mehr davon eingenommen werden, um die gleiche Menge Calcium zu erhalten.
- Calciumphosphat kostet mehr als Calciumcarbonat, aber weniger als Calciumcitrat. Es wird leicht absorbiert und verursacht weniger wahrscheinlich Verstopfung und Blähungen als beides.
- Calciumlactat und Calciumaspartat sind beide leichter verdaulich, aber teurer als Calciumcarbonat
