• Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

calcium

Oprindelige forfattere Bos, Gram, HSten og SERa Seneste forfatter Redaktionen

calcium, grundstof nr. 20, der med placering i det periodiske systems 2. gruppe tilhører de alkaliske jordartsmetaller; atomtegn Ca.

Ordet calcium kommer af latin calx 'kalk', gen. calcis, og -ium i grundstofbetegnelser.

Calcium er et sølvhvidt letmetal, der er blødt som bly, og som let kan skæres. Calcium angribes af atmosfærisk luft under dannelse af en blanding af calciumoxid og calciumnitrid; derfor får calcium hurtigt en grå overflade.

Geokemi og mineraler

Calcium er et lithofilt grundstof, dvs. at det er koncentreret i jordskorpen, hvor det er det femte hyppigste grundstof med et gennemsnitligt indhold på 3,6 vægtpct. Det indgår som hovedbestanddelen i mere end 400 mineraler. Eksempler er silikaterne plagioklas, diopsid, hornblende og wollastonit; carbonaterne calcit, aragonit og dolomit; sulfaterne anhydrit og gips; fosfatet apatit samt fluoridet fluorit. Plagioklas, diopsid og hornblende er vigtige mineraler i magmatiske og metamorfe bjergarter; calcit, anhydrit og gips er vigtige i sedimentære bjergarter som fx kalksten samt saltforekomster og apatit i fosforit. Calciumcarbonat og -fosfat er hovedbestanddele af organismers skeletdele.

Annonce

Havvand indeholder ca. 400 g/t calcium og er mættet eller overmættet med calciumcarbonat i de øvre vandmasser, hvor det udfældes både kemisk og biogent. Kemisk udfældning sker, hvor der er en kraftig fordampning af havvand fra lavvandede områder, fx ved Great Bahama Bank. Den biogene udfældning sker fra organismer, der har optaget calciumcarbonat og -fosfat; et eksempel er skrivekridt, der består af skaller af coccolitter, og som indeholder 99,9% calciumcarbonat.

Fremstilling og anvendelse

Calcium fremstilles ved elektrolyse af smeltet calciumklorid eller ved reduktion af calciumoxid med aluminium (termitproces) i vakuum.

Calcium anvendes som reduktionsmiddel ved fremstilling af en række andre metaller, bl.a. chrom, vanadium og zirconium. Desuden til afiltning (desoxidation) af smeltede metaller, især kobber-, nikkel- og chromlegeringer. Calcium indgår som legeringsbestanddel i specielle aluminium- og magnesiumlegeringer samt i calciumbly til gitre i blyakkumulatorer og som lejemetal (Bahnmetall). Endelig indgår calciums salte, især calciumcarbonat, sammen med silicium i store mængder i produkter som cement, glas, mursten, porcelæn og andre keramiske materialer.

Forbindelser

Calciums forbindelser er som følge af jordskorpens store calciumindhold blandt de ældste kendte kemiske forbindelser, som mennesker har udnyttet. Calcium optræder i forbindelser med oxidationstrinet +2 i form af calciumionen Ca2+.

En af de ældste kendte calciumforbindelser er calciumcarbonat, CaCO3. Kuldioxidfrit, rent vand kan kun opløse små mængder calciumcarbonat (1,4 mg i 100 g vand); indeholder vandet kuldioxid fra atmosfæren, er opløseligheden større, idet der dannes calciumhydrogencarbonat:
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2.
Calciumhydrogencarbonat er letopløseligt og derfor til stede i betragtelige mængder i vandværksvand fra en kalkholdig undergrund. Ved kogning af vand uddrives kuldioxid, og reaktionen forløber i modsat retning, hvorved der udskilles calciumcarbonat, kedelsten.

Ved opvarmning af calciumcarbonat til 908 °C, "kalkbrænding", dannes calciumoxid, "brændt kalk", CaO, efter reaktionen:
CaCO3 → CaO + CO2.
En blanding af calciumoxid, vand og sand kaldes mørtel. Calciumoxid reagerer med vand under dannelse af calciumhydroxid, "kalkhydrat, læsket kalk":
CaO + H2O → Ca(OH)2.
Calciumhydroxid reagerer med luftens kuldioxid under dannelse af calciumcarbonat:
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O.
Bemærk, at reaktionsligningerne danner en ring; i mørtel vil sand og det dannede calciumcarbonat bindes sammen til en fast masse.

Calciumoxid kan også reagere med svovloxider (SOx), som fx findes i røgen fra kulfyrede kraftværker. Svovltrioxid, SO3, vil ved reaktionen danne calciumsulfat, CaSO4, et stof, der findes i store mængder i naturen i form af gips, CaSO4∙2H2O. Ved opvarmning afgiver det vand og danner et hemihydrat, CaSO41/2H2O. Ved tilsætning af vand gendannes gips, og dette fænomen er grundlaget for anvendelsen af gips til afstøbninger m.m.

I naturen forekommer forbindelserne fluorapatit, Ca5F(PO4)3, og hydroxylapatit, Ca5OH(PO4)3, i store mængder. Ved reaktion med svovlsyre danner de kunstgødningsproduktet "superfosfat". Herved bringes fosfatet, PO43--enheden, på en vandopløselig form, der gør det muligt for planter at optage det. Ved fluorapatits reaktion med svovlsyre dannes endvidere flussyre, HF, der også kan dannes ud fra calciumfluorid, CaF2, der findes i naturen som mineralet flusspat. Forbindelsen calciumklorid, CaCl2, der i vandfri tilstand kan opsuge store mængder vand, anvendes til tørring af stof, fx i en exsiccator. En anden vigtig calciumforbindelse er calciumnitrat, "kalksalpeter, norgesalpeter", Ca(NO3)2, der især anvendes som kunstgødning og fremstilles ved reaktion mellem calciumcarbonat og salpetersyre, oprindelig fortrinsvis i Norge.

Calciumcarbid, "karbid", CaC2, fremstilles ved opvarmning af calciumcarbonat og koks til temperaturer omkring 2200-2300 °C. Det betegnes også calciumacetylenid, idet acetylen, C2H2, kan fremstilles ved reaktionen:
CaC2 + 2 H2O → C2H2 + Ca(OH)2,
en reaktion, som er kendt fra tidligere tiders "karbidlygter". Calciumcarbid anvendes også til produktion af kunstgødningsstoffet calciumcyanamid, CaCN2. Ved indvirkning af vand afgiver calciumcyanamid ammoniak.

Calciumhydrid, CaH2, bruges til transport af hydrogen, H2, på en kompakt form. Hydrogenet frigives ved reaktion med vand.

Historie

Det er ikke muligt at angive en bestemt person som opdager af calcium. I 1755 påviste den skotske kemiker Joseph Black, at de nærtbeslægtede stoffer kalkjord (calciumoxid) og bitterjord (magnesiumoxid) er forskellige. I 1789 havde A.L. Lavoisier "chaux" (calciumoxid) med som et element i grundstoftabellen, men han gav i en ledsagende tekst udtryk for, at der nok ikke var tale om et grundstof, men om et oxid.

Egenskaber
Nummer20
AtomtegnCa
Navncalcium
Relativ atommasse40,08
Densitet1,54 g/cm3 (20 °C)
Smeltepunkt839 °C
Kogepunkt1494 °C
Opdagelseingen opdager kan udpeges; første gang fremstillet i ren form 1808

Humphry Davy havde i 1807 isoleret alkalimetallerne natrium og kalium, men han havde problemer med de alkaliske jordartsmetaller. I sommeren 1808 modtog Davy et brev fra J.J. Berzelius, hvori denne skrev, at han ved at benytte en kviksølvelektrode havde været i stand til at spalte såvel kalk (calciumoxid) som baryt (bariumoxid). Davy tog straks idéen op, og inden året var omme, havde han fået isoleret ikke blot calcium, men også magnesium, strontium og barium.

Læs mere om calcium i underemnerne herunder.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Ole Bostrup, Niels F. Gram, Henrik Stendal, Svend Erik Rasmussen: calcium i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 24. februar 2017 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=53539