Calcium (Ca) ist ein sehr wichtiges chemisches Element in biologischen Prozessen wie geologischen Phänomenen.
Dieses Element gehört zur Gruppe 2 des Periodensystems, den sogenannten Erdalkalimetallen, und befindet sich in Periode 4. Seine Bedeutung liegt in seiner wesentlichen Rolle in Biologie, Chemie und Industrie.
In diesem Artikel befassen wir uns mit den Hauptmerkmalen dieses chemischen Elements: seiner Präsenz im Periodensystem der Elemente und seinen physikalischen und chemischen Eigenschaften.
Kalzium im Periodensystem
Calcium hat das Symbol Ca und die Ordnungszahl 20, was bedeutet, dass sein Kern 20 Protonen enthält. Seine elektronische Konfiguration ist [Ar] 4s², was darauf hinweist, dass es in seiner äußersten Schale zwei Elektronen besitzt, die für seine hohe chemische Reaktivität verantwortlich sind.
Als Teil der Erdalkalimetalle hat es gemeinsame Eigenschaften mit anderen Elementen seiner Gruppe, beispielsweise Magnesium (Mg) und Strontium (Sr).
Calcium ist ein Metall und obwohl wir es in der Natur aufgrund seiner hohen Reaktivität selten in elementarer Form finden, ist es in Form von Verbindungen wie Calciumcarbonat (CaCO₃) und Calciumsulfat (CaSO₄) weit verbreitet.
Physikalische Eigenschaften von Kalzium
Calcium ist ein silbriges oder gräuliches Metall, das frisch geschnitten glänzend aussieht. An der Luft verliert es jedoch schnell seinen Glanz, da sich auf seiner Oberfläche eine dünne Schicht Kalziumoxid bildet, die es vor tieferer Oxidation schützt.
Zu seinen wichtigsten physikalischen Eigenschaften gehören:
- Schmelzpunkt: 842 °C
- Siedepunkt: 1484 °C
- Dichte: 1,55 g/cm³ (weniger dicht als andere Metalle wie Eisen oder Kupfer).
- Formbarkeit und Duktilität: Es ist relativ formbar, was bedeutet, dass es zu dünnen Blechen verarbeitet werden kann, obwohl es weniger duktil ist als andere weichere Metalle.
- Leitfähigkeit: Calcium ist ein guter Strom- und Wärmeleiter, was für Metalle charakteristisch ist.
Diese physikalischen Eigenschaften machen Kalzium für bestimmte industrielle Anwendungen nützlich, beispielsweise in der Metallurgie, wo es als Reduktionsmittel zur Gewinnung anderer Metalle wie Uran und Thorium verwendet wird.
Chemische Eigenschaften von Kalzium
Calcium ist ein chemisch aktives Element. Aufgrund seiner zwei Elektronen in der äußersten Schale (s-Schale) neigt es dazu, diese Elektronen leicht zu verlieren und das Ca²⁺- Ion zu bilden , das sehr stabil ist. Nachfolgend beschreiben wir einige seiner bemerkenswertesten chemischen Eigenschaften:
Reaktivität mit Sauerstoff
Calcium reagiert schnell mit Luftsauerstoff und bildet Calciumoxid (CaO) , auch als „Branntkalk“ bekannt.
Diese Reaktion erfolgt spontan, wenn auch nicht so heftig wie im Fall von Alkalimetallen der Gruppe 1. Die Reaktion kann wie folgt dargestellt werden:
2Ca+O₂→2CaO
Reaktivität mit Wasser
Calcium reagiert mit Wasser unter Freisetzung von Wasserstoffgas und bildet Calciumhydroxid (Ca(OH)₂) , eine alkalische Substanz:
Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂ ↑
Obwohl diese Reaktion nicht so heftig ist wie die von Alkalimetallen, erzeugt sie sichtbare Wasserstoffgasblasen, was ihre reaktive Natur zeigt.
Reaktivität mit Säuren
Calcium reagiert heftig mit Säuren unter Freisetzung von Wasserstoffgas und Bildung von Salzen. Mit Salzsäure (HCl) entsteht beispielsweise Calciumchlorid (CaCl₂):
Ca+2HCl→CaCl₂+H₂ ↑
Verbundbildung
Calcium bildet eine Vielzahl wichtiger Verbindungen, wie zum Beispiel:
- Calciumcarbonat (CaCO₃): Hauptbestandteil von Kalkgestein, Marmor und Muscheln.
- Calciumsulfat (CaSO₄): Im Gips vorhanden.
- Calciumchlorid (CaCl₂): Wird zum Enteisen von Straßen verwendet.
Diese Verbindungen sind sowohl in industriellen Prozessen als auch in der Natur von entscheidender Bedeutung.