Calcium

Das chemische Element Calcium (Ca), Ordnungszahl 20, ist das fünfte Element und das dritthäufigste Metall in der Erdkruste. Das Metall ist trimorph, härter als Natrium, aber weicher als Aluminium. Ebenso wie Beryllium und Aluminium und im Gegensatz zu den Alkalimetallen verursacht es keine Hautverbrennungen. Es ist chemisch weniger reaktiv als die Alkalimetalle und als die anderen Erdalkalimetalle.

Im Wasser gelöste Calcium-Ionen bilden Ablagerungen in Leitungen und Boilern und bei hartem Wasser, d.h. wenn es zu viel Calcium oder Magnesium enthält. Dies kann mit Wasserenthärtern vermieden werden. In der Industrie wird metallisches Calcium durch Elektrolyse aus dem geschmolzenen Calciumchlorid abgetrennt. Dieses wird durch Behandlung von kohlensäurehaltigen Mineralien mit Chlorwasserstoffsäure gewonnen, oder wie ein Teilprodukt der Karbonate nach dem Solvay-Verfahren.

In Kontakt mit Luft entwickelt Calcium einen Oxid- und Nitridüberzug, der es vor weiterer Korrosion schützt. Es verbrennt an der Luft bei hoher Temperatur zu Nitrid.

Das kommerziell hergestellte Metall reagiert leicht mit Wasser und Säuren und erzeugt Wasserstoff, der bemerkenswerte Mengen an Ammoniak und Kohlenwasserstoffen als Verunreinigungen enthält.

Anwendungen

Das Metall wird in Aluminiumlegierungen für Lager, als Hilfsmittel bei der Wismutentfernung aus Blei sowie zur Kontrolle von graphitischem Kohlenstoff in geschmolzenem Eisen verwendet. Es wird auch als Desoxidationsmittel bei der Herstellung vieler Stähle, als Reduktionsmittel bei der Herstellung von Metallen wie Chrom, Thorium, Zirkonium und Uran sowie als Trennmittel für gasförmige Stickstoff- und Argonmischungen verwendet. Kalzium ist ein Legierungselement, das bei der Herstellung von Aluminium-, Beryllium-, Kupfer-, Blei- und Magnesiumlegierungen verwendet wird. Es wird auch bei der Herstellung von Zement und Mörtel verwendet, die in Gebäuden zum Einsatz kommen.

Das Calciumoxid, CaO, wird durch thermische Zersetzung von kohlensäurehaltigen Mineralien in Öfen in einem kontinuierlichen Bettverfahren hergestellt. Das Oxid wird wegen seiner ungewöhnlichen spektralen Eigenschaften in Lichtbögen mit hoher Intensität (Kalklicht) und als industrielles Entwässerungsmittel verwendet. Die metallurgische Industrie verwendet das Oxid in großem Umfang bei der Reduktion von Eisenlegierungen.

Das Calciumoxid, Ca(OH)2, hat viele Anwendungen, bei denen das Hydroxyl-Ion erforderlich ist. Beim Löschen von Kalziumhydroxid verdoppelt sich das Volumen des ausgeblasenen Kalks auf das Doppelte der ursprünglichen Menge an Branntkalk (CaO), was ihn nützlich macht, um Steine oder Holz zu zersetzen.

Der Branntkalk ist ein ausgezeichnetes Absorptionsmittel für Kohlendioxid, da er Karbonat bildet, das sehr unlöslich ist.

Das Kalziumsilikat, CaSi, das im Elektroofen aus Kalk, Kieselsäure und reduzierenden kohlensäurehaltigen Mitteln hergestellt wird, ist als Stahl-Desoxidationsmittel nützlich. Calciumcarbid, CaC2, entsteht beim Erhitzen einer Mischung aus Kalk und Kohlenstoff bei 3000ºC in einem Elektroofen und ist ein Acetylat, das durch Hydrolyse Acetylen erzeugt. Das Acetylen ist der Grundstoff für eine große Anzahl wichtiger Chemikalien für die organische Industriechemie.

Das reine Calciumcarbonat kommt in zwei kristallinen Formen vor: Calcit, hexagonal geformt, das doppelbrechende Eigenschaften besitzt, und Aragonit, rhomboedrisch. Die natürlichen Karbonate sind die am häufigsten vorkommenden Kalziumminerale. Der Islandspat und der Calcit sind im Wesentlichen reine Carbonatformen, während der Marmor unrein und viel kompakter ist, weshalb er poliert werden kann. Er ist als Baumaterial sehr gefragt. Obwohl das Kalziumkarbonat in Wasser nur wenig löslich ist, ist es durchaus löslich, wenn das Wasser gelöstes Kohlendioxid enthält, denn in diesen Lösungen bildet es beim Auflösen Bikarbonat. Diese Tatsache erklärt die Höhlenbildung, wo die Kalksteinablagerungen mit saurem Wasser in Berührung gekommen sind.

Zu den Calciumhalogeniden gehört auch das phosphoreszierende Fluorid, die häufigste Calciumverbindung, die in der Spektroskopie wichtige Anwendungen findet. Das Calciumchlorid besitzt in der wasserfreien Form ein großes Zerfließvermögen, was es als industrielles Entwässerungsmittel und als Sandaufwirbelungsfaktor in Straßen nützlich macht. Kalziumhypochlorit (Bleichpulver) wird in der Industrie hergestellt, wenn Chlor durch eine Kalklösung geleitet wird, und wird als Bleichmittel und als Wasserreiniger verwendet.

Das dehydrierte Kalziumsulfat ist das Mineral Gips, das den größten Teil des Portlandbetons ausmacht und zur Verringerung der Alkalität von Böden verwendet wird. Durch Erhitzen von Gips bei hohen Temperaturen entsteht ein Calciumsulfat-Halbhydrat, das unter dem Handelsnamen Pariser Stuck verkauft wird.

Calcium in der Umwelt

Calcium ist das fünfte Element und das dritthäufigste Metall in der Erdkruste. Die Calciumverbindungen machen 3,64 % der Erdkruste aus. Die Verbreitung von Kalzium ist sehr groß; es ist in fast allen Erdgebieten der Welt zu finden. Dieses Element ist für Pflanzen und Tiere lebensnotwendig, denn es ist im Skelett der Tiere, in den Zähnen, in der Eierschale, in den Korallen und in vielen Böden enthalten. Das Meerwasser enthält 0,15 % Calciumchlorid.

Calcium kommt in der Natur nicht allein vor. Calcium kommt vor allem in Form von Kalkstein, Gips und Fluorit vor. Stalagmiten und Stalaktiten enthalten Kalziumkarbonat.

Kalzium ist in jeder Pflanze vorhanden, da es für ihr Wachstum unerlässlich ist. Es ist im weichen Gewebe, in den Flüssigkeiten im Gewebe und in der Struktur des Skeletts eines jeden Tieres enthalten. Die Knochen der Wirbeltiere enthalten Kalzium in Form von Kalziumfluorid, Kalziumkarbonat und Kalziumphosphat.

Gesundheitliche Auswirkungen von Kalzium

Kalzium ist das am häufigsten vorkommende Metall im menschlichen Körper: Es ist der Hauptbestandteil der Knochen und der Zähne und hat wichtige Stoffwechselfunktionen.
Kalzium wird manchmal auch als Kalk bezeichnet. Es ist am häufigsten in Milch und Milchprodukten, aber auch in Gemüse, Nüssen und Bohnen enthalten. Es ist ein wesentlicher Bestandteil für die Erhaltung des menschlichen Skeletts und der Zähne. Außerdem unterstützt es die Funktion von Nerven und Muskeln. Die Einnahme von mehr als 2,5 Gramm Kalzium pro Tag ohne medizinische Notwendigkeit kann zur Bildung von Nierensteinen und Sklerose der Nieren und Blutgefäße führen.
Kalziummangel ist eine der Hauptursachen für Osteoporose. Osteoporose ist eine Krankheit, bei der die Knochen extrem porös werden, brechen und nur langsam heilen. Sie tritt vor allem bei Frauen nach der Menopause auf und führt oft zu einer Verkrümmung der Wirbelsäule durch Wirbelkörperkollaps.

Im Gegensatz zu dem, was die meisten Menschen denken, gibt es in unseren Knochen eine intensive biologische Aktivität. Sie werden ständig erneuert, indem neues Gewebe an die Stelle des alten tritt. Während der Kindheit und Jugend wird mehr neues Gewebe gebildet als altes zerstört, aber irgendwann, etwa im Alter von 30 oder 35 Jahren, kehrt sich der Prozess um und wir beginnen, mehr Gewebe zu verlieren als wir ersetzen können. Bei Frauen beschleunigt sich dieser Prozess nach der Menopause (der Zeitraum, der durch das natürliche und dauerhafte Ausbleiben der Menstruation gekennzeichnet ist und in der Regel zwischen dem 45. und 55. Lebensjahr eintritt), weil ihr Körper die Produktion des Hormons Östrogen einstellt, das unter anderem für den Erhalt der Knochenmasse zuständig ist.

Es ist erwiesen, dass wir eine tägliche Zufuhr von 1.000 Milligramm Kalzium benötigen, um die Knochenmasse unter normalen Bedingungen zu erhalten. Dies gilt sowohl für Männer als auch für Frauen vor der Menopause. Die empfohlene Tagesdosis steigt auf 1.500 für Frauen in der Menopause.

Die wichtigsten Kalziumquellen sind Milchprodukte, aber auch Nüsse, einige grüne Gemüsesorten wie Spinat und Blumenkohl, Bohnen, Linsen…

Kalzium wirkt zusammen mit Magnesium, um neue Knochenmasse zu bilden. Calcium sollte zusammen mit Magnesium im Verhältnis 2:1 eingenommen werden, d.h. wenn man 1000 mg Calcium zu sich nimmt, sollte man auch 500 mg Magnesium zu sich nehmen. Einige Magnesiumquellen in der Ernährung sind Meeresfrüchte, Vollkornprodukte, Nüsse, Bohnen, Haferflocken, Samen und grünes Gemüse.

Weitere wichtige Maßnahmen zur Vorbeugung von Osteoporose sind:

• Regelmäßige körperliche Betätigung (mindestens dreimal pro Woche)
• Angemessene Mengen an Mangan, Folsäure, Vitamin B6, Vitamin B12, Omega 3 (es fördert die Kalziumaufnahme und regt die Bildung neuer Knochenmasse an) und Vitamin D (es fördert die Kalziumaufnahme im Dünndarm).
• Kein Missbrauch von Zucker, gesättigten Fetten und tierischen Proteinen
• Kein Missbrauch von Alkohol, Koffein und gasförmigen Getränken
• Nicht rauchen

Andere Auslöser für Osteoporose sind der erbliche Faktor und der Stress.

Umwelteinflüsse von Calcium

Calciumphosphid ist sehr giftig für Wasserorganismen.

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Empfohlene tägliche Kalziumzufuhr