Akalcium (nyelvújításkori magyar nevén:mészeny,latinulcalcium) kémiai elem az elemekperiódusos rendszerében. VegyjeleCa,protonszáma 20.Móltömege 40,078 g/mol. Puha, könnyű fém, mely azalkáliföldfémek közé tartozik. A földkéregben előforduló elemek közül az ötödik leggyakoribb. Hevesen reagáloxigénnel ésvízzel, ezért a természetben csakvegyületei fordulnak elő. Mint biogén elem minden élősejt egyik építőköve. Az egyik legnagyobb mennyiségben előforduló fém a szervezetben. Latin nevét a mészről (latinulcalx) kapta. A kalcium sói a lángot téglavörösre festik. A kalciumotHumphry Davy fedezte fel1808-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.
Viszonylag könnyű, puha, reakcióképes fém, mely tulajdonságaival inkább azalkálifémekre hasonlít, mint azalkáliföldfémek őt megelőző elemére, amagnéziumra. Cseppfolyósammóniában 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. Sói a lángot téglavörösre festik.
A természetben különböző sói fordulnak elő, melyekben a kalcium +2oxidációs számmal szerepel (Ca2+). A laboratóriumban előállíthatószuperbázisa, melyekben Ca2- anion fordulhat elő, ezen anion vegyületei azonban nagyon instabilak, a legerősebb redukálószerek közé tartoznak. A kalcium szobahőmérsékleten reagáloxigénnelkalcium-oxidot ésvízzelkalcium-hidroxidot képezve. Hevítés hatására reagálnitrogénnelkalcium-nitridet (Ca3N2) képezve, illetvehidrogénnelkalcium-hidridet (CaH2) képezve. Sok egyéb elemmel és vegyülettel reagál.
A kalciumvegyületek az ókortól ismertek. Amészkő illetve amárvány égetésével már ekkoriban is és mind a mai napig égetett meszet (kalcium-oxidot, CaO) állítottak elő. Az égetett mész vízzel való reakciójakorkalcium-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 mellettgipszből (kalcium-szulfát dihidrát CaSO4.2 H2O) 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 akis-ázsiaiDioszkoridész a Krisztus utáni1. században. Dioszkoridész adta a kalcium-oxidnak az égetett mész nevet. A kalcium neve a latincalx szóból származik, amely meszet jelent.
Nagy reakciókészségének köszönhetően a kalciumnak csak vegyületei fordulnak elő a természetben. Minden természetes vegyületében Ca2+ kationként van jelen. Aföldkéreg igen nagy részben kalciumtartalmúásványokból, illetvekőzetből áll. Tömegaránya a földkéregben 3,4–4,2%, ezzel avas és amagnézium között helyezkedik el mint az ötödik leggyakoribb elem és a harmadik leggyakoribbfém. A tengervízben átlagos koncentrációja 0,4 g/l, a világűrben félmillió hidrogénatomra jut egy Ca-atom. Fontos biogén elem, az élő sejtek egyik alapvető építőköve.
A kalcium leggyakoribb kőzete amészkő, ami főlegkalcitból és (a vele kémiailag azonos)aragonitból áll. A mészkő igen gyakori üledékes kőzet, főleg a sekélytengeri rétegsorokban. Kettős karbonátja, adolomit (kalcium-magnézium-karbonát, CaMg(CO3)2) a hasonnevű kőzet fő ásványa.
Mészköves szirtfal Dover mellett
A kalcium különleges, csaknem tisztakalcium-karbonátból álló kőzete a pórusoskréta. E szinte fénylő fehér kőzet legnevezetesebb lelőhelyeit aLa Manche csatorna ésRügen sziget partvidékén találjuk. Legnagyobb lelőhelyei a földtörténetikréta korban keletkeztek az őstengerekben a karbonát mészvázak törmelékeinek lerakódásával, sok ősi élőlény vázát épségben megőrizve. Az iskolai kréta erről az ásványról kapta nevét, de a mai krétátkalcium-szulfát (gipsz) porának préselésével állítják elő.
Cseppkőbarlang
A mészkő nagy hőmérsékleten és nyomásonmárvánnyá kristályosodik át. A márvány színe a mészkőben jelenlévő színezőanyagoktól függ. Az egyik leghíresebb márványfajta azAppennini-félszigeten találhatócarrarai fehér márvány. A márványt és az édesvízi mészkövet (travertino) elsősorban dekorációs célokra használják: épületrészeket és szobrokat faragnak belőlük.
Mészkő fosszíliákkal
A mészkő felszíni mállásának sajátos formája akarsztosodás.
Fluorit (lila) és kalcit (fehér) kristályai
Egyéb ásványai
Apatit Ca3(PO4)2.Ca(F, Cl)2 egy meglehetősen bonyolult összetételűkalcium-foszfát származék, a természetes kalcium-források egyik jelentős képviselője.
Nagy tisztaságú kalcium állítható előkalcium-klorid ésalumínium reakciójával, amely soránalumínium-klorid keletkezik, mely a reakció körülményei közötti magasabb hőmérsékleten folyékony. A reakció során keletkező fémkalciumdesztillációval nagy vákuum mellett tisztítható.
Kis mennyiségű, elsősorban laboratóriumi előállításhoz használható akalcium-azid bomlásanitrogénre és kalciumra.
Az elemi kalcium igen erős redukálószer, a finoman szétoszlatott kalciumot szerves redukciókhoz használják, de fontos szerepet kap más fémek redukciójánál (példáulurán,cirkónium,tórium) is.
A fémkalcium nagy reaktivitását a metallurgiában akén ésoxigén kis mennyiségének eltávolítására használják avas olvadékból az acélgyártás során.
A kalciumot használják mint adalékanyagot az üvegbe, illetve bizonyos ötvözetekbe. Ezen ötvözetek közé tartozik az ólomtartalmúcsapágyfém, melynek német gyártmánya 0,7% kalciumot, 0,6%nátriumot és 0,04%lítiumot tartalmaz.
A mész és gipsz együttes alkotói az egyik leggyakoribb építőipari alapanyagnak, acementnek. Ezt homokkal és vízzel keverve, a megkeményedés során erős és ellenálló anyagot,betont kapunk. A beton modern építőipari alapanyag, melyet a házépítésen kívül útépítéseknél is felhasználnak.
Akalcium-karbonátot építészeti és szobrászati felhasználásán kívül festékként,fogporok és -krémek alkotójaként valamint az orvosi gyakorlatban kalcium pótlásra is használják.
Agipszet (kalcium-szulfát dihidrát) elsősorban építészeti állagmegóvásban, öntőformák készítésében használják. A gipsz hőbontásával kalcium-szulfát hemihidrát (CaSO4 · ½ H2O) 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. Agipsz módosulatai amáriaüveg és azalabástrom, melyet burkolóanyagként használnak.
Akalcium-karbidot mint erős redukálószert használják. Korábban elsősorban a bányászat használta karbidlámpákba. Bennük a karbidra víz csepegett, aminek hatására a karbid vízzel reagált ésacetilént (etint) valamintkalcium-hidroxidot 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 CaHPO3-ot ipari műtrágyként használták, melyek a növényeknek mind kalciumot, mind foszfort adnak.
Kalcium-hidrid (CaH2): fehér, kristályos anyag. Előállítható fémkalcium elemi hidrogén-atmoszférában való melegítésével. A melegítés során a kalcium gyakran meggyullad. A kalcium-hidrid erős redukálószer, amelyet magas ára miatt redukciókra általánosan nem használnak. Vízzel való reakciója soránkalcium-hidroxid éshidrogén keletkezik:
Kalcium-oxid (CaO) köznapi nevén égetett mész: fehér, porszerű anyag. Vízzel hevesen hőfejlődés közben reagálkalcium-hidroxid képződése mellett. A kalcium-oxid előállíthatómészkő vagykalcium-karbonát hevítésével, vagy fémkalcium ésoxigén reakciójával.
Kalcium-hidroxid (Ca(OH)2): könnyű, fehér, porszerű anyag, mely szinte alig oldódik vízben, melegítés hatására oldhatóság tovább csökken. Vizesszuszpenziójátmésztejnek nevezik. Égett mész és víz reakciója során keletkezik. Ezen reakció szerint nevezik oltott mésznek:
Sói: A kalcium sóinak nagyobb része vízben jól oldódik, de egy részük nehezen, vagy egyáltalán nem oldódik vízben. Sói fehér színűek vagy színtelenek (kivéve azokat, melyeknél az anion adja a színt:manganátok,kromátok). A kalcium sói jobban oldódnak, mint amagnéziuméi. A kalcium vegyületei könnyen képeznek kettős sókat és egyes esetbenkomplexeket is, ezek azonban sem a kalciumra, sem a többialkáliföldfémre nem jellemzőek.
Kalcium-fluorid (CaF2): fehér, nagyon gyengén oldódó géles anyag. Kalcium vegyületek vizes oldatához fluorid-anionokat tartalmazó oldatot adva a kalcium-fluorid kicsapódik, illetve előállíthatókalcium-hidroxid vagykalcium-karbonát éshidrogén-fluorid reakciójával.
Kalcium-klorid (CaCl2): fehér, kristályos anyag, mely vízben jól oldódik. Kristályát két vízmolekulát tartalmazókristályvízzel képezi, ez a kalcium-klorid dihidrát (CaCl2 · 2 H2O). Ez a kristály hevítve elveszíti kristályvizét és egy fehér, porszerű anyag keletkezik (vízmentes kalcium-klorid), amelyet a preparatív szerves kémia használ gázok és folyadékok szárítószereként. Télen az utakat és járdákat szórják vele, hogy a víz fagyáspontját csökkentsék. Előállíthatókalcium-karbonát vagykalcium-hidroxid éssósav reakciójával vizes oldatban.
Kalcium-karbonát (CaCO3): 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 oldatbólkarbonát-anionokkal való kicsapatással vagykalcium-hidroxid ésszén-dioxid reakciójával, ami amalter megszilárdulásának is az alapja.
Kalcium-szulfát (CaSO4): fehér, porszerű anyag, amely csak részlegesen oldódik a vízben (oldhatatlannak minősítik, de a karbonátnál jobban oldódik). Oldhatósága függ állapotától is. Azanhidrit 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 °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 gipszásványként fordul elő, de egyéb kristálymódosulatokban is vagy mint kőzetek alkotója. Előállítható vízben oldható kalcium-vegyületszulfátanionokkal való reakciójával.
A kalcium szerves vegyületei közé tartoznak a kalcium szerves savakkal alkotott sói, közülük jelentős akalcium-oxalát, mely főképp arebarbara leveleiben fordul előoxálsavval együtt és a leveleinek mérgező voltát okozza. Emellett fontosak még a kalcium alkoholokkal alkotott sói a kalcium-alkoholátok, illetve a kalciumkomplexei. Különleges csoportot alkotnak a kalcium fémorganikus vegyületei.
A kalcium biogén elem, amely minden élő szervezet számára nélkülözhetetlen. A kalciumion kulcsfontosságúmásodlagos hírvivőminden élősejt jelátviteli folyamataiban. Agerincesek testében acsontok és afogak alapját alkotják a kalcium-sók. Előfordul azonban azizmokban, avérben és más testnedvekben illetve szervekben.
Cornu aspersum (Müller O. F., 1774)
Az élőlények kemény vázait is általában kalcium alkotja, így a tojáshéjat, a csigaházat vagy a kagylóhéjat. A hatalmas és kiterjedtkorallzátonyok, melyek évszázadokon át keletkeztek, az elpusztultkorallok megmaradt kalcium-vázai.
Az emberi táplálkozásban is fontos szerepet tölt be a kalcium. Elsősorban gyermekkorban elengedhetetlen a csontváz és a fogak egészséges fejlődése szempontjából, így a gyerekek és fiatalok táplálkozásában fontos, hogy mindig jelen legyen a kalcium. A kalcium felvételét segíti aD-vitamin, amelyre a kalcium csontokban történő raktározódása szempontjából nagy szükség van. Ezen anyagok hiányaangolkórhoz (rachitisz) vezet. Idősebb korban a csontok csontszövete megritkul és ezcsontritkuláshoz (osteoporózis) vezet. Ez a betegség is összefüggésbe hozható a csontok kalcium anyagcsere-zavarával. A betegséget gyakran későn ismerik fel, amikor már a csontok törnek a csont nagymértékű tömegvesztesége miatt. Ilyenkor a csonttörések nagyon nehezen gyógyulnak.
A kalcium napi mennyiségének 800 – 1000 mg között kellene lennie, kismamák esetében ennél 500 mg-mal több. A kalcium fő forrása az emberi szervezetben a tej és a tejtermékek. Nagy mennyiségű kalcium fordul elő a növények leveleiben és magvaiban, adióban,zabpehelyben és néhányásványvízben. Bár néhány zöldségben is előfordul a kalcium, ez általában oxalát vagy fitát oldhatatlan kötött formában van jelen. A rostok általában ezen anyagok felhasználását megakadályozzák. Nagyon fontos, hogy az emberi étrend kiegyensúlyozott legyen, a kalcium mellett fontos a magnézium és a foszfor jelenléte is a szervezetben. A tej, a sajt és a többi tejtermék is fontos kalciumforrás. Azonban egyesek allergiásak a tejtermékekre. A nem indoeurópai származású emberek többségelaktózérzékeny, akik nemerjesztett tejet csak nagyon kis mértékben képesek fogyasztani.
A kalcium bizonyos orvosi körök szerint helyettesítheti az antihisztaminok hatását, ám ez nem igaz. Méh-, vagy darázscsípés esetén az adrenalininjekció hamarabb fejti ki hatását és kevesebb kockázattal jár, mint a gyakran az izomzatba adott kalcium injekció.Magyarországon gyakran kiütésekre, náthára, torokgyulladásra, allergiás reakciókra is kalciumot írnak fel az orvosok, bár ezek kezelésére a kalcium nem alkalmas. A közvetlen kalciumfogyasztás a csontritkulás ellen sem használ, mivel a csontokba épülésének folyamata is fontos tényező, ugyanakkor megterheli a kiválasztószerveket és megnöveli a vesekő kockázatát.[2]
