Калцијум (Ca,лат.calcium)метал јеIIA групе.[5]Електронска конфигурација му је: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2, гради 2+јон. Поседује 6 стабилнихизотопа. То су40Ca,42Ca,43Ca,44Ca,46Ca и48Ca. Елементарни калцијум је сјајни, сребрнасти метал. На Земљи се калцијум налази само у облику својих једињења и као саставни део минерала. У калцијумове минерале, између осталих, спадајукреда,кречњак (каокалцит илиМермер) игипс. Осим тога, калцијум игра врло важну улогу у организму животиња и човека, јер улази у саставкостију. Он гради 2+јоне.
Калцијум је сребрнобео, мекан и лакметал. Калцијум је мек каоолово, али се не може резатиножем. Елементарни калцијум у присуствуваздуха се врло брзо оксидује. Са водом реагује врло бурно градећикалцијум хидроксид иводоник. Сагорева у присуствукисеоника из ваздуха докалцијум оксида, те у много мањој мерикалцијум нитрида. Уколико се уситни у прах, калцијум се може запалити сам од себе. Једињења калцијума се јављају и у води, и узрочник су њене тврдоће. Калцијумовисулфати и хлориди чине сталну тврдоћу воде која се кувањем не може отклонити. Тврдавода је непогодна за коришћење (за кување, прање и индустрију).[6] Калцијум је чврста, сива, сјајна, супстанца на собној температури и атмосферском притиску. Проводи топлоту и електричну струју. Катјони Ca2+ спадају у IV аналитичку групу катјона.
Атом калцијума има двадесет електрона, са електронском конфигурацијом [Ar]4s2. Као и други елементи смештени у групу 2 периодног система, калцијум има два валентна електрона на најудаљенијој с-орбитали, који се врло лако губе у хемијским реакцијама да би формирали дипозитивни јон са стабилном електронском конфигурацијом племенитог гаса, у овом случај аргона.[7]
Калцијум спада уземноалкалне метале. У готово свим хемијским једињењима, калцијум се јавља са оксидационим бројем +2. Тек 2009. године, научницима са Универзитета Фридрих-Шилер у немачком градуЈена успело је добију стабилни калцијум(I) комплекс, у којем се калцијум налази стабилан у дотад непознатом оксидационом стању +1. Међутим, то једињење је врло осетљиво на присуство воде и ваздуха.[8]
Метални калцијум се топи на 842°С и кључа на 1494°С; ове вредности су веће од оних за магнезијум и стронцијум, суседне метале групе 2. Његова густина од 1,526 г/цм3 (на 20°С) је најнижа у групи.[7]
Калцијум је тврђи од олова, али се може сећи ножем уз напор. Док је калцијум слабији проводник струје од бакра или алуминијума по запремини, он је бољи проводник по маси од оба, због своје веома мале густине.[9]
Калцијум спонтано реагује са водом брже од магнезијума и спорије од стронцијума да би произвео калцијум хидроксид и гас водоника. Такође реагује са кисеоником и азотом у ваздуху и формира мешавину калцијум оксида и калцијум нитрида.[10] Калцијум је мање реактиван: брзо формира хидратантни премаз у влажном ваздуху, али испод 30% релативне влажности може се чувати неограничено на собној температури.[11]
Поред једноставног оксида СаО, калцијум пероксида, СаО2, се може добити директном оксидацијом металног калцијума под високим притиском кисеоника, а постоје неки докази за жути супероксид Са(О2)2.[12] Калцијум хидроксид, Са(ОН)2, је јака база, мада не тако јака као хидроксиди стронцијума, баријума или алкалних метала.[13] Сва четири дихалида калцијума су позната.[14] Калцијум карбонат (СаСО3) и калцијум сулфат (СаSО4) су посебно распрострањени минерали.[15] Као стронцијум и баријум, метални калцијум се раствара директно у течном амонијаку дајући тамноплави раствор.[16]
Иако је калцијум у истој групи као и магнезијум, а органска магнезијумова једињења се веома широко користе у хемији, органска калцијумова једињења нису на сличан начин распрострањена јер их је теже направити и реактивнија су, иако су недавно истражене као могући катализатори.[17][18][19][20][21] Органо-калцијумова једињења имају тенденцију да буду сличнија органо-итербијум једињењима због сличних јонских радијуса Yb2+ (102 pm) и Ca2+ (100 pm).[22]
Калцијум има пет стабилнихизотопа (40Ca,42Ca,43Ca,44Ca и46Ca), уз још један изотоп (48Ca) чије јевреме полураспада тако дуго да се из практичних разлога такође може сматрати да је стабилан. Распон од 20% у релативној атомској маси код својих природних изотопа је већи него код било којег другог елемента, изузев водоника ихелијума. Калцијум има и космогенски изотоп,радиоактивни41Ca који има време полураспада од 103.000 година. За разлику од других космогенских изотопа који се стварају уЗемљиној атмосфери, изотоп41Ca се ствара неутронским активирањем калцијума40Ca. Највећи део његовог настајања је горњи слој дубине од око један метар у тлу, докле у довољној мери продире космогенски неутронски ток. Изотоп41Ca је добио додатну пажњу у астрономским студијамазвезда, јер се распада на41K, критични показатељ аномалија у звезданим системима.
Око 97% калцијума који се јавља у природи је у облику изотопа40Ca. Изотоп40Ca је један од производа распадакалијума40K, заједно сааргоном40Ar. Иако јекалијум-аргонско датирање врло раширено у геолошким наукама, распрострањеност40Ca у природи отежава коришћење овог начина датирања. Технике које користемасену спектрометрију и разређивање изотопа са двоструким спектрометарским врхом се користе за калијум-калцијумско датирање.
Најраспрострањенији изотоп40Ca има језгро са 20протона и 20неутрона. То је уједно и најтежи стабилни изотоп међу свим елементима који има исти број протона и неутрона. У експлозијисупернова, калцијум се формира у реакцији угљеника са бројним алфа честицама (језграма хелија), све док се не синтетише најчешћи изотоп калцијума (који садржи десет језгра хелија).
Калцијум је најраспрострањенијиземноалкални метал, а и један од најраспрострањенијихелемената у природи. Заступљен је уземљиној кори у количини од 3,54%. Због своје хемијске реактивности, у природи се може наћи само у облику својих једињења. Претпоставља се да је једини изузетак једна врстафлоурита који у својој кристалној решетки има неку врсту колоидалног калцијума насталог путем природног радиоактивног распада.[23] Калцијум карбонат је главни састојак седиментнихстена. Као кречњак чини многе планинске масиве. Веома је распрострањен и калцијум сулфат у виду анхидрита игипса. Најбитнијиминерали калцијума су: калцит, аргонит, мермер, креда, гипс, доломит, кречњак, калцијумфлуорит ... Минерали богати калцијумом попуткалцита игипса су доста распрострањени (нпр. уАлпима целе планине су сачињене од кречњака). Веома је распрострањен икалцијум сулфат у виду анхидрита игипса.
Као есенцијални део целе живе материје он се налази у саставу костију,зуба, шкољки и лишћа. Поред K+ и Na+ јона, јони калцијума Ca2+ имају изузетно важну улогу у преносу подражаја крознервне ћелије. Међутим, и код других ћелија јони калцијума су врло важни код трансдукције сигнала.
У видљивим спектрима многихзвезда, укључујући иСунце, запажене су снажне спектралне (апсорпцијске) линије једноструко јонизованог калцијума. Међу њима најистакнутије суH-линија на 3968,5 Å иK-линија на 3933,7 Å једноструко јонизираног калцијума или Ca II. При посматрању Сунца, или звезда ниске температуре, истакнутостH иK линија у видљивом спектру може бити назнака снажне магнетске активности ухромосфери. Мерење периодичних варијација ових активних подручја такође се може користити у добијању података о периодима ротације таквих звезда.[24]
Загревањем уз присуствоваздуха гради оксид (CaO) и нитрид (Ca3N2). Реагује са хладномводом градећихидроксид уз ослобађањекисеоника. Сем ових једињења битна су и калцијумпероксид и многе соли.
Метални калцијум се производи увакууму путемредукције од прженог безводногкреча (калцијум-оксида) саалуминијумом при температури од 1200 °C. Иако алуминијум има доста мању реактивност и енталпију од калцијума, тако се реакција
уравнотежава готово у потпуности на левој страни, али и поред тога овај процес производње функционише, јер настали калцијум при овој температури непрестано испарава тако да се постепено уклања из процеса. Након овог процеса неопходна једестилација калцијума да би се отклониле нечистоће.
Калцијум се у крви налази око 50% као јон Ca2+, око 35% везан забеланчевине (албумин,глобулин) те око 15% везан у комплексима (у бикарбонатима, лактатима, цитратима, фосфатима). Серумска вредност калцијума креће се у врло уским границама код нормалног нивоа укупног калцијума између 2,2 и 2,6 mmol/L (9–10,5 mg/dL) а распон нормалног јонизованог калцијума износи од 1,1 до 1,4 mmol/L (4,5–5,6 mg/dL). Биолошки ефекти калцијума одређују се кроз доступност његових слободних јона, па је при томе одлучујући јонизовани калцијум.[25]
Укупна концентрација калцијума (укупни кацијум) у крви зависи од концентрације албумина и с тим у складу се мора кориговати. Алтернативно, може се и директно мерити концентрација јонизованог калцијума.[26] Укунпни калцијум у серуму се одређује помоћу апсорпцијске спектрометрије илипламене емисионе спектроскопије.[27] При томе долазе до изражаја физичке особине калцијума. Директно мерење јонизованог калцијума врши се са јоноселективним електродама.[27]
Метални калцијум служи као редукционо средство уметалургији за производњу метала као што суторијум,ванадијум,цирконијум,итријум и других из групе реткихземноалкалних метала, те као редукционо средство у индустрији челика и алуминијума, као додатак легурамаалуминијума,берилијума, бакра, олова и магнезијума те као полазни материјал за производњу калцијум хидрида.
Техничка употреба калцијума је много већа у облику његових једињења.
Кречњак (CaCO3) идоломит (CaMg(CO3)2) су две важне сировине у данашњој индустрији:
Средство за уклањањешљаке у индустријичелика. Просечна потрошња износи око 0,5 тона кречњака по тони челика
Креда као средство за пуњење вештачких материјала, на примерПВЦ-а. Циљ је побољшање крутости и отпорности на ударце, као и за смањење скупљања. Осим тога јако повећана топлотна проводљивост омогућава виши радни такт приекструдирању (извлачењу).
Фино млевени креч или доломит се користи и као креч за ђубрење у пољопривреди и шумарству или као додатак исхрани неким животињама.
Калцијум-сулфат (гипс) се користи као грађевински материјал.Калцијум-карбид служи као полазна сировина за хемијске синтезе и за производњу ђубрива на бази креча и азота, а раније се користио и за синтезуацетилена (етин), те се раније погрешно називао и калцијум ацетилид.Калцијум-хлорид служи као средство за сушење и топљење, као и за убрзавање стврдњавањабетона.
Кости човека и животиња садрже калцијум у виду фосфата и карбоната. Недостатак калцијума у костима изазива болест рахитис. Јон калцијума налази се и у крви и убрзава згрушавање крви у додиру са ваздухом. Код биљака улази у неке облике ћелијских зидова. Оне складиште калцијум у стабљици и лишћу. Недостатак калцијума код биљака проузрокује слаб развој корена и лишћа.
Калцијум је заступљен у човековом организму између 1,4 и 1,67% што представља преко 1 килограм. Калцијум има велику улогу у људском организму:
активатор ензима
провођење биоелектричних импулса
удео у згрушавању крви
удео у грчењу мишића
удео у производњи хормона
Ниво калцијума у крви зависи од:
количине калцијума која се уноси исхраном
количине калцијума у намирницама
степене избацивања калцијума са мокраћом
Калцијум је такође неопходан састојак у ћелијама биљака.
^Krieck, Sven; Görls, Helmar; Westerhausen, Matthias (2010). „Mechanistic Elucidation of the Formation of the Inverse Ca(I) Sandwich Complex [(thf)3Ca(μ-C6H3-1,3,5-Ph3)Ca(thf)3] and Stability of Aryl-Substituted Phenylcalcium Complexes”.Journal of the American Chemical Society.132 (35): 12492—12501.PMID20718434.doi:10.1021/ja105534w.
^Weast, Robert (1984).CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. стр. E110.ISBN978-0-8493-0464-4.
^Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008).Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall.ISBN978-0-13-175553-6.
^Parkes, G.D. & Phil, D. (1973).Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga.
^Krieck, Sven; Görls, Helmar; Yu, Lian; Reiher, Markus; Westerhausen, Matthias (4. 2. 2009). „Stable "Inverse" Sandwich Complex with Unprecedented Organocalcium(I): Crystal Structures of [(thf)2Mg(Br)-C6H2-2,4,6-Ph3] and [(thf)3Ca{μ-C6H3-1,3,5-Ph3}Ca(thf)3]”.Journal of the American Chemical Society.13 (8): 2977—2985.doi:10.1021/ja808524y.
^C. R. HammondThe elements (pp. 4–35) inLide, D. R., ур. (2005).CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th изд.). Boca Raton (FL): CRC Press.ISBN0-8493-0486-5.
^Jenter, Jelena; Köppe, Ralf; Roesky, Peter W. (2011). „2,5-Bis{N-(2,6-diisopropylphenyl)iminomethyl}pyrrolyl Complexes of the Heavy Alkaline Earth Metals: Synthesis, Structures, and Hydroamination Catalysis”.Organometallics.30 (6): 1404—13.doi:10.1021/om100937c.
^Arrowsmith, Merle; Crimmin, Mark R.; Barrett, Anthony G. M.; Hill, Michael S.; Kociok-Köhn, Gabriele; Procopiou, Panayiotis A. (2011). „Cation Charge Density and Precatalyst Selection in Group 2-Catalyzed Aminoalkene Hydroamination”.Organometallics.30 (6): 1493—1506.doi:10.1021/om101063m.
^Staff (1995).„H-K Project”. Mount Wilson Observatory. Приступљено20. 5. 2015.
^„Calcium”.laborlexikon.de. Приступљено21. 5. 2011.|first1= захтева|last1= у Authors list (помоћ)
^Robertson, W. G.; Marshall, R. W. (1. 11. 1979).Calcium measurements in serum and plasma--total and ionized.11. CRC Critical Reviews in Clinical Laboratory Sciences. стр. 271—304.PMID116800.
^абGuder WG; Nolte J, ур. (2005).Das Laborbuch für Klinik und Praxis (1 изд.). Elsevier, Urban und Fischer.ISBN978-3-437-23340-1.
_NIST_ASD_emission_spectrum.png)
