Kalsium | Kemiallinen alkuaine

Ominaisuudet

Fysikaaliset ominaisuudet

Kalsium on pehmeä valkeanharmaa metalli. Se on kiinteä ja läpinäkymätön. Se on emäksinen maametalli. Sen sulamispiste on kuumempi kuin useimpien muiden reaktiivisten metallien. Se on hieman kovempaa kuin lyijy. Sillä on kaksi allotrooppia. Se ei johda sähköä yhtä hyvin kuin kupari, mutta on painoltaan paljon kevyempi.

Kemialliset ominaisuudet

Se reagoi veden kanssa tuottaen vetyä ja kalsiumhydroksidia. Se reagoi veden kanssa hyvin nopeasti, kun se on jauhettu. Kun se on kappaleena, se alkaa reagoida hitaasti, koska kalsiumhydroksidi muodostaa päällysteen, joka ei liukene kalsiumiin. Jos kalsiumhydroksidiin lisätään hieman happoa, se liuottaa sitä, jolloin kalsium reagoi hyvin nopeasti. Se palaa jauheena punertavaksi liekiksi. Näin syntyy kalsiumoksidia. Kuumennettaessa siitä muodostuu myös kalsiumnitridiä. Se voi reagoida halogeenien kanssa muodostaen kalsiumhalideja, kuten kalsiumkloridi kloorin kanssa.

Kalsiumyhdisteet

Kalsium muodostaa kemiallisia yhdisteitä hapetusasteessa +2. Kalsiumyhdisteet ovat värittömiä. Useimmat kalsiumyhdisteet eivät ole myrkyllisiä. Ihmiskeho tarvitsee niitä itse asiassa. Ne eivät reagoi kalsiumionien osalta. Kalsiumoksidia käytettiin valonheittimien valmistukseen, joissa liekki kuumentaa kalsiumoksidia ja saa sen hehkumaan hyvin kirkkaana.

• Kalsiumbromaatti
• Kalsiumkarbonaatti
• Kalsiumkloridi
• Kalsiumhydroksidi
• Kalsiumnitraatti
• Kalsiumnitridi
• Kalsiumoksidi
• Kalsiumpermanganaatti
• Kalsiumfosfaatti
• Dikalsiumfosfaatti
• Monokalsiumfosfaatti

Isotoopit

Kalsiumilla on kuusi luonnossa esiintyvää isotooppia (⁴⁰ Ca,⁴² Ca,⁴³ Ca,⁴⁴ Ca,⁴⁶ Ca ja⁴⁸ Ca), joista⁴⁸ Ca on hyvin lievästi radioaktiivinen, ja sen puoliintumisaika on noin 6,4 × 10¹⁹ vuotta. Jälkiä⁴¹ Ca:sta,⁴⁵ Ca:sta ja⁴⁷ Ca:sta syntyy, kun kosminen säteily osuu atomeihin, ja niitä kutsutaan kosmogeenisiksi nuklideiksi. ⁴¹Ca syntyy maankuoren ylemmissä kerroksissa olevan⁴⁰ Ca:n aktivoituessa neutronien avulla, ja sen puoliintumisaika on 102 000 vuotta. Koska se hajoaa kalium-41:ksi, se on kriittinen indikaattori aurinkokunnan poikkeavuuksista.

Kalsium-40 on runsain isotooppi (96 % kaikesta luonnollisesta kalsiumista), sillä se on peräisin radiogeenisesta⁴⁰ K:sta, jonka puoliintumisaika on 1,25 miljardia vuotta. Kalsium-46:n ohella se on kuitenkin teoreettisesti epävakaa, mutta sen puoliintumisaika on niin pitkä, ettei sen ole koskaan havaittu hajoavan.

 

Esiintyminen

Maassa

Kalsiumia ei löydy metallina maaperästä, sillä se on liian reaktiivinen. Kalsiumkarbonaatti, joka tunnetaan myös nimellä kalsiitti, on yleisin kalsiummineraali.

Kalsium soluissa

On tärkeää tietää, miten solut toimivat. Monien solujen pinnalla on kalsiumkanavia. Ne ovat aukkoja, joista kalsiumionit voivat päästä soluun. Solua käsketään toimimaan, ja se avaa kanavat. Kun kalsiumionit ovat solussa, ne aktivoivat monia proteiineja tekemään tiettyjä asioita. Esimerkiksi kun kalsium menee lihassoluihin, se saa ne supistumaan (lyhenemään, jolloin lihas vetää). Kun kalsium menee hermosoluihin, se laukaisee sähköimpulsseja, jotka lähettävät viestejä. Kun se menee valkosoluihin, se saa ne taistelemaan bakteereja vastaan.

Kalsiumionit ovat tärkeitä soluille, mutta liikaa kalsiumioneja voi olla haitaksi. Jos solu saa enemmän kalsiumioneja kuin se tarvitsee, se voi kuolla. Siksi kalsiumionien määrää soluissa säädellään tarkasti. Sitä vastoin liian vähäinen kalsiumionimäärä on huono asia. Soluilla on oltava oikea määrä, jotta ne voivat toimia kunnolla.

Joskus solut ovat epäterveellisiä ja niiden on kuoltava, jotta elimistö voi korvata ne uusilla, terveillä soluilla. Näin koko elimistö pysyy terveenä. Solut tietävät, milloin niiden pitäisi kuolla, ja ne voivat käynnistää reaktioita elinkaarensa lopettamiseksi monin tavoin. Kun näin tapahtuu, sitä kutsutaan apoptoosiksi, jota kutsutaan myös "ohjelmoiduksi solukuolemaksi" (suunnitelluksi solukuolemaksi). Yksi tapa, jolla solut saavat aikaan apoptoosin, on myrkyllisten kalsiumionien ottaminen.

Kalsium on erittäin tärkeää ihmiskeholle.

Kalsiumin varastointi

Luut sisältävät suurimman osan ihmiskehon kalsiumionista. Jos tarvitsemme lisää kalsiumia vereen, lihaksiin tai muihin kudoksiin, se tulee luista. Jos meillä on ylimääräistä kalsiumia, se menee luihin.

Kalsiumia ei elementtinä esiinny ihmiskehossa, vaan ainoastaan kalsiumioneina kemiallisten yhdisteiden muodossa.

Kalsiumin säätely

Eliöiden on pidettävä kalsiumionitasot hyvin hallinnassa. Korkea kalsiumpitoisuus on huono asia, ja matala kalsiumpitoisuus on huono asia.

Keho hallitsee tätä muuttamalla

• kuinka paljon kalsiumia saamme syömästämme ruoasta.
• kuinka paljon kalsiumia menetämme virtsassa
• kuinka paljon kalsiumia laitetaan luihin

Kalsiumin hallintaa elimistössä kutsutaan kalsiumaineenvaihdunnaksi. Liian vähän kalsiumia voi aiheuttaa osteoporoosia.

Keho säätelee kalsiumtasoja monien hormonien avulla. Kalsitoniini, lisäkilpirauhashormoni (lyhenne PTH) ja D-vitamiini ovat tärkeimmät hormonit kalsiumaineenvaihdunnassa. (D-vitamiini toimii hormonina, mutta sitä kutsutaan vitamiiniksi).

 
Kalsiitti  

Valmistelu

Kalsiummetallia valmistetaan sulatetun kalsiumkloridin elektrolyysillä. Sen sulattaminen edellyttää erittäin kuumaa lämpötilaa. Kalsiummetalli on nestemäistä.

 

Käyttää

Elementtinä

Kalsiumia käytetään muiden metallien pelkistämiseen. Sitä voidaan käyttää myös seosten valmistamiseen muiden metallien kanssa.

Kemiallisina yhdisteinä

Kalsiumyhdisteet ovat tärkeitä myös kemiassa. Se on tärkeää asioiden valmistuksessa. Se on osa sementtiä, jota tarvitaan betonin valmistukseen (kova aine, josta monet rakennukset on tehty).

Kalsium on osa kalsiumoksidia. Kalsiumoksidia käytetään paperin, keramiikan ja elintarvikkeiden valmistukseen sekä veden puhdistamiseen (jotta se olisi juomakelpoista). Kalsiumkarbonaattia käytetään kalsiumlisänä. Kalsiumpermanganaattia voidaan käyttää rakettien polttoaineena.

 
Rakennuksen rakentamiseen käytetty betoni  

Turvallisuus

Kalsium on myrkyllinen alkuaine. Se reagoi veden kanssa ja muodostaa vahvan emäksen, kalsiumhydroksidin. Kalsiumyhdisteet eivät ole myrkyllisiä, ellei anioni ole myrkyllinen. Kalsiumpermanganaatti on myrkyllistä vain permanganaatin, ei kalsiumin vuoksi. Muiden emäksisten maametallien tavoin kalsium palaa helposti ja kirkkaasti.

 

Aiheeseen liittyvät sivut

• Kalsiumyhdisteet