Vápník

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Vápník je nejvýznamnější prvek z řady kovů alkalických zemin, lehký, velmi reaktivní kov.

Obsah 1 Základní fyzikálně - chemické vlastnosti 2 Výskyt v přírodě 3 Výroba a využití 4 Sloučeniny a jejich využití 5 Biologický význam vápníku

[editovat] Základní fyzikálně - chemické vlastnosti

• Chemická značka Ca, (lat. Calcium)
• Atomové číslo 20
• Relativní atomová hmotnost 40,078 amu
• Hustota 1,550 g/cm³
• Teplota tání 842 °C, tj. 1 115 K
• Teplota varu 1 484 °C, tj. 1 757 K

Poměrně měkký, lehký kov, který bouřlivě reaguje s kyslíkem i vodou a v přírodě se s ním proto setkáváme pouze ve formě sloučenin. Jako biogenní prvek je jedním ze základních stavebních kamenů buněk všech živých organizmů na této planetě. Název je odvozen od slova vápno (latinsky calx).

Soli vápníku barví plamen cihlově červeně.

Objevil ho roku 1808 sir Humphry Davy.

[editovat] Výskyt v přírodě

Díky své velké reaktivitě se vápník v přírodě vyskytuje pouze ve sloučeninách. Ve všech má mocenství Ca⁺².

Zemská kůra je z velké části tvořena horninami, ve kterých vápník tvoří velmi podstatnou složku. Podle posledních dostupných údajů tvoří vápník 3,4 – 4,2 % zemské kůry a je tedy pátým nejvíce zastoupeným prvkem. V mořské vodě je jeho koncentrace pouze 0,4 g Ca/l a ve vesmíru připadá na jeden atom vápníku přibližně půl milionu atomů vodíku.

• Nejběžnější horninou na bázi vápníku je vápenec, uhličitan vápenatý CaCO₃ tvořený minerálem kalcitem stejného chemického složení. Tato hornina se nachází prakticky ve všech lokalitách biologického původu a pochází ze schránek obyvatelů pravěkých (především druhohorních) moří. Česko patří ve světě mezi státy s nejbohatším výskytem hornin vápencového typu, známá je například lokalita mezi Prahou a Berounem nebo Moravský kras.
  • 

    

    křídové útesy anglického Doveru
    Speciální typ představuje křída, téměř čistý měkký pórovitý vápenec s typicky zářivě bílou barvou, nacházející se například na pobřeží kanálu La Manche nebo na Rujáně. Její největší ložiska vznikla ve stejnojmenném geologickém období v pravěkých mořích vysrážením uhličitanu vápenatého na usazených vápenitých skořápkách prvoků. Nejznámějším využitím je plavením přírodní křídy vyrobená psací křída, důvěrně známá ze školního prostředí.
  • Nejvíce ceněnou odrůdou vápence je mramor, používaný především k dekorativním účelům - obklady budov, sochy. Významná naleziště jsou na Apeninském poloostrově (carrarský mramor), ale i v České republice (slivenecký mramor). Jedná se o přeměněnou horninu vzniklou z vápence rekrystalizovaného vysokým tlakem a teplotou. Výsledná barva je závislá na příměsech a pigmentu v původní hornině. Příměsi, které se v původní hornině vyskytovaly ve vrstvách nebo v žílách, se metamorfózou přetvářejí v charakteristickou mramorovou kresbu. Ta jej činí méně pevným, proto se mramor s kresbou obvykle nepoužívá pro sochy.
  • 

    

    krápníková jeskyně
    Vzájemné chemické přechody mezi uhličitanem a hydrogenuhličitanem vápenatým Ca(HCO₃)₂ jsou příčinou vzniku krasových jevů. Princip těchto procesů spočívá v tom, že hydrogenuhličitan vápenatý je vodě více rozpustný než uhličitan vápenatý. Pokud se roztok Ca(HCO₃)₂ v podzemní vodě dostane do kontaktu s atmosferickým oxidem uhličitým CO₂, dojde ke vzniku málo rozpustného uhličitanu, který se usadí na místě svého vzniku. Tyto přírodní úkazy se vyskytují v jeskynních systémech po celém světě a pomalý růst stalaktitů, stalagmitů a stalagnátů je geologickou obdobou růstu a vývoje živých organizmů v přírodě.
• Dalším významným zdrojem vápníku je dolomit, směsný uhličitan hořečnato-vápenatý CaMg(CO₃)₂, jehož ložiska se nacházejí v jižní Evropě, Brazilii, jižní Austrálii i Severní Americe.
• Apatit jako poměrně komplikovaný fosforečnan vápenatý patří mezi významné přírodní zdroje vápníku.
• Fluorit neboli kazivec je minerál o chemickém složení CaF₂ (fluorid vápenatý). Jeho ložiska jsou v Číně, USA, Anglii, Německu ale i České republice. Využívá se především jako surovina pro výrobu fluoru, ale i jako dekorativní kámen pro výrobu ozdobných předmětů.
• Sádrovec je hydratovaný síran vápenatý CaSO₄ · 2 H₂O. Vyskytuje se poměrně hojně střední Evropě (ČR, SR, Německo, Rakousko) a USA.

[editovat] Výroba a využití

Kovový vápník se průmyslově vyrábí elektrolýzou taveniny chloridu nebo fluoridu vápenatého. Dalším produktem této reakce je elementární chlor nebo fluor, který je ihned dále zpracováván v chemické výrobě.

Elementární vápník vykazuje velmi silné redukční vlastnosti a jemně rozptýlený kov se využívá k redukcím v organické syntéze ale i redukční výrobě jiných kovů, např. uranu, zirkonia nebo thoria.

Velká reaktivita kovového vápníku slouží v metalurgii k odstraňování malých množství síry a kyslíku z taveniny železa a při výrobě oceli.

[editovat] Sloučeniny a jejich využití

Zásadní význam mají sloučeniny vápníku ve stavebnictví. Termickým rozkladem vápence vzniká oxid vápenatý, CaO neboli pálené vápno.

CaCO₃ → CaO + CO₂

Reakcí páleného vápna s vodou vzniká hydroxid vápenatý Ca(OH)₂ neboli hašené vápno.

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

Hašené vápno je ve stavebnictví složkou mnoha důležitých pojivých prvků jako je např. malta, omítkové směsi atd. Při jejich aplikaci dochází k reakci bazického vápna se vzdušným oxidem uhličitým za vzniku původního uhličitanu vápenatého CaCO₃

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O

Podobné, i když omezenější využití má sádra neboli hemihydrát síranu vápenatého CaSO₄ · ½ H₂O. Tato sloučenina se vyrábí termickým rozkladem sádrovce CaSO₄ · 2 H₂O a po smíšení s vodou dochází k opětné hydrataci a vzniká zářivě bílá, poměrně pevná a tvrdá hmota. Má všestranné využití ve stavebnictví, při výrobě kopií různých předmětů (zubní lékařství) atd. Podle podmínek při výrobě sádry a přísad při jejím tuhnutí lze docílit celé škály výsledných produktů s různou tvrdostí, rychlostí tuhnutí, barvou apod.

Vápno i sádra jsou složkami při výrobě dnes patrně nejběžnějšího stavebního materiálu – cementu. Po smíšení s pískem a vodou vzniká pevná, tvrdá a odolná hmota – beton, s níž se setkáváme denně jako materiálem pro konstrukce moderních staveb a základním materiálem silnic, leteckých přistávacích drah, železničních pražců aj.

Chlorid vápenatý normálně váže 2 molekuly vody CaCl₂ · 2 H₂O. Zahřátím lze krystalickou vodu odstranit a látku použít k sušení organických tekutin nebo plynů.

Fosforečnany vápenaté, např. CaHPO₃, se používají jako průmyslová hnojiva, dodávající rostlinám jak fosfor, tak vápník.

Sloučenina vápníku s uhlíkem - karbid vápenatý, CaC₂ reakcí s vodou uvolňuje acetylen a byl dříve používán ke svícení v lampách, tzv. karbidkách.

[editovat] Biologický význam vápníku

Vápník patří mezi biogenní prvky, které jsou nezbytné pro všechny živé organismy. V tělech obratlovců je základní součástí kostí a zubů, nachází se ale i ve svalech, krvi a dalších tělesných tkáních.

Tvrdé schránky — škeble a mušle rozmanitých tvarů a velikostí chránící těla různých mořských i sladkovodních plžů a mlžů jsou tvořeny z velké části především sloučeninami vápníku.

Mohutné korálové útesy, které po staletí vytvářejí mořští polypi z třídy korálnatců, jsou zbytky vápenitých koster těchto uhynulých živočichů. V naší přírodě se nejčastěji setkáme s hlemýždi, které jejich vápenitá ulita chrání před predátory.

V lidské potravě představuje vápník velmi podstatnou složku. Protože je nezbytný pro zdravý vývin a růst kostí a zubů, je důležité, aby se pravidelně vyskytoval především v jídelníčku dětí a mládeže. Důležitý přitom není pouze dostatek samotného vápníku, ale i vitaminu D, který pomáhá při ukládání vápníku do kostní hmoty. Nedostatek některého z těchto faktorů je příčinou onemocnění křivice neboli rachitidy. U starších lidí dochází k úbytku vápníku z kostní hmoty, což se projevuje jako tzv. osteoporóza (řídnutí kostí). Kosti jsou křehké, snadno se lámou a zlomeniny se naopak obtížně a velmi zdlouhavě hojí.

Uvádí se, že denní dávka vápníku by měla činit 800 – 1 000 mg denně, u kojících žen ještě asi o 500 mg více. Hlavní zdroj vápníku v lidské potravě představuje mléko a mléčné výrobky. Kromě toho je vápník ve zvýšené míře přítomen ve většině listové zeleniny, semenech, ořeších, ovesných vločkách a řadě minerálních vod. Ovšem v zelenině je vápník (i některé jiné prvky) často vázán jako nerozpustný fytát či šťavelan. Také vláknina omezuje jeho využití. Je třeba si uvědomit, že lidská strava má být celkově vyvážená a spolu s přísunem důležitého množství vápníku musí obsahovat i dostatek ostatních minerálních složek (např. hořčíku či fosforu).

---