Calcium

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE MeV	ZP
⁴⁰Ca	96,941 %	Stabil
⁴¹Ca	{syn.}	103.000 a	ε	0,421	⁴¹K
⁴²Ca	0,647 %	Stabil
⁴³Ca	0,135 %	Stabil
⁴⁴Ca	2,086 %	Stabil
⁴⁵Ca	{syn.}	162,61 d	β-	0,257	⁴⁵Sc
⁴⁶Ca	0,004 %	Stabil
⁴⁷Ca	{syn.}	4,536 d	β-	1,992	⁴⁷Sc
⁴⁸Ca	0,187 %	> 6 · 10¹⁸ a	β-β-	4,272	⁴⁸Ti

NMR-Eigenschaften

	Spin	γ in rad/(T·s)	E	f_L bei B = 4,7 T in M Hz
⁴³Ca	-7/2	1,8 · 10⁷	0,0064	13,5

Sicherheitshinweise

Gefahrstoffkennzeichnung
aus RL 67/548/EWG, Anh. 1

Gefahrensymbole
F Leichtent- zündlich

R- und S-Sätze

R: 15

S: (2-)8-24/25-43

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Calcium (fachsprachlich) bzw. Kalzium ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Ca und der Ordnungszahl 20.
Das glänzende silberweiße Metall begegnet uns in der Umwelt als Bestandteil von Kalkstein, Marmor, Kreide und anderen Mineralien.

Inhaltsverzeichnis

1 Geschichte
2 Vorkommen
3 Eigenschaften
4 Verwendung
5 Nachweis
6 Funktionen im menschlichen Organismus
7 Ernährungsempfehlungen
- 7.1 Calciumgehalt einiger ausgewählter Lebensmittel
8 Verbindungen
9 Siehe auch
10 Weblinks

[Bearbeiten] Geschichte

Elementares Calcium

Der Name "Calcium" leitet sich vom lateinischen calx ab. So bezeichneten die Römer Kalkstein, Kreide und daraus hergestellten Mörtel. Elementares Calcium gewann 1808 Sir Humphry Davy durch Abdampfen des Quecksilbers aus elektrolytisch gewonnenem Calciumamalgam.

[Bearbeiten] Vorkommen

Calcium ist das fünft-häufigste Element der Erdkruste. Aufgrund seiner chemischen Reaktivität kommt es nur chemisch gebunden natürlich vor. Als essentieller Bestandteil der belebten Materie ist es am Aufbau von Blättern, Knochen, Zähnen und Muscheln beteiligt. Neben K⁺, Na⁺ spielt Ca²⁺ eine wichtige Rolle bei der Reizübertragung in Nervenzellen. Aber auch in anderen Zellen spielen Calcium-Ionen eine wichtige Rolle bei der Signaltransduktion.

Calciumhaltige Minerale wie Calcit und Gips sind vielfältig vorhanden. Die Herstellung des Metalls erfolgt unter Vakuum durch Reduktion von gebranntem Kalk (Calciumoxid) mit Aluminiumpulver in der Hitze (Pidgeon Prozess) von 1200 °C. Der Grund, warum hier Aluminium mit geringerer Reaktivität und Enthalpie als das Calcium, dem Calcium den Sauerstoff entreißen kann, liegt darin, dass bei den hohen Temperaturen ein Fließgleichgewicht entsteht, das zwar stark auf seiten des Calciumoxids liegt, aber dieses dennoch fast vollständig reduziert wird, weil das entstehende Calcium aus dem Reaktionsgemisch ständig verdampft. Weitere Reinigung erfolgt durch Destillation des Calciums.

[Bearbeiten] Eigenschaften

Calcium ist weicher als Blei, lässt sich aber mit einem Messer nicht schneiden. In der Luft läuft es schnell an. In Wasser reagiert es heftig unter Bildung von Calciumhydroxid und Wasserstoff. In Luft verbrennt es zu Calciumoxid und ein wenig Calciumnitrid. Fein verteiltes Calcium ist selbstentzündlich.

teilweise oxidiertes Calcium

Calcium gehört zu den Erdalkalimetallen und liegt in chemischen Verbindungen fast nur in der Oxidationszahl +2 vor. Calcium-Ionen sind doppelt positiv geladen.

[Bearbeiten] Verwendung

Metallisches Calcium dient als Reduktionsmittel in der Metallurgie zur Herstellung von Metallen wie Thorium, Vanadium, Zirkonium, Yttrium und anderen Metallen der seltenen Erden, als Reduktionsmittel in der Stahl- und Aluminiumherstellung, als Legierungszusatz in Aluminium-, Beryllium-, Kupfer-, Blei- und Magnesiumlegierungen. Ausgangsstoff zur Herstellung von Calciumhydrid.

Die technische Nutzung des Calciums erfolgt überwiegend in gebundener Form.

Kalkstein ist einer der wichtigsten Rohstoffe der heutigen Industrie :

Verschlackungsmittel in der Stahlherstellung. Der Verbrauch liegt bei 0,5 Tonnen Kalkstein pro Tonne Stahl
Ausgangsstoff zur Herstellung von gebranntem Kalk
Kreide als Füllstoff für Kunststoffe, zum Beispiel PVC. Ziel ist die Verbesserung der Steifigkeit und Schlagzähigkeit, sowie eine Verringerung der Schrumpfung. Die ebenfalls stark erhöhte thermische Leitfähigkeit erlaubt höhere Arbeitstakte beim Extrudieren.
Feinkörniges Calciumcarbonat dient als Füllstoff von hochwertigem, holzfreiem Papier

Calciumsulfat (Gips) wird als Baustoff verwendet

Calciumcarbid dient als Ausgangsstoff für chemische Synthesen und zur Herstellung von Kalkstickstoff-Dünger

Calciumchlorid dient als Tau- und Trocknungsmittel sowie als Beton-Abbindebeschleuniger

[Bearbeiten] Nachweis

Neben der bei Calcium orange-roten Flammenfärbung weist man Calcium-, Strontium- und Barium-Kationen mit Schwefelsäure oder Ammoniumsulfatlösung nach. Bei dieser Nachweisreaktion entstehen weiße, säure-unlösliche Niederschläge. Auch mit Carbonat-, Oxalat- und Dichromat-Anionen können Niederschläge unterschiedlich geringer Löslichkeit erzeugt werden. Deren genauere Untersuchung lässt dann eine Unterscheidung der Erdalkalimetall-Kationen zu (vgl. unter Kationentrenngang und Ammoniumcarbonatgruppe).

[Bearbeiten] Funktionen im menschlichen Organismus

Calcium ist ein Mengenelement (Definition: Element mit mehr als 50 mg pro kg Körpergewicht) und gehört damit nicht zu den Spurenelementen. Mit einem Körperbestand von 1 - 1,1 kg ist Calcium der mengenmäßig am stärksten vertretene Mineralstoff im menschlichen Organismus. 99 % des im Körper vorkommenden Calciums befinden sich in Knochen und Zähnen - die calciumreiche Verbindung Hydroxylapatit (Ca₅(PO₄)₃(OH)) verleiht ihnen Stabilität und Festigkeit. Gleichzeitig dienen die Knochen als Speicher für Calcium - bei Calciummangel kann ein Teil davon aus den Knochen gelöst und für andere Aufgaben zur Verfügung gestellt werden. Die Knochenentkalkung, Osteoporose, kommt vor allem bei älteren Menschen vor. Calcium ist an der Blutgerinnung, an der Erregung von Muskeln und Nerven sowie an der Aktivierung einiger Enzyme und Hormone beteiligt. Wie erstmals Setsuro Ebashi nachwies, führt erst der Einstrom von Calcium-Ionen in die Muskelzellen zu einer Kontraktion der Muskulatur. Im Blut muss ständig eine Konzentration von 2,1 - 2,6 mmol/l Calcium gegeben sein. Sie wird durch die Hormone Calcitriol, Kalzitonin und Parathormon reguliert.

[Bearbeiten] Ernährungsempfehlungen

Risikogruppen für eine unzureichende Calciumzufuhr sind junge Frauen, Schwangere, Stillende und Senioren. Die empfohlene Tageszufuhr für Erwachsene liegt bei 1000 mg. Voraussetzung dafür, dass Calcium in größeren Mengen vom Körper aufgenommen werden kann, ist eine ausreichende Versorgung mit Vitamin D. Durch die gleichzeitige Zufuhr von Oxalsäure, Phytinsäure und Ballaststoffen wird die Calciumaufnahme verringert. Ausgeschieden wird Calcium über den Harn und über den Stuhl, wobei unter anderem eine hohe Zufuhr von Eiweiß, Speisesalz, Kaffee oder Alkohol die Calciumausscheidung erhöht. Beim Eiweiß ist vor allem das tierische für eine erhöhte Calciumausscheidung verantwortlich. Dies liegt daran, dass das tierische Eiweiß viele Aminosäuren beinhaltet, in denen Schwefel enthalten ist. Der Schwefel bildet im Stoffwechsel Säuren, die eine Entmineralisierung der Knochen auslösen.

Empfohlene Calciumzufuhr nach Alter
Alter	Empfohlene tägliche Zufuhr (mg)
Säuglinge
unter 4 Monate	220
4 bis 12 Monate	400
Kinder
1 bis 4 Jahre	600
4 bis 7 Jahre	700
7 bis 10 Jahre	900
10 bis 13 Jahre	1100
Jugendliche und Erwachsene
13 bis 19 Jahre	1200
19 bis 50 Jahre	1000
Ältere Menschen
ab 50	1200 (geringere Resorptionsfähigkeit)

Jedoch ist die empfohlene Calciumaufnahme in vielen Ländern unterschiedlich, was die Unsicherheit über den tatsächlichen Bedarf widerspiegelt. Hinzu kommt noch, dass der menschliche Verdauungstrakt die Absorption dem jeweiligen Bedarf und der zur Verfügung stehenden Menge anpasst. So ist es schwierig, die untere Grenze des Calciumbedarfs festzulegen, da diese stark von der Lebens- und der allgemeinem Ernährungsweise des jeweiligen Menschen abhängt. So kann es dazu kommen, dass der Mensch von 800 mg aufgenommenen Calciums nur ca. 15 % absorbiert. Im Allgemeinem geht man davon aus, dass ein durchschnittlicher Erwachsener etwa 30-40 % des aufgenommenen Calciums absorbiert. Bei Säuglingen oder auch bei Schwangeren bzw. stillenden Frauen erhöht sich dieser Wert auf bis zu 75 %.

Empfohlener Tagesbedarf an Calcium in mg
	Kinder	Jugendliche	Erwachsene
ÖGN*	600-900	1100-1200	1000
USA	800	1200	800
Kanada	500-700	1000-1100	700-800
GB	600	700	500
Japan	400	900	600
Korea	500-700	800	600
WHO	450	650	450

ÖGN* = Österreichische Gesellschaft für Ernährung

[Bearbeiten] Calciumgehalt einiger ausgewählter Lebensmittel

Lebensmittel (pro 100 g verzehrbaren Anteil) Calcium (mg)

Samen
- Mohn ca. 2500
- Sesam ca. 780
- Tofu ca. 500
- Mandeln ca. 240
- Haselnüsse ca. 230
- Amaranth ca. 214
- Paranüsse ca. 170
- Sojabohnen, gekocht, ca. 70
- Hafermehl ca. 50
- Sonnenblumenkerne ca. 50