Kalzium

Kalzium: («Kalk(stein)») Calcium, Symbol Ca: chemisches Element der Kernladungszahl 20; Atommasse 40,08; Wertigkeit +2; Dichte 1,55 g/cm3. Kalzium ist das fünfthäufigste Element der Erdkruste und findet sich nur chemisch gebunden, vor allem als Carbonat, Sulfat und Silikat. Für höhere Organismen sind Kalzium Verbindungen lebensnotwendig. Kalzium ist ein weiches, zähes, silberweiß glänzendes Leichtmetall, das an der Luft unter Bildung einer Carbonatschicht rasch weiß anläuft und mit Wasser unter Wasserstoffentwicklung reagiert. Es kann technisch durch Elektrolyse einer Chlorid Schmelze gewonnen werden und dient unter anderem als Reduktionsmittel zur Darstellung von Titan, Uran, Zirkonium u. a. Metallen sowie als Legierungszusatz zu Blei. Kalziummetall wurde erstmals 1808 von H. Davy durch Schmelzelektrolyse gewonnen.

Kalziumverbindungen: Stoffe, in denen Kalzium, meist als Ca2+-Ion, chemisch gebunden ist. Die Kalziumverbindungen sind teils leicht wasserlöslich (zum Beispiel Bromid, Chlorid, Jodid, Nitrat, Azetat), teils schwer löslich (Carbonat, Sulfat, Phosphat, Silikat, Fluorid). Sie färben beim Verdampfen die Flamme orangerot. Die nachstehend beschriebenen Kalziumverbindungen sind farblos. Kalziumchlorid, F112°C, ist sehr hygroskopisch (Verwendung als Trockenmittel) und löst sich in Wasser unter starker Erwärmung. Aus der Lösung kristallisiert CaCl2 • 6H20. Dieses löst sich in Wasser unter Abkühlung und gibt mit Eis oder Schnee eine Kältemischung (bis -54,9°C). Die gesättigte Lösung ist zwischen -50 und +170°C als Kühl- oder Heizflüssigkeit verwendbar. Kalziumfluorid, CaF2, F1403°C, als Mineral Fluorit (Flussspat), ist der wichtigste Ausgangsstoff für Fluorverbindungen. Kalziumhydroxid, Löschkalk, gelöschter Kalk, in der Technik Kalkhydrat, Ca(OH)2, entsteht aus Kalziumoxid durch Umsetzung mit Wasser («Kalklöschen») unter erheblicher Wärmeentwicklung. Kalziumhydroxid wirkt stark ätzend auf Haut und Augen. Es ist wenig wasserlöslich; die als Kalkwasser bezeichnete wässrige Lösung reagiert stark alkalisch. Die Aufschlämmung heißt Kalkmilch; sie wird als weißer Anstrichstoff verwendet Kalziumhydroxid ist ein wichtiger Bindebaustoff; es ergibt mit Sand und Wasser Kalkmörtel, der durch Auskristallisieren des Kalziumhydroxids fest wird und allmählich durch Aufnahme von Kohlendioxid unter Bildung von Kalziumkarbonat erhärtet. Kalziumkarbid («Karbid» im engeren Sinne), ist eine farblose, kristalline Substanz. Das technische Produkt ist durch Kohlenstoff grau bis schwarz gefärbt; es wird aus Kalk und Koks im Lichtbogenöfen bei etwa 2300°C erzeugt. Mit Wasser (auch schon an feuchter Luft) setzt es sich zu Äthin (Azetylen) und Kalziumhydroxid (Karbidschlamm, Karbidkalkhydrat) um, mit Stickstoff (bei 1100 °C) zu Kalziumzyanamid, CaCN2, und Kohlenstoff, das Gemisch («Kalkstickstoff») ist ein Düngemittel für saure Böden. Kalziumkarbonat, CaC03, baut als Kalkstein und als Bestandteil des Dolomits, Gebirgszüge auf; siehe auch Kalktuff. Relativ rein liegt es als Marmor und Kreide vor, sehr rein als durchsichtiger Calcit (Kalkspat). Es ist der wesentliche Bestandteil von Menschen- und Wirbeltierknochen, von Muschel- und Schneckenschalen sowie Korallenstöcken. Kalziumkarbonat zerfällt oberhalb 760 °C in Kalziumoxid und Kohlendioxid («Kalkbrennen» bei etwa 1100°Q. Kalziumkarbonat ist schwer wasserlöslich (1 mg in 100 g Wasser bei 20°C), wird aber von kohlendioxidhaltigem Wasser allmählich zu leichter löslichen Kalziumhydrogenkarbonat, Ca(HC03)2, umgesetzt, das einen Teil der Wasserhärte verursacht. Beim Sieden oder Verdunsten harten Wassers entweicht Kohlendioxid, und Kalziumkarbonat scheidet sich ab (Wasser-, Kesselstein; in Kalkhöhlen Tropfstein). Kalziumnitrat, Kalksalpeter, Ca(N03)2, ist ein Stickstoffdüngemittel, das aus Kalziumkarbonat und Salpetersäure gewonnen wird. Als «Mauersalpeter», der früher zur Erzeugung von Schießpulver verwendet wurde, bildet es sich unter dem Einfluss von Nitratbakterien aus dem Kalk von Mauerwänden und Ammoniak, das aus der Zersetzung organischer Stoffe stammt, zum Beispiel in Viehställen. Kalziumoxid, Ätzkalk, Branntkalk, gebrannter Kalk, wird durch Kalkbrennen aus Kalziumkarbonat hergestellt. Es setzt sich mit Wasser unter starker Erwärmung rasch zu Kalziumhydroxid, mit Kohlendioxid langsam zu Kalziumkarbonat um. Es wirkt stark ätzend auf Haut und Augen und dient zur Bereitung von Kalkmörtel sowie zur technischen Herstellung von Kalziumkarbid und Kalkstickstoff. Kalziumsulfat kommt in der Natur als Anhydrit, CaS04, oder Gips (Selenit), CaS04 • 2H20 (dieser besonders rein als undurchsichtiger Alabaster oder durchsichtiges Marienglas) vor. Aus Kalziumsulfat werden technisch Schwefelsäure und Ammoniumsulfat (Düngemittel) hergestellt. Durch Erhitzen von Gips auf 150°C bildet sich gebrannter Gips, CaS04 • l/2 H20, ein weißes Pulver, das unter Wasseraufnahme durch Rückbildung von CaS04 • 2H20 rasch erhärtet und daher im Bauwesen sowie für Gipsabdrücke und Gipsverbände verwendet wird. Anhydrit wird im Bauwesen eingesetzt.