Kalsium

iso	NV	halfleeftyd	VM	VE M eV [nie SI]	VP
⁴⁰Ca	96.941%	Ca is stabiel met 20 neutrone
⁴¹Ca	sin.	103,000 j	ε	0.421	⁴¹K
⁴²Ca	0.647%	Ca is stabiel met 22 neutrone
⁴³Ca	0.135%	Ca is stabiel met 23 neutrone
⁴⁴Ca	2.086%	Ca is stabiel met 24 neutrone
⁴⁶Ca	0.004%	Ca is stabiel met 26 neutrone
⁴⁸Ca	0.187%	10¹⁸ j	β^-	4.272	⁴⁸Ti

SI eenhede & STD word gebruik tensy anders vermeld.

Kalsium is 'n chemiese element in die periodieke tabel met die simbool Ca en atoomgetal van 20. Kalsium is 'n sagte grys aardalkalimetaal wat as reduseermiddel gebruik word in die onttrekking van torium, sirkonium en uraan. Die element is ook die vyfde volopste element in die aardkors. Dit is noodsaaklik vir alle lewende organismes en speel 'n belangrike rol in die fisiologie van selle.

Kalsium is 'n sagte, wit metaal wat nie vry in die natuur aangetref word nie. Kalsiumverbindings behoort egter tot die volopste stowwe in die aardkors, onder meer in die vorm van kalsiumkarbonaat, CaCO₃ kalsiumsulfaat of gips, CaSO₃, 2H₂O; kalsiumfosfaat, Ca₃(PO4)₂. Die suiwer metaal word berei deur die elektrolise van die chloried, CaCI₂.

Die simbool vir kalsium is Ca, sy atoomgetal is 20, en sy smeltpunt 851 °C. In die boonste laag van die aardkors is daar talle kalsiumverbindings. Kalsium maak 3,5 persent van die aardkors uit, m.a.w. elke 100 kg van die aardkors bevat 3,5 kg kalsium. Ook in seewater word kalsiumverbindings aangetref: I liter seewater bevat sowat 1,4 g kalsiumverbindings in oplossing.

Kalsiumkarbonaat (CaCO₃) is die volopste verbinding van kalsium. Dit kom as 'n glashelder mineraal, kalsiet, voor, waarvan die suiwerste vorm - Yslandspaat - in optiese instrumente gebruik word. Ander stowwe wat kalsiumkarbonaat bevat, is marmer, kalksteen, skulpe, eierdoppe en bene. Travertyn, 'n gestreepte kalktuf (dit wil sê kalksteen wat aan die oppervlak ontstaan deur verdamping van die grondwater) is deur die Romeine as boumateriaal gebruik.

Die kryt waarmee 'n mens op 'n skryfbord skryf, word van kalsiumsulfaat gemaak. Die chemiese formule is CaSO₄. Gips, wat vir so 'n groot verskeidenheid doeleindes aangewend word, is waterhoudende kalsiumsulfaat (CaSO₄ .2H₂O). Gips word op groot skaal gebruik vir binnenshuise muurpanele. Omdat gips die eienskap het dat dit gou hard word, word dit gebruik om gipsafdrukke te maak en om gebreekte bene te spalk.

Kalsium in die menslike liggaam

Die menslike liggaam bevat betreklik baie kalsium - omtrent anderhalf kilogram, veral in die bene en tande. Kalsium is noodsaaklik vir die menslike liggaam, nie net vir die skelet nie, maar ook vir die werking van die senuwees en spiere en die stolling van die bloed. Om hierdie rede moet die liggaam daagliks minstens een gram kalsium ontvang in die vorm van voedsel wat kalsium bevat.

Melk (1,2 g/t), eiergeel, kaas, jong ertjies en spinasie bevat baie kalsium. Die bene in ons liggaam bestaan uit organiese sowel as anorganiese bestanddele. Die bene bestaan normaalweg uit 'n lang, silindervormige deel wat die skag genoem word. Aan die eindpunte verdik die been om koppe te vorm.

Dit is die skaggedeelte van die been wat al die massa dra. Hierdie deel moet dus hard en stewig wees. Die hardheid van die been is te danke aan die groot hoeveelheid kalsiumsoute wat dit bevat – kalsiumfosfaat 85%, en kalsiumkarbonaat 10%. Kalsiumsoute maak dus sowat 95% van die bestanddele van ons bene uit. Been is buitengewoon sterk en kan ongelooflike massas dra. Die menslike skeenbeen (tibia) kan 'n massa van 1 600 kg dra.

Hard en sagte water

In die binneland van ons land vind mens byna deurgaans dat seep nie in die water wat uit boorgate verkry word, wil skuim nie. Sulke water is hard, vanweë die aanwesigheid van die bikarbonate, chloriede en sulfate van kalsium en magnesium.

Tydelike harde water, wat die bikarbonate van kalsium en magnesium bevat, kan sag gemaak word bloot deur dit te kook. Permanente harde water, wat die chloriede en sulfate bevat, kan egter nie net gekook word nie. Gewoonlik word wassoda bygevoeg om dit sag te maak.

Kenmerkende eienskappe

Dit brand met 'n geelrooi vlam en vorm 'n wit nitried laag op die oppervlak wanneer dit aan lug blootgestel word. Dit reageer met water met die gepaardgaande vrystelling van waterstof en vorming van kalsiumhidroksied.

Geskiedenis

Kalsium is in 1808 deur Sir Humphry Davy, J.J. Berzelius en Poutin ontdek.

Aanwendings

Kalsium is 'n belangrike bestanddeel van 'n gesonde dieet. 'n Effense tekort daaraan kan been en tandgroei belemmer. 'n Oordosis daarvan kan lei tot die vorming van nierstene. Vitamien D is noodsaaklik vir die absorbsie van kalsium deur die liggaam. Melkprodukte het tipies 'n hoë kalsium inhoud.

Vir meer inligting omtrent Ca in die natuur, sien kalsium in biologie.

Ander gebruike sluit in:

Reduseermiddel vir die ekstraksie van ander metale soos uraan, sirkonium en torium.
Vir die verwydering van suurstof, swael en koolstof uit verskeie yster- en nie-ysterbevattende legerings.
Suiwer kalsium word ingespan om die kwaliteit van staal te verbeter.
Word gebruik in die vervaardiging van onderhoudvrye motorvoertuigbatterye. Verbeter die eienskappe van loodsuurbatterye.
Legeringsmiddel wat gebruik word in die produksie van aluminium-, berillium-, koper-, lood- en magnesiumallooie.
Dit word ook gebruik vir die vervaardiging van sement.

Verbindings

Ongebluste kalk (CaO) word in baie chemiese raffineringsprosesse gebruik en word vervaardig deur die verhitting van kalk. CaO vorm maak 'n belangrike bestanddeel van Portland sement uit.

Wanneer water deur kalksteen of ander oplosbare karbonaatgesteentes syfer, word die rots gedeeltelik opgelos en word grotte gevorm asook die kenmerkende stalaktiete en stalagmiete. Kalsiumsoute in water veroorsaak ook die verskynsel wat as harde water bekend staan. Ander belangrike kalsiumverbindings is kalsiumnitraat, -sulfied, -chloried, -karbied, -siaanamied en -hipochloriet.

Voorbereiding

Voor die Tweede Wêreldoorlog is kalsium vervaardig deur die elektrolise van kalsiumchloried. Die metode word egter nie meer gebruik nie. Die proses tans in gebruik is die termiese reduksie van kalk met aluminium. Aluminiumpoeier en kalk word gemeng in 'n hoëtemperatuuroond tot 'n temperatuur van ongeveer 1200 °C onder vakuumtoestande en stel sodoende 'n kalsiumdamp vry wat dan herwin word deur middel van kondensasie.

Isotope

Kalsium het ses stabiele isotope, waarvan twee in die natuur voorkom: stabiele Ca-40 en radioaktiewe Ca-41 met 'n halfleeftyd van 103 000 jaar. 97% van die element kom in die Ca-40 vorm voor. Ca-40 is, saam met Ar-40, een van die dogterprodukte van K-40 verval. Alhoewel K-Ar datering al op groot skaal in die geologiese wetenskappe ingespan is, het die oorvloed waarmee Ca-40 in die natuur voorkom die gebruik daarvan beperk. Tegnieke wat gebruik maak van massaspektrometrie en dubbelpiek isotoop verdunning is al gebruik vir K-Ca die ouderdomsbepaling van gesteentes. Anders as kosmogeniese isotope wat in die atmosfeer gevorm word, word Ca-41 deur neutronaktivering van Ca-40 gevorm. Die grootste hoeveelheid daarvan word in die boonste meter of so van die grond gevorm waar die kosmogeniese stroomdigtheid van die neutronvloei nog voldoende sterkte het. Ca-41 het baie aandag geniet in sterrekundige studies omdat Ca-41 na K-41 verval, 'n kritiese aanduiding van afwykings in sterrestelsels se gedrag.

Voorsorgmaatreëls

Kalsium reageer met water en sure om waterstofgas, kalsiumoksied en kalsiumhidroksied te vorm. Die reaksies is eksotermies. As kalsium-metaal dus in kontak met die vel, oë of lugweg kom, kan dit ernstige chemiese brande veroorsaak. Dus moet die stof so gou doenlik verwyder word.

Indien dit per mond geneem word kan dit akute irritasie en brande in die mond, keel en maag veroorsaak en braking veroorsaak.

As eerstehulpmaatreël moet die slagoffer so gou moontlik verwyder word na waar daar vars lug is. Verwyder enige metaal met 'n droë lap en was met groot hoeveelhede water.

Water moet onder geen omstandighede gebruik word om kalsiumvure te blus nie. Droë poeier moet verkieslik gebruik word en indien die vuur baie groot is moet die omgewing ontruim word en die metaal toegelaat word om uit te brand.