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Erdalkalimetalle: Kalzium

Symbol: Ca
Kategorie: Erdalkalimetalle
Ordnungszahl: 20
Relative Atommasse: 40,078
Schmelzpunkt: 1112 K
Siedepunkt: 1760 K
Dichte: 1,54 g cm-3
Elektronegativität: 1,0
Ionisierungsenergie: 6,113 eV
Konfiguration: [Ar] 4s²
Oxidationszahlen: 2
Atomradius: 197,3 pm
Ionenradius: 106 pm (+2)

Der nachfolgende Artikel ist dem Lexikon der Chemie entnommen.

In der Erdkruste ist Kalzium das fünfthäufigste Element und das dritthäufigste Metall. Es kommt in der Natur ausschließlich in Form seiner Salze und Verbindungen vor: Das Element gibt sehr gern Elektronen, deswegen findet man Natrium unter natürlichen Bedingungen nur als zweifach positiv geladenes Ion. Am häufigsten kommt es als Kalziumkarbonat in Form der Minerale Kalzit und Aragonit vor, die verbreitete Gesteine wie Kreide, Marmor und Kalkstein bilden. Metallisches Kalzium überzieht sich an der Luft mit einer dunklen Schicht aus seinen Reaktionsprodukten mit Sauerstoff und Stickstoff. Kalzium ist das leichteste echte Erdalkalimetall. Die beiden leichteren Elemente in der zweiten Hauptgruppe, Beryllium und Magnesium, ähneln in ihren chemischen Eigenschaften eher Aluminium und Zink als Magnesium. Im Kosmos entsteht Kalzium in Supernovae; es gilt als ideales Element, um die Physik der Kernschalen zu studieren.

Für das elementare Metall gibt er nur recht wenige Anwendungen; die größte Menge wird bei der Stahlherstellung verbraucht, wo es die Eigenschaften des Stahls verbessert, indem es oxidische und sulfidische Einschlüsse bildet. Außerdem bildet es Legierungen, die in einigen Spezialanwendungen zum Einsatz kommen, und es dient als Reduktionsmittel bei der Herstellung anderer Metalle, darunter Uran. Viel bedeutsamer als das Element sind Kalziumverbindungen, vor allem Kalziumoxid, das als Bestandteil von Zement Grundstoff für Beton ist. Außerdem kommen Kalziumsalze in der Lebensmittelproduktion und beim Bleichen von Papier zum Einsatz. Beim Brauen von Bier stabilisieren Kanziumionen durch ihre Wechselwirkung mit Phosphat den pH-Wert und Kalzit ist Bestandteil des Filters, mit dem Trübungen entfernt werden.

Kalzium ist das häufigste Metall im menschlichen Körper und ein für alle Organismen essenzielles Element – zum einen in Form von Schalen und Knochen, die zum Teil aus Kalziummineralen wie Aragonit und Hydroxyalapatit bestehen, zum anderen beeinflusst es eine ganze Reihe physiologischer Vorgänge. Als Signalstoff steuern Kalziumionen die Muskelkontraktion: Sie binden an Proteinkomplexe, die die Aktinfilamente der Muskelfasern blockieren; die lösen sich durch das Kalzium und der Muskel zieht sich zusammen. Auch im Signalstoffwechsel des Gehirns spielt das Element eine Rolle. Kalzium wechselwirkt mit vielen anderen Proteinen, so dass das Element ein extrem vielseitiger Signalstoff ist – zum Beispiel für die Blutgerinnung, Nervenleitung und die Verdauung. Möglicherweise können Säugetiere Kalzium schmecken.

Dass mit Kalzit und Aragonit zwei Kalziumkarbonatminerale in irdischen Ozeanen ausfallen können, hat erhebliche Konsequenzen für die Evolution des Lebens im Meer. Die chemischen und physikalischen Bedingungen im Meer wechseln über geologische Zeiträume und bevorzugen mal das eine, mal das andere Mineral: Im aktuellen Eiszeitalter entsteht im Meer überwiegend Aragonit, in den Meeren eines Treibhausklimas, wie es den größten Teil der Erdgeschichte herrschte, fällt bevorzugt Kalzit aus. Je nach Bedingungen profitieren jene Organismen, die das bevorzugte Mineral bilden. Zusätzlich bildet sich in Kalzit-Meeren oft ein harter Meeresboden aus mit Kalk zementiertem Sediment, der die Tier- und Pflanzenwelt von Hartböden begünstigt.

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