Calcium

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE M eV	ZP	-	⁴⁰Ca	96,941 %	Ca ist stabil mit 20 Neutronen				-	⁴¹Ca	{syn.}	103.000 a	ε	0,421	⁴¹K	-	⁴²Ca	0,647 %	Ca ist stabil mit 22 Neutronen				-	⁴³Ca	0,135 %	Ca ist stabil mit 23 Neutronen				-	⁴⁴Ca	2,086 %	Ca ist stabil mit 24 Neutronen				-	⁴⁵Ca	{syn.}	162,61 d	β^-	0,257	⁴⁵Sc	-	⁴⁶Ca	0,004 %	Ca ist stabil mit 26 Neutronen				-	⁴⁷Ca	{syn.}	4,536 d	β^-	1,992	⁴⁷Sc	-	⁴⁸Ca	0,187 %	>6 · 10¹⁸ a	β^-β^-	4,272	⁴⁸Ti

- NMR-Eigenschaften

	⁴³Ca	-	Kernspin	-7/2	-	gamma	1,8 · 10⁷ rad/T	-	Empfindlichkeit	0,0064	-	Larmorfrequenz bei B = 4,7 T	13,5 M Hz

- 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 Kalk, Marmor, Kreide und anderen Mineralien.

Geschichte

Der Name "Calcium" leitet sich von dem 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.

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). Weitere Reinigung erfolgt durch Destillation.

Eigenschaften

Calcium ist so weich wie Blei und lässt sich mit einem Messer schneiden. In trockener Luft läuft es schnell an. In Wasser reagiert es heftig unter Bildung von Calciumhydroxid und Wasserstoff. In Luft verbrennt es zu Calciumoxid und Calciumnitrid. Fein verteiltes Calcium ist selbstentzündlich.

Calcium_1.jpg

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

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 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

Nachweis

Neben der 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).

Ernährung und Funktion im menschlichen Organismus

Calcium ist ein Mengenelement, das im Körper in Konzentrationen von mehr als 50 mg pro kg Körpergewicht vorliegt.

Funktionen: 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 - Calcium 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. So führt erst der Einstrom von Calcium-Ionen 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 Kalzitonin und Parathormon reguliert.

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.

Calcium: empfohlene tägliche Zufuhr Alter Zufuhr (mg)

Säuglinge 0 bis unter 4 Monate 220 4 bis unter 12 Monate 400

Kinder 1 bis unter 4 Jahre 600 4 bis unter 7 Jahre 700 7 bis unter 10 Jahre 900 10 bis unter 13 Jahre 1100

Jugendliche und Erwachsene 13 bis unter 19 Jahre 1200 ab 19 Jahre 1000

Ältere Menschen ab 50 Jahre 1200 (wegen geringerer 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 %. Es wird vermutet, dass auch die Calciumabsorption bei einer vegetarischen bzw. einer veganen Ernährung ansteigt. Dies liegt zum Teil an dem verringerten Fleischkonsum.

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

OGN* = Österreichische Gesellschaft für Ernährung

Calciumgehalt einiger ausgewählter Lebensmittel

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

Käse
- Appenzeller, 50 % Fett i. Tr. 800
- Bavariablu, 70 % Fett i. Tr. 360
- Bergkäse, 45 % Fett i. Tr. 1100
- Brie, 50 % Fett i. Tr. 400
- Butterkäse, 30 % Fett i. Tr. 800
- Butterkäse, 60 % Fett i. Tr. 600
- Edamer, 30 % Fett i. Tr. 800
- Emmentaler, 45 % Fett i. Tr. 1100
- Gouda, 40 % Fett i. Tr. 800
- Gouda, 48 % Fett i. Tr. 751
- Mozzarella 450
- Parmesan, 32 % Fett i. Tr. 1180
- Romadur, 20 % Fett i. Tr. 448
- Schmelzkäse, 45 % Fett i. Tr. 547
- Tilsiter, 30 % Fett i. Tr. 851
- Tilsiter, 45 % Fett i. Tr. 858
- Ziegenweichkäse, 45 % Fett i. Tr. 430
- Greyerzer, 45 % Fett i. Tr. 1000
- Leerdamer, 45 % Fett i. Tr. 751
- Limburger, 20 % Fett i. Tr. 510
- Limburger, 40 % Fett i. Tr. 534

andere Milchprodukte
- Buttermilch 109
- Dickmilch, 3,5 % Fett 120
- H-Milch, fettarm, 1,5 % Fett 123
- Joghurt, fettarm, 1,5 % Fett 123
- Joghurt, 3,5 % Fett 120
- Kefir, 3,5 % Fett 120

Früchte
- Feigen, getrocknet 250

Gemüse
- Bleichsellerie 80
- Brennnessel 357
- Brokkoli 105
- Brunnenkresse 180
- Fenchel, roh 110
- Grünkohl 212
- Löwenzahn 158
- Meerrettich, roh 105
- Rote Rübe 22
- Rucola 160
- Spinat 160
- Chinakohl 155

Gewürze
- Brunnenkresse 180
- Petersilie 200

Samen
- Hafermehl 52
- Haselnüsse 225
- Mandeln 238
- Paranüsse 169
- Mohnsaat 2475
- Sesam 783
- Sojabohnen, gekocht 69
- Sonnenblumenkerne 54
- Tofu 500
- Vollkornbrot 54

Verbindungen

Siehe auch

Weblinks

Erdalkalimetall | Periode-4-Element | Gerinnungsfaktor

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