Vápník

Vápník - Ca
Andělová Michaela - 2005
Latinský název
Chemická značka
Protonové číslo
Relativní atomová hmotnost (Ar)
Tvrdost
Skupina
Perioda
Elektronová konfigurace
Elektronegativita
Teplota tání
Teplota varu
Skupenství při 20 °C
Počet přírodních izotopů
Oxidační čísla ve sloučeninách
Hustota (při 20 °C)
Barva plamene
orbitaly
Calcium
Ca
20
40,078
1,5 – 2
II.A
4
[18 Ar] 4s2
1,04
839 °C
1 484 °C
pevné (s)
6
II
1,55 g.cm-3
cihlově červená
práškový vápník
mikročástice
Historie
Název calcium pochází z latinského calx, což znamená vápno. Přestože vápno bylo známo již
v Římě v 1. století n. l., čistý kov byl objeven mnohem později. Berzelius a Pontin připravili
amalgám vápníku elektrolýzou vápna se rtuťovou elektrodou. Ale až roku 1808 H. Davy
získal "čistý" vápník.
Výskyt
V přírodě se volně nevyskytuje, ale je hojný ve sloučeninách, minerálech:
1
CaSO4 - anhydrit
Ca5(PO4)3F - fluoroapatit
CaCO3 - kalcit
CaCO3 - vápenec (čistý = mramor)
CaCO3 . MgCO3 - dolomit (tvoří celá pohoří)
CaSO4 . 2 H2O - sádrovec (čistý = alabastr)
CaF2 – kazivec
fluorapatit, chlorapatit, fosforit, vápenaté křemičitany
3 Ca3(PO4)2 . Ca(F,Cl)2 - apatit
Ca3(PO4)2 - apatit
Vápenaté ionty jsou obsaženy v povrchových i minerálních vodách.
Vápník je se svými třemi procenty obsahu pátý nejrozšířenější prvek v zemské kůře (3,4 %).
Je nepostradatelnou součástí kostí, zubů a lastur mořských živočichů.
aragonit
kalcit
fluorit
dolomit
Vlastnosti
Vápník je šedobílý, lesklý, lehký kov. Je tavitelný, měkký a dá se krájet nožem. Na povrchu
se pokrývá vrstvičkou Ca(OH)2 a CaCO3. Má silné redukční vlastnosti. Je méně kovový
a zásaditý než stroncium (Sr) a baryum (Ba). Tvoří iontové a kovové vazby. Kation Ca2+ je
bezbarvý a nejedovatý. Vápník netvoří ale dvouatomové kationty. Ca22+ je tvořen Ca0 a Ca2+,
což má za následek diamagnetické vlastnosti kationtu. S vodou reaguje již za studena
za vzniku hydroxidu.
Vápenaté ionty barví plamen cihlově červeně.
Vápník je důležitý biogenní prvek, který řídí srdeční činnost a ovlivňuje oběh krve. Jako
uhličitan a fosforečnan se váže na kosti. Denní potřeba je asi 800 mg.
Velmi reaktivní a proto se uchovává pod petrolejem. Nereaguje s hydroxidy.
Způsobuje zásaditost půd a na vzduchu se pokrývá bílou vrstvičkou nitridu vápenatého, je
silně zásaditý, ve sloučeninách má vždy 2+ náboje, ionty jsou bezbarvé. Připravuje se
elektrolýzou chloridu vápenatého: CaCl2 → Ca + Cl2.
Vápník spolu s hořčíkem (Mg) způsobují tvrdost vody.
Typické reakce
2 Ca + O2
→ 2 CaO
Ca + 2 H2O →
Ca(OH)2 + H2
Ca + X2
→
CaX2 (tºC)
Ca + S
→
CaS (tºC)
3 Ca + N2
→
Ca3N2
6 Ca + P4
→ 2 Ca3P2
Ca + OH - → nereaguje
2
Průmyslová výroba
Vyrábí se elektrolýzou taveniny chloridu a fluoridu vápenatého. Elektrolýzou taveniny CaCl2
a CaF2 při teplotě 700 °C.
Použití
Používá se jako redukční činidlo při výrobě kovů např. thoria, uranu, zirkonu. Nachází díky
této vlastnosti uplatnění v metalurgii a jako desoxidační činidlo při výrobě speciálních ocelí
(pro zvýšení pevnosti slitin). Používá se do slitin s hliníkem, beryliem, mědí, olovem,
hořčíkem a také na výrobu hnojiv. Sloučeniny vápníku jsou nejdůležitější surovinou
ve stavebnictví:
CaO - pálené vápno
Ca(OH)2 - hašené vápno
CaSO4 . 1/2 H2O - sádra
Dále se používá k pohlcování zbytků plynů v žárovkách a elektronkách.
Sloučeniny
CaH2 – hydrid vápníku
Vzniká přímou syntézou vápníku a vodíku. Je našedlé barvy a reaguje s vodou za vzniku
hydroxidu.
CaBr2 - bromid vápenatý
Silně hygroskopická krystalická látka, která je bezbarvá a rozpustná. Používá se
ve fotografickém průmyslu a lékařství.
CaSO4.2H2O - dihydrát síranu vápenatého - sádrovec
Je bílý, špatně rozpustný ve vodě; mletý se používá jako vápenaté hnojivo, pálením se
získává hemihydrát CaSO4.1/2H2O – pálená sádra, která se používá jako maltovina (obklady,
sádrokartonové desky), k odlévání soch, na sádrové obvazy – tuhne přijímáním vody, při tom
se zahřívá a zvětšuje objem. Při teplotě nad 900 °C vzniká ostře pálená sádra, která je směsí
CaO + CaSO4 – tuhne pomaleji ve velmi tvrdou hmotu. Užívá se ve štukatérství.
Při teplotě 128 °C ztrácí 1,5 molekuly vody, při teplotě 163 °C ztrácí obě dvě molekuly vody.
Bezvodý se vyskytuje jako minerál anhydrit.
CaSO4 - síran vápenatý
Je bílý, krystalický, úpravami vzniká hemihydrát CaSO4.1/2H2O - sádra
CaF2 - fluorid vápenatý - kazivec, fluorit
V přírodě se vyskytuje jako minerál různého zabarvení. Krystalizuje v krychlové soustavě.
Hustota je 3,1 g.cm-3 .
Ca(OH)2 - hydroxid vápenatý - hašené vápno
Hydroxid je bílý, krystalický, silně zásaditý, v H2O rozpustný, použití hlavně ve stavebnictví,
k desinfekčnímu bílení místnostní. Je laciný a proto se užívá při výrobě cukru a nakládání
vajec. Vzniká smícháním páleného vápna s vodou = hašení vápna. Hydroxid vápenatý vzniká
po klidném sloučení vápníku s vodou: Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2, nebo hašeného vápna
s vodou: CaO + H2O → Ca(OH)2, kdy se při reakci vyvíjí značné množství tepla. Z hašeného
vápna zpětně vzniká vápenec: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O - toto je též rovnice tuhnutí
malty.
3
CaCl2 - chlorid vápenatý
Je bezbarvý, krystalický, silně hygroskopický, používá se na vysoušení vlhkých plynů
a k impregnování dřeva. Vyskytuje se jako hexahydrát. Používá se jako příměs do betonu pro
rychlejší tuhnutí. Vzniká při rozpouštění uhličitanu vápenatého v kyselině chlorovodíkové.
Hustota: 2,15 g.cm-3, teplota tání: 774 °C, teplota varu: 1600 °C.
Ca(OCl)2 - chlornan vápenatý
Je pevný. Hlavní účinná složka chlorového vápna. Chlorové vápno je bělicí, oxidační
a desinfekční prostředek.Uvolňuje chlór působením CO2.
CaCO3 - uhličitan vápenatý - triviálně: vápenec, kalcit, aragonit, mramor
Ve vodě je nerozpustný, při teplotě 899 °C se rozkládá na oxid vápenatý (vápno) a oxid
uhličitý. Působením oxidu uhličitého ve vodě se vytváří hydrogenuhličitan:
CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2, změnami teplot vody a podmínek v jeskyních vznikají
krápníky.
Reakcí s kyselinami uvolňuje oxid uhličitý: CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + H2O + CO2.
V přírodě je rozšířený jako minerály vápenec, aragonit, mramor, kalcit nebo jako skořápky
tvorů, korále, perly, krápníky atd. Hustota je 2,71 g.cm-3.
CaO - oxid vápenatý - pálené vápno
V atmosféře kyslíku shoří vápník na oxid vápenatý: Ca + ½O2 → CaO.
Je bílý, krystalický, ve vodě nerozpustný.
Průmyslově se vyrábí ve vápenkách z vápence: CaCO3 → CaO + CO2.
Má bohaté využití ve stavebnictví, používá se i ve sklářství, vodárenství (měkčení vody)
a chemickém průmyslu (neutralizace kyselin).
Hustota: 3,4 g.cm-3, teplota tání: 2 614 °C, teplota varu: 2 850 °C.
CaC2 - karbid vápenatý
Reakcí s vodou se vyvíjí hořlavý acetylen, karbid je potřebný ke zpracování kovů (např. Ag,
Cu, Ni, Pb).
Ca(ClO)Cl - chlorové vápno
Je bílý, hrudkovitý prášek, silně oxidační, odštěpuje kyslík, používá se k desinfekcím
(chemicky jde o směs vápenaté soli kyseliny chlorné a chlorovodíkové při účinku chloru
na hydroxid vápenatý).
CaF2 - fluorid vápenatý
Vzniká při pálení kryolitu s vápencem, je potřebný pro leptání skla. Superfosfáty jsou směsi
fosforečnanů a síranů vápenatých, používají se jako hnojiva.
Ca(H2PO4)2 - dihydrogenfosforečnan vápenatý
Je bílý, hygroskopický, ve vodě rozpustný v přítomnosti CO2 nebo dalších solí, v kostech,
popelu rostlin, v tělních orgánech, v apatitu, fosforitu, je podstatou superfosfátů.
Ca(NO3)2 - dusičnan vápenatý: salnytr vápenatý, norský ledek
Je bezbarvý, rozpustný, užívá se jako hnojivo.
Vznikal často při hnití organických látek v přítomnosti vápna působením bakterií jako bílý
květ na zdech chlévů aj. 2 NH3 + 4 O2 + CaO → Ca(NO3)2 + 3 H2O.
Ca(HCO3)2 - hydrogenuhličitan vápenatý
Rozpustný ve vodě, způsobuje tvrdost vody a odpovídá za krasové jevy.
4
Cement je umělá nebo přirozená hmota, která s vodou přímo tuhne i pod hladinou vody:
- portlandský cement - tavený vápenec se slínem, semletím se získá jemný šedozelený prášek
- cement struskový - rozemleté přísady popílků, strusek z vysokých pecí
- beton - směs cementu s drobným štěrkem, železobeton - beton proložený železnými pruty
a konstrukcemi
CaO2 - peroxid vápenatý
Je bílý, používá se jako oxidační činidlo, připravuje se z hydroxidu vápenatého:
Ca(OH)2 + H2O2 → CaO2 + 2 H2O
Ca (ClO)2 - chlornan vápenatý
Používá se jako oxidační činidlo a bělící prostředek.
CaS - sulfid vápenatý
Je bílá rozpustná látka, užívá se k výrobě fosforeskujících barev a jako depilační prostředek;
vyrábí se redukcí ze síranu: CaSO4 + 4 C → CaS + 4 CO
Ca(HSO3)2 - hydrogensiřičitan vápenatý
Je bílý, rozpustný; vzniká reakcí roztoku Ca(OH)2 + SO2; je podstatou sulfitového louhu,
užívaného k výrobě celulózy ze dřeva (dřevo se vaří s louhem).
Ca3(PO4)2 - fosforečnan vápenatý
Je bílý, nerozpustný; je podstatou apatitu a fosforitu; používá se na výrobu P, H3PO4
a fosforečných hnojiv (superfosfátů).
CaC2 - acetylid (karbid) vápenatý
Výroba: CaO + 3 C → CaC2 + CO (2000 °C);
Používá se na výrobu ethinu: CaC2 + 2 H2O → C2H2 + Ca(OH)2.
CaCN2 - kyanid vápenatý
Vzniká reakcí: CaC2 + N2 → CaCN2 + C (1000 °C);
reakcí s vodou uvolňuje NH3, užívá se jako dusíkaté hnojivo.
Ca(COO)2 - šťavelan vápenatý
Nejméně rozpustná sůl vápníku, často se nachází v podobě krystalů v rostlinných buňkách.
Je výchozí látkou pro organické syntézy (aceton).
VÁPNÍK
Lidské tělo obsahuje velké množství tohoto prvku. Většinou je v kostech a zubech, pro jejichž
zdravý vývoj je naprosto nezbytný. Vápník je však nutný i pro správnou činnost svalů,
zejména pro stahy svalů, podmiňuje dobrou činnost srdce a správnou srážlivost krve. Kosti
slouží zároveň jako sklad nadbytečného vápníku a v případě potřeby jej uvolňují do krve.
Pokud jsou tyto zásoby nízké nebo nedostatečně doplňované, odplaví se vápník z kostí
a dochází k lámavosti kostí nebo osteoporóze (lidově řídnutí kostí). Lékaři v Africe se často
setkávají s jevem, který popisují jako "skleněné kosti". Postižený člověk pak mívá, v důsledku
nedostatku vápníku a hořčíku v potravě, velmi křehké a lámavé kosti. Lidé s těmito potížemi
navíc obvykle trpí i nekontrolovatelnými svalovými stahy, což bývá rovněž důsledek
nedostatku vápníku a hořčíku v krvi.
5
Koncentrace vápníku uvnitř buněk je celkem nízká, neboť buňky jej využívají jako signální
iont. Přítomnost vápenatého iontu v buňce tedy vyvolá kaskádu reakcí. Vápník se účastní též
svalového stahu. Vápník také pomáhá stabilizovat fosfolipidové membrány tak, že
kompenzuje odpuzující se záporné náboje fosfátů. Hydroxid a oxid vápenatý jsou žíraviny,
chlorid vápenatý leptá sliznice a oči, při dlouhodobém působení vznikají vředy. Jinak jsou
sloučeniny vápníku málo toxické.
vápenaté mořské korály
kosti a zuby potřebují vápník
nejsnáze je získatelný z mléka
Použitá literatura
Greenwood, N. N., Earnshaw, A.: Chemie prvků, svazek I. Informatorium, Praha1993
Brown, G. I.: Úvod do anorganické chemie. SNTL - nakladatelství technické literatury,
Praha 1982
Klikorka, DrSc., J., Hájek, DrSc., B., Votinský, CSc., J.: Obecná a anorganická chemie.
SNTL - nakladatelství technické literatury, Praha 1989
www.webelements.com/webelements/elements/text/Ca/econ.html
www.sulinet.hu/termeszetvilaga/archiv/2001/0107/04.html
www.yearofthedragon.ca/ products.html
www.2spi.com/catalog/analytical/calcium-carbonate-crystals.html
www.girlpower.gov/ girlarea/gamespuz
http://pricesmilk.com/logos-hi-res.ssd
http://som.flinders.edu.au/FUSA/NEUROSCIENCE/calcium.html
6