Ca · Element 20 · Erdalkalimetall
Strukturelles Element von Knochen, Schalen und Zement: Calcium ermöglicht es dem Leben, harte Dinge zu bauen.
Struktur
Kein Diagramm aus Punkten auf Ringen — eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um die Ansicht zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.
Gemessene Werte
Jeder Balken zeigt, wo Calcium bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.
Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Werte mit ~ sind vorhergesagt und nicht gemessen.
Gleiches Element, andere Neutronenzahl
Alle Calcium-Atome haben dieselbe Zahl von Protonen, 20, und unterscheiden sich nur in der Zahl der Neutronen: Diese Varianten sind die Isotope des Elements. Das häufigste, Ca-40, hat 20 Neutronen und macht 96,941 % des natürlichen Elements aus.
| ISOTOP | Neutronen | Natürliche Häufigkeit | Halbwertszeit | Zerfallsart |
|---|---|---|---|---|
| Ca-40 häufigstes | 20 | 96,941 % | Stabil | — |
| Ca-41 | 21 | — | 99400 J | ε |
| Ca-42 | 22 | 0,647 % | Stabil | — |
| Ca-43 | 23 | 0,135 % | Stabil | — |
| Ca-44 | 24 | 2,086 % | Stabil | — |
| Ca-45 | 25 | — | 162,61 Tg. | β⁻ |
| Ca-46 | 26 | 0,004 % | Stabil | — |
| Ca-48 | 28 | 0,187 % | ~2,9 × 10¹⁹ J | 2β⁻, 2β⁻, β⁻ |
Hier liefert die Schul-Faustregel, gerundete Atommasse (40,078) minus Ordnungszahl, dasselbe Ergebnis: 20.
Zerfallsarten
~ kennzeichnet eine Halbwertszeit, deren veröffentlichte Unsicherheit größer ist als der Wert selbst.
Daten: IAEA Nuclear Data Section, LiveChart of Nuclides, Bewertungen der Grundzustände, abgerufen am 10. Oktober 2026. Die Häufigkeit ist der Anteil der Atome im natürlichen Element; ein Strich bedeutet, dass das Isotop keine natürliche Standardhäufigkeit hat.
Größe, maßstabsgetreu
Radius 197 pm — das entspricht 0,197 nm; etwa 2,54 Millionen davon nebeneinander würden einen Millimeter überspannen.
Temperaturbereich
Calcium ist über einen Bereich von 642 K flüssig, von 1115 K bis 1757 K.
Die Geschichte
Calcium (Ca) ist das Element 20, ein weiches, silbriges Erdalkalimetall der Gruppe 2. Es ist das fünfthäufigste Element der Erdkruste und das häufigste Metall im menschlichen Körper, wo es Knochen und Zähne aufbaut. Metallisches Calcium kommt in der Natur nie frei vor, weil es mit Wasser und Luft reagiert. Es schmilzt bei 842 °C (1.115 K) und hat eine geringe Dichte von 1,54 g/cm³.
Die 20 Elektronen des Calciums verteilen sich auf vier Schalen, angeordnet als 2, 8, 8, 2, mit der Konfiguration [Ar] 4s². Es gibt leicht seine beiden Außenelektronen ab und bildet das Ca²⁺-Ion, das in Kalkstein, Gips und Knochen vorkommt.
Natürliches Calcium ist ein Gemisch aus sechs Isotopen. Calcium-40 macht etwa 97 % aus. Calcium-48, nur etwa 0,19 %, hat 20 Protonen und 28 Neutronen und ist damit ein doppelt magischer Kern, den Physiker auf schwere Targets beschleunigen, um superschwere Elemente wie Oganesson zu erzeugen.
Calciumverbindungen werden seit Jahrtausenden genutzt: Die alten Ägypter, Griechen und Römer stellten Kalkmörtel und Putz her, und der Name des Elements stammt vom lateinischen calx für Kalk. Antoine Lavoisier führte Kalk 1789 unter den Elementen auf, vermutete aber, dass er das Oxid eines unbekannten Metalls sei.
1808 gewann Humphry Davy in London Calcium durch Elektrolyse eines feuchten Gemischs aus Kalk und Quecksilberoxid, die ein Calciumamalgam ergab; nach dem Abdestillieren des Quecksilbers blieb das Metall zurück. In Stockholm stellten Jöns Jacob Berzelius und Magnus Martin af Pontin im selben Jahr das Amalgam her.
Davy erhielt nur kleine, unreine Mengen. Robert Bunsen und Augustus Matthiessen stellten 1855 größere Mengen durch Elektrolyse von geschmolzenem Calciumchlorid her. Die industrielle Produktion begann Anfang des 20. Jahrhunderts.
Anwendungen
Das meiste Calcium wird in Form von Verbindungen genutzt, nicht als Metall. Kalkstein (Calciumcarbonat) ist der Rohstoff für Zement und Kalk. Durch Brennen von Kalkstein entsteht Branntkalk (Calciumoxid), der in der Stahlherstellung, der Wasseraufbereitung, der Rauchgasreinigung und der Papierherstellung verwendet wird. Gips (Calciumsulfat) wird zu Putz und Gipskartonplatten verarbeitet.
Woher es stammt
41500 mg/kg der Erdkruste · häufiger als 97 % der Elemente
Calcium macht etwa 4 % der Masse der Erdkruste aus. Es ist in Meerwasser und hartem Wasser gelöst, und Lebewesen reichern es in Schalen, Korallen und Knochen an.
Kalkstein wird fast überall abgebaut. Calciummetall wird in kleinen Mengen hergestellt, hauptsächlich durch Reduktion von Kalk mit Aluminium im Vakuum, zu einem großen Teil in China.
Handhabung
Calciummetall reagiert mit Wasser unter Bildung von brennbarem Wasserstoffgas und Calciumhydroxid, das ätzend ist. Die Reaktion verläuft langsamer als bei Natrium, kann den Wasserstoff aber entzünden. Das Metall trocken in einem dicht verschlossenen Behälter aufbewahren und Brände mit einem Feuerlöscher der Brandklasse D oder mit trockenem Sand bekämpfen, niemals mit Wasser.
Branntkalk (Calciumoxid) und Löschkalk (Calciumhydroxid) wirken ätzend auf Augen und Haut, und Branntkalk wird sehr heiß, wenn er nass wird. Augenschutz und Handschuhe tragen. Frischer Zement und Beton sind ebenfalls stark alkalisch und können bei längerem Hautkontakt Verätzungen verursachen.
Calcium ist lebensnotwendig, doch zu viel aus Nahrungsergänzungsmitteln kann Verstopfung, Nierensteine und einen erhöhten Calciumspiegel im Blut verursachen. Die NIH legen eine Obergrenze von 2.500 mg pro Tag für Erwachsene von 19 bis 50 Jahren und von 2.000 mg pro Tag ab 51 Jahren fest.
Schnelle Antworten
Calcium (Symbol Ca) ist Element 20 im Periodensystem, ein Erdalkalimetall in Periode 4, Gruppe 2. Strukturelles Element von Knochen, Schalen und Zement: Calcium ermöglicht es dem Leben, harte Dinge zu bauen. Bei Raumtemperatur ist es fest.
[Ar] 4s²; sie ergibt 4 besetzte Elektronenschalen mit der Verteilung 2, 8, 8, 2.Calcium schmilzt bei 1115 K (841,9 °C) und siedet bei 1757 K (1483,9 °C).
Die Standardatommasse von Calcium beträgt 40,078 u. Dabei handelt es sich um einen gewichteten Mittelwert seiner natürlich vorkommenden Isotope, weshalb sie nur selten eine ganze Zahl ist.
Das häufigste Calcium-Atom, Ca-40, hat 20 Neutronen: seine Massenzahl 40 minus seine Ordnungszahl 20. Es macht 96,941 % des natürlichen Elements aus. Die Schul-Faustregel, gerundete Atommasse (40,078) minus Ordnungszahl, ergibt ebenfalls 20.
Calcium hat eine Dichte von 1,54 g/cm³. Wasser hat eine Dichte von 1,0 g/cm³, daher ist ein Block aus Calcium ungefähr 1,5× schwerer.
Calcium hat eine Elektronegativität von 1 nach Pauling. Die Skala reicht von 0,70 (Francium, das Elektronen am wenigsten stark anzieht) bis 3,98 (Fluor, das stärkste). Ein so niedriger Wert bedeutet, dass es seine Außenelektronen leicht abgibt und dabei positive Ionen bildet.
Calcium wurde 1808 von Humphry Davy entdeckt. Herkunft des Namens: Lateinisch calx, „Kalk“.
Calcium macht etwa 4,15 % der Erdkruste aus — es gehört zu den häufigsten Elementen überhaupt.