Kalcium (Ca) – egenskaper, förekomst, användning och biologisk roll

Fysiska egenskaper

Kalcium är en mjuk vitgrå metall. Den är fast och ogenomskinlig. Det är en alkalisk jordartsmetall. Dess smältpunkt är varmare än de flesta andra reaktiva metaller. Den är lite hårdare än bly. Den har två allotroper. Den leder inte elektricitet lika bra som koppar, men är mycket lättare i vikt.

Kemiska egenskaper

Det reagerar med vatten och ger upphov till väte och kalciumhydroxid. Det reagerar mycket snabbt med vatten när det är pulveriserat. När det är i en bit börjar det reagera långsamt eftersom kalciumhydroxid bildar en beläggning som inte löser sig på kalciumet. Om man tillsätter lite syra till kalciumhydroxiden löser den upp den och kalciumet reagerar då mycket snabbt. Det brinner när det pulvriseras till en rödaktig låga. Detta ger kalciumoxid. Det bildar också kalciumnitrid när det upphettas. Det kan reagera med halogener för att bilda kalciumhalogenider som kalciumklorid med klor.

Kalciumföreningar

Kalcium bildar kemiska föreningar i oxidationstillstånd +2. Kalciumföreningar är färglösa. De flesta kalciumföreningar är inte giftiga. De behövs faktiskt i människokroppen. De är oreaktiva när det gäller kalciumjoner. Kalciumoxid användes för att tillverka limeljus, där en låga värmer kalciumoxid och får den att lysa mycket starkt.

• Kalciumbromat
• Kalciumkarbonat
• Kalciumklorid
• Kalciumhydroxid
• Kalciumnitrat
• Kalciumnitrid
• Kalciumoxid
• Kalciumpermanganat
• Kalciumfosfat
• Dikalciumfosfat
• Monokalciumfosfat

Isotoper

Kalcium har sex naturligt förekommande isotoper (⁴⁰ Ca,⁴² Ca,⁴³ Ca,⁴⁴ Ca,⁴⁶ Ca och⁴⁸ Ca), varav⁴⁸ Ca är mycket svagt radioaktivt med en halveringstid på cirka 6,4×10¹⁹ år. Spår av⁴¹ Ca,⁴⁵ Ca och⁴⁷ Ca bildas när kosmisk strålning träffar atomer och kallas kosmogena nuklider. ⁴¹Ca bildas genom neutronaktivering av⁴⁰ Ca i de övre lagren av jordskorpan och har en halveringstid på 102 000 år. Eftersom den sönderfaller till kalium-41 är den en viktig indikator för anomalier i solsystemet.

Kalcium-40 är den vanligaste isotopen (96 % av allt naturligt kalcium), eftersom den kommer från radiogen⁴⁰ K, som har en halveringstid på 1,25 miljarder år. Tillsammans med kalcium-46 är den dock teoretiskt instabil, men med en halveringstid som är så lång att den aldrig har observerats sönderfalla.

I marken

Kalcium finns inte som metall i marken, eftersom det är för reaktivt. Kalciumkarbonat, även känt som kalcit, är det vanligaste kalciummineralet.

Kalcium i cellerna

Det är viktigt att veta hur cellerna fungerar. Många celler har kalciumkanaler på sin yta. Det är öppningar där kalciumjoner kan komma in i cellen. När cellen får order att agera öppnar den kanalerna. När kalciumjonerna väl är inne i cellen aktiverar de många proteiner för att göra specifika saker. När den till exempel går in i muskelceller får den dem att dra ihop sig (förkorta så att muskeln drar). När den går in i nervceller utlöser den elektriska impulser som sänder meddelanden. När det går in i vita blodkroppar får det dem att bekämpa bakterier.

Kalciumjoner är viktiga för cellerna, men för många kalciumjoner kan vara skadliga. Om en cell får mer kalciumjoner än den behöver kan den dö. Därför är mängden kalciumjoner i cellerna starkt reglerad. Omvänt är för lite kalciumjoner dåligt. Cellerna måste ha rätt mängd för att fungera ordentligt.

Ibland är cellerna ohälsosamma och måste dö för att kroppen ska kunna ersätta dem med nya, friska celler. Detta håller hela organismen frisk. Celler vet när de ska dö och kan utlösa reaktioner för att avsluta sin livscykel på många olika sätt. När detta sker kallas det för apoptos, även kallad "programmerad celldöd" (planerad celldöd.) Ett sätt för cellerna att åstadkomma apoptos är att ta in giftiga nivåer av kalciumjoner.

Kalcium är mycket viktigt för människokroppen.

Lagring av kalcium

Ben innehåller den största delen av kalciumjonen i människokroppen. Om vi behöver mer kalcium för blodet, musklerna eller andra vävnader kommer det från benen. Om vi har extra mycket kalcium går det in i benen.

Kalcium som grundämne finns inte i människokroppen, utan endast kalciumjoner i form av kemiska föreningar.

Reglering av kalcium

Organismerna måste hålla kalciumjonnivåerna mycket väl kontrollerade. Höga kalciumnivåer är dåliga och låga kalciumnivåer är dåliga.

Kroppen kontrollerar detta genom att ändra

• hur mycket kalcium vi får från maten vi äter
• hur mycket kalcium vi förlorar i urinen
• hur mycket kalcium läggs i skelettet

Kontrollen av kalcium i kroppen kallas kalciummetabolism. För lite kalcium kan orsaka benskörhet.

Kroppen styr kalciumnivåerna med hjälp av många hormoner. Kalcitonin, parathormon (PTH) och D-vitamin är de viktigaste hormonerna i kalciummetabolismen. (D-vitamin fungerar som ett hormon men kallas för ett vitamin).

Kalciummetall framställs genom elektrolys av smält kalciumklorid. Det måste vara mycket varmt för att smälta det. Kalciummetallen är flytande.

Som ett element

Kalcium används vid reduktion av andra metaller. Det kan också användas för att göra legeringar med andra metaller.

Som kemiska föreningar

Kalciumföreningar är också viktiga inom kemin. Det är viktigt för att göra saker. Det ingår i cement som behövs för att göra betong (ett hårt ämne som många byggnader är gjorda av).

Kalcium ingår i kalciumoxid. Kalciumoxid används för att tillverka papper, keramik, livsmedel och för att rena vatten (göra det bra att dricka). Kalciumkarbonat används som kalciumtillskott. Kalciumpermanganat kan användas som raketdrivmedel.

Kalcium är giftigt som grundämne. Det reagerar med vatten och bildar en stark bas, kalciumhydroxid. Kalciumföreningar är inte giftiga om inte anjonen är giftig. Kalciumpermanganat är giftigt endast på grund av permanganatet, inte kalciumet. Liksom andra alkaliska jordartsmetaller brinner kalcium lätt och starkt.

• Kalciumföreningar