Kalcium

Uppslagsordet ”Calcium” leder hit. För en ort i USA, se Calcium, New York.

Kalcium är ett metalliskt grundämne som har atomnummer 20 och kemiskt tecken Ca. Kalcium, som tillhör gruppen alkaliska jordartsmetaller, är ett av de vanligaste ämnena i jordskorpan. Kalcium är viktigt för alla levande organismer och är den vanligaste metallen i en del djur.

Kalcium
Nummer 20 Tecken Ca Grupp 2 Period 4 Block s
Mg ↑ Ca ↓ Sr Kalium ← Kalcium → Skandium     [Ar] 4s2             20Ca                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         Emissionsspektrum
Generella egenskaper
Relativ atommassa	40,078(4)[1] u
Utseende	Silvergrå med en svagt gul nyans[2]
Fysikaliska egenskaper
Densitet vid r.t.	1,55 g/cm3
– flytande, vid smältpunkten	1,378 g/cm3
Aggregationstillstånd	Fast
Smältpunkt	1 115 K (842 °C)
Kokpunkt	1 757 K (1 484 °C)
Molvolym	26,2 × 10−6 m³/mol
Värmevärde	−990 J/(kg × K)
Smältvärme	8,54 kJ/mol
Ångbildningsvärme	153[3] kJ/mol
Specifik värmekapacitet	647,3[4] J/(kg × K)
Molär värmekapacitet	25,929 J/(mol × K)
Ångtryck Tr. (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k Te. (K) 864 956 1 071 1 227 1 443 1 755
Atomära egenskaper
Atomradie	197 pm
Kovalent radie	176 ± 10 pm
van der Waalsradie	231[5] pm
Elektronaffinitet	2,37 kJ/mol
Jonisationspotential	Första: 589,8 kJ/mol Andra: 1 145,4 kJ/mol Tredje: 4 912,4 kJ/mol Fjärde: 6 491 kJ/mol (Lista)
Arbetsfunktion	2,87[6] eV
Elektronkonfiguration
Elektronkonfiguration	[Ar] 4s2
e− per skal	2, 8, 8, 2
Kemiska egenskaper
Oxidationstillstånd	+2, +1,[7] −1[8]
Oxider (basicitet)	CaO (starkt basisk)
Elektronegativitet	1 (Paulingskalan) 1,034 (Allenskalan)
Normalpotential	−2,84 V (Ca2+ + 2 e− → Ca)
Diverse
Kristallstruktur	Kubisk ytcentrerad (fcc)
Ljudhastighet	3810 m/s
Termisk expansion	22,3 µm/(m × K) (25 °C)
Värmeledningsförmåga	201 W/(m × K)
Elektrisk konduktivitet	2,94 × 107[9] A/(V × m)
Elektrisk resistivitet	33,6 nΩ × m (20 °C)
Magnetism	paramagnetisk
Magnetisk susceptibilitet	1,9 × 10−5[10]
Youngs modul	20 GPa
Skjuvmodul	7,4 GPa
Kompressionsmodul	17 GPa
Poissons konstant	0,31
Mohs hårdhet	1,75
Brinells hårdhet	167 MPa
Identifikation
CAS-nummer	7440-70-2
Pubchem	5460341
Historia
Namnursprung	Från latin calx, "kalk".[11][12]
Upptäckt och första isolation	Humphry Davy (1808)
Stabilaste isotoper
Huvudartikel: Kalciumisotoper Nuklid NF t1/2 ST SE (MeV) SP 40Ca 96,941 % Stabil 41Ca {syn.} 103000 a ε 0,421 41K 42Ca 0,647 % Stabil 43Ca 0,135 % Stabil 44Ca 2,086 % Stabil 46Ca 0,004 % Stabil 48Ca 0,187 % > 6 × 1018 a β−β− 4,272 48Ti
Säkerhetsinformation
Säkerhetsdatablad: Sigma-Aldrich
Globalt harmoniserat system för klassifikation och märkning av kemikalier GHS-märkning av farliga ämnen enligt EU:s förordning 1272/2008 (CLP) på grundval av följande källa: [13] Brandfarlig
H-fraser	H261
P-fraser	P231+232, P422
EU-märkning av farliga ämnen EU-märkning av farliga ämnen enligt EU:s förordning 1272/2008 (CLP) på grundval av följande källa: [13] Brandfarlig (F)
R-fraser	R15
S-fraser	S(2), S8, S24/25, S43
NFPA 704 1 3 2 W
SI-enheter och STP används om inget annat anges.

Rent metalliskt kalcium reagerar med luftfuktigheten så att ett vitt lager av kalciumhydroxid bildas på ytan. I reaktionen bildas även vätgas.

Biologisk betydelse

Den största delen av organismens kalklager finns upplagrat i benvävnaden och tänderna, en mindre del finns upplöst i kroppsvätskorna eller är bundet till proteiner (kalciumbindande proteiner). För att kalcium skall upptas normalt, förutsätter det att det finns magsyra, magnesium och D-vitamin i tillräckliga mängder.

Kalcium medverkar till att leda impulser i nervsystemet, reglerar musklernas och därigenom också hjärtats kontraktion och medverkar vid blodkoaguleringen.

Överdriven konsumtion av kalciumpreparat kan leda till hyperkalcemi, vilket innebär trötthet, andningsproblem, förvirring, koma, psykos och ytterst hjärtstillestånd, på grund av den förhöjda nivån av kalcium i blodet.

Överdosering kan också leda till njursvikt och minskad absorption av andra mineralämnen.^[14][15] Överdriven konsumtion via framför allt mjölk och eller kosttillskott innehållande kalcium, kan dränera kroppens magnesiumdepåer, vilket kommer leda till att cellerna i kroppen får svårt att ta upp näring och göra sig av med gifter, och ytterst leda till hjärtattack.

Studier tyder på ett samband mellan överdrivet högt intag (2 000 mg per dag, eller mer än dubbla RDI) av kalcium och prostatacancer.^[16] Man ansåg tidigare att överdosering av kalcium kunde leda till njursten, men senare studier tyder på motsatsen.^[17][18][19]

Vid allvarliga brister på kalcium kan rakit (engelska sjukan) utvecklas. Men även porös och mjuk benstomme, tandskador, muskelkramper, blå fingrar och tår. Kramper kan uppträda i tarmen med förstoppning och katarr som följd. Ofta kan man se skenbara mentala tillstånd som nervositet, sömnlöshet, depression och nedsatt smärttolerans. Nedsatt produktion av magsyra och menstruationssmärtor är andra symptom.

Upptagandet av kalcium hämmas av livsmedel som innehåller fytin, exempelvis vetekli och spannmål. Upptaget hämmas även av livsmedel som innehåller oxalsyra, exempelvis spenat, rabarber och tomat.

Fytin kan elimineras genom att man långtidsbakar brödet och genom att man lägger kli och spannmålsprodukter i blöt 8–10 timmar innan det skall användas.

Större mängd kalcium återfinns i bland annat mjölk, ost och andra mejeriprodukter. Dessutom i spannmål, frö och färska grönsaker. Sesamfrö och solrosfrö är speciellt bra källor, men innehåller andra ämnen som gör att man inte bör överkonsumera dem.^[20]

Rekommenderat dagligt intag: barn 360–700 mg, män och kvinnor 800–900 mg (ammande 1 200 mg). Se vidare RDI-tabell.

I Livsmedelsverkets senaste rikstäckande undersökning av kostvanor i den svenska befolkningen, Riksmaten - 2010-11, var det rapporterade intaget av kalcium per dag i genomsnitt 820 mg för kvinnor, 945 mg för män och 875 mg för hela gruppen i undersökningen.^[21]

Användning

Kalcium kan användas som reducerande metall vid framställning av bland annat torium, zirkonium och uran. Andra användningsområden för kalcium är:

• I legeringar med till exempel aluminium, beryllium, koppar och magnesium.
• När man gör cement och betong.
• Verksamt ämne i form av kalciumhypoklorit vid klorering av simbassänger.
• Inom pyroteknik för att få en orange låga.

Ett kalciumsalt i en låga

Förekomst

Kalcium är kraftigt reaktivt och förenar sig lätt med andra ämnen. Därför finns den aldrig i naturen som ren metall.^[22] Vanliga kalciumföreningar är kalciumkarbonat (CaCO₃), kalciumfluorid (CaF₂) och kalciumsulfat (CaSO₄) samt fältspater i plagioklasserien som har sammansättning mellan anortit CaAl₂(SiO₄)₂ och albit NaAlSi₃O₈.

Framställning

Kalcium produceras genom smältelektrolys av kalciumfluorid. Kalcium kan också produceras genom smältelektrolys av ett annat kalciumsalt. Ett tredje sätt att producera kalcium är att reducera ett kalciumsalt med en mer reaktiv metall som till exempel strontium, men denna procedur är inte ekonomisk eftersom den reaktivare metallen behöver renframställas först.

Historia

Kalkföreningar har använts som byggnadsmaterial sen förhistorisk tid, minst sedan 7 000 före Kristus. Den äldsta anläggningen för att producera osläckt kalk som man funnit är från 2500 före Kristus. En skrift från år 975 beskriver användning av gips som skydd för brutna skelettben.

Orent kalcium upptäcktes av Humphry Davy 1808 genom elektrolys av fuktig kalciumoxid med kvicksilverkatod, varvid han erhöll kalciumamalgam. I sina första försök använde han kalciumoxid, men Berzelius, som något tidigare framställt kalciumamalgam, visade att bättre resultat erhölls med hydroxiden.^[23]

Se även

• Periodiska systemet
• Tyreotropinfrisättande hormon
• Klotho (enzym)
• Bisköldkörtelhormon
• Kalcitonin

Källor

1. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights (2021). ”Standard atomic weights”. IUPAC. https://www.ciaaw.org/atomic-weights.htm. Läst 28 juli 2022.
2. Norman N. Greenwood and Alan Earnshaw: Chemistry of the Elements. Butterworth-Heinemann.
3. Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
4. Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
5. Manjeera Mantina, Adam C. Chamberlin, Rosendo Valero, Christopher J. Cramer, Donald G. Truhlar: Consistent van der Waals Radii for the Whole Main Group. I: J. Phys. Chem. A. 2009, 113, s. 5806–5812, doi:10.1021/jp8111556.
6. Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer, Rainer Kassing: Lehrbuch der Experimentalphysik, volym 6: Festkörper. 2:a uppl, Walter de Gruyter, 2005, ISBN 978-3-11-017485-4, s. 361.
7. Krieck, Sven; Helmar Görls, Lian Yu, Markus Reiher, Matthias Westerhausen (4 februari 2009). ”Stable "Inverse" Sandwich Complex with Unprecedented Organocalcium(I): Crystal Structures of [(thf)2Mg(Br)-C6H2-2,4,6-Ph3] and [(thf)3Ca{μ-C6H3-1,3,5-Ph3}Ca(thf)3]”. Journal of the American Chemical Society. "131". sid. 2977–2985. doi:10.1021/ja808524y.
   Vid Friedrich-Schiller-Universität Jena framställdes 2009 ett stabilt, om än extremt vatten- och luftkänsligt kalcium(I)-komplex (inverse sandwich), där kalciumet har det i stabila föreningar tidigare inte kända oxidationstalet +1.
8. Krieck, Sven; Görls, Helmar; Westerhausen, Matthias (2010). ”Mechanistic Elucidation of the Formation of the Inverse Ca(I) Sandwich Complex [(thf)3Ca(μ-C6H3-1,3,5-Ph3)Ca(thf)3] and Stability of Aryl-Substituted Phenylcalcium Complexes”. Journal of the American Chemical Society 132 (35): sid. 12492–12501. doi:10.1021/ja105534w. ISSN 0002-7863. PMID 20718434.
9. Chi, T.C.. ”Electrical Resistivity of Alkaline Earth Elements”. sid. 470. Arkiverad från originalet den 24 februari 2014. https://web.archive.org/web/20140224154950/http://www.nist.gov/data/PDFfiles/jpcrd139.pdf. Läst 5 mars 2016.
10. Weast, Robert C. (ed. in chief): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, s. E-129 – E-145. ISBN 0-8493-0470-9. De angivna värdena har här räknats om enligt SI.
11. ”Calcium – Element information, properties and uses”. www.rsc.org. Royal Society of Chemistry. https://www.rsc.org/periodic-table/element/20/calcium. Läst 28 juli 2022.
12. ”Calcium”. www.etymonline.com. Online Etymological Dictionary. https://www.etymonline.com/search?q=Calcium. Läst 28 juli 2022.
13. Ur CLP-förordningen gällande CAS-Nr. 7440-70-2 i substansdatabasen GESTIS-Stoffdatenbank hos IFA (Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung) (Kräver JavaScript) (ty, en).
14. Standing Committee on the Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes, Food and Nutrition Board, Institute of Medicine (1997). Dietary Reference Intakes for Calcium, Phosphorus, Magnesium, Vitamin D and fluoride. Washington DC: The National Academies Press. ISBN 0-309-06403-1. http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=5776
15. Committee to Review Dietary Reference Intakes for Vitamin D and Calcium; Institute of Medicine (2011). Dietary Reference Intakes for Calcium and Vitamin D. ISBN 978-0-309-16394-1. http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=13050
16. Giovannucci E, Rimm EB, Wolk A, et al. (1998). ”Calcium and fructose intake in relation to risk of prostate cancer”. Cancer Research 58 (3): sid. 442–447. PMID 9458087. http://cancerres.aacrjournals.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=9458087.
17. Curhan, GC; Willett, WC; Rimm, EB; Stampfer, MJ (1993). ”A prospective study of dietary calcium and other nutrients and the risk of symptomatic kidney stones” (PDF). The New England Journal of Medicine 328 (12): sid. 833–8. doi:10.1056/NEJM199303253281203. PMID 8441427. http://www.nejm.org/doi/pdf/10.1056/NEJM199303253281203.
18. Bihl G, Meyers A. (2001). ”Recurrent renal stone disease-advances in pathogenesis and clinical management”. Lancet 358 (9282): sid. 651–656. doi:10.1016/S0140-6736(01)05782-8. PMID 11530173.
19. Hall WD, Pettinger M, Oberman A (2001). ”Risk factors for kidney stones in older women in the Southern United States”. Am J Med Sci 322 (1): sid. 12–18. doi:10.1097/00000441-200107000-00003. PMID 11465241.
20. https://www.svt.se/nyheter/konsument/livsmedelsverket-vill-inte-begransa-intaget "När Plus lät analysera innehållet i elva olika fabrikat av solroskärnor visade sig vissa märken innehålla så pass höga halter kadmium att ett intag på mer än två matskedar per dag kan vara riskfyllt, enligt vissa experter"
21. Amcoff, Elisabet m.fl. (2012). Riksmaten - vuxna 2010-11 : Livsmedels- och näringsintag bland vuxna i Sverige. Uppsala: Livsmedelsverket. sid. 104. ISBN 978 91 7714 216 4. http://www.livsmedelsverket.se/globalassets/publikationsdatabas/rapporter/2011/riksmaten_2010_20111.pdf. Läst 4 augusti 2019
22. ”Calcium” (på engelska). Wisc.edu. Arkiverad från originalet den 26 januari 2014. https://archive.is/20140126171411/https://www.chem.wisc.edu/deptfiles/genchem/lab/ptl/Elements/Ca/Ca.html. Läst 26 januari 2014.
23. Anders Lennartsson, Periodiska systemet, Studentlitteratur, 2011

Externa länkar

• Wikimedia Commons har media som rör Kalcium.
  Bilder & media