Vápnik

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Prejsť na: navigácia, hľadanie
Vápnik
20 draslík ← vápnik → skandium
Mg

Ca

Sr
Ca
Vzhľad
strieborný kov
vápnik
Emisné spektrá
Emisné spektrum
Všeobecné
Názov (lat.), značka, protónové číslo vápnik (calcium), Ca, 20
Umiestnenie v PSP 2. skupina4. periódablok s
Séria kovy alkalických zemín, kovy
Atómové vlastnosti
Atómová hmotnosť 40,078 g·mol−1
Elektrónová konfigurácia [Ar] 4s2
Atómový polomer 197 pm
Kovalentný polomer 176 pm
Kovový polomer 197 pm
Van der Waalsov pol. 231 pm
Iónový polomer
pre: Ca2+
99 pm
Chemické vlastnosti
Elektronegativita 1,00 (podľa Paulinga)
Ionizačná energia(e) 1: 589,8 kJ.mol−1
2: 1 145,4 kJ.mol−1
3: 4 912,4 kJ.mol−1
Oxidačné číslo(a) II
Št. potenciál
(Ca2+/Ca)
-2,87 V
Fyzikálne vlastnosti (za norm. podmienok)
Skupenstvo pevné
Hustota 1,55 kg·dm−3
Hustota kvapaliny
(pri 1 115 K)
1,378 kg·dm−3
Teplota topenia 1 115 K (841,85 °C)
Teplota varu 1 757 K (1 483,85 °C)
Sk. teplo topenia 8,54 kJ·mol−1
Sk. teplo varu 154,7 kJ·mol−1
Tepelná kapacita 25,929 J·mol−1·K−1
Tlak pary
p(Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
pri T(K) 864 956 1 071 1 227 1 443 1 755
Iné
Kryštálová sústava kubická, plošne centrovaná
Magnetizmus diamagnetický
Elektrický odpor 30,6 nΩ·m
Tep. vodivosť 201 W·m−1·K−1
Tep. rožťažnosť 22,3 µm·m−1·K−1
Rýchl. zvuku 3 810 m·s−1
Youngov modul 20 GPa
Pružnosť v šmyku 7,4 GPa
Objemová pružnosť 17 GPa
Poissonovo č. 0,31
Tvrdosť (Mohs) 1,75
Tvrdosť (Brinell) 167 MPa
Reg. číslo CAS 7440-70-2
Izotop(y) (vybrané)
Izotop Výskyt t1/2 Rr Er (MeV) Pr
40Ca 96,941 % stabilný s 20 neutrónmi
Radioactive.svg 41Ca stopy 1,03x105 r. ε 41K
42Ca 0,647 % stabilný s 22 neutrónmi
43Ca 0,135 % stabilný s 23 neutrónmi
44Ca 2,086 % stabilný s 24 neutrónmi
Radioactive.svg 45Ca synt. 162,7 d. β- 0,258 45Sc
Radioactive.svg 46Ca 0,004 % 2,8x1015 r. 2xβ- 46Ti
Radioactive.svg 47Ca synt. 4,536 d. β-
γ
0,694
1,297
47Sc
Radioactive.svg 48Ca 0,187 % 4x1019 r. 2xβ- 48Ti
Commons-logo.svg
 Commons ponúka multimediálny obsah na tému vápnik.
Pozri aj chemický portál

Vápnik (calcium) je chemický prvok v Periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku Ca a protónové číslo 20. Je to mäkký, ľahký kov, ktorý patrí medzi kovy alkalických zemín. Búrlivo reaguje s kyslíkom i vodou a preto sa s ním v prírode stretávame len v podobe zlúčenín. Ako biogénny prvok je jedným zo základných stavebných kameňov buniek všetkých živých organizmov na Zemi. Je tiež najvýznamnejšie zastúpeným kovom v organizmoch. Slovenský aj latinský názov je odvodený od názvu vápna a vápenca (lat. calx). Soli vápnika farbia plameň do červena. Vápnik objavil v roku 1808 sir Humphry Davy.

Výskyt v prírode[upraviť | upraviť zdroj]

Vďaka svojej veľkej reaktivite sa v prírode stretávame iba so zlúčeninami rubídia a to len s mocenstvom Ca2+.

Zemská kôra je z veľkej časti tvorená horninami, v ktorých vápnik tvorí podstatnú zložku. Podľa posledných dostupných údajov tvorí vápnik 3,4 – 4,2% zemskej kôry a je piatym najviac zastúpeným prvkom. V morskej vode je jeho koncentrácia iba 0,4 g Ca/l a vo vesmíre pripadá na jeden atóm vápniku približne pol miliónu atómov vodíka.

  • Najbežnejšou horninou na báze vápnika je vápenec, uhličitan vápenatý CaCO3 tvorený minerálom kalcitom rovnakého chemického zloženia. Táto hornina sa nachádza prakticky vo všetkých lokalitách biologického pôvodu a pochádza zo schránok obyvateľov pravekých (predovšetkým druhohorných) morí. Napr. Česko patrí vo svete medzi štáty s najbohatším výskytom hornín vápencového typu, známa je napríklad lokalita medzi Prahou a Berounom alebo Moravský kras.
    • Špeciálny typ predstavuje krieda, takmer čistý mäkký pórovitý vápenec s typicky žiarivo bielou farbou, nachádzajúci sa napríklad na pobreží kanálu La Manche. Jej najväčšie ložiská vznikli v rovnomennom geologickom období v pravekých moriach vyzrážaním uhličitanu vápenatého na usadených vápenitých škrupinách prvokov. Najznámejším využitím je plavením prírodnej kriedy vyrobená písacia krieda, dôverne známa zo školského prostredia.
    • Najviac cenenou odrodou vápenca je mramor, používaný predovšetkým k dekoratívnym účelom - obklady budov, sochy. Významné náleziská sú na Apeninskom polostrove (carrarský mramor), ale i v Česku (slivenecký mramor). Ide o premenenú horninu vzniknutú z vápenca rekryštalizovaného vysokým tlakom a teplotou. Výsledná farba je závislá na prísadách a pigmente v pôvodnej hornine. Prísady, ktoré sa v pôvodnej hornine vyskytovali vo vrstvách alebo v žilách, sa metamorfózou pretvárajú na charakteristickú mramorovú kresbu. Ta ho činí menej pevným, preto sa mramor s kresbou zvyčajne nepoužíva pre sochy.
    • Vzájomné chemické prechody medzi uhličitanom a hydrogénuhličitanom vápenatým Ca(HCO3)2 sú príčinou vzniku krasových javov. Princíp týchto procesov spočíva v tom, že hydrogénuhličitan vápenatý je vo vode rozpustný viac než uhličitan vápenatý. Ak sa roztok Ca(HCO3)2 v podzemnej vode dostane do kontaktu s atmosférickým oxidom uhličitým CO2, dôjde k vzniku málo rozpustného uhličitanu, ktorý sa usadí na mieste svojho vzniku. Tieto prírodné úkazy sa vyskytujú v jaskynných systémoch po celom svete a pomalý rast stalaktitov, stalagmitov a stalagnátov je geologickou obdobou rastu a vývoja živých organizmov v prírode.
  • Ďalším významným zdrojom vápnika je dolomit, zmiešaný uhličitan horečnato-vápenatý CaMg(CO3)2, ktorého ložiská sa nachádzajú v južnej Európe, Brazílii, južnej Austrálii a Severnej Amerike.
  • Apatit je pomerne komplikovaný fosforečnan vápenatý, ktorý patrí medzi významné prírodné zdroje vápnika.
  • Fluorit alebo kazivec je minerál s chemickým zložením CaF2 (fluorid vápenatý). Jeho ložiska sa nachádzajú v Číne, USA, Anglicku, Nemecku a Českej republike. Využíva sa predovšetkým ako surovina pre výrobu fluóru, ale i ako dekoratívny kameň pre výrobu ozdobných predmetov.
  • Sadrovec je hydratovaný síran vápenatý CaSO4 · 2 H2O. Vyskytuje sa pomerne hojne v strednej Európe (ČR, SR, Nemecko, Rakúsko) a USA.

Výroba a využitie[upraviť | upraviť zdroj]

Kovový vápnik sa priemyselne vyrába elektrolýzou taveniny chloridu alebo fluoridu vápenatého. Ďalším produktom tejto reakcie je elementárny chlór alebo fluór, ktorý je ihneď ďalej spracovávaný v chemickej výrobe.

Elementárny vápnik vykazuje veľmi silné redukčné vlastnosti a jemne rozptýlený kov sa využíva na redukcie v organickej syntéze ale i redukčnej výrobe iných kovov, napr. uránu, zirkónia alebo tória.

Veľká reaktivita kovového vápnika slúži v metalurgii na odstraňovanie malých množstiev síry a kyslíka z taveniny železa a pri výrobe ocele.

Zlúčeniny a ich využitie[upraviť | upraviť zdroj]

Zásadný význam majú zlúčeniny vápniku v stavebníctve. Termickým rozkladom vápenca vzniká oxid vápenatý, CaO, známy ako pálené vápno.

CaCO3 → CaO + CO2

Reakciou páleného vápna s vodou vzniká hydroxid vápenatý Ca(OH)2, čiže hasené vápno.

CaO + H2O → Ca(OH)2

Hasené vápno je v stavebníctve zložkou mnohých dôležitých pojivých prvkov ako je napr. malta, omietkové zmesi atď. Pri ich aplikácii dochádza k reakcii zásaditého vápna so vzdušným oxidom uhličitým za vzniku pôvodného uhličitanu vápenatého CaCO3.

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

Podobné, i keď obmedzenejšie využitie má sadra, teda hemihydrát síranu vápenatého CaSO4 · ½ H2O. Táto zlúčenina sa vyrába termickým rozkladom sadrovca CaSO4 · 2 H2O a po zmiešaní s vodou dochádza k opätivnej hydratácii a vzniká žiarivo biela, pomerne pevná a tvrdá hmota. Má všestranné využitie v stavebníctve, pri výrobe kópií rôznych predmetov (v zubnom lékarstve) atď. Podľa podmienok pri výrobe sadry a prísad pri jej tuhnutí je možné docieliť celú škálu výsledných produktov s rôznou tvrdosťou, rýchlosťou tuhnutia, farbou a pod.

Vápno i sadra sú zložkami pri výrobe dnes pravdepodobne najbežnejšieho stavebného materiálu – cementu. Po zmiešaní s pieskom a vodou vzniká pevná, tvrdá a odolná hmota – betón, s ktorou sa stretávame denne ako materiálom na konštrukciu moderných stavieb a základným materiálom ciest, leteckých pristávacích dráh, železničných pražcov a pod.

Chlorid vápenatý normálne viaže 2 molekuly vody CaCl2 · 2 H2O. Zahriatim je možné kryštalickú vodu odstrániť a látku použiť na sušenie organických tekutín alebo plynov.

Fosforečnany vápenaté, napr. CaHPO3, sa používajú ako priemyselné hnojivá, dodávajúce rastlinám fosfor a vápnik.

Zlúčenina vápnika s uhlíkom - karbid vápenatý, CaC2 reakciou s vodou uvoľňuje acetylén a bol v minulosti používaný na svietenie v lampách, tzv. karbidkách.

Biologický význam vápnika[upraviť | upraviť zdroj]

Vápnik patrí medzi biogénne prvky, ktoré sú nevyhnutné pre všetky živé organizmy. V telách stavovcov je základnou súčasťou kostí a zubov, nachádza sa ale i vo svaloch, krvi a ďalších telesných tkanivách.

Tvrdé schránky — škrupiny a mušle rozmanitých tvarov a veľkostí chrániace telá rôznych morských i sladkovodných ulitníkov a lastúrnikov sú tvorené z veľkej časti predovšetkým zlúčeninami vápnika.

Mohutné koralové útesy, ktoré po stáročia vytvárajú morské polypy z triedy koralovcov, sú zvyšky vápenitých kostier týchto uhynutých živočíchov. V našej prírode sa najčastejšie stretávame so slimákmi, ktorých ich vápenitá ulita chráni pred predátormi.

V ľudskej potrave predstavuje vápnik veľmi podstatnú zložku. Pretože je nevyhnutný pre zdravý vývin a rast kostí a zubov, je dôležité, aby sa pravidelne vyskytoval predovšetkým v jedálnom lístku detí a mládeže. Dôležitý pritom nie je len dostatok samotného vápnika, ale i vitamínu D, ktorý pomáha pri ukladaní vápnika do kostnej hmoty. Nedostatok niektorého z týchto faktorov je príčinou krivice (rachitídy). Starším ľuďom ubúda vápnik z kostnej hmoty, čo sa prejavuje ako tzv. osteoporóza (rednutie kostí). Kosti sú krehké, ľahko sa lámu a zlomeniny sa naopak ťažko a veľmi zdĺhavo hoja.

Uvádza sa, že denná dávka vápnika by mala činiť 800 – 1 000 mg denne, ženy počas dojčenia ešte asi o 500 mg viac. Hlavným zdrojom vápnika v ľudskej potrave je mlieko a mliečne výrobky. Okrem toho je vápnik vo zvýšenej miere prítomný vo väčšine listovej zeleniny, semenách, orechoch, ovsených vločkách a v minerálnych vodách. Je potrebné si uvedomiť, že ľudská strava má byť celkovo vyvážená a spolu s prísunom dôležitého množstva vápnika musí obsahovať i dostatok ostatných minerálnych zložiek (napr. horčíka alebo fosforu).

Iné projekty[upraviť | upraviť zdroj]