Ca

Kunstmest

Calcium is een belangrijk mineraal. Bij een tekort kan het gemakkelijk worden aangevuld. Meestal gebeurt dat in combinatie met andere gewenste meststoffen. Als kunstmest worden onder meer de volgende calcium­verbin­din­gen ge­bruikt:

• kalksalpeter of norgesalpeter Ca(NO₃)₂
• superfosfaat, een mengsel van Ca₃(PO₄)₂ en CaSO₄

Strooizout

Strooizout ter bestrijding van de gladheid op de wegen bestaat vaak uit calciumchloride. Het is een restproduct van de bereiding van soda (zie element 11 - Natrium)

Krijt

Met 'natuurlijk' krijt (calciumcarbonaat, CaCO₃) kun je prima op een schoolbord schrijven. Vroeger gebeurde dat ook. Tegenwoordig gebruiken docenten 'stofvrij' krijt (anti-dust), gemaakt uit gips (calciumsulfaat, CaSO₄).

Gips

Gips vindt toepassing in de bouw, de geneeskunde en in de creatieve sector, onder andere bij het maken van beeldjes en beelden. Het bestaat voornamelijk uit calciumsulfaat, dat relatief veel kristalwater kan bevatten. Dat zijn watermoleculen opgenomen in het kristalrooster van de vaste stof.

Het kristalwater is grotendeels te verwijderen door verhitting tot 130 - 160 °C:

                                   CaSO₄.2H₂O --> CaSO₄.½H₂O

Wanneer aan dit poedervormige gips water wordt toegevoegd ontstaat een gemakkelijk te verwerken en bewerken gladde massa. Denk bijvoorbeeld aan stucwerk en het gipsen van een gebroken been. Deze massa hardt na verloop van tijd uit doordat het aanwezige water weer als kristalwater door het gips wordt opgenomen. Het 'vloeibare' water 'verdwijnt' daarmee en er blijft alleen vaste stof over.

Bereiding van metalen

Om belangrijke metalen als thorium, zirkonium, uranium en vanadium in zuivere vorm in handen te krijgen gebruikt men calcium als 'reductiemiddel'. Een voorbeeld:

                                   UF₄ + 2 Ca  --> U + 2 CaF₂

Calcium is verder in de metallurgie zeer belangrijk voor de bereiding van hoogwaardige producten, aangezien het kan binden met de veel voorkomende verontreinigingen zuurstof en zwavel.

Accu

De elektrodeplaten in de loodaccu bestaan uit een lood-antimoonle­gering met 0,1 % calcium. Dit maakt gesloten accucellen mogelijk, waardoor de levensduur omhoog gaat en de onderhoudsbehoefte omlaag.

Cement

Cement is één van de belangrijkste stoffen in de bouwwe­reld. Het is bekend als 'lijmmiddel' bij het metse­len van (bak)stenen en wordt gebruikt bij het aanmaken van beton.

De bekendste Nederlands cementfabriek staat in Zuid Limburg. Tot 2018 mag die nog krijtsteen (ook wel aangeduid als 'mergel') winnen uit de St. Pietersberg. Het krijt bestaat voornamelijk uit calciumcarbonaat (Ca­CO₃) en dient als grondstof voor het zogenaamde Portlandcement, samen met klei- of leemachtig materiaal (met silicium- en aluminiumoxiden) en ijzeroxide-hou­dend materiaal. Na mengen, malen en drogen wordt het geheel zeer sterk verhit. Het resultaat is het zogenaamde 'klinker' dat voornamelijk uit calcium­silicaat (CaSiO₃) en calcium­alumi­naat Ca₃(AlO₃)₂ bestaat. Dit wordt vervolgens samen met enkele toeslagstoffen zoals gips zeer fijn gemalen tot cementpoeder.

Het poeder dient als bindmiddel in de metselspecie die verder nog zand en water bevat. Het water brengt hydratatiereacties in het cement op gang, waardoor de specie uithardt. Bijzonder is dat deze reactie nauwelijks wordt beïnvloedt door de hoeveelheid water: Portlandcement hardt ook uit bij voortdurende regenval en zelfs onder water.

Vulstof voor papier en verf

Krijt, toegevoegd aan een cellulosebrij, maakt het oppervlak van papier glad. Het zorgt er tevens voor dat het papier wat steviger aanvoelt en helder wit is. Ook gips en calciumsilicaat worden hiervoor gebruikt.

Krijt wordt ook als vulmiddel toegevoegd aan verf (ter verbetering van de helderheid en het dekkend vermogen), inkt, kunststof en mastiek (dakbedekking).

Meer toepassingen

Als element en in legeringen

• batterij-elektroden
• gasvanger in hoogvacuümbuis
• ontzwaveling van aardolie
• vuursteen (legering met o.a. Ce)
• zuivering van edelgassen

In verbindingen

• absorbant voor CO₂                                            CaO
• antiklonteringsmiddel (zout, suiker, enz.)           Ca₃(PO₄)_2, CaSiO₃
• bindmiddel in verf                                                Ca(OH)₂
• bleken van textiel                                                 CaSO_3, Ca(OCl)₂
• blusmiddel                                                           CaCl₂
• conserveringsmiddel           
• -  E327                                                                calciumlactaat
• -  E333                                                                calciumcitraat
• -  E263                                                                Ca(CH₃COO)₂
• -  E282                                                                Ca(CH₃CH₂COO)₂
• -  E238                                                                Ca(HCOO)₂   
• deegverbeteraar                                                  CaO_2, Ca(OCl)₂
• droogmiddel                                                        calciumzepen, o.a. -stearaat
• droogmiddel voor gassen                                   CaCl₂, CaO, CaH₂
• email                                                                   CaF₂, Ca₃(PO₄)₂
• fosforescerende stof                                           CaS
• geneesmiddel            
• - tegen kalkgebrek                                               Ca(CH₃CHOHCOO)_2, CaCl_2, Ca₃(PO₄)_2, calciumascorbaat                                                   
• - regeling van de bloedspiegel                            calciumgluconaat, {HOH₂C-(CHOH)₄-COO}₂Ca                   
• - stelpen van bloedingen                                     CaCl₂
• glas                                                                     CaSiO_3, CaCO_3, Ca(OH)₂
• lichtgevende verf                                                CaWO₄
• ongedierte- en onkruidbestrijder                        CaNCN
• onkruidbestrijding                                               Ca(ClO₃)₂
• ontharingsmiddel                                                CaO, CaS
• papierfabricage, bleekmiddel voor cellulose      Ca(HSO₃)₂
• tandpasta                                                           Ca(CH₃CHOHCOO)₂, Ca(HCOO)_2, C­₃H₅(OH)₂CaPO₄
• vochtvreter                                                         CaCl₂
• vuurwerk                                                            Ca(ClO₃)₂

Naam

De naam calcium is afkomstig van de Latijnse naam voor kalksteen: calx. Kalksteen werd al door de Romeinen gebruikt voor het maken van mortel.

Ontdekking

Reeds in de Oudheid kende men calcium in de vorm van kalk en andere calciumverbindingen. De Frans-Schotse natuur- en scheikundige Joseph Black (foto) was de eerste die het element onderscheidde. In 1755 stelde hij het verschil vast tussen calcium­oxide en magnesiumoxide, tot dan toe als één en dezelfde stof beschouwd.

De Britse scheikundige Humphrey Davy was in 1808 de eerste die elementair, metallisch calcium isoleerde. 

Voorkomen

Calcium is (na zuurstof, koolstof, waterstof en stikstof) het vijfde element in het menselijk lichaam. We bestaan voor ongeveer 1.4% uit calcium. Het is een essentieel bestanddeel van botten en tanden, in de vorm van hydroxyapatiet.

Ook bij de meest voorkomende elementen in de aardkorst staat calcium op plaats vijf, met een aandeel van 4,15%. Het wordt aangetroffen in diverse vormen van calciumcarbonaat (CaCO₃), zoals aragoniet (foto) en calciet (krijt, marmer).

Daarnaast vind je het in een groot aantal andere mineralen, bijvoorbeeld:

• anhydriet                                CaSO₄
• colemaniet                             Ca₂B₆O₁₁.5H₂O
• dolomiet                                 CaMg(CO₃)₂
• fluorapatiet                             Ca₅F(PO₄)₃
• fluoriet (of vloeispaat)            CaF₂
• hydroxylapatiet                      Ca₅(OH)(PO₄)₃
• powelliet                                CaMoO₄
• scheeliet                                CaWO₄
• tachyhydriet                           CaMg₂Cl₆.12H₂O
• ulexiet                                    NaCaB₅O₆(OH)₆.5H₂O
• zeoliet                                    geen vaste formule; verhouding (Al+Si):O = 1 : 2

Een bijzonder mineraal is albast, een zuiver witte, min of meer doorschijnende gipssoort, die al in de tijd van de Romeinen werd gebruikt voor siervoorwerpen.

Op de zeebodem bevindt zich het calciumhou­dende fosfo­riet {­Ca₁₀(PO₄)₆(OH,F,Cl)₂ }. Het aandeel van calcium in zeewater bedraagt een luttele 0,004%, toch staat het daar op plaats zeven van de meest voorkomende elementen.

Winning

De belangrijkste wingebieden liggen in de Verenigde Staten van Amerika, Rusland, Rwanda, Canada, Frank­rijk, Italië, China, Mexico, Duitsland, Spanje, Engeland, IJsland, Iran en rondom de Rode Zee.

De Britse chemicus Humphrey Davy was in 1808 de eerste die calcium isoleerde. Hij begon met elektrolyse van gesmolten calciumhy­droxide met een kwikka­thode. Dit leidde tot calciumamal­gaam, dat hij vervolgens destilleer­de tot - tamelijk onzuiver - calcium. Ook de Zweedse chemici Jöns Jacob Berzelius en Magnus Martin Pontin maakten - onafhankelijk van Davy - calcium via deze methode.

Werkelijk zuiver calcium (foto) werd pas negentig jaar later bereid door de Fransman Henri Moissan, door reduc­tie van calciumjodide (CaI₂) met natrium.

Tegenwoordig

Calcium wordt op verschillende manieren verkregen, onder meer door:

• reductie van het oxide met aluminium bij hoge tempe­ratuur (1100 - 1200 °C) in vacuüm. Calcium ontstaat dan in de vorm van damp die voortdurend wordt afgevoerd: 3 CaO + 2 Al --> Al₂O₃ +3 Ca
• elektrolyse van een gesmol­ten mengsel van calciumfluori­de en -chloride, in een gietij­zeren kroes (die als anode dient) en met een ijzeren kathode.
• reductie van calciumchloride met natrium.