20  Ca
Calcium 


Voorkomen
Wingebieden
Naam
Ontdekking
Bereiding vroeger
Bereiding nu
Toepassingen en toelichting
Verdere toepassingen

  

 

 

VOORKOMEN

4,15 % van de aardkost (tot 16 km diepte) bestaat uit calcium; het is het vijfde element in rangorde van voorkomen. Men treft het aan in diverse vormen van calciumcarbonaat (CaCO3), zoals aragoniet en calciet, en in een groot aantal andere mineralen, bijvoorbeeld:

anhydriet CaSO4
aragoniet CaCO3
calciet, krijt, marmer CaCO3
colemaniet Ca2B6O11.5H2O
dolomiet CaMg(CO3)
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

Verder komt calcium, steeds als calciumcarbonaat, voor in marmergroeven, krijt(rot­sen), schelpen en in druipsteengrotten: de bekende stalagmieten en stalactieten. Op de zeebodem bevindt zich het calciumhou­dende fosfo­riet {­Ca10(PO4)6(OH,F,Cl)2 }. Bij de mens (en alle gewervelde dieren) is calcium een essentieel bestanddeel van beenderen en tanden.

 

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.

WINGEBIEDEN

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.

NAAM

De naam is afkomstig van de Latijnse naam voor kalksteen: calx, waar­van de genitief calcis is. Kalksteen werd 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. Calcium werd in 1755 als element ontdekt toen J. Black calcium­oxide herkende als een andere base dan de reeds beken­de hy­droxi­den van kalium en natri­um. 

BEREIDING VROEGER

Calcium werd voor het eerst in 1808 door Sir H. Davy geïsoleerd door elektrolyse van gesmolten calciumhy­droxide met een kwikka­thode. Er ontstond calci­umamal­gaam, dat hij vervolgens destilleer­de, waarbij hij - onzuiver - calcium verkreeg. 

Ook J.J. Berzelius en M.M. Pontin slaagden er  - onafhankelijk van Davy - in via deze methode calcium te maken. Zuiver calcium werd pas 90 jaar later bereid door H. Moissan, door reduc­tie van calciumjodide (CaI2) met natrium.

BEREIDING NU

Calcium wordt op verschillende manieren verkregen, onder meer door: 

–      reductie van het oxide met aluminium bij hoge tempe­ratuur (1.100 – 1.200 °C), in vacuüm, waarbij de ontstane calciumdamp voortdurend wordt afgevoerd:

 3 CaO + 2 Al → Al2O+3 Ca

–      elektrolyse van een gesmol­ten mengsel van calciumfluori­de en -chloride in een gietij­zeren kroes - die als anode dient - en een ijzeren kathode.

–      reductie van het chloride met natrium. De wereldproductie bedraagt ongeveer 2.500 ton per jaar.

TOEPASSINGEN EN TOELICHTING

Bereiding metalen

Met calciummetaal als reductiemiddel worden onder meer de metalen thorium, zirkonium, uraan, vanadium en diverse zeldza­me aarden uit hun verbindingen vrijge­maakt, bijvoor­beeld:

                  UF+ 2 Ca  → U + 2 CaF2

Calcium is in de metallurgie zeer belangrijk voor de bereiding van hoogwaardige producten, omdat het oxiden en sulfiden bindt.

Ook bij de bereiding van metaal voor supermagneten (SmCo5) en bismutarm lood (minder dan 0,002 % bismut) is calcium uitermate geschikt.

 

Kabelmantel

Kabelmantels worden van Bahnmetaal gemaakt. Dit is een loodlegering met minder dan 1 % calcium (of een ander aardalkali- of alkalimetaal). Deze legering wordt ook gebruikt als lagermetaal in tram-, metro- en treinstellen. Calcium wordt toegevoegd om oxidatie van de legering tegen te gaan (desoxidatie­mid­del).

 

Accu

De elektrodeplaten in de loodaccu worden gemaakt uit een lood-antimoonle­gering waaraan 0,1 % calcium is toege­voegd. Hierdoor is het mogelijk met gesloten cellen te werken, wat de levensduur verlengt en minder onderhoud vraagt.

 

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. Superfosfaat ont­staat door reactie van calcium­fosfaat met zwavel­zuur:

          Ca3(PO4)+ 2 H2SO → Ca(H2PO4)+ 2 CaSO4

-        calciumfosfaat {Ca3(PO4)2}

-        slakkenmeel {5Ca(N­O3)2.NH4NO3.10H2O}

-        kalk­stikstof of calciumcyanamide (CaNCN).

 

Strooizout

Calciumchloride, meestal verkregen als restproduct bij de bereiding van soda (zie 11 - Natrium), wordt gebruikt als strooizout ter bestrijding van de gladheid op de wegen.

 

Krijt

Vroeger werd  calciumcarbonaat (of ‘natuurlijk’ krijt, CaCO3) gebruikt als schrijfmateriaal voor het schoolbord. Tegenwoordig wordt vrijwel uitsluitend gebruik gemaakt van het zogenoemde stofvrije krijt (anti-dust). Dit wordt gemaakt van gips (calciumsulfaat, CaSO4).

 

Gips

Gips wordt gebruikt in de bouw en voor het maken van beeldjes en beelden. Het wordt gemaakt door calciumsulfaat (gips) - dat in de natuur voorkomt -  te verhitten tot 130 - 160 °C, waarbij het grootste deel van het aanwezige kristalwater wordt onttrokken:

                  CaSO4.2H2O → CaSO4.½H2O

Het ontstane product noemt men gebrande gips. Als hieraan water wordt toegevoegd ontstaat een gladde massa die gemakkelijk te bewerken is (bijvoorbeeld in stucwerk of in de afdruk van een beeldje) en na enige tijd uithardt.

 

Cement

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

Cement wordt gemaakt uit mergel (voornamelijk krijt, Ca­CO3) en klei- of leemachtig materiaal (dat verbindingen van Si en Al met zuurstof bevat). Ook wordt er ijzeroxide-hou­dend materiaal aan toegevoegd. Na mengen, malen en drogen, wordt het zeer sterk verhit, waarbij voornamelijk calcium­silicaat (CaSiO3) en calcium­alumi­naat {Ca3(AlO3)2} worden gevormd. Aan sommige soorten cement wordt wat gips (CaSO4) toegevoegd (zie ook 14 - Silicium).

 

Vulstof voor papier en verf

Krijt, toegevoegd aan een cellulosebrij (amalin), 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 wordt hiervoor gebruikt.

Krijt wordt ook als vulmiddel toegevoegd aan verf (verbetert de helderheid en het dekkend vermogen), vernis, inkt, kit kunststof en mastiek (dakbedekking). 

VERDERE TOEPASSINGEN 

Toepassingen als niet-ontleedbare stof (element) en als legering:

batterij-elektroden

desoxidatiemiddel in sommige legeringen van onder ande­re Al, Si, Mn, Fe (bijv. staal voor spoorrail, permanente magneet)

gasvanger hoogvacuümbuis

ontzwaveling van aardolie

vuursteen (legering met o.a. Ce)

zuivering van edelgassen

 

Toepassingen als ontleedbare stof (verbinding):

absorbant voor CO2 CaO
absorbant voor gassen CaSiO3
algicide en fungicide voor zwembaden Ca(OCl)2
antiklonteringsmiddel voor zout, suiker, enz. Ca3(PO4)2
  CaSiO3
antisepticum in tandpasta, kauwgum CaO2
bakpoeder calciumglycerofosfaat, 
  C3H5(OH)2CaPO4
bestrijding van plantenziekten  Ca(ClO3)2
beton (toevoeging) calciumzepen, o.a. -stearaat
bindmiddel in verf Ca(OH)2
bleken van textiel  CaSO3 
  Ca(OCl)2
blusmiddel  CaCl2
bodemonderzoek Ca(CH3COO)2
boormodder (bij olie- en gaswinning)  calciumglycerofosfaat, 
  C­3H5(OH)2CaPO4
  CaBr2
cement (toevoeging)  Ca(HCOO)2
chromatografie CaSiO3
conserveren van levensmiddelen        E327  calciumlactaat
                                                   E333  calciumcitraat
                                                   E263 Ca(CH3COO)2
                                                   E282 Ca(CH3CH2COO)2
conserveren van vis en vruchtensap  E238  Ca(HCOO)2
conserveren van vruchtensap CaSO3
conserveren van tabak Ca(CH3CH2COO)2
cosmetica Ca(CH3CH2COO)2
deegverbeteraar CaO2
  Ca(OCl)2
desinfectiemiddel bij suikerbereiding en bierbrouwen CaSO3
desinfectiemiddel voor zaad CaO2
desoxidatie van metalen CaH2
diergeneesmiddel (bevordering spijsvertering; ”liksteen”) CaCl2
diergeneesmiddel  Ca(CH3CH2COO)
drinkwaterzuivering  CaSO3
droogmiddel calciumzepen, o.a. -stearaat
droogmiddel voor gassen CaCl2
  CaO 
 CaH2
email CaF2
 Ca3(PO4)2
ethynbereiding (o.a. als grondstof van polymeren) CaC2
etsen van glas  CaF2
fosforescerende stof  CaS
fotografie Ca(ClO3)2
 CaBr2
frisdranken Ca(CH3CHOHCOO)2
geneesmiddel            tegen kalkgebrek Ca(CH3CHOHCOO)2
 CaCl2
 Ca3(PO4)
 calciumascorbaat
                                     regeling van de bloedspiegel  calciumgluconaat,
 {HOH2C-(CHOH)4-COO}2Ca 
                                     stelpen van bloedingen  CaCl2
glas CaSiO3
 CaCO3
 Ca(OH)
glazuur Ca3(PO4)2
HF- en F2-bereiding CaF2
HF- en F2-bestendige tegels  CaF2
houtbescherming CaBr2
indigoverven (hulpstof) Ca(OH)2
infuus Ca3(PO4)2
 calciumgluconaat,

 {HOH2C-(CHOH)4-COO}2Ca

isolatiemateriaal  CaSiO3
kalk- en mortel  CaO
keramiek CaSiO3
koelpekel CaCl2
kryolietbereiding  CaF2
kunstmest  Ca(OH)2
lasers CaWO4
leerlooien  Ca(HCOO)2
 Ca(CH3COO)2
 Ca(OH)2
lenzen en prisma’s voor IR- en UV-spectrometer  CaF2
lichtgevende verf  CaWO4
maken van staaldraad  calciumzepen, o.a. -stearaat
melamine bereiding CaC2
melkglas Ca3(PO4)2
metaalbereiding (slakvorming) CaO
mortel  Ca(OH)2
nood(licht)signaal Ca3P2
ongedierte- en onkruidbestrijder CaNCN
onkruidbestrijding  Ca(ClO3)2
ontharingsmiddel  CaO
 CaS
papierfabricage, bleekmiddel voor cellulose  Ca(HSO3)2
piëzo-elektriciteit CaWO4
polijstmiddel in tandpasta Ca3(PO4)2
porselein  Ca(BO2)2
 Ca3(PO4)2
potloden calciumzepen, o.a. -stearaat
rioolwaterzuivering Ca(OCl)
 Ca(OH)2
röntgenschermen CaWO4
scintillatietellers CaWO4
smeermiddel  calciumzepen, o.a. -stearaat
smeermiddel bij hoge temperaturen CaS
smelttegel  CaF2
sodabereiding   (OH)2
sproeien van droge wegen ter voorkoming van stof CaCl2
staalzuivering  CaF2
stabilisator bij gummibereiding CaO2
stabilisator bij kunststoffen (o.a. PVC) calciumzepen, o.a. -stearaat
tandcement CaCO3
tandpasta  Ca(CH3CHOHCOO)2
 Ca(HCOO)2
 C­3H5(OH)2CaPO4
veevoederadditief Ca(CH3CH2COO)2
verdikkingsmiddel calciumzepen, o.a. -stearaat
verdikkingsmiddel in levensmiddelen, E404 calciumalginaat
verhogen van de weerstand van het wegdek tegen zout calciumzepen, o.a. -stearaat
vloeimiddel bij de staalproductie CaF2
 Ca(BO2)2
vloeimiddel voor email, glas en keramiek CaF2
vochtvreter CaCl2
voorkomen van stofexplosies in mijnen CaCl2
vorstbescherming bij bomen Ca(OH)2
vorstbescherming van beton CaCl2
vulstof voor glas, gummi  CaO
vuurwerk Ca(ClO3)2
waterafstotend maken van textiel calciumzepen, o.a. -stearaat
waterstofbron (in meteoballon) CaH2
wrattenverwijderaar  CaO .