Calcium – Chemie
Das chemische Element Calcium steht in der II. Hauptgruppe und in der 4. Periode des Periodensystems der Elemente. Es handelt sich bei Calcium also um ein Erdalkalimetall. Verbindungen des Calciums sind zwar schon seit sehr langer Zeit bekannt, die Entdeckung des elementaren Calciums gelang dem englischen Naturforscher Humphry Davy jedoch erst im Jahr 1808.
In Verbindung mit anderen Elementen ist Calcium immer zweifach positiv geladen. Im Periodensystem hat Calcium als Abkürzung das Symbol $\ce{Ca}$.
Aber wie sieht Calcium eigentlich aus? Und warum ist Calcium ein Metall? Im folgenden Text beschäftigen wir uns genauer mit dem Element Calcium und gehen diesen Fragen auf den Grund.
Calcium – Vorkommen
Calcium kommt in Form von Verbindungen in der Natur in Gesteinen vor.
Es handelt sich dabei hauptsächlich um Calciumsulfat bzw. Gips ($\ce{CaSO4·2H2O}$), Calciumcarbonat oder Calcit ($\ce{CaCO3}$) und Dolomit ($\ce{CaCO3·MgCO3}$).
Kalkstein besteht beispielsweise überwiegend aus den Mineralen Calcit und Aragonit. Beides sind Kristallisationsformen von Calciumcarbonat, das zur Stoffgruppe der Carbonate gehört und ein Salz der Kohlensäure ist.
Der Anteil von Calcium in der Erdkruste beträgt 3,39 %. Auch in Salzwasser kommt Calcium vor. Ebenso können Lebensmittel Calcium enthalten, z. B. Haselnüsse, Milch, Käse, Brokkoli und Grünkohl. Im menschlichen Organismus entfaltet Calcium seine Wirkung in Form von Calciumionen ($\ce{Ca^{2+}}$) bei der Bildung von Knochen und Zähnen sowie bei der Arbeit von Muskel- und Nervenzellen.
Reines Calcium kann technisch hergestellt werden. Die Verbindung Calciumoxid ($\ce{CaO}$) wird mithilfe von Aluminium ($\ce{Al}$) zu elementarem Calcium reduziert. Dabei entsteht zusätzlich Aluminiumoxid ($\ce{Al2O3}$). Diese Reaktion läuft nach folgender Formel ab:
$\ce{3CaO + 2Al → Al2O3 + 3Ca}$
Calcium – Steckbrief
Im Folgenden lernst du die physikalischen Eigenschaften von Calcium kennen und erfährst, was Calcium ist und wie es aussieht:
- Calcium ist ein silberweißes und glänzendes Metall.
- Die Härte von Calcium beträgt 1,75 auf der Mohs-Skala. Es ist somit ein weiches Metall.
- Der Schmelzpunkt von Calcium beträgt $\pu{842°C}$.
- Der Siedepunkt von Calcium beträgt $\pu{1 487°C}$.
- Die Dichte von Calcium beträgt $\pu{1,55 g/cm3}$. Es wird also zu den Leichtmetallen gerechnet.
- Die Atommasse von Calcium beträgt $\pu{40,08u}$. Calcium besitzt also $20$ Neutronen und $20$ Protonen im Kern. Es sind Isotope des Elements Calcium mit bis zu $48$ Neutronen bekannt.
Aufgrund der Angaben im Steckbrief wird nun auch klar, weshalb Calcium zu den Metallen gehört.
Der Aufbau eines Calciumatoms ist in folgender Abbildung dargestellt:

Calcium – Reaktionen
In diesem Abschnitt betrachten wir für Calcium typische chemische Reaktionen. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die wichtigsten Reaktionen von Calcium und die dabei entstehenden Calciumverbindungen:
Reaktionspartner |
Produkt |
Wasser ($\ce{H2O}$) |
Calciumhydroxid und Wasserstoff ($\ce{CaOH2 + H2}$) |
Säuren ($\ce{H^{+}}$) |
Wasserstoff ($\ce{H2}$) und Salze der Säure |
Sauerstoff ($\ce{O2}$) |
Calciumoxid ($\ce{CaO}$) |
Wasserstoff ($\ce{H2}$) |
Calciumhydrid ($\ce{CaH2}$) |
Stickstoff ($\ce{N2}$) |
Calciumnitrid ($\ce{Ca3N2}$) |
Halogene ($\ce{F, Cl, Br, I}$) |
explosionsartige Reaktion. Es entstehen die jeweiligen Halogensalze. |
Calcium – Verwendung
Für was verwendet man Calcium und wo kommt es im Alltag vor? Ein wichtiges Beispiel ist die Branntkalkherstellung, bei der Calciumcarbonat eine große Rolle spielt. Für die Industrie, vor allem als Baustoff (Zement und Branntkalk), wird Calciumcarbonat synthetisch hergestellt oder aus Naturstein abgebaut. Beim Kalkbrennen wird Kalkstein (Calciumcarbonat) sehr stark erhitzt, wobei es in Calciumoxid $(\ce{CaO})$, genannt Branntkalk, und Kohlenstoffdioxid $(\ce{CO2})$ zerfällt. Branntkalk, auch gebrannter Kalk genannt, wird anschließend mit Wasser gelöscht und bekommt dann den Namen gelöschter Kalk. In dieser Form wird er zum Beispiel für die Herstellung von Mörtel, Putz oder Farben verwendet.
Weitere Anwendungsgebiete von Calcium sind hier aufgelistet:
Calcium hat eine wichtige Funktion und Bedeutung bei der technischen Herstellung von bestimmten Metallen aus ihren Oxiden. Es fungiert dabei als Reduktionsmittel.
Calcium ist auch ein Legierungsmetall. Man stellt Legierungen mit Aluminium, Beryllium, Kupfer, Blei und Magnesium her.
Auch Stahl wird mithilfe von Calcium hergestellt. In diesem Prozess kommt Calciumcarbonat als Verschlackungsmittel zum Einsatz.
Calciumsulfat ist ein wichtiger Baustoff. In Form von Calciumchlorid ist Calcium in Taumitteln, Trocknungsmitteln und Abbindebeschleunigern enthalten.
Calciumcarbonat wird in Kunststoffen als Füllstoff eingesetzt.
Dieses Video
In diesem Video werden das Element Calcium, seine Reaktionen und Verbindungen einfach erklärt. Du erfährst etwas über die Geschichte von Calcium und du findest heraus, wer dieses Element entdeckt hat. Außerdem lernst du, für was Calcium gut ist und wo Calcium drin ist.
Nach dem Betrachten des Videos hast du die Möglichkeit, Arbeitsblätter zum Thema zu bearbeiten. Viel Spaß!