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Calcium

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Die Autor*innen
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André Otto
Calcium
lernst du in der 8. Klasse - 9. Klasse

Grundlagen zum Thema Calcium

Inhalt

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 Schalenmodell, Calcium Element

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!

Transkript Calcium

Guten Tag und herzlich Willkommen. In diesem Video geht es um das chemische Element Calcium. Der Film gehört zur Reihe: Elemente. An Vorkenntnissen solltest Du wissen, was Basen, Säuren und Salze sind. Und gut mit ihnen umgehen können. Im Video sollst Du nähere Bekanntschaft mit dem chemischen Element Calcium schließen und seine Bedeutung kennenlernen. Der Film besteht aus zehn Abschnitten. Erstens: Entdeckung. Zweitens: Stellung im Periodensystem der Elemente. Drittens: Vorkommen. Viertens: Eigenschaften. Fünftens: Herstellung. Sechstens: Reaktionen. Siebtens: Das Metall. Achtens: Wichtige Verbindungen. Neuntens: Biologische Bedeutung. Und Zehntens: Zusammenfassung. Erstens: Entdeckung. Verbindungen des Calciums sind schon seit langer Zeit bekannt. Die antiken Römer sagten "calx". Sie meinten damit sowohl Kalkstein, Kreide als auch Mörtel. Die Entdeckung des elementaren Calciums gelang dem englischen Naturforscher Humphry Davy, im Jahre 1808. Zweitens: Stellung im Periodensystem der Elemente. Im Periodensystem der Elemente befindet sich das Calcium an dieser Stelle. Es gehört zur Gruppe der Erdalkalimetalle. Klar, dass es sich damit um ein Metall handelt. Das chemische Symbol für das Element Calcium lautet "Ca". Seine Oxidationszahl ist durchgängig Zwei. Es ist ja ein Element der zweiten Hauptgruppe des PSE. Von der Oxidationszahl eins wurde unlängst berichtet. Es ist aber die große, große Ausnahme. Um zu zeigen, dass es positive Oxidationszahlen sind schreibe ich noch die Plus-Zeichen davor. Drittens: Vorkommen. 3,39 Prozent der Erdkruste werden vom chemischen Element Calcium ausgefüllt. Damit belegt es Platz Fünf unter den chemischen Elementen. An den Mineralen wären drei wichtig zu nennen: Gips: Das ist Calciumsulfat mit zwei Molekülen Kristallwasser. Calci. Das ist Calciumcarbonat: CaCO3. Dolomit: Das man formal als Gemisch von Calciumcarbonat und Magnesiumcarbonat auffassen kann. Ganze Gebirgszüge, wie die Kalkalpen oder die Dolomiten enthalten große Mengen an Calcium. Auch im Salzwasser ist Calcium in gelöster Form enthalten. Viertens: Eigenschaften. Calcium ist ein Metall. Es ist silberweiß und glänzend. Calcium ist chemisch unedel. Es ist ein weiches Metall. Seine Mohshärte beträgt 1,75. Damit ist es härter als Natrium. Doch weicher als Blei. Natrium kann man mit dem Messer schneiden. Calcium und Blei jedoch nicht. Die Dichte des Metalls ist gering. 1,55 Gramm pro Kubikzentimeter. Damit liegt seine Dichte zwischen den Dichten von Natrium und Magnesium. Na klar, Calcium ist ein Leichtmetall. Es schmilzt jedoch relativ hoch bei 842 Grad Celsius. Es schmilzt damit höher als Aluminium und niedriger als Silber. Fünftens: Herstellung. Die moderne Herstellung erfolgt durch Reduktion von Calciumoxid mit Aluminium. In der Formelgleichung reagieren drei Moleküle Calciumoxid mit zwei Atomen Aluminium zu einem Molekül Aluminiumoxid und drei Atomen Calcium. Calciumoxid und Aluminium reagieren zu Aluminiumoxid und Calcium. Es ist schwer das chemische Gleichgewicht der Reaktion nach rechts zu verschieben. Man kann das tun, indem man Calcium dem Reaktionsgemisch durch Destillation entzieht. Sechstens: Reaktionen. Wir haben bereits gehört, dass Calcium ein unedles Metall ist. Damit geht Calcium Reaktionen mit verschiedenen Elementen und Verbindungen ein. Calcium reagiert kräftig mit Wasser, wobei Calciumhydroxid und Wasserstoff entstehen. Klar, dass es dann auch mit Säuren reagiert. Wobei sich Salze und Wasserstoff bilden. Mit Salzsäure HCl entsteht Calciumchlorid CaCl2 und Wasserstoff wird frei. Als unedles Metall reagiert Calcium mit Sauerstoff. Es verbrennt gut und es bildet sich Calciumoxid. Alle Halogene reagieren explosionsartig bis sehr kräftig mit Calcium. Es entstehen dabei die Salze Calciumfluorid, Calciumchlorid, Calciumbromit oder Calciumiodit. Die Reaktion mit Wasserstoff ergibt Calciumhydird: CaH2. Mit Stickstoff bei extremen Bedingungen gelingt es, Calciumnitrit herzustellen: Ca3N2. Siebtens: Das Metall. Calcium ist ein Reduktionsmittel für die Herstellung verschiedener Metalle aus ihren Oxiden. Thorium, Vanadium, Zirkonium und Yttrium werden so hergestellt. Aus Zirkonium-4-Oxid erhält man so metallisches Zirkonium. Calcium ist ein Legierungsmetall. Man stellt Legierungen mit Aluminium, Beryllium, Kupfer, Blei und Magnesium her. Calcium dient der Herstellung von Calciumhydrid aus den Elementen. Ca + H2 reagieren zu CaH2. Achtens: Wichtige Verbindungen. Die wohl wichtigste Calciumverbindung ist Kalkstein: Calciumcarbonat: CaCo3. Es dient der Stahlherstellung. Es ist hier ein Verschlackungsmittel. Aus Kalkstein stellt man Branntkalk her. Calciumcarbonat liefert bei etwa 1000 Grad Celsius CaO: Branntkalk und Kohlenstoffdioxid CO2 wird frei. Bei Kunststoffen dient Kalkstein als Füllstoff. Und auch bei der Herstellung von holzfreiem Papier besitzt er die Funktion eines Füllstoffes. Auch Gips ist eine wichtige Calciumverbindung. Es handelt sich hier um Calciumsulfat. Ein Calciumsulfatmolekül CaSO4 enthält zwei Moleküle H2O Kristallwasser. Gips ist ein wichtiger Baustoff. Und schließlich Calciumchlorid. Calciumchlorid ist ein Taumittel zum Beseitigen von Eis auf Gehwegen. Es ist ein Trocknungsmittel zum Trocknen von Lösungsmitteln, zum Beispiel von Ether. Außerdem wird es als Abbindebeschleuniger eingesetzt. Es bindet das beim Abbinden entstehende Wasser. Neuntens: Biologische Bedeutung. Calcium als Metall hat natürlich keine biologische Bedeutung. Viel eher Ca2+. Calcium-Ionen benötigt man für die Bildung der Knochen und der Zähne. Für einwandfreies Funktionieren benötigen die Muskeln Calcium-Ionen. Und auch die Nerventätigkeit ist ohne Calcium-Ionen unmöglich. Der Tagesbedarf von Calcium-Ionen wird verschieden empfohlen. 200 Milligramm für Babys sind glaube ich ein guter Richtwert. Und auch die Obergrenze von 1500 Milligramm für Senioren ist gut gewählt. Alle übrigen Konsumenten liegen dazwischen. Hier nun einige Calciumreiche Lebensmittel. Die Angaben sind in Milligramm pro 100 Gramm. Haselnüsse: 200 bis 250. Hartkäse: 1100 bis 1300. Getrocknete Feigen: 250. Grünkohl: 200 bis 250. Brokkoli: 100 bis 150. Milch: 100 bis 150. Mineralwasser bis etwa 500. Das sind dann aber schon Heilwässer. Das Wasser, was ich trinke, hat einen Wert von sieben. Zehntens: Zusammenfassung. Das unedle Metall Calcium ist von großer wirtschaftlicher Bedeutung vor allem in seinen Verbindungen. Calcium-Ionen sind für den Ablauf der Lebensprozesse essentiell. Ich danke für eure Aufmerksamkeit. Ich wünsche euch alles Gute. Tschüss!

3 Kommentare

3 Kommentare
  1. Es war sehr hilfreich für das Referat mit meiner Freundin über Calcium!😀👭

    Von Christian Mauch, vor 12 Monaten
  2. @Amram,

    es gab in der Vergangenheit ein Paar Probleme mit bestimmten Firefox Varianten. Bitte upgrade zur aktuellen Version, sollte dies das Problem nicht beheben, melde dich wieder.

    Von Karsten S., vor mehr als 6 Jahren
  3. Hallo
    Video funktioniert leider nicht :(
    Grüsse
    Iris Amram

    Von Iris A., vor mehr als 6 Jahren
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