Wapń |
|
| Wapń |
Wapń |
Dane ogólne |
Nazwa, symbol,
l.a.
| Wapń, Ca, 20 |
Grupa, okres, blok |
2
, 4,
s
|
Właściwości metaliczne |
metal ziem alkalicznych
|
|
|
|
Najbardziej stabilne izotopy |
---|
izotop
| wyst. |
o.p.r.
|
s.r.
|
e.r.
MeV
|
p.r.
|
---|
40Ca | 96,941% | stabilny izotop z 20
neutronami
| 41Ca |
{syn.}
| 1,03×105
lat
|
w.e.
| 0,421 | 41
K
| 42Ca | 0,647% | stabilny izotop z 22
neutronami
| 43Ca | 0,135% | stabilny izotop z 23
neutronami
| 44Ca | 2,086% | stabilny izotop z 24
neutronami
| 46Ca | 0,004% | stabilny izotop z 26
neutronami
| 48Ca | 0,187% | >4,3×1019
lat
|
β-β-
| 4,272 | 48
Ti
|
|
|
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
|
Wapń (Ca,
łac.
calcium) - nazwa ta pochodzi od łacińskiego rzeczownika calx - wapno, co oznacza więc "metal z wapna",
pierwiastek chemiczny
z grupy
metali ziem alkalicznych
w
układzie okresowym
.
Charakterystyka
Wapń to srebrzystobiały,
kowalny
metal
. Na powietrzu szybko pokrywa się warstwą
tlenku
CaO, musi więc być przechowywany w nafcie, podobnie jak
sód
i
potas
. Metaliczny wapń ma
twardość
zbliżoną do ołowiu, można kroić go nożem, jednak dodany do innych miękkich metali znacznie zwiększa ich twardość.
Potencjał standardowy
układu Ca2+/Ca wynosi -2.86 V. Wapń reaguje z
wodą
i z rozcieńczonymi kwasami nieorganicznymi (
solnym
,
azotowym(V)
, trudniej w
siarkowym(VI)
- słabo rozpuszczalny CaSO4) oraz organicznymi (np.
octowym
), przy czym reakcje z kwasami są bardziej burzliwe.
Najważniejsze związki wapnia to
tlenek wapnia
,
nadtlenek wapnia
,
wodorotlenek wapnia
oraz wiele soli, na przykład
węglan wapnia
,
azotan wapnia
czy
węglik wapnia
.
Kationy Ca2+ należą do
IV grupy kationów
i barwią płomień na kolor ceglastoczerwony.
Występowanie
Wapń występuje na górnych warstwach Ziemi w ilości 3,54%. Główne minerały i skały to
kalcyt
,
aragonit
,
marmury
,
kreda
,
wapienie
,
gips
,
anhydryt
,
dolomit
,
fluoryt
,
apatyt
oraz wiele
krzemianów
.
Izotopy
stabilne wapnia to 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca i 48Ca.
Odkrycie
Wapń i jego związki znane były od starożytności.
Antoine Lavoisier
już w 1789 domyślał się, że w wapnie znajduje się jakiś pierwiastek metaliczny, ale za jego czasów nie znano metody na jego wydzielenie. Dopiero
Humphry Davy
w
1808
r. wyizolował go w stanie czystym i udowodnił analitycznie, że jest pierwiastkiem. Davy zwilżył wapno, dodał do niego nieco tlenku rtęciowego i uformował w miseczkę, którą umieścił na blaszce
platynowej
stanowiącej
anodę
. Miseczkę napełnił
rtęcią
, do której zanurzył drucik platynowy -
katodę
, na której wydzielił się metal. Po odparowaniu rtęci pozostał srebrzysty metal (wapń). Nową, prostszą metodę zastosował
Michael Faraday
. Poddawał mianowicie elektrolizie suchy stopiony
chlorek wapnia
CaCl2. Na katodzie wydzielał się wprawdzie metaliczny wapń, ale ponieważ jest on lżejszy od stopionego chlorku wapniowego, wypływał na powierzchnię cieczy i spalał się. Dopiero po usunięciu tej trudności,
Robert Bunsen
i Mathiessen w 1854-1855 otrzymali tą metodą pewne ilości czystego wapnia. Stosunkowo bardzo czysty wapń otrzymał
Henri Moissan
w 1898 przez elektrolizę stopionego jodku wapniowego.
Nomenklatura polska
Jędrzej Śniadecki
w III wydaniu Początków chemii omawiany pierwiastek nazywał "wapnianem", tak samo
Ignacy Fonberg
. Inni chemicy proponowali inne nazwy. Krzyżanowski pisał "wapien" i "wapień", Radwański "wapniak",
Filip Walter
zaś "kalcyum" i dodatkowo (1844) "kalc". Zdzitowiecki "calcium". W Projekcie warszawskim pojawia się nazwa "wapen". Ostatecznie
Emilian Czyrniański
nadał pierwiastkowi krótszą nazwę "wapń".
Otrzymywanie
Obecnie metaliczny wapń jest otrzymywany przeważnie ulepszoną metodą Faradaya, czyli przez
elektrolizę
stopionego
chlorku wapnia
(także
fluorku
) lub poprzez
prażenie
tlenku wapnia
z
glinem
bez dostępu powietrza[1]:
- 3CaO + 2Al → Al2O3 + 3Ca
Zastosowanie
Metaliczny wapń ma ograniczone zastosowanie jako środek zabezpieczający przed utlenieniem, np. przy produkcji
miedzi
,
stali
i
niklu
, z których usuwa jednocześnie
siarkę
. Służy też do oczyszczania i osuszania
ropy
,
benzyny
,
alkoholi
,
gazów szlachetnych
i in. Używany jest także do
redukcji
tlenków uranu
,
toru
,
metali ziem rzadkich
i in. do postaci metalicznej.
Zastosowanie związków wapnia:
Wapń wchodzi w skład
kości
oraz niektórych rodzajów
ścian komórkowych
.
Całkowita zawartość wapnia w organizmie człowieka wynosi 1,4-1,66% masy ciała, z czego 99% występuje w postaci związanej w kościach (
hydroksyapatyty
), natomiast pozostała część występuje w postaci zjonizowanej w płynie śródkomórkowym oraz pozakomórkowym i pełni szereg ważnych funkcji:
- aktywator
enzymatyczny
- przekaźnik wtórny - kinazy białkowe
- przewodzenie impulsów bioelektrycznych
- udział w krzepnięciu krwi
- udział w skurczu mięśni szkieletowych, gładkich i mięśnia sercowego
- udział w reakcjach zapalenia, regeneracji i proliferacji
- udział w wydzielaniu
hormonów
i
neurotransmiterów
oraz gruczołów zewnątrzwydzielniczych
- obniża stopień uwodnienia koloidów komórkowych
Poziom wapnia w surowicy krwi zależy od:
- ilości wapnia w pożywieniu
- stopnia wchłaniania wapnia w przewodzie pokarmowym
- stopnia wydalania wapnia z
moczem
Główne hormony wpływające na homeostazę wapnia to:
parathormon
,
kalcytonina
i
1α,25(OH)2-witamina D
.
Zalecane dzienne spożycie wapnia wynosi[2]:
- dla dzieci i młodzieży – 1200 mg
- dla dorosłych – 800 mg
- dla osób starszych – 600 mg
- dla kobiet ciężarnych – 1400 mg
- dla kobiet karmiących – 2000 mg
Zmniejszenie stężenia wapnia w surowicy krwi nazywa się
hipokalcemią
. Skutkiem hipokalcemii jest nadmierna pobudliwość mięśni do skurczu (tężyczka - jawna lub utajona), zaburzenia
krzepnięcia krwi
, zaburzenia rytmu serca oraz
niedociśnienie tętnicze
.
Mechanizmy homeostatyczne starają się przywrócić prawidłowy poziom wapnia w surowicy krwi przesuwając go z puli rezerwowej, a jeśli to nie wystarcza lub magazyny ulegają wyczerpaniu - z kośćca.
Jedną z przyczyn
osteoporozy
może być niedobór wapnia.
Wapń jest także niezbędnym składnikiem komórek roślin. Jego niedobór powodować może
suchą wierzchołkową zgniliznę owoców pomidora
. Inne objawy niedoboru u roślin:
- rozkład błon plazmatycznych
- nieprawidłowy wzrost
- martwica organów roślinnych
Bibliografia
Źródła drukowane
- Jerzy Minczewski, Zygmunt Marczenko Chemia analityczna - 1 podstawy teoretyczne i analiza jakościowa (Wydawnictwo Naukowe PWN) Warszawa 2001
Przypisy
- ↑
Włodzimierz Trzebiatowski
Chemia nieorganiczna, wyd. VIII, s. 399,
PWN
, Warszawa 1978
- ↑ Ewa Superczyńska, Melania Żylińska-Kaczmarek: Zasady żywienia. REA. .