|  | ||||||
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)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
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.
NAAMDe 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 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.
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.
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.
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 → Al2O3 +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.
Bereiding metalen
Met calciummetaal als reductiemiddel worden onder meer de metalen thorium, zirkonium, uraan, vanadium en diverse zeldzame aarden uit hun verbindingen vrijgemaakt, bijvoorbeeld:
UF4 + 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 + 2 H2SO4 → Ca(H2PO4)2 + 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).
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)2 drinkwaterzuivering CaSO3 droogmiddel calciumzepen, o.a. -stearaat droogmiddel voor gassen CaCl2 CaO CaH2 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)2 calciumascorbaat regeling van de bloedspiegel calciumgluconaat, {HOH2C-(CHOH)4-COO}2Ca stelpen van bloedingen CaCl2 glas CaSiO3 CaCO3 Ca(OH)2 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)2 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 .