Kalcij i spojevi kalcija

Kalcij je najzastupljeniji metal u ljudskom organizmu. Na njega otpada 1,5 do 2 % ukupne mase tijela. Približno 99 % kalcija nalazi se u kostima i zubima, odakle se crpi ako ga nema dovoljno u krvi. Posljedica je smanjenje koštane mase – osteoporoza, što može uzrokovati lomove kostiju. Najkvalitetniji izvori kalcija su: mlijeko i mliječni proizvodi, kelj, špinat, sardine, bademi i čokolada.

• Prouči sastav na naljepnici boce mineralne vode.
• Koje metale iz druge skupine periodnoga sustava nalazimo u toj vodi?
• Zašto su prikazani kao ioni?
• Zalijepi jednu od naljepnica u bilježnicu.

Jedan od njih je kalcij – metal srebrnastosive boje i metalna sjaja. Relativno je mekan, dobro provodi električnu struju. Reaktivan je te ga u prirodi nalazimo samo u spojevima. Upoznajmo njegova kemijska svojstva.

Kalcij gori ciglastocrvenim plamenom. Pritom nastaje bijeli prah – kalcijev oksid ili živo vapno (CaO):

[latex]2\text{Ca(s)}+\text{O}_2\text{(g)}\longrightarrow2\text{CaO(s)}[/latex]

Kalcij reagira s vodom, pri čemu se oslobađaju mjehurići plina. Prinesemo li mjehurićima zapaljenu žigicu, začuje se slabi prasak. Zbog čega se začuo prasak? Koji se plin oslobađa reakcijom kalcija s vodom? Odgovor potraži u jednadžbi reakcije:

[latex]\text{Ca(s)}+\text{2H}_2\text{O(l)}\longrightarrow\text{Ca(OH)}_2\text{(aq)}+ \text{H}_2\text{(g)}[/latex].

Kalcijev hidroksid još nazivamo gašeno vapno jer nastaje reakcijom živog vapna s vodom.

[latex]\text{CaO(s)}+\text{H}_2\text{O(l)}\longrightarrow\text{Ca(OH)}_2\text{(s)}[/latex]

Kalcijev hidroksid je tvar bijele boje. Djelomično se otapa u vodi, a razmuti li se u vodi nastaje smjesa bijele boje – vapneno mlijeko.

Filtracijom vapnena mlijeka dobije se bistri filtrat – kalcijeva lužina ili vapnena voda koja služi kao reagens za dokazivanje ugljikova(IV) oksida. Uvodi li se ugljikov(IV) oksid u bistru vapnenu vodu ona se zamuti, jer reakcijom s ugljikovim(IV) oksidom nastaje u vodi netopljiv vapnenac:

[latex]\text{Ca(OH)}_2\text{(aq)}+\text{CO}_2\text{(g)}\longrightarrow\text{CaCO}_3\text{(s)}+\text{H}_2\text{O(l)} [/latex]

Metali i oksidi metala 1. i 2. skupine s vodom grade hidrokside. Hidroksidi su ionski spojevi koji sadrže jednu ili više hidroksidnih (OH^–) skupina.

Alkalijski metali su jednovalentni, pa njihovi hidroksidi imaju jednu hidroksidnu skupinu, (OH^–)  npr. LiOH, NaOH, KOH.

Zemnoalkalijski metali su dvovalentni, pa njihovi hidroksidi imaju dvije hidroksidne skupine, npr. Mg(OH)₂, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂.

Vodene otopine hidroksida u vodi zovemo lužinama. Što je u otopini veći broj slobodnih hidroksidnih iona to je ona jača lužina. Lužine u dodiru s kožom stvaraju opekline pa moramo biti oprezni u radu s njima.

Lužnatost kalcijeve lužine možemo dokazati indikatorima. Crveni lakmusov papir u lužini poplavi, a bezbojna otopina fenolftaleina promijeni boju u crvenoljubičastu.

Kalcijev oksid koristi se u proizvodnji papira i stakla. Vapneno mlijeko služi za pripremu žbuke, a radi dezinfekcijskoga se djelovanja koristi i za bijeljenje zidova. Smjesa gašenoga vapna, pijeska i vode građevni je vezivni materijal – vapnena žbuka. Postupnim sušenjem na zraku žbuka se stvrdne, jer se kalcijev hidroksid spaja s ugljikovim(IV) oksidom iz zraka pa nastaju kalcijev karbonat i voda.

U prirodi kalcijevi spojevi sudjeluju u nastajanju prekrasnih špiljskih ukrasa – siga. Objasnit ćemo kako one nastaju. Neke prirodne vode su slabo kisele, jer otapanjem ugljikova(IV) oksida iz zraka nastaje slaba ugljična kiselina u kojoj se mogu djelomično otopiti i vapnenačke stijene. Naime, reakcijom vapnenca s blago kiselom vodom nastaje u vodi topljiv kalcijev hidrogenkarbonat:

[latex]\ce{CaCO_3(s) + H_2O(l) + CO_2(aq)->Ca(HCO_3)_2(aq)}[/latex]

Raspitajte se o špiljama u svom kraju! Ako možete, posjetite u pratnji roditelja neke od njih.

Kad otopina kalcijeva hidrogenkarbonata u tankom sloju prelazi preko postojećih siga, voda hlapi, oslobađa se ugljikov(IV) oksid, a zaostali kalcijev karbonat se taloži i sige rastu:

[latex]\ce{Ca(HCO_3)_2(aq) -> CaCO_3(s) + H_2O(l) + CO_2(g)}[/latex]

Takva se reakcija zbiva i pri kuhanju vode, pa se na dnu posude taloži kamenac – kamen kotlovac (npr. u perilicama za posuđe i rublje, bojlerima, na slavinama za vodu).