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Calcium - Chemie

Chemie und Physik des chemischen Elements Calcium.



Calcium Chemie

Calcium ist ein chemisches Element aus der Gruppe der Erdalkalimetalle mit dem Elementsymbol Ca und der Ordnungszahl 20. Die frisch angeschnittene Oberfläche der metalls glänzt silberweiß und läuft an der Luft schnell an.

 

Übersicht: Allgemeine Daten zum Calcium

Bezeichnung:Calcium Andere Namen:Kalzium Symbol:Ca Ordnungszahl:20 Atommasse:40,078(4) u Periodensystem-Stellung:4. Periode, 2. Gruppe, 2 Hauptgruppe, s-Block. Gruppen-Zugehörigkeit:Erdalkalimetalle. Entdeckung:1808 - Humphry Davy. Bedeutung des Namens:Lateinisch Calx = Kalk, Kalkstein, Kreide. Englischer Name:Calcium CAS-Nummer:7440-70-2 InChI-Key:OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N

 

Das Calcium-Atom

Identifikations-Merkmal für das Ca-Atom - und somit für das Element Calcium - ist das Vorhandensein von 20 Protonen im Atomkern; man nennt diese Zahl Kernladungszahl oder Protonenzahl und sie entspricht der Ordnungszahl, die wiederum die Stellung des Calciums im Atomkern bestimmt. Im ungeladenen und damit elektrisch neutralen Ca-Atom befinden sich zudem 20 Elektronen in der Elektronhülle.

Für Unterschiede bei den Calcium-Atomkernen bei gleichbleibender Kernladungszahl sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Calcium-Isotope bzw. Calcium-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Die irdischen Calcium-Vorkommen bestehen aus einem Gemisch aus 7 Nukliden unterschiedlicher Masse; die relative Atommasse wird daher mit 40,078(4) u angegeben.

 

Elektronenkonfiguration

SymbolOZKurzform1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f
Ca20[Ar] 4s2 226262

 

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE des Calciums auf, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Ca-Atom zu trennen.

1. IE: 6,11316 eV2. IE: 11,87172 eV3. IE: 50,9135 eV4. IE: 67,27 eV5. IE: 84,50 eV6. IE: 108,78 eV
7. IE: 127,2 eV8. IE: 147,24 eV9. IE: 188,54 eV10. IE: 211,277 eV11. IE: 591,9 eV12. IE: 657,2 eV
13. IE: 726,6 eV14. IE: 817,6 eV15. IE: 894,5 eV16. IE: 974 eV17. IE: 1087 eV18. IE: 1157,8 eV
19. IE: 5128,8 eV20. IE: 5469,9 eV21. IE: eV22. IE: eV23. IE: eV24. IE: eV

 

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Calcium-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

KLILIILIII
1s2s2p1/22p3/2
4038,5438,4349,7346,2

 

MIMIIMIIIMIVMV
3s3p1/23p3/23d3/23d5/2
44,3 25,425,4

 

Weitere Daten

Atomradius:194 pm (berechnet)
180 pm (empirisch, nach Slater)
Kovalente Radien:176(10) pm (nach Cordero et al.)
171 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
147 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
133 pm (in Dreifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
Van-der-Waals-Radius:200 pm Molvolumen:26,20 cm3 mol-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ωK: 0,169; ωL1: 0,00031; ωL2: 0,00033; ωL3: 0,00033 Coster-Kronig-Übergänge:F12: 0,31; F13: 0,61; F23: Austrittsarbeit:2,87 eV

 

Spektrallinien des Calciums

Emissionsspektrum des Cacliums mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm. Besonders gut sichtbar sind die beiden Hauptlinien bei 622,0 und 553,3 nm. Calcium und seine Verbindungen können an Hand dieser scharfen Linien mittels Flammenphotometrie nachgewiesen werden. Die Flammprobe ergibt eine ziegelrote Flamenfärbung in Anwesenheit von Ca.

Calcium-Spektrallinien

 

 

Chemie des Calciums

Calcium zeigt sich als typisches Erdalkalimetall, dessen chemisches Verhalten von den beiden Valenzelektronen bestimmt wird; es tritt fast ausschließlich in der Oxidationsstufe +II auf. Mit den Luftbestandteilen Sauerstoff und Stickstoff reagiert das blanke Metall bald zu einem Gemisch aus Calciumoxid CaO und Calciumnitrid Ca3N2; letztere Substanz reagiert in Gegenwart von Luftfeuchtigkeit weiter zu Calciumhydroxid Ca(OH)2 und Ammoniak NH3.

Calcium in Stücken ist weniger reaktiv als in fein verteilter Form; feines Calcium oder -Staub verbrennt spontan an der Luft.

Mit Wasser reagiert das unedle Metall rasch unter Bildung von Calciumhydroxid und unter Abgabe von Wasserstoff - schneller als das leichtere Magnesium und als Strontium.

 

Chemische Daten

Elektronegativität:1,00 nach Pauling
1,04 nach Allred-Rochow
1,034 nach Allen
1,06 nach Sanderson
2,6965 eV nach Gosh-Gupta
2,2 eV nach Pearson
Elektronaffinität:0,024 55(1) eV bzw. 2,37(1) kJ mol-1Oxidationsstufen:+2 (+1)

 

Standardpotentiale

E0 (V)NoxName Ox.Ox.e-Red.Name Red.Nox
-2,868+ IICalcium-KationCa2++ 2 e-Ca (s)Calcium0

 

Material- und physikalische Eigenschaften des Calciums

Die nachfolgende Tabelle führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Calcium-Metalls auf.

Schmelzpunkt:842 °C Schmelzenthalpie (molar):8,54 kJ mol-1 Siedepunkt:1484 °C Verdampfungsenthalpie:149,95 kJ mol-1 Wärmekapazität:25,929 J mol-1 K-1 (molar)
0,647 J g-1 K-1 (spezifisch)
Debye-Temperatur:229 K Thermische Leitfähigkeit:201 W m-1 K-1 Wärmeausdehnung:22,3 μm m-1 K-1 bei 25 °C Elektrische Leitfähigkeit:29,4 × 106 A V-1 m-1 Elektrischer Widerstand:33,6 nΩ × m bei 20 °C Dichte:1,55 g cm-3
1,378 g cm-3 (flüssig, am Schmelzpunkt)
Elastizitätsmodul:19,6 GPa, α-Ca (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):15,2 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,0658 GPa-1 300 K Poisson-Zahl:0,31 (Querdehnzahl, dimensionslos) Kristallstruktur:kubisch flächenzentriert Härte:nach Mohs: 1,5
nach Brinell: 0,167 GPa
nach Brinell (neu): 0,416 GPa
Magnetismus:paramagnetisch Magnetische Suszeptibilität:1,9 × 10-5 cm3 mol-1 Schallgeschwindigkeit:3810 m s-1 bei Raumtemperatur

 

Oberhalb von 450 °C ordnen sich die Ca-Atome hexagonal dicht an.

 

Externe Informationsangebote

Es folgt eine Übersicht mit externen Informationen zur Chemie des Calciums und speziellen Themen, für deren Inhalte die jeweiligen Seitenbetreiber verantwortlich sind.



Gruppenelemente - Informationen

Element-Halogen-Verbindungen der 2. Periode
Vortragsskript. Universität Bayreuth

Erdalkalimetalle
Gruppeneigenschaften. FH Münster - Format: PDF

Erdalkalimetalle
Vorlesungsmaterialien: Chemie der Metalle. Universität Freiburg

Erdalkalimetalle
Vorlesungsmaterialien: Nachweis; Vorkommen und Darstellung; Chemisches Verhalten; Hydride; Halogenide; Oxide; Salze von Oxosäuren; Grignardverbindungen; Carbide und Nitride; Anwendungen etc.. ETH Zürich

Gruppeneigenschaften der 2. Hauptgruppe
Zur Chemie der Erdalkalimetalle



Einzelne Verbindungen

Calcium-Chemikalien
Chemikalien-Datenbank: physikalische und chemische Eigenschaften, Sicherheitsdatenblätter, kommerziell verfügbaren Stoffen und Verbindungen; verschiedene Suchkriterien einschließlich Struktursuche



Analyse und Bestimmung

Calcium Analyse
Skript zur qualitativen anorganischen Analyse. Universität Köln - Format: PDF

Calcium Nachweis
Skript zur Qualitativen Anorganischen Analyse. Universität Münster - Format: PDF

Calcium Nachweis
Qualitative Analyse - Identifizierung von Elementen



Geochemie und Biogeochemie

Calciumhaltige Minerale
Informationen zum Calcium und den Calciummineralien. Mineralien Atlas



Newsarchiv


Die erste Calcium(I)-Verbindung
Mit Calcium Unmögliches möglich gemacht

Chemiker der Universität Jena stellen erstmals einwertige Calcium-Verbindung her.
Abbildung: Modell der ersten einwertigen Calcium-Verbindung [Bildquelle: Matthias Westerhausen/FSU]




Neues zur Kristallisation von Kalk
Calciumcarbonat kristallisiert anders als bislang gedacht ...

 


Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 04.03.2019.



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