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 Periodensystem 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

Symbol

Kurzform

[Ar] 4s²

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 eV	2. IE:	11,87172 eV	3. IE:	50,9135 eV	4. IE:	67,27 eV	5. IE:	84,50 eV	6. IE:	108,78 eV
7. IE:	127,2 eV	8. IE:	147,24 eV	9. IE:	188,54 eV	10. IE:	211,277 eV	11. IE:	591,9 eV	12. IE:	657,2 eV
13. IE:	726,6 eV	14. IE:	817,6 eV	15. IE:	894,5 eV	16. IE:	974 eV	17. IE:	1087 eV	18. IE:	1157,8 eV
19. IE:	5128,8 eV	20. IE:	5469,9 eV	21. IE:	eV	22. IE:	eV	23. IE:	eV	24. 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.

K	LI	LII	LIII
1s	2s	2p_1/2	2p_3/2
4038,5	438,4	349,7	346,2

MI	MII	MIII	MIV	MV
3s	3p_1/2	3p_3/2	3d_3/2	3d_5/2
44,3	25,4	25,4

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:ω_K: 0,169; ω_L1: 0,00031; ω_L2: 0,00033; ω_L3: 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.

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 langsamer 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 PearsonElektronaffinität:0,024 55(1) eV bzw. 2,37(1) kJ mol^-1Oxidationsstufen:+2 (+1)

Standardpotentiale

Normalpotential des Calciums:

E⁰ (V)	N_ox	Name Ox.	Ox.	e^-	⇔	Red.	Name Red.	N_ox
-2,868	+ II	Calcium-Kation	Ca²⁺	+ 2 e^-	⇔	Ca (s)	Calcium	0

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 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 Standard-Bildungsenthalpie:0,0 kJ mol^-1 (Feststoff, Kristall)
177,8 kJ mol^-1 (gasförmig) Gibbs Freie Enthalpie:144,0 kJ mol^-1 (gasförmig) Molare Standard-Entropie:41,6 J mol^-1 K^-1 (Feststoff, Kristall)
154,9 J mol^-1 K^-1 (gasförmig)

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

Externe Informationsangebote

Gruppenelemente - Informationen

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

Erdalkalimetalle
Gruppeneigenschaften. FH Münster - Format: PDF

Erdalkalimetalle
Vorlesungsmaterialien: Chemie der Metalle. Universität Freiburg

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

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Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 31.01.2020.

Permalink: https://www.internetchemie.info/chemische-elemente/calcium.php