Wapń

Ten artykuł wymaga uzupełnienia źródeł podanych informacji. Aby uczynić go weryfikowalnym, należy podać przypisy do materiałów opublikowanych w wiarygodnych źródłach.

K - Ca - Sc   Mg Ca Sr       Układ okresowy
Dane ogólne
Nazwa, symbol, l.a.*	Wapń, Ca, 20
Własności metaliczne	metal ziem alkalicznych
Grupa, okres, blok	2 (IIA), 4, s
Gęstość, twardość	1550 kg/m3, 1,75
Wygląd
Kolor	srebrzystobiały
Własności atomowe
Masa atomowa	40,078 u
Promień atomowy (obl.)	180 (194) pm
Promień kowalencyjny	174 pm
Promień van der Waalsa	bd
Konfiguracja elektronowa	[Ar]4s²
e- na poziom energetyczny	2, 8, 8, 2
Stopień utlenienia	2
Własności kwasowe tlenków	silnie zasadowe
Struktura krystaliczna	regularna ściennie centrowana
Własności fizyczne
Stan skupienia	stały
Temperatura topnienia	1115 K (842 °C)
Temperatura wrzenia	1757 K (1484°C)
Objętość molowa	26,20×10-6 m³/mol
Ciepło parowania	153,6 kJ/mol
Ciepło topnienia	8,54 kJ/mol
Ciśnienie pary nasyconej	254 Pa (1112 K)
Prędkość dźwięku	3810 m/s (293,15 K)
Pozostałe dane
Elektroujemność	1,00 (Pauling) 1,04 (Allred)
Ciepło właściwe	632 J/(kg*K)
Przewodność właściwa	29,8×106 S/m
Przewodność cieplna	201 W/(m*K)
I Potencjał jonizacyjny	589,8 kJ/mol
II Potencjał jonizacyjny	1145,4 kJ/mol
III Potencjał jonizacyjny	4912,4 kJ/mol
IV Potencjał jonizacyjny	6491 kJ/mol
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 41K 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% >6×1018 lat β- 4,272 48Sc
Tam, gdzie nie jest zaznaczone inaczej, użyte są jednostki SI i warunki normalne.
*Wyjaśnienie skrótów: l.a.=liczba atomowa wyst.=występowanie w przyrodzie, o.p.r.=okres połowicznego rozpadu, s.r.=sposób rozpadu, e.r.=energia rozpadu, p.r.=produkt rozpadu, w.e.=wychwyt elektronu

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.

Spis treści 1 Charakterystyka 2 Występowanie 3 Odkrycie 4 Nomenklatura polska 5 Otrzymywanie 6 Zastosowanie 7 Znaczenie biologiczne 8 Bibliografia 8.1 Źródła drukowane

[edytuj] 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.

[edytuj] Występowanie

Wapń występuje na górnych warstwach Ziemi w ilości 3,54%. Główne minerały 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.

[edytuj] 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.

[edytuj] 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".

[edytuj] Otrzymywanie

Obecnie metaliczny wapń jest otrzymywany przeważnie ulepszoną metodą Faradaya, czyli przez elektrolizę stopionego chlorku wapnia lub poprzez prażenie tlenku wapnia z glinem bez dostępu powietrza:

3CaO + 2Al → Al₂O₃ + 3Ca

[edytuj] 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:

• siarczan(VI) (gips - dwuwodny, anhydryt - bezwodny) - budownictwo, sztuka, usztywnianie kończyn przy urazach, nasycony roztwór wodny (woda gipsowa) służy do odróżniania wapnia od strontu i baru w toku analizy jakościowej
• azotan(V) - nawozy sztuczne
• węglik (karbid) - produkcja acetylenu
• cyjanamid - herbicyd, nawóz sztuczny
• chlorek - mieszaniny oziębiające, odladzanie dróg, bezwodny - osuszanie substancji
• tlenek (wapno palone) - budownictwo (tynki, zaprawy murarskie)
• wodorotlenek (wapno gaszone) - nasycony roztwór wodny (woda wapienna) służy do wykrywania dwutlenku węgla i węglanów

[edytuj] Znaczenie biologiczne

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
• second messenger - 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 w Polsce dzienne spożycie wapnia wynosi:

• dla dzieci i młodzieży do 24 roku życia - 1200 mg
• dla ludzi powyżej 24. roku życia - 900 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

[edytuj] Bibliografia

• Jerzy Minczewski, Zygmunt Marczenko Chemia analityczna - 1 podstawy teoretyczne i analiza jakościowa (Wydawnictwo Naukowe PWN) Warszawa 2001 ISBN 83-01-13499-2