История кальция, распространение, извлечение, использование и цены

Кальций (германизированный кальций) представляет собой химический элемент с символом Ca и атомным номером 20. В периодической таблице это во второй основной группе, или 2. Группа ИЮПАК и, следовательно, относится к щелочноземельным металлам. Орфографический кальций соответствует стандарту IUPAC и считается техническим.

Элементарный кальций - это блестящий серебристо-белый металл. С точки зрения массовой доли (мас.ч. / млн) он является пятым наиболее распространенным элементом после кислорода, кремния, алюминия и железа. Из-за его высокой реакционной способности он встречается только химически связанным как компонент минералов. К ним относятся z. Что касается кальцита, арагонита и доломита в известняке, мрамора и мела и гипса (сульфат кальция). Гидроксилапатит (фосфат кальция) является важным компонентом костей и зубов.

история

Название «Кальций» происходит от латинского calx. Так римляне называли известь, известняк, мел и раствор из извести (Baukalk).

Элементарный кальций впервые выиграл Humphry Davy 1808, выпарив ртуть из электролитической кальциевой амальгамы.

Вхождение

В окружающей среде кальций встречается только в связанной форме. Одним из исключений является, вероятно, разновидность флюорита («вонкспат»), в кристаллической решетке которой, вероятно, образовался коллоидный кальций в результате естественного радиоактивного излучения. Кальцийсодержащие минералы, такие как кальцит и гипс, присутствуют в больших количествах (например, в Альпах есть особенности известняка, связанные с горами - Северные известняковые Альпы и Южные известняковые Альпы).

Соединения кальция растворимы в воде, благодаря чему растворимость кальция в грунтовых водах в основном определяется избытком углекислоты (насыщение извести). Таким образом, вопрос о том, какое соединение кальция является стабильным в подземных водах, существенно зависит от рН подземных вод. Кальцит (Ca [CO3]) и гипс (Ca [SO4] · 2H2O) преобладают в качестве соединения кальция при средних и щелочных значениях pH. При низком pH кальций встречается в виде Ca2 + (альтернативный Ca ++).

Основным процессом поступления кальция в подземные воды является выветривание известковых пород, таких как известняк.

Как важнейший компонент живой материи, кальций участвует в создании листьев, костей, зубов и раковин. Помимо K + и Na + Ca2 + играет важную роль в передаче раздражителей в нервные и мышечные клетки. Но ионы кальция также играют важную роль в передаче сигнала в других клетках.

Свойства

Кальций мягче свинца, но его нельзя разрезать ножом. В воздухе все начинается быстро. Он бурно реагирует с водой с образованием гидроксида кальция и водорода. В воздухе он сгорает до оксида кальция и - слегка - нитрида кальция. Тонко распределенный кальций самовоспламеняется (пирофорный).

Кальций относится к щелочноземельным металлам. Он существует в химических соединениях почти исключительно в степени окисления + 2.

Производство

Металл получают в вакууме путем восстановления обожженной извести (оксида кальция) алюминиевым порошком при температуре 1200 ° C. Хотя алюминий имеет меньшую реакционную способность и энтальпию, чем кальций, поэтому баланс реакции

Хотя этот процесс почти полностью находится в левой части этого уравнения, этот производственный процесс работает, потому что полученный кальций постоянно испаряется при этой температуре и, таким образом, исчезает из равновесия. Очистка проводится путем перегонки кальция.

Использовать

Металлический кальций служит восстановителем в металлургии для производства таких металлов, как торий, ванадий, цирконий, иттрий и другие редкоземельные металлы, в качестве восстановителя в производстве стали и алюминия, в качестве легирующей добавки в алюминий, бериллий, медь, свинец. и магниевые сплавы и в качестве исходного материала для производства гидрида кальция.

Техническое использование кальция в основном в связанной форме.

Известняк (преимущественно карбонат кальция, CaCO3) и доломит (CaMg (CO3) 2) являются двумя наиболее важными сырьевыми материалами в современной промышленности:

Шлаковый агент при выплавке стали. Расход 0,5 тонн известняка на тонну стали
Исходный материал для производства быстрой извести
Мел в качестве наполнителя для пластмасс, например ПВХ. Целью является повышение жесткости и ударопрочности, а также уменьшение усадки. Также значительно увеличенная теплопроводность позволяет более высокие удары во время экструзии.
Мелкозернистый карбонат кальция служит наполнителем высококачественной бездревесной бумаги
Тонкоизмельченная известь или доломит используется в качестве удобрения извести в сельском и лесном хозяйстве или в качестве кормовой извести в животноводстве.

Сульфат кальция (гипс) используется в качестве строительного материала.

Карбид кальция используется в качестве сырья для химических синтезов и для производства удобрения из цианамида кальция и, в прошлом, для синтеза ацетилена (этина), поэтому карбид кальция более правильно называют ацетилидом кальция.

Хлорид кальция очень гигроскопичен. Поэтому он используется в качестве осушителя, противогололедной соли и в бетоне в качестве ускорителя схватывания.

доказательство

В дополнение к оранжево-красной пламенной окраске катионов кальция, кальция, стронция и бария обнаруживаются в растворе серной кислоты или сульфата аммония. Эта реакция обнаружения приводит к образованию белых нерастворимых в кислоте осадков. Даже с карбонатными, оксалатными и дихроматными анионами могут образовываться осадки различной степени растворимости. Их более детальное исследование затем позволяет различить катионы щелочноземельных металлов (см. Раздел «Разделение катионов и карбонат аммония»).

В рутинном анализе (клиническая химия, химия окружающей среды, химия воды) кальций количественно определяется до уровня следа с помощью пламенной фотометрии. Предел количественного определения 100 мкг / л. В более высоких концентрациях также возможно титрование с помощью EDTA против Eriochrome Black T. Для гравиметрического определения кальция его осаждают оксалатом и прокаливают при 600 ° C с получением взвешенной формы карбоната кальция.

preanalytics

Концентрация кальция определяется в рутинной лабораторной диагностике в крови и моче. Кальций является важным параметром в диагностике костного и кальциевого обмена. В качестве образца крови можно использовать как сыворотку, так и гепаринизированную плазму; Соответственно, концентрация кальция в крови кратко называется сывороточным кальцием или кальцием плазмы. В плазме следует отметить, что кальций-связывающий антикоагулянт (такой как цитрат или ЭДТА) не используется. Слишком продолжительный застой вены, прежде чем сбор крови может привести к неправильно повышенным значениям.

Аналитикa

Кальций связывается в крови с 50% в виде ионов Ca2 +, с 35% с белками (альбумин, глобулины) и с комплексом 15% (бикарбонат, лактат, цитрат, фосфат). Уровень кальция в сыворотке колеблется в узких пределах для нормального общего кальция от 2,2 до 2,6 ммоль / л (от 9 до 10,5 мг / дл) и для нормального ионизированного кальция от 1,1 до 1,4 ммоль / л (от 4,5 до 5,6 мг / дл). Биологические эффекты кальция определяются наличием свободных ионов кальция, поэтому ионизированный кальций имеет решающее значение.

Общая концентрация кальция (общий кальций) в крови зависит от концентрации альбумина и должна быть скорректирована соответствующим образом. Альтернативно, концентрация ионизированного кальция измеряется напрямую. Общий кальций в сыворотке крови определяется с помощью абсорбционной спектрометрии или пламенной атомно-эмиссионной спектрометрии. Физические свойства кальция эксплуатируются.

Ионизированный кальций определяют с помощью ионоселективных электродов.

Интерпретация

Концентрация кальция в организме чрезвычайно жестко контролируется. Повышенная концентрация кальция называется гиперкальциемией, пониженная концентрация кальция называется гипокальциемией. Конкретные причины и симптомы могут быть найдены там.

Точные значения зависят от метода измерения, поэтому референсное значение, указанное лабораторией, является решающим. У детей значения несколько выше, чем у взрослых.

Функции в организме человека

Кальций является количественным элементом (определение: элемент с более чем 50 мг на кг массы тела) и поэтому не относится к микроэлементам. С запасом тела от 1 до 1,1 кг, кальций является наиболее распространенным минералом в организме человека. 99% кальция в организме связывается в костях (более 90%) и зубах - богатое кальцием соединение гидроксиапатит (Ca5 (PO4) 3 (OH)) придает им стабильность и упругость. В то же время кости служат хранилищем кальция - в случае дефицита кальция часть его может быть выделена из костей и предоставлена ​​для других задач. Декальцификация кости, остеопороз, встречается в основном у пожилых людей. Повышенное потребление кальция, примерно до 1 г / день, способствует профилактике остеопороза (базовая терапия ДВО).

Внутри клеток кальций играет ключевую роль в возбуждении мышц и нервов, метаболизме гликогена, делении клеток и активации некоторых ферментов и гормонов. Как доказал Сецуро Эбаши впервые, только приток ионов кальция в мышечные клетки приводит к сокращению мускулатуры. Вне клеток кальций участвует в свертывании крови и поддержании клеточных мембран. Сыворотка крови должна всегда иметь концентрацию от 2,1 до 2,6 ммоль / л кальция, при этом примерно от 1 до 1,5 ммоль / л в ионизированной форме. Он регулируется гормонами кальцитриола, кальцитонина и паратиреоидного гормона. Во внеклеточном пространстве обнаруживается только 0,1% кальция, присутствующего в организме, из которых 30-55% связаны с белками, а 5-15% находятся в форме комплексов (например, бикарбонат кальция, цитрат кальция, сульфат кальция, фосфат кальция или лактат кальция). Только около 50% внеклеточного кальция присутствует в свободно ионизированной и, следовательно, в биологически активной форме. Симптомы гипокальциемии возникают только при отсутствии такого содержания ионизированного кальция.

Запись

Не весь кальций, который поглощается пищей, всасывается в желудке. Люди усваивают приблизительно 30% диетического кальция, но этот процент зависит от диеты. Другие факторы также влияют на усвоение кальция. Эффективность абсорбции уменьшается с увеличением потребления кальция. У младенцев и детей в росте скорость абсорбции составляет до 60%, так как им требуется много кальция для формирования кости. Скорость абсорбции снижается с 15 до 20% у взрослых, при этом возрастает потребность в женщинах во время беременности.

Группами риска для недостаточного потребления кальция являются молодые женщины, беременные женщины, кормящие женщины и пожилые люди.

Необходимым условием для усвоения организмом кальция в больших количествах является достаточный запас витамина D3. Одновременная подача щавелевой и фитиновой кислот и их солей (оксалатов, фитатов) снижает усвоение кальция. Кальций выводится с мочой, благодаря чему, помимо прочего, высокое потребление белков, поваренной соли, кофе или алкоголя увеличивает экскрецию кальция.

Специфический аминокислотный профиль - особенно серосодержащих аминокислот - определяет кальциуретическое (выведение кальция через почки) действие пищевых белков. Сульфаты, образующиеся в результате обмена веществ из таких аминокислот, повышают кислотность мочи, что приводит к выделению большего количества кальция в мочу. Серосодержащие аминокислоты встречаются как в пище животного происхождения, так и в пищевых растениях, например, в злаках.

источники кальция

Приблизительные уровни кальция в мг на 100 г пищи (содержание расходных материалов):

• Семена
• Мак: 2500 мг
• Семена конопли: от 144 до 954 мг
• Кунжут: 800 мг
• Миндаль, фундук и амарант: от 200 до 250 мг
• Бразильские орехи: 170 мг
• Вареные соевые бобы: 70 мг
• Овсянка и семена подсолнечника: 50 мг
• Milchprodukte
• сыр
• Твердый сыр: от 1100 мг до 1300 мг
• Нарезанный сыр: от 500 мг до 1100 мг
• Мягкий сыр: от 300 мг до 500 мг
• Молоко, йогурт и кефир: от 100 мг до 150 мг
• Сыворотка: от 70 мг до 100 мг
• овощной
• Крапива: 360 мг
• Капуста, петрушка: от 200 мг до 250 мг
• Водяной кресс, одуванчик и ракета: от 150 мг до 200 мг
• Китайская капуста, фенхель, брокколи, хрен: от 100 мг до 150 мг
• Отбеливание сельдерея: 80 мг
• Свекла: 20 мг
• фрукты
• Сушеный инжир: 250 мг
• Бананы: 8 мг
• Цельнозерновой хлеб: 50 мг
• Минеральная вода: от 2 мг до> 50 мг.

Риски для здоровья

В отличие от здоровья почек, пациент, находящийся на диализе, не может выделять избыток кальция через мочу, а кость обычно не поглощает предлагаемый кальций. Таким образом, существует риск, что кальций оседает в сосудах и мягких тканях. Карбонат кальция, используемый в качестве связующего для фосфатов, может способствовать кальцификации сердечно-сосудистой системы. Двухлетнее исследование от 2004 показало постоянную корреляцию между потреблением карбоната кальция и прогрессирующим атеросклерозом у пациентов, находящихся на гемодиализе.

В год 2010 Болланд опубликовал мета-анализ среди других в Британском медицинском журнале, в котором утверждается, что добавки кальция без холекальциферола (витамин D3) увеличивают риск сердечного приступа до 30%. Этот эффект должен происходить в зависимости от дозы от ежедневного приема кальция 500 мг без витамина D3. Инсульты и смертность также увеличились в группе с добавками кальция. Эта работа была подвергнута критике за методологию. В данных, представленных Bolland et al., Комиссия по лекарственным средствам Немецкой медицинской ассоциации не признала достаточных доказательств повышенного риска сердечного приступа от применения добавок кальция. В своем заявлении Комиссия также указала, что единственное использование кальция в мета-анализе для коррекции метаболического нарушения, вызванного остеопорозом, без дополнительного введения витамина D3 не рекомендуется в современных руководствах Германии. С другой стороны, преимущества комбинированной замены кальция и витамина D3 для профилактики переломов ограничены и зависят от таких факторов, как потребление кальция с пищей, концентрации витамина D в сыворотке, возраст, уход в доме престарелых и исходный риск переломов. Нет значимых данных, свидетельствующих о том, что добавки кальция полезны для людей при нормальном лечении кальцием и витамином D3. С другой стороны, могут быть продемонстрированы негативные эффекты, такие как повышенный риск почечных камней. Поэтому добавки с кальцием обычно не рекомендуется. Напротив, было бы необходимо определить группы риска, которые могут извлечь выгоду из дополнительного кальция. По данным комиссии, общее потребление кальция (диета плюс добавки) должно составлять от 1000 до 1500 мг.

Также исследования 2013 года указывают на повышенную смертность за счет чрезмерного замещения кальция. Шведское исследование показывает, что у женщин, которые были излишне замещены кальцием, несмотря на то, что он получал достаточное количество кальция в рационе, была повышенная смертность. У мужчин другое исследование выявило повышенный риск замещения сердечно-сосудистой системы кальцием.

Два проспективных когортных исследования показали, что потребление кальция в дозах> 2000 мг в день связано с повышенным риском рака простаты. Два других проспективных когортных исследования не обнаружили связи между дозами кальция 1330 и 1840 мг в день. Предполагается, что недостаточное производство витамина D3 является предпосылкой повышенного риска. Высокое потребление кальция снижает выработку холекальциферола в организме, и доклинические исследования показали несколько потенциально полезных эффектов этого витамина при раке простаты. Неясно, в какой степени потребление кальция по сравнению с потреблением жиров (из молока и молочных продуктов) увеличивает риск.

Связи

• апатит
• Карбонат кальция, известняк, мрамор
• Оксид кальция, негашеная известь
• Гидроксид кальция, гашеная известь
• Сульфат кальция, ангидрит, гипс, бассанит
• фторид кальция
• хлорид кальция
• кальций
• иодид кальция
• карбид кальция
• нитрат кальция
• фосфат кальция
• силикат кальция
• ацетат кальция
• цитрат кальция
• глюконат кальция
• лактат кальция
• Лактат кальция глюконат
• пропионат кальция
• Calciumdinatriumethylendiamintetraacetat
• бромата кальция

Цены, графики и исторические курсы

Цены на кальций -> Цены на кальций в ценах на стратегические металлы