Vápník

český názevVápník
latinský názevCalcium
anglický názevCalcium
chemická značkaCa
protonové číslo20
relativní atomová hmotnost40,078
perioda4
skupinaII.A
zařazeníkovy alk. zemin
rok objevu1808
objevitelH. Davy
teplota tání [°C]839
teplota varu [°C]1484
hustota [g cm-3]1,55
hustota při teplotě tání [g cm-3]1,378
elektronegativita1,0
standardní el. potenciál [V]−2,84
oxidační stavyII
elektronová konfigurace[Ar]4s2
atomový poloměr [pm]231
specifické teplo [J g-1K-1]0,63
slučovací teplo [kJ mol-1]8,54
tepelná vodivost [W m-1 K-1]201
elektrická vodivost [S m-1]3,13.107
1. ionizační potenciál [eV]6,1132
2. ionizační potenciál [eV]11,871
3. ionizační potenciál [eV]50,908
tvrdost podle Mohse1,75
tvrdost podle Brinella [MPa]167
modul pružnosti ve smyku [GPa]7,4
modul pružnosti v tahu [GPa]20
skupenství za norm. podmíneks

Chemické vlastnosti a reakce

Chemický prvek vápník je šedobílý, na čerstvém řezu lesklý, měkký, neušlechtilý kov. Snadno se rozpouští ve zředěných minerálních kyselinách:

Ca + 2HCl → CaCl2 + H2
4Ca + 10HNO3 → 4Ca(NO3)2 + N2O + 5H2O

Prudce reaguje s vodou za vzniku hydroxidu a vývoje vodíku, při teplotě nad 200°C reaguje s vodní párou za vzniku oxidu a hydridu:

Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2
2Ca + H2O → CaO + CaH2

S fluorem reaguje již za laboratorní teploty, s ostatními halogeny se přímo slučuje až při teplotách nad 200°C. S kyslíkem reaguje při teplotě nad 300°C, s uhlíkem se slučuje při teplotě nad 550°C. S amoniakem reaguje již při teplotě -40°C za vzniku hexaaminvápenatého komplexu, pokud je reakce vápníku s amoniakem katalyzována železem nebo platinou vzniká amid:

Ca + 6NH3 → [Ca(NH3)6]
Ca + 2NH3 → Ca(NH2)2 + H2

Sloučeniny

Ve sloučeninách se vyskytuje výhradně v oxidačním stupni II. Vytváří také komplexní sloučeniny ve kterých má koordinační číslo 6. Vodné roztoky solí vápníku jsou bezbarvé, nerozpustné sloučeniny vápníku jsou bílé, mezi barevné výjimky patří žlutý chroman vápenatý CaCrO4, modrý boritan vápenatý Ca3(BO3)2 nebo černý silicid vápenatý CaSi2.

Analytické stanovení vápníku se provádí přímou komplexometrickou titrací na indikátor murexid, bod ekvivalence se v silně alkalickém prostředí (pH=12-12,5) projeví změnou barvy indikátoru z červené na modrou.

Tabulka rozpustnosti vápenatých sloučenin.

Výskyt vápníku v přírodě

V přírodě se elementární vápník nevyskytuje, ale v zemské kůře je v množství 3,25 % hmot. rozptýlen ve svých sloučeninách. Vápník je třetí nejrozšířenější kov a pátý nejrozšířenější prvek v přírodě.

Nejdůležitějšími užitkovými nerosty vápníku jsou minerály kalcit (vápenec) CaCO3, dolomit CaCO3·MgCO3, anhydrit (sádrovec) CaSO4·2H2O, apatit Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) a fluorit (kazivec) CaF2.

Celkem bylo mineralogicky popsáno přes 1400 minerálů s obsahem vápníku. Zajímavou a poměrně vzácnou mineralogickou zvláštností jsou vápenaté organoidy, např. acetáty calclacit Ca[Cl2CH3COO]·10H2O a paceit CaCu(CH3COO)4·6H2O, sůl kyseliny mravenčí formicait Ca(HCOO)2 nebo oxaláty whewellit Ca(C2O4)·H2O, weddelit Ca(C2O4)·2H2O a caoxit Ca(C2O4)·3H2O. Na dně Weddelova moře u Anktarktidy byl v roce 1936 v hloubce 2600 m nalezen unikátní minerál vápníku odvozený od kyseliny citronové earlandit Ca3(C6H5O7)·4H2O. Oxaláty whewellit a weddelit se také vyskytují jako ledvinové a močové kameny. K velice vzácným minerálům vápníku patří sulfid oldhamit CaS, který se výjimečně nalézá v některých meteoritech.

V množství 0,16 % hmot. se vápník nachází také v mořské vodě a spolu s hořčíkem způsobuje tvrdost vody.

Výroba vápníku

Podobně jako ostatní kovy alkalických zemin, se i vápník vyrábí elektrolýzou taveniny svých halogenidů. Základní surovinou pro elektrolytickou výrobu vápníku je chlorid vápenatý CaCl2 získávaný chlorací oxidu vápenatého. Anoda je grafitová, katoda je tekutá ze slitiny vápníku s mědí, zinkem nebo olovem. Elektrolýza probíhá při teplotě 700°C, slitina se během ní postupně obohacuje vápníkem a je z elektrolyzéru odváděna. Čístý vápník se z obohacené slitiny odděluje destilací při teplotě 1000°C a tlaku 20 kPa. Pro řadu technických aplikací se vápník ze slitiny neodděluje. V menší míře se používá také elektrolýza se železnou katodou.

Kromě tavné elektrolýzy se provádí aluminotermická výroba vápníku. Brikety slisované z oxidu vápenatého a práškového hliníku se za normálního tlaku zahřívají na teplotu 1200°C v nerezové retortě:

6CaO + 2Al → 3Ca + 3CaO·Al2O3

Po ukončení redukce se snížením tlaku na 3Pa oddestiluje čistý vápník. Produktem obou výrobních metod je kovový vápník ve formě desek nebo tyčí o čistotě 98-99%.

Využití

Kovový vápník nachází využití jako součást některých slitin a jako redukční činidlo pro výrobu kovů ze skupiny lanthanoidů. Celosvětová roční produkce vápníku činí 2500 t.

Obrovský praktický význam mají sloučeniny vápníku zejména pro výrobu stavebních materíálů (cement, sádra, vápno). Uhličitan vápenatý CaCO3 se používá v potravinářství jako stabilizátor a barvivo E 170 a jako bílý malířský pigment mušlová běloba. Peroxid vápníku CaO2 se používá jako hnojivo a jako oxidační činidlo při dekontaminaci vody znečištěné ropnými produkty. Jodičnan vápenatý Ca(IO3)2 je antiseptikum v kosmetických přípravcích. Dusitan vápenatý Ca(NO2)2 slouží k přípravě nemrznoucích roztoků. Manganistan vápenatý Ca(MnO4)2 je účinnou složkou bělících zubních past. Chroman vápenatý CaCrO4 se používá jako žlutý pigment vápenatá žluť a jako inhibitor koroze. Mezi další používané vápenaté pigmenty patří svatojánská běloba Ca(OH)2·CaCO3, kostní běloba Ca3(PO4)2·CaCO3 nebo blancophon BaSO4·CaCO3.

Fosfid vápenatý Ca3P2 slouží jako rodenticid a má značné využití v pyrotechnice jako součást samozápalné munice. Boritan vápenatý Ca3(BO3)2 je součástí glazur, zpomalovačů hoření a reaktivních samotěsnících pojiv. Silicid vápenatý CaSi2 má velmi široké využití ve vojenské i průmyslové pyrotechnice (výbušné nýty) a je hlavní účinnou složkou samoohřívacích konzerv. Hexaborid vápníku CaB6 se používá jako dezoxidační činidlo v metalurgii barevných kovů. Bromid vápenatý CaBr2 se používá k přípravě hustých roztoků pro výplachy ropných vrtů. Křemičitan vápenatý Ca2SiO4 se používá k výrobě nehořlavých izolací. Kyanid vápenatý Ca(CN)2 slouží jako insekticid a rodenticid. Vysoce toxický arseničnan vápenatý Ca3(AsO4)2 se v minulosti velmi hojně používal jako herbicid a insekticid k ochraně bavlníku, dnes je jeho použití přísně regulováno a využívá se ve velmi omezené míře k ochraně golfových hřišť. Chlorečnan vápenatý Ca(ClO3)2 a chloristan vápenatý Ca(ClO4)2 se omezeně využívají v pyrotechnice jako silná oxidační činidla. Octan vápenatý (CH3COO)2Ca slouží jako léčivo ke snižování krevní hladiny fosfátů. Difosforečnan vápenatý Ca2P2O7 slouží jako abrazivo v zubních pastách. Bromičnan vápenatý Ca(BrO3)2 se pod označením E 924 používá jako látka zlepšující mouku.

Nenahraditelný je biologický význam vápníku pro lidský organismus.

Zdroje

draslík ← vápník → skandium

TOPlist