protonové číslo 20
relativní atomová hmotnost 40.08
elektronegativita 1.0
elektronová konfigurace [Ar]4s2
hustota (g·cm-3) 1.55
teplota tání (°C) 839.00
teplota varu (°C) 1494.0

Vápník (20Ca)

historie

  • sloučeniny vápníku používali již Římané (malta – z písku a vápna odolávala vlhkému podnebí v Italii lépe než egyptská)
  • malta egyptská (hlavní složka CaSO4) - stavba Velké pyramidy v Gaze a všechny omítky v Tutanchamónově hrobce obsahují sádru
  • název vápníku - calcium - z latinského calx, calcis - vápno navrhl v roce 1808 H. Davy

výskyt

  • pátý nejrozšířenější prvek zemské kůry a třetí nejrozšířenější kov
  • vápenec - CaCO3 - kalcit (šesterečná soustava) + aragonit (kosočtverečná soustava)
  • dolomit - CaCO3·MgCO3
  • anhydrit - CaSO4
  • sádrovec - CaSO4.2H2O
  • kazivec (fluorit) - CaF2
  • apatit - 3Ca3(PO4)2.CaCl2 nebo 3Ca3(PO4)2.CaF2
  • sloučeniny vápníku jsou obsaženy téměř ve všech minerálních vodách, v orgánech živočichů a rostlin (kosti, zuby, vaječné skořápky atd.)

průmyslová výroba

  • elektrolýzou taveniny chloridu vápenatého (CaCl2)
  • CaCl2 se získává jako vedlejší produkt při výrobě sody Solvayovým způsobem
    nebo reakcí kyseliny chlorovodíkové s uhličitanem vápenatým:
    2HCl + CaCO3 → CaCl2 + CO2 + H2O

fyzikální vlastnosti

  • stříbrobílý, lesklý, měkký kov
  • barví plamen oranžově červeně

chemické vlastnosti

  • velmi reaktivní
  • na vzduchu se pokrývá vrstvičkou oxidu resp. hydroxidu
  • při dostatečně vysoké teplotě shoří na oxid
  • tvoří peroxid (CaO2) - stálejší než oxid
  • snadno se slučuje s fluorem, za vyšší teploty s ostatními halovými prvky, sírou, fosforem a dusíkem
  • reaguje s vodíkem - vzniká hydrid vápenatý (CaH2)
  • reaguje s vodou:
    Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2
  • reaguje s kyselinami
  • nereaguje s roztoky alkalických hydroxidů
  • rozpouští se v kapalném amoniaku – modročerné roztoky, z kterých se odpařením získají amminkomplexy [M(NH3)6] postupně se rozkládají na amidy:
    [M(NH3)6](s) → M(NH2)2(s) + 4NH3(g) + H2(g)

užití

  • legovací látka pro zesílení hliníkových nosníků
  • regulace obsahu grafitického uhlíku v litině
  • odstraňování bismutu z olova
  • čistící látka při výrobě oceli (odstranění O, S a P)
  • příjemce kyslíku a dusíku
  • odstranění dusíku z argonu
  • redukční činidlo při výrobě kovů, např. Cr, Zr, Th a U

sloučeniny

  • hydrid vápenatý (CaH2)
    • vyrábí se vedením vodíku přes žhavý vápník:
      Ca + H2 → CaH2
    • vodou se snadno hydrolyzuje:
      CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2 - tato reakce se používá k přípravě vodíku
  • halogenidy
    • fluorid vápenatý (CaF2)
      • bílá látka
      • ve vodě je nerozpustná
      • vzniká srážením vápenatých iontů fluoridovými ionty:
        CaCl2 + 2NaF → CaF2 + 2NaCl
      • bývá zbarven stopami oxidů kovů
      • užití
        • výroba sloučenin fluoru
        • sklářství
        • tavidlo v metalurgii
    • chlorid vápenatý (CaCl2)
      • krystalizuje jako hexahydrát (CaCl2·6H2O
      • je dobře rozpustný ve vodě
      • při rozpouštění spotřebuje značné množství tepla
      • užití
        • příprava chladících směsí (led : chlorid - 2 : 3)
        • postřik dálnic a dláždění (chodníků) při sněhu a náledí
        • proti zamrzání uhlí a rud na lodích a haldách
        • snížení prašnosti vedlejších silnic
        • do betonových směsí, aby byla počáteční směs tekutější, těžší a měla velkou pevnost
      • rozpouštěním bezvodého CaCl2 se teplo naopak uvolňuje
      • bezvodý CaCl2 se využívá k sušení plynů a kapalin, je však vytlačován silikagelem (SiO2)
      • užití
        • chladící kapalina (30% roztok) - mrzne při -48 °C
        • impregnace dřeva, tkanin
        • čistý - lékařství
    • bromid vápenatý (CaBr2)
      • užití
        • fotografický průmysl
        • lékařství
    • chlornan vápenatý (Ca(OCl)2)
      • součást chlorového vápna:
        Ca(OCl)2·CaCl2 = CaOCl2
      • užití – desinfekce, bělení:
        CaOCl2 + CO2 → CaCO3 + Cl2
  • karbid vápenatý (CaC2)
    • výroba:
      CaO + 3C → CaC2 + CO
    • bílá krystalická látka, technický produkt zbarven šedě až černě
    • vodou se rozkládá za vzniku acetylénu:
      CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2
    • zahříváním v proudu vzduchu nebo dusíku vzniká kyanamid vápenatý (CaCN2):
      CaC2 + N2 → CaCN2 + C
    • užití
      • dusíkaté hnojivo
  • sulfid vápenatý (CaS)
    • vzniká redukcí síranu vápenatého uhlíkem:
      CaSO4 + 2C → CaS + 2CO2
    • užití
      • výroba fosforeskujících barev
      • depilační prostředek
  • oxid vápenatý - pálené vápno (CaO)
    • příprava - spálením vápníku
    • výroba - tepelný rozklad vápence:
      CaCO3 → CaO + CO2
    • prudce reaguje s vodou za značného vývoje tepla:
      CaO + H2O → Ca(OH)2
      této reakci se říká hašení vápna
    • užití
      • v metalurgii k odstranění P, S, Si z oceli - struskotvorná látka
      • mazivo při tažení ocelových drátů
      • výroba skla
      • karbidu vápenatého
      • neutralizace přebytečné kyseliny sírové
  • peroxidy vápníku (CaO2 a Ca(O2)2)
    • užití - oxidační a bělící činidla:
      CaO2 + H2SO4 → CaSO4 + H2O2
      Ca(O2)2 + H2SO4 → CaSO4 + H2O2 + O2
    • hydroxid vápenatý (Ca(OH)2)
    • výroba – reakcí oxidu vápenatého s vodou:
      CaO + H2O → Ca(OH)2 – silně exotermická reakce
    • silný hydroxid
    • nazývá se „hašené vápno“
    • vodný roztok - vápenná voda se používá k důkazu uhlíku v organické chemii
    • suspenze hydroxidu vápenatého ve vodě se nazývá vápenné mléko
      v mlékárenství se přidává do smetany, aby se snížila její kyselost před pasterizací a výrobou másla
    • fermentací syrovátky a přidáním vápenného mléka vzniká mléčnan vápenatý (využití ve farmacii), nebo se z něj okyselením získá kyselina mléčná
    • v cukrovarnictví se používá k čeření řepné šťávy - odstranění necukerných složek
    • úprava pitné a průmyslové vody (s kamencem a solemi železa se používá ke kolaguaci rozptýlených látek a k odstranění zákalů)
    • změkčování vody - odstranění přechodné tvrdosti:
      Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O
      Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → MgCO3 + CaCO3 + 2H2O
    • fungicidní postřiky (CuSO4 + Ca(OH)2 - Bordeauxská směs)
    • malta - kašovitá směs písku s hašeným vápnem a vodou, na vzduchu postupně tuhne, protože odpařováním ztrácí vodu a hydroxid vápenatý reaguje se vzdušným CO2 - tvoří se nerozpustný CaCO3:
      Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
    • cement - vzniká pálením hlinitých vápenců nebo směsí vápence a hlín (křemičitan hlinitý), po rozmíchání s vodou tuhne i bez přístupu vzduchu, a to i pod vodou
      významný ve stavebnictví - příprava betonů (směs cementu, písku a drobného štěrku)
    • natronové vápno – směs Ca(OH)2 a NaOH
    • užití
      • absorbce oxidu uhličitého
      • důkaz dusíku v organické analýze
  • hydrogensiřičitan vápenatý (Ca(HSO3)2)
    • příprava zaváděním oxidu siřičitého do suspenze hydroxidu vápenatého:
      Ca(OH)2 + 2SO2 → Ca(HSO3)2
    • znám jen v roztoku
    • užití - výroba celulózy sufitovým způsobem
  • síran vápenatý (CaSO4)
    • vyskytuje se obvykle jako dihydrát (sádrovec - CaSo4·2H2O), méně často jako anhydrit (CaSO4).
      Alabastr – kusová, kompaktní jemně zrnitá forma CaSO4·2H2O, připomínající mramor
    • kalcinací – zahříváním (t = 150°C) ztrácí sádrovec vodu, přechází na hemihydrát - sádra (CaSO4·1/2H2O), poté na bezvodý síran vápenatý (CaSO4 (t = 200 °C) → β CaSO4 (t = 600 °C)
      při dalším zahřívání (t = 1100 °C ) se bezvodý β CaSO4 rozkládá na CaO a SO3
    • nekalcinované sádry se využívají v zemědělství a k výrobě Portlandského cementu
    • hemihydrát CaSO4·1/2H2O je nepatrně rozputný ve vodě (sádrová voda - analytické činidlo)
      rozmíchán s vodou na kaši tuhne (odlitky, sádrové obvazy, obkládačky)
    • β CaSO4 se používá ve stavebnictví - tvrdé sádrové podlahy
      CaSO4 v přírodních vodách způsobuje trvalou tvrdost vody
  • uhličitan vápenatý (CaCO3)
    • nejrozšířenější sloučenina vápníku
    • příprava - srážením vápenatých solí alkalickými uhličitany:
      CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2NaCl
    • nerozpustný ve vodě
    • s kyselinami reaguje za uvolňování oxidu uhličitého:
      CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
    • užití
      • výroba papíru (dodává lesk, neprůhlednost, hladkost a schopnost přijímat inkoust)
        velmi kvalitní papír vyžaduje speciálně srážený CaCO3 (příprava - kalcinace vápence, hydratace a kalcinace vzniklého CaO:
        CaCO3 → CaO + CO2
        CaO + H2O → Ca(OH)2
        Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O)
      • plnidlo pryže, malířských hlinek, emailů
      • přidává se do plastů - zlepšení tepelné odolnosti, tuhosti, tvrdosti a zpracovatelnosti
      • lék proti překyselení žaludku
      • brusivo v zubních pastách
      • zdroj vápníku při dietách
      • složka žvýkaček
      • plnidlo některých kosmetických výrobků
  • dusičnan vápenatý (Ca(NO3)2)
    • obchodní název - norský ledek (dříve se dovážel hlavně z Norska)
    • vyskytuje se v místech rozkladu organických látek v přítomnosti vápna (stěny bílených chlévů)
    • výroba - působením kyseliny dusičné na vápenec:
      CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + H2O + CO2
    • hygroskopický
    • dusíkaté a vápenaté hnojivo
  • fosforečnan vápentý (Ca3(PO4)2)
    • výroba reakcí chloridu vápenatého s alkalickým fosforečnanem nebo hydrogenfosforečnanem:
      3CaCl2 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2 + 6NaCl
      3CaCl2 + 2Na2HPO4 + 2NH3 → Ca3(PO4)2 + 4NaCl + 2NH4Cl
    • nerozpustný ve vodě
    • v kyselinách se rozpouští a vzniká dihydrogenfosforečnan vápenatý:
      Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 → 3Ca(H2PO4)2
      dobře rozpustný, rychle přechází z půdy do rostlin (hnojivo)
    • v zemědělství se využívá i superfosfát:
      Ca3(PO4)2 + H2SO4 → CaSO4 + 2CaHPO4
    • pro dlouhodobé hnojení je výhodnější Thomasova moučka, která je odpadem při zpracování železa – obsahuje (Ca3(PO4)2, CaO, CaSiO3)
    • samotný fosforečnan vápenatý je v půdě vlivem prostředí (organické kyseliny z humusu, voda, oxid uhličitý) také pomalu převáděn na dihydrogenfosforečnan, a tak je rostlinami také využitý