Chemický prvek vápník je šedobílý, na čerstvém řezu lesklý, měkký, neušlechtilý kov. V prírode sa elementárny vápnik nevyskytuje, ale v zemské kůře je v množství 3,25 % hmot. rozptýlen ve svých sloučeninách. Ca a protónové číslo 20. patrí medzi kovy alkalických zemín.
Značka vápnika a jeho umiestnenie v periodickej tabuľke
V periodickej tabuľke chemických prvkov (PTP) alebo periodickej sústave chemických prvkov (PSP) je vápnik označený symbolom Ca a má protónové číslo 20. Periodická tabuľka riadi tzv. periodický zákon, ktorý v roku 1869 publikoval Dmitrij Ivanovič Mendelejev, čiže zobrazuje pravidelne sa vyskytujúce trendy vo vlastnostiach prvkov v závislosti od ich protónového čísla.
Skupina, valencia a oxidačné číslo
Vápnik patrí medzi kovy alkalických zemín. Vo sloučeninách se vyskytuje výhradně v oxidačním stupni II. Vytváří také komplexní sloučeniny ve kterých má koordinační číslo 6.
Fyzikálne a chemické vlastnosti
Kovový vápník je plameň do červena pri zapálení; 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. Podobně jako ostatní kovy alkalických zemin, se i vápník vyrábí elektrolýzou taveniny svých halogenidů.
Výroba kovového vápnika
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.
Prečítajte si tiež: Vitamín K2 pre silné kosti
Pro řadu technických aplikací se vápník ze slitiny neodděluje. Kromě tavné elektrolýzy se provádí aluminotermická výroba vápníku. Po ukončení redukce se snížením tlaku na 3Pa oddestiluje čistý vápník.
Použitie kovového vápnika a jeho sloučenín
Kovový vápník nachází využití jako součást některých slitin a jako redukční činidlo pro výrobu kovů ze skupiny lanthanoidů. Obrovský praktický význam mají sloučeniny vápníku zejména pro výrobu stavebních materiálů (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.
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.
Prečítajte si tiež: Komplexná starostlivosť o pohybový aparát: Walmark Vápnik Horčík Zinok
Výskyt v prírode a minerály obsahujúce vápnik
V přírodě se elementární vápník nevyskytuje, ale v zemské kůře je v množství 3,25 % hmot. rozptýlen ve svých sloučeninách. 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. V množství 0,16 % hmot. také v mořské vodě a spolu s hořčíkem způsobuje tvrdost vody. Vápenatým Ca(HCO3)2 sú príčinou vzniku krasových javov. Ca(HCO3)2 je vo vode rozpustný viac než uhličitan vápenatý, ktorý sa usadí na mieste svojho vzniku.
Využitie v stavebníctve, umení a medicíne
Obrovský praktický význam mají sloučeniny vápníku zejména pro výrobu stavebních materíálů (cement, sádra, vápno). Sadrovec je hydratovaný síran vápenatý CaSO4 · 2 H2O. Síranu vápenatého CaSO4 · ½ H2O se používá v maltech, omietkových zmesiach a kópií rôznych predmetov (v zubnom lékarstve) atď. Uhličitan vápenatý sa využíva k dekoratívnym účelom - obklady budov, sochy, mramor; prináša charakteristickú mramorovú kresbu.
V potravinárstve sa uhličitan vápenatý používa ako stabilizátor a barvivo E170. Fosforečnany vápenaté a ďalšie zlúčeniny majú využitie v rôznych priemyselných aplikáciách aj v medicíne, napríklad octan vápenatý na znižovanie hladiny fosfátov.
Prečítajte si tiež: Vápnik v rastlinnej strave
Biologický význam
Vápnik tvorí podstatnú zložku buněk všetkých živých organizmov na Zemi. Je zastúpeným kovom v organizmoch. Nedostatok vápnika v potrave môže viesť u mládeže k poruchám rastu a u detí k rachitíde (krivici), čo sa prejavuje ako tzv. viac. Fosfáty a vápnik sú kľúčové pre kostru a zubnú hmotu.
Historické a poznámky o periodickej tabuľke
Veľkú zásluhu na poznaní vlastností prvkov má známy ruský chemik Dmitrij Ivanovič Mendelejev. Zoradil všetky vtedy známe prvky podľa atómových hmotností a zistil, že vytvárajú periodický rad, teda rad, v ktorom sa vlastnosti prvkov pravidelne opakujú. V periodickej tabuľke, ktorú zverejnil vo februári roku 1869, však niektoré prvky chyběli. Už rok po zverejnení této periodické tabulky, tedy v roce 1870, bylo známych 64 chemických prvků. Mendelejev správně usúdil, že chýbajúce prvky existujú, ale nie sú ešte objavené. Vývoj mu dal neskôr za pravdu a postupne boli objavené všechny prvky, ktorých existenciu predpokladal.
Vysvetlenie periodickej tabuľky
Tabuľka: Základné údaje o vápniku
| Vlastnosť | Hodnota / Poznámka |
|---|---|
| Symbol | Ca |
| Protónové číslo (Z) | 20 |
| Skupina | Alkalické zeminy |
| Bežný oxidačný stupeň | II |
| Výskyt v zemskej kôre | ≈ 3,25 % hmot. |
| Hlavné sloučeniny | CaCO3, CaO, Ca(OH)2, CaSO4, CaCl2 |