Vápnik (chemická značka Ca, latinsky calcium) je nejvýznamnejší prvek z řady kovů alkalických zemin, lehký, velmi reaktivní kov. Vápník patří k lepším vodičům elektrického proudu a tepla. Je velmi reaktivní a v přírodě vytváří pouze vápenaté sloučeniny Ca2+. Díky své velké reaktivitě se vápník v přírodě vyskytuje pouze ve sloučeninách.
Výskyt v přírodě a horniny obsahující vápnik
Zemská kůra je z velké části tvořena horninami, ve kterých vápník tvoří velmi podstatnou složku. Podle posledních dostupných údajů tvoří vápník 3,4 - 4,2 % zemské kůry a je tedy pátým nejzastoupenějším prvkem a třetím nejzastoupenějším kovem, řadí se za železo a před hořčík. Nejběžnější horninou na bázi vápníku je vápenec, uhličitan vápenatý CaCO3 tvořený minerálem kalcitem nebo aragonitem stejného chemického složení.
Tato hornina se nachází prakticky ve všech lokalitách biologického původu a pochází ze schránek obyvatelů pravěkých (především druhohorních) moří. Speciální typ představuje křída, téměř čistý měkký pórovitý vápenec s typicky zářivě bílou barvou, nacházející se například na pobřeží kanálu La Manche nebo na Rujáně. Její největší ložiska vznikla ve stejnojmenném geologickém období v pravěkých mořích vysrážením uhličitanu vápenatého na usazených vápenatých skořápkách prvoků.
Nejvíce ceněnou odrůdou vápence je mramor nebo travertin, používaný především k dekorativním účelům - obklady budov, sochy. Jedná se o přeměněnou horninu vzniklou z vápence rekrystalizovaného vysokým tlakem a teplotou. Výsledná barva je závislá na příměsích a pigmentu v původní hornině. Příměsi, které se v původní hornině vyskytovaly ve vrstvách nebo v žílách, se metamorfózou přetvářejí v charakteristickou mramorovou kresbu.
Geochemické procesy a krasové jevy
Vzájemné chemické přechody mezi uhličitanem a hydrogenuhličitanem vápenatým Ca(HCO3)2 jsou příčinou vzniku krasových jevů. Princip těchto procesů spočívá v tom, že hydrogenuhličitan vápenatý je vodě více rozpustný než uhličitan vápenatý. Pokud se roztok Ca(HCO3)2 v podzemní vodě dostane do kontaktu s atmosférickým oxidem uhličitým CO2, dojde ke vzniku málo rozpustného uhličitanu, který se usadí na místě svého vzniku.
Prečítajte si tiež: Použitie a vlastnosti askorbátu vápenatého
Nádherná krasová výzdoba mnohých jaskýň je vytvorená práve zo zlúčenín vápnika.
Hlavní chemické sloučeniny vápníku a jejich vlastnosti
Vápenaté sloučeniny jsou lidstvu známy již od starověku - pálením vápence nebo mramoru se získávalo a dodnes získává pálené vápno neboli oxid vápenatý CaO, jeho reakcí s vodou vzniká hašené vápno neboli hydroxid vápenatý, který se používal a dodnes používá k přípravě malty. Oxid vápenatý CaO neboli žíravé či pálené vápno je bílá práškovitá látka. Oxid vápenatý reaguje s vodou za vzniku hydroxidu vápenatého. Hydroxid vápenatý Ca(OH)2 je lehký, bílý prášek, obsahující velmi drobné destičkovité krystalky portlanditu. Je téměř nerozpustný ve vodě a s rostoucí teplotou rozpustnost dokonce klesá. Vodný roztok hydroxidu vápenatého se nazývá vápenné mléko.
Sádrovec neboli selenit je hydratovaný síran vápenatý CaSO4·2H2O. Sádrovec neboli selenit je hydratovaný síran vápenatý CaSO4·2H2O. Sádrovec (dihydrát síranu vápenatého) slouží ke štukatérským pracím a ke zhotovování forem a sádry neboli hemihydrátu síranu vápenatého CaSO4·½H2O. Tato sloučenina se vyrábí termickým rozkladem sádrovce CaSO4·2H2O a po smíšení s vodou dochází k opětné hydrataci a vzniká zářivě bílá, poměrně pevná a tvrdá hmota.
Fluorit neboli kazivec je minerál o chemickém složení CaF2 (fluorid vápenatý). Jeho ložiska jsou v Číně, USA, Anglii, Německu ale i České republice.
Další sloučeniny a anorganické formy
- Fosforečnany vápenaté, uhličitan vápenatý CaCO3 - bílá práškovitá látka, ve vodě obtížně rozpustná.
- Chlorid vápenatý CaCl2 - velmi dobře rozpustná látka, v zimě se používá k sypání silnic a chodníků.
- Peroxid vápenatý CaO2 - bílá práškovitá látka, která se obtížně rozpouští ve vodě.
- Hydrid vápenatý CaH2 - silné redukční činidlo; při reakci s vodou vzniká hydroxid vápenatý a vodík.
- Karbid vápenatý CaC2 - používal se v karbidových lampách, při reakci s vodou vzniká ethyn.
Výroba kovového vápníku a průmyslové využití
Kovový vápník se průmyslově vyrábí elektrolýzou taveniny chloridu vápenatého ve směsi s fluoridem vápenatým nebo chloridem draselným. Dalším produktem této reakce je elementární chlor nebo fluor, který je ihned dále zpracováván v chemické výrobě. Elementární vápník vykazuje velmi silné redukční vlastnosti a jemně rozptýlený kov se využívá k redukcím v organické syntéze ale i redukční výrobě jiných kovů, např. uranu, zirkonia, thoria, plutonia, hafnia, vanadu, či wolframu.
Prečítajte si tiež: Všetko o askorbáte vápenatom
Vápník se používá jako přísada při výrobě vápenatých skel nebo jako součást některých slitin - například olověný ložiskový kov, který se vyráběl v Německu, obsahuje kromě olova 0,7 % vápníku, 0,6 % sodíku a 0,04 % lithia. Další speciální slitinou je Nd-Fe-B slitina, ze které se pořizují trvalé magnety.
Využití vápenných materiálů ve stavebníctve
Vápenec (uhličitan vápenatý), z něj vzniklý oxid vápenatý a z něj vzniklý hydroxid vápenatý se používají již od starověku ve stavebnictví. Hašené vápno je ve stavebnictví složkou mnoha důležitých pojivých prvků jako je např. malta, omítkové směsi atd. Hydroxid vápenatý Ca(OH)2 - hašené vápno - se využívá také v lékařství pro jeho dezinfekční účinky a k bělení chlévů nebo venkovních omítek.
Vápenec i sádrovec jsou složkami při výrobě dnes patrně nejběžnějšího stavebního materiálu - cementu. Uhličitan vápenatý se kromě stavebnictví používá také k výrobě křídy, jako nátěrová barva.
Sádra má všestranné využití ve stavebnictví, při výrobě kopií různých předmětů (zubní lékařství) atd. Podle podmínek při výrobě sádry a přísad při jejím tuhnutí lze docílit celé škály výsledných produktů s různou tvrdostí, rychlostí tuhnutí, barvou apod.
Historie využití vápna a malty
Výrobu malty z vápence popisuje již spisovatel Dioskoridos (původem z Malé Asie) v 1. století našeho letopočtu. Vápenaté ióny mají historicky nezastupitelnou roli ve stavbách - zatímco v Itálii se běžně používala malta z vápence, v Egyptě se běžně používala malta ze sádrovce - není tedy divu, že staré egyptské pyramidy a hrobky mají omítky z této malty. Nejstarší dochované zbytky staveb postavených s použitím vápenné malty byly nalezeny na Blízkém východě a pocházejí z období neolitu (mladší doby kamenné).
Prečítajte si tiež: Účinky vitamínu C
Praktické stavbárske poznámky
- Hašené vápno a vápenné malty se používají pro omítky, malty a konzervační práce.
- Vápencové a mramorové obklady jsou ceněné pro dekorativní účely.
- Cement jako směs obsahující vápenaté suroviny je základním moderním stavebním materiálem.
Vápnik v biologii a výžive - stručné prepojenie na stavebný kontext
Vápnik je biogenní prvek, který je nezbytný pro všechny živé organismy. Vápník je nejhojněji se vyskytujícím minerálem v lidském těle. Hraje zcela nezastupitelnou roli pro zachování zdraví našich kostí. V lidské potravě představuje vápník velmi podstatnou složku. Mimo jiné napomáhá také správné funkci srdce, svalů a nervové soustavy a přispívá ke srážení krve.
99 % veškerého vápníku přítomného v lidském těle je obsaženo v kostech a zubech, zbývající 1 %, se nachází v krvi a měkkých tkáních. Protože je vápník nezbytný pro zdravý vývin a růst kostí a zubů, je důležité, aby se pravidelně vyskytoval především v jídelníčku dětí a mládeže. Důležitý přitom není pouze dostatek samotného vápníku, ale i vitamin D, který pomáhá při ukládání vápníku do kostní hmoty.
Zdroje vápnika v potravinách
Najlepším zdrojom vápnika sú živočíšne produkty, ako mlieko, syry, ale nájdete ho aj v zelenine. Ideálne v zelenej - hrášok, špenát, brokolica, atď. Ak však chcete vedieť, ktorá potravina obsahuje najviac vápnika, budete prekvapení, je to mak. Najvýznamnejší a nejlépe vstřebatelný zdroj vápníku v lidské potravě představuje mléko a mléčné výrobky.
Vápník je přítomen ve většině listové zeleniny (např. brokolici a zelí, ale ne ve špenátu), semenech (zejména máku a sezamu), obohaceném rostlinném mléku (např. sojovém nebo ovesném), ořeších, ovesných vločkách a řadě minerálních vod.
Absorpcia vápnika a faktory ovplyvňujúce vstrebateľnosť
Správne užívanie vápnika je trochu komplikované. Naše telo ho totiž nespracováva najlepšie. Vápnik sa v tele vstrebáva v črevách, tento proces však organizmu prinesie len cca 40 % potrebnej dávky vápnika. Navyše, niektoré látky obsiahnuté v rastlinách a horčík zhoršujú jeho vstrebávanie a tak je niekedy naozaj veľmi ťažké dosiahnuť ideálny stav. V zelenině je vápník často vázán jako nerozpustný fytát či šťavelan. Také vláknina omezuje jeho využití.
Prijímanie, resp. vstrebávanie vápnika sa však dá výrazne zlepšiť aktívnym pohybom. Pri fyzickej záťaži sa totiž zvýši prietok krvi v organizme a to umožní prijať telu viac vápnika ako obvykle. Vitamín D je dôležitý pre budovanie silných kostí, pretože pomáha telu vstrebávať vápnik. Bez jeho prítomnosti sa nemôže vápnik riadne absorbovať. Vitamín D umožňuje tvorbu kalcitriolu, hormónu, ktorý reguluje hladinu vápnika v tele a rast kostí. Existujú dve formy vitamínu D: vitamín D2 a D3. Vitamín D3, známy ako cholekalciferol, je biologicky aktívna forma vitamínu D vyskytujúca sa u ľudí a zvierat. Táto forma sa podieľa na mnohých biologických procesoch a má zásadný význam pre podporu absorpcie vápnika v kostiach. V porovnaní s vitamínom D2 je lepšie vstrebateľný a využiteľný.
Doplnky stravy a formy vápnika
Nie je vápnik ako vápnik. Poznáme anorganické a organické formy. Anorganické sú viazané na žalúdočnú kyselinu, ich vstrebateľnosť nie je dostatočná, ak trpíme zníženou tvorbou alebo nedostatkom žalúdočnej kyseliny, alebo užívame lieky na prekyslenie. Všeobecne sa vstrebateľnosť vápnika zvyšuje, ak užívame organické formy. Medzi anorganické formy patrí uhličitan vápenatý, fosforečnan vápenatý, oxid vápenatý. Formy chelát aminokyselín, aspartát vápenatý, vápnik lyzinát, vápnik glycinát, vápnik histinád sú formy, ktoré sa výborne vstrebávajú a nie sú viazané na žalúdočnú kyselinu. Medzi ďalšie dobre vstrebateľné formy patrí organický kalciumcitrát vápenatý, glukonát vápenatý, laktát vápenatý. Forma malát vápenatý citrát (CCM) je zmes vápnika, kyseliny citrónovej a kyseliny jablčnej a takéto vstrebateľnosť nie je závislá na tvorbe žalúdočnej kyseliny.
Podľa odborníkov je vstrebateľnosť lepšia, ak na jednu dávku použijeme najviac 500 mg vápnika. Ak užívame napríklad doplnok stravy s obsahom 1000 mg/deň, mali by sme si dávku rozdeliť na 2 dávky. Doplnky stravy s obsahom vápnika môžu u niektorých ľudí spôsobovať plynatosť, nadúvanie a zápchu. Upozornenie: Ak sa rozhodnete pre užívanie vápnika vo forme doplnku stravy, o jeho užívaní sa poraďte s lekárom.
Zdravotné dôsledky nedostatku a nadbytku vápnika
Nedostatok vápnika si všimnete pomerne rýchlo. Zvýši sa počet zubných kazov, pozorovateľné sú tiež zmeny na kostiach, dochádza však aj k poruchám inteligencie či správania a nezriedka sa vyskytnú aj kožné problémy. Sprievodným javom nedostatku vápnika býva tiež ochorenie nervového systému zvané tetánia. Dostatok vápnika je dôležitý najmä pre deti a dospievajúcich, na podporu rozvoja kostí a kostnej hmoty.
U starších ľudí a u ľudí s nedostatkom pohybu či nedostatočným príjmom vápnika dochádza k úbytku vápnika z kostnej hmoty, čo sa prejavuje ako osteoporóza (řídnutí kostí). Kosti sú krehké, snadno se lámou a zlomeniny sa naopak obtížně a velmi zdlouhavě hojí. Rednutie kostí-osteoporóza- je časté ochorenie starých. Muži ju však dostávajú až 4-krát menej ako ženy, napr. automaticky nastáva u 25% žien po menopauze.
Príznaky nadbytku vápnika prijímaného nie zo stravy ale z doplnkov stravy sa prejavujú hlavne poruchou obličiek, keďže organizmus sa snaží nadbytok vápnika vylúčiť. Ak je tento stav dlhodobý, môžu vzniknúť obličkové kamene, ale aj problémy s pankreasom, cievnym a kardiovaskulárnym systémom. Nadmerná konzumácia potravín s vysokým obsahom sodíka zvyšuje vylučovanie vápnika močom.
Odporúčané denné dávky a odporúčania
Je potrebné určité množstvo vápnika, ktoré je ale u rozličných vekových kategórií rozdielne. Dospelí potrebujú priemerne 0,8 až 1,2 g, deti od 1 do 12 rokov 1 g, dospievajúci chlapci 1,4 g, dospievajúce dievčatá 1 až 1,3 g, tehotné ženy 1,5 g a dojčiace matky 2 g. Odporúčaná denná dávka sa líši podľa veku a aj pohlavia. Priemerná odporúčaná denná dávka pre dospelého človeka je približne 1000 mg.
Dôležité nie je len množstvo prijatého vápnika, ale jeho využitie a správne vstrebávanie. Zohľadnite čas, kedy doplnok užívate (v poobedňajších a večerných hodinách je vstrebateľnosť vápnika vyššia!) a taktiež jeho vstrebateľnosť (kombinácia s vitamínmi D3 a K2).
Regionálne ťaženie a environmentálne vplyvy
Možno ho nie je až tak vidieť, ale v okolí Banskej Bystrice je ho veľmi veľa. U nás sa ťaží na mnohých miestach dodnes. No nie banským, ale povrchovým spôsobom a nie ako kov, ale ako hornina vápenec. Vápenec však nie je jediné meno pre horninu s obsahom vápnika, poznáme aj ďalšie: islandský vápenec, ktorý je mimoriadne čistý a charakteristický dvojlomom svetla, znečistený vápenec je mramor, ale aj travertín, slieň, či obyčajná krieda. Pre nás je asi najdôležitejšia výroba cementu, lebo aj neďaleko Banskej Bystrice sa ťažil kvalitný vápenec práve na výrobu cementu.
Takáto výrazná ťažba mala veľmi negatívny vplyv na životné prostredie. Vysoká prašnosť, ktorá v meste znepríjemňovala život, bola známa široko-ďaleko. Aj to boli dôvody ukončenia ťažby. Dnes sa už v lome neťaží.
Ako sa cement vyrába v továrňach?
Praktické rady pre používanie vápenných materiálov a doplnkov
- Pri práci s páleným vápnem a hydroxidom vápenatým používajte ochranné prostriedky - jedná sa o žíravé látky.
- Pri použití v stavebných zmesiach dodržte technologické postupy pre správne tuhnutie a schnutie.
- Pri výbere doplnkov s vápnikom konzultujte formu vápnika (uhličitan vs. citrát vs. chelát) a kombináciu s vitamínom D3.
- Rozdeľte dávky doplnkov, ak príjem presahuje 500-600 mg na jednu dávku, aby ste zvýšili vstrebateľnosť.
Tabuľka - vybrané formy vápnika a ich charakter
| Forma vápnika | Vlastnosti |
|---|---|
| Uhličitan vápenatý (CaCO3) | lacný, potrebuje žalúdočnú kyselinu, bežná forma v doplnkoch |
| Kalciumcitrát | lepšia vstrebateľnosť, nezávislá na kyseline žalúdka |
| Glukonát, laktát | dobrá vstrebateľnosť, jemnejšie na trávenie |
| Cheláty (glycinát, lyzinát) | vysoká vstrebateľnosť, vhodné pri nízkej kyselosti žalúdka |