Historie vápníku, výskyt, extrakce, použití a ceny

Vápník (psaný německý vápník) je chemický prvek se symbolem prvku Ca a atomovým číslem 20. V periodické tabulce je ve druhé hlavní skupině, nebo 2. IUPAC patří do skupiny kovů alkalických zemin. Pravopis vápníku odpovídá standardu IUPAC a je považován za technický.

Elementární vápník je lesklý stříbrný bílý kov. Pokud jde o hmotnostní zlomek (ppmw), jedná se o pátý nejhojnější prvek po kyslíku, křemíku, hliníku a železa. Kvůli jeho silné reaktivitě, to nastane jen chemicky vázané jako součást nerostů. Patří sem z. Jako kalcit, aragonit a dolomit v vápenci, mramoru, křídě a sádrovci (síran vápenatý). Hydroxylapatit (fosforečnan vápenatý) je základní složkou kostí a zubů.

Historie

Název "Calcium" pochází z latiny calx. Římané tedy nazývali vápno, vápno, křídu a maltu z vápna (Baukalk).

Elementární vápník získal Humphry Davy 1808 poprvé odpařením rtuti z elektrolytického amalgamu vápenatého.

výskyt

V prostředí se vápník vyskytuje pouze ve vázané formě. Jedinou výjimkou je pravděpodobně fluoritová odrůda ("stinkspat"), v jejíž krystalové mřížce pravděpodobně koloidní vápník vznikl přirozeným radioaktivním zářením. Minerály obsahující vápník, jako je kalcit a sádra, jsou přítomny ve velkém množství (například v Alpách existují rysy vápence spojené s horami - severní vápencové Alpy a jižní vápencové Alpy).

Sloučeniny vápníku jsou rozpustné ve vodě, přičemž rozpustnost vápníku v podzemních vodách je v podstatě určena přebytkem kyseliny uhličité (nasycení vápnem). Otázka, která sloučenina vápníku je stabilní v podzemních vodách, tedy v podstatě závisí na pH podzemních vod. Kalcit (Ca [CO3]) a sádrovec (Ca [SO4] · 2H2O) převládají jako sloučenina vápníku při středních až alkalických hodnotách pH. Při nízkém pH se vápník vyskytuje jako Ca2 + (alternativní Ca ++).

Hlavním vstupním procesem vápníku do podzemní vody je zvětrávání vápenatých hornin, jako je vápenec.

Jako základní součást živé hmoty se vápník podílí na tvorbě listů, kostí, zubů a skořápek. Kromě K + a Na + Ca2 + hraje důležitou roli při přenosu podnětů v nervových a svalových buňkách. Ionty vápníku však také hrají důležitou roli při přenosu signálu v jiných buňkách.

Eigenschaften

Vápník je měkčí než olovo, ale nelze jej řezat nožem. Ve vzduchu to začíná rychle. Prudce reaguje s vodou za vzniku hydroxidu vápenatého a vodíku. Ve vzduchu hoří na oxid vápenatý a - mírně - nitrid vápenatý. Jemně distribuovaný vápník se samozápaluje (samozápalný).

Vápník patří mezi kovy alkalických zemin. V chemických sloučeninách existuje téměř výhradně v oxidačním čísle + 2.

Herstellung

Kov se vyrábí ve vakuu redukcí páleného vápna (oxidu vápenatého) pomocí hliníkového prášku při teplotě 1200 ° C. Ačkoli hliník má nižší reaktivitu a entalpii než vápník, tak rovnováha reakce

Přestože je tento proces téměř zcela na levé straně této rovnice, tento výrobní proces funguje, protože výsledný vápník se při této teplotě neustále odpařuje a tak zmizí z rovnováhy. Čištění se provádí destilací vápníku.

Verwendung

Kovový vápník slouží jako redukční činidlo v metalurgii pro výrobu kovů, jako je thium, vanad, zirkon, yttrium a jiné kovy vzácných zemin, jako redukční činidlo při výrobě oceli a hliníku, jako legující přísada do hliníku, berylia, mědi, olova a hořčíkové slitiny a jako výchozí materiál pro výrobu hydridu vápenatého.

Technické použití vápníku je hlavně ve vázané formě.

Vápenec (převážně uhličitan vápenatý, CaCO3) a dolomit (CaMg (CO3) 2) jsou dvě nejdůležitější suroviny v dnešním průmyslu:

Strusková látka při výrobě oceli. Spotřeba je 0,5 tun vápence na tunu oceli
Výchozí materiál pro výrobu rychlého vápna
Křída jako plnivo pro plasty, například PVC. Cílem je zlepšit tuhost a odolnost proti nárazu a snížit smrštění. Také výrazně zvýšená tepelná vodivost umožňuje vyšší zdvihy během vytlačování.
Jemnozrnný uhličitan vápenatý slouží jako plnivo vysoce kvalitního bezdřevého papíru
Jemně mleté ​​vápno nebo dolomit se používá jako vápno hnojiv v zemědělství a lesnictví nebo jako krmné vápno v chovu zvířat.

Jako stavební materiál se používá síran vápenatý (sádra).

Karbid vápníku se používá jako surovina pro chemické syntézy a pro výrobu kyanamidového hnojiva vápenatého a v minulosti pro syntézu acetylenu (ethynu), proto se karbid vápníku přesněji nazývá acetylid vápenatý.

Chlorid vápenatý je vysoce hygroskopický. Používá se proto jako sušící činidlo, odmrazovací sůl a v betonu jako urychlovač tuhnutí.

důkaz

Kromě oranžově-červeného plamene jsou detekovány kationty vápníku, vápníku, stroncia a barya pomocí kyseliny sírové nebo roztoku síranu amonného. Tato detekční reakce produkuje bílé, kysele nerozpustné sraženiny. I s uhličitanovými, oxalátovými a dichromátovými anionty se mohou vytvářet sraženiny různého stupně rozpustnosti. Jejich podrobnější zkoumání pak umožňuje rozlišení kationtů kovů alkalických zemin (viz pod kationtovou separací a skupinou uhličitanu amonného).

V rutinní analýze (klinická chemie, chemie životního prostředí, chemie vody) je vápník kvantifikován plamenovou fotometrií až po stopu. Mez kvantifikace je 100 μg / l. Ve vyšších koncentracích je také možná titrace EDTA proti Eriochrome Black T. Pro gravimetrické stanovení vápníku se vysráží oxalátem a kalcinuje se při teplotě 600 ° C, čímž se získá vážená forma uhličitanu vápenatého.

preanalytics

Koncentrace vápníku se stanoví rutinní laboratorní diagnostikou v krvi a moči. Vápník je důležitým parametrem při diagnostice metabolismu kostí a vápníku. Jako vzorek krve lze použít jak sérum, tak heparinizovanou plazmu; Koncentrace vápníku v krvi se tedy krátce označuje jako sérový vápník nebo plazmatický vápník. V plazmě je třeba poznamenat, že se nepoužívá žádné antikoagulancium vázající vápník (jako je citrát nebo EDTA). Příliš dlouhá stáza žíly před odběrem krve může vést k nesprávně zvýšeným hodnotám.

Analytik

Vápník se v krvi váže na 50% jako ionty Ca2 +, na 35% na proteiny (albumin, globuliny) a na komplex 15% (bikarbonát, laktát, citrát, fosfát). Hladina vápníku v séru se pohybuje v úzkých mezích pro normální celkový vápník od 2,2 do 2,6 mmol / L (9 až 10,5 mg / dl) a normální ionizovaný vápník od 1,1 do 1,4 mmol / L (4,5 až 5,6 mg / dL). Biologické účinky vápníku jsou určovány dostupností volných iontů vápníku, a proto je ionizovaný vápník rozhodující.

Celková koncentrace vápníku (celkový vápník) v krvi závisí na koncentraci albuminu a musí být odpovídajícím způsobem upravena. Alternativně se koncentrace ionizovaného vápníku měří přímo. Celkový obsah vápníku v séru se stanoví absorpční spektrometrií nebo atomovou emisní spektrometrií. Využívány jsou fyzikální vlastnosti vápníku.

Ionizovaný vápník se stanoví iontově selektivními elektrodami.

Výklad

Koncentrace vápníku je v těle extrémně přísně kontrolována. Zvýšená koncentrace vápníku se nazývá hyperkalcemie, snížená koncentrace vápníku se nazývá hypokalcémie. Naleznete zde konkrétní příčiny a příznaky.

Přesné hodnoty závisí na metodě měření, a proto je rozhodující referenční hodnota daná laboratoří. U dětí jsou hodnoty mírně vyšší než u dospělých.

Funkce v lidském organismu

Vápník je kvantitativní prvek (definice: prvek s více než 50 mg na kg tělesné hmotnosti), a proto nepatří mezi stopové prvky. Vápník je s tělesnou zásobou 1 až 1,1 kg nejhojnějším minerálem v lidském organismu. 99% vápníku v těle je vázáno na kost (přes 90%) a zuby - sloučenina hydroxyapatitu bohatá na vápník (Ca5 (PO4) 3 (OH)) jim dodává stabilitu a pevnost. Kosti zároveň slouží jako úložiště pro vápník - v případě nedostatku vápníku může být část z kostí uvolněna a zpřístupněna pro další úkoly. Odvápnění kostí, osteoporóza, se vyskytuje hlavně u starších osob. K prevenci osteoporózy (základní terapie DVO) přispívá zvýšený příjem vápníku asi 1 g / den.

V buňkách hraje vápník klíčovou roli při excitaci svalů a nervů, metabolismu glykogenu, dělení buněk a aktivaci některých enzymů a hormonů. Jak Setsuro Ebashi poprvé prokázal, ke snížení svalové hmoty vede pouze příliv iontů vápníku do svalových buněk. Mimo buňky se vápník podílí na srážení krve a udržování buněčných membrán. Krevní sérum musí být vždy v koncentraci 2,1 až 2,6 mmol / l vápníku, s přibližně 1 až 1,5 mmol / l v ionizované formě. Je regulován hormony kalcitriol, kalcitonin a parathormony. V extracelulárním prostoru se nachází pouze 0,1% vápníku přítomného v těle, z nichž 30 až 55% je vázáno na proteiny, 5 až 15% je ve formě komplexů (např. Hydrogenuhličitan vápenatý, citrát vápenatý, síran vápenatý, fosforečnan vápenatý nebo laktát vápenatý). Pouze asi 50% extracelulárního vápníku je přítomno ve volně ionizované a tedy v biologicky aktivní formě. Příznaky hypokalcemie se vyskytují pouze v případě, že tento ionizovaný obsah vápníku není přítomen.

Aufnahme

Ne veškerý vápník, který je absorbován potravou, je absorbován v žaludku. Lidé absorbují přibližně 30% vápníku v potravě, ale toto procento se liší podle stravy. Absorpci vápníku ovlivňují také další faktory. Účinnost absorpce klesá se zvyšujícím se příjmem vápníku. U kojenců a dětí v růstu je míra absorpce až 60%, protože pro tvorbu kostí vyžadují hodně vápníku. Míra absorpce klesá až na 15 na 20% u dospělých, s rostoucí poptávkou po ženách v těhotenství.

Rizikovými skupinami pro nedostatečný příjem vápníku jsou mladé ženy, těhotné ženy, kojící ženy a senioři.

Předpokladem pro absorpci vápníku v těle ve velkém množství je dostatečný přísun vitamínu D3. Současná dodávka kyseliny šťavelové a kyseliny fytové a jejich solí (oxaláty, fytáty) snižuje absorpci vápníku. Vápník se vylučuje močí, přičemž mimo jiné vysoký příjem bílkovin, stolní soli, kávy nebo alkoholu zvyšuje vylučování vápníku.

Specifický profil aminokyselin - zejména aminokyselin obsahujících síru - určuje kalciuretický (vylučování vápníku prostřednictvím ledvin podporujících) účinků potravinových bílkovin. Sírany vznikající při metabolismu z těchto aminokyselin zvyšují kyselost moči, což má za následek vylučování většího množství vápníku do moči. Aminokyseliny obsahující síru se nacházejí jak v potravinách živočišného původu, tak v potravinářských rostlinách, například v obilovinách.

zdroje vápníku

Přibližné hladiny vápníku v mg na 100 g potraviny (konzumní obsah):

• semeno
• Mák: 2500 mg
• Semena konopí: 144 až 954 mg
• Sezam: 800 mg
• Mandle, lískové ořechy a amarant: 200 až 250 mg
• Brazilské ořechy: 170 mg
• Vařené sójové boby: 70 mg
• Ovesná a slunečnicová semena: 50 mg
• mléčné výrobky
• sýr
• Tvrdý sýr: 1100 mg až 1300 mg
• Plátky sýra: 500 mg až 1100 mg
• Měkký sýr: 300 mg až 500 mg
• Mléko, jogurt a kefír: 100 mg až 150 mg
• Syrovátka: 70 mg až 100 mg
• zeleninový
• Kopřivy: 360 mg
• Kale, petržel: 200 mg až 250 mg
• Řeřicha, pampeliška a raketa: 150 mg až 200 mg
• Čínské zelí, fenykl, brokolice, křen: 100 mg až 150 mg
• Bělicí celer: 80 mg
• Řepa: 20 mg
• ovoce
• Sušené fíky: 250 mg
• Banány: 8 mg
• Celozrnný chléb: 50 mg
• Minerální voda: 2 mg až> 50 mg

Zdravotní rizika

Na rozdíl od zdraví ledvin nemůže dialyzační pacient vylučovat přebytečný vápník močí a kost obvykle neabsorbuje nabízený vápník. Existuje tedy riziko, že se vápník usadí v cévách a měkkých tkáních. Uhličitan vápenatý, používaný jako fosfátové pojivo, může přispívat ke kardiovaskulární kalcifikaci. Dvouletá studie 2004u ukázala konzistentní korelaci mezi příjmem uhličitanu vápenatého a progresivní arteriosklerózou u hemodialyzovaných pacientů.

V roce 2010 zveřejnil Bolland metaanalýzu, mimo jiné v British Medical Journal, která tvrdí, že doplňky vápníku bez cholekalciferolu (vitamin D3) zvyšují riziko srdečního infarktu až o 30%. Tento účinek by měl nastat v závislosti na dávce při denním doplňování 500 mg vápníku bez vitamínu D3. Ve skupině s doplňkem vápníku se také zvýšily mrtvice a úmrtí. Tato práce byla kritizována za svou metodologii. V údajích předložených Bolland et al., Drug Commission německé lékařské asociace neuznává dostatečné důkazy o zvýšeném riziku infarktu způsobeného použitím doplňků vápníku. Ve stanovisku Komise rovněž zdůraznila, že jediné podávání vápníku, které bylo zkoumáno v metaanalýze, se nedoporučuje k nápravě osteoporotické metabolické poruchy bez dalšího podávání vitaminu D3 podle současných německých pokynů. Na druhé straně jsou výhody kombinované náhrady vápníku a vitaminu D3 v prevenci zlomenin omezené a závislé na faktorech, jako je příjem vápníku v potravě, koncentrace vitaminu D v séru, věk, domácí ošetřovatelská péče a počáteční riziko zlomenin. Neexistují žádné smysluplné údaje, které by prokazovaly, že suplementace vápníkem je prospěšná u lidí, kteří dostávají normální péči o vápník a vitamin D3. Na druhé straně lze prokázat negativní účinky, jako je zvýšené riziko ledvinových kamenů. Doplňky vápníku proto nelze obecně doporučit. Naopak by bylo nutné určit rizikové skupiny, které budou pravděpodobně těžit z dalšího vápníku. Podle Komise by měl být celkový příjem vápníku (dieta plus doplněk) od 1000 do 1500 mg.

Také studie z roku 2013 poukazují na zvýšenou úmrtnost díky nadměrné substituci vápníku. Švédská studie ukazuje, že ženy, které byly zbytečně nahrazeny vápníkem, navzdory dostatečnému množství vápníku ve stravě, měly zvýšenou úmrtnost. U mužů jiná studie zjistila zvýšené riziko kardiovaskulární náhrady vápníku.

Dvě prospektivní kohortní studie ukázaly, že spotřeba dávek vápníku> 2000 1330 mg denně je spojena se zvýšeným rizikem rakoviny prostaty. Dvě další prospektivní kohortní studie nezjistily žádnou souvislost s dávkami vápníku 1840 a 3 mg denně. Podkladem pro zvýšené riziko je podezření na nedostatečnou produkci vitaminu DXNUMX. Vysoký příjem vápníku snižuje vlastní produkci cholekalciferolu v těle a předklinické studie prokázaly několik potenciálně příznivých účinků vitaminu na rakovinu prostaty. Do jaké míry přispívá k riziku spotřeba vápníku ve vztahu ke spotřebě tuků (z mléka a mléčných výrobků), není jasné.

Připojení

• apatit
• Uhličitan vápenatý, vápenec, mramor
• Oxid vápenatý, pálené vápno
• Hydroxid vápenatý, hasené vápno
• Síran vápenatý, anhydrit, sádrovec, bassanit
• fluorid vápenatý
• chlorid vápenatý
• vápník
• jodid vápenatý
• karbidu vápníku
• dusičnanu vápenatého
• fosforečnan vápenatý
• křemičitan vápenatý
• octan vápenatý
• citrát vápenatý
• glukonát vápenatý
• mléčnan vápenatý
• kalcium laktát glukonát
• propionát vápenatý
• Calciumdinatriumethylendiamintetraacetat
• bromičnanu vápník

Ceny, grafy a historické kurzy

Ceny vápníku -> Ceny vápníku v cenách strategických kovů