Vápnik

Vápnik (calcium) je chemický prvok v Periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku Ca a protónové číslo 20. Je to mäkký, ľahký kov, ktorý patrí medzi kovy alkalických zemín. Búrlivo reaguje s kyslíkom i vodou, preto sa s ním v prírode stretávame len v podobe zlúčenín. Ako biogénny prvok je jedným zo základných stavebných kameňov buniek všetkých živých organizmov na Zemi. Je tiež najvýznamnejšie zastúpeným kovom v organizmoch. Slovenský aj latinský názov je odvodený od názvu vápna a vápenca (lat. calx). Soli vápnika farbia plameň do červena. Vápnik objavil v roku 1808 sir Humphry Davy.

Výskyt v prírode 
Vďaka svojej veľkej reaktivite sa v prírode stretávame iba so zlúčeninami vápnika a to len s mocenstvom Ca2+.

Zemská kôra je z veľkej časti tvorená horninami, v ktorých vápnik tvorí podstatnú zložku. Podľa posledných dostupných údajov tvorí vápnik 3,44,2% zemskej kôry a je piatym najviac zastúpeným prvkom. V morskej vode je jeho koncentrácia iba 0,4 g Ca/l a vo vesmíre pripadá na jeden atóm vápniku približne pol miliónu atómov vodíka.

 Najbežnejšou horninou na báze vápnika je vápenec, uhličitan vápenatý CaCO3 tvorený minerálom kalcitom rovnakého chemického zloženia. Táto hornina sa nachádza prakticky vo všetkých lokalitách biologického pôvodu a pochádza zo schránok obyvateľov pravekých (predovšetkým druhohorných) morí. Napr. Česko patrí vo svete medzi štáty s najbohatším výskytom hornín vápencového typu, známa je napríklad lokalita medzi Prahou a Berounom alebo Moravský kras.
 Špeciálny typ predstavuje krieda, takmer čistý mäkký pórovitý vápenec s typicky žiarivo bielou farbou, nachádzajúci sa napríklad na pobreží kanálu La Manche. Jej najväčšie ložiská vznikli v rovnomennom geologickom období v pravekých moriach vyzrážaním uhličitanu vápenatého na usadených vápenitých škrupinách prvokov. Najznámejším využitím je plavením prírodnej kriedy vyrobená písacia krieda, dôverne známa zo školského prostredia.
 Najviac cenenou odrodou vápenca je mramor, používaný predovšetkým k dekoratívnym účelom - obklady budov, sochy. Významné náleziská sú na Apeninskom polostrove (carrarský mramor), ale i v Česku (slivenecký mramor). Ide o premenenú horninu vzniknutú z vápenca rekryštalizovaného vysokým tlakom a teplotou. Výsledná farba je závislá na prísadách a pigmente v pôvodnej hornine. Prísady, ktoré sa v pôvodnej hornine vyskytovali vo vrstvách alebo v žilách, sa metamorfózou pretvárajú na charakteristickú mramorovú kresbu. Ta ho činí menej pevným, preto sa mramor s kresbou zvyčajne nepoužíva pre sochy.
 Vzájomné chemické prechody medzi uhličitanom a hydrogénuhličitanom vápenatým Ca(HCO3)2 sú príčinou vzniku krasových javov. Princíp týchto procesov spočíva v tom, že hydrogénuhličitan vápenatý je vo vode rozpustný viac než uhličitan vápenatý. Ak sa roztok Ca(HCO3)2 v podzemnej vode dostane do kontaktu s atmosférickým oxidom uhličitým CO2, dôjde k vzniku málo rozpustného uhličitanu, ktorý sa usadí na mieste svojho vzniku. Tieto prírodné úkazy sa vyskytujú v jaskynných systémoch po celom svete a pomalý rast stalaktitov, stalagmitov a stalagnátov je geologickou obdobou rastu a vývoja živých organizmov v prírode.

 Ďalším významným zdrojom vápnika je dolomit, zmiešaný uhličitan horečnato-vápenatý CaMg(CO3)2, ktorého ložiská sa nachádzajú v južnej Európe, Brazílii, južnej Austrálii a Severnej Amerike.
 Apatit je pomerne komplikovaný fosforečnan vápenatý, ktorý patrí medzi významné prírodné zdroje vápnika.
 Fluorit alebo kazivec je minerál s chemickým zložením CaF2 (fluorid vápenatý). Jeho ložiska sa nachádzajú v Číne, USA, Anglicku, Nemecku a Česku. Využíva sa predovšetkým ako surovina pre výrobu fluóru, ale i ako dekoratívny kameň pre výrobu ozdobných predmetov.
 Sadrovec je hydratovaný síran vápenatý CaSO4 · 2 H2O. Vyskytuje sa pomerne hojne v strednej Európe (Česko, Slovensko, Nemecko, Rakúsko) a USA.

Výroba a využitie 
Kovový vápnik sa priemyselne vyrába elektrolýzou taveniny chloridu alebo fluoridu vápenatého. Ďalším produktom tejto reakcie je elementárny chlór alebo fluór, ktorý je ihneď ďalej spracovávaný v chemickej výrobe.

Elementárny vápnik vykazuje veľmi silné redukčné vlastnosti a jemne rozptýlený kov sa využíva na redukcie v organickej syntéze ale i redukčnej výrobe iných kovov, napr. uránu, zirkónia alebo tória.

Veľká reaktivita kovového vápnika slúži v metalurgii na odstraňovanie malých množstiev síry a kyslíka z taveniny železa a pri výrobe ocele.

Zlúčeniny a ich využitie 
Zásadný význam majú zlúčeniny vápniku v stavebníctve. Termickým rozkladom vápenca vzniká oxid vápenatý, CaO, známy ako pálené vápno.

CaCO3 → CaO + CO2

Reakciou páleného vápna s vodou vzniká hydroxid vápenatý Ca(OH)2, čiže hasené vápno.

CaO + H2O → Ca(OH)2

Hasené vápno je v stavebníctve zložkou mnohých dôležitých pojivých prvkov ako je napr. malta, omietkové zmesi atď. Pri ich aplikácii dochádza k reakcii zásaditého vápna so vzdušným oxidom uhličitým za vzniku pôvodného uhličitanu vápenatého CaCO3.

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

Podobné, i keď obmedzenejšie využitie má sadra, teda hemihydrát síranu vápenatého CaSO4 · ½ H2O. Táto zlúčenina sa vyrába termickým rozkladom sadrovca CaSO4 · 2 H2O a po zmiešaní s vodou dochádza k opätivnej hydratácii a vzniká žiarivo biela, pomerne pevná a tvrdá hmota. Má všestranné využitie v stavebníctve, pri výrobe kópií rôznych predmetov (v zubnom lékarstve) atď. Podľa podmienok pri výrobe sadry a prísad pri jej tuhnutí je možné docieliť celú škálu výsledných produktov s rôznou tvrdosťou, rýchlosťou tuhnutia, farbou a pod.

Vápno i sadra sú zložkami pri výrobe dnes pravdepodobne najbežnejšieho stavebného materiálu – cementu. Po zmiešaní s pieskom a vodou vzniká pevná, tvrdá a odolná hmota – betón, s ktorou sa stretávame denne ako materiálom na konštrukciu moderných stavieb a základným materiálom ciest, leteckých pristávacích dráh, železničných pražcov a pod.
 
Chlorid vápenatý normálne viaže 2 molekuly vody CaCl2 · 2 H2O. Zahriatim je možné kryštalickú vodu odstrániť a látku použiť na sušenie organických tekutín alebo plynov.

Fosforečnany vápenaté, napr. CaHPO3, sa používajú ako priemyselné hnojivá, dodávajúce rastlinám fosfor a vápnik.

Zlúčenina vápnika s uhlíkom - karbid vápenatý, CaC2 reakciou s vodou uvoľňuje acetylén a bol v minulosti používaný na svietenie v lampách, tzv. karbidkách.

Biologický význam vápnika 
Vápnik patrí medzi biogénne prvky, ktoré sú nevyhnutné pre všetky živé organizmy. V telách stavovcov je základnou súčasťou kostí a zubov, nachádza sa ale i vo svaloch, krvi a ďalších telesných tkanivách.

Tvrdé schránky — škrupiny a mušle rozmanitých tvarov a veľkostí chrániace telá rôznych morských i sladkovodných ulitníkov a lastúrnikov sú tvorené z veľkej časti predovšetkým zlúčeninami vápnika.

Mohutné koralové útesy, ktoré po stáročia vytvárajú morské polypy z triedy koralovcov, sú zvyšky vápenitých kostier týchto uhynutých živočíchov. V našej prírode sa najčastejšie stretávame so slimákmi, ktorých ich vápenitá ulita chráni pred predátormi.

V ľudskej potrave predstavuje vápnik veľmi podstatnú zložku. Pretože je nevyhnutný pre zdravý vývin a rast kostí a zubov, je dôležité, aby sa pravidelne vyskytoval predovšetkým v jedálnom lístku detí a mládeže. Dôležitý pritom nie je len dostatok samotného vápnika, ale i vitamínu D, ktorý pomáha pri ukladaní vápnika do kostnej hmoty. Nedostatok niektorého z týchto faktorov je príčinou krivice (rachitídy). Starším ľuďom ubúda vápnik z kostnej hmoty, čo sa prejavuje ako tzv. osteoporóza (rednutie kostí). Kosti sú krehké, ľahko sa lámu a zlomeniny sa naopak ťažko a veľmi zdĺhavo hoja.

Uvádza sa, že denná dávka vápnika by mala činiť 8001 000 mg denne, ženy počas dojčenia ešte asi o 500 mg viac. Hlavným zdrojom vápnika v ľudskej potrave je mlieko a mliečne výrobky. Okrem toho je vápnik vo zvýšenej miere prítomný vo väčšine listovej zeleniny, semenách, orechoch, ovsených vločkách a v minerálnych vodách. Je potrebné si uvedomiť, že ľudská strava má byť celkovo vyvážená a spolu s prísunom dôležitého množstva vápnika musí obsahovať i dostatok ostatných minerálnych zložiek (napr. horčíka alebo fosforu).

Iné projekty 

 
Kovy alkalických zemín
Kovy
Redukčné činidlá