Vápník se ve vodě vyskytuje přirozeně. Mořská voda obsahuje přibližně 400 ppm vápníku. Jedním z hlavních důvodů hojného výskytu vápníku ve vodě je jeho přirozený výskyt v zemské kůře. Vápník je také součástí korálů. Řeky obvykle obsahují 1-2 ppm vápníku, ale ve vápencových oblastech mohou řeky obsahovat koncentrace vápníku až 100 ppm.
Příklad koncentrace vápníku ve vodních organismech: mořské řasy luctuca 800-6500 ppm (vlhká hmota), ústřice přibližně 1500 ppm (suchá hmota).
V mořském roztoku je vápník přítomen hlavně jako Ca2+ (aq), ale může se vyskytovat také jako CaOH+ (aq) nebo Ca(OH)2 (aq), případně jako CaSO4 v mořské vodě.
Vápník je důležitým faktorem určujícím postroj vody a díky svým pufrovacím vlastnostem funguje také jako stabilizátor pH. Vápník také dodává vodě lepší chuť.
Jakým způsobem a v jaké formě reaguje vápník s vodou?
Na rozdíl od hořčíku, který je v periodické tabulce umístěn přímo nad vápníkem, reaguje elementární vápník s vodou při pokojové teplotě podle následujícího reakčního mechanismu:
Ca (s) + 2H2O (g) -> Ca(OH)2 (aq) + H2 (g)
Touto reakcí vzniká hydroxid vápenatý, který se rozpouští ve vodě jako soda, a plynný vodík.
Dalšími důležitými reakčními mechanismy vápníku jsou erozní reakce. Ty obvykle probíhají za přítomnosti oxidu uhličitého. Za normálních podmínek je uhličitan vápenatý ve vodě nerozpustný. Při přítomnosti oxidu uhličitého vzniká kyselina uhličitá, která ovlivňuje sloučeniny vápníku.
Rozpustnost vápníku a jeho sloučenin
Elementární vápník reaguje s vodou. Sloučeniny vápníku jsou více či méně rozpustné ve vodě. Uhličitan vápenatý má rozpustnost 14 mg/l, která se v přítomnosti oxidu uhličitého násobí pětkrát. Rozpustnost fosforečnanu vápenatého je 20 mg/l a rozpustnost fluoridu vápenatého je 16 mg/l. Rozpustnost chromanu vápenatého je 170 g/l a rozpustnost chloristanu vápenatého při 0oC je 218 g/l. Rozpustnost dalších sloučenin vápníku se pohybuje mezi hodnotami uvedenými v těchto příkladech, například arseničnan vápenatý 140 mg/L, hydroxid vápenatý 1,3 g/L a síran vápenatý 2,7-8,8 g/L.
Proč je vápník ve vodě přítomen?
Vápník je ve vodě přirozeně přítomen. Může se rozpouštět z hornin, jako je vápenec, mramor, kalcit, dolomit, sádrovec, fluorit a apatit. Vápník je určujícím faktorem tvrdosti vody, protože se ve vodě vyskytuje ve formě iontů Ca2+. Další determinantou tvrdosti je hořčík.
Vápník je přítomen v různých stavebních materiálech, jako je cement, cihlové vápno a beton. Je přítomen v bateriích a uplatňuje se v omítkách jako síran vápenatý. Kov se uplatňuje při výrobě zirkonia a thoria. Ve zlodějském průmyslu se vápník uplatňuje jako mazadlo a přidává se do slitin hliníku, mědi a olova. Vápník může odsávat oxid siřičitý z průmyslových výfukových plynů a neutralizovat kyseliny sírové před jejich vypouštěním. Dalšími příklady použití vápníku jsou chlorid vápenatý jako bělidlo a pro dezinfekci, fosforečnan vápenatý ve sklářském a porcelánovém průmyslu, polysulfid a hydroxid vápenatý jako flokulanty při čištění odpadních vod a fluorid vápenatý jako zákalové činidlo ve smaltérském průmyslu, v UV-spektroskopii a jako surovina pro výrobu tekutých kyselin. Vápník lze rovněž použít k odstraňování uhlíku a síry ze železa a slitin železa a k odvodňování oleje. Vápník se používá jako plnidlo papíru, což způsobuje jeho bělejší barvu, a v plastech pro zlepšení stability.
Vápník často pozitivně ovlivňuje kvalitu půdy a různé sloučeniny se používají jako hnojivo. Například roztoky CaCl2- nebo Ca(NO)3 se používají v zahradnictví. Oxid vápenatý je dehydratační měkkýš.
Jaké jsou účinky vápníku ve vodě na životní prostředí?
Vápník je potravní potřebou všech organismů kromě některých druhů hmyzu a bakterií. Uhličitan vápenatý je stavebním kamenem koster většiny mořských organismů a očních čoček. Fosforečnan vápenatý je potřebný pro stavbu kostí a zubů suchozemských organismů. Rostliny obsahují především šťavelan vápenatý. Zásoby vápníku v rostlinách tvoří asi 1 % sušiny.
Vápník je z velké části zodpovědný za tvrdost vody a může negativně ovlivňovat toxicitu jiných sloučenin. Prvky jako měď, olovo a zinek jsou v měkké vodě mnohem toxičtější.
Vápník může ve vápněných půdách imobilizovat železo. To může způsobit nedostatek železa, i když je ho v půdě dostatek.
Tvrdost vody ovlivňuje vodní organismy, pokud jde o toxicitu kovů. V měkčí vodě se zvyšuje propustnost membrán v žábrách. Vápník také soutěží s jinými ionty o vazebná místa v žábrách. Tvrdá voda proto lépe chrání ryby před přímým příjmem kovů. pH o hodnotách 4,5-4,9 může při nízkém obsahu vápníku, sodíku a chlóru poškodit jikry lososů a pěstovaných lososů.
Různé sloučeniny vápníku mohou být toxické. LD50 pro arseničnan vápenatý u potkanů je 20 mg/ kg tělesné hmotnosti. Karbid vápenatý tvoří při styku s vodou hořlavý ethin, a proto je považován za nebezpečný.
Mezi účinky tvrdosti vody na životní prostředí patří tvrdnutí domácího vybavení, protože vysoké teploty způsobují uhličitanovou tvrdost. To může dramaticky snížit životnost zařízení a způsobuje zvýšení množství domovního odpadu. Uhličitan vápenatý interaguje s detergenty a čisticími prostředky. Tvorba komplexů způsobuje snížení účinnosti mycích prostředků, což vede k požadavku na zvýšenou aplikaci mycích prostředků a nákup změkčovačů (viz také hořčík a voda).
Změkčování se často provádí pomocí iontoměničů. Ty se musí regenerovat kuchyňskou solí, a proto zatěžují odpadní vody.
Existuje šest stabilních izotopů vápníku. Dnes známe osm nestabilních izotopů vápníku. Vápník 45Ca je vysoce radioaktivní a toxický.
Jaké jsou zdravotní účinky vápníku ve vodě?
Vápník je minerální látka, která se v lidském těle vyskytuje v množství asi 1,2 kg. Žádný jiný prvek není v těle zastoupen hojněji. Fosforečnan vápenatý je podpůrnou látkou a způsobuje růst kostí a zubů spolu s vitaminem D. Vápník je také přítomen ve svalové tkáni a v krvi. Je potřebný pro vývoj buněčných membrán a dělení buněk a je částečně zodpovědný za svalové kontrakce a srážení krve. Vápník reguluje činnost membrán, napomáhá přenosu nervových impulsů a uvolňování hormonů, stabilizuje pH v těle a je nezbytnou součástí početí. Pro stimulaci těchto tělesných funkcí se dospělým doporučuje denní příjem přibližně 1000 mg vápníku. Toho lze dosáhnout konzumací mléčných výrobků, obilovin a zelené zeleniny.
Uhličitan vápenatý působí jako prostředek proti překyselení žaludku a může se aplikovat při řešení poruch trávení. Mléčnan vápenatý může tělu pomoci v období nedostatku vápníku a chlorid vápenatý je diuretikum.
Tvrdá voda může díky vysoké koncentraci vápníku pomáhat při posilování kostí a zubů. Může také snižovat riziko srdečních onemocnění. Tvrdost pitné vody musí být vyšší než 8,4 odH. Uhličitan vápenatý má pozitivní vliv na olověné vodovodní potrubí, protože vytváří ochranný povlak uhličitanu olovnatého(II). Ten zabraňuje rozpouštění olova v pitné vodě, a tím i jeho vstupu do lidského těla.
Pokud člověk přijímá velké množství vápníku, může to mít negativní vliv na lidské zdraví. Smrtelná dávka při orálním příjmu je přibližně 5-50 mg/ kg tělesné hmotnosti. Kovový vápník při styku s kůží, očima a sliznicemi způsobuje korozi kůže.
Které technologie úpravy vody lze použít k odstranění vápníku z vody?
Odstranění vápenatých a hořečnatých iontů z vody se provádí pomocí změkčovačů vody. Jedná se o iontoměniče, které obvykle obsahují ionty Na+, které se uvolňují a nahrazují ionty Ca2+ a Mg2+.
Sloučeniny vápníku lze použít pro čištění odpadních vod. Pomocí uhličitanu vápenatého a hydroxidu vápenatého lze měnit pH a tvrdost pitné vody.
Literatura a ostatní prvky a jejich interakce s vodou
.