кальций что это в химии

Кальций — важный для производства и необходимый для жизни человека металл

Кальций — простое неорганическое вещество, элемент таблицы Менделеева, щёлочноземельный металл. Впервые был получен из гашеной извести, поэтому элемент назвали Calcium, от латинского «calx» («мягкий камень», «известь»).

Кальция в земной коре много, он занимает 5-е место по распространенности. Входит в состав 385-ти минералов: известняков, силикатов и алюмосиликатов, гранитов, полевого шпата, мрамора, мела, гипса, алебастра, доломитов, апатитов и многих других. В чистом виде не встречается из-за своей химической активности.

Свойства

Светлый серебристый металл, умеренно твердый. При давлении свыше миллиона атмосфер проявляет аномальные свойства сверхпроводимости при температуре во много раз большей, чем другие элементы.

Кальций — химически активный элемент. Быстро окисляется на воздухе и теряет блеск, становясь тускло серым, поэтому хранят чистый металл в герметичной посуде, в керосине или жидком парафине. Реагирует с кислородом, водой, углекислым газом, бромом, хлором, йодом при обычных условиях. Горит, окрашивая пламя в красно-оранжевый цвет. При нагревании взаимодействует с большинством неметаллов: серой, бором, кремнием, азотом и пр. Образует множество растворимых и нерастворимых солей.

Соли кальция совместно с солями магния определяют жесткость воды. При повышении температуры содержащийся в воде растворимый гидрокарбонат Са(НСО3)2 превращается в нерастворимый карбонат СаСО₃, образующий на стенках накипь.

Биогенное значение кальция

Элемент очень важен для всего живого. Является основой «скелета» многих морских беспозвоночных, например, кораллов и губок; содержится в раковинах моллюсков, в скорлупе птичьих яиц. Необходим для формирования костей и зубов человека и млекопитающих. Ионы кальция важны для свертываемости крови; для функционирования нервной, сердечно-сосудистой, мышечной, гормональной систем; содержатся не только в скелете и зубах, но и в клетках, межклеточной жидкости.

Это интересно

У кальция имеется 6 изотопов, Ca 40 и Ca 48 содержат магическое число (термин из ядерной физики) протонов и нейтронов (дважды магические изотопы) с полностью заполненной электронной оболочкой. Химикам известно всего 5 природных дважды магических изотопов и два из них — изотопы Ca. Дважды магические изотопы отличаются особой стабильностью по сравнению со своими соседями по таблице нуклеидов.

В тканях растений, животных и людей кальция содержится настолько много (до 2% от массы), что в миграции элемента по планете большее значение имеет биогенная миграция.

Применение

• Чистый реактив востребован в промышленности для получения многих металлов, в том числе меди, хрома, урана. Для раскисления стали (очистки от кислорода). Известняк нужен при выплавке чугуна, при создании нержавеющей стали.
• Для получения титана, циркония, цезия, рубидия, урана и редкоземельных элементов (лантана и лантаноидов, скандия, иттрия, тория) металлотермическими методами.
• Свинцовые сплавы применяются в аккумуляторных батареях, в подшипниках.
• При производстве электровакуумных приборов для удаления остатков воздуха.
• Изотоп Ca 48 — источник нейтронов в ядерных реакторах в процессе получения сверхтяжелых и новых элементов.
• Ca в составе природных материалов (мрамор, гранит, кальцит, известняк, гипс, алебастр, мел) используется как строительный и отделочный материал, для приготовления строительных растворов.
• Гипс — материал с большим содержанием кальция в составе, используется в травматологии, при изготовлении скульптур, лепнины и других художественных изделий.
• Хлорная известь («хлорка») — популярный антисептик.
• Препараты, содержащие кальций, применяют в терапии многих заболеваний, например, рахита, остеопороза, низкой свертываемости крови, мышечных судорог.
• Соединения кальция используются для осушения и фильтрации воздуха в химических установках, в хлоркальциевых трубках.
• В лабораториях для контроля средств и методик измерения жесткости воды применяется Государственный стандартный образец «Кальций».
• Хлорид кальция востребован для борьбы с обледенением дорог.
• Фторид кальция (красивый минерал флюорит) используется как оптический материал.

В ассортименте магазина «ПраймКемикалсГрупп» широко представлены соединения кальция и стандарт-титры этого вещества. Вы можете купить товар опытом и в розницу. Есть возможность вывезти его самостоятельно или заказать доставку.

Источник

Кальций: способы получения и химические свойства

Кальций Ca — это щелочноземельный металл, серебристо-белый, пластичный, достаточно твердый. Реакционноспособный. Сильный восстановитель.

Относительная молекулярная масса M_r = 40,078; относительная плотность для твердого и жидкого состояния d = 1,54; t_пл = 842º C; t_кип = 1495º C.

Способ получения

1. В результате электролиза жидкого хлорида кальция образуются кальций и хлор :

2. Хлорид кальция взаимодействует с алюминием при 600 — 700º С образуя кальций и хлорид алюминия:

3CaCl₂ + 2Al = 3Ca + 2AlCl₃

3. В результате разложения гидрида кальция при температуре выше 1000º С образуется кальций и водород:

4. Оксид кальция взаимодействует с алюминием при 1200º С и образует кальций и алюминат кальция:

4CaO + 2Al = 3Ca + Ca(AlO₂)₂

Качественная реакция

Кальций окрашивает пламя газовой горелки в коричнево-красный цвет.

Химические свойства

1.1. Кальций взаимодействует с азотом при 200 — 450º С образуя нитрид кальция:

1.2. Кальций сгорает в кислороде (воздухе) при выше 300º С с образованием оксида кальция:

2Ca + O₂ = 2CaO

1.4. С водородом кальций реагирует при температуре 500 — 700º C с образованием гидрида кальция:

1.5. В результате взаимодействия кальция и фтора при комнатной температуре образуется фторид кальция:

1.6. Кальций взаимодействует с серой при 150º С и образует сульфид кальция:

Ca + S = CaS

1.7. В результате реакции между кальцием и фосфором при 350 — 450º С образуется фосфид кальция:

1.8. Кальций взаимодействует с углеродом (графитом) при 550º С и образует карбид кальция:

Ca + 2C = CaC₂

2. Кальций активно взаимодействует со сложными веществами:

2.2. Кальций взаимодействует с кислотами:

2.2.1. Кальций реагирует с разбавленной соляной кислотой, при этом образуются хлорид кальция и водород :

Ca + 2HCl = CaCl₂ + H₂ ↑

2.2.2. Реагируя с разбавленной азотной кислотой кальций образует нитрат кальция, оксид азота (I) и воду:

если азотную кислоту еще больше разбавить, то образуются нитрат кальция, нитрат аммония и вода:

2.3. Кальций вступает в реакцию с газом аммиаком при 600 — 650º С. В результате данной реакции образуется нитрид кальция и гидрид кальция:

если аммиак будет жидким, то в результате реакции в присутствии катализатора платины образуется амид кальция и водород:

Источник

Кальций

Название, символ, номерКальций/Calcium (Ca), 20Атомная масса
(молярная масса)40,078(4) а. е. м. (г/моль)Электронная конфигурация[Ar] 4s 2Радиус атома197 пмКовалентный радиус174 пмРадиус иона(+2e) 99 пмЭлектроотрицательность1,00 (шкала Полинга)Электродный потенциал−2,76 ВСтепени окисления2Энергия ионизации
(первый электрон)589,4 (6,11) кДж/моль (эВ)Плотность (при н. у.)1,55 г/см³Температура плавления1112 К; 838,85 °CТемпература кипения1757 К; 1483,85 °CУд. теплота плавления9,20 кДж/мольУд. теплота испарения153,6 кДж/мольМолярная теплоёмкость25,9 Дж/(K·моль)Молярный объём29,9 см³/мольСтруктура решёткикубическая гранецентрированнаяПараметры решётки5,580 ÅТемпература Дебая230 KТеплопроводность(300 K) (201) Вт/(м·К)Номер CAS7440-70-2

Кальций (Ca от лат. Calcium ) — элемент второй группы (по старой классификации — главной подгруппы второй группы), четвёртого периода, с атомным номером 20. Простое вещество кальций — мягкий, химически активный щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета. Впервые получен в чистом виде Г. Дэви в 1808 году.

Содержание

История и происхождение названия

Название элемента происходит от лат. calx (в родительном падеже calcis) — «известь», «мягкий камень». Оно было предложено английским химиком Гемфри Дэви, в 1808 г. выделившим металлический кальций электролитическим методом. Дэви подверг электролизу смесь влажной гашёной извести с оксидом ртути HgO на платиновой пластине, которая являлась анодом. Катодом служила платиновая проволока, погруженная в жидкую ртуть. В результате электролиза получалась амальгама кальция. Отогнав из неё ртуть, Дэви получил металл, названный кальцием.

Соединения кальция — известняк, мрамор, гипс (а также известь — продукт обжига известняка) применялись в строительном деле уже несколько тысячелетий назад. Вплоть до конца XVIII века химики считали известь простым телом. В 1789 году А. Лавуазье предположил, что известь, магнезия, барит, глинозём и кремнезём — вещества сложные.

Нахождение в природе

Из-за высокой химической активности кальций в свободном виде в природе не встречается.

Изотопы

В горных породах и минералах

Кальций, энергично мигрирующий в земной коре и накапливающийся в различных геохимических системах, образует 385 минералов (четвёртое место по числу минералов).

Большая часть кальция содержится в составе силикатов и алюмосиликатов различных горных пород (граниты, гнейсы и т. п.), особенно в полевом шпате — анортите Ca[Al₂Si₂O₈].

Довольно широко распространены такие минералы кальция, как кальцит CaCO₃, ангидрит CaSO₄, алебастр CaSO₄·0.5H₂O и гипс CaSO₄·2H₂O, флюорит CaF₂, апатиты Ca₅(PO₄)₃(F,Cl,OH), доломит MgCO₃·CaCO₃. Присутствием солей кальция и магния в природной воде определяется её жёсткость.

Осадочная порода, состоящая в основном из скрытокристаллического кальцита — известняк (одна из его разновидностей — мел). Под действием регионального метаморфизма известняк преобразуется в мрамор.

Миграция в земной коре

В естественной миграции кальция существенную роль играет «карбонатное равновесие», связанное с обратимой реакцией взаимодействия карбоната кальция с водой и углекислым газом с образованием растворимого гидрокарбоната:

(равновесие смещается влево или вправо в зависимости от концентрации углекислого газа).

Огромную роль играет биогенная миграция.

В биосфере

Соединения кальция находятся практически во всех животных и растительных тканях (см. ниже). Значительное количество кальция входит в состав живых организмов. Так, гидроксиапатит Ca₅(PO₄)₃OH, или, в другой записи, 3Ca₃(PO₄)₂·Ca(OH)₂ — основа костной ткани позвоночных, в том числе и человека; из карбоната кальция CaCO₃ состоят раковины и панцири многих беспозвоночных, яичная скорлупа и др. В живых тканях человека и животных 1,4—2 % Ca (по массовой доле); в теле человека массой 70 кг содержание кальция — около 1,7 кг (в основном в составе межклеточного вещества костной ткани).

Получение

Свободный металлический кальций получают электролизом расплава, состоящего из CaCl₂ (75—80 %) и KCl или из CaCl₂ и CaF₂, а также алюминотермическим восстановлением CaO при 1170—1200 °C 4CaO + 2Al → CaAl₂O₄ + 3Ca

Физические свойства

При постепенном повышении давления начинает проявлять свойства полупроводника, но не становится полупроводником в полном смысле этого слова (металлом уже тоже не является). При дальнейшем повышении давления возвращается в металлическое состояние и начинает проявлять сверхпроводящие свойства (температура сверхпроводимости в шесть раз выше, чем у ртути, и намного превосходит по проводимости все остальные элементы). Уникальное поведение кальция похоже во многом на стронций (то есть параллели в периодической системе сохраняются).

Химические свойства

Кальций — типичный щёлочноземельный металл. Химическая активность кальция высока, но ниже, чем более тяжёлых щёлочноземельных металлов. Он легко взаимодействует с кислородом, углекислым газом и влагой воздуха, из-за чего поверхность металлического кальция обычно тускло-серая, поэтому в лаборатории кальций обычно хранят, как и другие щёлочноземельные металлы, в плотно закрытой банке под слоем керосина или жидкого парафина.

С активными неметаллами (кислородом, хлором, бромом, йодом) кальций реагирует при обычных условиях:

При нагревании на воздухе или в кислороде кальций воспламеняется и горит красным пламенем с оранжевым оттенком («кирпично-красным»). С менее активными неметаллами (водородом, бором, углеродом, кремнием, азотом, фосфором и другими) кальций вступает во взаимодействие при нагревании, например:

Кроме получающихся в этих реакциях фосфида кальция Ca₃P₂ и силицида кальция Ca₂Si, известны также фосфиды кальция составов CaP и CaP₅ и силициды кальция составов CaSi, Ca₃Si₄ и CaSi₂.

Протекание указанных выше реакций, как правило, сопровождается выделением большого количества теплоты. Во всех соединениях с неметаллами степень окисления кальция +2. Большинство из соединений кальция с неметаллами легко разлагается водой, например:

Ион Ca 2+ бесцветен. При внесении в пламя растворимых солей кальция пламя окрашивается в кирпично-красный цвет.

Такие соли кальция, как хлорид CaCl₂, бромид CaBr₂, йодид CaI₂ и нитрат Ca(NO₃)₂, хорошо растворимы в воде. Нерастворимы в воде фторид CaF₂, карбонат CaCO₃, сульфат CaSO₄, ортофосфат Ca₃(PO₄)₂, оксалат CaC₂O₄ и некоторые другие.

Важное значение имеет то обстоятельство, что, в отличие от карбоната кальция CaCO₃, кислый карбонат кальция (гидрокарбонат) Ca(HCO₃)₂ в воде растворим. В природе это приводит к следующим процессам. Когда холодная дождевая или речная вода, насыщенная углекислым газом, проникает под землю и попадает на известняки, то наблюдается их растворение, а в тех местах, где вода, насыщенная гидрокарбонатом кальция, выходит на поверхность земли и нагревается солнечными лучами, протекает обратная реакция

Так в природе происходит перенос больших масс веществ. В результате под землёй могут образоваться огромные карстовые полости и провалы, а в пещерах образуются красивые каменные «сосульки» — сталактиты и сталагмиты.

Наличие в воде растворенного гидрокарбоната кальция во многом определяет вре́менную жёсткость воды. Вре́менной её называют потому, что при кипячении воды гидрокарбонат разлагается, и в осадок выпадает CaCO₃. Это явление приводит, например, к тому, что в чайнике со временем образуется накипь.

Применение

Главное применение металлического кальция — это использование его как восстановителя при получении металлов, особенно никеля, меди и нержавеющей стали. Кальций и его гидрид используются также для получения трудно восстанавливаемых металлов, таких, как хром, торий и уран. Сплавы кальция со свинцом применяются в некоторых видах аккумуляторных батарей и при производстве подшипников. Кальциевые гранулы используются также для удаления следов воздуха из электровакуумных приборов. Чистый металлический кальций широко применяется в металлотермии при получении редкоземельных элементов.

Кальций широко применяется в металлургии для раскисления стали наряду с алюминием или в сочетании с ним. Внепечная обработка кальцийсодержащими проволоками занимает ведущее положение в связи с многофакторностью влияния кальция на физико-химическое состояние расплава, макро- и микроструктуры металла, качество и свойства металлопродукции и является неотъемлемой частью технологии производства стали. В современной металлургии для ввода в расплав кальция используется инжекционная проволока, представляющая из себя кальций (иногда силикокальций или алюмокальций) в виде порошка или прессованного металла в стальной оболочке. Наряду с раскислением (удалением растворенного в стали кислорода) использование кальция позволяет получить благоприятные по природе, составу и форме неметаллические включения, не разрушающиеся в ходе дальнейших технологических операций.

Изотоп 48 Ca — один из эффективных и употребительных материалов для производства сверхтяжёлых элементов и открытия новых элементов таблицы Менделеева. Это связано с тем, что кальций-48 является дважды магическим ядром, поэтому его устойчивость позволяет ему быть достаточно нейтроноизбыточным для лёгкого ядра; при синтезе сверхтяжёлых ядер необходим избыток нейтронов.

Биологическая роль

Усвоению кальция препятствуют некоторые животные жиры (включая жир коровьего молока и говяжий жир, но не сало) и пальмовое масло. Содержащиеся в таких жирах пальмитиновая и стеариновая жирные кислоты отщепляются при переваривании в кишечнике и в свободном виде прочно связывают кальций, образуя пальмитат кальция и стеарат кальция (нерастворимые мыла). В виде этого мыла со стулом теряется как кальций, так и жир. Этот механизм ответственен за снижение всасывания кальция, снижение минерализации костей и снижение косвенных показателей их прочности у младенцев при использовании детских смесей на основе пальмового масла (пальмового олеина). У таких детей образование кальциевых мыл в кишечнике ассоциируется с уплотнением стула, уменьшением его частоты, а также более частым срыгиванием и коликами.

Концентрация кальция в крови из-за её важности для большого числа жизненно важных процессов точно регулируется, и при правильном питании и достаточном потреблении обезжиренных молочных продуктов и витамина D дефицита не возникает. Длительный дефицит кальция и/или витамина D в диете приводит к увеличению риска остеопороза, а в младенчестве вызывает рахит.

Избыточные дозы кальция и витамина D могут вызвать гиперкальцемию. Максимальная безопасная доза для взрослых в возрасте от 19 до 50 лет включительно составляет 2500 мг в сутки (около 340 г сыра Эдам).

Источник

Кальций

Кальций — химический элемент с атомным номером 20 в периодической системе, обозначается символом Ca (лат. Calcium ), мягкий щелочноземельный металл серебристо-серого цвета.

Умеренно твёрдый,
серебристо-белый металл

Содержание

История и происхождение названия

Нахождение в природе

Соединения кальция находятся практически во всех животных и растительных тканях. В организме человека и животного 1,4-2 % Са3(РО4)2 и 13 % СаСО3.

Получение

Свойства

Химические свойства

Применение

Применение металлического кальция

Металлотермия

Чистый металлический кальций широко применяется в металлотермии при получении редких металлов.

Ядерный синтез

Изотоп 48 Ca наиболее эффективный и употребительный материал для производства сверхтяжелых элементов, и открытия новых элементов таблицы Менделеева. Например в случае использования ионов 48 Ca для получения сверхтяжелых элементов на ускорителях, ядра этих элементов образуются в сотни и тысячи раз эффективней чем при использовании других «снарядов»(ионов).

Применение соединений кальция

Легирование сплавов

Чистый кальций применяется для легирования свинца идущего на изготовление аккумуляторных пластин необслуживаемых стартерных свинцово-кислотных аккумуляторов с малым саморазрядом. Так же металлический кальций идет на производство качественных кальциевых баббитов БКА.

Гидрид кальция

Нагреванием кальция в атмосфере водорода получают CaH ( гидрид кальция ) используемый в металлургии (металлотермии) и при получении водорода в полевых условиях.

Оптика

Фторид кальция (флюорит) применяется в виде монокристаллов в оптике (астрономические объективы, линзы, призмы), и как лазерный материал.

Лазерные материалы

Вольфрамат кальция ( шеелит ) в виде монокристаллов применяется в лазерной технике.

Карбид кальция

Химические источники тока

Кальций, а так же его сплавы с алюминием и магнием используются в резервных тепловых электрических батареях в качестве анода(например кальций-хроматный элемент ). Хромат кальция используется в таких батареях в качестве катода. Особенность таких батарей — чрезвычайно долгий срок хранения (десятилетия) в пригодном состоянии, возможность эксплуатации в любых условиях (космос, высокие давления), большая удельная энергия по весу и объему. Недостаток в недолгом сроке действия. Такие батареи используются там где необходимо на короткий срок создать колоссальную электрическую мощность (баллистические ракеты, некоторые космические аппараты и.т.д).

Огнеупорные материалы

Оксид кальция в свободном виде так и в составе керамических смесей применяется в производстве огнеупорных материалов.

Лекарственные средства

Соединения кальция широко применяются в качестве антигистаминного средства.

Биологическая роль

В организме животных ионы кальция играют существенную роль (кальциевые каналы).

Кальций — важнейший элемент для формирования скелета (см. витамин Д ).

С возрастом в организме усиливаются процессы, связанные с потерей ионов кальция, что приводит к остеопорозу (в отсутствие коррекции).

Изотопы

Из шести природных изотопов кальция пять стабильны. Шестой изотоп 48 Ca, самый тяжелый из шести и весьма редкий (его изотопная распространённость равна всего 0,187 %), как было недавно обнаружено, испытывает двойной бета-распад с периодом полураспада 5,3×10 19 лет.

См. также

Ссылки

Литература

af:Kalsium ar:كالسيوم ast:Calciu bg:Калций bn:ক্যালসিয়াম bs:Kalcijum ca:Calci co:Calciu cs:Vápník da:Calcium de:Calcium el:Ασβέστιο en:Calcium eo:Kalcio es:Calcio et:Kaltsium fi:Kalsium fr:Calcium gl:Calcio (elemento) he:סידן hr:Kalcij hu:Kalcium hy:Կալցիում id:Kalsium io:Kalcio is:Kalsín it:Calcio (metallo) ja:カルシウム jbo:bogjinme ko:칼슘 ku:Kalsiyûm la:Calcium lb:Kalzium lt:Kalcis lv:Kalcijs mi:Konupūmā mk:Калциум ml:കാത്സ്യം ms:Kalsium nl:Calcium nn:Kalsium no:Kalsium oc:Calci pl:Wapń pt:Cálcio ro:Calciu sh:Kalcij simple:Calcium sk:Vápnik sl:Kalcij sq:Kalciumi sr:Калцијум su:Kalsium sv:Kalcium ta:கல்சியம் th:แคลเซียม tr:Kalsiyum uk:Кальцій uz:Kalsiy vi:Canxi zh:钙 zh-yue:鈣

Источник