Acasă
fosă septică
Izotopi de calciu în natură. element calciu

Izotopi de calciu în natură. element calciu

Calciu- un element din subgrupul principal al celui de-al doilea grup, a patra perioadă a sistemului periodic de elemente chimice a lui D. I. Mendeleev, cu număr atomic 20. Este desemnat prin simbolul Ca (lat. Calciu). Substanța simplă calciu (număr CAS: 7440-70-2) este un metal alcalino-pământos moale, reactiv, alb-argintiu.

Istoria și originea numelui

Numele elementului provine de la lat. calx (în cazul genitiv calcis) - „tei”, „piatră moale”. A fost propus de chimistul englez Humphrey Davy, care în 1808 a izolat calciul metalic prin metoda electrolitică. Davy a electrolizat un amestec de var stins umed cu oxid de mercur HgO pe o placă de platină, care era anodul. Un fir de platină scufundat în mercur lichid a servit drept catod. În urma electrolizei s-a obținut amalgam de calciu. După ce a alungat mercurul din el, Davy a primit un metal numit calciu. Compușii de calciu - calcar, marmură, gips (precum și var - un produs al arderii calcarului) au fost folosiți în construcții de câteva milenii în urmă. Până la sfârșitul secolului al XVIII-lea, chimiștii considerau varul un simplu corp. În 1789, A. Lavoisier a sugerat că varul, magnezia, baritul, alumina și silicea sunt substanțe complexe.

Fiind în natură

Datorită activității chimice ridicate a calciului în formă liberă nu se găsește în natură.

Calciul reprezintă 3,38% din masa scoarței terestre (a cincea cea mai abundentă după oxigen, siliciu, aluminiu și fier).

izotopi

Calciul se găsește în natură sub forma unui amestec de șase izotopi: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca și 48Ca, dintre care cel mai comun - 40Ca - este de 96,97%.

Din cei șase izotopi de calciu existenți în mod natural, cinci sunt stabili. Al șaselea izotop 48Ca, cel mai greu dintre cei șase și foarte rar (abundența sa izotopică este de doar 0,187%), a fost descoperit recent că suferă dezintegrare dublă beta cu un timp de înjumătățire de 5,3×10 19 ani.

În roci și minerale

Cea mai mare parte a calciului este conținută în compoziția silicaților și aluminosilicaților din diverse roci (granite, gneisuri etc.), în special în feldspat - anortit Ca.

Sub formă de roci sedimentare, compușii de calciu sunt reprezentați de cretă și calcare, constând în principal din mineralul calcit (CaCO 3). Forma cristalină a calcitului, marmura, este mult mai puțin comună în natură.

Minerale de calciu precum calcitul CaCO 3 , anhidrita CaSO 4 , alabastru CaSO 4 0,5 H 2 O și gips CaSO 4 2H 2 O, fluorit CaF 2 , apatite Ca 5 (PO 4) 3 (F, Cl, OH), dolomit MgCO 3 CaCO3. Prezența sărurilor de calciu și magneziu în apa naturală determină duritatea acesteia.

Calciul, care migrează viguros în scoarța terestră și se acumulează în diverse sisteme geochimice, formează 385 de minerale (al patrulea ca număr de minerale).

Migrația în scoarța terestră

În migrarea naturală a calciului, un rol semnificativ îl joacă „echilibrul carbonatic”, asociat cu reacția reversibilă a interacțiunii carbonatului de calciu cu apa și dioxidul de carbon cu formarea de bicarbonat solubil:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ↔ Ca (HCO 3) 2 ↔ Ca 2+ + 2HCO 3 -

(echilibrul se deplasează la stânga sau la dreapta în funcție de concentrația de dioxid de carbon).

Migrația biogenă joacă un rol important.

În biosferă

Compușii de calciu se găsesc în aproape toate țesuturile animale și vegetale (vezi și mai jos). O cantitate semnificativă de calciu face parte din organismele vii. Deci, hidroxiapatita Ca 5 (PO 4) 3 OH sau, într-o altă intrare, 3Ca 3 (PO 4) 2 Ca (OH) 2 - baza țesutului osos al vertebratelor, inclusiv al oamenilor; cojile și cojile multor nevertebrate, cojile de ouă etc. sunt făcute din carbonat de calciu CaCO 3. În țesuturile vii ale oamenilor și animalelor, 1,4-2% Ca (prin fracțiune de masă); într-un corp uman cu o greutate de 70 kg, conținutul de calciu este de aproximativ 1,7 kg (în principal în compoziția substanței intercelulare a țesutului osos).

chitanta

Calciul metalic liber se obține prin electroliza unei topituri formată din CaCl 2 (75-80%) și KCl sau din CaCl 2 și CaF 2, precum și prin reducerea aluminotermă a CaO la 1170-1200 ° C:

4CaO + 2Al = CaAl 2O 4 + 3Ca.

Proprietăți

Proprietăți fizice

Calciul metalic există în două modificări alotropice. Până la 443 °C, α-Ca cu o rețea centrată pe fețe cubice este stabil (parametrul a = 0,558 nm), deasupra β-Ca este stabil cu o rețea centrată pe corp cubic de tip α-Fe (parametrul a = 0,448 nm). Entalpia standard Δ H 0 al tranziției α → β este de 0,93 kJ/mol.

Proprietăți chimice

În seria potențialelor standard, calciul este situat în stânga hidrogenului. Potențialul electrod standard al perechii Ca 2+ / Ca 0 este de -2,84 V, astfel încât calciul reacţionează activ cu apa, dar fără aprindere:

Ca + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + H 2 + Q.

Prezența bicarbonatului de calciu dizolvat în apă determină în mare măsură duritatea temporară a apei. Se numește temporar pentru că la fierberea apei, bicarbonatul se descompune, iar CaCO 3 precipită. Acest fenomen duce, de exemplu, la faptul că în ibric se formează depuneri în timp.

Aplicație

Aplicații ale calciului metalic

Principala utilizare a calciului metalic este ca agent reducător în producția de metale, în special nichel, cupru și oțel inoxidabil. Calciul și hidrura sa sunt, de asemenea, folosite pentru a produce metale greu de recuperat, cum ar fi crom, toriu și uraniu. Aliajele de calciu cu plumb sunt folosite în baterii și aliaje pentru rulmenți. Granulele de calciu sunt, de asemenea, folosite pentru a elimina urmele de aer din dispozitivele electrovacuum.

metalermie

Calciul metalic pur este utilizat pe scară largă în metalotermie pentru a obține metale rare.

Aliere

Calciul pur este folosit pentru aliarea plumbului, care este utilizat pentru fabricarea plăcilor de baterie, bateriilor de pornire cu plumb-acid fără întreținere, cu autodescărcare scăzută. De asemenea, calciul metalic este utilizat pentru producerea de babbits de calciu de înaltă calitate BKA.

Fuziune nucleară

Izotopul 48 Ca este cel mai eficient și cel mai des folosit material pentru producerea de elemente supergrele și descoperirea de noi elemente în tabelul periodic. De exemplu, în cazul utilizării ionilor de 48 Ca pentru a obține elemente supergrele în acceleratoare, nucleele acestor elemente sunt formate de sute și mii de ori mai eficient decât atunci când se folosesc alte „proiectile” (ioni).) Se folosește sub forma și pentru reducerea metalelor, precum și în producerea de cianamidă de calciu (prin încălzirea carburii de calciu în azot la 1200 ° C, reacția este exotermă, realizată în cuptoare cu cianamidă).

Calciul, precum și aliajele sale cu aluminiu și magneziu, sunt utilizate în bateriile electrice termice de rezervă ca anod (de exemplu, un element de cromat de calciu). Cromatul de calciu este utilizat în astfel de baterii precum catodul. O caracteristică a unor astfel de baterii este o durată de viață extrem de lungă (zeci de ani) într-o stare de utilizare, capacitatea de a funcționa în orice condiții (spațiu, presiuni mari) și o energie specifică ridicată în greutate și volum. Dezavantajul este durata scurtă. Astfel de baterii sunt folosite acolo unde este necesar să se creeze energie electrică colosală pentru o perioadă scurtă de timp (rachete balistice, unele nave spațiale etc.).

În plus, compușii de calciu sunt introduși în preparate pentru prevenirea osteoporozei, în complexe de vitamine pentru gravide și vârstnici.-

Rolul biologic al calciului

Calciul este un macronutrient comun la plante, animale și oameni. La oameni și la alte vertebrate, cea mai mare parte se găsește în schelet și dinți sub formă de fosfați. Scheletele majorității grupurilor de nevertebrate (bureți, polipi de corali, moluște etc.) sunt compuse din diferite forme de carbonat de calciu (var). Ionii de calciu sunt implicați în procesele de coagulare a sângelui, precum și în menținerea unei presiuni osmotice constante a sângelui. Ionii de calciu servesc, de asemenea, ca unul dintre mesagerii secundi universali și reglează o varietate de procese intracelulare - contracția musculară, exocitoza, inclusiv secreția de hormoni și neurotransmițători etc. Concentrația de calciu în citoplasma celulelor umane este de aproximativ 10-7 mol, în fluidele intercelulare aproximativ 10− 3 mol.

Necesarul de calciu depinde de vârstă. Pentru adulți, doza zilnică necesară este de la 800 la 1000 miligrame (mg), iar pentru copii de la 600 la 900 mg, ceea ce este foarte important pentru copii datorită creșterii intensive a scheletului. Majoritatea calciului care intră în corpul uman cu alimente se găsește în produsele lactate, restul de calciu se găsește în carne, pește și unele alimente vegetale (leguminoasele sunt deosebit de bogate). Absorbția are loc atât în ​​intestinul gros, cât și în intestinul subțire și este facilitată de un mediu acid, vitamina D și vitamina C, lactoză și acizi grași nesaturați. Rolul magneziului în metabolismul calciului este de asemenea important, cu deficiența sa, calciul este „spălat” din oase și depus în rinichi (pietrale la rinichi) și în mușchi.

Asimilarea calciului este împiedicată de aspirină, acid oxalic, derivați de estrogen. În combinație cu acidul oxalic, calciul dă compuși insolubili în apă care sunt componente ale pietrelor la rinichi.

Datorită numărului mare de procese asociate cu calciul, conținutul de calciu din sânge este reglat cu precizie, iar cu o alimentație adecvată, deficiența nu apare. Absența prelungită din dietă poate provoca crampe, dureri articulare, somnolență, defecte de creștere și constipație. O deficiență mai profundă duce la crampe musculare permanente și osteoporoză. Abuzul de cafea și alcool poate fi cauzele deficienței de calciu, deoarece o parte din acesta este excretată prin urină.

Dozele excesive de calciu și vitamina D pot provoca hipercalcemie, urmată de calcificarea intensă a oaselor și țesuturilor (care afectează în principal sistemul urinar). Un exces prelungit perturbă funcționarea țesuturilor musculare și nervoase, crește coagularea sângelui și reduce absorbția zincului de către celulele osoase. Doza zilnică maximă sigură pentru un adult este de 1500 până la 1800 de miligrame.

  • Femei însărcinate și care alăptează - 1500 până la 2000 mg.

    • Calciul este situat în a patra mare perioadă, a doua grupă, subgrupa principală, numărul de serie al elementului este 20. Conform tabelului periodic al lui Mendeleev, greutatea atomică a calciului este de 40,08. Formula celui mai mare oxid este CaO. Calciul are un nume latin calciu, deci simbolul atomic al elementului este Ca.

    Caracterizarea calciului ca substanță simplă

    În condiții normale, calciul este un metal alb-argintiu. Având o activitate chimică ridicată, elementul este capabil să formeze mulți compuși de diferite clase. Elementul este de valoare pentru sinteze chimice tehnice și industriale. Metalul este larg distribuit în scoarța terestră: ponderea sa este de aproximativ 1,5%. Calciul aparține grupului de metale alcalino-pământoase: atunci când este dizolvat în apă, dă alcalii, dar în natură apare sub formă de minerale multiple și. Apa de mare contine calciu in concentratii mari (400 mg/l).

    sodiu pur

    Caracteristicile calciului depind de structura rețelei sale cristaline. Acest element are două tipuri: centrat pe față cubică și centrat pe volum. Tipul de legătură din moleculă este metalic.

    Surse naturale de calciu:

    • apatit;
    • alabastru;
    • gips;
    • calcit;
    • fluorit;
    • dolomită.

    Proprietățile fizice ale calciului și metodele de producere a metalului

    În condiții normale, calciul se află într-o stare solidă de agregare. Metalul se topește la 842 °C. Calciul este un bun conductor electric și termic. Când este încălzit, trece mai întâi într-un lichid, apoi în stare de vapori și își pierde proprietățile metalice. Metalul este foarte moale și poate fi tăiat cu un cuțit. Fierbe la 1484 °C.

    Sub presiune, calciul își pierde proprietățile metalice și conductivitatea electrică. Dar apoi proprietățile metalice sunt restaurate și apar proprietățile unui supraconductor, de câteva ori mai mari decât restul în performanța lor.

    Multă vreme nu a fost posibil să se obțină calciu fără impurități: datorită activității sale chimice ridicate, acest element nu se găsește în natură în forma sa pură. Elementul a fost descoperit la începutul secolului al XIX-lea. Calciul ca metal a fost sintetizat pentru prima dată de chimistul britanic Humphrey Davy. Omul de știință a descoperit caracteristicile interacțiunii topituri de minerale solide și săruri cu un curent electric. În prezent, electroliza sărurilor de calciu (amestecuri de cloruri de calciu și potasiu, amestecuri de fluorură de calciu și clorură de calciu) rămâne cea mai relevantă metodă de producere a metalului. De asemenea, calciul este extras din oxidul său folosind aluminotermia, o metodă comună în metalurgie.

    Proprietățile chimice ale calciului

    Calciul este un metal activ care intră în multe interacțiuni. În condiții normale, reacționează ușor, formând compușii binari corespunzători: cu oxigen, halogeni. Faceți clic pentru a afla mai multe despre compușii de calciu. Când este încălzit, calciul reacționează cu azotul, hidrogenul, carbonul, siliciul, borul, fosforul, sulful și alte substanțe. În aer liber, interacționează instantaneu cu oxigenul și dioxidul de carbon, prin urmare devine acoperit cu un strat gri.

    Reacționează violent cu acizii, uneori aprinzându-se. În săruri, calciul prezintă proprietăți interesante. De exemplu, stalactitele și stalagmitele din peșteră sunt carbonat de calciu, format treptat din apă, dioxid de carbon și bicarbonat ca urmare a proceselor din interiorul apei subterane.

    Datorită activității sale ridicate în stare normală, calciul este depozitat în laboratoare în sticlă închisă la culoare închisă sub un strat de parafină sau kerosen. O reacție calitativă la ionul de calciu este colorarea flăcării într-o culoare bogată roșu cărămidă.


    Calciul face flacăra roșie

    Metalul din compoziția compușilor poate fi identificat prin precipitate insolubile ale unor săruri ale elementului (fluor, carbonat, sulfat, silicat, fosfat, sulfit).

    Reacția apei cu calciul

    Calciul este depozitat în borcane sub un strat de lichid protector. Pentru a conduce, demonstrând cum are loc reacția apei și calciului, nu puteți pur și simplu să obțineți metalul și să tăiați piesa dorită din el. Calciul metalic din laborator este mai ușor de utilizat sub formă de talas.

    Dacă nu există așchii de metal și există doar bucăți mari de calciu în bancă, va fi necesar un clește sau un ciocan. Bucata finită de calciu de dimensiunea dorită se pune într-un balon sau un pahar cu apă. Așchii de calciu sunt plasați într-un vas într-o pungă de tifon.

    Calciul se scufundă în fund, iar degajarea hidrogenului începe (în primul rând, în locul unde se află fractura proaspătă a metalului). Treptat, gazul este eliberat de pe suprafața calciului. Procesul seamănă cu fierberea rapidă, în același timp se formează un precipitat de hidroxid de calciu (var stins).


    stingerea varului

    O bucată de calciu plutește în sus, preluată de bule de hidrogen. După aproximativ 30 de secunde, calciul se dizolvă și apa devine albă tulbure din cauza formării de suspensie de hidroxid. Dacă reacția se desfășoară nu într-un pahar, ci într-o eprubetă, se poate observa o evoluție de căldură: eprubeta devine rapid fierbinte. Reacția calciului cu apa nu se termină cu o explozie spectaculoasă, dar interacțiunea celor două substanțe decurge violent și arată spectaculos. Experiența este sigură.

    Dacă punga cu calciul rămas este îndepărtată din apă și ținută în aer, atunci după un timp, ca urmare a reacției în curs, va avea loc o încălzire puternică, iar restul din tifon va fierbe. Dacă o parte din soluția tulbure este filtrată printr-o pâlnie într-un pahar, atunci când monoxidul de carbon CO₂ este trecut prin soluție, se va forma un precipitat. Acest lucru nu necesită dioxid de carbon - puteți sufla aer expirat în soluție printr-un tub de sticlă.

    CALCIUL (Calciu latin), Ca, un element chimic din grupa II a formei scurte (grupa a II-a a formei lungi) a sistemului periodic; se referă la metale alcalino-pământoase; numărul atomic 20; masa atomică 40.078. În natură, există 6 izotopi stabili: 40 Ca (96,941%), 42 Ca (0,647%), 43 Ca (0,135%), 44 Ca (2,086%), 46 Ca (0,004%), 48 Ca (0,187%) ; radioizotopi obținuți artificial cu numere de masă 34-54.

    Referință istorică. Mulți compuși naturali de calciu erau cunoscuți în vremuri străvechi și au fost utilizați pe scară largă în construcții (de exemplu, gips, var, marmură). Calciul metalic a fost izolat pentru prima dată de G. Davy în 1808 în timpul electrolizei unui amestec de oxizi de CaO și HgO și descompunerii ulterioare a amalgamului de calciu format. Numele provine din latinescul calx (genitiv calcis) - tei, piatră moale.

    Distribuție în natură. Conținutul de calciu din scoarța terestră este de 3,38% din greutate. Datorită activității sale chimice ridicate, nu apare în stare liberă. Cele mai comune minerale sunt anortit Ca, anhidrit CaSO 4, apatit Ca 5 (PO 4) 3 (F, Cl, OH), gips CaSO 4 2H 2 O, calcit și aragonit CaCO 3, perovskit CaTiO 3, fluorit CaF 2, scheelita CaWO 4 . Mineralele de calciu fac parte din rocile sedimentare (de exemplu, calcar), magmatice și metamorfice. Compușii de calciu se găsesc în organismele vii: sunt componentele principale ale țesuturilor osoase ale vertebratelor (hidroxiapatită, fluorapatită), scheletelor de corali, cochiliilor de moluște (carbonat de calciu și fosfați), etc. Prezența ionilor de Ca 2+ determină duritatea apei. .

    Proprietăți. Configurația învelișului electron exterior al atomului de calciu este 4s 2 ; în compuși prezintă o stare de oxidare de +2, rar +1; Electronegativitatea Pauling 1,00, raza atomică 180 pm, raza ionului Ca 2+ 114 pm (numărul de coordonare 6). calciul este un metal moale alb-argintiu; până la 443 °С, modificarea cu o rețea cristalină cubică centrată pe față este stabilă, peste 443 °С - cu o rețea cubică centrată pe corp; t pl 842°С, t kip 1484 °С, densitate 1550 kg/m3; conductivitate termică 125,6 W/(m K).

    Calciul este un metal cu activitate chimică ridicată (depozitat în vase închise ermetic sau sub un strat de ulei mineral). În condiții normale, interacționează ușor cu oxigenul (se formează oxid de calciu CaO), când este încălzit - cu hidrogen (hidrură de CaH 2), halogeni (halogenuri de calciu), bor (borură CaB 6), carbon (carbură de calciu CaC 2), siliciu (Siliciuri de Ca 2 Si, CaSi, CaSi 2, Ca 3 Si 4), azot (nitrură de Ca 3 N 2), fosfor (Ca 3 P 2, CaP, CaP 5 fosfuri), calcogeni (calcogenuri de CaX, unde X este S, Se, Aceia). Calciul interacționează cu alte metale (Li, Cu, Ag, Au, Mg, Zn, Al, Pb, Sn etc.) pentru a forma compuși intermetalici. Calciul metalic reacţionează cu apa pentru a forma hidroxid de calciu Ca(OH)2 şi H2. Interacționează puternic cu majoritatea acizilor, formând sărurile corespunzătoare (de exemplu, azotat de calciu, sulfat de calciu, fosfați de calciu). Se dizolvă în amoniac lichid pentru a forma o soluție albastru închis cu conductivitate metalică. Când amoniacul se evaporă, amoniacul este eliberat dintr-o astfel de soluție. Treptat, calciul reacţionează cu amoniacul formând amida Ca(NH2)2. Formează diverși compuși complecși, complecși cu liganzi polidentați care conțin oxigen, de exemplu complexonații de Ca, sunt de cea mai mare importanță.

    Rolul biologic. Calciul se referă la elementele biogene. Necesarul uman zilnic de calciu este de aproximativ 1 g. În organismele vii, ionii de calciu sunt implicați în procesele de contracție musculară și de transmitere a impulsurilor nervoase.

    chitanta. Calciul metal se obține prin metode electrolitice și metaloterme. Metoda electrolitică se bazează pe electroliza clorurii de calciu topită cu un catod tactil sau un catod cupru-calciu lichid. Calciul este distilat din aliajul de cupru-calciu rezultat la o temperatură de 1000-1080 °C și o presiune de 13-20 kPa. Metoda metalotermă se bazează pe reducerea calciului din oxidul său cu aluminiu sau siliciu la 1100-1200 °C. Aceasta produce aluminat sau silicat de calciu, precum și calciu gazos, care este apoi condensat. Producția mondială de compuși de calciu și materiale care conțin calciu, aproximativ 1 miliard de tone/an (1998).

    Aplicație. Calciul este folosit ca agent reducător în producerea multor metale (Rb, Cs, Zr, Hf, V etc.). Siliciurile de calciu, precum și aliajele de calciu cu sodiu, zinc și alte metale, sunt folosite ca dezoxidanți și desulfurizanți pentru unele aliaje și ulei, pentru purificarea argonului de oxigen și azot și ca absorbant de gaze în dispozitivele cu vid. Clorura de CaCl 2 este folosită ca agent de uscare în sinteza chimică, gipsul este folosit în medicină. Silicații de calciu sunt componentele principale ale cimentului.

    Lit.: Rodyakin VV Calciu, compușii și aliajele săi. M., 1967; Spitsyn V.I., Martynenko L.I. Chimie anorganică. M., 1994. Partea 2; Chimie anorganică / Editat de Yu. D. Tretyakov. M., 2004. T. 2.

    L. N. Komissarova, M. A. Ryumin.

    Calciul este foarte comun în natură sub formă de diverși compuși. În scoarța terestră se află pe locul cinci, reprezentând 3,25%, și se găsește cel mai adesea sub formă de calcar CaCO3, dolomit CaCO3 * MgCO3, gips CaSO4 * 2H2O, fosforit Ca3 (PO4) 2 și fluor spat CaF2, fără a se număra un semnificativ proporția de calciu în compoziția rocilor silicate. Apa de mare conține în medie 0,04% (g/g) calciu

    Proprietățile fizice și chimice ale calciului


    Calciul este în subgrupul metalelor alcalino-pământoase din grupa II a sistemului periodic de elemente; număr de serie 20, greutate atomică 40,08, valență 2, volum atomic 25,9. Izotopi de calciu: 40 (97%), 42 (0,64%), 43 (0,15%), 44 (2,06%), 46 (0,003%), 48 (0,185%). Structura electronică a atomului de calciu: 1s2, 2s2p6, 3s2p6, 4s2. Raza atomului este de 1,97 A, raza ionului este de 1,06 A. Cristalele de calciu de până la 300 ° au forma unui cub cu fețe centrate și dimensiunea laterală de 5,53 A, peste 450 ° - o formă hexagonală. Greutatea specifică a calciului este de 1,542, punctul de topire este de 851°, punctul de fierbere este de 1487°, căldura de fuziune este de 2,23 kcal/mol, căldura de vaporizare este de 36,58 kcal/mol. Capacitatea termică atomică a calciului solid Cp = 5,24 + 3,50*10v-3 T pentru 298-673°K și Cp = 6,29+1,40*10v-3T pentru 673-1124°K; pentru calciu lichid Cp = 7,63. Entropia calciului solid 9,95 ± 1, gazos la 25° 37,00 ± 0,01.
    Presiunea de vapori a calciului solid a fost studiată de Yu.A. Priselkov și A.N. Nesmeyanov, P. Douglas și D. Tomlin. Valorile elasticității vaporilor saturați de calciu sunt date în tabel. unu.

    În ceea ce privește conductivitatea termică, calciul se apropie de sodiu și potasiu, la temperaturi de 20-100 ° coeficientul de dilatare liniară este de 25 * 10v-6, la 20 ° rezistivitatea electrică este de 3,43 μ ohm / cm3, de la 0 la 100 ° coeficientul de temperatură al rezistenței electrice este de 0,0036. Echivalent electrochimic 0,74745 g/a*h. Rezistența la tracțiune a calciului 4,4 kg/mm2, duritate Brinell 13, alungire 53%, raport de reducere 62%.
    Calciul are o culoare alb-argintie, strălucește când este spart. În aer, metalul este acoperit cu o peliculă subțire gri-albăstruie de nitrură, oxid și paroxid de calciu. Calciul este flexibil și maleabil; poate fi prelucrat la strung, găurit, tăiat, tăiat, presat, trasat etc. Cu cât metalul este mai pur, cu atât este mai mare ductilitatea acestuia.
    Într-o serie de tensiuni, calciul se află printre cele mai electronegative metale, ceea ce explică activitatea sa chimică ridicată. La temperatura camerei, calciul nu reacționează cu aerul uscat, la 300 ° și mai sus este intens oxidat, iar la încălzire puternică arde cu o flacără portocalie-roșiatică strălucitoare. În aerul umed, calciul se oxidează treptat, transformându-se în hidroxid; reacţionează relativ lent cu apa rece, dar înlocuieşte energic hidrogenul din apa fierbinte, formând hidroxid.
    Azotul reacționează semnificativ cu calciul la 300° și foarte intens la 900° pentru a forma nitrura Ca3N2. Cu hidrogenul la o temperatură de 400°, calciul formează hidrura CaH2. Cu halogeni uscați, cu excepția fluorului, calciul nu se leagă la temperatura camerei; formarea intensivă de halogenuri are loc la 400° și mai sus.
    Acizii sulfuric puternic (65-60° Be) și nitric acționează slab asupra calciului pur. Dintre soluțiile apoase de acizi minerali, acidul clorhidric, acidul puternic azotic și acidul slab sulfuric acționează foarte puternic. În soluțiile concentrate de NaOH și în soluțiile de sodă, calciul nu este aproape distrus.

    Aplicație


    Calciul este din ce în ce mai folosit în diverse industrii. Recent, a câștigat o mare importanță ca agent reducător în producția unui număr de metale. Uraniul metalic pur se obține prin reducerea fluorurii de uraniu cu calciu metal. Oxizii de titan, precum și oxizii de zirconiu, toriu, tantal, niobiu și alte metale rare, pot fi reduse cu calciu sau hidruri ale acestuia. Calciul este un bun dezoxidant și degazant în producția de cupru, nichel, aliaje de crom-nichel, oțeluri speciale, nichel și bronzuri de staniu; îndepărtează sulful, fosforul și carbonul din metale și aliaje.
    Calciul formează compuși refractari cu bismut, așa că este folosit pentru a purifica plumbul din bismut.
    La diferite aliaje ușoare se adaugă calciu. Contribuie la îmbunătățirea suprafeței lingourilor, la finețe și la reducerea oxidabilității. Aliajele pentru rulmenți care conțin calciu sunt utilizate pe scară largă. Aliajele de plumb (0,04% Ca) pot fi folosite pentru a face mantale de cablu.
    Calciul este utilizat pentru deshidratarea alcoolilor și a solvenților pentru desulfurarea produselor petroliere. Aliajele de calciu-zinc sau aliajele de zinc-magneziu (70% Ca) sunt folosite pentru a produce beton poros de înaltă calitate. Calciul face parte din aliajele antifricțiune (babbits plumb-calciu).
    Datorită capacității de a lega oxigenul și azotul, aliajele de calciu sau calciu cu sodiu și alte metale sunt folosite pentru purificarea gazelor nobile și ca getter în echipamentele radio cu vid. De asemenea, calciul este folosit pentru a produce hidrură, care este o sursă de hidrogen în câmp. Cu carbon, calciul formează carbură de calciu CaC2, care este folosită în cantități mari pentru a produce acetilenă C2H2.

    Istoria dezvoltării


    Devi a obținut pentru prima dată calciu sub formă de amalgam în 1808 folosind electroliza varului umed cu un catod de mercur. Bunsen a obținut în 1852 un amalgam cu un conținut ridicat de calciu prin electroliza unei soluții de acid clorhidric de clorură de calciu. Bunsen și Mathyssen în 1855 au obținut calciu pur prin electroliza CaCl2 și Moissan prin electroliza CaF2. În 1893, Borchers a îmbunătățit semnificativ electroliza clorurii de calciu prin aplicarea răcirii catodice; Arndt în 1902 a obținut prin electroliză un metal care conținea 91,3% Ca. Ruff și Plata au folosit un amestec de CaCl2 și CaF2 pentru a scădea temperatura de electroliză; Borchers și Stockem au obținut un burete la o temperatură sub punctul de topire al calciului.
    Rathenau și Süter au rezolvat problema producției electrolitice de calciu propunând o metodă de electroliză cu catod tactil, care în curând a devenit industrială. Au existat multe propuneri și încercări de a obține aliaje de calciu prin electroliză, în special pe catod lichid. Potrivit lui F.O. Banzel, este posibil să se obțină aliaje de calciu prin electroliza CaF2 cu adaos de săruri sau fluoroxizi ai altor metale. Poulenet și Melan au obținut un aliaj Ca-Al pe un catod de aluminiu lichid; Kugelgen și Seward au produs un aliaj Ca-Zn pe un catod de zinc. Prepararea aliajelor Ca-Zn a fost studiată în 1913 de V. Moldengauer și J. Andersen, care au obținut și aliaje de Pb-Ca pe catod de plumb. Koba, Simkins și Gire au folosit o celulă catodică cu plumb de 2000 A și au produs un aliaj cu 2% Ca la o eficiență curentă de 20%. I. Tselikov și V. Wazinger au adăugat NaCl la electrolit pentru a obține un aliaj cu sodiu; R.R. Syromyatnikov a agitat aliajul și a obținut o eficiență curentă de 40-68%. Aliajele de calciu cu plumb, zinc și cupru sunt produse prin electroliză la scară industrială.
    Metoda termică de obținere a calciului a trezit un interes considerabil. Reducerea aluminotermă a oxizilor a fost descoperită în 1865 de H.H. Beketov. În 1877, Malet a descoperit interacțiunea unui amestec de oxizi de calciu, bariu și stronțiu cu aluminiul când este încălzit.Winkler a încercat să reducă acești oxizi cu magneziu; Bilz si Wagner, reducand oxidul de calciu in vid cu aluminiu, au obtinut un randament scazut in metal.Gunz in 1929 a obtinut cele mai bune rezultate. A.I. Voinitsky în 1938 a redus oxidul de calciu cu aliaje de aluminiu și silico în laborator. Metoda a fost brevetată în 1938. La sfârșitul celui de-al Doilea Război Mondial, metoda termică a fost folosită industrial.
    În 1859, Caron a propus o metodă de obținere a aliajelor de sodiu cu metale alcalino-pământoase prin acțiunea sodiului metalic asupra clorurilor acestora. Conform acestei metode, calciul (și barina) se obține într-un aliaj cu plumb.Până la al Doilea Război Mondial, producția industrială de calciu prin electroliză se desfășura în Germania și Fracție. În Biterfeld (Germania) în perioada 1934-1939 se produceau anual 5-10 tone de calciu.Cererea SUA de calciu a fost acoperită de importuri, care s-au ridicat la 10-25 g pe an în perioada 1920-1940. Din 1940, când importurile din Franța au încetat, Statele Unite au început să producă în sine calciu în cantități semnificative prin electroliză; la sfarsitul razboiului au inceput sa primeasca calciu prin metoda termica in vid; potrivit lui S. Loomis, producția sa a ajuns la 4,5 tone pe zi. Potrivit Minerale Yarbuk, Dominium Magnesium din Canada producea calciu pe an:

    Nu există informații despre amploarea producției de calciu în ultimii ani.

    17.12.2019

    Seria Far Cry continuă să-și mulțumească jucătorii cu stabilitate. De atât de mult timp devine clar ce trebuie să faci în acest joc. Vânătoare, supraviețuire, capturare...

    16.12.2019

    Crearea designului unui spațiu de locuit, o atenție deosebită trebuie acordată interiorului camerei de zi - acesta va deveni centrul „universului” tău...

    15.12.2019

    Este imposibil să ne imaginăm construirea unei case fără utilizarea schelelor. În alte domenii de activitate economică se folosesc și astfel de structuri. CU...

    14.12.2019

    Ca metodă de conectare permanentă a produselor metalice, sudarea a apărut cu puțin peste un secol în urmă. În același timp, importanța sa nu poate fi supraestimată în acest moment. LA...

    14.12.2019

    Optimizarea spațiului din jur este extrem de importantă atât pentru depozitele mici, cât și pentru cele mari. Acest lucru simplifică foarte mult munca și oferă...

    13.12.2019

    Tigla metalica - material metalic pentru acoperis. Suprafața foilor este acoperită cu materiale polimerice și zinc. Placile naturale sunt imitate de materialul...

    13.12.2019

    Echipamentele de testare au fost utilizate pe scară largă în diverse domenii. Calitatea lui trebuie să fie impecabilă. Pentru a atinge acest obiectiv, dispozitivele sunt echipate cu...

    Compuși de calciu- calcarul, marmura, gipsul (precum și varul - un produs al calcarului) au fost folosite în construcții din cele mai vechi timpuri. Până la sfârșitul secolului al XVIII-lea, chimiștii considerau varul o substanță simplă. În 1789, A. Lavoisier a sugerat că varul, magnezia, baritul, alumina și silicea sunt substanțe complexe. În 1808, Davy, supunând un amestec de var stins umed cu oxid de mercur la electroliză cu un catod de mercur, a preparat un amalgam de calciu și, după ce a scos mercurul din acesta, a obținut un metal numit „calciu” (din lat. Calx, gen. caz calcis - var).

    Dispunerea electronilor pe orbite.

    +20Ca… |3s 3p 3d | 4s

    Calciul este numit metal alcalino-pământos, este clasificat ca element S. La nivel electronic extern, calciul are doi electroni, deci dă compuși: CaO, Ca (OH) 2, CaCl2, CaSO4, CaCO3 etc. Calciul aparține metalelor tipice - are o afinitate mare pentru oxigen, reduce aproape toate metalele din oxizii lor și formează o bază destul de puternică Ca (OH) 2.

    Rețelele cristaline ale metalelor pot fi de diferite tipuri, totuși, calciul se caracterizează printr-o rețea cubică centrată pe față.

    Dimensiunile, forma și aranjarea reciprocă a cristalelor din metale sunt emise prin metode metalografice. Cea mai completă evaluare a structurii metalice în acest sens este dată de analiza microscopică a secțiunii sale subțiri. O probă este tăiată din metalul testat, iar planul său este șlefuit, lustruit și gravat cu o soluție specială (gravare). Ca urmare a gravării, se evidențiază structura probei, care este examinată sau fotografiată cu ajutorul unui microscop metalografic.

    Calciul este un metal ușor (d = 1,55), de culoare alb-argintiu. Este mai dur și se topește la o temperatură mai mare (851°C) decât sodiul, care se află lângă el în tabelul periodic. Acest lucru se datorează faptului că există doi electroni pe ion de calciu în metal. Prin urmare, legătura chimică dintre ioni și gazul de electroni este mai puternică decât cea a sodiului. În reacțiile chimice, electronii de valență de calciu sunt transferați la atomii altor elemente. În acest caz, se formează ioni încărcați dublu.

    Calciul este foarte reactiv cu metalele, în special cu oxigenul. În aer, se oxidează mai lent decât metalele alcaline, deoarece filmul de oxid de pe el este mai puțin permeabil la oxigen. Când este încălzit, calciul arde cu eliberarea de cantități uriașe de căldură:

    Calciul reacționează cu apa, înlocuind hidrogenul din aceasta și formând o bază:

    Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2

    Datorită reactivității sale mari cu oxigenul, calciul își găsește o anumită utilizare în obținerea de metale rare din oxizii lor. Oxizii metalici sunt încălziți împreună cu așchii de calciu; în urma reacţiilor se obţine oxid de calciu şi un metal. Utilizarea calciului și a unor aliaje ale acestuia pentru așa-numita dezoxidare a metalelor se bazează pe aceeași proprietate. La metalul topit se adaugă calciu și elimină urmele de oxigen dizolvat; oxidul de calciu rezultat plutește la suprafața metalului. Calciul face parte din unele aliaje.

    Calciul se obtine prin electroliza clorurii de calciu topite sau prin metoda aluminotermica. Oxidul de calciu, sau varul stins, este o pulbere albă care se topește la 2570°C. Se obține prin calcinarea calcarului:

    CaCO3 \u003d CaO + CO2 ^

    Oxidul de calciu este un oxid bazic, deci reacţionează cu acizii şi anhidridele acide. Cu apă, dă o bază - hidroxid de calciu:

    CaO + H2O = Ca(OH)2

    Adăugarea de apă la oxidul de calciu, numită stingerea calcarului, are loc cu eliberarea unei cantități mari de căldură. O parte din apă este transformată în abur. Hidroxidul de calciu, sau varul stins, este o substanță albă, ușor solubilă în apă. O soluție apoasă de hidroxid de calciu se numește apă de var. O astfel de soluție are proprietăți alcaline destul de puternice, deoarece hidroxidul de calciu se disociază bine:

    Ca (OH) 2 \u003d Ca + 2OH

    În comparație cu hidrații oxizilor de metale alcaline, hidroxidul de calciu este o bază mai slabă. Acest lucru se explică prin faptul că ionul de calciu este dublu încărcat și atrage mai puternic grupările hidroxil.

    Varul hidratat și soluția sa, numită apă de var, reacționează cu acizii și anhidridele acide, inclusiv cu dioxidul de carbon. Apa de var este folosită în laboratoare pentru a descoperi dioxidul de carbon, deoarece carbonatul de calciu insolubil rezultat face ca apa să devină tulbure:

    Ca + 2OH + CO2 = CaCO3v + H2O

    Cu toate acestea, atunci când dioxidul de carbon este trecut pentru o lungă perioadă de timp, soluția devine din nou transparentă. Acest lucru se datorează faptului că carbonatul de calciu este transformat într-o sare solubilă - bicarbonat de calciu:

    CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2

    În industrie, calciul se obține în două moduri:

    Prin încălzirea unui amestec brichetat de pulbere de CaO și Al la 1200 ° C într-un vid de 0,01 - 0,02 mm. rt. Artă.; eliberat prin reacție:

    6CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

    Vaporii de calciu se condensează pe o suprafață rece.

    Prin electroliza unei topituri de CaCl2 și KCl cu un catod lichid de cupru-calciu, se prepară un aliaj de Cu - Ca (65% Ca), din care calciul este distilat la o temperatură de 950 - 1000 ° C în vid de 0,1 - 0,001 mm Hg.

    De asemenea, a fost dezvoltată o metodă pentru obținerea calciului prin disocierea termică a carburii de calciu CaC2.

    Calciul este unul dintre cele mai abundente elemente din natură. Conține aproximativ 3% (masă) în scoarța terestră. Sărurile de calciu formează în natură acumulări mari sub formă de carbonați (cretă, marmură), sulfați (gips), fosfați (fosforiti). Sub acțiunea apei și a dioxidului de carbon, carbonații trec în soluție sub formă de hidrocarburi și sunt transportați de apele subterane și fluviale pe distanțe lungi. Când sărurile de calciu sunt spălate, se pot forma peșteri. Din cauza evaporării apei sau a creșterii temperaturii, se pot forma depozite de carbonat de calciu într-un loc nou. Deci, de exemplu, stalactitele și stalagmitele se formează în peșteri.

    Sărurile solubile de calciu și magneziu determină duritatea generală a apei. Dacă sunt prezente în apă în cantități mici, atunci apa se numește moale. Cu un continut ridicat de aceste saruri (100 - 200 mg saruri de calciu - in 1 litru in termeni de ioni), apa este considerata dura. Într-o astfel de apă, săpunul spumează slab, deoarece sărurile de calciu și magneziu formează compuși insolubili cu ea. În apa dură, produsele alimentare sunt fierte slab, iar atunci când sunt fierte, dă depuneri pe pereții cazanelor cu abur. Scara nu conduce bine căldura, provoacă o creștere a consumului de combustibil și accelerează uzura pereților cazanului. Formarea scalei este un proces complex. Când sunt încălzite, sărurile acide ale acidului carbonic de calciu și magneziu se descompun și se transformă în carbonați insolubili:

    Ca + 2HCO3 = H2O + CO2 + CaCO3v

    Solubilitatea sulfatului de calciu CaSO4 scade, de asemenea, atunci când este încălzit, deci face parte din scară.

    Duritatea cauzată de prezența bicarbonaților de calciu și magneziu în apă se numește carbonat sau temporar, deoarece se elimină prin fierbere. Pe lângă duritatea carbonatică, se distinge și duritatea non-carbonată, care depinde de conținutul de sulfați și cloruri de calciu și magneziu din apă. Aceste săruri nu sunt îndepărtate prin fierbere și, prin urmare, duritatea non-carbonată este numită și duritate constantă. Duritatea carbonatică și non-carbonată se adaugă durității totale.

    Pentru a elimina complet duritatea, apa este uneori distilată. Se fierbe apa pentru a elimina duritatea carbonatului. Duritatea generală este eliminată fie prin adăugarea de substanțe chimice, fie prin utilizarea așa-numitelor schimbătoare de cationi. Când se utilizează metoda chimică, sărurile solubile de calciu și magneziu sunt transformate în carbonați insolubili, de exemplu, se adaugă lapte de var și sodă:

    Ca + 2HCO3 + Ca + 2OH = 2H2O + 2CaCO3v

    Ca + SO4 + 2Na + CO3 = 2Na + SO4 + CaCO3v

    Îndepărtarea rigidității cu schimbătoarele de cationi este un proces mai avansat. Schimbătoarele de cationi sunt substanțe complexe (compuși naturali ai siliciului și aluminiului, compuși organici cu greutate moleculară mare), a căror compoziție poate fi exprimată prin formula Na2R, unde R este un reziduu acid complex. Când apa este filtrată printr-un strat de schimbător de cationi, ionii de Na (cationii) sunt schimbați cu ioni de Ca și Mg:

    Ca + Na2R = 2Na + CaR

    În consecință, ionii de Ca din soluție trec în schimbătorul de cationi, iar ionii de Na trec din schimbătorul de cationi în soluție. Pentru a restabili schimbătorul de cationi folosit, acesta este spălat cu o soluție de sare comună. În acest caz, are loc procesul invers: ionii de Ca din schimbătorul de cationi sunt înlocuiți cu ioni de Na:

    2Na + 2Cl + CaR = Na2R + Ca + 2Cl

    Schimbătorul de cationi regenerați poate fi utilizat din nou pentru tratarea apei.

    Sub formă de metal pur, Ca este utilizat ca agent reducător pentru U, Th, Cr, V, Zr, Cs, Rb și pentru unele metale din pământuri rare și compușii acestora. De asemenea, este utilizat pentru dezoxidarea oțelurilor, bronzurilor și a altor aliaje, pentru îndepărtarea sulfului din produsele petroliere, pentru deshidratarea lichidelor organice, pentru purificarea argonului de impuritățile de azot și ca absorbant de gaz în aparatele electrice de vid. Materialele anti-ficțiune ale sistemului Pb - Na - Ca, precum și aliajele Pb - Ca, care sunt utilizate pentru realizarea învelișului cablurilor electrice, au primit o mare aplicație în tehnologie. Aliajul Ca - Si - Ca (silicocalciu) este folosit ca dezoxidant și degazant în producția de oțeluri de calitate.

    Calciul este unul dintre elementele biogene necesare desfășurării normale a proceselor vieții. Este prezent în toate țesuturile și fluidele animalelor și plantelor. Doar organisme rare se pot dezvolta într-un mediu lipsit de Ca. La unele organisme, conținutul de Ca ajunge la 38%: la om - 1,4 - 2%. Celulele organismelor vegetale și animale au nevoie de raporturi strict definite de ioni de Ca, Na și K în mediile extracelulare. Plantele primesc Ca din sol. În funcție de relația lor cu Ca, plantele sunt împărțite în calcefile și calcefobe. Animalele obțin Ca din hrană și apă. Ca este necesar pentru formarea unui număr de structuri celulare, menținerea permeabilității normale a membranelor celulare exterioare, pentru fertilizarea ouălor de pește și alte animale și pentru activarea unui număr de enzime. Ionii de Ca transmit excitația fibrei musculare, provocând contracția acesteia, cresc puterea contracțiilor inimii, măresc funcția fagocitară a leucocitelor, activează sistemul de proteine ​​​​protectoare din sânge și participă la coagularea acestuia. În celule, aproape tot Ca este sub formă de compuși cu proteine, acizi nucleici, fosfolipide, în complexe cu fosfați anorganici și acizi organici. În plasma sanguină a oamenilor și a animalelor superioare, doar 20-40% Ca poate fi asociat cu proteine. La animalele cu schelet, până la 97 - 99% din tot Ca este folosit ca material de construcție: la nevertebrate, în principal sub formă de CaCO3 (cochilii de moluște, corali), la vertebrate, sub formă de fosfați. Multe nevertebrate stochează Ca înainte de napârlire pentru a construi un nou schelet sau pentru a asigura funcții vitale în condiții nefavorabile. Conținutul de Ca din sângele oamenilor și al animalelor superioare este reglat de hormonii paratiroidei și glandelor tiroide. Vitamina D joacă cel mai important rol în aceste procese.absorbția Ca are loc în partea anterioară a intestinului subțire. Asimilarea Ca se înrăutățește odată cu scăderea acidității în intestin și depinde de raportul dintre Ca, fosfor și grăsime din alimente. Raporturile optime Ca/P în laptele de vacă sunt de aproximativ 1,3 (la cartofi 0,15, la fasole 0,13, la carne 0,016). Cu un exces de P și acid oxalic în alimente, absorbția Ca se înrăutățește. Acizii biliari îi accelerează absorbția. Raportul optim Ca/grăsime în hrana umană este de 0,04 - 0,08 g de Ca la 1 g. gras. Excreția de Ca are loc în principal prin intestine. Mamiferele în timpul alăptării pierd mult Ca cu laptele. Cu încălcări ale metabolismului fosfor-calciu la animalele tinere și la copii, se dezvoltă rahitismul, la animalele adulte - o schimbare în compoziția și structura scheletului (osteomalacie).

    În medicină, medicamentele Ca elimină tulburările asociate cu lipsa ionilor de Ca în organism (cu tetanie, spasmofilie, rahitism). Preparatele de Ca reduc hipersensibilitatea la alergeni și sunt utilizate pentru tratarea bolilor alergice (rautul serului, febra somnului etc.). Preparatele de Ca reduc permeabilitatea vasculară crescută și au efect antiinflamator. Sunt utilizate pentru vasculite hemoragice, radiații, procese inflamatorii (pneumonie, pleurezie etc.) și unele boli de piele. Este prescris ca agent hemostatic, pentru a îmbunătăți activitatea mușchiului inimii și a spori efectul preparatelor digitalice, ca antidot pentru otrăvirea cu săruri de magneziu. Împreună cu alte medicamente, preparatele de Ca sunt folosite pentru a stimula travaliul. Clorura de Ca se administrează pe cale orală și intravenoasă. Ossocalcinolul (suspensie sterilă 15% de pulbere de os special preparată în ulei de piersici) a fost propus pentru terapia tisulară.

    Preparatele de Ca includ, de asemenea, gipsul (CaSO4), utilizat în chirurgie pentru gips, și creta (CaCO3), administrată pe cale orală cu aciditate crescută a sucului gastric și pentru prepararea pudrei de dinți.



    Secțiuni