خواص فیزیکوشیمیایی کلسیم خواص و کاربردهای کلسیم

کلسیم- عنصری از زیر گروه اصلی گروه دوم، دوره چهارم سیستم تناوبی عناصر شیمیایی DI مندلیف، با عدد اتمی 20. با نماد Ca (لاتین کلسیم) مشخص شده است. ماده ساده کلسیم (شماره CAS: 7440-70-2) یک فلز خاکی قلیایی نرم و واکنش پذیر به رنگ سفید نقره ای است.

تاریخچه و ریشه نام

نام عنصر از lat آمده است. calx (کلسیس جنسی) - "آهک"، "سنگ نرم". توسط همفری دیوی شیمیدان انگلیسی پیشنهاد شد که در سال 1808 کلسیم فلزی را با روش الکترولیتی جدا کرد. دیوی مخلوطی از آهک خشک شده مرطوب را با اکسید جیوه HgO روی یک صفحه پلاتین که به عنوان آند عمل می کرد، الکترولیز کرد. یک سیم پلاتین غوطه ور در جیوه مایع به عنوان کاتد عمل می کرد. در نتیجه الکترولیز، یک آمالگام کلسیم به دست آمد. دیوی با بیرون راندن جیوه از آن، فلزی به نام کلسیم به دست آورد. ترکیبات کلسیم - سنگ آهک، سنگ مرمر، گچ (و همچنین آهک - محصول برشته کردن سنگ آهک) برای چندین هزار سال در صنعت ساختمان استفاده می شود. تا پایان قرن هجدهم شیمیدانان آهک را جسمی ساده می دانستند. در سال 1789 A. Lavoisier پیشنهاد کرد که آهک، منیزیم، باریت، آلومینا و سیلیس مواد پیچیده ای هستند.

بودن در طبیعت

به دلیل فعالیت شیمیایی بالا، کلسیم آزاد در طبیعت یافت نمی شود.

کلسیم 3.38 درصد از جرم پوسته زمین را تشکیل می دهد (پنجمین پس از اکسیژن، سیلیکون، آلومینیوم و آهن از نظر فراوانی).

ایزوتوپ ها

کلسیم به طور طبیعی به شکل مخلوطی از شش ایزوتوپ وجود دارد: 40 Ca، 42 Ca، 43 Ca، 44 Ca، 46 Ca و 48 Ca، که در میان آنها رایج ترین - 40 Ca - 96.97٪ است.

از شش ایزوتوپ طبیعی کلسیم، پنج ایزوتوپ پایدار هستند. ششمین ایزوتوپ 48 Ca، سنگین‌ترین ایزوتوپ در بین شش ایزوتوپ و بسیار نادر (فراوانی ایزوتوپی آن تنها 0.187 درصد است)، اخیراً کشف شد که دچار فروپاشی بتا مضاعف با نیمه‌عمر 5.3 × 10 19 سال می‌شود.

در سنگ ها و کانی ها

بیشتر کلسیم در سیلیکات ها و آلومینوسیلیکات های سنگ های مختلف (گرانیت ها، گنیس ها و غیره) به ویژه در فلدسپات - آنورتیت کلسیم موجود است.

در قالب سنگ های رسوبی، ترکیبات کلسیم توسط گچ و سنگ آهک نشان داده می شود که عمدتا از کلسیت معدنی (CaCO 3) تشکیل شده است. شکل کریستالی کلسیت - مرمر - در طبیعت بسیار کمتر رایج است.

مواد معدنی کلسیم مانند کلسیت CaCO 3، انیدریت CaSO 4، آلاباستر CaSO 4 0.5H 2 O و گچ CaSO 4 2H 2 O، فلوریت CaF 2، آپاتیت های Ca 5 (PO 4) 3 (F، Cl، OH)، دولومیت MgCO 3 CaCO 3. وجود نمک های کلسیم و منیزیم در آب طبیعی سختی آن را تعیین می کند.

کلسیم که به شدت در پوسته زمین مهاجرت می کند و در سیستم های مختلف ژئوشیمیایی انباشته می شود، 385 ماده معدنی را تشکیل می دهد (چهارمین ماده معدنی).

مهاجرت در پوسته زمین

در مهاجرت طبیعی کلسیم، "تعادل کربنات" مرتبط با واکنش برگشت پذیر تعامل کربنات کلسیم با آب و دی اکسید کربن با تشکیل بی کربنات محلول نقش اساسی ایفا می کند:

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

(بسته به غلظت دی اکسید کربن، تعادل به چپ یا راست تغییر می کند).

مهاجرت بیوژنیک نقش بزرگی ایفا می کند.

در بیوسفر

ترکیبات کلسیم تقریباً در تمام بافت های حیوانی و گیاهی یافت می شود (همچنین به زیر مراجعه کنید). مقدار قابل توجهی کلسیم در موجودات زنده یافت می شود. بنابراین، هیدروکسی آپاتیت Ca 5 (PO 4) 3 OH، یا به عبارت دیگر، 3Ca 3 (PO 4) 2 · Ca (OH) 2 - اساس بافت استخوانی مهره داران، از جمله انسان. پوسته و پوسته بسیاری از بی مهرگان، پوسته تخم مرغ و غیره از کربنات کلسیم CaCO 3 تشکیل شده است. در بدن انسان با وزن 70 کیلوگرم، محتوای کلسیم حدود 1.7 کیلوگرم است (عمدتاً در ترکیب ماده بین سلولی بافت استخوان).

در حال دریافت

کلسیم فلزی آزاد از طریق الکترولیز مذاب متشکل از CaCl 2 (75-80٪) و KCl یا از CaCl 2 و CaF 2 و همچنین کاهش آلومینوترمال CaO در دمای 1170-1200 درجه سانتیگراد به دست می آید.

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

خواص

مشخصات فیزیکی

فلز کلسیم در دو تغییر آلوتروپیک وجود دارد. تا دمای 443 درجه سانتیگراد، α-Ca با یک شبکه مکعبی وجه محور پایدار است (پارامتر a = 0.558 نانومتر)، بالاتر از آن، β-Ca پایدار با یک شبکه مرکزی بدنه مکعبی از نوع α-Fe است (پارامتر a = 0.448 نانومتر). آنتالپی استاندارد Δ اچ 0 از انتقال α → β 0.93 کیلوژول بر مول است.

خواص شیمیایی

در سری پتانسیل های استاندارد، کلسیم در سمت چپ هیدروژن قرار دارد. پتانسیل استاندارد الکترود جفت Ca 2+ / Ca 0 2.84- ولت است، به طوری که کلسیم به طور فعال با آب واکنش می دهد، اما بدون احتراق:

Ca + 2H 2 O = Ca (OH) 2 + H 2 + Q.

وجود بی کربنات کلسیم محلول در آب تا حد زیادی سختی موقت آب را تعیین می کند. موقت نامیده می شود زیرا هنگام جوشاندن آب، بی کربنات تجزیه می شود و CaCO 3 رسوب می کند. این پدیده به عنوان مثال منجر به این واقعیت می شود که در طول زمان رسوب در کتری ایجاد می شود.

کاربرد

استفاده از کلسیم فلزی

متالوترمی

کلسیم فلزی خالص به طور گسترده در متالوترمی برای تولید فلزات کمیاب استفاده می شود.

آلیاژسازی

کلسیم خالص برای آلیاژ سرب مورد استفاده در ساخت صفحات باتری، باتری های اسید سرب استارت بدون نیاز به تعمیر و با خود تخلیه کم استفاده می شود. همچنین از کلسیم متالیک برای تولید بابیت های کلسیمی باکیفیت BKA استفاده می شود.

سوخت هسته ای

ایزوتوپ 48 کلسیم موثرترین و رایج ترین ماده برای تولید عناصر فوق سنگین و کشف عناصر جدید در جدول تناوبی است. به عنوان مثال، در مورد استفاده از 48 یون کلسیم برای به دست آوردن عناصر فوق سنگین در شتاب دهنده ها، هسته این عناصر صدها و هزاران بار موثرتر از زمانی که از سایر "پرتابه ها" (یون ها) استفاده می شود، تشکیل می شود.) به شکل و برای احیای فلزات و همچنین در تولید سیانامید کلسیم (با حرارت دادن کاربید کلسیم در نیتروژن در دمای 1200 درجه سانتیگراد، واکنش گرمازا است که در کوره های سیانامید انجام می شود).

کلسیم، و همچنین آلیاژهای آن با آلومینیوم و منیزیم، در باتری های الکتریکی حرارتی پشتیبان به عنوان آند (به عنوان مثال، یک عنصر کرومات کلسیم) استفاده می شود. در این باتری ها از کرومات کلسیم به عنوان کاتد استفاده می شود. ویژگی چنین باتری هایی ماندگاری بسیار طولانی (دهه ها) در شرایط مناسب، توانایی کار در هر شرایطی (فضا، فشار بالا)، انرژی ویژه بالا بر حسب وزن و حجم است. عیب در کوتاه مدت چنین باتری هایی در مواردی استفاده می شوند که برای مدت کوتاهی نیاز به ایجاد نیروی الکتریکی عظیم باشد (موشک های بالستیک، برخی فضاپیماها و غیره).

علاوه بر این، ترکیبات کلسیم به آماده سازی برای پیشگیری از پوکی استخوان، به مجتمع های ویتامین برای زنان باردار و افراد مسن وارد می شود.

نقش بیولوژیکی کلسیم

کلسیم یک درشت مغذی رایج در گیاهان، حیوانات و انسان است. در انسان و سایر مهره داران، بیشتر آن در اسکلت و دندان ها به شکل فسفات وجود دارد. اسکلت اکثر گروه های بی مهرگان (اسفنج ها، پولیپ های مرجانی، نرم تنان و غیره) از اشکال مختلف کربنات کلسیم (آهک) تشکیل شده است. یون های کلسیم در فرآیندهای انعقاد خون و همچنین در تضمین فشار اسمزی ثابت خون نقش دارند. یون های کلسیم همچنین به عنوان یکی از واسطه های ثانویه جهانی عمل می کند و انواع فرآیندهای درون سلولی را تنظیم می کند - انقباض عضلانی، اگزوسیتوز، از جمله ترشح هورمون ها و انتقال دهنده های عصبی و غیره. غلظت کلسیم در سیتوپلاسم سلول های انسانی حدود 10-7 مول است. ، در مایعات بین سلولی حدود 103 مول.

نیاز به کلسیم به سن بستگی دارد. برای بزرگسالان مقدار مورد نیاز روزانه از 800 تا 1000 میلی گرم و برای کودکان از 600 تا 900 میلی گرم است که به دلیل رشد شدید اسکلت برای کودکان بسیار مهم است. بیشتر کلسیمی که با غذا وارد بدن انسان می شود در لبنیات، کلسیم باقیمانده در گوشت، ماهی و برخی محصولات گیاهی (به خصوص حبوبات حاوی مقدار زیادی) یافت می شود. جذب هم در روده بزرگ و هم در روده کوچک اتفاق می افتد و توسط محیط اسیدی، ویتامین D و ویتامین C، لاکتوز، اسیدهای چرب غیراشباع تسهیل می شود. نقش منیزیم در متابولیسم کلسیم نیز مهم است؛ با کمبود آن، کلسیم از استخوان ها «شسته شده» و در کلیه ها (سنگ کلیه) و ماهیچه ها رسوب می کند.

آسپرین، اسید اگزالیک، مشتقات استروژن در جذب کلسیم اختلال ایجاد می کنند. هنگامی که کلسیم با اسید اگزالیک ترکیب می شود، ترکیبات نامحلول در آب تولید می کند که اجزای تشکیل دهنده سنگ کلیه هستند.

به دلیل تعداد زیاد فرآیندهای مرتبط با آن، محتوای کلسیم در خون دقیقاً تنظیم می شود و با تغذیه مناسب کمبودی ایجاد نمی شود. غیبت طولانی مدت از رژیم غذایی می تواند باعث گرفتگی عضلات، درد مفاصل، خواب آلودگی، نقص رشد و یبوست شود. کمبودهای عمیق تر منجر به گرفتگی عضلات مداوم و پوکی استخوان می شود. سوء مصرف قهوه و الکل می تواند از علل کمبود کلسیم باشد، زیرا مقداری از آن از طریق ادرار دفع می شود.

دوزهای بیش از حد کلسیم و ویتامین D می تواند باعث هیپرکلسمی و به دنبال آن کلسیفیکاسیون شدید استخوان ها و بافت ها شود (عمدتاً بر سیستم ادراری تأثیر می گذارد). مصرف بیش از حد طولانی مدت باعث اختلال در عملکرد عضلات و بافت های عصبی، افزایش لخته شدن خون و کاهش جذب روی توسط سلول های استخوانی می شود. حداکثر دوز بی خطر روزانه برای بزرگسالان 1500 تا 1800 میلی گرم است.

زنان باردار و شیرده - 1500 تا 2000 میلی گرم.

در میان تمام عناصر سیستم تناوبی، چندین مورد از آنها قابل تشخیص است که بدون آنها نه تنها بیماری های مختلف در موجودات زنده ایجاد می شود، بلکه به طور کلی زندگی و رشد طبیعی غیرممکن است. یکی از اینها کلسیم است.

جالب است که وقتی صحبت از این فلز می شود، به عنوان یک ماده ساده، هیچ سودی برای انسان ندارد، حتی ضرری هم ندارد. با این حال، فقط باید یون های Ca 2+ را ذکر کرد و بلافاصله نکات زیادی وجود دارد که اهمیت آنها را مشخص می کند.

موقعیت کلسیم در سیستم تناوبی

توصیف کلسیم، مانند هر عنصر دیگر، با نشان دادن موقعیت آن در جدول تناوبی آغاز می شود. از این گذشته، یادگیری چیزهای زیادی در مورد یک اتم داده شده امکان پذیر است:

بار هسته ای؛
تعداد الکترون ها و پروتون ها، نوترون ها؛
حالت اکسیداسیون، بالاترین و کمترین.
پیکربندی الکترونیکی و سایر موارد مهم.

عنصر مورد نظر ما در چهارمین دوره بزرگ از گروه دوم، زیرگروه اصلی قرار دارد و دارای شماره سریال 20 می باشد. همچنین جدول تناوبی شیمیایی وزن اتمی کلسیم را 40.08 نشان می دهد که میانگین مقدار موجود است. ایزوتوپ های این اتم

حالت اکسیداسیون یک، همیشه ثابت، برابر با 2 + است. فرمول CaO. نام لاتین این عنصر کلسیم است، از این رو نماد اتم کلسیم است.

خصوصیات کلسیم به عنوان یک ماده ساده

در شرایط عادی، این عنصر یک فلز نقره ای سفید است. فرمول کلسیم به عنوان یک ماده ساده کلسیم است. به دلیل فعالیت شیمیایی بالایی که دارد، قادر به تشکیل بسیاری از ترکیبات متعلق به طبقات مختلف است.

در حالت جامد از تجمع، در بدن انسان گنجانده نمی شود، بنابراین برای نیازهای صنعتی و فنی (عمدتا سنتزهای شیمیایی) مهم است.

این فلز یکی از گسترده ترین فلزات در پوسته زمین است، حدود 1.5٪. از گروه خاکهای قلیایی است، زیرا با حل شدن در آب قلیایی می دهد، اما در طبیعت به صورت کانی ها و نمک های متعدد وجود دارد. مقدار زیادی کلسیم (400 میلی گرم در لیتر) در ترکیب آب دریا گنجانده شده است.

سلول کریستالی

ویژگی کلسیم با ساختار شبکه کریستالی توضیح داده می شود که می تواند دو نوع باشد (از آنجایی که شکل آلفا و بتا وجود دارد):

مکعب وجه محور؛
حجمی

نوع پیوند در مولکول فلزی است، در محل های شبکه مانند همه فلزات، یون های اتم وجود دارد.

بودن در طبیعت

چندین ماده اساسی در طبیعت وجود دارد که حاوی این عنصر است.

آب دریا.
سنگ ها و کانی ها.
موجودات زنده (پوسته و صدف، بافت استخوانی و غیره).
آب های زیرزمینی در پوسته زمین.

انواع سنگ ها و مواد معدنی زیر را می توان شناسایی کرد که منابع طبیعی کلسیم هستند.

دولومیت مخلوطی از کربنات کلسیم و منیزیم است.
فلوریت فلوراید کلسیم است.
گچ - CaSO 4 2H 2 O.
کلسیت - گچ، سنگ آهک، سنگ مرمر - کربنات کلسیم.
آلابستر - CaSO 4 0.5H 2 O.
ناآگاهی.

در مجموع حدود 350 ماده معدنی و سنگ مختلف که حاوی کلسیم هستند جدا شده است.

روشهای بدست آوردن

برای مدت طولانی، جداسازی فلز به صورت آزاد امکان پذیر نبود، زیرا فعالیت شیمیایی آن زیاد است، نمی توانید آن را به شکل خالص در طبیعت پیدا کنید. بنابراین، تا قرن 19 (1808)، عنصر مورد بحث راز دیگری بود که توسط جدول تناوبی حمل می شد.

همفری دیوی شیمیدان انگلیسی توانست کلسیم را به عنوان فلز سنتز کند. این او بود که برای اولین بار ویژگی های تعامل مذاب مواد معدنی جامد و نمک ها با جریان الکتریکی را کشف کرد. تا به امروز، مناسب ترین راه برای به دست آوردن این فلز، الکترولیز نمک های آن است، مانند:

مخلوطی از کلریدهای کلسیم و پتاسیم؛
مخلوطی از فلوراید و کلرید کلسیم.

همچنین استخراج کلسیم از اکسید آن به روش آلومینوترمی که در متالورژی رواج دارد امکان پذیر است.

مشخصات فیزیکی

خصوصیات فیزیکی کلسیم را می توان در چند نکته توضیح داد.

حالت فیزیکی - جامد در شرایط عادی.
نقطه ذوب - 842 0 С.
این فلز نرم است و می توان آن را با چاقو برش داد.
رنگ - نقره ای سفید، براق.
دارای خواص رسانایی و رسانایی گرما خوب است.
با گرمایش طولانی مدت، به مایع تبدیل می شود، سپس به حالت بخار تبدیل می شود و خواص فلزی خود را از دست می دهد. نقطه جوش 1484 0 C است.

خواص فیزیکی کلسیم یک ویژگی دارد. هنگامی که به فلزی فشار وارد می شود، در نقطه ای از زمان خاصیت فلزی و توانایی هدایت الکتریکی خود را از دست می دهد. با این حال، با افزایش بیشتر ضربه، دوباره بازسازی می شود و خود را به عنوان یک ابررسانا نشان می دهد و چندین برابر بیشتر از عناصر دیگر در این شاخص ها است.

خواص شیمیایی

فعالیت این فلز بسیار زیاد است. بنابراین، فعل و انفعالات زیادی وجود دارد که کلسیم وارد آن می شود. واکنش با تمام غیر فلزات برای او رایج است، زیرا او به عنوان یک عامل کاهنده بسیار قوی است.

در شرایط عادی، به راحتی با تشکیل ترکیبات دوتایی مربوطه با: هالوژن، اکسیژن واکنش نشان می دهد.
هنگام گرم شدن: هیدروژن، نیتروژن، کربن، سیلیکون، فسفر، بور، گوگرد و غیره.
در هوای آزاد، بلافاصله با دی اکسید کربن و اکسیژن تعامل می کند، بنابراین با یک شکوفه خاکستری پوشیده می شود.
به شدت با اسیدها واکنش نشان می دهد، گاهی اوقات با التهاب.

وقتی صحبت از کلسیم در ترکیب نمک ها به میان می آید، خواص جالب توجه کلسیم آشکار می شود. بنابراین غارهای زیبایی که روی سقف و دیوارها رشد می کنند چیزی نیست جز تشکیل شدن در طول زمان از آب، دی اکسید کربن و بی کربنات تحت تأثیر فرآیندهای داخل آب های زیرزمینی.

با توجه به اینکه فلز در حالت عادی چقدر فعال است، مانند آزمایشگاه های قلیایی در آزمایشگاه ها ذخیره می شود. در ظروف شیشه ای تیره، با درب محکم بسته و زیر لایه ای از نفت سفید یا پارافین.

یک واکنش کیفی به یون کلسیم، رنگ شعله به رنگ قرمز آجری زیبا و غنی است. همچنین می توان فلز موجود در ترکیب ترکیبات را با رسوب نامحلول برخی از نمک های آن (کربنات کلسیم، فلوراید، سولفات، فسفات، سیلیکات، سولفیت) شناسایی کرد.

اتصالات فلزی

انواع ترکیبات فلزی به شرح زیر است:

اکسید؛
هیدروکسید؛
نمک های کلسیم (متوسط، اسیدی، بازی، دوگانه، پیچیده).

اکسید کلسیم معروف به CaO برای ایجاد مصالح ساختمانی (آهک) استفاده می شود. اگر اکسید را با آب خاموش کنید، هیدروکسید مربوطه را بدست می آورید که خواص قلیایی را نشان می دهد.

نمک‌های کلسیم مختلف که در بخش‌های مختلف اقتصاد استفاده می‌شوند، از اهمیت عملی بالایی برخوردار هستند. چه نوع نمک هایی وجود دارد، قبلاً در بالا ذکر کردیم. نمونه هایی از انواع این ترکیبات را بیان می کنیم.

نمک های متوسط - کربنات CaCO 3، فسفات Ca 3 (PO 4) 2 و غیره.
اسیدی - هیدروسولفات CaHSO 4.
پایه - بی کربنات (CaOH) 3 PO 4.
مجتمع - Cl 2.
دوگانه - 5Ca (NO 3) 2 * NH 4 NO 3 * 10H 2 O.

در قالب ترکیبات این کلاس است که کلسیم برای سیستم های بیولوژیکی مهم است، زیرا نمک ها منبع یون برای بدن هستند.

نقش بیولوژیکی

چرا کلسیم برای بدن انسان مهم است؟ دلایل متعددی وجود دارد.

این یون های این عنصر هستند که بخشی از ماده بین سلولی و مایع بافت هستند و در تنظیم مکانیسم های تحریک، تولید هورمون ها و انتقال دهنده های عصبی شرکت می کنند.
کلسیم در استخوان ها، مینای دندان به میزان حدود 2.5 درصد از وزن کل بدن تجمع می یابد. این بسیار زیاد است و نقش مهمی در تقویت این سازه ها، حفظ استحکام و پایداری آنها دارد. رشد یک ارگانیسم بدون این غیر ممکن است.
لخته شدن خون نیز به یون های مورد نظر بستگی دارد.
بخشی از عضله قلب است که در تحریک و انقباض آن شرکت می کند.
در فرآیندهای اگزوسیتوز و سایر تغییرات داخل سلولی شرکت می کند.

اگر مقدار کلسیم مصرفی کافی نباشد، بیماری هایی مانند:

راشیتیسم؛
پوکی استخوان؛
بیماری های خونی

هنجار روزانه برای بزرگسالان 1000 میلی گرم و برای کودکان از 9 سال 1300 میلی گرم است. به منظور جلوگیری از بیش از حد این عنصر در بدن، شما نباید از دوز مشخص شده تجاوز کنید. در غیر این صورت، بیماری روده ممکن است ایجاد شود.

برای همه موجودات زنده دیگر، کلسیم به همان اندازه مهم است. به عنوان مثال، اگرچه بسیاری از آنها اسکلت ندارند، اما ابزارهای خارجی تقویت آنها نیز سازندهای این فلز است. از جمله:

صدف دریایی؛
صدف و صدف؛
اسفنج ها؛
پولیپ مرجانی

همه آنها به پشت می پوشند یا در اصل در روند زندگی نوعی اسکلت خارجی را تشکیل می دهند که آنها را از تأثیرات خارجی و شکارچیان محافظت می کند. جزء اصلی آن نمک های کلسیم است.

مهره داران نیز مانند انسان برای رشد و نمو طبیعی به یون های مورد نظر نیاز دارند و آنها را با غذا دریافت می کنند.

گزینه های زیادی وجود دارد که با آنها می توان هنجار از دست رفته یک عنصر در بدن را دوباره پر کرد. بهترین از همه، البته، روش های طبیعی - محصولات حاوی اتم مورد نظر. با این حال، اگر به دلایلی این کار ناکافی یا غیر ممکن باشد، مسیر پزشکی نیز قابل قبول است.

بنابراین، لیست غذاهای حاوی کلسیم چیزی شبیه به این است:

لبنیات و محصولات لبنی تخمیری؛
یک ماهی؛
سبزی؛
غلات (گندم سیاه، برنج، محصولات پخته شده غلات کامل)؛
برخی از مرکبات (پرتقال، نارنگی)؛
حبوبات؛
تمام مغزها (مخصوصاً بادام و گردو).

اگر به برخی از محصولات حساسیت دارید یا به دلیل دیگری نمی توانید از آنها استفاده کنید، آماده سازی های حاوی کلسیم به پر کردن سطح عنصر لازم در بدن کمک می کنند.

همگی نمک های این فلز هستند که به راحتی توسط بدن جذب شده و به سرعت جذب خون و روده می شوند. از جمله محبوب ترین و پرکاربردترین آنها موارد زیر است.

کلرید کلسیم - محلول تزریقی یا خوراکی برای بزرگسالان و کودکان. این در غلظت نمک در ترکیب متفاوت است، از آن برای "تزریق گرم" استفاده می شود، زیرا در هنگام تزریق چنین احساسی ایجاد می کند. اشکالی با آب میوه برای مصرف راحت تر وجود دارد.
به صورت قرص (0.25 یا 0.5 گرم) و محلول های تزریق داخل وریدی موجود است. اغلب حاوی مواد افزودنی میوه های مختلف به شکل قرص است.
لاکتات کلسیم - در قرص های 0.5 گرمی موجود است.

ترکیبات کلسیم از زمان های قدیم، اما تا قرن هفدهم شناخته شده بودند. آنها چیزی در مورد ماهیت خود نمی دانستند. ملات‌های مصری که در اهرام جیزه استفاده می‌شد، بر پایه گچ CaSO 4 2H 2 O نیمه آب‌گیری شده بود، همچنین این اساس تمام گچ در مقبره توت عنخ آمون است. رومی ها از ملات ماسه و آهک استفاده می کردند (که با گرم کردن سنگ آهک CaCO 3 بدست می آمد): در آب و هوای مرطوب ایتالیا پایدارتر بود.

نام عنصر از لاتین calx، calcis - آهک ("سنگ نرم") است. توسط G. Davy در سال 1808 پیشنهاد شد که کلسیم فلزی را با روش الکترولیتی جدا کرد. دیوی کلسیم مرطوب "زمین" (اکسید کلسیم CaO) را با اکسید جیوه HgO روی یک صفحه پلاتین که به عنوان آند عمل می کرد مخلوط کرد. یک سیم پلاتین غوطه ور در جیوه مایع به عنوان کاتد عمل می کرد. در نتیجه الکترولیز، یک آمالگام فلزی به دست آمد که با تبخیر جیوه به شکل خالص بدست می آمد.

کلسیم پنجمین عنصر فراوان در پوسته زمین و سومین فلز فراوان (پس از آلومینیوم و آهن) است. کلسیم حدود 1.5 درصد از کل تعداد اتم های پوسته زمین را تشکیل می دهد. بسیاری از قسمت های سطح زمین حاوی رسوبات رسوبی قابل توجهی از کربنات کلسیم است که از بقایای موجودات دریایی باستانی تشکیل شده است. در آنها این ترکیب عمدتاً به صورت دو نوع کانی یافت می شود. کلسیت رومبوهدرال رایج تر است؛ آراگونیت ارتورومبیک در دریاهای گرم تشکیل می شود. نمایندگان نوع اول کانی ها خود کلسیت و همچنین دولومیت، مرمر، گچ و اسپار ایسلندی هستند. باهاما، فلوریدا کیز و حوضه دریای سرخ توسط لایه های عظیم کربنات کلسیم به شکل آراگونیت تشکیل شده اند. سایر کانی های مهم عبارتند از: گچ CaSO 4 2H 2 O، انیدریت CaSO 4، فلوریت CaF 2 و آپاتیت Ca 5 (PO 4) 3 (Cl, OH, F). مقدار قابل توجهی کلسیم در آب های طبیعی به شکل بی کربنات یافت می شود. سانتی متر... شیمی هیدروسفر). کلسیم همچنین در ارگانیسم های بسیاری از حیوانات یافت می شود. هیدروکسوآپاتیت Ca 5 (PO 4) 3 (OH) اساس بافت استخوانی مهره داران است. کربنات کلسیم عمدتاً از مرجان ها، پوسته نرم تنان، مروارید، پوسته تخم مرغ تشکیل شده است.

کلسیم فلزی از الکترولیز کلرید کلسیم مذاب تولید می شود که محصول جانبی فرآیند Solvay است یا در واکنش بین اسید کلریدریک و کربنات کلسیم تشکیل می شود.

فلز براق نسبتا نرم دارای رنگ زرد کم رنگ است. از نظر شیمیایی نسبت به سایر فلزات قلیایی خاکی کمتر فعال است، زیرا با یک لایه محافظ اکسید نیترید در هوا پوشیده شده است. حتی می توان آن را روی تراش ماشین کاری کرد.

کلسیم به طور فعال با غیر فلزات واکنش نشان می دهد. با گرم شدن در اکسیژن و هوا مشتعل می شود. کلسیم با آب واکنش می دهد و هیدروژن آزاد می کند و هیدروکسید کلسیم تشکیل می دهد. در آمونیاک مایع حل می شود و محلول های آبی تیره ایجاد می کند که پس از تبخیر، می توانید آمونیاک مسی براق Ca (NH 3) 6 را بدست آورید.

کلسیم فلزی عمدتاً به عنوان دوپانت استفاده می شود. بنابراین، معرفی کلسیم استحکام یاتاقان های آلومینیومی را افزایش می دهد. با کمک کلسیم، میزان کربن موجود در چدن کنترل می شود و بیسموت از سرب حذف می شود. برای حذف اکسیژن، گوگرد و فسفر از فولاد استفاده می شود. همچنین برای جذب اکسیژن و نیتروژن، به ویژه برای حذف ناخالصی های نیتروژن از آرگون فنی استفاده می شود. این ماده به عنوان یک عامل کاهنده در تولید سایر فلزات مانند کروم، زیرکونیوم، توریم و اورانیوم عمل می کند. به عنوان مثال، زیرکونیوم فلزی را می توان از دی اکسید آن به دست آورد: ZrO 2 + 2Ca = Zr + 2CaO. کلسیم همچنین مستقیماً با هیدروژن واکنش می دهد تا هیدرید کلسیم CaH 2 را تشکیل دهد که منبع مناسبی از هیدروژن است.

مهمترین هالید کلسیم فلوراید CaF 2 است، زیرا به عنوان یک ماده معدنی (فلوریت) تنها منبع مهم صنعتی فلوئور است. فلوراید کلسیم نسوز سفید کمی در آب محلول است که در تجزیه و تحلیل کمی استفاده می شود.

کلرید کلسیم CaCl 2 نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. این جزء آب نمک برای کارخانه های تبرید و برای پر کردن لاستیک تراکتورها و سایر وسایل نقلیه است. با کمک کلرید کلسیم برف و یخ از جاده ها و پیاده روها پاک می شود. مخلوط یوتکتیک CaCl 2 - H 2 O حاوی 30 وزن. % CaCl 2، در 55- درجه سانتیگراد ذوب می شود. این دما به طور قابل توجهی کمتر از مخلوط کلرید سدیم با آب است که حداقل نقطه ذوب آن 18- درجه سانتیگراد است. همچنین از کلرید کلسیم برای محافظت از زغال سنگ استفاده می شود. سنگ معدن حاصل از انجماد در هنگام حمل و نقل و ذخیره سازی. در مخلوط بتن برای تسریع شروع گیرش، افزایش مقاومت اولیه و نهایی بتن استفاده می شود. کلرید کلسیم محصول زائد بسیاری از فرآیندهای فناوری شیمیایی، به ویژه تولید سودا در مقیاس بزرگ است. با این حال، مصرف کلرید کلسیم به طور قابل توجهی کمتر از تولید آن است؛ بنابراین دریاچه های کامل پر از نمک کلسیم کلسیم در نزدیکی کارخانه های سودا تشکیل شده اند. چنین حوضچه های ذخیره سازی را می توان به عنوان مثال در Donbass مشاهده کرد.

پرکاربردترین ترکیبات کلسیم کربنات، اکسید و هیدروکسید هستند. رایج ترین شکل کربنات کلسیم سنگ آهک است. مخلوط کربنات کلسیم و منیزیم را دولومیت می گویند. سنگ آهک و دولومیت به عنوان مصالح ساختمانی، سطوح جاده ها و معرف هایی که اسیدیته خاک را کاهش می دهند، استفاده می شود. آنها در سراسر جهان در مقادیر زیادی استخراج می شوند. کربنات کلسیم CaCO 3 نیز مهم ترین معرف صنعتی است که برای تولید اکسید کلسیم (آهک سریع) CaO و هیدروکسید کلسیم (آهک خاموش) Ca (OH) 2 ضروری است.

اکسید کلسیم و هیدروکسید مواد کلیدی در بسیاری از زمینه های صنایع شیمیایی، متالورژی و مهندسی مکانیک هستند. آهک CaO در مقادیر زیادی در بسیاری از کشورها تولید می شود و در میان ده ماده شیمیایی برتر با بیشترین حجم تولید قرار دارد.

مقادیر زیادی آهک در فولادسازی مصرف می شود، جایی که از آن برای حذف فسفر، گوگرد، سیلیکون و منگنز استفاده می شود. فرآیند تبدیل اکسیژن به 75 کیلوگرم آهک در هر تن فولاد نیاز دارد. این به طور قابل توجهی عمر پوشش نسوز را افزایش می دهد. آهک همچنین به عنوان روان کننده برای کشیدن سیم فولادی و خنثی کردن مایعات ترشی زباله حاوی اسید سولفوریک استفاده می شود. کاربرد دیگر در متالورژی تولید منیزیم است.

آهک رایج ترین ماده شیمیایی است که برای تصفیه منابع آب آشامیدنی و صنعتی استفاده می شود. همراه با نمک آلوم یا آهن برای انعقاد سوسپانسیون ها و رفع کدورت و همچنین برای نرم کردن آب با حذف سختی موقت (هیدروکربنات) استفاده می شود. سانتی متر... تصفیه آب)

یکی دیگر از زمینه های کاربرد آهک خنثی سازی محلول های اسیدی و ضایعات صنعتی است. با کمک آن، مقدار pH بهینه برای اکسیداسیون بیوشیمیایی فاضلاب ایجاد می شود. آهک همچنین در واشرهای گاز برای حذف دی اکسید گوگرد و سولفید هیدروژن از گازهای زائد نیروگاه های سوخت فسیلی و کوره های ذوب فلزات استفاده می شود.

در صنایع شیمیایی، آهک در تولید کاربید کلسیم (برای تولید بعدی استیلن)، سیانامید کلسیم و بسیاری از مواد دیگر استفاده می شود. صنعت شیشه نیز مصرف کننده مهمی است. رایج ترین لیوان ها حاوی حدود 12 درصد اکسید کلسیم هستند. حشره کش آرسنات کلسیم، که از خنثی کردن اسید آرسنیک با آهک به دست می آید، به طور گسترده ای برای مبارزه با سرخرطومی پنبه، شب پره، کرم تنباکو، سوسک سیب زمینی کلرادو استفاده می شود. قارچ کش های مهم آئروسل های سولفات آهک و مخلوط های بوردو هستند که از سولفات مس و هیدروکسید کلسیم به دست می آیند.

مقادیر زیادی هیدروکسید کلسیم برای صنعت خمیر و کاغذ مورد نیاز است. در کارخانه‌های کاغذ، محلول کربنات سدیم مصرف‌شده با آهک پردازش می‌شود تا سود سوزآور (سدیم هیدروکسید NaOH) مورد استفاده در فرآیند تولید شود. حدود 95 درصد از دوغاب کربنات کلسیم حاصل خشک شده و دوباره در کوره های دوار پخته می شود تا اکسید کلسیم بازسازی شود. مایعات سفید کننده خمیر کاغذ حاوی هیپوکلریت کلسیم از واکنش آهک با کلر تهیه می شود.

تولید کاغذ با کیفیت بالا مستلزم استفاده از کربنات کلسیم رسوب شده خاص است. برای این کار ابتدا سنگ آهک کلسینه شده و دی اکسید کربن و اکسید کلسیم به طور جداگانه جمع آوری می شوند. سپس دومی با آب تصفیه شده و دوباره به کربنات تبدیل می شود. نوع بلورهای تشکیل شده و همچنین اندازه و شکل آنها به دما، pH، سرعت اختلاط، غلظت و وجود مواد افزودنی بستگی دارد. کریستال های کوچک (کمتر از 45 میکرون) اغلب با اسیدهای چرب، رزین ها یا عوامل مرطوب کننده پوشانده می شوند. کربنات کلسیم به کاغذ روشنایی، کدورت، پذیرایی جوهر و صافی می دهد. در غلظت های بالاتر، براقیت زیاد ناشی از افزودنی های کائولن را خنثی می کند و روکش مات مات ایجاد می کند. چنین کاغذهایی می توانند حاوی 5-50 درصد (از نظر وزن) کربنات کلسیم رسوب شده باشند. CaCO 3 همچنین به عنوان پرکننده در لاستیک ها، لاتکس ها، رنگ ها و لعاب ها و همچنین در پلاستیک ها (حدود 10 درصد وزنی) برای بهبود مقاومت در برابر حرارت، سفتی، سختی و کارایی آنها استفاده می شود.

در زندگی روزمره و پزشکی، کربنات کلسیم رسوب شده به عنوان یک عامل خنثی کننده اسید، ساینده ملایم در خمیردندان، منبع کلسیم اضافی در رژیم غذایی، جزء آدامس و پرکننده در لوازم آرایشی استفاده می شود.

از آهک در صنایع لبنی نیز استفاده می شود. آب آهک (محلول هیدروکسید کلسیم اشباع شده) اغلب هنگام جدا کردن خامه از شیر کامل به منظور کاهش اسیدیته آن قبل از پاستوریزه شدن و تبدیل شدن به کره به آن اضافه می شود. سپس شیر بدون چربی اسیدی می شود تا کازئین جدا شود که با آهک مخلوط می شود تا چسب کازئین تولید شود. پس از تخمیر شیر بدون چربی باقی مانده (آب پنیر)، آهک برای جداسازی لاکتات کلسیم به آن اضافه می شود که در پزشکی یا به عنوان ماده اولیه برای تولید بعدی اسید لاکتیک استفاده می شود. تولید شکر نیز با استفاده از آهک همراه است. برای رسوب ساکارات کلسیم، که سپس از فسفات و ناخالصی های آلی خالص می شود، شربت شکر خام با آهک واکنش داده می شود. اثر بعدی دی اکسید کربن منجر به تشکیل کربنات کلسیم نامحلول و ساکارز محلول خالص شده می شود. چرخه چندین بار تکرار می شود. شکر نیشکر معمولاً حدود 3 تا 5 کیلوگرم آهک در هر تن نیاز دارد و قند چغندر صد برابر بیشتر، یعنی حدود 1/2 تن آهک در هر تن شکر.

همچنین می توان به زمینه خاص کاربرد کربنات کلسیم به شکل مروارید اشاره کرد. این ماده ای است که توسط لایه های نازک کربنات کلسیم به شکل آراگونیت تشکیل شده است که توسط یک چسب پروتئینی به هم متصل می شود. پس از پرداخت با تمام رنگ های رنگین کمان می درخشد و تزیینی می شود، بسیار بادوام، البته 95% کربنات کلسیم است.

سولفات کلسیم معمولاً به صورت دی هیدرات (گچ) وجود دارد، اگرچه سولفات کلسیم بی آب (انیدریت) نیز استخراج می شود. همچنین آلاباستر شناخته شده است - شکل فشرده، عظیم و ریزدانه CaSO 4 2H 2 O که یادآور سنگ مرمر است. اگر گچ در دمای 150-165 درجه سانتیگراد کلسینه شود، حدود 2/3 آب تبلور را از دست می دهد و همی هیدرات CaSO 4 · 0.5H 2 O را تشکیل می دهد که به نام آلاباستر گچبری یا "گچ پاریسی" نیز شناخته می شود (از آنجایی که در ابتدا به دست آمده است). از گچ استخراج شده در مونمارتر). حرارت دادن در دمای بالاتر منجر به تشکیل اشکال مختلف بی آب می شود.

اگرچه سنگ گچ به اندازه سنگ آهک استخراج نمی شود، اما همچنان یک ماده مهم صنعتی است. تقریباً تمام گچ کلسینه شده (95٪) برای تولید محصولات نیمه تمام - عمدتاً پانل های دیواری و بقیه - در گچ های صنعتی و ساختمانی استفاده می شود. با جذب آب، همی هیدرات کمی منبسط می شود (0.2-0.3٪) و این مهمترین چیز در هنگام استفاده از گچ و گچ است. با استفاده از مواد افزودنی، می توان درجه گسترش آن را در محدوده 0.03-1.2٪ تغییر داد.

برای کلسیم، تشکیل ترکیبات پیچیده خیلی معمولی نیست. کمپلکس های حاوی اکسیژن، به عنوان مثال، با EDTA یا پلی فسفات ها، در شیمی تجزیه و حذف یون های کلسیم از آب سخت اهمیت زیادی دارند.

کلسیم یکی از درشت مغذی هاست. محتوای آن در بدن یک فرد بالغ (بر اساس وزن 65 کیلوگرم) 1.3 کیلوگرم است. برای تشکیل استخوان ها و دندان ها، ضربان قلب و لخته شدن خون ضروری است. منابع اصلی دریافت کلسیم در بدن شیر و لبنیات است. نیاز روزانه 0.8 گرم در روز است. جذب کاتیون های کلسیم توسط اسیدهای لاکتیک و سیتریک تسهیل می شود، در حالی که یون فسفات، یون اگزالات و اسید فیتیک به دلیل تشکیل کمپلکس ها و نمک های کم محلول مانع از جذب کلسیم می شوند. بدن سیستم پیچیده ای برای ذخیره و آزادسازی کلسیم دارد.

استفاده از کلسیم به عنوان ماده ساختمانی برای استخوان ها و دندان ها به این دلیل است که از یون های کلسیم در سلول استفاده نمی شود. غلظت کلسیم توسط هورمون های خاصی کنترل می شود، عملکرد ترکیبی آنها ساختار استخوان ها را حفظ و حفظ می کند.

فرض بر این است که یون های کلسیم با اتصال به غشای عصب، بر نفوذپذیری آن به سایر کاتیون ها تأثیر می گذارد. بدیهی است که جایگزین یون های منیزیم می شود و در نتیجه برخی از آنزیم ها را فعال می کند. دریافت یون‌های کلسیم را می‌توان با وارد کردن فسفات همراه کرد که به همین دلیل به آن حامل کلسیم می‌گویند.

مشخص شد که تنظیم کننده یون های کلسیم در انواع مختلف ماهیچه ها شبکه سارکوپلاسمی (SR) است. یون های کلسیم در پروتئین های متصل شونده به کلسیم مانند کالسکسترین تجمع می یابند. دومی تقریباً 43 یون Ca2+ در هر مول پروتئین متصل می کند. انقباض عضلانی با آزاد شدن یون های کلسیم از SR و اتصال آن به مراکز فعال رشته های عضلانی همراه است. غلظت یون های کلسیم در سارکوپلاسم در چند میلی ثانیه 100 برابر افزایش می یابد. خروج اجباری یون های Ca2+ از SR بسیار سریع اتفاق می افتد. بلافاصله پس از آزاد شدن یون های کلسیم، SR شروع به پمپاژ آنها می کند. انقباض عضلانی در نتیجه ظهور یک تکانه عصبی در عصب حرکتی رخ می دهد که به فیبر عضلانی ختم می شود که باعث آزاد شدن یون های کلسیم از ذخایر آن می شود.

مکانیسم انعقاد خون یک فرآیند آبشاری است که بسیاری از مراحل آن به حضور یون های کلسیم بستگی دارد که آنزیم های مربوطه را فعال می کنند.

تجمع کلسیم یکی از ویژگی های بارز رشد استخوان های دندان ها، صدف ها و سایر ساختارهای مشابه است. از سوی دیگر، افزایش کلسیم در نواحی غیر معمول منجر به تشکیل سنگ، آرتروز، آب مروارید و اختلالات شریانی می شود.

النا ساوینکینا

اگرچه کلسیم در سراسر جهان بسیار گسترده است، اما در طبیعت به صورت آزاد وجود ندارد.

قبل از اینکه بدانیم چگونه می توان کلسیم خالص به دست آورد، بیایید نگاهی به ترکیبات طبیعی کلسیم بیندازیم.

کلسیم یک فلز است. در جدول تناوبی مندلیف، کلسیم (کلسیم)، کلسیم دارای عدد اتمی 20 است وواقع در گروه II این یک عنصر شیمیایی فعال است، به راحتی با اکسیژن تعامل دارد. دارای رنگ سفید نقره ای.

ترکیبات طبیعی کلسیم

ما تقریباً در همه جا ترکیبات کلسیم را پیدا می کنیم.

کربنات کلسیم،یا کربنات کلسیم – فراوان ترین ترکیب کلسیمی است. فرمول شیمیایی آن CaCO 3 است. مرمر، گچ، سنگ آهک، سنگ صدفی - همه این مواد حاوی کربنات کلسیم با مقدار کمی ناخالصی هستند. در کلسیت که فرمول آن نیز CaCO 3 است، مطلقاً هیچ ناخالصی وجود ندارد.

سولفات کلسیمسولفات کلسیم نیز نامیده می شود. فرمول شیمیایی سولفات کلسیم CaSO 4. گچ معدنی شناخته شده برای ما هیدرات کریستالی CaSO 4 2H 2 O است.

کلسیم فسفات،نمک کلسیم اسید اورتوفسفریک این ماده ای است که استخوان های انسان و حیوانات از آن ساخته می شود. این ماده معدنی تری کلسیم فسفات Ca 3 (PO 4) 2 نام دارد.

کلرید کلسیمCaCl 2، یا کلرید کلسیم، در طبیعت به شکل هیدرات کریستالی CaCl 2 · 6H 2 O وجود دارد. هنگامی که گرم می شود، این ترکیب مولکول های آب را از دست می دهد.

فلوراید کلسیم CaF 2 یا فلوراید کلسیم به طور طبیعی در فلوریت معدنی یافت می شود. و دی فلوراید کلسیم کریستالی خالص فلورسپار نامیده می شود.

اما همیشه ترکیبات طبیعی کلسیم خواص مورد نیاز مردم را ندارند. بنابراین، انسان یاد گرفته است که به طور مصنوعی چنین ترکیباتی را به مواد دیگر تبدیل کند. برخی از این ترکیبات مصنوعی حتی برای ما بیشتر از ترکیبات طبیعی آشنا هستند. به عنوان مثال می توان به Ca (OH) 2 و آهک زنده CaO اشاره کرد که برای مدت طولانی توسط انسان استفاده می شود. بسیاری از مصالح ساختمانی مانند سیمان، کاربید کلسیم و سفید کننده نیز حاوی ترکیبات مصنوعی کلسیم هستند.

الکترولیز چیست؟

احتمالاً تقریباً همه ما در مورد پدیده ای به نام الکترولیز شنیده ایم. ما سعی خواهیم کرد ساده ترین شرح این فرآیند را ارائه دهیم.

اگر جریان الکتریکی از محلول های آبی نمک ها عبور داده شود، در نتیجه دگرگونی های شیمیایی مواد شیمیایی جدیدی تشکیل می شود. فرآیندهایی که در یک محلول با عبور جریان الکتریکی از آن انجام می شود، الکترولیز نامیده می شود. همه این فرآیندها توسط علمی به نام الکتروشیمی مطالعه می شود. البته فرآیند الکترولیز فقط در محیطی انجام می شود که جریان را هدایت می کند. محلول های آبی اسیدها، بازها و نمک ها دقیقاً چنین محیطی هستند. آنها الکترولیت نامیده می شوند.

الکترودها در الکترولیت غوطه ور می شوند. الکترود با بار منفی را کاتد می نامند. یک الکترود با بار مثبت آند نامیده می شود. هنگامی که جریان الکتریکی از الکترولیت عبور می کند، الکترولیز اتفاق می افتد. در نتیجه الکترولیز، اجزای تشکیل دهنده مواد محلول روی الکترودها می نشینند. در کاتد - دارای بار مثبت، در آند - منفی. اما در خود الکترودها، واکنش های ثانویه می تواند رخ دهد، در نتیجه یک ماده ثانویه تشکیل می شود.

می بینیم که با کمک الکترولیز، محصولات شیمیایی بدون استفاده از معرف های شیمیایی تشکیل می شوند.

کلسیم چگونه به دست می آید

در صنعت، کلسیم را می توان با الکترولیز کلرید کلسیم مذاب CaCl 2 به دست آورد.

CaCl 2 = Ca + Cl 2

در این فرآیند، حمام ساخته شده از گرافیت آند است. حمام در اجاق برقی قرار می گیرد. یک میله آهنی که در عرض حمام حرکت می کند و همچنین قابلیت بالا و پایین رفتن را دارد، کاتد است. الکترولیت کلرید کلسیم مذاب است که در حمام ریخته می شود. کاتد داخل الکترولیت پایین می آید. به این ترتیب فرآیند الکترولیز آغاز می شود. کلسیم مذاب زیر کاتد تشکیل می شود. هنگامی که کاتد بالا می رود، کلسیم در نقطه تماس با کاتد جامد می شود. بنابراین به تدریج، در فرآیند بالا بردن کاتد، کلسیم به شکل یک میله جمع می شود. سپس میله کلسیم از کاتد منعکس می شود.

برای اولین بار، کلسیم خالص از طریق الکترولیز در سال 1808 به دست آمد.

کلسیم نیز از اکسیدها با احیای آلومینوگرمیک به دست می آید .

4CaO + 2Al -> CaAl 2 O 4 + Ca

در این حالت کلسیم به صورت بخار بدست می آید. سپس این بخار متراکم می شود.

کلسیم بسیار واکنش پذیر است. به همین دلیل است که به طور گسترده در صنعت برای احیای فلزات نسوز از اکسیدها و همچنین در تولید فولاد و چدن استفاده می شود.

دانشگاه فنی نفت دولتی اوفا

گروه شیمی عمومی و تجزیه

با موضوع: "عنصر کلسیم. خواص، رسید، برنامه "

تهیه شده توسط دانش آموز گروه BTS-11-01 Prokaev G.L.

دانشیار Krasko S.A.

معرفی

تاریخچه و ریشه نام

بودن در طبیعت

در حال دریافت

مشخصات فیزیکی

خواص شیمیایی

استفاده از کلسیم فلزی

کاربرد ترکیبات کلسیمی

نقش بیولوژیکی

نتیجه

کتابشناسی - فهرست کتب

معرفی

کلسیم عنصری از زیرگروه اصلی گروه دوم، دوره چهارم سیستم تناوبی عناصر شیمیایی D.I. Mendeleev با عدد اتمی 20 است که با نماد Ca (لاتین کلسیم) مشخص شده است. ماده ساده کلسیم (شماره CAS: 7440-70-2) یک فلز خاکی قلیایی نرم و واکنش پذیر به رنگ سفید نقره ای است.

کلسیم فلز قلیایی خاکی نامیده می شود و به عنوان عناصر S- شناخته می شود. در سطح الکترونیکی خارجی، کلسیم دارای دو الکترون است، بنابراین ترکیبات CaO، Ca (OH) 2، CaCl2، CaSO4، CaCO3 و غیره را می دهد. کلسیم متعلق به فلزات معمولی است - میل ترکیبی بالایی با اکسیژن دارد، تقریباً تمام فلزات را از اکسیدهای آنها کاهش می دهد، یک پایه نسبتاً قوی Ca (OH) 2 را تشکیل می دهد.

علیرغم وجود عنصر 20 در همه جا، حتی شیمیدانان نیز کلسیم عنصری را ندیده اند. اما این فلز چه از نظر ظاهری و چه از نظر رفتاری به هیچ وجه شبیه به فلزات قلیایی نیست که ارتباط با آنها با خطر آتش سوزی و سوختگی همراه است. می توان آن را با خیال راحت در هوا ذخیره کرد، از آب قابل اشتعال نیست.

کلسیم عنصری تقریباً هرگز به عنوان یک ماده ساختاری استفاده نمی شود. او برای این کار بیش از حد فعال است. کلسیم به راحتی با اکسیژن، گوگرد، هالوژن ها واکنش نشان می دهد. حتی با نیتروژن و هیدروژن نیز تحت شرایط خاصی واکنش نشان می دهد. محیط اکسیدهای کربن که برای اکثر فلزات بی اثر است، برای کلسیم تهاجمی است. در جو CO و CO2 می سوزد.

تاریخچه و ریشه نام

ترکیبات کلسیم - سنگ آهک، سنگ مرمر، گچ (و همچنین آهک - محصول برشته کردن سنگ آهک) برای چندین هزار سال در صنعت ساختمان استفاده می شود. تا پایان قرن هجدهم شیمیدانان آهک را جسمی ساده می دانستند. در سال 1789 A. Lavoisier پیشنهاد کرد که آهک، منیزیم، باریت، آلومینا و سیلیس مواد پیچیده ای هستند.

بودن در طبیعت

به دلیل فعالیت شیمیایی بالا، کلسیم آزاد در طبیعت یافت نمی شود.

کلسیم 3.38 درصد از جرم پوسته زمین را تشکیل می دهد (پنجمین پس از اکسیژن، سیلیکون، آلومینیوم و آهن از نظر فراوانی).

ایزوتوپ ها کلسیم به طور طبیعی به شکل مخلوطی از شش ایزوتوپ وجود دارد: 40Ca، 42Ca، 43Ca، 44Ca، 46Ca و 48Ca، که در میان آنها رایج ترین - 40Ca - 96.97٪ است.

از شش ایزوتوپ طبیعی کلسیم، پنج ایزوتوپ پایدار هستند. ششمین ایزوتوپ 48Ca، سنگین‌ترین ایزوتوپ در بین شش ایزوتوپ و بسیار نادر (فراوانی ایزوتوپی آن تنها 0.187 درصد است)، اخیراً کشف شد که دچار فروپاشی مضاعف بتا با نیمه‌عمر 5.3 می‌شود. × 1019 سال ها.

در سنگ ها و کانی ها. بیشتر کلسیم در سیلیکات ها و آلومینوسیلیکات های سنگ های مختلف (گرانیت ها، گنیس ها و غیره) به ویژه در فلدسپات - آنورتیت کلسیم موجود است.

در قالب سنگ های رسوبی، ترکیبات کلسیم توسط گچ و سنگ آهک نشان داده می شود که عمدتا از کلسیت معدنی (CaCO3) تشکیل شده است. شکل کریستالی کلسیت - مرمر - در طبیعت بسیار کمتر رایج است.

مواد معدنی کلسیم مانند کلسیت CaCO3، انیدریت CaSO4، آلاباستر CaSO4 0.5H2O و گچ CaSO4 2H2O، فلوریت CaF2، آپاتیت Ca5 (PO4) 3 (F، Cl، OH)، دولومیت MgCO3 CaCO3 بسیار گسترده هستند. وجود نمک های کلسیم و منیزیم در آب طبیعی سختی آن را تعیین می کند.

مهاجرت در پوسته زمین. در مهاجرت طبیعی کلسیم، "تعادل کربنات" مرتبط با واکنش برگشت پذیر تعامل کربنات کلسیم با آب و دی اکسید کربن با تشکیل بی کربنات محلول نقش اساسی ایفا می کند:

CaCO3 + H2O + CO2 ↔ Ca (HCO3) 2 ↔ Ca2 + + 2HCO3ˉ

(بسته به غلظت دی اکسید کربن، تعادل به چپ یا راست تغییر می کند).

مهاجرت بیوژنیک در بیوسفر، ترکیبات کلسیم تقریباً در تمام بافت‌های حیوانی و گیاهی یافت می‌شود (همچنین به زیر مراجعه کنید). مقدار قابل توجهی کلسیم در موجودات زنده یافت می شود. بنابراین، هیدروکسی آپاتیت Ca5 (PO4) 3OH، یا، در نماد دیگر، 3Ca3 (PO4) 2 · Ca (OH) 2 - اساس بافت استخوانی مهره داران، از جمله انسان. پوسته و پوسته بسیاری از بی مهرگان، پوسته تخم مرغ و غیره از کربنات کلسیم CaCO3 تشکیل شده است. در بدن انسان با وزن 70 کیلوگرم، محتوای کلسیم حدود 1.7 کیلوگرم است (عمدتاً در ترکیب ماده بین سلولی بافت استخوان).

در حال دریافت

کلسیم فلزی آزاد از طریق الکترولیز مذاب متشکل از CaCl2 (75-80٪) و KCl یا از CaCl2 و CaF2 و همچنین با احیای آلومینوترمال CaO در دمای 1170-1200 درجه سانتیگراد به دست می آید.

CaO + 2Al = CaAl2O4 + 3Ca.

روشی برای تولید کلسیم با تفکیک حرارتی کاربید کلسیم CaC2 نیز توسعه یافته است.

مشخصات فیزیکی

فلز کلسیم در دو تغییر آلوتروپیک وجود دارد. پایدار تا 443 درجه سانتیگراد α -Ca با شبکه مکعبی، مقاوم تر β-Ca با نوع مشبک بدنه مکعبی α -Fe آنتالپی استاندارد ΔH0 انتقال α → β 0.93 کیلوژول بر مول است.

کلسیم یک فلز سبک (d = 1.55)، نقره ای سفید است. سخت تر است و در دمای بالاتر (851 درجه سانتیگراد) در مقایسه با سدیم که در کنار آن در جدول تناوبی قرار دارد ذوب می شود. این به این دلیل است که برای یک یون کلسیم در یک فلز دو الکترون وجود دارد. بنابراین، پیوند شیمیایی بین یون ها و گاز الکترون قوی تر از سدیم است. در واکنش های شیمیایی، الکترون های ظرفیت کلسیم به اتم های عناصر دیگر منتقل می شوند. در این حالت یون های دارای بار مضاعف تشکیل می شوند.

خواص شیمیایی

کلسیم یک فلز خاکی قلیایی معمولی است. فعالیت شیمیایی کلسیم زیاد است، اما کمتر از سایر فلزات قلیایی خاکی است. به راحتی با اکسیژن، دی اکسید کربن و رطوبت موجود در هوا تعامل می کند، که باعث می شود سطح کلسیم فلزی معمولاً خاکستری مات شود، بنابراین در آزمایشگاه، کلسیم معمولاً مانند سایر فلزات قلیایی خاکی در یک شیشه محکم در بسته زیر لایه ای از نفت سفید ذخیره می شود. یا پارافین مایع

در سری پتانسیل های استاندارد، کلسیم در سمت چپ هیدروژن قرار دارد. پتانسیل استاندارد الکترود جفت Ca2 + / Ca0 2.84- ولت است، به طوری که کلسیم به طور فعال با آب واکنش می دهد، اما بدون احتراق:

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

کلسیم در شرایط عادی با غیر فلزات فعال (اکسیژن، کلر، برم) واکنش می دهد:

Ca + O2 = 2CaO، Ca + Br2 = CaBr2.

هنگامی که در هوا یا اکسیژن گرم می شود، کلسیم مشتعل می شود. کلسیم هنگام گرم شدن با غیر فلزات کمتر فعال (هیدروژن، بور، کربن، سیلیکون، نیتروژن، فسفر و غیره) برهمکنش می‌کند، به عنوان مثال:

Ca + H2 = CaH2، Ca + 6B = CaB6،

Ca + N2 = Ca3N2، Ca + 2C = CaC2،

Ca + 2P = Ca3P2 (کلسیم فسفید)،

فسفیدهای کلسیم ترکیبات CaP و CaP5 نیز شناخته شده است.

Ca + Si = Ca2Si (سیلیسید کلسیم)،

همچنین سیلیسیدهای کلسیم از ترکیبات CaSi، Ca3Si4 و CaSi2 شناخته شده است.

سیر واکنش های فوق، به عنوان یک قاعده، با انتشار مقدار زیادی گرما همراه است (یعنی این واکنش ها گرمازا هستند). در تمام ترکیبات دارای غیر فلزات، حالت اکسیداسیون کلسیم 2+ است. بیشتر ترکیبات کلسیم با غیر فلزات به راحتی توسط آب تجزیه می شوند، به عنوان مثال:

CaH2 + 2H2O = Ca (OH) 2 + 2H2، N2 + 3H2O = 3Ca (OH) 2 + 2NH3.

یون Ca2 + بی رنگ است. هنگامی که نمک های کلسیم محلول وارد شعله می شوند، شعله به رنگ قرمز آجری در می آید.

نمک های کلسیم مانند کلرید CaCl2، برومید CaBr2، یدید CaI2 و نیترات Ca (NO3) 2 به راحتی در آب محلول هستند. فلوراید CaF2، کربنات CaCO3، سولفات CaSO4، ارتوفسفات Ca3 (PO4) 2، اگزالات CaC2O4 و برخی دیگر در آب نامحلول هستند.

این واقعیت بسیار مهم است که برخلاف کربنات کلسیم CaCO3، کربنات کلسیم اسیدی (بی کربنات) Ca (HCO3) 2 محلول در آب است. در طبیعت، این منجر به فرآیندهای زیر می شود. هنگامی که باران سرد یا آب رودخانه اشباع شده از دی اکسید کربن به زیر زمین نفوذ می کند و روی سنگ های آهک می ریزد، انحلال آنها مشاهده می شود:

CaCO3 + CO2 + H2O = Ca (HCO3) 2.

در همان جاهایی که آب اشباع شده با بی کربنات کلسیم به سطح زمین می آید و توسط اشعه خورشید گرم می شود، واکنش معکوس انجام می شود:

Ca (HCO3) 2 = CaCO3 + CO2 + H2O.

به این ترتیب توده های بزرگی از مواد در طبیعت منتقل می شوند. در نتیجه، شکاف های عظیمی می توانند در زیر زمین ایجاد شوند و "یخ های" سنگی زیبا - استالاکتیت ها و استالاگمیت ها - در غارها تشکیل می شوند.

وجود بی کربنات کلسیم محلول در آب تا حد زیادی سختی موقت آب را تعیین می کند. موقت نامیده می شود زیرا هنگام جوشاندن آب، بی کربنات تجزیه می شود و CaCO3 رسوب می کند. این پدیده به عنوان مثال منجر به این واقعیت می شود که در طول زمان رسوب در کتری ایجاد می شود.

کلسیم فلزی شیمیایی فیزیکی

کاربرد اصلی کلسیم فلزی به عنوان یک عامل کاهنده در تولید فلزات به ویژه نیکل، مس و فولاد ضد زنگ می باشد. همچنین از کلسیم و هیدرید آن برای تولید فلزاتی که به سختی احیا می شوند مانند کروم، توریم و اورانیوم استفاده می شود. آلیاژهای سرب کلسیم در باتری ها و آلیاژهای بلبرینگ استفاده می شوند. گرانول های کلسیم نیز برای حذف آثار هوا از تجهیزات خلاء استفاده می شود. نمک های محلول کلسیم و منیزیم سختی کلی آب را تعیین می کنند. اگر به مقدار کم در آب وجود داشته باشد، آب را نرم می نامند. با محتوای بالای این املاح، آب سخت در نظر گرفته می شود. سفتی با جوشاندن از بین می رود، برای از بین بردن کامل، گاهی آب را تقطیر می کنند.

متالوترمی

کلسیم فلزی خالص به طور گسترده در متالوترمی برای تولید فلزات کمیاب استفاده می شود.

آلیاژسازی

سوخت هسته ای

ایزوتوپ 48Ca موثرترین و رایج ترین ماده برای تولید عناصر فوق سنگین و کشف عناصر جدید در جدول تناوبی است. به عنوان مثال، در مورد استفاده از یون های 48Ca برای به دست آوردن عناصر فوق سنگین در شتاب دهنده ها، هسته این عناصر صدها و هزاران بار کارآمدتر از زمانی که از سایر "پرتابه ها" (یون ها) استفاده می شود، تشکیل می شود.

کاربرد ترکیبات کلسیمی

هیدرید کلسیم با حرارت دادن کلسیم در اتمسفر هیدروژن، CaH2 (هیدرید کلسیم) به دست می آید که در متالورژی (متالوترمی) و در تولید هیدروژن در مزرعه استفاده می شود.

مواد نوری و لیزری. فلوراید کلسیم (فلوریت) به شکل تک بلورها در اپتیک (اهداف نجومی، عدسی ها، منشورها) و به عنوان ماده لیزری استفاده می شود. تنگستات کلسیم (شیلیت) به شکل تک کریستال در فناوری لیزر و همچنین به عنوان سوسوزن استفاده می شود.

کاربید کلسیم. کاربید کلسیم CaC2 به طور گسترده برای تولید استیلن و برای احیای فلزات و همچنین در تولید سیانامید کلسیم استفاده می شود (با حرارت دادن کاربید کلسیم در نیتروژن در دمای 1200 درجه سانتیگراد، واکنش به صورت گرمازا ادامه می یابد و در کوره های سیانامید انجام می شود). .

منابع انرژی شیمیایی کلسیم، و همچنین آلیاژهای آن با آلومینیوم و منیزیم، در باتری های الکتریکی حرارتی پشتیبان به عنوان آند (به عنوان مثال، یک عنصر کرومات کلسیم) استفاده می شود. در این باتری ها از کرومات کلسیم به عنوان کاتد استفاده می شود. ویژگی چنین باتری هایی ماندگاری بسیار طولانی (دهه ها) در شرایط مناسب، توانایی کار در هر شرایطی (فضا، فشار بالا)، انرژی ویژه بالا بر حسب وزن و حجم است. عیب در کوتاه مدت چنین باتری هایی در مواردی استفاده می شوند که برای مدت کوتاهی نیاز به ایجاد نیروی الکتریکی عظیم باشد (موشک های بالستیک، برخی فضاپیماها و غیره).

مواد نسوز. اکسید کلسیم، هم به صورت آزاد و هم به عنوان بخشی از مخلوط های سرامیکی، در تولید مواد نسوز استفاده می شود.

داروها. در پزشکی، آماده سازی کلسیم، اختلالات مرتبط با کمبود یون های کلسیم را در بدن از بین می برد (با کزاز، اسپاسموفیلی، راشیتیسم). آماده سازی کلسیم باعث کاهش حساسیت به آلرژن ها می شود و برای درمان بیماری های آلرژیک (بیماری سرم، تب خواب و غیره) استفاده می شود. آماده سازی کلسیم افزایش نفوذپذیری عروق را کاهش می دهد و اثر ضد التهابی دارد. آنها برای واسکولیت هموراژیک، بیماری تشعشع، فرآیندهای التهابی (پنومونی، جنب و غیره) و برخی بیماری های پوستی استفاده می شوند. این دارو به عنوان یک عامل هموستاتیک برای بهبود فعالیت عضله قلب و افزایش عملکرد داروهای دیجیتالیس، به عنوان پادزهر برای مسمومیت با نمک های منیزیم تجویز می شود. همراه با سایر داروها، آماده سازی کلسیم برای تحریک زایمان استفاده می شود. کلرید کلسیم به صورت خوراکی و داخل وریدی تجویز می شود.

فرآورده های کلسیم همچنین شامل گچ (CaSO4) که در جراحی برای گچ گیری استفاده می شود و گچ (CaCO3) که به صورت خوراکی با افزایش اسیدیته شیره معده و برای تهیه پودر دندان تجویز می شود.

نقش بیولوژیکی

بیشتر کلسیمی که با غذا وارد بدن انسان می شود در لبنیات، کلسیم باقیمانده در گوشت، ماهی و برخی محصولات گیاهی (به خصوص حبوبات حاوی مقدار زیادی) یافت می شود. جذب هم در روده بزرگ و هم در روده کوچک اتفاق می افتد و توسط محیط اسیدی، ویتامین D و ویتامین C، لاکتوز، اسیدهای چرب غیراشباع تسهیل می شود. نقش منیزیم در متابولیسم کلسیم نیز مهم است؛ با کمبود آن، کلسیم از استخوان ها «شسته شده» و در کلیه ها (سنگ کلیه) و ماهیچه ها رسوب می کند.

محصولات کلسیم، میلی گرم / 100 گرم

کنجد 783

گزنه 713

چنار بزرگ 412

ساردین در روغن 330

پیچک بودرا 289

رز سگ 257

بادام 252

نیزه شناس چنار. 248

فندق ۲۲۶

شاهی 214

سویا خشک 201

کودکان زیر 3 سال - 600 میلی گرم.

کودکان 4 تا 10 ساله - 800 میلی گرم.

کودکان 10 تا 13 ساله - 1000 میلی گرم.

نوجوانان 13 تا 16 ساله - 1200 میلی گرم.

افراد جوان 16 سال و بالاتر - 1000 میلی گرم.

بزرگسالان 25 تا 50 ساله - 800 تا 1200 میلی گرم.

زنان باردار و شیرده - 1500 تا 2000 میلی گرم.

نتیجه

کلسیم یکی از فراوان ترین عناصر روی زمین است. در طبیعت مقدار زیادی از آن وجود دارد: سنگ ها و سنگ های رسی از نمک های کلسیم تشکیل شده اند، در آب دریاها و رودخانه ها یافت می شود، بخشی از موجودات گیاهی و جانوری است.

کلسیم دائماً مردم شهر را احاطه می کند: تقریباً تمام مصالح ساختمانی اساسی - بتن، شیشه، آجر، سیمان، آهک - حاوی این عنصر به مقدار قابل توجهی هستند.

به طور طبیعی با داشتن چنین خواص شیمیایی، کلسیم نمی تواند در طبیعت در حالت آزاد باشد. اما ترکیبات کلسیم - چه طبیعی و چه مصنوعی - از اهمیت بالایی برخوردار شده اند.

کتابشناسی - فهرست کتب

1.هیئت تحریریه .: Knunyants I.L. (سریراستار) دایره المعارف شیمیایی: در 5 جلد - مسکو: دایره المعارف شوروی، 1990 .-- T. 2. - P. 293 .-- 671 p.

2.دورونین. N.A.Kaltsiy, Goskhimizdat, 1962.191 pp. With ill.

.دوتسنکو V.A. - تغذیه درمانی و پیشگیری کننده - سوال غذا، 2001 - N1-p.21-25

4.Bilezikian J. P. متابولیسم کلسیم و استخوان // در: K. L. Becker, ed.

5.م.خ. کاراپتیانتز، S.I. Drakin - General and Inorganic Chemistry, 2000. 592 pp. With ill.