Kalcio metalas ar ne. Kalcis gamtoje (3,4 % žemės plutoje)

Kalcis – antrosios grupės, periodinės cheminių elementų sistemos ketvirtojo periodo, pagrindinio pogrupio elementas, kurio atominis skaičius 20. Jis žymimas simboliu Ca (lot. Kalcis). Paprastoji medžiaga kalcis (CAS numeris: 7440-70-2) yra minkštas, reaktyvus šarminių žemių metalas, sidabrinis. balta spalva.

Vardo istorija ir kilmė

Elemento pavadinimas kilęs iš lat. kalksas (gimtinėje kalboje calcis) - "kalkės", "minkštas akmuo". Jį pasiūlė anglų chemikas Humphrey Davy, kuris 1808 metais elektrolitiniu metodu išskyrė kalcio metalą. Davy elektrolizavo šlapių gesintų kalkių mišinį su gyvsidabrio oksidu HgO ant platinos plokštės, kuri buvo anodas. Kaip katodas tarnavo platinos viela, panardinta į skystą gyvsidabrį. Dėl elektrolizės buvo gauta kalcio amalgama. Išvaręs iš jo gyvsidabrį, Davy gavo metalą, vadinamą kalciu.
Kalcio junginiai – kalkakmenis, marmuras, gipsas (taip pat kalkės – kalkakmenio degimo produktas) statybose buvo naudojami prieš kelis tūkstantmečius. Iki XVIII amžiaus pabaigos chemikai kalkę laikė paprastu kūnu. 1789 m. A. Lavoisier pasiūlė, kad kalkės, magnezija, baritas, aliuminio oksidas ir silicio dioksidas yra sudėtingos medžiagos.

Kvitas

Laisvas metalinis kalcis gaunamas elektrolizuojant lydalą, susidedantį iš CaCl 2 (75-80%) ir KCl arba iš CaCl2 ir CaF 2, taip pat aliuminotermiškai redukuojant CaO 1170-1200 °C temperatūroje:
4CaO + 2Al → CaAl 2O 4 + 3Ca.

Fizinės savybės

Kalcio metalas yra dviejų alotropinių modifikacijų. Iki 443 °C α-Ca su kubine į veidą nukreipta gardele yra stabilus (parametras a = 0,558 nm), virš β-Ca yra stabilus su kubine kūno centre esančia α-Fe tipo gardele (parametras a = 0,448). nm). α → β perėjimo standartinė entalpija ΔH 0 yra 0,93 kJ/mol.
Palaipsniui didėjant slėgiui, jis pradeda rodyti puslaidininkio savybes, bet netampa puslaidininkiu visa to žodžio prasme (tai irgi nebėra metalas). Toliau didėjant slėgiui, jis grįžta į metalinę būseną ir pradeda demonstruoti superlaidumo savybes (superlaidumo temperatūra šešis kartus aukštesnė nei gyvsidabrio, o laidumu gerokai viršija visus kitus elementus). Unikalus kalcio elgesys daugeliu atžvilgių panašus į stroncio (ty periodinėje lentelėje išsaugomos paralelės).

Cheminės savybės

Kalcis yra tipiškas šarminių žemių metalas. Cheminis kalcio aktyvumas yra didelis, bet mažesnis nei visų kitų šarminių žemių metalų. Jis lengvai reaguoja su ore esančiu deguonimi, anglies dioksidu ir drėgme, todėl kalcio metalo paviršius dažniausiai būna blyškiai pilkas, todėl kalcis dažniausiai laikomas laboratorijoje, kaip ir kiti šarminių žemių metalai, sandariai uždarytame indelyje po sluoksniu. žibalo arba skysto parafino.

Kalcis – II grupės cheminis elementas, kurio atominis skaičius periodinėje sistemoje yra 20, žymimas simboliu Ca (lot. Kalcis). Kalcis yra minkštas, sidabriškai pilkas šarminių žemių metalas.

20 periodinės lentelės elementas Elemento pavadinimas kilęs iš lat. kalksas (gimtinėje kalboje calcis) - "kalkės", "minkštas akmuo". Jį pasiūlė anglų chemikas Humphry Davy, kuris 1808 metais išskyrė metalinį kalcį.
Kalcio junginiai – kalkakmenis, marmuras, gipsas (taip pat kalkės – kalkakmenio degimo produktas) statybose buvo naudojami prieš kelis tūkstantmečius.
Kalcis yra vienas gausiausių elementų žemėje. Kalcio junginių yra beveik visuose gyvūnų ir augalų audiniuose. Jis sudaro 3,38% žemės plutos masės (5 vieta pagal gausumą po deguonies, silicio, aliuminio ir geležies).

Kalcio radimas gamtoje

Dėl didelio cheminio aktyvumo kalcio laisvos formos gamtoje nerasta.
Kalcis sudaro 3,38% žemės plutos masės (5 vieta pagal gausumą po deguonies, silicio, aliuminio ir geležies). Elemento turinys jūros vandens- 400 mg / l.

izotopų

Kalcis gamtoje randamas šešių izotopų mišinio pavidalu: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca ir 48Ca, tarp kurių labiausiai paplitęs – 40Ca – yra 96,97%. Kalcio branduoliuose yra magiškas protonų skaičius: Z = 20. Izotopai
40
20
Ca20 ir
48
20
Ca28 yra du iš penkių gamtoje randamų dvigubai magiškų skaičių branduolių.
Iš šešių natūraliai esančių kalcio izotopų penki yra stabilūs. Šeštasis 48Ca izotopas, sunkiausias iš šešių ir labai retas (jo izotopų gausa tik 0,187%), patiria dvigubą beta skilimą, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 1,6 1017 metų.

Uolienose ir mineraluose

Daugiausia kalcio yra įvairių uolienų silikatuose ir aliumosilikatuose (granituose, gneisuose ir kt.), ypač lauko špate - anortite Ca.
Nuosėdinių uolienų pavidalu kalcio junginius sudaro kreida ir kalkakmenis, daugiausia susidedantys iš mineralinio kalcito (CaCO3). Kristalinė kalcito forma, marmuras, gamtoje sutinkama daug rečiau.
Gana plačiai paplitę kalcio mineralai, tokie kaip kalcitas CaCO3, anhidritas CaSO4, alebastras CaSO4 0,5H2O ir gipsas CaSO4 2H2O, fluoritas CaF2, apatitai Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), dolomitas MgCO3 CaCO3. Kalcio ir magnio druskų buvimas natūralus vanduo nustatomas jo kietumas.
Kalcis, energingai migruojantis žemės plutoje ir besikaupiantis įvairiose geocheminėse sistemose, sudaro 385 mineralus (ketvirtas pagal mineralų skaičių).

Biologinis kalcio vaidmuo

Kalcis yra įprastas augalų, gyvūnų ir žmonių makroelementas. Žmonėms ir kitiems stuburiniams gyvūnams didžioji dalis jo yra skelete ir dantyse. Kalcis randamas kauluose hidroksiapatito pavidalu. Iš įvairių formų kalcio karbonatas (kalkės) susideda iš daugumos bestuburių grupių (kempinių, koralų polipų, moliuskų ir kt.) „skeletų“. Kalcio jonai dalyvauja kraujo krešėjimo procesuose, taip pat yra vienas iš universalių antrųjų pasiuntinių ląstelių viduje ir reguliuoja įvairius tarpląstelinius procesus – raumenų susitraukimą, egzocitozę, įskaitant hormonų ir neurotransmiterių sekreciją. Kalcio koncentracija žmogaus ląstelių citoplazmoje yra apie 10−4 mmol/l, tarpląsteliniuose skysčiuose apie 2,5 mmol/l.

Kalcio poreikis priklauso nuo amžiaus. Suaugusiesiems nuo 19 iki 50 metų ir vaikams nuo 4 iki 8 metų paros poreikis (RPN) yra 1000 mg (yra maždaug 790 ml pieno, kurio riebumas yra 1%), o vaikams nuo 9 iki 18 metų imtinai. - 1300 mg per dieną (yra maždaug 1030 ml pieno, kurio riebumas yra 1%). Vartojant paauglystėje pakankamai kalcis labai svarbus dėl intensyvaus skeleto augimo. Tačiau, remiantis JAV atliktais tyrimais, tik 11 % 12–19 metų mergaičių ir 31 % vaikinų patenkina savo poreikius. Subalansuota mityba daugiausia kalcio (apie 80%) patenka į vaiko organizmą su pieno produktais. Likęs kalcis gaunamas iš grūdų (įskaitant viso grūdo duoną ir grikius), ankštinių augalų, apelsinų, žalumynų, riešutų. Pieno produktuose, kurių pagrindą sudaro pieno riebalai (sviestas, grietinėlė, grietinė, grietinėlės ledai) kalcio praktiškai nėra. Kuo daugiau pieno produktai pieno riebalų, tuo mažiau kalcio juose. Kalcio absorbcija žarnyne vyksta dviem būdais: tarpląsteliniu (transceluliniu) ir tarpląsteliniu (paraląsteliniu). Pirmasis mechanizmas yra susijęs su aktyvios vitamino D formos (kalcitriolio) ir jo žarnyno receptorių poveikiu. Jis vaidina didelis vaidmuo vartojant mažai ar vidutiniškai kalcio. Esant didesniam kalcio kiekiui maiste, pagrindinį vaidmenį pradeda vaidinti tarpląstelinė absorbcija, kuri yra susijusi su dideliu kalcio koncentracijos gradientu. Dėl tarpląstelinio mechanizmo kalcis daugiau pasisavinamas dvylikapirštėje žarnoje (dėl didžiausios kalcitriolio receptorių koncentracijos ten). Dėl pasyvaus tarpląstelinio pernešimo kalcio absorbcija yra aktyviausia visose trijose plonosios žarnos dalyse. Kalcio pasisavinimą tarpląsteliniu būdu skatina laktozė (pieno cukrus).

Kalcio pasisavinimą trukdo kai kurie gyvuliniai riebalai (įskaitant karvės pieno riebalus ir jautienos riebalus, bet ne lašinius) ir palmių aliejus. Tokiuose riebaluose esančios palmitino ir stearino riebiosios rūgštys virškinamos žarnyne, o laisvos formos tvirtai suriša kalcį, sudarydamos kalcio palmitatą ir kalcio stearatą (netirpius muilus). Šio muilo su kėde pavidalu netenkama ir kalcio, ir riebalų. Šis mechanizmas yra atsakingas už sumažėjusį kalcio absorbciją, sumažėjusią kaulų mineralizaciją ir mažesnį netiesioginį kaulų stiprumo matavimą kūdikiams, naudojantiems palmių aliejaus (palmių oleino) mišinį kūdikiams. Šiems vaikams kalcio muilų susidarymas žarnyne yra susijęs su išmatų kietėjimu, jų dažnumo sumažėjimu, taip pat dažnesniu regurgitacija ir pilvo diegliais.

Kalcio koncentracija kraujyje dėl jo svarbos didelis skaičius gyvybiniai procesai tiksliai reguliuojami, o tinkamai maitinantis ir pakankamai vartojant neriebių pieno produktų bei vitamino D trūkumas neatsiranda. Ilgalaikis kalcio ir (arba) vitamino D trūkumas maiste padidina osteoporozės riziką ir sukelia rachitą kūdikystėje.

Per didelės kalcio ir vitamino D dozės gali sukelti hiperkalcemiją. Didžiausia saugi dozė suaugusiems nuo 19 iki 50 metų imtinai yra 2500 mg per parą (apie 340 g Edam sūrio).

Šilumos laidumas

Kalcis yra labai paplitęs gamtoje formoje įvairūs ryšiai. Žemės plutoje jis užima penktą vietą, sudaro 3,25%, ir dažniausiai randamas kalkakmenio CaCO3, dolomito CaCO3 * MgCO3, gipso CaSO4 * 2H2O, fosforito Ca3 (PO4) 2 ir fluoršpato CaF2 pavidalu, neskaitant reikšmingo kiekio. kalcio santykis silikatinių uolienų sudėtyje. Jūros vandenyje yra vidutiniškai 0,04 % (m/m) kalcio

Kalcio fizinės ir cheminės savybės

Kalcis yra periodinės elementų sistemos II grupės šarminių žemių metalų pogrupyje; serijos numeris 20, atominė masė 40,08, valentingumas 2, atominis tūris 25,9. Kalcio izotopai: 40 (97%), 42 (0,64%), 43 (0,15%), 44 (2,06%), 46 (0,003%), 48 (0,185%). Kalcio atomo elektroninė struktūra: 1s2, 2s2p6, 3s2p6, 4s2. Atomo spindulys yra 1,97 A, jono spindulys yra 1,06 A. Iki 300 ° kalcio kristalai yra kubo formos su centruotais paviršiais ir 5,53 A kraštinės, virš 450 ° - šešiakampės formos. Specifinė gravitacija kalcio 1,542, lydymosi temperatūra 851°, virimo temperatūra 1487°, lydymosi šiluma 2,23 kcal/mol, garavimo šiluma 36,58 kcal/mol. Kietojo kalcio atominė šiluminė talpa Cp = 5,24 + 3,50*10v-3 T esant 298-673°K ir Cp = 6,29+1,40*10v-3T esant 673-1124°K; skystam kalciui Cp = 7,63. Kietojo kalcio entropija 9,95 ± 1, dujinio esant 25° 37,00 ± 0,01.
Kietojo kalcio garų slėgį ištyrė Yu.A. Priselkovas ir A.N. Nesmejanovas, P. Douglasas ir D. Tomlinas. Sočiųjų kalcio garų elastingumo vertės pateiktos lentelėje. vienas.

Kalbant apie šilumos laidumą, kalcis artėja prie natrio ir kalio, 20–100 ° temperatūroje linijinio plėtimosi koeficientas yra 25 * 10v-6, o esant 20 ° elektrinė varža yra 3,43 μom / cm3, nuo 0 iki 100 °. elektrinės varžos temperatūros koeficientas yra 0,0036. Elektrocheminis ekvivalentas 0,74745 g/a*val. Kalcio tempiamasis stipris 4,4 kg/mm2, Brinelio kietumas 13, pailgėjimas 53%, redukcijos koeficientas 62%.
Kalcis yra sidabriškai baltos spalvos, suskaidytas blizga. Ore metalas yra padengtas plona melsvai pilka nitrido, oksido ir iš dalies kalcio peroksido plėvele. Kalcis yra lankstus ir kalus; jį galima apdoroti tekinimo staklės, gręžimas, pjovimas, pjovimas, presavimas, tempimas ir kt. Kuo grynesnis metalas, tuo didesnis jo plastiškumas.
Įtampos serijoje kalcis yra tarp elektronneigiamiausių metalų, o tai paaiškina jo didelį cheminį aktyvumą. Kambario temperatūroje kalcis nereaguoja su sausu oru, 300 ° ir aukštesnėje temperatūroje jis intensyviai oksiduojasi, o stipriai kaitinant dega ryškiai oranžine-raudona liepsna. Drėgname ore kalcis palaipsniui oksiduojasi, virsdamas hidroksidu; iš saltas vanduo reaguoja palyginti lėtai, bet karštas vanduo energingai išstumia vandenilį, sudarydamas hidroksidą.
Azotas ryškiai reaguoja su kalciu 300° temperatūroje ir labai intensyviai 900° temperatūroje, sudarydamas nitridą Ca3N2. Su vandeniliu 400° temperatūroje kalcis sudaro hidridą CaH2. Su sausais halogenais, išskyrus fluorą, kalcis kambario temperatūroje nesijungia; intensyvus halogenidų susidarymas vyksta 400° ir aukštesnėje temperatūroje.
Stiprios sieros (65-60 ° Be) ir azoto rūgštys silpnai veikia gryną kalcį. Iš vandeniniai tirpalai druskos rūgštys, stipriai azoto ir silpnai sieros rūgštys labai stipriai veikia mineralines rūgštis. Koncentruotuose NaOH tirpaluose ir sodos tirpaluose kalcis beveik nesunaikinamas.

Taikymas

Kalcis vis dažniau naudojamas įvairios pramonės šakos gamyba. IN Pastaruoju metu jis įsigijo didelę reikšmę kaip reduktorius daugelio metalų gamyboje. Grynas urano metalas gaunamas redukuojant urano fluoridą kalcio metalu. Titano oksidai, taip pat cirkonio, torio, tantalo, niobio ir kitų retųjų metalų oksidai gali būti redukuojami kalciu arba jo hidridais. Kalcis yra geras deoksidatorius ir degazatorius vario, nikelio, chromo-nikelio lydinių, specialaus plieno, nikelio ir alavo bronzos gamyboje, pašalina sierą, fosforą, anglį iš metalų ir lydinių.
Kalcis su bismutu sudaro ugniai atsparius junginius, todėl jis naudojamas švinui iš bismuto išvalyti.
Kalcio dedama į įvairius lengvuosius lydinius. Tai padeda pagerinti luitų paviršių, smulkumą ir sumažinti oksiduojamumą. Plačiai naudojami guolių lydiniai, kurių sudėtyje yra kalcio. Švino lydiniai (0,04 % Ca) gali būti naudojami kabelių apvalkalams gaminti.
Kalcis naudojamas alkoholiams dehidratuoti ir tirpikliams desulfuruoti naftos produktus. Aukštos kokybės porėtam betonui gaminti naudojami kalcio-cinko lydiniai arba cinko-magnio lydiniai (70 % Ca). Kalcis yra antifrikcinių lydinių (švino-kalcio babbitų) dalis.
Dėl gebėjimo surišti deguonį ir azotą valymui naudojamas kalcis arba kalcio lydiniai su natriu ir kitais metalais. tauriųjų dujų ir kaip geteris vakuuminėje radijo įrangoje. Kalcis taip pat naudojamas hidrido, kuris yra vandenilio šaltinis, gamybai lauko sąlygomis. Su anglimi kalcis sudaro kalcio karbidą CaC2, kuris naudojamas dideli kiekiai gauti acetileną C2H2.

Vystymosi istorija

Devi pirmą kartą kalcį gavo amalgamos pavidalu 1808 m., elektrolizuodamas šlapias kalkes gyvsidabrio katodu. 1852 m. Bunsenas gavo amalgamą su dideliu kalcio kiekiu elektrolizės būdu iš kalcio chlorido druskos rūgšties tirpalo. Bunsenas ir Mathyssenas 1855 m. gavo gryną kalcį CaCl2 elektrolizės būdu, o Moissan - CaF2 elektrolizės būdu. 1893 m. Borchersas žymiai pagerino kalcio chlorido elektrolizę, taikydamas katodinį aušinimą; Arndt 1902 m. elektrolizės būdu gavo metalą, turintį 91,3% Ca. Ruffas ir Plata elektrolizės temperatūrai sumažinti naudojo CaCl2 ir CaF2 mišinį; Borchers ir Stockem gavo kempinę, kurios temperatūra žemesnė už kalcio lydymosi temperatūrą.
Rathenau ir Süteris išsprendė elektrolitinės kalcio gamybos problemą, pasiūlydami elektrolizės metodą su liečiamu katodu, kuris netrukus tapo pramoniniu. Buvo daug pasiūlymų ir bandymų gauti kalcio lydinius elektrolizės būdu, ypač naudojant skystąjį katodą. Pasak F.O. Banzel, kalcio lydinius galima gauti elektrolizės būdu CaF2, pridedant kitų metalų druskų arba fluoroksidų. Poulenet ir Melan gavo Ca-Al lydinį ant skysto aliuminio katodo; Kugelgenas ir Sewardas pagamino Ca-Zn lydinį ant cinko katodo. Ca-Zn lydinių paruošimą 1913 metais tyrė V. Moldengaueris ir J. Andersenas, kurie taip pat gavo Pb-Ca lydinių ant švino katodo. Koba, Simkins ir Gire naudojo 2000 A švino katodo elementą ir pagamino lydinį su 2% Ca esant 20% srovės efektyvumui. I. Celikovas ir V. Vazingeris į elektrolitą įpylė NaCl, kad gautų lydinį su natriu; R.R. Syromyatnikovas maišė lydinį ir pasiekė 40–68% srovės efektyvumą. Kalcio lydiniai su švinu, cinku ir variu gaminami elektrolizės būdu pramoniniu mastu.
Didelio susidomėjimo sulaukė terminis kalcio gavimo būdas. Aliuminoterminę oksidų redukciją 1865 m. atrado H.H. Beketovas. 1877 metais Maletas atrado kalcio, bario ir stroncio oksidų mišinio sąveiką su aliuminiu kaitinant.Winkleris bandė redukuoti tuos pačius oksidus magniu; Bilzas ir Wagneris, redukuodami kalcio oksidą vakuume su aliuminiu, gavo mažą metalo išeigą Gunzas 1929 m. geriausi rezultatai. A.I. Voinitskis 1938 metais laboratorijoje redukavo kalcio oksidą aliuminio ir silicio lydiniais. Metodas buvo patentuotas 1938. Antrojo pasaulinio karo pabaigoje terminis metodas pradėtas naudoti pramonėje.
1859 m. Caron pasiūlė natrio ir šarminių žemių metalų lydinių gavimo metodą, veikiant metaliniam natriui jų chloridus. Pagal šį metodą kalcis (ir barinas) gaunamas lydinyje su švinu.Iki Antrojo pasaulinio karo pramoninės gamybos kalcio elektrolizė buvo tiekiama Vokietijai ir Frakcijai. Biterfelde (Vokietija) 1934-1939 metais kasmet buvo pagaminama 5-10 tonų kalcio.JAV kalcio poreikis buvo patenkintas importu, kuris 1920-1940 metais siekė 10-25g per metus. Nuo 1940 m., kai nutrūko importas iš Prancūzijos, JAV elektrolizės būdu pradėjo gaminti didelius kalcio kiekius; baigiantis karui kalcį pradėjo gauti vakuuminiu terminiu metodu; S. Loomiso teigimu, jo našumas siekė 4,5 tonos per dieną. Pasak Minerale Yarbuk, Dominium Magnesium Kanadoje per metus pagamino kalcio:

Informacija apie kalcio išsiskyrimo skalę pastaraisiais metais dingęs.

Vardas:*
El. paštas:
Komentaras:

Papildyti

27.03.2019

Pirmiausia turite nuspręsti, kiek norite išleisti pirkiniui. Pradedantiesiems investuotojams ekspertai rekomenduoja sumą nuo 30 tūkstančių rublių iki 100. Verta ...

27.03.2019

Metalo valcavimas mūsų laikais aktyviai naudojamas įvairiose situacijose. Iš tiesų, daugelyje pramonės šakų be jo tiesiog neįmanoma išsiversti, nes valcuotas metalas ...

27.03.2019

Ovalo profilio plieninės tarpinės skirtos jungiamųjų detalių ir vamzdynų, pernešančių agresyvias medžiagas, flanšinėms jungtims sandarinti....

26.03.2019

Daugelis iš mūsų yra girdėję apie tokias sistemos administratoriaus pareigas, tačiau ne visi gali įsivaizduoti, ką tiksliai reiškia ši frazė....

26.03.2019

Kiekvienas žmogus, atliekantis remontą savo kambaryje, turėtų pagalvoti, kokias konstrukcijas reikia įrengti vidinėje erdvėje. Rinkoje...

26.03.2019

26.03.2019

Iki šiol dujų analizatoriai aktyviai naudojami naftos ir dujų pramonėje, komunaliniame sektoriuje, atliekant analizę laboratoriniuose kompleksuose,...

Kalcis aš Kalcis (kalcis, Ca)

periodinės cheminių elementų sistemos II grupės cheminis elementas D.I. Mendelejevas; reiškia šarminius žemės metalus, turi didelį biologinį aktyvumą.

Kalcio atominis skaičius yra 20, atominė masė yra 40,08. Gamtoje buvo rasti šeši stabilūs K izotopai, kurių masės skaičiai yra 40, 42, 43, 44, 46 ir 48.

Kalcis yra chemiškai aktyvus, gamtoje randamas junginių pavidalu – silikatų (pavyzdžiui, asbesto), karbonatų (kalkakmenis, marmuras, kreida, kalcitas, aragonitas), sulfatų (gipso ir anhidrito), fosforito, dolomito ir kt. pagrindinis kaulinio audinio struktūrinis elementas (žr. kaulą) , svarbus kraujo krešėjimo sistemos komponentas (kraujo krešėjimas) , esminis žmogaus maisto elementas, palaikantis homeostatinį elektrolitų santykį vidinė aplinka organizmas.

Viena iš svarbiausių gyvo organizmo funkcijų yra jo dalyvavimas daugelio fermentų sistemų darbe (taip pat ir raumenų aprūpinimas), perduodant nervinį impulsą, raumenų reakcijoje į nervinį impulsą ir hormonų veiklos pokyčiuose, yra realizuojamas dalyvaujant adenilato ciklazei.

Žmogaus organizme yra 1-2 kilogramas kalcio (apie 20 G už 1 kilogramas kūno svorio, naujagimiams apie 9 g/kg). 98-99% viso kalcio kiekio yra kaulų ir kremzlių audinių sudėtyje karbonato, fosfato, junginių su chloru, organinių rūgščių ir kitų medžiagų pavidalu. Likusi dalis pasiskirsto minkštuose audiniuose (apie 20 mg už 100 G audinys) ir tarpląstelinis skystis. Kraujo plazmoje yra apie 2,5 mmol/l kalcio (9-11 mg/100 ml) dviejų frakcijų pavidalu: nedifuzinis (kompleksai su baltymais) ir difuzinis (jonizuotas K. ir kompleksai su rūgštimis). Kompleksai su baltymais yra viena iš kalcio nusėdimo formų. Jie sudaro 1/3 viso K. plazmos kiekio. jonizuoto K kraujyje yra 1,33 mmol/l, kompleksai su fosfatais, karbonatais, citratais ir kitų organinių rūgščių anijonais - 0,3 mmol/l. Tarp jonizuoto K. ir K. fosfato kraujo plazmoje yra atvirkštinis ryšys, tačiau sergant rachitu stebimas abiejų jonų koncentracijos mažėjimas, o esant hiperparatiroidizmui – padidėjimas. Ląstelėse pagrindinė K. dalis yra susijusi su baltymais ir fosfolipidais ląstelių membranos ir ląstelių organelių membranos. Transmembraninį Ca 2+ pernešimą, kuriame dalyvauja specifiniai nuo Ca 2+ priklausomi asmenys, reguliuoja skydliaukės (skydliaukės) ir prieskydinių liaukų (prieskydinių liaukų) hormonai. - parathormonas ir jo antagonistas kalcitoninas. Jonizuoto K. kiekis plazmoje reguliuojamas sudėtingu mechanizmu, kurio komponentai yra (depas K.), kepenys (su tulžimi) ir kalcitoninas, taip pat D (1,25-dioksicholekalciferolis). padidina K. kiekį ir mažina K. fosfato kiekį kraujyje, veikdamas sinergiškai su vitaminu D. Sukelia hiperkalcemiją, padidindamas osteoklastų aktyvumą ir sustiprindamas rezorbciją, padidina K. reabsorbciją inkstų kanalėliuose. Su hipokalcemija žymiai padidėja parathormono kiekis. , būdamas parathormono antagonistas, sergant hiperkalcemija sumažina K. kiekį kraujyje ir osteoklastų skaičių, padidina K. fosfato išsiskyrimą per inkstus. Hipofizė taip pat dalyvauja reguliuojant medžiagų apykaitą K. (žr. Hipofizės hormonai) , antinksčių žievė (antinksčių žievė) . Homeostatinės K. koncentracijos palaikymą organizme koordinuoja centrinė nervų sistema. (daugiausia pagumburio-hipofizės sistema (pagumburio-hipofizės sistema)) ir autonominę nervų sistemą.

K. priklauso svarbus vaidmuo raumenų darbo mechanizme (Raumenų darbas) . Tai veiksnys, leidžiantis susitraukti raumenis: padidėjus K. jonų koncentracijai mioplazmoje, K. prisitvirtina prie reguliuojančio baltymo, ko pasekoje tampa pajėgi sąveikauti su miozinu; jungiantis, susidaro šie du baltymai ir raumuo susitraukia. Aktomiozino susidarymo procese atsiranda ATP, kurio cheminė energija užtikrina mechaninio darbo atlikimą ir iš dalies išsisklaido šilumos pavidalu. Didžiausias susitraukiantis skeletas stebimas esant 10 -6 -10 -7 kalcio koncentracijai apgamas; sumažėjus K. jonų koncentracijai (mažiau nei 10 -7 apgamas) raumuo praranda gebėjimą sutrumpėti ir įsitempti. K. poveikis audiniams pasireiškia jų trofizmo pasikeitimu, redokso procesų intensyvumu ir kitomis reakcijomis, susijusiomis su energijos susidarymu. K. koncentracijos pokytis skystyje, supančiame nervinę ląstelę, reikšmingai paveikia jos membranas dėl kalio jonų ir ypač natrio jonų (žr. Biologinės membranos) , be to, sumažėjus K. lygiui, padidėja membranos pralaidumas natrio jonams ir padidėja neurono jaudrumas. K. koncentracijos didinimas stabilizuoja nervinės ląstelės membraną. Nustatytas K. vaidmuo procesuose, susijusiuose su mediatorių sinteze ir išskyrimu nervų galūnėmis (Mediatoriai). , užtikrina sinapsinį nervinių impulsų perdavimą.

K. šaltinis kūnui yra. Suaugęs žmogus turėtų gauti 800-1100 per dieną su maistu. mg kalcio, vaikams iki 7 metų – apie 1000 mg, 14-18 metų - 1400 mg, nėščiosioms - 1500 mg, slauga - 1800-2000 mg. Kalcio, esančio maisto produktuose, daugiausia yra fosfatų, kitų junginių (karbonato, tartrato, K. oksalato ir fitino rūgšties kalcio-magnio druskos) – daug mažesniais kiekiais. Skrandyje vyrauja netirpios druskos K. iš dalies ištirpsta skrandžio sultimis, tada jas veikia tulžies rūgštys, kurios paverčia ją asimiliuota forma. To. dažniausiai būna proksimaliniuose plonosios žarnos skyriuose. suaugęs žmogus pasisavina mažiau nei pusę viso su maistu suvartojamo K kiekio K. asimiliacija didėja augant nėštumo ir žindymo laikotarpiu. K. asimiliacijai įtakos turi jo santykis su riebalais, maisto magniu ir fosforu, vitaminu D ir kitais veiksniais. Nepakankamai suvartojant riebalų, susidaro kalcio riebalų rūgščių druskų trūkumas, reikalingos tirpiems kompleksams su tulžies rūgštimis susidaryti. Ir atvirkščiai, valgant per daug riebų maistą, tulžies rūgščių neužtenka, kad jos virstų tirpia būsena, todėl iš organizmo pasišalina nemažas kiekis neįsisavinto kalcio. Optimalus K. ir fosforo santykis maiste užtikrina augančio organizmo kaulų mineralizaciją. Šio santykio reguliatorius yra vitaminas D, tai paaiškina padidėjusį jo poreikį vaikams.

K. išskyrimo būdas priklauso nuo mitybos pobūdžio: racione vyraujant rūgščiams produktams (mėsos, duonos, grūdų patiekalams), padidėja K. išsiskyrimas su šlapimu, o produktų su šarmine reakcija. (pieno produktai, vaisiai, daržovės) – su išmatomis. Net nežymiai padidėjus jo kiekiui kraujyje, padidėja K. išsiskyrimas su šlapimu.

Perteklius () K. arba jo trūkumas () organizme gali būti daugelio patologinių būklių priežastis arba pasekmė. Taigi hiperkalcemija atsiranda vartojant per daug K. druskų, padidėjus K. pasisavinimui žarnyne, sumažėjus jo išsiskyrimui per inkstus, vartojant daugiau vitamino D, ir pasireiškia augimo sulėtėjimu, anoreksija, vidurių užkietėjimu, troškuliu, poliurija. , raumenų hipotenzija, hiperrefleksija. Užsitęsus hiperkalcemijai išsivysto kalcifikacija , arterinė, nefropatija. pastebėta sergant daugeliu ligų, kartu su mineralinių medžiagų apykaitos pažeidimu (žr , Osteomalacija) , sisteminė kaulų sarkoidozė ir daugybinė mieloma, Itsenko-Kušingo liga, akromegalija, hipotirozė, piktybiniai navikai, ypač esant metastazėms kauluose, hiperparatiroidizmas. Paprastai lydi hiperkalcemija. Hipokalcemija, kliniškai pasireiškianti kaip tetanija (tetanija) , gali pasireikšti sergant hipoparatiroidizmu, idiopatine tetanija (spazmofilija), virškinamojo trakto ligomis, lėtiniu inkstų nepakankamumu, cukriniu diabetu, Fanconi-Albertini sindromu, hipovitaminoze D. Esant K trūkumui organizme, pakaitinei terapijai naudojami K preparatai.( kalcio chloridas, kalcio gliukonatas, kalcio laktatas, kalcis, kalcio karbonatas).

K. kiekio nustatymas kraujo serume, šlapime ir išmatose yra pagalbinis tam tikrų ligų diagnostinis tyrimas. Biologiniams skysčiams tirti naudojami tiesioginiai ir netiesioginiai metodai. Netiesioginiai metodai yra pagrįsti išankstiniu K. nusodinimu amonio oksalatu, chloranilatu arba pikrolenatu ir vėlesniu gravimetriniu, titrimetriniu arba kolorimetriniu nustatymu. Tiesioginiai metodai apima kompleksometrinį titravimą esant etilendiamintetraacetatui arba etilenglikoltetraacetatui ir metalo indikatoriams, tokiems kaip mureksidas (Greenblatt-Hartman metodas), fluoreksonas, rūgštus chromas tamsiai mėlynas, kalcis ir kt., kolorimetriniai metodai naudojant alizariną, metiltimolio mėlynąjį, o-krezolftą. kompleksonas, gliokelio-bis-2-hidroksianilas; fluorimetriniai metodai liepsnos fotometrijos metodas; atominės sugerties spektrometrija (tiksliausias ir jautriausias metodas, leidžiantis nustatyti iki 0,0001% kalcio); metodas, naudojant selektyvius joninius elektrodus (leidžia nustatyti kalcio jonų aktyvumą). Jonizuoto K. kiekis kraujo serume gali būti nustatomas naudojant bendro K. ir bendro baltymo koncentracijos duomenis, naudojant empirinę formulę: su baltymu prisijungusio kalcio procentas = 8 () + 2 () + 3 G/100 ml.

Bibliografija: Kostyuk P.G. Kalcis ir ląstelė, M., 1986, bibliogr.; Laboratorinių tyrimų metodai klinikoje, red. V.V. Menšikovas, p. 59, 265, M., 1987; Reguliavimas ir kalcio jonai, red. M.D. Kursky ir kt., Kijevas, 1977; Romanenko V.D. kalcio metabolizmas, Kijevas, 1975, bibliogr.

II Kalcis (kalcis; Ca)

periodinės sistemos II grupės cheminis elementas D.I. Mendelejevas; atominis skaičius 20, atominė masė 40,08; turi didelį biologinį aktyvumą; yra svarbus kraujo krešėjimo sistemos komponentas; yra kaulinio audinio dalis; kaip vaistai naudojami įvairūs kalcio junginiai.

1. Mažoji medicinos enciklopedija. - M.: Medicinos enciklopedija. 1991-96 2. Pirma sveikatos apsauga. - M.: Didžioji rusų enciklopedija. 1994 3. enciklopedinis žodynas medicinos terminai. - M.: Tarybinė enciklopedija. – 1982–1984 m.

Sinonimai:

- (kalcis), Ca, periodinės sistemos II grupės cheminis elementas, atominis skaičius 20, atominė masė 40,08; reiškia šarminių žemių metalus; lydymosi temperatūra 842 shC. Esama stuburinių gyvūnų kauliniame audinyje, moliuskų lukštuose, kiaušinių lukštuose. Kalcis ...... Šiuolaikinė enciklopedija

Metalas yra sidabriškai baltas, klampus, kalus, greitai oksiduojasi ore. Lydymosi greitis pa 800 810°. Gamtoje jis randamas įvairių druskų pavidalu, kurios sudaro kreidos, kalkakmenio, marmuro, fosforitų, apatitų, gipso ir tt nuosėdas. Ant geltonos spalvos. o…… Techninis geležinkelių žodynas

- (lot. Kalcis) Ca, periodinės sistemos II grupės cheminis elementas, atominis skaičius 20, atominė masė 40,078, priklauso šarminiams žemės metalams. Pavadinimas kilęs iš lotyniško žodžio calx, giminės calcis lime. Sidabriškai baltas metalas, ...... Didysis enciklopedinis žodynas

- (simbolis Ca), plačiai paplitęs sidabriškai baltas metalas iš šarminės žemės grupės, pirmą kartą buvo išskirtas 1808 m. Jo yra daugelyje uolienų ir mineralų, ypač klinčių ir gipso, taip pat kauluose. Prisideda prie kūno... Mokslinis ir techninis enciklopedinis žodynas

Ca (iš lot. Calx, genties calcis lime *a. kalcis; n. Kalzium; f. kalcis; ir. calcio), chem. elemento II grupės periodinis. Mendelejevo sistemos, at.s. 20, val. m 40,08. Jį sudaro šeši stabilūs izotopai: 40Ca (96,97%), 42Ca (0,64%), ... ... Geologijos enciklopedija

KALCIUS, kalcis, pl. ne, vyras. (iš lot. calx lime) (cheminė). Cheminis elementas yra sidabriškai baltas metalas, randamas kalkėse. Žodynas Ušakovas. D.N. Ušakovas. 1935 1940... Aiškinamasis žodynas Ušakovo fizinė enciklopedija

Įvadas

Kalcio savybės ir panaudojimas

1 Fizinės savybės

2 Cheminės savybės

3 Taikymas

Gauti kalcio

1 Elektrolitinis kalcio ir jo lydinių gamyba

2 Terminis paruošimas

3 Vakuuminis terminis kalcio gavimo metodas

3.1 Aliuminoterminis kalcio redukcijos metodas

3.2 Silikoterminis kalcio redukcijos metodas

Praktinė dalis

Bibliografija

Įvadas

Mendelejevo periodinės sistemos II grupės cheminis elementas, atominis skaičius 20, atominė masė 40,08; sidabro-balto lengvo metalo. Natūralus elementas yra šešių stabilių izotopų mišinys: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca ir 48Ca, iš kurių 40 yra dažniausiai Ca (96,97%).

Ca junginiai – kalkakmenis, marmuras, gipsas (taip pat kalkės – kalkakmenio degimo produktas) buvo naudojami statybose nuo seno. Iki XVIII amžiaus pabaigos chemikai kalkes laikė paprasta medžiaga. 1789 m. A. Lavoisier pasiūlė, kad kalkės, magnezija, baritas, aliuminio oksidas ir silicio dioksidas yra sudėtingos medžiagos. 1808 m. G. Davy, pavedęs šlapių gesintų kalkių ir gyvsidabrio oksido mišinį gyvsidabrio katodu elektrolizei, paruošė Ca amalgamą ir, išvaręs iš jos gyvsidabrį, gavo metalą, vadinamą „kalciu“ (iš lot. calx). , genties atvejis kalcis - kalkės) .

Kalcio savybė surišti deguonį ir azotą leido jį panaudoti inertinių dujų valymui ir kaip geteris (Geteris – medžiaga, skirta sugerti dujas ir sukurti gilų vakuumą elektroniniuose prietaisuose.) vakuuminėje radijo įrangoje.

Kalcis taip pat naudojamas vario, nikelio, specialaus plieno ir bronzos metalurgijoje; jie siejami su kenksmingomis sieros, fosforo, anglies pertekliaus priemaišomis. Tais pačiais tikslais naudojami kalcio lydiniai su siliciu, ličiu, natriu, boru ir aliuminiu.

Pramonėje kalcis gaunamas dviem būdais:

) Kaitinant briketuotą CaO ir Al miltelių mišinį 1200 °C temperatūroje 0,01 - 0,02 mm vakuume. rt. Art.; išsiskiria iš reakcijos:

CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

Kalcio garai kondensuojasi ant šalto paviršiaus.

) CaCl2 ir KCl lydalo elektrolizės būdu skystu vario-kalcio katodu gaunamas Cu - Ca (65% Ca) lydinys, iš kurio 950 - 1000 °C temperatūroje vakuume distiliuojamas kalcis. 0,1–0,001 mm Hg.

) Taip pat buvo sukurtas kalcio gavimo būdas kalcio karbido CaC2 terminės disociacijos būdu.

Kalcis gamtoje labai paplitęs įvairių junginių pavidalu. Žemės plutoje jis užima penktą vietą, sudaro 3,25%, dažniausiai randamas kalkakmenio CaCO pavidalu. 3, dolomitas CaCO 3MgCO 3, gipso CaSO 42H 2O, fosforitas Ca 3(PO 4)2 ir fluoršpato CaF 2, neskaičiuojant didelės kalcio dalies silikatinių uolienų sudėtyje. Jūros vandenyje yra vidutiniškai 0,04 % (masės) kalcio.

Šiame kursiniame darbe nagrinėjamos kalcio savybės ir pritaikymas, vakuuminių-terminių jo gamybos metodų teorija ir technologija.

. Kalcio savybės ir panaudojimas

.1 Fizinės savybės

Kalcis yra sidabriškai baltas metalas, tačiau ore tamsėja, nes ant jo paviršiaus susidaro oksidas. Tai kalus metalas, kietesnis už šviną. Kristalinė ląstelė ?-forma Ca (stabilus įprastoje temperatūroje) į veidą orientuotas kubinis, a = 5,56 Å . Atominis spindulys 1,97 Å , joninis spindulys Ca 2+, 1,04Å . Tankis 1,54 g/cm 3(20°C). Aukštesnėje nei 464 °C temperatūroje stabilus šešiakampis ?-forma. lyd. 851 °C, t.p. 1482 °C; temperatūros tiesinio plėtimosi koeficientas 22 10 -6 (0-300°C); šilumos laidumas esant 20 °C 125,6 W/(m K) arba 0,3 cal/(cm s °C); savitoji šiluminė talpa (0-100 °C) 623,9 j/(kg K) arba 0,149 cal/(g °C); elektrinė varža 20 °C temperatūroje 4,6 10 -8omų m arba 4,6 10 -6 omų cm; elektrinės varžos temperatūros koeficientas 4,57 10-3 (20 °C). Tamprumo modulis 26 Gn/m 2(2600 kgf/mm 2); tempiamasis stipris 60 MN/m 2(6 kgf/mm 2); tamprumo riba 4 MN/m 2(0,4 kgf/mm 2), takumo riba 38 MN/m 2(3,8 kgf/mm 2); pailgėjimas 50%; Brinelio kietumas 200-300 MN/m 2(20-30 kgf/mm 2). Pakankamo grynumo kalcis yra plastikinis, gerai presuojamas, valcuotas ir gali būti apdirbamas.

1.2 Cheminės savybės

Kalcis yra aktyvus metalas. Taigi normaliomis sąlygomis jis lengvai sąveikauja su atmosferos deguonimi ir halogenais:

Ca + O 2= 2 CaO (kalcio oksidas) (1)

Ca + Br 2= CaBr 2(kalcio bromidas). (2)

Kalcis kaitinant reaguoja su vandeniliu, azotu, siera, fosforu, anglimi ir kitais nemetalais:

Ca + H 2= CaH 2(kalcio hidridas) (3)

Ca + N 2= Ca 3N 2(kalcio nitridas) (4)

Ca + S = CaS (kalcio sulfidas) (5)

Ca + 2 P \u003d Ca 3R 2(kalcio fosfidas) (6)

Ca + 2 C \u003d CaC 2 (kalcio karbidas) (7)

Kalcis lėtai sąveikauja su šaltu vandeniu ir labai stipriai su karštu vandeniu, sudarydamas stiprią bazę Ca (OH) 2 :

Ca + 2 H 2O \u003d Ca (OH) 2 + H 2 (8)

Būdamas energingas reduktorius, kalcis gali pašalinti deguonį arba halogenus iš mažiau aktyvių metalų oksidų ir halogenidų, t. y. turi redukuojančių savybių:

Ca + Nb 2O5 = CaO + 2 Nb; (9)

Ca + 2 NbCl 5= 5 CaCl2 + 2 Nb (10)

Kalcis energingai reaguoja su rūgštimis, išskirdamas vandenilį, reaguoja su halogenais, su sausu vandeniliu, sudarydamas CaH hidridą 2. Kaitinant kalcį grafitu, susidaro CaC karbidas 2. Kalcis gaunamas išlydyto CaCl elektrolizės būdu 2arba aliuminoterminis redukcija vakuume:

6СаО + 2Al = 3Ca + 3CaO Al2 APIE 3 (11)

Grynas metalas naudojamas Cs, Rb, Cr, V, Zr, Th, U junginiams redukuoti į metalus, plieno deoksidacijai.

1.3 Taikymas

Kalcis vis dažniau naudojamas įvairiose pramonės šakose. Pastaruoju metu jis tapo labai svarbus kaip reduktorius gaminant daugybę metalų.

Grynas metalas. Uranas gaunamas redukuojant urano fluoridą kalcio metalu. Titano oksidai, taip pat cirkonio, torio, tantalo, niobio ir kitų retųjų metalų oksidai gali būti redukuojami kalciu arba jo hidridais.

Kalcis yra geras deoksidatorius ir degazatorius vario, nikelio, chromo-nikelio lydinių, specialaus plieno, nikelio ir alavo bronzos gamyboje; pašalina sierą, fosforą, anglį iš metalų ir lydinių.

Kalcis su bismutu sudaro ugniai atsparius junginius, todėl jis naudojamas švinui iš bismuto išvalyti.

Kalcio dedama į įvairius lengvuosius lydinius. Tai padeda pagerinti luitų paviršių, smulkumą ir sumažinti oksiduojamumą.

Plačiai naudojami guolių lydiniai, kurių sudėtyje yra kalcio. Švino lydiniai (0,04 % Ca) gali būti naudojami kabelių apvalkalams gaminti.

Antifrikciniai kalcio ir švino lydiniai naudojami inžinerijoje. Kalcio mineralai yra plačiai naudojami. Taigi kalkakmenis naudojamas kalkių, cemento, kalkinių smėlio plytų gamyboje ir tiesiogiai kaip statybinė medžiaga, metalurgijoje (flux), chemijos pramonė kalcio karbido, sodos, kaustinės sodos, baliklio, trąšų gamybai, cukraus, stiklo gamyboje.

Praktinę reikšmę turi kreida, marmuras, islandinis špatas, gipsas, fluoritas ir kt. Dėl gebėjimo surišti deguonį ir azotą kalcis arba kalcio lydiniai su natriu ir kitais metalais naudojami tauriosioms dujoms valyti ir kaip geteris vakuuminėje radijo įrangoje. Kalcis taip pat naudojamas hidrido, kuris yra vandenilio šaltinis lauke, gamybai.

2. Kalcio gavimas

Yra keli kalcio gavimo būdai, tai elektrolitinis, terminis, vakuuminis terminis.

.1 Elektrolitinė kalcio ir jo lydinių gamyba

Metodo esmė slypi tame, kad katodas iš pradžių paliečia išlydytą elektrolitą. Sąlyčio vietoje susidaro katodą sudrėkinantis skystas metalo lašas, kuris, katodui lėtai ir tolygiai pakėlus, kartu su juo pasišalina iš lydalo ir sukietėja. Šiuo atveju kietėjantis lašas yra padengtas vientisa elektrolito plėvele, kuri apsaugo metalą nuo oksidacijos ir azotavimo. Nuolat ir atsargiai keliant katodą, kalcis įtraukiamas į strypus.

2.2 Terminis paruošimas

kalcio cheminis elektrolitinis terminis

· Chloridinis procesas: technologija susideda iš kalcio chlorido lydymo ir dehidratavimo, švino lydymo, dvigubo švino - natrio lydinio gavimo, trijų komponentų švino - natrio - kalcio lydinio gavimo ir trijų komponentų lydinio praskiedimo švinu pašalinus druskas. Reakcija su kalcio chloridu vyksta pagal lygtį

CaCl 2 + Na 2Pb 5=2NaCl + PbCa + 2Pb (12)

· Karbido procesas: švino ir kalcio lydinio gavimo pagrindas yra kalcio karbido ir išlydyto švino reakcija pagal lygtį

CaC 2+ 3Pb = Pb3 Ca+2C. (trylika)

2.3 Vakuuminis terminis kalcio gavimo metodas

Vakuuminio terminio proceso žaliava

Kalcio oksido terminio redukavimo žaliava yra kalkės, gautos skrudinant kalkakmenį. Pagrindiniai reikalavimai žaliavoms yra tokie: kalkės turi būti kuo grynesnės ir joje turi būti kuo mažiau priemaišų, kurias būtų galima redukuoti ir paversti metalu kartu su kalciu, ypač šarminiais metalais ir magniu. Kalkakmenis kalcinuoti reikia tol, kol karbonatas visiškai suyra, bet ne prieš sukepinant, nes sukepintos medžiagos redukcija yra mažesnė. Išdegtas gaminys turi būti apsaugotas nuo drėgmės ir anglies dioksido sugėrimo, kurio išsiskyrimas regeneravimo metu sumažina proceso efektyvumą. Klinčių deginimo ir deginto produkto apdorojimo technologija yra panaši į dolomito apdorojimą silikoterminiu magnio gavimo būdu.

.3.1 Aliuminioterminis kalcio redukcijos metodas

Daugelio metalų oksidacijos laisvosios energijos kitimo priklausomybės nuo temperatūros diagrama (1 pav.) rodo, kad kalcio oksidas yra vienas iš patvariausių ir sunkiausiai redukuojamų oksidų. Jo negali redukuoti kiti metalai įprastu būdu – esant santykinai žemai temperatūrai ir atmosferos slėgiui. Priešingai, pats kalcis yra puikus reduktorius kitiems sunkiai redukuojamiems junginiams ir daugelio metalų bei lydinių deoksidatorius. Kalcio oksido redukcija anglimi paprastai neįmanoma dėl kalcio karbidų susidarymo. Tačiau dėl to, kad kalcis turi gana aukštą garų slėgį, jo oksidas gali būti redukuojamas vakuume aliuminiu, siliciu ar jų lydiniais pagal reakciją.

CaO + aš? Ca + MeO (14).

Praktinis naudojimas Kol kas jis rado tik aliuminoterminį kalcio gavimo būdą, nes daug lengviau CaO redukuoti aliuminiu nei siliciu. Yra įvairių nuomonių apie kalcio oksido redukavimo aliuminiu chemiją. L. Pidgeon ir I. Atkinson mano, kad reakcija vyksta susidarant kalcio monoaliuminatui:

CaO + 2Al = CaO Al 2O3 + 3 Ca. (15)

V. A. Pazukhin ir A. Ya. Fisher nurodo, kad procesas vyksta formuojant trikalcio aliuminatą:

CaO + 2Al = 3CaO Al 2O 3+ 3 Ca. (šešiolika)

Pasak A. I. Voynitsky, reakcijoje vyrauja pentacicio trialiuminato susidarymas:

CaO + 6Al = 5CaO 3Al 2O3 + 9 Ca. (17)

Naujausi A. Yu. Taits ir AI Voinitsky tyrimai parodė, kad aliuminoterminis kalcio redukcija vyksta laipsniškai. Iš pradžių kalcio išsiskyrimą lydi 3CaO AI susidarymas 2O 3, kuris vėliau reaguoja su kalcio oksidu ir aliuminiu, sudarydamas 3CaO 3AI 2O 3. Reakcija vyksta pagal šią schemą:

CaO + 6Al = 2 (3CaO Al 2O 3)+ 2CaO + 2Al + 6Ca

(3CaO Al 2O 3) + 2CaO + 2Al = 5CaO 3Al 2O 3+ 3Са

CaO + 6A1 \u003d 5CaO 3Al 2O 3+ 9 Ca

Kadangi oksidas redukuojasi išsiskiriant garų kalciui, o likę reakcijos produktai yra kondensuoti, jį galima lengvai atskirti ir kondensuoti aušintose krosnies sekcijose. Pagrindinės sąlygos, reikalingos vakuuminiam-terminiam kalcio oksido redukavimui, yra aukšta temperatūra ir žemas liekamasis slėgis sistemoje. Toliau pateikiamas temperatūros ir pusiausvyros kalcio garų slėgio santykis. Laisvoji reakcijos energija (17), apskaičiuota esant 1124-1728°K temperatūrai, išreiškiama kaip

F T \u003d 184820 + 6,95T-12,1 T lg T.

Taigi kalcio garų pusiausvyros elastingumo logaritminė priklausomybė (mm Hg)

Lg p \u003d 3,59 - 4430 \ T.

L. Pidgeon ir I. Atkinson eksperimentiškai nustatė kalcio pusiausvyros garų slėgį. Išsamią termodinaminę kalcio oksido redukcijos reakcijos su aliuminiu analizę atliko I. I. Matveenko, kuri pateikė tokias kalcio garų pusiausvyros slėgio priklausomybes nuo temperatūros:

lgp Ca(1) \u003d 8,64 - 12930\T mm Hg

lgp Ca(2) \u003d 8,62 - 11780\T mm Hg

lgp Ca(3 )\u003d 8,75 - 12500\T mm Hg

Apskaičiuoti ir eksperimentiniai duomenys lyginami lentelėje. vienas.

1 lentelė. Temperatūros įtaka kalcio garų pusiausvyros elastingumo pokyčiui sistemose (1), (2), (3), (3), mm Hg.

Temperatūra °С Eksperimentiniai duomenys Apskaičiuoti sistemose(1)(2)(3)(3 )1401 1451 1500 1600 17000,791 1016 - - -0,37 0,55 1,2 3,9 11,01,7 3,2 5,6 18,2 492,7 3,5 4,4 6,6 9,50,66 1,4 2,5 8,5 25,7

Iš pateiktų duomenų matyti, kad sąveika sistemose (2) ir (3) arba (3") vyksta palankiausiomis sąlygomis. Tai atitinka stebėjimus, nes krūvio liekanose vyrauja pentakalcio trialiuminatas ir trikalcio aliuminatas. redukavus kalcio oksidą aliuminiu.

Pusiausvyros elastingumo duomenys rodo, kad kalcio oksido redukcija aliuminiu galimas esant 1100–1150°C temperatūrai.. Norint pasiekti praktiškai priimtiną reakcijos greitį, liekamasis slėgis Growth sistemoje turi būti mažesnis už pusiausvyrą P. lygus , t.y., nelygybė Р lygus >P ost , o procesas turi būti atliekamas maždaug 1200° temperatūroje. Tyrimais nustatyta, kad esant 1200-1250° temperatūrai pasiekiamas didelis aliuminio panaudojimas (iki 70-75%) ir mažas savitasis aliuminio suvartojimas (apie 0,6-0,65 kg vienam kilogramui kalcio).

Remiantis aukščiau pateiktu proceso chemijos aiškinimu, optimali sudėtis yra mišinys, skirtas 5CaO 3Al susidarymui likutyje. 2O 3. Norint padidinti aliuminio naudojimo laipsnį, naudinga duoti šiek tiek kalcio oksido pertekliaus, bet ne per daug (10-20%), kitaip tai neigiamai paveiks kitus proceso rodiklius. Padidėjus aliuminio šlifavimo laipsniui nuo 0,8–0,2 mm dalelių iki minus 0,07 mm (pagal V. A. Pazukhin ir A. Ya. Fisher), aliuminio naudojimas reakcijoje padidėja nuo 63,7 iki 78%.

Aliuminio naudojimui įtakos turi ir įkrovimo briketavimo būdas. Kalkių ir aliuminio miltelių mišinys turi būti briketuojamas be rišiklių (kad neišsiskirtų dujos vakuume) 150 kg/cm slėgiu. 2. Esant žemesniam slėgiui, aliuminio naudojimas sumažėja dėl išlydyto aliuminio atsiskyrimo pernelyg poringuose briketuose, o esant didesniam slėgiui – dėl prasto dujų pralaidumo. Atsigavimo baigtumas ir greitis taip pat priklauso nuo briketų pakavimo tankio retortoje. Klojant juos be tarpų, kai viso įkrovimo dujų pralaidumas yra mažas, aliuminio sunaudojimas ženkliai sumažėja.

2 paveikslas – kalcio gavimo vakuuminiu-terminiu metodu schema.

Aliuminio-terminio būdo technologija

Kalcio gamybos aliuminoterminiu metodu technologinė schema parodyta fig. 2. Kaip žaliava naudojama kalkakmenis, o kaip reduktorius iš pirminio (geresnio) arba antrinio aliuminio paruošti aliuminio milteliai. Aliuminis, naudojamas kaip reduktorius, taip pat žaliavos neturi turėti lengvai lakiųjų metalų priemaišų: magnio, cinko, šarmų ir kt., galinčių išgaruoti ir virsti kondensatu. Į tai reikia atsižvelgti renkantis perdirbto aliuminio rūšis.

Remiantis S. Loomiso ir P. Staubo aprašymu, JAV, Kanaane (Konektikutas) esančioje „New England Lime Co.“ gamykloje, kalcis gaunamas aliuminoterminiu būdu. Naudojamos tokios tipinės sudėties kalkės, %: 97,5 CaO, 0,65 MgO, 0,7 SiO 2, 0,6 Fe 2Ozas + AlOzas, 0,09 Na 2O+K 2O, 0,5 likusios. Degtas produktas sumalamas Raymond malūne su išcentriniu separatoriumi, malimo smulkumas (60%) minus 200 akių. Kaip reduktorius naudojamos aliuminio dulkės, kurios yra atliekos gaminant aliuminio miltelius. Sudegusios kalkės iš uždarų bunkerių ir aliuminis iš būgnų tiekiamos į dozavimo svarstykles, o po to į maišytuvą. Sumaišius, mišinys briketuojamas sausu būdu. Minėtoje gamykloje kalcis redukuojamas retortinėse krosnyse, kurios anksčiau buvo naudojamos magniui gauti silikoterminiu būdu (3 pav.). Krosnys šildomos generatorinėmis dujomis. Kiekvienoje krosnyje yra 20 horizontalių retortų, pagamintų iš ugniai atsparaus plieno, kuriame yra 28% Cr ir 15% Ni.

3 pav. Retortinė krosnis kalcio gamybai

Retortos ilgis 3 m, skersmuo 254 mm, sienelės storis 28 mm. Redukcija įvyksta šildomoje retortos dalyje, o kondensatas susidaro atvėsusiame gale, išsikišusiame iš kalbos. Briketai į retortą įvedami popieriniuose maišeliuose, tada įstatomi kondensatoriai ir retorta uždaroma. Ciklo pradžioje oras išpumpuojamas mechaniniais vakuuminiais siurbliais. Tada sujungiami difuziniai siurbliai ir liekamasis slėgis sumažinamas iki 20 mikronų.

Retortos įkaitinamos iki 1200°. Po 12 valandų. po pakrovimo retortos atidaromos ir iškraunamos. Gautas kalcis yra tuščiavidurio cilindro pavidalo, sudarytas iš tankios masės didelių kristalų, nusėdusių ant plieninės movos paviršiaus. Pagrindinė kalcio priemaiša yra magnis, kuris pirmiausia yra sumažintas ir daugiausia koncentruojasi sluoksnyje, esančiame prie rankovės. Vidutinis priemaišų kiekis yra; 0,5-1% Mg, apie 0,2% Al, 0,005-0,02% Mn, iki 0,02% N, kitos priemaišos - Cu, Pb, Zn, Ni, Si, Fe – randama 0,005-0,04 % ribose. A. Yu. Taitsas ir AI Voinitsky naudojo pusiau gamyklinę elektrinę vakuuminę krosnį su anglies šildytuvais, kad gautų kalcį aliuminoterminiu metodu ir pasiekė 60 % aliuminio panaudojimo laipsnį, savitąjį aliuminio suvartojimą 0,78 kg, o specifinio įkrovimo sąnaudas atitinkamai 4,35 kg, o savitas elektros suvartojimas 14 kWh 1 kg metalo.

Gautas metalas, išskyrus magnio priemaišą, pasižymėjo gana dideliu grynumu. Vidutiniškai jame priemaišų buvo: 0,003-0,004% Fe, 0,005-0,008% Si, 0,04-0,15% Mn, 0,0025-0,004% Cu, 0,006-0,009% N, 0,25% Al.

2.3.2 Silikoterminės redukcijos metodas kalcio

Silicoterminis metodas yra labai viliojantis; reduktorius yra ferosilicis, reagentas yra daug pigesnis nei aliuminis. Tačiau silikoterminis procesas yra sunkiau įgyvendinamas nei aliuminoterminis. Kalcio oksido redukcija siliciu vyksta pagal lygtį

CaO + Si = 2CaO SiO2 + 2 Ca. (aštuoniolika)

Kalcio garų pusiausvyros elastingumas, apskaičiuotas pagal laisvosios energijos vertes, yra:

°С1300140015001600Р, mm Hg st0.080.150.752.05

Todėl 0,01 mm Hg vakuume. Art. kalcio oksido redukcija termodinamiškai įmanoma 1300° temperatūroje. Praktiškai, norint užtikrinti priimtiną greitį, procesas turėtų būti atliekamas 1400-1500° temperatūroje.

Kalcio oksido redukcijos reakcija su silicio aliuminiu vyksta šiek tiek lengviau, kai redukuojančiais agentais yra ir aliuminis, ir lydinio silicis. Eksperimentiškai nustatyta, kad pradžioje vyrauja redukcija aliuminiu; be to, reakcija vyksta galutinai susidarant bCaO 3Al 2Oz pagal aukščiau pateiktą schemą (1 pav.). Silicio sumažinimas tampa reikšmingas aukštesnėje temperatūroje, kai sureaguoja dauguma aliuminio; reakcija vyksta susidarant 2CaO SiO 2. Apibendrinant, kalcio oksido redukcijos reakcija su silicio aliuminiu išreiškiama tokia lygtimi:

mSi + n Al + (4m +2 ?) CaO \u003d m (2CaO SiO 2) + ?n(5CaO Al 2O3 ) + (2m +1, 5n) Ca.

A. Yu Taits ir A. I. Voinitsky tyrimai parodė, kad kalcio oksidas redukuojamas 75% ferosilicio, kurio metalo išeiga yra 50-75%, esant 1400-1450 ° temperatūrai, esant 0,01-0,03 mm Hg vakuumui. Art.; silicio aliuminis, kuriame yra 60-30% Si ir 32-58% Al (likusi dalis yra geležis, titanas ir kt.), redukuoja kalcio oksidą, kurio metalo išeiga yra maždaug 70%, esant 1350-1400 ° temperatūrai 0,01-0,05 mm vakuume. Hg . Art. Pusiau gamyklos mastu atlikti eksperimentai įrodė esminę galimybę gauti kalcio ant kalkių su ferosiliciu ir silicio aliuminiu. Pagrindinis techninės įrangos sunkumas yra šiam procesui atsparaus pamušalo parinkimas.

Sprendžiant šią problemą, metodas gali būti įdiegtas pramonėje. Kalcio karbido skilimas Metalinio kalcio gamyba skaidant kalcio karbidą

CaC2 = Ca + 2C

turėtų būti vertinamas kaip perspektyvus. Šiuo atveju grafitas gaunamas kaip antrasis produktas. W. Mauderly, E. Moser ir W. Treadwell apskaičiavo nemokama energija susidarant kalcio karbidui iš termocheminių duomenų, gavome tokią kalcio garų slėgio, palyginti su grynu kalcio karbidu, išraišką:

apytiksliai \u003d 1,35–4505 \ T (1124–1712 °K),

lgp apytiksliai \u003d 6,62 - 13523 \ T (1712-2000 °K).

Matyt, komercinis kalcio karbidas suyra daug aukštesnėje temperatūroje, nei matyti iš šių išraiškų. Tie patys autoriai praneša apie kalcio karbido terminį skilimą kompaktiškais gabalėliais 1600-1800°C temperatūroje 1 mm Hg vakuume. Art. Grafito išeiga buvo 94%, kalcis buvo gautas tankios dangos pavidalu ant šaldytuvo. A. S. Mikulinsky, F. S. Morii, R. Sh. Shklyar grafito, gauto skaidant kalcio karbidą, savybėms nustatyti, pastarasis buvo kaitinamas 0,3-1 mm Hg vakuume. Art. 1630-1750° temperatūroje. Gautas grafitas nuo Achesono skiriasi didesniais grūdeliais, didesniu elektros laidumu ir mažesniu tūriniu tankiu.

3. Praktinė dalis

Kasdienis magnio nutekėjimas iš elektrolizatoriaus esant 100 kA srovei buvo 960 kg, kai vonia buvo maitinama magnio chloridu. Elemento įtampa yra 0,6 V. Nustatykite:

)Srovės išėjimas prie katodo;

)Chloro kiekis, gaunamas per dieną, su sąlyga, kad srovė anode yra lygi srovei kode;

)Kasdienis užpildymas MgCl 2į elektrolizatorių, su sąlyga, kad MgCl netektų 2 daugiausia atsiranda su dumblu ir sublimacija. Dumblo kiekis 0,1 1 tonai Mg, kuriame yra MgCl 2 sublimacijoje 50%. Sublimacijos kiekis yra 0,05 t 1 t Mg. Pilto magnio chlorido sudėtis, %: 92 MgCl2 ir 8 NaCl.

.Nustatykite katodo srovės išėjimą:

m ir tt = aš ?k mg · ?

?=m ir tt \I ?k mg \u003d 960000\100000 0,454 24 \u003d 0,881 arba 88,1 %

.Nustatykite per dieną gautą Cl kiekį:

x \u003d 960000g \ 24 g \ mol \u003d 40000 mol

Konvertavimas į garsumą:

х=126785,7 m3

3.a) Randame gryno MgCl 2, 960 kg Mg gamybai.

x \u003d 95 960 \ 24,3 \u003d 3753 kg \u003d 37,53 tonos.

b) nuostoliai su dumblu. Iš magnio elektrolizatorių sudėties, %: 20-35 MgO, 2-5 Mg, 2-6 Fe, 2-4 SiO 2, 0,8-2 TiO 2, 0,4-1,0 C, 35 MgCl2 .

kg - 1000 kg

m shl \u003d 960 kg - dumblo masė per dieną.

Per dieną 96 kg dumblo: 96 0,35 (MgCl2 su dumblu).

c) nuostoliai su sublimatais:

kg - 1000 kg

kg sublimuotų: 48 0,5 = 24 kg MgCl 2 su sublimatoriais.

Viskas, ko jums reikia užpildyti Mg:

33,6+24=3810,6 kg MgCl2 per dieną

Bibliografija

Metalurgijos pagrindai III

<#"justify">Al ir Mg metalurgija. Vetyukovas M.M., Tsyplokovas A.M.

Mokymas

Reikia pagalbos mokantis temos?

Mūsų ekspertai patars arba teiks kuravimo paslaugas jus dominančiomis temomis.
Pateikite paraišką nurodydami temą dabar, kad sužinotumėte apie galimybę gauti konsultaciją.