Kalcio fizikinės ir cheminės savybės. Kalcio savybės ir panaudojimas

Kalcis- antrosios grupės, periodinės sistemos ketvirtojo periodo, pagrindinio pogrupio elementas cheminiai elementai D. I. Mendelejevas, kurio atominis skaičius 20. Žymi simboliu Ca (lot. Kalcis). Paprastoji medžiaga kalcis (CAS numeris: 7440-70-2) yra minkštas, reaktyvus, sidabriškai baltas šarminių žemių metalas.

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.

Buvimas 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).

izotopų

Kalcis gamtoje randamas šešių izotopų mišinio pavidalu: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca ir 48Ca, tarp kurių labiausiai paplitęs – 40Ca – yra 96,97%.

Iš šešių natūraliai esančių kalcio izotopų penki yra stabilūs. Šeštasis 48Ca izotopas, sunkiausias iš šešių ir labai retas (jo izotopų gausa yra tik 0,187%), neseniai buvo aptiktas dvigubai beta skilimo, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 5,3 × 10 19 metų.

Uolienose ir mineraluose

Daugiausia kalcio yra įvairių silikatų ir aliuminio silikatų sudėtyje akmenys(granitai, gneisai ir kt.), ypač lauko špate – anortite Ca.

Nuosėdinių uolienų pavidalu kalcio junginius sudaro kreida ir kalkakmeniai, daugiausia susidedantys iš mineralinio kalcito (CaCO 3). Kristalinė kalcito forma, marmuras, gamtoje sutinkama daug rečiau.

Kalcio mineralai, tokie kaip kalcitas CaCO 3, anhidritas CaSO 4, alebastras CaSO 4 0,5H 2 O ir gipsas CaSO 4 2H 2 O, fluoritas CaF 2, apatitai Ca 5 (PO 4) 3 (F, Cl, OH), dolomitas MgCO 3 CaCO 3 . Kalcio ir magnio druskų buvimas natūralus vanduo nustatomas jo kietumas.

Kalcis, kuris energingai migruoja į Žemės pluta ir kaupiasi įvairiose geocheminėse sistemose, sudaro 385 naudingąsias iškasenas (ketvirta vieta pagal naudingųjų iškasenų skaičių).

Migracija žemės plutoje

Natūralioje kalcio migracijoje svarbų vaidmenį vaidina „karbonato pusiausvyra“, susijusi su grįžtama kalcio karbonato sąveikos su vandeniu ir anglies dioksidu reakcija, susidarant tirpiam bikarbonatui:

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

(pusiausvyra pasislenka į kairę arba dešinę, priklausomai nuo anglies dioksido koncentracijos).

Biogeninė migracija atlieka svarbų vaidmenį.

Biosferoje

Kalcio junginių yra beveik visuose gyvūnų ir augalų audiniuose (taip pat žr. toliau). Didelis kalcio kiekis yra gyvų organizmų dalis. Taigi, hidroksiapatitas Ca 5 (PO 4) 3 OH arba, kitame įraše, 3Ca 3 (PO 4) 2 Ca (OH) 2 - stuburinių gyvūnų, įskaitant žmones, kaulinio audinio pagrindas; lukštai ir daugelio bestuburių lukštai, kiaušinių lukštai ir kt. yra pagaminti iš kalcio karbonato CaCO 3. Gyvuose žmonių ir gyvūnų audiniuose Ca (masės dalimi) 1,4-2 %; 70 kg sveriančiame žmogaus kūne kalcio kiekis yra apie 1,7 kg (daugiausia kaulinio audinio tarpląstelinės medžiagos sudėtyje).

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.

Savybės

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 α-Fe tipo gardele (parametras a = 0,448). nm). Standartinė entalpija Δ Hα → β perėjimo 0 yra 0,93 kJ/mol.

Cheminės savybės

Standartinių potencialų serijoje kalcis yra vandenilio kairėje. Standartinis Ca 2+ / Ca 0 poros elektrodo potencialas yra –2,84 V, todėl kalcis aktyviai reaguoja su vandeniu, bet neužsidega:

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

Ištirpusio kalcio bikarbonato buvimas vandenyje daugiausia lemia laikiną vandens kietumą. Jis vadinamas laikinu, nes verdant vandeniui suyra bikarbonatas, nusėda CaCO 3. Šis reiškinys, pavyzdžiui, lemia tai, kad laikui bėgant virdulyje susidaro nuosėdos.

Taikymas

Metalinio kalcio panaudojimas

Kalcio metalas daugiausia naudojamas kaip reduktorius metalų, ypač nikelio, vario ir nerūdijančio plieno, gamyboje. Kalcis ir jo hidridas taip pat naudojami sunkiai atkuriamiems metalams, tokiems kaip chromas, toris ir uranas, gaminti. Kalcio ir švino lydiniai naudojami akumuliatoriuose ir guolių lydiniuose. Kalcio granulės taip pat naudojamos oro pėdsakams pašalinti iš elektrovakuuminių prietaisų.

Metalo terminis

Grynas metalinis kalcis plačiai naudojamas metalotermijoje retiesiems metalams gauti.

Legiravimas

Švinui legiruoti naudojamas grynas kalcis, iš kurio gaminamos akumuliatorių plokštės, priežiūros nereikalaujantys starteriniai švino-rūgštiniai akumuliatoriai, kurių savaiminis išsikrovimas yra mažas. Taip pat metalinis kalcis naudojamas aukštos kokybės kalcio babbitų BKA gamybai.

Branduolinė sintezė

48 Ca izotopas yra efektyviausia ir plačiausiai naudojama medžiaga jo gamybai supersunkūs elementai ir naujų periodinės lentelės elementų atradimas. Pavyzdžiui, naudojant 48 Ca jonus supersunkiesiems elementams greitintuvuose gauti, šių elementų branduoliai formuojasi šimtus ir tūkstančius kartų efektyviau nei naudojant kitus „sviedinius“ (jonus).) Jis naudojamas formoje. ir metalų redukcijai, taip pat cianamido kalcio gamybai (kaitinant kalcio karbidą azote 1200 ° C temperatūroje, reakcija yra egzoterminė, atliekama cianamido krosnyse).

Kalcis, taip pat jo lydiniai su aliuminiu ir magniu, naudojami rezervinėse šiluminėse elektros baterijose kaip anodas (pavyzdžiui, kalcio-chromato elementas). Kalcio chromatas naudojamas tokiose baterijose kaip katodas. Tokių baterijų ypatumas yra nepaprastai didelis ilgas terminas saugojimas (dešimtmečius) tinkamos būklės, galimybė veikti bet kokiomis sąlygomis (erdvėje, aukšto slėgio), didelė savitoji energija pagal svorį ir tūrį. Trūkumas yra trumpa trukmė. Tokios baterijos naudojamos ten, kur reikia trumpam sukurti kolosalią elektros energiją (balistinės raketos, kai kurie erdvėlaiviai ir pan.).

Be to, kalcio junginiai yra įtraukiami į preparatų, skirtų osteoporozės profilaktikai, sudėtį vitaminų kompleksai nėščioms moterims ir pagyvenusiems žmonėms.

Biologinis kalcio vaidmuo

Kalcis yra įprastas augalų, gyvūnų ir žmonių makroelementas. Žmonėms ir kitiems stuburiniams gyvūnams didžioji jo dalis randama skelete ir dantyse fosfatų 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 palaiko pastovų osmosinį kraujo slėgį. Kalcio jonai taip pat tarnauja kaip vienas iš universalių antrųjų pasiuntinių ir reguliuoja įvairius tarpląstelinius procesus – raumenų susitraukimą, egzocitozę, įskaitant hormonų ir neurotransmiterių sekreciją ir kt. Kalcio koncentracija žmogaus ląstelių citoplazmoje yra apie 10–7 mol. tarpląsteliniuose skysčiuose apie 10−3 mol.

Kalcio poreikis priklauso nuo amžiaus. Suaugusiesiems reikalinga paros norma yra nuo 800 iki 1000 miligramų (mg), o vaikams – nuo ​​600 iki 900 mg, o tai vaikams labai svarbu dėl intensyvaus skeleto augimo. Daugiausia kalcio, patenkančio į žmogaus organizmą su maistu, yra pieno produktuose, likusio kalcio yra mėsoje, žuvyje, kai kuriuose augaliniuose maisto produktuose (ypač gausu ankštiniuose). Absorbcija vyksta tiek storajame, tiek plonajame žarnyne, ją palengvina rūgštinė aplinka, vitaminas D ir vitaminas C, laktozė ir nesočiosios riebalų rūgštys. Svarbus ir magnio vaidmuo kalcio apykaitoje, kurio trūkumas kalcis „išplaunamas“ iš kaulų ir nusėda inkstuose (inkstų akmenyse) ir raumenyse.

Kalcio pasisavinimą neleidžia aspirinas, oksalo rūgštis, estrogenų dariniai. Kartu su oksalo rūgštimi kalcis sudaro vandenyje netirpius junginius, kurie yra inkstų akmenų sudedamosios dalys.

Kalcio kiekis kraujyje dėl didelis skaičius susiję procesai yra tiksliai reguliuojami ir kada tinkama mityba netrūksta. Ilgai nesilaikant dietos gali atsirasti mėšlungis, sąnarių skausmas, mieguistumas, augimo sutrikimai, vidurių užkietėjimas. Gilesnis trūkumas sukelia nuolatinius raumenų mėšlungį ir osteoporozę. Piktnaudžiavimas kava ir alkoholiu gali būti kalcio trūkumo priežastimi, nes dalis jo išsiskiria su šlapimu.

Per didelės kalcio ir vitamino D dozės gali sukelti hiperkalcemiją, o vėliau intensyvų kaulų ir audinių kalcifikaciją (daugiausia paveikiančią šlapimo sistemą). Ilgai trunkantis perteklius sutrikdo raumenų ir nervų audinių veiklą, padidina kraujo krešėjimą ir sumažina cinko pasisavinimą kaulų ląstelėse. Didžiausia saugi paros dozė suaugusiam žmogui yra 1500–1800 miligramų.

Nėščioms ir žindančioms moterims – 1500 – 2000 mg.

Tarp visų periodinės sistemos elementų yra keletas jų, be kurių nėra lengva vystytis įvairios ligos gyvuose organizmuose, bet apskritai normaliai gyventi ir augti neįmanoma. Vienas iš jų yra kalcis.

Įdomu tai, kad kalbant apie šį metalą, kaip paprastą medžiagą, žmogui jis neduoda jokios naudos, net žalos. Tačiau tereikia paminėti Ca 2+ jonus, nes iš karto yra daugybė taškų, apibūdinančių jų svarbą.

Kalcio padėtis periodinėje lentelėje

Kalcio, kaip ir bet kurio kito elemento, apibūdinimas prasideda jo padėties periodinėje sistemoje nurodymu. Galų gale, tai leidžia daug sužinoti apie šį atomą:

• branduolinis užtaisas;
• elektronų ir protonų, neutronų skaičius;
• oksidacijos būsena, aukštesnė ir žemesnė;
• elektroninė konfigūracija ir kiti svarbūs dalykai.

Elementas, kurį svarstome, yra ketvirtame didelis laikotarpis antroji grupė, pagrindinis pogrupis, ir turi eilės numerį 20. Taip pat cheminė periodinė lentelė rodo kalcio atominę masę – 40,08, tai yra vidutinė esamų šio atomo izotopų reikšmė.

Oksidacijos būsena yra viena, visada pastovi, lygi +2. CaO formulė. Lotyniškas elemento pavadinimas yra kalcis, taigi ir atomo Ca simbolis.

Kalcio, kaip paprastos medžiagos, apibūdinimas

Normaliomis sąlygomis duotas elementas yra sidabriškai baltas metalas. Kalcio, kaip paprastos medžiagos, formulė yra Ca. Dėl didelio cheminio aktyvumo jis gali sudaryti daug junginių, priklausančių skirtingoms klasėms.

Kietoje agregacijos būsenoje jis nėra žmogaus kūno dalis, todėl svarbus pramoniniams ir techniniams poreikiams (daugiausia cheminėms sintezėms).

Tai vienas iš labiausiai paplitusių metalų pagal savo dalį žemės plutoje, apie 1,5 proc. Priklauso šarminių žemių grupei, nes ištirpęs vandenyje suteikia šarmų, tačiau gamtoje būna kelių mineralų ir druskų pavidalu. Jūros vandenyje yra daug kalcio (400 mg/l).

Kristalinė ląstelė

Kalcio savybė paaiškinama kristalinės gardelės struktūra, kuri gali būti dviejų tipų (nes yra alfa ir beta formos):

• kubinis veidas orientuotas;
• į tūrį orientuotas.

Ryšio tipas molekulėje yra metalinis, gardelės vietose, kaip ir visų metalų, yra atomų jonų.

Buvimas gamtoje

Gamtoje yra keletas pagrindinių medžiagų, kuriose yra šio elemento.

1. Jūros vanduo.
2. Uolos ir mineralai.
3. Gyvi organizmai (lukštai ir kriauklės, kaulinis audinys ir kt.).
4. Požeminis vanduo žemės plutoje.

Galima nustatyti šias uolienų ir mineralų rūšis, kurios yra natūralūs kalcio šaltiniai.

1. Dolomitas yra kalcio ir magnio karbonato mišinys.
2. Fluoritas yra kalcio fluoridas.
3. Gipsas – CaSO 4 2H 2 O.
4. Kalcitas – kreida, kalkakmenis, marmuras – kalcio karbonatas.
5. Alebastras – CaSO 4 0,5H 2 O.
6. Apatiškumas.

Iš viso išskirta apie 350 įvairių mineralų ir uolienų, kuriose yra kalcio.

Kaip gauti

Ilgą laiką nebuvo įmanoma izoliuoti metalo laisvoje formoje, nes jo cheminis aktyvumas yra didelis, gamtoje jo nerasite gryno pavidalo. Todėl iki XIX amžiaus (1808 m.) aptariamas elementas buvo dar viena periodinės lentelės paslaptis.

Kalcį kaip metalą sugebėjo susintetinti anglų chemikas Humphrey Davy. Būtent jis pirmasis atrado kietųjų mineralų ir druskų lydalo sąveikos su elektros srove ypatybes. Iki šiol vis dar aktualiausias būdas gauti šį metalą yra jo druskų elektrolizė, pavyzdžiui:

• kalcio ir kalio chloridų mišinys;
• fluoro ir kalcio chlorido mišinys.

Taip pat iš jo oksido galima išskirti kalcį metalurgijoje įprastu aliuminoterminiu metodu.

Fizinės savybės

Kalcio apibūdinimą fiziniais parametrais galima apibūdinti keliais punktais.

1. Agregatinė būsena – normaliomis sąlygomis kieta.
2. Lydymosi temperatūra - 842 0 С.
3. Metalas yra minkštas ir gali būti pjaustomas peiliu.
4. Spalva - sidabriškai balta, briliantinė.
5. Jis turi geras laidumo ir šilumos laidumo savybes.
6. Ilgai kaitinant, jis pereina į skystį, tada į garų būseną, prarasdamas metalines savybes. Virimo temperatūra 1484 0 С.

Fizinės kalcio savybės turi vieną požymį. Kai metalas veikiamas slėgiu, tam tikru momentu jis praranda savo metalines savybes ir gebėjimą praleisti elektrą. Tačiau toliau didėjant ekspozicijai, jis vėl atkuriamas ir pasireiškia kaip superlaidininkas, kelis kartus didesnis už likusius elementus pagal šiuos rodiklius.

Cheminės savybės

Šio metalo aktyvumas yra labai didelis. Todėl yra daug sąveikų, kurių metu kalcis patenka. Reakcijos su visais nemetalais jam būdingos, nes kaip reduktorius jis yra labai stiprus.

1. Normaliomis sąlygomis jis lengvai reaguoja susidarant atitinkamiems dvejetainiams junginiams su: halogenais, deguonimi.
2. Kaitinant: vandenilis, azotas, anglis, silicis, fosforas, boras, siera ir kt.
3. Atvirame ore iš karto sąveikauja su anglies dioksidu ir deguonimi, todėl pasidengia pilka danga.
4. Smarkiai reaguoja su rūgštimis, kartais užsiliepsnoja.

Įdomios kalcio savybės pasireiškia druskų sudėtyje. Taigi, gražūs urvai, augantys ant lubų ir sienų, yra ne kas kita, kaip ilgainiui susiformavę iš vandens, anglies dioksido ir bikarbonato, veikiant požeminio vandens viduje vykstantiems procesams.

Atsižvelgiant į metalo aktyvumą normalioje būsenoje, jis laikomas laboratorijose, kaip ir šarminėse. Tamsaus stiklo inde, sandariai uždarytu dangteliu ir po žibalo ar parafino sluoksniu.

Kokybinė reakcija į kalcio joną yra gražios, prisotintos plytų raudonos spalvos liepsnos spalva. Taip pat metalą junginių sudėtyje galima atpažinti pagal netirpias kai kurių jo druskų (kalcio karbonato, fluorido, sulfato, fosfato, silikato, sulfito) nuosėdas.

metalinės jungtys

Metalo junginių tipai yra šie:

• oksidas;
• hidroksidas;
• kalcio druskos (vidutinės, rūgštinės, bazinės, dvigubos, kompleksinės).

Kalcio oksidas, žinomas kaip CaO, naudojamas statybinei medžiagai (kalkėms) sukurti. Jei oksidą gesinate vandeniu, gausite atitinkamą hidroksidą, kuris pasižymi šarmo savybėmis.

didelis praktinė vertė turi lygiai skirtingas kalcio druskas, kurios naudojamos skirtinguose ūkio sektoriuose. Kokios druskos egzistuoja, mes jau minėjome aukščiau. Pateiksime šių junginių tipų pavyzdžių.

1. Vidutinės druskos - CaCO 3 karbonatas, Ca 3 fosfatas (PO 4) 2 ir kt.
2. Rūgštis - hidrosulfatas CaHSO 4.
3. Pagrindiniai yra bikarbonatas (CaOH) 3 PO 4.
4. Kompleksas – Cl 2.
5. Dvigubas – 5Ca (NO 3) 2 * NH 4 NO 3 * 10H 2 O.

Būtent šios klasės junginių pavidalu kalcis yra svarbus biologinėms sistemoms, nes druskos yra organizmo jonų šaltinis.

Biologinis vaidmuo

Kodėl kalcis svarbus žmogaus organizmui? Yra keletas priežasčių.

1. Būtent šio elemento jonai yra tarpląstelinės medžiagos ir audinių skysčio dalis, dalyvauja reguliuojant sužadinimo mechanizmus, gaminant hormonus ir neurotransmiterius.
2. Kalcis kaupiasi kauluose, dantų emalyje apie 2,5% viso kūno svorio. Tai yra daug ir vaidina svarbus vaidmuo stiprinant šias konstrukcijas, išlaikant jų tvirtumą ir stabilumą. Kūno augimas be jo neįmanomas.
3. Kraujo krešėjimas taip pat priklauso nuo atitinkamų jonų.
4. Tai yra širdies raumens dalis, dalyvaujanti jo sužadinimo ir susitraukimo procese.
5. Tai egzocitozės ir kitų intracelulinių pokyčių procesų dalyvis.

Jei suvartoto kalcio kiekio nepakanka, išsivysto tokios ligos kaip:

• rachitas;
• osteoporozė;
• kraujo ligos.

Dienos norma suaugusiam yra 1000 mg, o vaikams nuo 9 metų - 1300 mg. Norint išvengti šio elemento pertekliaus organizme, nurodytos dozės viršyti negalima. Priešingu atveju gali išsivystyti žarnyno ligos.

Visoms kitoms gyvoms būtybėms kalcis ne mažiau svarbus. Pavyzdžiui, nors daugelis neturi griaučių, išorinės juos stiprinančios priemonės taip pat yra šio metalo dariniai. Tarp jų:

• vėžiagyviai;
• midijos ir austrės;
• kempinės;
• koralų polipai.

Visi jie nešiojasi ant nugaros arba iš esmės gyvenimo procese sudaro savotišką išorinį skeletą, apsaugantį nuo išorinių poveikių ir plėšrūnų. Pagrindinis komponentas jo kalcio druskos.

Stuburiniams gyvūnams, kaip ir žmonėms, šie jonai reikalingi normaliam augimui ir vystymuisi ir gauna juos su maistu.

Yra daug galimybių, kuriomis galima kompensuoti trūkstamą elemento normą kūne. Geriausia, žinoma, natūralūs metodai – produktai, kuriuose yra norimo atomo. Tačiau jei dėl kokių nors priežasčių to nepakanka arba neįmanoma, medicininis kelias taip pat yra priimtinas.

Taigi, maisto produktų, kurių sudėtyje yra kalcio, sąrašas yra maždaug toks:

• pieno ir rūgštaus pieno produktai;
• žuvis;
• želdiniai;
• grūdai (grikiai, ryžiai, viso grūdo miltų pyragaičiai);
• kai kurie citrusiniai vaisiai (apelsinai, mandarinai);
• ankštiniai augalai;
• visų riešutų (ypač migdolų ir graikinių).

Jei esate alergiškas kai kuriems produktams arba negalite jų vartoti dėl kitos priežasties, kalcio turintys preparatai padės papildyti norimo elemento kiekį organizme.

Visos jos yra šio metalo druskos, kurios turi savybę lengvai pasisavinti organizmo, greitai įsisavinamos į kraują ir žarnyną. Tarp jų populiariausi ir naudojami yra šie.

1. Kalcio chloridas – injekcinis arba peroralinis tirpalas suaugusiems ir vaikams. Jis skiriasi druskos koncentracija kompozicijoje, naudojama „karštoms injekcijoms“, nes suleidus sukelia būtent tokį pojūtį. Yra formų su vaisių sultimis, kad būtų lengviau nuryti.
2. Tiekiamos tabletės (0,25 arba 0,5 g) ir tirpalai, skirti injekcijoms į veną. Dažnai tablečių pavidalu yra įvairių vaisių priedų.
3. Kalcio laktatas – tiekiamas tabletėmis po 0,5 g.

Kalcio junginiai žinomi nuo seniausių laikų, tačiau iki XVII a. nieko nebuvo žinoma apie jų prigimtį. Gizos piramidėse naudojami egiptietiški skiediniai buvo pagaminti iš iš dalies dehidratuoto gipso CaSO 4 ·2H 2 O. Tai taip pat yra viso Tutanchamono kapo tinko pagrindas. Romėnai naudojo statybinis mišinys iš smėlio ir kalkių (gaunama kaitinant kalkakmenį CaCO 3): drėgname Italijos klimate jis buvo stabilesnis.

Elemento pavadinimas kilęs iš lotynų kalbos calx, calcis – kalkės („minkštas akmuo“). Jį 1808 metais pasiūlė G. Davy, išskyręs metalinį kalcį elektrolitiniu metodu. Davy sumaišė šlapią kalcio „žemę“ (kalcio oksidas CaO) su gyvsidabrio oksidu HgO ant platinos plokštės, kuri buvo anodas. Kaip katodas tarnavo platinos viela, panardinta į skystą gyvsidabrį. Dėl elektrolizės buvo gauta metalo amalgama, kurią gryna forma buvo galima gauti išgarinant gyvsidabrį.

Kalcis yra penktas pagal gausumą elementas žemės plutoje ir trečias pagal gausumą metalas (po aliuminio ir geležies). Kalcis sudaro apie 1,5 proc iš visožemės plutos atomų. Daugelyje Žemės paviršiaus vietų yra daug kalcio karbonato nuosėdų, susidariusių iš senovės jūrų organizmų liekanų. Juose šis junginys daugiausia randamas dviejų tipų mineralų pavidalu. Labiausiai paplitęs yra romboedrinis kalcitas, šiltos jūros susidaro ortorombinis aragonitas. Pirmojo tipo mineralų atstovai yra pats kalcitas, taip pat dolomitas, marmuras, kreida ir Islandijos špagas. Didžiuliai kalcio karbonato sluoksniai aragonito pavidalu suformavo Bahamas, Florida Keys ir Raudonosios jūros baseiną. Kiti svarbūs mineralai yra gipsas CaSO 4 2H 2 O, anhidritas CaSO 4, fluoritas CaF 2 ir apatitas Ca 5 (PO 4) 3 (Cl,OH,F). Didelis kalcio kiekis randamas natūraliuose vandenyse bikarbonato pavidalu ( cm. HIDROSFEROS CHEMIJA). Kalcio taip pat yra daugelyje gyvūnų. Hidroksoapatitas Ca 5 (PO 4) 3 (OH) yra stuburinių gyvūnų kaulinio audinio pagrindas. Kalcio karbonatas daugiausia naudojamas koraluose, moliuskų lukštuose, perluose ir kiaušinių lukštuose.

Kalcio metalas gaunamas elektrolizuojant išlydytą kalcio chloridą, kuris yra šalutinis produktas Solvay procese arba susidaro vykstant reakcijai tarp druskos rūgšties ir kalcio karbonato.

Palyginti minkštas blizgus metalas yra šviesiai geltonos spalvos. Jis chemiškai mažiau aktyvus nei kiti šarminių žemių metalai, nes ore yra padengtas apsaugine oksido-nitrido plėvele. Jis netgi gali būti apdorojamas tekinimo staklėmis.

Kalcis aktyviai reaguoja su nemetalais. Kaitinamas deguonyje ir ore, jis užsidega. Kalcis reaguoja su vandeniu, išskirdamas vandenilį ir sudarydamas kalcio hidroksidą. Jis ištirpsta skystame amoniake ir susidaro tamsiai mėlyni tirpalai, iš kurių išgaravus galima gauti ryškų vario spalvos amoniaką Ca(NH 3) 6.

Metalinis kalcis daugiausia naudojamas kaip legiravimo priedas. Taigi, kalcio įvedimas padidina aliuminio guolių stiprumą. Kalcis reguliuoja anglies kiekį ketuje ir pašalina bismutą iš švino. Jis naudojamas plienui valyti nuo deguonies, sieros ir fosforo. Jis taip pat naudojamas deguoniui ir azotui absorbuoti, ypač azoto priemaišoms pašalinti iš komercinio argono. Jis naudojamas kaip reduktorius gaminant kitus metalus, tokius kaip chromas, cirkonis, toris ir uranas. Pavyzdžiui, metalinį cirkonį galima gauti iš jo dioksido: ZrO 2 + 2Ca = Zr + 2CaO. Kalcis taip pat tiesiogiai reaguoja su vandeniliu, sudarydamas kalcio hidridą CaH 2 , kuris yra patogus vandenilio šaltinis.

Svarbiausias kalcio halogenidas yra CaF 2 fluoridas, nes mineralo (fluorito) pavidalu jis yra vienintelis pramoniniu požiūriu svarbus fluoro šaltinis. Baltas ugniai atsparus kalcio fluoridas mažai tirpsta vandenyje, kuris naudojamas kiekybinei analizei.

Didelę reikšmę turi ir kalcio chloridas CaCl 2. Tai yra sūrymų, skirtų šaldymo įrenginiams ir traktorių bei kitų transporto priemonių padangų užpildymui, dalis. Kalcio chloridas pašalina sniegą ir ledą nuo kelių ir šaligatvių. Eutektinis mišinys CaCl 2 –H 2 O, kuriame yra 30 masės %. % CaCl 2, lydosi -55 °C temperatūroje. Ši temperatūra yra žymiai žemesnė nei natrio chlorido mišinio su vandeniu atveju, kurio minimali lydymosi temperatūra yra -18 °C. Kalcio chloridas taip pat naudojamas anglims apsaugoti ir rūda nuo užšalimo transportavimo ir sandėliavimo metu. Jis naudojamas betono mišiniuose, siekiant pagreitinti stingimo pradžią, padidinti pradinį ir galutinį betono stiprumą. Kalcio chloridas yra daugelio cheminių ir technologinių procesų, ypač didelio masto sodos gamybos, atliekos. Tačiau kalcio chlorido suvartojimas yra žymiai mažesnis nei jo gamyba, todėl prie sodos gamyklų susidarė ištisi ežerai, užpildyti CaCl 2 sūrymu. Tokių saugyklų tvenkinių galima pamatyti, pavyzdžiui, Donbase.

Plačiausiai naudojami kalcio junginiai yra karbonatas, oksidas ir hidroksidas. Labiausiai paplitusi kalcio karbonato forma yra kalkakmenis. Kalcio ir magnio karbonato mišinys vadinamas dolomitu. Kalkakmenis ir dolomitas naudojami kaip statybinės medžiagos, kelių dangos, dirvožemio rūgštikliai. Jie kasami visame pasaulyje didžiulius kiekius. Kalcio karbonatas CaCO 3 taip pat yra svarbiausias pramoninis reagentas, būtinas kalcio oksido (negesintųjų kalkių) CaO ir kalcio hidroksido (gesintų kalkių) Ca(OH) 2 gamybai.

Kalcio oksidas ir hidroksidas yra pagrindinės medžiagos daugelyje chemijos, metalurgijos ir inžinerijos pramonės sričių. Kalkių CaO daugelyje šalių gaminamas didžiulis kiekis ir yra viena iš dešimties didžiausių chemikalų, kurių gamybos apimtis yra didžiausia.

Dideli kalkių kiekiai sunaudojami plieno gamyboje, kur iš jo pašalinamas fosforas, siera, silicis ir manganas. BOF procesui reikia 75 kg kalkių vienai tonai plieno. Tai žymiai prailgina ugniai atsparaus pamušalo tarnavimo laiką. Kalkės taip pat naudojamos kaip tepalas tempiant plieninę vielą ir neutralizuojant atliekas, kuriose yra ėsdinimo skysčių sieros rūgšties. Kitas pritaikymas metalurgijoje yra magnio gamyba.

Kalkės yra labiausiai paplitusi cheminė medžiaga, naudojama geriamojo ir pramonės vandens šaltiniams apdoroti. Jis naudojamas kartu su alūno arba geležies druskomis suspensijoms koaguliuoti ir drumstumui pašalinti, taip pat vandeniui suminkštinti pašalinant laikiną (hidrokarbonatinį) kietumą ( cm. VANDENS IŠGRYNINIMAS)

Kita kalkių panaudojimo sritis yra rūgščių tirpalų ir pramoninių atliekų neutralizavimas. Jo pagalba nustatoma optimali pH vertė biocheminei nuotekų oksidacijai. Kalkės taip pat naudojamos dujų valytuvuose, siekiant pašalinti sieros dioksidą ir vandenilio sulfidą iš išmetamųjų dujų iš iškastinio kuro jėgainių ir metalo lydymo krosnių.

AT chemijos pramonė kalkės naudojamos kalcio karbido (toliau acetileno gamybai), kalcio cianamido ir daugelio kitų medžiagų gamyboje. Stiklo pramonė taip pat yra svarbi vartotoja. Dažniausiai pasitaikančių stiklinių sudėtyje yra apie 12% kalcio oksido. Insekticidas kalcio arsenatas, gaunamas neutralizuojant arseno rūgštį kalkėmis, plačiai naudojamas kovojant su medvilniniu straubliu, menkėmis, tabako kirmėlėmis, kolorado vabalu. Svarbūs fungicidai yra kalkių-sulfato purškalai ir Bordo mišiniai, gaunami iš vario sulfato ir kalcio hidroksido.

Reikalingas didelis kalcio hidroksido kiekis celiuliozės ir popieriaus pramonė. Popieriaus gamyklose panaudotas natrio karbonato tirpalas apdorojamas kalkėmis, kad būtų regeneruota procese naudojama kaustinė soda (natrio hidroksidas NaOH). Apie 95% susidariusios kalcio karbonato srutos išdžiovinama ir pakartotinai kalcinuojama rotacinėse krosnyse, kad būtų regeneruotas kalcio oksidas. Popieriaus masės balinimo skysčiai, kurių sudėtyje yra kalcio hipochlorito, gaminami kalkėms reaguojant su chloru.

Aukštos kokybės popieriui gaminti reikia naudoti specialiai nusodintą kalcio karbonatą. Tam pirmiausia sudeginamas kalkakmenis, o anglies dioksidas ir kalcio oksidas surenkami atskirai. Tada pastarasis apdorojamas vandeniu ir vėl paverčiamas karbonatu. Susidarančių kristalų tipas, jų dydis ir forma priklauso nuo temperatūros, pH, maišymo greičio, koncentracijos ir priedų buvimo. Maži kristalai (mažiau nei 45 µm) dažnai padengiami riebalų rūgštimis, dervomis arba drėkinančiomis medžiagomis. Kalcio karbonatas suteikia popieriui ryškumo, neskaidrumo, imlumo rašalui ir glotnumo. Esant didesnei koncentracijai, jis neutralizuoja stiprų blizgesį, kurį sukelia kaolino priedai, ir sukuria blankų matinį paviršių. Tokiame popieriuje gali būti 5–50 % (pagal svorį) nusodinto kalcio karbonato. CaCO 3 taip pat naudojamas kaip užpildas gumose, lateksuose, dažuose ir emaliuose bei plastikuose (apie 10 % masės), siekiant pagerinti jų atsparumą karščiui, standumą, kietumą ir apdirbamumą.

Kasdieniame gyvenime ir medicinoje nusodintas kalcio karbonatas naudojamas kaip rūgščių neutralizatorius, švelnus abrazyvas dantų pastose, papildomo kalcio šaltinis dietoje, neatsiejama kramtomoji guma ir užpildas kosmetikoje.

Kalkės taip pat naudojamos pieno pramonėje. Kalkių vanduo (sotus kalcio hidroksido tirpalas) dažnai pridedamas prie grietinėlės atskiriant ją nuo nenugriebto pieno, kad sumažintų jo rūgštingumą prieš pasterizuojant ir paverčiant sviestu. Tada nugriebtas pienas parūgštinamas, kad atsiskirtų kazeinas, kuris sumaišomas su kalkėmis, kad susidarytų kazeino klijai. Išrūgus likusį nugriebtą pieną (išrūgas), į jį dedama kalkių, kad būtų išskirtas kalcio laktatas, kuris naudojamas medicinoje arba kaip žaliava vėlesnei pieno rūgšties gamybai. Cukraus gamyba taip pat siejama su kalkių naudojimu. Kad nusodintų kalcio sacharatas, kuris vėliau išvalomas nuo fosfato ir organinių teršalų, žaliavinio cukraus sirupas reaguoja su kalkėmis. Dėl vėlesnio anglies dioksido poveikio susidaro netirpus kalcio karbonatas ir išgryninta tirpi sacharozė. Ciklas kartojamas keletą kartų. Cukranendrių cukrui tonai paprastai reikia apie 3–5 kg kalkių, o runkelių cukrui – šimtą kartų daugiau, t.y., tonai cukraus – apie 1/2 tonos kalkių.

Taip pat galima pažymėti privati ​​zona kalcio karbonato panaudojimas perlamutro pavidalu. Tai medžiaga, kurią sudaro ploni kalcio karbonato sluoksniai aragonito pavidalu, laikomi baltyminiais klijais. Po poliravimo jis mirga visomis vaivorykštės spalvomis ir tampa dekoratyvus, labai patvarus, nors yra 95% kalcio karbonatas.

Kalcio sulfatas paprastai egzistuoja kaip dihidratas (gipsas), nors išgaunamas ir bevandenis kalcio sulfatas (anhidritas). Taip pat žinomas alebastras – kompaktiška, masyvi, smulkiagrūdė CaSO 4 2H 2 O forma, primenanti marmurą. Jei gipsas deginamas 150–165 °C temperatūroje, jis netenka apie 2/3 kristalizacijos vandens ir susidaro CaSO 4 0,5H 2 O hemihidratas, dar žinomas kaip pastato alebastras, arba „Paryžiaus tinkas“ (nes iš pradžių buvo gautas iš Monmartre išgaunamo gipso). Šildymas daugiau aukštos temperatūros veda prie įvairių bevandenių formų susidarymo.

Nors gipso kasama ne tokiais kiekiais kaip kalkakmenis, jis išlieka pramoniniu požiūriu svarbia medžiaga. Beveik visas degintas gipsas (95%) naudojamas pusgaminiams gaminti – daugiausia sienų plokštės, o likusieji - pramoniniuose ir statybiniuose tinkuose. Sugerdamas vandenį, hemihidratas šiek tiek plečiasi (0,2-0,3%), ir tai yra pagrindinis dalykas, kai jis naudojamas tinkui ir tinkui. Naudojant priedus, galima pakeisti jo plėtimosi laipsnį 0,03–1,2% diapazone.

Kalciui sudėtingų junginių susidarymas nėra labai būdingas. Deguonies turintys kompleksai, pavyzdžiui, su EDTA arba polifosfatais, yra labai svarbūs analitinėje chemijoje ir pašalinant kalcio jonus iš kieto vandens.

Kalcis yra vienas iš makroelementų. Jo kiekis suaugusio žmogaus organizme (65 kg svorio) yra 1,3 kg. Jis reikalingas kaulams ir dantims formuotis, palaikyti širdies ritmą ir kraujo krešėjimą. Pagrindinis kalcio šaltinis organizme yra pienas ir pieno produktai. Paros poreikis yra 0,8 g per dieną. Kalcio katijonų pasisavinimą palengvina pienas ir citrinos rūgštis, o fosfato jonai, oksalato jonai ir fitino rūgštis trukdo kalcio absorbcijai, nes susidaro kompleksai ir mažai tirpios druskos. Kūnas turi sudėtingą kalcio kaupimo ir išleidimo sistemą.

Kalcis naudojamas kaip kaulų ir dantų statybinė medžiaga dėl to, kad ląstelėje kalcio jonai nenaudojami. Kalcio koncentraciją kontroliuoja specialūs hormonai, jų bendras veikimas išsaugo ir palaiko kaulų struktūrą.

Daroma prielaida, kad kalcio jonai, jungdamiesi prie nervinės membranos, veikia jo pralaidumą kitiems katijonams. Akivaizdu, kad jis pakeičia magnio jonus ir taip suaktyvina kai kuriuos fermentus. Kalcio jonų suvartojimas gali būti siejamas su fosfato įvedimu, todėl jis vadinamas kalcio nešikliu.

Nustatyta, kad kalcio jonų reguliatorius įvairių tipų raumuo yra sarkoplazminis tinklas (SR). Kalcio jonai kaupiasi kalcį surišančiuose baltymuose, tokiuose kaip kalsekvestrinas. Pastarasis suriša maždaug 43 Ca 2+ jonus vienam moliui baltymo. Raumenų susitraukimas yra susijęs su kalcio jonų išsiskyrimu iš SR ir jo prisijungimu prie aktyvių raumenų skaidulų centrų. Kalcio jonų koncentracija sarkoplazmoje per kelias milisekundes padidėja 100 kartų. Ca 2+ jonų priverstinis nutekėjimas iš SR vyksta labai greitai. Iš karto po kalcio jonų išsiskyrimo SR pradeda juos pumpuoti atgal. Raumenų susitraukimas atsiranda dėl nervinio impulso atsiradimo motoriniame nerve, kuris baigiasi raumenų skaidulomis, dėl kurio iš jo atsargų išsiskiria kalcio jonai.

Kraujo krešėjimo mechanizmas yra kaskadinis procesas, kurio daugelis etapų priklauso nuo kalcio jonų, kurie aktyvuoja atitinkamus fermentus, buvimo.

Kalcio kaupimasis yra būdingas bruožas kaulų, dantų, kriauklių ir kitų panašių struktūrų augimas. Kita vertus, kalcio padidėjimas netipinėse vietose sukelia akmenų susidarymą, osteoartritą, kataraktą ir arterijų sutrikimus.

Elena Savinkina

Nors kalcis yra labai plačiai paplitęs Žemės rutulyje, gamtoje jo nėra laisvo pavidalo.

Prieš sužinodami, kaip galima gauti gryno kalcio, susipažinkime su natūraliais kalcio junginiais.

Kalcis yra metalas. Mendelejevo periodinėje sistemoje kalcis (kalcis), Ca turi atominį skaičių 20 iresantis II grupėje. Tai chemiškai aktyvus elementas, jis lengvai sąveikauja su deguonimi. Turi sidabriškai baltą spalvą.

Natūralūs kalcio junginiai

Kalcio junginiai randami beveik visur.

kalcio karbonatas, arba kalcio karbonatas – tai labiausiai paplitęs kalcio junginys. Jo cheminė formulė yra CaCO 3. Marmuras, kreida, kalkakmenis, kriauklių uoliena – visose šiose medžiagose yra kalcio karbonato su nedideliu kiekiu priemaišų. Kalcite, kurio formulė taip pat yra CaCO 3, visiškai nėra priemaišų.

kalcio sulfatas dar vadinamas kalcio sulfatu. Cheminė kalcio sulfato CaSO 4 formulė. Mums žinomas mineralinis gipsas yra kristalinis CaSO 4 2H 2 O.

kalcio fosfatas, arba fosforo rūgšties kalcio druska. Tai medžiaga, iš kurios statomi žmonių ir gyvūnų kaulai. Šis mineralas vadinamas trikalcio fosfatu Ca 3 (PO 4) 2.

Kalcio chloridasCaCl 2, arba kalcio chloridas, gamtoje randamas kristalinio hidrato CaCl 2 · 6H 2 O pavidalu.Šis junginys kaitinamas netenka vandens molekulių.

kalcio fluoridas CaF 2 arba fluoras kalcio, gamtoje galima rasti mineraliniame fluorite. O grynas kristalinis kalcio difluoridas vadinamas fluoršpatu.

Tačiau ne visada natūralūs kalcio junginiai turi žmonėms reikalingų savybių. Todėl žmogus išmoko tokius junginius dirbtinai paversti kitomis medžiagomis. Kai kurie iš šių dirbtinių junginių mums net labiau pažįstami nei natūralūs. Pavyzdys yra gesintas Ca (OH) 2 ir negesintos kalkės CaO, kuriuos žmonės naudojo labai ilgą laiką. Daugelyje statybinių medžiagų, tokių kaip cementas, kalcio karbidas ir baliklis, taip pat yra dirbtinių kalcio junginių.

Kas yra elektrolizė

Tikriausiai beveik kiekvienas iš mūsų yra girdėjęs apie reiškinį, vadinamą elektrolize. Pabandysime pateikti paprasčiausią šio proceso aprašymą.

Jei elektros srovė teka per vandeninius druskų tirpalus, tai dėl cheminių virsmų susidaro naujos cheminės medžiagos. Procesai, vykstantys tirpale, kai per jį teka elektros srovė, vadinami elektrolize. Visus šiuos procesus tiria mokslas, vadinamas elektrochemija. Žinoma, elektrolizės procesas gali vykti tik terpėje, kuri praleidžia srovę. Vandeniniai rūgščių, bazių ir druskų tirpalai yra tokia terpė. Jie vadinami elektrolitais.

Elektrodai panardinami į elektrolitą. Neigiamai įkrautas elektrodas vadinamas katodu. Teigiamo krūvio elektrodas vadinamas anodu. Kai elektros srovė praeina per elektrolitą, vyksta elektrolizė. Dėl elektrolizės ištirpusių medžiagų sudedamosios dalys nusėda ant elektrodų. Prie katodo jie įkrauti teigiamai, prie anodo – neigiami. Tačiau ant pačių elektrodų gali įvykti antrinės reakcijos, dėl kurių susidaro antrinė medžiaga.

Matome, kad elektrolizės pagalba cheminiai produktai susidaro nenaudojant cheminių reagentų.

Kaip gaunamas kalcis

Pramonėje kalcis gali būti gaunamas elektrolizuojant išlydytą kalcio chloridą CaCl 2 .

CaCl 2 \u003d Ca + Cl 2

Šiame procese anodas yra vonia iš grafito. Vonia dedama į elektrinę orkaitę. Geležinis strypas, judantis išilgai vonios pločio, taip pat turintis galimybę pakilti ir kristi, yra katodas. Elektrolitas yra išlydytas kalcio chloridas, kuris pilamas į vonią. Katodas nuleidžiamas į elektrolitą. Taip prasideda elektrolizės procesas. Po katodu susidaro išlydytas kalcis. Kai katodas pakyla, kalcis sukietėja sąlyčio su katodu vietoje. Taigi palaipsniui, keldamas katodą, kalcis kaupiasi strypo pavidalu. Tada kalcio strypas numušamas nuo katodo.

Grynas kalcis pirmą kartą buvo gautas elektrolizės būdu 1808 m.

Kalcis taip pat gaunamas iš oksidų aliuminoterminės redukcijos būdu. .

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

Šiuo atveju kalcis gaunamas garų pavidalu. Tada šie garai kondensuojami.

Kalcis turi didelį cheminį aktyvumą. Štai kodėl jis plačiai naudojamas pramonėje ugniai atsparių metalų redukcijai iš oksidų, taip pat plieno ir geležies gamyboje.

Ufos valstybinis naftos technikos universitetas

Bendrosios ir analitinės chemijos katedra

Pristatymas tema: "Elementas kalcis. Savybės, gavimas, taikymas "

Parengė grupės BTS-11-01 mokinys Prokaev G.L.

Docentas Krasko S.A.

Įvadas

Vardo istorija ir kilmė

Buvimas gamtoje

Kvitas

Fizinės savybės

Cheminės savybės

Metalinio kalcio panaudojimas

Kalcio junginių naudojimas

Biologinis vaidmuo

Išvada

Bibliografija

Įvadas

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

Kalcis vadinamas šarminių žemių metalu, jis priskiriamas S elementui. Išoriniame elektroniniame lygmenyje kalcis turi du elektronus, todėl duoda junginius: CaO, Ca (OH) 2, CaCl2, CaSO4, CaCO3 ir kt. Kalcis priklauso tipiniams metalams – jis turi didelį afinitetą deguoniui, redukuoja beveik visus metalus iš jų oksidų ir sudaro gana stiprią bazę Ca (OH) 2.

Nepaisant to, kad elementas Nr. 20 yra visur, net chemikai nematė elementinio kalcio. Tačiau šis metalas tiek išoriškai, tiek savo elgesiu visiškai nepanašus į šarminius metalus, kurių kontaktas kelia gaisrų ir nudegimų pavojų. Galima saugiai laikyti ore, nuo vandens neužsidega.

Elementinis kalcis beveik niekada nenaudojamas kaip struktūrinė medžiaga. Jis tam per aktyvus. Kalcis lengvai reaguoja su deguonimi, siera, halogenais. Tam tikromis sąlygomis jis reaguoja net su azotu ir vandeniliu. Anglies oksidų aplinka, inertiška daugumai metalų, yra agresyvi kalciui. Jis dega CO ir CO2 atmosferoje.

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.

Buvimas 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).

Izotopai. Kalcis gamtoje randamas kaip šešių izotopų mišinys: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca ir 48Ca, tarp kurių labiausiai paplitęs – 40Ca – yra 96,97%.

Iš šešių natūraliai esančių kalcio izotopų penki yra stabilūs. Šeštasis 48Ca izotopas, sunkiausias iš šešių ir ypač retas (jo izotopų gausa yra tik 0,187 %), neseniai buvo aptiktas dvigubai beta skilimo, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 5,3 × 1019 metų.

uolienose ir mineraluose. Daugiausia kalcio yra įvairių uolienų (granitų, gneisų ir kt.) silikatų ir aliumosilikatų sudėtyje, 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 aptinkama 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 natūraliame vandenyje lemia jo kietumą.

Kalcis, energingai migruojantis žemės plutoje ir besikaupiantis įvairiose geocheminėse sistemose, sudaro 385 mineralus (ketvirtas pagal mineralų skaičių).

Migracija žemės plutoje. Natūralioje kalcio migracijoje svarbų vaidmenį vaidina „karbonato pusiausvyra“, susijusi su grįžtama kalcio karbonato sąveikos su vandeniu ir anglies dioksidu reakcija, susidarant tirpiam bikarbonatui:

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

(pusiausvyra pasislenka į kairę arba dešinę, priklausomai nuo anglies dioksido koncentracijos).

biogeninė migracija. Biosferoje kalcio junginių yra beveik visuose gyvūnų ir augalų audiniuose (taip pat žr. toliau). Didelis kalcio kiekis yra gyvų organizmų dalis. Taigi hidroksiapatitas Ca5(PO4)3OH arba, kitaip tariant, 3Ca3(PO4)2·Ca(OH)2 yra stuburinių gyvūnų, įskaitant žmones, kaulinio audinio pagrindas; lukštai ir daugelio bestuburių lukštai, kiaušinių lukštai ir kt. susideda iš kalcio karbonato CaCO3 Gyvuose žmonių ir gyvūnų audiniuose Ca (pagal masės dalį) 1,4-2 %; 70 kg sveriančiame žmogaus kūne kalcio kiekis yra apie 1,7 kg (daugiausia kaulinio audinio tarpląstelinės medžiagos sudėtyje).

Kvitas

Laisvas metalinis kalcis gaunamas elektrolizuojant lydalą, susidedantį iš CaCl2 (75-80%) ir KCl arba iš CaCl2 ir CaF2, taip pat aliuminotermiškai redukuojant CaO 1170-1200 °C temperatūroje:

CaO + 2Al = CaAl2O4 + 3Ca.

Taip pat buvo sukurtas kalcio gavimo būdas šiluminės kalcio karbido CaC2 disociacijos būdu

Fizinės savybės

Kalcio metalas yra dviejų alotropinių modifikacijų. Atsparus iki 443°C α -Ca su kubinėmis grotelėmis, aukštesnė stabili β-Ca su tokio tipo kubine į korpusą orientuota grotele α -Fe. Standartinė entalpija ΔH0 perėjimas α → β yra 0,93 kJ/mol.

Kalcis yra lengvas metalas (d = 1,55), sidabriškai baltos spalvos. Jis yra kietesnis ir tirpsta aukštesnėje temperatūroje (851°C) nei natris, esantis šalia jo periodinėje lentelėje. Taip yra todėl, kad viename metalo kalcio jone yra du elektronai. Todėl cheminis ryšys tarp jonų ir elektronų dujų yra stipresnis nei natrio. Cheminėse reakcijose kalcio valentiniai elektronai perduodami kitų elementų atomams. Tokiu atveju susidaro dvigubai įkrauti jonai.

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.

Standartinių potencialų serijoje kalcis yra vandenilio kairėje. Standartinis Ca2+/Ca0 poros elektrodo potencialas yra –2,84 V, todėl kalcis aktyviai reaguoja su vandeniu, bet neužsidega:

2H2O \u003d Ca (OH) 2 + H2 + Q.

Su aktyviais nemetalais (deguonis, chloras, bromas) kalcis normaliomis sąlygomis reaguoja:

Ca + O2 = 2CaO, Ca + Br2 = CaBr2.

Kaitinamas ore arba deguonimi, kalcis užsidega. Su mažiau aktyviais nemetalais (vandeniliu, boru, anglimi, siliciu, azotu, fosforu ir kitais) kalcis sąveikauja kaitinant, pvz.:

Ca + H2 = CaH2, Ca + 6B = CaB6,

Ca + N2 = Ca3N2, Ca + 2C = CaC2,

Ca + 2P = Ca3P2 (kalcio fosfidas),

taip pat žinomi CaP ir CaP5 kompozicijų kalcio fosfidai;

Ca + Si = Ca2Si (kalcio silicidas),

Taip pat žinomi kalcio silicidai, kurių sudėtis yra CaSi, Ca3Si4 ir CaSi2.

Pirmiau minėtų reakcijų eigą, kaip taisyklė, lydi didelis šilumos išsiskyrimas (tai yra, šios reakcijos yra egzoterminės). Visuose junginiuose su nemetalais kalcio oksidacijos laipsnis yra +2. Dauguma kalcio junginių su nemetalais yra lengvai skaidomi vandens, pavyzdžiui:

CaH2 + 2H2O \u003d Ca (OH) 2 + 2H2, N2 + 3H2O \u003d 3Ca (OH) 2 + 2NH3.

Ca2+ jonas yra bespalvis. Kai į liepsną įpilama tirpių kalcio druskų, liepsna pasidaro raudona.

Kalcio druskos, tokios kaip CaCl2 chloridas, CaBr2 bromidas, CaI2 jodidas ir Ca(NO3)2 nitratas, gerai tirpsta vandenyje. CaF2 fluoridas, CaCO3 karbonatas, CaSO4 sulfatas, Ca3(PO4)2 ortofosfatas, CaC2O4 oksalatas ir kai kurie kiti netirpsta vandenyje.

Svarbu tai, kad, skirtingai nei kalcio karbonatas CaCO3, rūgštus kalcio karbonatas (hidrokarbonatas) Ca(HCO3) 2 tirpsta vandenyje. Gamtoje tai sukelia šiuos procesus. Kai šaltas lietus ar upės vanduo, prisotintas anglies dioksido, prasiskverbia po žeme ir patenka ant kalkakmenių, stebimas jų tirpimas:

CaCO3 + CO2 + H2O \u003d Ca (HCO3) 2.

Tose pačiose vietose, kur vanduo, prisotintas kalcio bikarbonato, patenka į žemės paviršių ir yra šildomas saulės spindulių, vyksta atvirkštinė reakcija:

Ca (HCO3) 2 \u003d CaCO3 + CO2 + H2O.

Taigi gamtoje vyksta didelių medžiagų masių pernešimas. Dėl to po žeme gali susidaryti didžiuliai tarpai, o urvuose – gražūs akmeniniai „varvekliai“ – stalaktitai ir stalagmitai.

Ištirpusio kalcio bikarbonato buvimas vandenyje daugiausia lemia laikiną vandens kietumą. Jis vadinamas laikinu, nes verdant vandenį bikarbonatas suyra, o CaCO3 nusėda. Šis reiškinys, pavyzdžiui, lemia tai, kad laikui bėgant virdulyje susidaro nuosėdos.

kalcio metalo cheminė fizikinė

Metalinis kalcis dažniausiai naudojamas kaip reduktorius metalų, ypač nikelio, vario ir nerūdijančio plieno, gamyboje. Kalcis ir jo hidridas taip pat naudojami sunkiai atkuriamiems metalams, tokiems kaip chromas, toris ir uranas, gauti. Kalcio ir švino lydiniai naudojami akumuliatoriuose ir guolių lydiniuose. Kalcio granulės taip pat naudojamos oro pėdsakams pašalinti iš elektrovakuuminių prietaisų. Tirpios kalcio ir magnio druskos lemia bendrą vandens kietumą. Jei jų vandenyje yra nedideliais kiekiais, tada vanduo vadinamas minkštu. Esant dideliam šių druskų kiekiui, vanduo laikomas kietu. Kietumas pašalinamas verdant; vanduo kartais distiliuojamas, kad jis visiškai pašalintų.

Metalo terminis

Grynas metalinis kalcis plačiai naudojamas metalotermijoje retiesiems metalams gauti.

Legiravimas

Švinui legiruoti naudojamas grynas kalcis, iš kurio gaminamos akumuliatorių plokštės, priežiūros nereikalaujantys starteriniai švino-rūgštiniai akumuliatoriai, kurių savaiminis išsikrovimas yra mažas. Taip pat metalinis kalcis naudojamas aukštos kokybės kalcio babbitų BKA gamybai.

Branduolinė sintezė

48Ca izotopas yra efektyviausia ir plačiausiai naudojama medžiaga ypač sunkiųjų elementų gamybai ir naujų elementų atradimui periodinėje lentelėje. Pavyzdžiui, naudojant 48Ca jonus supersunkiesiems elementams greitintuvuose gaminti, šių elementų branduoliai susidaro šimtus ir tūkstančius kartų efektyviau nei naudojant kitus „sviedinius“ (jonus).

Kalcio junginių naudojimas

kalcio hidridas. Kaitinant kalcį vandenilio atmosferoje, gaunamas CaH2 (kalcio hidridas), kuris naudojamas metalurgijoje (metalotermijoje) ir vandenilio gamyboje lauke.

Optinės ir lazerinės medžiagos. Kalcio fluoridas (fluoritas) naudojamas pavienių kristalų pavidalu optikoje (astronominiuose objektyvuose, lęšiuose, prizmėse) ir kaip lazerinė medžiaga. Kalcio volfratas (scheelitas) pavienių kristalų pavidalu naudojamas lazerinėje technologijoje, taip pat kaip scintiliatorius.

kalcio karbidas. Kalcio karbidas CaC2 plačiai naudojamas acetilenui gauti ir metalams redukuoti, taip pat kalcio cianamido gamyboje (kaitinant kalcio karbidą azote 1200 °C temperatūroje, reakcija būna egzoterminė, vykdoma cianamido krosnyse).

Cheminiai srovės šaltiniai. Kalcis, taip pat jo lydiniai su aliuminiu ir magniu, naudojami rezervinėse šiluminėse elektros baterijose kaip anodas (pavyzdžiui, kalcio-chromato elementas). Kalcio chromatas naudojamas tokiose baterijose kaip katodas. Tokių baterijų ypatybė – itin ilgas galiojimo laikas (dešimtmečiai) tinkamomis sąlygomis, galimybė veikti bet kokiomis sąlygomis (erdvė, aukštas slėgis), didelė savitoji energija pagal svorį ir tūrį. Trūkumas yra trumpa trukmė. Tokios baterijos naudojamos ten, kur reikia trumpam sukurti kolosalią elektros energiją (balistinės raketos, kai kurie erdvėlaiviai ir pan.).

Ugniai atsparios medžiagos. Ugniai atsparių medžiagų gamyboje naudojamas kalcio oksidas tiek laisvos formos, tiek kaip keramikos mišinių dalis.

Vaistai. Medicinoje Ca vaistai pašalina sutrikimus, susijusius su Ca jonų trūkumu organizme (su tetanija, spazmofilija, rachitu). Ca preparatai mažina padidėjęs jautrumas alergenams ir vartojami alerginėms ligoms gydyti (serumo liga, miego karštinė ir kt.). Ca preparatai mažina padidėjusį kraujagyslių pralaidumą ir turi priešuždegiminį poveikį. Jie vartojami sergant hemoraginiu vaskulitu, spinduline liga, uždegiminiais procesais (pneumonija, pleuritu ir kt.) ir kai kuriomis odos ligomis. Jis skiriamas kaip hemostazinė priemonė, širdies raumens veiklai gerinti ir rusmenės preparatų poveikiui sustiprinti, kaip priešnuodis apsinuodijus magnio druskomis. Kartu su kitais vaistais Ca preparatai naudojami gimdymui skatinti. Ca chloridas vartojamas per burną ir į veną.

Ca preparatams taip pat priskiriamas gipsas (CaSO4), naudojamas chirurgijoje gipso tvarsčiai, ir kreida (CaCO3), vartojama per burną su padidėjęs rūgštingumas skrandžio sultims ir dantų milteliams ruošti.

Biologinis vaidmuo

Kalcis yra įprastas makroelementas augalų, gyvūnų ir žmonių organizme. Žmonėms ir kitiems stuburiniams gyvūnams didžioji jo dalis randama skelete ir dantyse fosfatų pavidalu. Daugumos bestuburių grupių (kempinių, koralų polipų, moliuskų ir kt.) skeletai sudaryti iš įvairių formų kalcio karbonato (kalkių). Kalcio jonai dalyvauja kraujo krešėjimo procesuose, taip pat palaiko pastovų osmosinį kraujo slėgį. Kalcio jonai taip pat tarnauja kaip vienas iš universalių antrųjų pasiuntinių ir reguliuoja įvairius tarpląstelinius procesus – raumenų susitraukimą, egzocitozę, įskaitant hormonų ir neurotransmiterių sekreciją ir kt. Kalcio koncentracija žmogaus ląstelių citoplazmoje yra apie 10–7 mol. tarpląsteliniuose skysčiuose apie 10−3 mol.

Daugiausia kalcio, patenkančio į žmogaus organizmą su maistu, yra pieno produktuose, likusio kalcio yra mėsoje, žuvyje, kai kuriuose augaliniuose maisto produktuose (ypač gausu ankštiniuose). Absorbcija vyksta tiek storajame, tiek plonajame žarnyne, ją palengvina rūgštinė aplinka, vitaminas D ir vitaminas C, laktozė ir nesočiosios riebalų rūgštys. Svarbus ir magnio vaidmuo kalcio apykaitoje, kurio trūkumas kalcis „išplaunamas“ iš kaulų ir nusėda inkstuose (inkstų akmenyse) ir raumenyse.

Kalcio pasisavinimą neleidžia aspirinas, oksalo rūgštis, estrogenų dariniai. Kartu su oksalo rūgštimi kalcis sudaro vandenyje netirpius junginius, kurie yra inkstų akmenų sudedamosios dalys.

Dėl daugybės procesų, susijusių su kalciu, kalcio kiekis kraujyje yra tiksliai reguliuojamas, o tinkamai maitinantis, jo trūkumas neatsiranda. Ilgai nesilaikant dietos gali atsirasti mėšlungis, sąnarių skausmas, mieguistumas, augimo sutrikimai, vidurių užkietėjimas. Gilesnis trūkumas sukelia nuolatinius raumenų mėšlungį ir osteoporozę. Piktnaudžiavimas kava ir alkoholiu gali būti kalcio trūkumo priežastimi, nes dalis jo išsiskiria su šlapimu.

Per didelės kalcio ir vitamino D dozės gali sukelti hiperkalcemiją, o vėliau intensyvų kaulų ir audinių kalcifikaciją (daugiausia paveikiančią šlapimo sistemą). Ilgai trunkantis perteklius sutrikdo raumenų ir nervų audinių veiklą, padidina kraujo krešėjimą ir sumažina cinko pasisavinimą kaulų ląstelėse. Didžiausia saugi paros dozė suaugusiam žmogui yra 1500–1800 miligramų.

Produktai Kalcis, mg/100 g

Sezamas 783

Dilgėlė 713

Gyslotis didelis 412

Sardinės aliejuje 330

Budros gebenė 289

Šunų erškėtuogė 257

Migdolas 252

Gyslotis lancetiškas. 248

Lazdyno riešutas 226

Vandens rėžiai 214

Sojos pupelės džiovintos 201

Vaikams iki 3 metų - 600 mg.

Vaikai nuo 4 iki 10 metų - 800 mg.

Vaikai nuo 10 iki 13 metų - 1000 mg.

Paaugliams nuo 13 iki 16 metų - 1200 mg.

Jaunimas 16 metų ir vyresnis - 1000 mg.

Suaugusieji nuo 25 iki 50 metų - nuo 800 iki 1200 mg.

Nėščioms ir žindančioms moterims – 1500 – 2000 mg.

Išvada

Kalcis yra vienas gausiausių elementų žemėje. Gamtoje jo labai daug: kalnų grandinės susidaro iš kalcio druskų ir molio uolienos, yra jūros ir upių vandenyje, yra augalų ir gyvūnų organizmų dalis.

Kalcis nuolat supa miestiečius: beveik visose pagrindinėse statybinėse medžiagose – betone, stikle, plytose, cemente, kalkėse – šio elemento yra nemažai.

Natūralu, kad turėdamas tokias chemines savybes kalcio gamtoje laisvo pavidalo negalima rasti. Tačiau kalcio junginiai – tiek natūralūs, tiek dirbtiniai – tapo itin svarbūs.

Bibliografija

1.Redakcija: Knunyants I. L. (vyr. redaktorius) Cheminė enciklopedija: 5 tomai - Maskva: Sovietinė enciklopedija, 1990. - T. 2. - S. 293. - 671 p.

2.Doroninas. N. A. Kaltsy, Goshimizdat, 1962. 191 psl. su iliustracijomis.

.Docenko V.A. - Gydomoji ir profilaktinė mityba. – K. mityba, 2001 - N1-p.21-25

4.Bilezikian J. P. Kalcio ir kaulų metabolizmas // In: K. L. Becker, ed.

5.M.Kh. Karapetyants, S.I. Drakin – Bendroji ir neorganinė chemija, 2000. 592 puslapiai su iliustracijomis.