Sa čime kalcijum može stupiti u interakciju? Hemijska i fizička svojstva kalcija, njegova interakcija s vodom

16.10.2019

Početna / Predavanja 1. godina / Opšte i organska hemija/ Pitanje 23. Kalcijum / 2. Fizička i hemijska svojstva

fizička svojstva. Kalcijum je srebrno-beli savitljivi metal koji se topi na 850 stepeni Celzijusa. C i ključa na 1482 stepena. C. Mnogo je tvrđi od alkalnih metala.

Hemijska svojstva. Kalcijum je aktivan metal. Dakle, u normalnim uslovima, lako stupa u interakciju sa atmosferskim kiseonikom i halogenima:

2 Ca + O2 \u003d 2 CaO (kalcijum oksid);

Ca + Br2 = CaBr2 (kalcijum bromid).

Sa vodonikom, dušikom, sumporom, fosforom, ugljikom i drugim nemetalima, kalcij reagira kada se zagrijava:

Ca + H2 = CaH2 (kalcijum hidrid);

3 Ca + N2 = Ca3N2 (kalcijum nitrid);

Ca + S = CaS (kalcijum sulfid);

3 Ca + 2 P = Ca3P2 (kalcijum fosfid);

Ca + 2 C \u003d CaC2 (kalcijum karbid).

With hladnom vodom kalcij interaguje sporo, a sa vrućim - vrlo energično:

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

Kalcij može manje oduzeti kisik ili halogene iz oksida i halogenida aktivni metali, odnosno ima regenerativna svojstva:

5 Ca + Nb2O5 = CaO + 2 Nb;

1. Biti u prirodi
3. Račun
4. Aplikacija

www.medkurs.ru

Kalcij | vodič Pesticides.ru

Za mnoge ljude, znanje o kalcijumu je ograničeno na činjenicu da je ovaj element neophodan za zdrave kosti i zube. Gdje se to još nalazi, zašto je potrebno i koliko je potrebno, nemaju svi ideju. Međutim, kalcij se nalazi u mnogim jedinjenjima koja su nam poznata, kako prirodnim tako i umjetnim. Kreda i kreč, stalaktiti i stalagmiti pećina, drevni fosili i cement, gips i alabaster, mliječni proizvodi i lijekovi protiv osteoporoze - sve je to i više od toga drugačije visokog sadržaja kalcijum.

Ovaj element je prvi nabavio G. Davy 1808. godine, a u početku se nije koristio vrlo aktivno. Ipak, sada je ovaj metal peti u svijetu po proizvodnji, a potreba za njim je iz godine u godinu sve veća. Glavno područje upotrebe kalcija je proizvodnja građevinskih materijala i mješavina. Međutim, neophodan je za izgradnju ne samo kuća, već i živih ćelija. U ljudskom tijelu, kalcij je dio skeleta, omogućava kontrakcije mišića, osigurava zgrušavanje krvi i reguliše aktivnost brojnih probavni enzimi i obavlja druge prilično brojne funkcije. Nije manje važno za druge žive objekte: životinje, biljke, gljive, pa čak i bakterije. Istovremeno, potreba za kalcijumom je prilično visoka, što ga čini mogućim svrstavanjem u makronutrijent.

Kalcijum (Kalcijum), Ca - hemijski element glavna podgrupa grupe II periodnog sistema Mendeljejeva. Atomski broj - 20. Atomska masa - 40.08.

Kalcijum je zemnoalkalni metal. U slobodnom stanju savitljiv, prilično tvrd, bijeli. Gustina se odnosi na lake metale.

Gustina - 1,54 g / cm3,
Tačka topljenja - +842 ° C,
Tačka ključanja - +1495 ° C.

Kalcijum ima izražena metalna svojstva. U svim jedinjenjima, oksidacijsko stanje je +2.

Na zraku je prekriven slojem oksida; kada se zagrije, gori crvenkastim, svijetlim plamenom. Polako reaguje sa hladnom vodom i brzo istiskuje vodonik iz tople vode i formira hidroksid. Kada reaguje sa vodonikom, formira hidride. Na sobnoj temperaturi reaguje sa azotom i formira nitride. Takođe se lako kombinuje sa halogenima i sumporom, obnavlja metalne okside kada se zagreje.

Kalcijum je jedan od najzastupljenijih elemenata u prirodi. U zemljinoj kori njegov sadržaj je 3% masenog udjela. Javlja se u obliku naslaga krede, krečnjaka, mermera (prirodna sorta kalcijum karbonata CaCO3). U velikim količinama nalaze se naslage gipsa (CaSO4 x 2h3O), fosforita (Ca3 (PO4) 2 i raznih silikata koji sadrže kalcijum.

Voda

. Kalcijumove soli su skoro uvek prisutne u prirodnoj vodi. Od njih je samo gips slabo rastvorljiv u njemu. Sa sadržajem ugljen-dioksida u vodi, kalcijum karbonat prelazi u rastvor u obliku bikarbonata Ca(HCO3)2.

tvrda voda

. Prirodna voda s velikom količinom soli kalcija ili magnezija naziva se tvrda.

mekana voda

. Uz mali sadržaj ovih soli ili njihov nedostatak, voda se naziva mekom.

Tla

. Tla su po pravilu dovoljno opskrbljena kalcijumom. A kako se kalcijum nalazi u većoj masi u vegetativnom dijelu biljaka, njegovo uklanjanje s usjevom je zanemarivo.

Gubici kalcijuma iz tla nastaju kao rezultat njegovog ispiranja padavinama. Ovaj proces zavisi od granulometrijskog sastava zemljišta, padavina, biljnih vrsta, oblika i doza vapna i mineralnih đubriva. U zavisnosti od ovih faktora, gubici kalcijuma iz obradivog sloja kreću se od nekoliko desetina do 200–400 kg/ha ili više.

Sadržaj kalcija u različitim tipovima tla

Podzolična tla sadrže 0,73% (suhe tvari tla) kalcija.

Siva šuma - 0,90% kalcijuma.

Černozemi - 1,44% kalcijuma.

Serozems - 6,04% kalcijuma.

U biljci se kalcij nalazi u obliku fosfata, sulfata, karbonata, u obliku soli pektina i oksalne kiseline. Skoro 65% kalcijuma u biljkama može se ekstrahovati vodom. Ostatak se tretira slabom sirćetnom i hlorovodoničnom kiselinom. Najviše kalcijuma nalazi se u ćelijama koje stare.

Simptomi nedostatka kalcija prema:
kulture	simptomi nedostatka
Opšti simptomi	Izbjeljivanje apikalnog pupoljka; Izbjeljivanje mladog lišća; Vrhovi listova su savijeni prema dolje; Rubovi listova se savijaju;
Krompir	Gornji listovi slabo cvjetaju; Tačka rasta stabljike odumire; Na rubovima listova postoji svijetla pruga, kasnije potamni; Rubovi listova su uvijeni prema gore;
Bijeli kupus i karfiol	Na listovima mladih biljaka, klorotične mrlje (mramoriranje) ili bijele pruge duž rubova; Kod starijih biljaka listovi se uvijaju i na njima se pojavljuju opekotine; Tačka rasta umire
	Završni režnjevi lista odumiru Cvijeće pada; Na plodu se na vrhu pojavljuje tamna mrlja koja se povećava kako plod raste (trulež vrha paradajza)
	Vrhunski pupoljci umiru; Rubovi mladog lišća se omotavaju, kidaju, a zatim odumiru; Gornji dijelovi izdanaka odumiru; Oštećenje vrhova korijena; U pulpi ploda - smeđe mrlje (gorka rupa); Okus voća se pogoršava; Smanjena tržišnost voća

Funkcije kalcijuma

Djelovanje ovog elementa na biljke je višestrano i po pravilu pozitivno. kalcijum:

Poboljšava metabolizam;
Igra važnu ulogu u kretanju ugljikohidrata;
Utječe na metamorfozu dušičnih tvari;
Ubrzava potrošnju rezervnih proteina semena tokom klijanja;
Igra ulogu u procesu fotosinteze;
snažan antagonist drugih kationa, sprječava njihov prekomjerni ulazak u biljna tkiva;
Utiče na fizičko-hemijska svojstva protoplazme (viskoznost, propusnost, itd.), a time i na normalan tok biohemijskih procesa u biljci;
Jedinjenja kalcija sa pektinom spajaju zidove pojedinačnih ćelija;
Utječe na aktivnost enzima.

Treba napomenuti da se djelovanje spojeva kalcija (kreča) na aktivnost enzima izražava ne samo direktnim djelovanjem, već i zbog poboljšanja fizičko-hemijskih svojstava tla i njegovog režima ishrane. Osim toga, kalciranje tla značajno utječe na procese biosinteze vitamina.

Nedostatak (nedostatak) kalcijuma u biljkama

Nedostatak kalcijuma prvenstveno utiče na razvoj korijenskog sistema. Formiranje korijenskih dlačica prestaje na korijenu. Vanjske ćelije korijena su uništene.

Ovaj simptom se manifestira kako nedostatkom kalcija, tako i neravnotežom u hranljivoj otopini, odnosno prevlašću monovalentnih natrijuma, kalija i vodikovih kationa u njemu.

Osim toga, prisustvo nitratnog azota u zemljišnom rastvoru pojačava protok kalcijuma u biljna tkiva, dok ga amonijak smanjuje.

Znaci izgladnjivanja kalcijumom očekuju se kada je sadržaj kalcijuma manji od 20% kapaciteta kationske izmjene tla.

Simptomi. Vizuelno, nedostatak kalcijuma se utvrđuje putem sledeće znakove:

Na korijenu biljaka uočavaju se oštećeni smeđi vrhovi;
Tačka rasta je deformisana i umire;
Cvjetovi, jajnici i pupoljci otpadaju;
Plodovi su oštećeni nekrozom;
Listovi su hlorotični;
Vrhunski pupoljak odumire, a rast stabljike prestaje.

Kupus, lucerka, detelina su veoma osetljivi na prisustvo kalcijuma. Utvrđeno je da ove iste biljke karakterizira i povećana osjetljivost na kiselost tla.

Trovanje mineralnim kalcijumom rezultira intervenalnom hlorozom sa bjelkastim nekrotičnim mrljama. Mogu biti obojene ili imati koncentrične prstenove ispunjene vodom. Neke biljke reaguju na višak kalcija rastom lisnih rozeta, odumiranjem izdanaka i opadanjem lišća. Simptomi su po izgledu slični nedostatku gvožđa i magnezijuma.

Izvor nadoknade kalcijuma u tlu su vapnena gnojiva. Podijeljeni su u tri grupe:

Tvrde vapnenačke stijene;
Meke vapnenačke stijene;
Industrijski otpad sa visokim sadržajem vapna.

Tvrde krečnjačke stijene prema sadržaju CaO i MgO dijele se na:

krečnjaci (55–56% CaO i do 0,9% MgO);
dolomitski krečnjaci (42–55% CaO i do 9% MgO);
dolomiti (32–30% CaO i 18–20% MgO).

Krečnjaci

- osnovna krečna đubriva. Sadrži 75–100% Ca i Mg oksida u smislu CaCO3.

Dolomitizovani krečnjak

. Sadrži 79-100% aktivnog sastojka (a.i.) u smislu CaCO3. Preporučuje se u plodoredu sa krompirom, mahunarkama, lanom, korenastim usjevima, kao i na jako podzolizovanim zemljištima.

Lapor

. Sadrži do 25-15% CaCO3 i nečistoće u obliku gline sa pijeskom do 20-40%. Deluje polako. Preporučuje se za upotrebu na lakim zemljištima.

Kreda

. Sadrži 90–100% CaCO3. Djelovanje je brže nego kod krečnjaka. To je vrijedno krečno gnojivo u fino mljevenom obliku.

spaljeni kreč

(CaO). Sadržaj CaCO3 je preko 70%. Karakterizira se kao jak i brzodjelujući materijal za vapnenje.

Gašeno vapno

(Ca(OH)2). Sadržaj CaCO3 je 35% ili više. Takođe je jako i brzo delujuće krečno đubrivo.

Dolomitno brašno

. Sadržaj CaCO3 i MgCO3 je oko 100%. Sporije u akciji od vapnenačkih tufova. Obično se koristi tamo gde je potreban magnezijum.

krečnjački tufovi

. Sadržaj CaCO3 je 15–96%, nečistoće su do 25% gline i pijeska, 0,1% P2O5. Djelovanje je brže nego kod krečnjaka.

Blato za nuždu (defekacija)

. Sastoji se od CaCO3 i Ca(OH)2. Sadržaj vapna na CaO je do 40%. Prisutan je i azot - 0,5% i P2O5 - 1-2%. Ovo je otpad iz fabrika šećerne repe. Preporučuje se za upotrebu ne samo za smanjenje kiselosti tla, već i u područjima uzgoja repe na černozemskim tlima.

Cikloni pepela iz škriljaca

. Suvi usitnjeni materijal. Sadržaj aktivne supstance je 60-70%. Odnosi se na industrijski otpad.

Prašina iz peći i cementara

. Sadržaj CaCO3 mora biti veći od 60%. U praksi se koristi na farmama koje se nalaze u neposrednoj blizini cementara.

Metalurška šljaka

. Koristi se u regijama Urala i Sibira. Nehigroskopan, lak za prskanje. Mora sadržavati najmanje 80% CaCO3, imati sadržaj vlage ne veći od 2%. Važan je granulometrijski sastav: 70% - manje od 0,25 mm, 90% - manje od 0,5 mm.

organska đubriva. Sadržaj Ca u odnosu na CaCO3 iznosi 0,32–0,40%.

Fosfatno brašno. Sadržaj kalcijuma je 22% CaCO3.

Vapnena gnojiva se ne koriste samo za obezbjeđivanje tla i biljaka kalcijem. Osnovna svrha njihove upotrebe je vapnenje tla. Ovo je metoda hemijske rekultivacije. Usmjeren je na neutralizaciju viška kiselosti tla, poboljšanje njegovih agrofizičkih, agrohemijskih i bioloških svojstava, snabdijevanje biljaka magnezijumom i kalcijumom, mobilizaciju i imobilizaciju makroelemenata i mikroelemenata, stvaranje optimalnih vodno-fizičkih, fizičkih i zračnih uslova za život gajenih biljaka.

Efikasnost krečenja tla

Uporedo sa zadovoljavanjem potreba biljaka za kalcijumom kao elementom mineralne ishrane, vapnenje dovodi do višestrukih pozitivnih promena u zemljištu.

Utjecaj kamenca na svojstva nekih tla

Kalcij podstiče koagulaciju koloida tla i sprječava njihovo ispiranje. To dovodi do lakše obrade tla i poboljšane aeracije.

Kao rezultat kamencanja:

pješčana humusna tla povećavaju svoj kapacitet upijanja vode;
na teškim glinovitim zemljištima formiraju se agregati i grudve tla koji poboljšavaju vodopropusnost.

Konkretno, organske kiseline se neutraliziraju i H-joni se istiskuju iz apsorbirajućeg kompleksa. To dovodi do eliminacije razmjene i smanjenja hidrolitičke kiselosti tla. Istovremeno, dolazi do poboljšanja kationskog sastava apsorbirajućeg kompleksa tla, što nastaje zbog promjene jona vodonika i aluminija u katione kalcija i magnezija. Time se povećava stepen zasićenosti tla bazama i povećava kapacitet upijanja.

Utjecaj kamencanja na snabdijevanje biljaka dušikom

Nakon krečenja, pozitivna agrohemijska svojstva tla i njegova struktura mogu se očuvati nekoliko godina. To doprinosi stvaranju povoljnih uslova za unapređenje korisnih mikrobioloških procesa za mobilizaciju nutrijenata. Pojačava se aktivnost amonifikatora, nitrifikatora, bakterija koje fiksiraju dušik koje slobodno žive u tlu.

Vapnenje pomaže u povećanju reprodukcije kvržičnih bakterija i poboljšanju opskrbe dušikom biljke domaćina. Utvrđeno je da bakterijska đubriva gube svoju efikasnost na kiselim zemljištima.

Utjecaj kamencanja na opskrbu biljaka elementima pepela

Vapnenje doprinosi snabdijevanju biljke elementima pepela, jer se pojačava aktivnost bakterija koje razgrađuju organske fosforne spojeve u tlu i potiču prelazak željeznih i aluminijskih fosfata u kalcijum fosfatne soli dostupne biljkama. Vapnenje kiselih tla poboljšava mikrobiološke i biohemijski procesi, što zauzvrat povećava količinu nitrata, kao i asimilabilnih oblika fosfora i kalijuma.

Utjecaj kamenca na oblike i dostupnost makronutrijenata i elemenata u tragovima

Vapnenjem se povećava količina kalcija, a pri korištenju dolomitnog brašna - magnezija. Istovremeno, toksični oblici mangana i aluminija postaju netopivi i prelaze u precipitirani oblik. Dostupnost elemenata kao što su gvožđe, bakar, cink, mangan opada. Dušik, sumpor, kalijum, kalcijum, magnezijum, fosfor i molibden postaju sve dostupniji.

Utjecaj kamencanja na djelovanje fiziološki kiselih gnojiva

Vapnenje povećava efikasnost fiziološki kiselih mineralnih đubriva, posebno amonijaka i potaše.

Pozitivan učinak fiziološki kiselih gnojiva blijedi bez vapna, a s vremenom se može pretvoriti u negativan. Dakle, na gnojenim mjestima prinosi su čak i manji nego na neđubrenim. Kombinacija kamencanja sa upotrebom đubriva povećava njihovu efikasnost za 25-50%.

Kačenjem se aktiviraju enzimski procesi u tlu, koji posredno ocjenjuju njegovu plodnost.

Sastavio: Grigorovskaya P.I.

Stranica dodana: 13.12.05. 00:40

Posljednje ažurirano: 22.05.14 16:25

Književni izvori:

Glinka N.L. Opća hemija. Udžbenik za univerzitete. Izdavač: L: Hemija, 1985, str.731

Mineev V.G. Agrohemija: Udžbenik - 2. izdanje, prerađeno i dopunjeno - M.: Izdavačka kuća MGU, Izdavačka kuća KolosS, 2004. - 720 str., L. ill.: ill. – (Klasični univerzitetski udžbenik).

Petrov B.A., Seliverstov N.F. Mineralna ishrana biljaka. Referentni priručnik za studente i baštovane. Jekaterinburg, 1998. 79 str.

Enciklopedija za djecu. Tom 17. Hemija. / Head. ed. V.A. Volodin. - M.: Avanta +, 2000. - 640 str., ilustr.

Yagodin B.A., Žukov Yu.P., Kobzarenko V.I. Agrohemija / Uredio B.A. Jagodina - M.: Kolos, 2002. - 584 str.: mulj (Udžbenici i nastavna sredstva za studente visokoškolskih ustanova).

Slike (remasterirane):

20 Ca kalcijuma, pod licencom CC BY

Nedostatak kalcijuma u pšenici, CIMMYT, licenciran pod CC BY-NC-SA

www.pesticidy.ru

Kalcijum i njegova uloga za čovečanstvo - Hemija

Kalcijum i njegova uloga za čovečanstvo

Uvod

Biti u prirodi

Potvrda

Fizička svojstva

Hemijska svojstva

Upotreba spojeva kalcijuma

Biološka uloga

Zaključak

Bibliografija

Uvod

Kalcijum je element glavne podgrupe druge grupe, četvrtog perioda periodnog sistema hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva, sa atomskim brojem 20. Označava se simbolom Ca (lat. Kalcijum). Jednostavna supstanca kalcijum (CAS broj: 7440-70-2) je meki, reaktivni zemnoalkalni metal, srebrnast bijele boje.

Uprkos sveprisutnosti elementa #20, čak ni hemičari nisu vidjeli elementarni kalcij. Ali ovaj metal, i izvana i po ponašanju, potpuno se razlikuje od alkalnih metala, kontakt s kojima je prepun opasnosti od požara i opekotina. Može se bezbedno čuvati na vazduhu, ne pali se od vode. Mehanička svojstva elementarni kalcij ga ne čini "crnom ovcom" u porodici metala: kalcijum nadmašuje mnoge od njih po snazi i tvrdoći; može se okretati na strugu, uvlačiti u žicu, kovati, presovati.

A ipak, kao konstrukcijski materijal elementarni kalcij se gotovo nikada ne koristi. Previše je aktivan za to. Kalcijum lako reaguje sa kiseonikom, sumporom, halogenima. Čak i sa azotom i vodonikom, pod određenim uslovima, reaguje. Okolina ugljikovih oksida, inertna za većinu metala, agresivna je za kalcij. Gori u atmosferi CO i CO2.

Istorijat i porijeklo imena

Naziv elementa dolazi od lat. calx (u genitivu calcis) -- "kreč", "meki kamen". Predložio ga je engleski hemičar Humphrey Davy, koji je 1808. godine izolovao metalni kalcij elektrolitičkom metodom. Davy je elektrolizirao mješavinu vlažnog gašenog vapna sa živinim oksidom HgO na platinskoj ploči, koja je bila anoda. Kao katoda služila je platinska žica uronjena u tečnu živu. Kao rezultat elektrolize, dobijen je kalcijum amalgam. Otjeravši iz njega živu, Davy je primio metal nazvan kalcijum.

Jedinjenja kalcijuma - krečnjak, mermer, gips (kao i kreč - proizvod sagorevanja krečnjaka) koriste se u građevinarstvu pre nekoliko milenijuma. Sve do kraja 18. veka, hemičari su smatrali da je kreč jednostavno telo. A. Lavoisier je 1789. godine sugerirao da su vapno, magnezijum, barit, glinica i silicijum kompleksne supstance.

Biti u prirodi

Zbog visoke hemijske aktivnosti kalcijum u slobodnom obliku u prirodi nije pronađen.

Kalcijum čini 3,38% mase zemljine kore (5. mesto po obilju posle kiseonika, silicijuma, aluminijuma i gvožđa).

Izotopi. Kalcijum se u prirodi javlja u obliku mešavine šest izotopa: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca i 48Ca, među kojima je najčešći – 40Ca – 96,97%.

Od šest prirodnih izotopa kalcijuma, pet je stabilno. Nedavno je otkriveno da šesti izotop 48Ca, najteži od šest i veoma rijedak (njegova izotopska zastupljenost je samo 0,187%), podliježe dvostrukom beta raspadu s poluživotom od 5,3×1019 godina.

AT stijene oh i minerali. Najveći dio kalcija sadržan je u sastavu silikata i aluminosilikata raznih stijena (granita, gnajsa, itd.), posebno u feldspatu - anortitu Ca.

U obliku sedimentnih stijena, spojevi kalcija su predstavljeni kredom i krečnjakom, koji se uglavnom sastoje od minerala kalcita (CaCO3). Kristalni oblik kalcita, mramora, mnogo je rjeđi u prirodi.

Prilično su rasprostranjeni minerali kalcijuma kao što su kalcit CaCO3, anhidrit CaSO4, alabaster CaSO4 0,5h3O i gips CaSO4 2h3O, fluorit CaF2, apatiti Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), dolomit MgCO3 CaCO3. Prisustvo soli kalcijuma i magnezija u prirodnoj vodi određuje njenu tvrdoću.

Kalcijum, koji snažno migrira u zemljinoj kori i akumulira se u različitim geohemijskim sistemima, formira 385 minerala (četvrti po broju minerala).

Migracije u zemljinoj kori. U prirodnoj migraciji kalcija, značajnu ulogu igra "karbonatna ravnoteža", povezana s reverzibilnom reakcijom interakcije kalcijevog karbonata s vodom i ugljičnim dioksidom s stvaranjem rastvorljivog bikarbonata:

CaCO3 + h3O + CO2 - Ca (HCO3) 2 - Ca2+ + 2HCO3-

(ravnoteža se pomiče lijevo ili desno ovisno o koncentraciji ugljičnog dioksida).

biogene migracije. U biosferi se spojevi kalcija nalaze u gotovo svim životinjama i biljnih tkiva(vidi i ispod). Značajna količina kalcija je dio živih organizama. Dakle, hidroksiapatit Ca5 (PO4) 3OH, ili, u drugoj notaciji, 3Ca3 (PO4) 2 Ca (OH) 2 je osnova koštanog tkiva kralježnjaci, uključujući ljude; ljuske i ljuske mnogih beskičmenjaka, ljuske jaja i dr. sastoje se od kalcijum karbonata CaCO3.U živim tkivima ljudi i životinja 1,4-2% Ca (po masenom udjelu); u ljudskom tijelu težine 70 kg, sadržaj kalcija je oko 1,7 kg (uglavnom u sastavu međućelijska supstanca koštano tkivo).

Potvrda

Slobodni metalni kalcij se dobija elektrolizom taline koja se sastoji od CaCl2 (75-80%) i KCl ili od CaCl2 i CaF2, kao i aluminotermnom redukcijom CaO na 1170-1200 °C:

4CaO + 2Al = CaAl2O4 + 3Ca.

Fizička svojstva

Metalni kalcijum postoji u dvije alotropske modifikacije. Do 443 °C, stabilan?-Ca sa kubičnom rešetkom usredsređenom na lice (parametar a = 0,558 nm), iznad stabilnog?-Ca sa kubičnom telesno centriranom rešetkom tipa?-Fe (parametar a = 0,448 nm) . Standardna entalpija?H0 prijelaz? > ? iznosi 0,93 kJ/mol.

Hemijska svojstva

Kalcijum je tipičan zemnoalkalni metal. Hemijska aktivnost kalcijuma je visoka, ali niža od svih ostalih zemnoalkalnih metala. Lako reaguje sa kiseonikom, ugljen-dioksidom i vlagom u vazduhu, zbog čega je površina metalnog kalcijuma obično mutno siva, pa se u laboratoriji kalcijum obično skladišti, kao i drugi zemnoalkalni metali, u čvrstom stanju. zatvorena tegla ispod sloja kerozina ili tečnog parafina.

U nizu standardnih potencijala, kalcijum se nalazi lijevo od vodonika. Standardni elektrodni potencijal Ca2+/Ca0 para je ?2,84 V, tako da kalcijum aktivno reaguje sa vodom, ali bez paljenja:

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

Sa aktivnim nemetalima (kiseonik, hlor, brom), kalcij reaguje pod normalnim uslovima:

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

Kada se zagrije na zraku ili kisiku, kalcij se zapali. Sa manje aktivnim nemetalima (vodikom, borom, ugljikom, silicijumom, dušikom, fosforom i drugim), kalcij stupa u interakciju kada se zagrijava, na primjer:

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

3Ca + N2 = Ca3N2, Ca + 2C = CaC2,

3Ca + 2P = Ca3P2 (

kalcijum fosfid), poznati su i kalcijum fosfidi sastava CaP i CaP5;

2Ca + Si = Ca2Si

(kalcijum silicid), poznati su i kalcijum silicidi sastava CaSi, Ca3Si4 i CaSi2.

Tijek gore navedenih reakcija u pravilu je praćen oslobađanjem velike količine topline (odnosno, ove reakcije su egzotermne). U svim jedinjenjima sa nemetalima, oksidaciono stanje kalcijuma je +2. Većina spojeva kalcija s nemetalima lako se razgrađuje vodom, na primjer:

CaH2 + 2H2O \u003d Ca (OH) 2 + 2H2 ^,

Ca3N2 + 3H2O = 3Ca(OH)2 + 2Nh4^.

Ca2+ jon je bezbojan. Kada se u plamen dodaju rastvorljive soli kalcijuma, plamen postaje cigleno crven.

Kalcijumove soli kao što su CaCl2 hlorid, CaBr2 bromid, CaI2 jodid i Ca(NO3)2 nitrat su visoko rastvorljive u vodi. CaF2 fluorid, CaCO3 karbonat, CaSO4 sulfat, Ca3(PO4)2 ortofosfat, CaC2O4 oksalat i neki drugi su nerastvorljivi u vodi.

Od velikog značaja je činjenica da je, za razliku od kalcijum karbonata CaCO3, kiseli kalcijum karbonat (hidrokarbonat) Ca(HCO3)2 rastvorljiv u vodi. U prirodi to dovodi do sljedećih procesa. Kada hladna kišnica ili riječna voda, zasićena ugljičnim dioksidom, prodre pod zemlju i padne na krečnjake, uočava se njihovo otapanje:

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

Na istim mjestima gdje voda zasićena kalcijum bikarbonatom izlazi na površinu zemlje i zagrijava se sunčeve zrake, dešava se obrnuta reakcija:

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

Dakle, u prirodi postoji prijenos velikih masa tvari. Kao rezultat toga, pod zemljom se mogu formirati ogromne praznine, a u pećinama se stvaraju prekrasne kamene "leđice" - stalaktiti i stalagmiti.

Prisustvo rastvorenog kalcijum bikarbonata u vodi u velikoj meri određuje privremenu tvrdoću vode. Naziva se privremenim jer kada se voda prokuva, bikarbonat se razgrađuje, a CaCO3 taloži. Ovaj fenomen dovodi, na primjer, do činjenice da se kamenac stvara u kotliću s vremenom.

Primjena metalnog kalcija

Glavna upotreba metalnog kalcija je kao redukciono sredstvo u proizvodnji metala, posebno nikla, bakra i nerđajućeg čelika. Kalcijum i njegov hidrid se takođe koriste za dobijanje teško povrativih metala kao što su hrom, torijum i uranijum. Legure kalcijuma sa olovom koriste se u baterijama i legurama ležajeva. Granule kalcijuma se također koriste za uklanjanje tragova zraka iz elektrovakuum uređaja.

Metalthermy

Čisti metalni kalcij se široko koristi u metalotermiji za dobivanje rijetkih metala.

Legiranje

Čisti kalcij se koristi za legiranje olova, koje se koristi za proizvodnju ploča akumulatora, starter olovnih baterija s malim samopražnjenjem koje ne zahtijevaju održavanje. Takođe, metalni kalcij se koristi za proizvodnju visokokvalitetnih kalcijumskih babbita BKA.

Nuklearna fuzija

Izotop 48Ca je najefikasniji i naširoko korišten materijal za proizvodnju superteških elemenata i otkrivanje novih elemenata u periodnom sistemu. Na primjer, u slučaju korištenja 48Ca jona za proizvodnju superteških elemenata u akceleratorima, jezgra ovih elemenata se formiraju stotine i hiljade puta efikasnije nego kada se koriste drugi "projektili" (joni).

Upotreba spojeva kalcijuma

kalcijum hidrid. Zagrevanjem kalcijuma u atmosferi vodika dobija se Cah3 (kalcijum hidrid) koji se koristi u metalurgiji (metalotermija) i u proizvodnji vodonika na terenu.

Optički i laserski materijali Kalcijum fluorid (fluorit) se koristi u obliku monokristala u optici (astronomski objektivi, sočiva, prizme) i kao laserski materijal. Kalcijum volframat (šeelit) u obliku monokristala se koristi u laserskoj tehnologiji, a takođe i kao scintilator.

kalcijum karbida. Kalcijum karbid CaC2 se široko koristi za dobijanje acetilena i redukciju metala, kao i u proizvodnji kalcijum cijanamida (zagrevanjem kalcijum karbida u azotu na 1200°C, reakcija je egzotermna, odvija se u pećima na cijanamidu).

Hemijski izvori struje. Kalcij, kao i njegove legure s aluminijem i magnezijem, koriste se u rezervnim termalnim električnim baterijama kao anoda (na primjer, kalcij-kromatni element). Kalcijum hromat se koristi u takvim baterijama kao katoda. Karakteristika ovakvih baterija je izuzetno dug vek trajanja (decenijama) u upotrebljivom stanju, mogućnost rada u bilo kojim uslovima (prostor, visoki pritisci), visoka specifična energija po težini i zapremini. Nedostatak je kratko trajanje. Takve se baterije koriste tamo gdje je potrebno za kratko vrijeme stvoriti ogromnu električnu snagu ( balističkih projektila, neke svemirske letjelice, itd.).

Vatrostalni materijali. Kalcijum oksid, kako u slobodnom obliku, tako i kao deo keramičkih mešavina, koristi se u proizvodnji vatrostalnih materijala.

Lijekovi. Jedinjenja kalcijuma se široko koriste kao antihistaminici.

Kalcijum hlorid

Kalcijum glukonat

kalcijum glicerofosfat

Osim toga, kalcijeva jedinjenja se uvode u sastav preparata za prevenciju osteoporoze, u vitaminski kompleksi za trudnice i starije osobe.

Biološka uloga

Kalcijum je uobičajen makronutrijent u biljkama, životinjama i ljudima. Kod ljudi i drugih kralježnjaka, većina se nalazi u skeletu i zubima u obliku fosfata. Od razne forme kalcijum karbonat (kreč) su skeleti većine grupa beskičmenjaka (spužve, koralni polipi, školjke, itd.). Kalcijumovi joni su uključeni u procese zgrušavanja krvi, kao i u održavanju konstantnog osmotskog pritiska krvi. Kalcijumovi joni takođe služe kao jedan od univerzalnih sekundarnih glasnika i regulišu niz intracelularnih procesa - mišićna kontrakcija, egzocitoza, uključujući lučenje hormona i neurotransmitera itd. Koncentracija kalcijuma u citoplazmi ljudskih ćelija je oko 10-7 mol, u međućelijskim tečnostima oko 10-3 mol.

Potreba za kalcijumom zavisi od starosti. Za odrasle potrebna dnevna doza je od 800 do 1000 miligrama (mg), a za djecu od 600 do 900 mg, što je za djecu veoma važno zbog intenzivnog rasta skeleta. Najveći dio kalcija koji s hranom ulazi u ljudski organizam nalazi se u mliječnim proizvodima, ostatak kalcijuma nalazi se u mesu, ribi i nekim biljnim namirnicama (posebno su bogate mahunarke). Apsorpcija se odvija i u debelom i u tankom crijevu i olakšava se kisela sredina, vitamin D i vitamin C, laktoza, nezasićene masne kiseline. Važna je i uloga magnezijuma u metabolizmu kalcijuma, jer se njegovim nedostatkom kalcij „ispire“ iz kostiju i deponuje u bubrezima (kamen u bubrezima) i mišićima.

Asimilaciju kalcijuma sprečavaju aspirin, oksalna kiselina, derivati estrogena. U kombinaciji sa oksalnom kiselinom, kalcij daje u vodi netopiva jedinjenja koja su sastavni deo bubrežnih kamenaca.

Sadržaj kalcija u krvi, zbog velikog broja procesa povezanih s njim, precizno je reguliran, a kada pravilnu ishranu nema nestašice. Dugotrajno izostanak s ishrane može uzrokovati grčeve, bolove u zglobovima, pospanost, poremećaje u rastu i zatvor. Dublji nedostatak dovodi do trajnih grčeva mišića i osteoporoze. Zloupotreba kafe i alkohola mogu biti uzroci nedostatka kalcijuma, jer se dio izlučuje urinom.

Prevelike doze kalcijuma i vitamina D mogu uzrokovati hiperkalcemiju, praćenu intenzivnom kalcizacijom kostiju i tkiva (uglavnom zahvaćajući urinarni sistem). Produženi višak narušava rad mišićnog i nervnog tkiva, povećava zgrušavanje krvi i smanjuje apsorpciju cinka od strane koštanih stanica. Maksimalna dnevna sigurna doza za odraslu osobu je 1500 do 1800 miligrama.

Proizvodi Kalcijum, mg/100 g

Susam 783

Kopriva 713

Sljezova šuma 505

Plantain veliki 412

Galinsoga 372

Sardine u ulju 330

Budra bršljan 289

Šipak 257

Badem 252

Plantain lanceolate. 248

lješnjak 226

Seme amaranta 214

Potočarka 214

Zrna soje suhe 201

Djeca do 3 godine - 600 mg.

Djeca od 4 do 10 godina - 800 mg.

Djeca od 10 do 13 godina - 1000 mg.

Adolescenti od 13 do 16 godina - 1200 mg.

Mladi 16 i stariji - 1000 mg.

Odrasli od 25 do 50 godina - 800 do 1200 mg.

Trudnice i dojilje - 1500 do 2000 mg.

Zaključak

Kalcijum je jedan od najzastupljenijih elemenata na zemlji. U prirodi ga ima dosta: planinski lanci i glinene stijene nastaju od kalcijevih soli, nalazi se u morskoj i riječnoj vodi, dio je biljnih i životinjskih organizama.

Kalcij stalno okružuje građane: gotovo svi glavni građevinski materijali - beton, staklo, cigla, cement, vapno - sadrže ovaj element u značajnim količinama.

Naravno, imajući takva hemijska svojstva, kalcijum se ne može naći u prirodi u slobodnom stanju. Ali spojevi kalcija - i prirodni i umjetni - postali su od najveće važnosti.

Bibliografija

1. Uredništvo: Knunyants I. L. (glavni urednik) Hemijska enciklopedija: u 5 tomova - Moskva: Sovjetska enciklopedija, 1990. - T. 2. - S. 293. - 671 str.

2. Doronin. N. A. Kaltsy, Goshimizdat, 1962. 191 stranica sa ilustracijama.

3. Dotsenko VA. - Terapeutska i preventivna ishrana. - Q. ishrana, 2001 - N1-str.21-25

4. Bilezikian J. P. Kalcij i metabolizam kostiju // U: K. L. Becker, ur.

www.e-ng.ru

svet nauke

Kalcijum je metalni element glavne podgrupe II grupe 4 perioda periodnog sistema hemijskih elemenata. Pripada porodici zemnoalkalnih metala. Vanjski energetski nivo atoma kalcija sadrži 2 uparena s-elektrona

Koje je u stanju dati energetski tokom hemijskih interakcija. Dakle, kalcijum je redukcioni agens i u svojim jedinjenjima ima oksidaciono stanje +2. U prirodi se kalcijum javlja samo u obliku soli. Maseni udio kalcijuma u zemljinoj kori iznosi 3,6%. Glavni prirodni mineral kalcijuma je kalcit CaCO3 i njegove vrste - krečnjak, kreda, mermer. Postoje i živi organizmi (na primjer, koralji), čija se okosnica sastoji uglavnom od kalcijum karbonata. Takođe važni minerali kalcijuma su dolomit CaCO3 MgCO3, fluorit CaF2, gips CaSO4 2h3O, apatit, feldspat itd. Kalcijum igra važnu ulogu u životu živih organizama. Maseni udio kalcijuma u ljudsko tijelo iznosi 1,4-2%. Ulazi u sastav zuba, kostiju, drugih tkiva i organa, učestvuje u procesu zgrušavanja krvi, stimuliše rad srca. Da bi organizam obezbedio dovoljnu količinu kalcijuma, imperativ je konzumiranje mleka i mlečnih proizvoda, zelenog povrća, ribe.Prosta supstanca kalcijum je tipičan srebrno-beli metal. Prilično je tvrd, plastičan, ima gustinu 1,54 g/cm3 i tačku topljenja 842? C. Hemijski, kalcijum je veoma aktivan. U normalnim uslovima lako stupa u interakciju sa kiseonikom i vlagom u vazduhu, pa se skladišti u hermetički zatvorenim posudama. Kada se zagreje na vazduhu, kalcijum se zapali i formira oksid: 2Ca + O2 = 2CaO.Kalcijum reaguje sa hlorom i bromom kada se zagreje, a sa fluorom čak i na hladnom. Produkti ovih reakcija su odgovarajući halogenidi, na primjer: Ca + Cl2 = CaCl2 Kada se kalcij zagrije sa sumporom, nastaje kalcijum sulfid: Ca + S = CaS. Kalcijum može reagirati i sa drugim nemetalima. Interakcija sa vodom dovodi do stvaranja slabo rastvorljivog kalcijum hidroksida i evolucije gasovitog vodonika : Ca + 2h3O = Ca (OH) 2 + h3 Metalni kalcijum se široko koristi. Koristi se kao rozkisnik u proizvodnji čelika i legura, kao redukciono sredstvo za proizvodnju nekih vatrostalnih metala.

Kalcijum se dobija elektrolizom taline kalcijum hlorida. Tako je kalcijum prvi put nabavio 1808. Humphry Davy.

worldofscience.ru

Koštani skelet se sastoji od njega, ali tijelo nije u stanju samostalno proizvesti taj element. Radi se o kalcijumu. Odrasle žene i muškarci trebaju unositi najmanje 800 miligrama zemnoalkalnih metala dnevno. Moguće ga je ekstrahovati iz ovsenih pahuljica, lješnjaka, mlijeka, ječmene krupice, pavlake, pasulja, badema.

Kalcijum nalazi se u grašku, senfu, svježem siru. Istina, ako ih kombinirate sa slatkišima, kafom, kolu i hranom bogatom oksalnom kiselinom, svarljivost elementa opada.

Gastrična sredina postaje alkalna, kalcijum se hvata u nerastvorljiv i izlučuje iz organizma. Kosti i zubi počinju da se raspadaju. Šta je to sa elementom, budući da je postao jedan od najvažnijih za živa bića, i da li postoji upotreba supstance izvan njihovih organizama?

Hemijska i fizička svojstva kalcijuma

AT periodični sistem element je rangiran na 20. mjestu. Nalazi se u glavnoj podgrupi 2. grupe. Period kojem pripada kalcijum je 4. To znači da atom materije ima 4 elektronska nivoa. Imaju 20 elektrona, što je označeno atomskim brojem elementa. To takođe svedoči o njegovom naboju - +20.

kalcijuma u organizmu, kao i u prirodi, je zemnoalkalni metal. To znači da je u svom čistom obliku element srebrno-bijel, sjajan i lagan. Tvrdoća zemnoalkalnih metala je veća od tvrdoće alkalnih metala.

Indeks kalcijuma je oko 3 boda prema. Gips, na primjer, ima istu tvrdoću. 20. element se reže nožem, ali mnogo teže nego bilo koji od jednostavnih alkalnih metala.

Šta znači naziv "zemlja alkalna"? Tako su alhemičari nazvali kalcij i druge metale njegove grupe. Okside elemenata su nazvali zemlja. Oksidi supstanci grupe kalcijuma učiniti vodu alkalnom.

Međutim, radijum, barijum, kao i 20. element, nalaze se ne samo u kombinaciji sa kiseonikom. U prirodi postoji mnogo kalcijevih soli. Najpoznatiji od njih je mineral kalcit. Ugljenični oblik metala je ozloglašena kreda, krečnjak i gips. Svaki od njih jeste kalcijum karbonat.

Dvadeseti element takođe ima isparljiva jedinjenja. Oni boje plamen narandžasto-crveno, što postaje jedan od markera za identifikaciju supstanci.

Svi zemnoalkalni metali lako sagorevaju. Dovoljno je da kalcijum reaguje sa kiseonikom normalnim uslovima. Samo u prirodi, element se ne pojavljuje u svom čistom obliku, samo u spojevima.

Kalcijum oksi- film koji prekriva metal, ako je u vazduhu. Premaz je žućkast. Sadrži ne samo standardne okside, već i perokside, nitride. Ako kalcij nije izložen zraku, već vodi, istisnut će vodonik iz njega.

Istovremeno, talog kalcijum hidroksid. Ostaci čistog metala isplivaju na površinu, gurnuti mjehurićima vodonika. Ista shema radi sa kiselinama. Sa hlorovodoničnom kiselinom, na primjer, taloži se kalcijum hlorid i oslobađa se vodonik.

Neke reakcije zahtijevaju povišene temperature. Ako dođe do 842 stepena, kalcijum može rastopiti. Na 1484 na Celzijusovoj skali, metal ključa.

rastvor kalcijuma, kao čisti element, dobro provodi toplotu i struja. Ali, ako je supstanca veoma vruća, metalna svojstva se gube. Odnosno, nema ih ni rastopljeni ni gasoviti kalcij.

U ljudskom tijelu, element je predstavljen i čvrstim i tekućim agregacijskim stanjima. Omekšao kalcijum vode, koji je prisutan u, lakše se prenosi. Izvan kostiju je samo 1% 20. supstance.

Međutim, njegov transport kroz tkiva igra važnu ulogu. Kalcij u krvi regulira kontrakciju mišića, uključujući srčani mišić, održava normalan krvni tlak.

Primena kalcijuma

U svom čistom obliku, metal se koristi u. Oni idu na baterijske mreže. Prisustvo kalcijuma u leguri smanjuje samopražnjenje baterija za 10-13%. Ovo je posebno važno za stacionarne modele. Ležajevi su takođe napravljeni od mešavine olova i 20. elementa. Jedna od legura naziva se ležaj.

Na slici su namirnice bogate kalcijumom.

Zemnoalkalni metal se dodaje čeliku kako bi se legura pročistila od nečistoća sumpora. Redukciona svojstva kalcijuma su takođe korisna u proizvodnji uranijuma, hroma, cezijuma, rubidijuma,.

Kakav kalcijum koristi se u crnoj metalurgiji? Sve isto čisto. Razlika je u namjeni elementa. Sada, on igra ulogu. To je aditiv legurama koji smanjuje temperaturu njihovog nastanka i olakšava odvajanje troske. granule kalcijuma zaspati u elektrovakuum uređajima kako bi se uklonili tragovi zraka iz njih.

48. izotop kalcijuma je tražen u nuklearnim preduzećima. Tamo se proizvode superteški elementi. Sirovine se dobijaju u nuklearnim akceleratorima. Raspršite ih uz pomoć jona - svojevrsnih projektila. Ako Ca48 igra u njihovoj ulozi, efikasnost sinteze se povećava stotinama puta u poređenju sa upotrebom jona drugih supstanci.

U optici se 20. element već vrednuje kao jedinjenja. Fluorid i kalcijum volframat postaju sočiva, objektivi i prizme astronomski instrumenti. Minerali se takođe nalaze u laserskoj tehnologiji.

Geolozi kalcijum fluorid nazivaju fluoritom, a vulframid - šeetom. Za optičku industriju biraju se njihovi monokristali, odnosno odvojeni, veliki agregati sa kontinuiranom rešetkom i jasnim oblikom.

U medicini također propisuju ne čisti metal, već tvari na njegovoj osnovi. Tijelo ih lakše apsorbira. Kalcijum glukonat- najjeftiniji lijek koji se koristi za osteoporozu. droga" Kalcijum Magnezijum"propisuje se adolescentima, trudnicama i starijim osobama.

Potrebni su im dodaci prehrani kako bi osigurali povećanu potrebu organizma za 20. elementom, kako bi izbjegli razvojne patologije. Reguliše metabolizam kalcijum-fosfora "kalcijum D3". "D3" u nazivu proizvoda označava prisustvo vitamina D u njemu. Rijedak je, ali neophodan za punu apsorpciju kalcijum.

Uputstvo to "kalcijum nycomed3" označava da lijek pripada farmaceutskim formulacijama kombiniranog djelovanja. Isto se govori o kalcijum hlorid. Ne samo da nadoknađuje nedostatak 20. elementa, već i spašava od intoksikacije, a također je u stanju zamijeniti krvnu plazmu. U nekim patološkim stanjima to može biti neophodno.

U apotekama lijek " Kalcijum je kiselina askorbinska". Takav duet se propisuje tokom trudnoće, tokom dojenja. Tinejdžerima je takođe potreban dodatak.

Ekstrakcija kalcijuma

kalcijum u hrani, minerali, spojevi, poznati čovječanstvu od davnina. U svom čistom obliku, metal je izolovan tek 1808. Sreća je favorizovala Hamfrija Dejvija. Engleski fizičar ekstrahovao je kalcijum elektrolizom rastopljenih soli elementa. Ova metoda se koristi i danas.

Međutim, industrijalci češće pribjegavaju drugoj metodi, otkrivenoj nakon Humphreyjevog istraživanja. Kalcijum se redukuje iz njegovog oksida. Reakcija se ponekad pokreće prahom. Interakcija se odvija u uslovima vakuuma na povišene temperature. Kalcijum je prvi put na ovaj način izolovan sredinom prošlog veka, u SAD.

Cijena kalcijuma

Malo je proizvođača metalnog kalcijuma. Dakle, u Rusiji se Chapetsky uglavnom bavi isporukom mehaničko postrojenje. Nalazi se u Udmurtiji. Preduzeće se bavi trgovinom granulama, strugotinama i komadima metala. Cijena tone sirovina je oko 1.500 dolara.

Proizvod nude i neke hemijske laboratorije, na primer, Rusko hemičarsko društvo. Na kraju, nudi 100 grama kalcijum. Recenzije svjedoče da se radi o prahu pod uljem. Cijena jednog paketa je 320 rubalja.

Osim ponuda za kupovinu pravog kalcijuma, na internetu se prodaju i poslovni planovi za njegovu proizvodnju. Za oko 70 stranica teoretskih proračuna traže oko 200 rubalja. Većina planova je izrađena 2015. godine, odnosno još nisu izgubili na aktuelnosti.

DEFINICIJA

Kalcijum- dvadeseti element periodnog sistema. Oznaka - Ca od latinskog "kalcijum". Smješten u četvrtom periodu, IIA grupa. Odnosi se na metale. Punjenje jezgra je 20.

Kalcijum je jedan od najzastupljenijih elemenata u prirodi. Sadrži približno 3% (masenih) u zemljinoj kori. Javlja se kao brojne naslage krečnjaka i krede, kao i mermera, koji su prirodne varijante kalcijum karbonata CaCO 3 . AT velike količine tu su i gips CaSO 4 × 2H 2 O, fosforit Ca 3 (PO 4) 2 i, konačno, razni silikati koji sadrže kalcij.

As jednostavna supstanca kalcijum je savitljiv, prilično tvrd bijeli metal (slika 1). Na zraku se brzo prekriva slojem oksida, a kada se zagrije, gori svijetlim crvenkastim plamenom. Kalcijum reaguje relativno sporo sa hladnom vodom, ali iz vruća voda brzo istiskuje vodonik, formirajući hidroksid.

Rice. 1. Kalcijum. Izgled.

Atomska i molekularna težina kalcijuma

Relativna molekulska težina supstance (M r) je broj koji pokazuje koliko je puta masa date molekule veća od 1/12 mase atoma ugljika, a relativna atomska masa element (A r) - koliko je puta prosječna masa atoma nekog kemijskog elementa veća od 1/12 mase atoma ugljika.

Budući da u slobodnom stanju kalcij postoji u obliku monoatomskih molekula Ca, vrijednosti njegove atomske i molekularne mase su iste. One su jednake 40,078.

Izotopi kalcijuma

Poznato je da se u prirodi kalcijum može naći u obliku četiri stabilna izotopa 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca i 48Ca, sa jasnom prevlašću izotopa 40Ca (99,97%). Njihovi maseni brojevi su 40, 42, 43, 44, 46 i 48, respektivno. Jezgro atoma izotopa kalcija 40 Ca sadrži dvadeset protona i dvadeset neutrona, a preostali izotopi se od njega razlikuju samo po broju neutrona.

Postoje umjetni izotopi kalcija sa maseni brojevi od 34 do 57, među kojima je najstabilniji 41 Ca sa vremenom poluraspada od 102 hiljade godina.

Kalcijumovi joni

Na vanjskom energetskom nivou atoma kalcija, postoje dva elektrona koji su valentni:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 .

Kao rezultat hemijske interakcije, kalcijum odustaje od svojih valentnih elektrona, tj. je njihov donor, i pretvara se u pozitivno nabijeni ion:

Ca 0 -2e → Ca 2+.

Molekul i atom kalcijuma

U slobodnom stanju, kalcijum postoji u obliku monoatomskih molekula Ca. Evo nekih svojstava koja karakteriziraju atom i molekulu kalcija:

legura kalcijuma

Kalcijum služi kao legirajuća komponenta nekih legura olova.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježba

Napišite jednadžbe reakcije koje se mogu koristiti za izvođenje sljedećih transformacija:

Ca → Ca(OH) 2 → CaCO 3 → Ca(HCO 3) 2.

Odgovori

Otapanjem kalcijuma u vodi možete dobiti zamućeni rastvor jedinjenja poznatog kao "vapneno mleko" - kalcijum hidroksida:

Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2.

Propuštanjem ugljen-dioksida kroz rastvor kalcijum hidroksida dobijamo kalcijum karbonat:

2Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O.

Dodavanjem vode u kalcijum karbonat i nastavljanjem propuštanja ugljičnog dioksida kroz ovu smjesu, dobijamo kalcijum bikarbonat:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 → Ca(HCO 3) 2.

Kalcijum(Kalcijum), Ca, hemijski element grupe II periodnog sistema Mendeljejeva, atomski broj 20, atomska masa 40,08; srebrno-bijeli laki metal. Prirodni element je mješavina šest stabilnih izotopa: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca i 48 Ca, od kojih je 40 Ca najčešći (96,97%).

Jedinjenja Ca - krečnjak, mermer, gips (kao i kreč - proizvod sagorevanja krečnjaka) koriste se u građevinarstvu od davnina. Sve do kraja 18. veka hemičari su smatrali da je kreč jednostavna supstanca. A. Lavoisier je 1789. godine sugerirao da su vapno, magnezijum, barit, glinica i silicijum kompleksne supstance. Godine 1808. G. Davy je, podvrgavajući elektrolizi sa živinom katodom mješavinu vlažnog gašenog vapna sa živinim oksidom, pripremio amalgam Ca, i nakon što je izbacio živu iz njega, dobio je metal nazvan "Kalcij" (od latinskog calx , rod case calcis - kreč) .

Rasprostranjenost kalcijuma u prirodi. Po zastupljenosti u zemljinoj kori, Ca zauzima 5. mesto (posle O, Si, Al i Fe); sadržaj 2,96% težinski. Snažno migrira i akumulira u različitim geohemijskim sistemima, formirajući 385 minerala (4. po broju minerala). Malo je Ca u Zemljinom omotaču, a verovatno još manje u Zemljinom jezgru (0,02% u gvozdenim meteoritima). Ca prevladava u donjem dijelu zemljine kore, akumulira se u osnovnim stijenama; većina Ca je zatvorena u feldspat - anortit Ca; sadržaj u bazičnim stijenama 6,72%, u kiselim (graniti i dr.) 1,58%. Izuzetno oštra diferencijacija Ca javlja se u biosferi, uglavnom povezana sa "karbonatnom ravnotežom": kada ugljični dioksid stupi u interakciju sa CaCO 3 karbonatom, nastaje rastvorljivi bikarbonat Ca (HCO 3) 2: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 \ u003d Ca (HCO 3) 2 \u003d Ca 2+ + 2HCO 3-. Ova reakcija je reverzibilna i osnova je preraspodjele Ca. Sa visokim sadržajem CO 2 u vodama, Ca je u rastvoru, a sa niskim sadržajem CO 2 mineral kalcit CaCO 3 taloži se, formirajući snažne naslage krečnjaka, krede i mermera.

Biogena migracija takođe igra veliku ulogu u istoriji Ca. U živoj materiji od elemenata-metala, Ca je glavni. Poznati su organizmi koji sadrže više od 10% Ca (više ugljika), grade svoj skelet od spojeva Ca, uglavnom CaCO 3 (vapnene alge, mnogi mekušci, bodljikožaci, koralji, rizomi, itd.). Sa sahranjivanjem skeleta mora. životinja i biljaka povezana je s nakupljanjem kolosalnih masa algi, koralja i drugih krečnjaka, koji se, uranjajući u dubine zemlje i mineralizirajući, pretvaraju u različite vrste mramor.

Ogromna područja s vlažnom klimom (šumske zone, tundra) karakterizira nedostatak Ca - ovdje se lako izvlači iz tla. To je povezano s niskom plodnošću tla, niskom produktivnošću domaćih životinja, njihovom malom veličinom, a često i bolestima skeleta. Zbog toga je od velike važnosti vapnenje tla, ishrana domaćih životinja i ptica itd. Naprotiv, CaCO 3 je slabo rastvorljiv u sušnoj klimi, pa su stepski i pustinjski pejzaži bogati Ca. Gips CaSO 4 2H 2 O se često akumulira u slanim močvarama i slanim jezerima.

Rijeke unose mnogo Ca u okean, ali se u njemu ne zadržava okeanska voda(prosječni sadržaj 0,04%), ali je koncentrisan u skeletima organizama i nakon njihove smrti se taloži na dnu uglavnom u obliku CaCO 3 . Krečni mulj je rasprostranjen na dnu svih okeana na dubinama ne većim od 4000 m (CaCO 3 se rastvara na velikim dubinama, organizmi tamo često imaju nedostatak Ca).

Važnu ulogu u migraciji Ca igra Podzemne vode. U krečnjačkim masivima mjestimično snažno ispiraju CaCO 3, što je povezano s razvojem krša, stvaranjem pećina, stalaktita i stalagmita. Osim kalcita, u morima prošlih geoloških era, u morima prošlih geoloških epoha bilo je rasprostranjeno taloženje Ca fosfata (na primjer, nalazišta fosforita Karatau u Kazahstanu), dolomita CaCO 3 ·MgCO 3 i gipsa tokom isparavanja. .

Tokom geološka istorija formiranje biogenog karbonata se povećalo, dok se hemijska precipitacija kalcita smanjila. U pretkambrijskim morima (prije više od 600 miliona godina) nije bilo životinja s krečnjačkim skeletom; postali su rasprostranjeni od kambrija (koralji, spužve, itd.). To se pripisuje visokom sadržaju CO 2 u pretkambrijskoj atmosferi.

Fizička svojstva kalcijuma. Kristalna rešetka α-oblika Ca (stabilna na običnoj temperaturi) je kubna sa centriranjem lica, a = 5,56Å. Atomski radijus 1,97Å, jonski radijus Ca 2+ 1,04Å. Gustina 1,54 g/cm3 (20 °C). Iznad 464 °C, heksagonalni β-oblik je stabilan. t pl 851 °C, t kip 1482 °C; temperaturni koeficijent linearna ekspanzija 22 10 -6 (0-300 °C); toplotna provodljivost na 20 °C 125,6 W/(m K) ili 0,3 cal/(cm s °C); specifična toplota(0-100°C) 623,9 J/(kg K) ili 0,149 cal/(g°C); električna otpornost na 20 °C 4,6 10 -8 ohm m ili 4,6 10 -6 ohm cm; temperaturni koeficijent električnog otpora 4,57 10 -3 (20 °C). Modul elastičnosti 26 Gn / m 2 (2600 kgf / mm 2); vlačna čvrstoća 60 MN / m 2 (6 kgf / mm 2); granica elastičnosti 4 MN / m 2 (0,4 kgf / mm 2), granica popuštanja 38 MN / m 2 (3,8 kgf / mm 2); izduženje 50%; Tvrdoća po Brinellu 200-300 MN / m 2 (20-30 kgf / mm 2). Kalcijum dovoljno visoke čistoće je plastičan, dobro presovan, valjan i može se mašinski obrađivati.

Hemijska svojstva kalcijuma. Konfiguracija vanjske elektronske ljuske atoma Ca 4s 2, prema kojoj je Ca u spojevima 2-valentan. Hemijski Ca je veoma aktivan. Na uobičajenim temperaturama Ca lako stupa u interakciju s kisikom i vlagom u zraku, pa se skladišti u hermetički zatvorenim posudama ili pod mineralnim uljem. Kada se zagrije na zraku ili kisiku, zapali se, dajući osnovni oksid CaO. Poznati su i peroksidi Ca-CaO 2 i CaO 4. U početku Ca brzo reagira s hladnom vodom, a zatim se reakcija usporava zbog stvaranja Ca(OH) 2 filma. Ca energično reaguje sa vrućom vodom i kiselinama, oslobađajući H 2 (osim koncentrovanog HNO 3). Reaguje sa fluorom na hladnom, a sa hlorom i bromom - iznad 400 °C, dajući CaF 2, CaCl 2 i CaBr 2, respektivno. Ovi halogenidi u rastopljenom stanju formiraju sa Ca takozvana podjedinjenja - CaF, CaCl, u kojima je Ca formalno monovalentan. Kada se Ca zagrije sa sumporom, dobije se kalcijum sulfid CaS, koji dodaje sumpor, formirajući polisulfide (CaS 2, CaS 4 i drugi). U interakciji sa suhim vodonikom na 300-400 ° C, Ca formira hidrid CaH 2 - jonsko jedinjenje u kojem je vodonik anjon. Na 500 °C Ca i dušik daju Ca 3 N 2 nitrid; interakcija Ca sa amonijakom na hladnom dovodi do kompleksnog amonijaka Ca 6 . Kada se zagreva bez pristupa vazduhu sa grafitom, silicijumom ili fosforom, Ca daje kalcijum karbid CaC 2 , silicide Ca 2 Si, CaSi, CaSi 2 i fosfid Ca 3 P 2 , respektivno. Ca formira intermetalna jedinjenja sa Al, Ag, Au, Cu, Li, Mg, Pb, Sn i drugima.

Dobijanje kalcijuma. U industriji se Ca dobija na dva načina: 1) zagrevanjem briketirane mešavine CaO i Al praha na 1200°C u vakuumu od 0,01-0,02 mm Hg. Art.; oslobađa se reakcijom: 6CaO + 2 Al \u003d 3CaO Al 2 O 3 + 3Ca Ca para kondenzira se na hladnoj površini; 2) elektrolizom taline CaCl 2 i KCl sa tečnom bakar-kalcijum katodom, priprema se legura Cu - Ca (65% Ca) iz koje se Ca oddestiluje na temperaturi od 950-1000°C u vakuum od 0,1-0,001 mm Hg. Art.

Upotreba kalcijuma. U obliku čistog metala, Ca se koristi kao redukciono sredstvo za U, Th, Cr, V, Zr, Cs, Rb i neke retke zemne metale iz njihovih jedinjenja. Koristi se i za deoksidaciju čelika, bronze i drugih legura, za uklanjanje sumpora iz naftnih derivata, za dehidraciju organskih tekućina, za pročišćavanje argona od dušičnih nečistoća i kao apsorber plina u električnim vakuum uređajima. Antifrikcioni materijali Pb-Na-Ca sistema, kao i legure Pb-Ca, koje se koriste za izradu električnih školjki, dobili su veliku primenu u tehnici. kablovi. Legura Ca-Si-Ca (silikokalcijum) koristi se kao deoksidator i degasator u proizvodnji visokokvalitetnih čelika.

kalcijuma u organizmu. Ca je jedan od biogenih elemenata neophodnih za normalan tok životnih procesa. Prisutan je u svim tkivima i tekućinama životinja i biljaka. Samo rijetki organizmi mogu se razviti u okruženju bez Ca. U nekim organizmima sadržaj Ca dostiže 38%; kod ljudi - 1,4-2%. Ćelije biljnih i životinjskih organizama trebaju strogo određene omjere Ca 2+, Na+ i K+ jona u vanćelijskom mediju. Biljke dobijaju Ca iz tla. Prema svom odnosu prema Ca, biljke se dijele na kalcefile i kalcefobe. Životinje unose Ca iz hrane i vode. Ca je neophodan za formiranje serije ćelijske strukture, održavajući normalnu spoljašnju propusnost ćelijske membrane, za oplodnju jaja riba i drugih životinja, aktiviranje niza enzima. Ca 2+ joni prenose ekscitaciju na mišićno vlakno, izazivajući njegovo kontrakciju, povećavaju snagu srčanih kontrakcija, povećavaju fagocitnu funkciju leukocita, aktiviraju sistem zaštitnih proteina krvi i učestvuju u njegovoj koagulaciji. U ćelijama je skoro sav Ca u obliku jedinjenja sa proteinima, nukleinskim kiselinama, fosfolipidima, u kompleksima sa neorganskim fosfatima i organskim kiselinama. U krvnoj plazmi ljudi i viših životinja samo 20-40% Ca može biti povezano s proteinima. Kod životinja sa skeletom, do 97-99% cjelokupnog Ca se koristi kao građevinski materijal: kod beskičmenjaka, uglavnom u obliku CaCO 3 (školjke mekušaca, koralji), kod kičmenjaka, u obliku fosfata. Mnogi beskičmenjaci skladište Ca prije linjanja kako bi izgradili novi kostur ili osigurali vitalne funkcije u nepovoljnim uvjetima.

Sadržaj Ca u krvi ljudi i viših životinja reguliran je hormonima paratireoidne i štitne žlijezde. Najvažniju ulogu u ovim procesima ima vitamin D. Apsorpcija Ca se dešava u prednjem dijelu tanko crijevo. Asimilacija Ca se pogoršava sa smanjenjem kiselosti u crijevima i ovisi o odnosu Ca, P i masti u hrani. Optimalni odnos Ca/P u kravljem mlijeku je oko 1,3 (u krompiru 0,15, u pasulju 0,13, u mesu 0,016). Sa viškom P ili oksalne kiseline u hrani, apsorpcija Ca se pogoršava. Žučne kiseline ubrzavaju njegovu apsorpciju. Optimalni odnos Ca/mast u ljudskoj hrani je 0,04-0,08 g Ca na 1 g masti. Izlučivanje Ca se odvija uglavnom kroz crijeva. Sisari tokom laktacije gube mnogo Ca sa mlekom. Uz kršenje metabolizma fosfora i kalcija kod mladih životinja i djece, razvija se rahitis, kod odraslih životinja - promjena u sastavu i strukturi skeleta (osteomalacija).

Kalcijum je hemijski element grupe II sa atomskim brojem 20 u periodnom sistemu, označen simbolom Ca (lat. Kalcijum). Kalcijum je meki, srebrno-sivi zemnoalkalni metal.

20 element periodnog sistema Naziv elementa dolazi od lat. calx (u genitivu calcis) - "kreč", "meki kamen". Predložio ga je engleski hemičar Humphry Davy, koji je izolovao metalni kalcij 1808.
Jedinjenja kalcijuma - krečnjak, mermer, gips (kao i kreč - proizvod sagorevanja krečnjaka) koriste se u građevinarstvu pre nekoliko milenijuma.
Kalcijum je jedan od najzastupljenijih elemenata na zemlji. Jedinjenja kalcija nalaze se u gotovo svim životinjskim i biljnim tkivima. Na njega otpada 3,38% mase zemljine kore (5. mesto po obilju nakon kiseonika, silicijuma, aluminijuma i gvožđa).

Pronalaženje kalcijuma u prirodi

Zbog visoke hemijske aktivnosti kalcijum u slobodnom obliku u prirodi nije pronađen.
Kalcijum čini 3,38% mase zemljine kore (5. mesto po obilju posle kiseonika, silicijuma, aluminijuma i gvožđa). Sadržaj elementa u morska voda- 400 mg / l.

izotopi

Kalcijum se u prirodi javlja u obliku mešavine šest izotopa: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca i 48Ca, među kojima je najčešći – 40Ca – 96,97%. Jezgra kalcijuma sadrže magični broj protona: Z = 20. Izotopi
40
20
Ca20 i
48
20
Ca28 su dva od pet jezgara dvostrukog magičnog broja pronađenih u prirodi.
Od šest prirodnih izotopa kalcijuma, pet je stabilno. Šesti izotop 48Ca, najteži od šest i vrlo rijedak (njegova izotopska zastupljenost je samo 0,187%), prolazi kroz dvostruki beta raspad s vremenom poluraspada od 1,6 1017 godina.

U stijenama i mineralima

Najviše kalcija sadržano je u sastavu silikata i aluminosilikata raznih stijena (granita, gnajsa, itd.), posebno u feldspatu - anortitu Ca.
U obliku sedimentnih stijena, spojevi kalcija su predstavljeni kredom i krečnjakom, koji se uglavnom sastoje od minerala kalcita (CaCO3). Kristalni oblik kalcita, mramora, mnogo je rjeđi u prirodi.
Prilično su rasprostranjeni minerali kalcijuma kao što su kalcit CaCO3, anhidrit CaSO4, alabaster CaSO4 0,5H2O i gips CaSO4 2H2O, fluorit CaF2, apatiti Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), dolomit MgCO3 CaCO3. Prisustvo soli kalcijuma i magnezija u prirodnoj vodi određuje njenu tvrdoću.
Kalcijum, koji snažno migrira u zemljinoj kori i akumulira se u različitim geohemijskim sistemima, formira 385 minerala (četvrti po broju minerala).

Biološka uloga kalcijuma

Kalcijum je uobičajen makronutrijent u biljkama, životinjama i ljudima. Kod ljudi i drugih kralježnjaka najveći dio je u kosturu i zubima. Kalcijum se nalazi u kostima u obliku hidroksiapatita. "Kosturi" većine grupa beskičmenjaka (spužve, koralni polipi, mekušci, itd.) se sastoje od različitih oblika kalcijum karbonata (kreč). Kalcijumovi joni su uključeni u procese zgrušavanja krvi, a služe i kao jedan od univerzalnih sekundarnih glasnika unutar ćelija i regulišu niz intracelularnih procesa – kontrakciju mišića, egzocitozu, uključujući lučenje hormona i neurotransmitera. Koncentracija kalcijuma u citoplazmi ljudskih ćelija je oko 10-4 mmol/l, u međućelijskim tečnostima oko 2,5 mmol/l.

Potreba za kalcijumom zavisi od starosti. Za odrasle od 19-50 godina i djecu od 4-8 godina, dnevna potreba (RDA) je 1000 mg (sadržano u približno 790 ml mlijeka sa udjelom masti od 1%), a za djecu od 9 do 18 godina uključujući - 1300 mg dnevno (sadržano u približno 1030 ml mlijeka sa sadržajem masti od 1%). AT adolescencija unos dovoljnog kalcijuma je veoma važan zbog intenzivnog rasta skeleta. Međutim, prema istraživanju u SAD-u, samo 11% djevojčica i 31% dječaka od 12-19 godina ostvaruje svoje potrebe. U uravnoteženoj prehrani većina kalcijuma (oko 80%) ulazi u djetetov organizam s mliječnim proizvodima. Preostali kalcij dolazi iz žitarica (uključujući hljeb od cjelovitog zrna i heljde), mahunarki, narandže, zelenila, orašastih plodova. Mliječni proizvodi na bazi mliječne masti (maslac, kajmak, pavlaka, sladoled na bazi pavlake) praktički ne sadrže kalcij. Što je više mlečne masti u mlečnom proizvodu, sadrži manje kalcijuma. Apsorpcija kalcijuma u crijevima se odvija na dva načina: transcelularno (transcelularno) i međućelijsko (paracelularno). Prvi mehanizam je posredovan djelovanjem aktivnog oblika vitamina D (kalcitriol) i njegovih intestinalnih receptora. Ima veliku ulogu u niskom do umjerenom unosu kalcija. Sa većim sadržajem kalcija u prehrani, međućelijska apsorpcija počinje igrati glavnu ulogu, što je povezano s velikim gradijentom koncentracije kalcija. Zbog transcelularnog mehanizma, kalcijum se u većoj mjeri apsorbira u duodenumu (zbog tamošnje najveće koncentracije receptora u kalcitriolu). Zbog međućelijskog pasivnog prijenosa, apsorpcija kalcija je najaktivnija u sva tri dijela tankog crijeva. Apsorpciju kalcijuma paracelularno podstiče laktoza (mliječni šećer).

Apsorpciju kalcija ometaju neke životinjske masti (uključujući kravljeg mleka i goveđi loj, ali ne i mast) i palmino ulje. Palmitinske i stearinske kiseline sadržane u takvim mastima masna kiselina se odcjepljuju tokom probave u crijevima i u slobodnom obliku čvrsto vezuju kalcij, formirajući kalcijum palmitat i kalcijum stearat (nerastvorljive sapune). U obliku ovog sapuna sa stolicom gube se i kalcij i masnoće. Ovaj mehanizam je odgovoran za smanjenu apsorpciju kalcija, smanjenu mineralizaciju kostiju i smanjene indirektne mjere čvrstoće kosti kod dojenčadi koja koriste formule za dojenčad zasnovane na palmino ulje(palmino olein). Kod ove djece stvaranje kalcijevih sapuna u crijevima povezano je sa stvrdnjavanjem stolice, smanjenjem njene učestalosti, kao i češćom regurgitacijom i kolikama.

Koncentracija kalcijuma u krvi, zbog njegovog značaja za veliki broj vitalnih važnih procesa je precizno regulisan, a uz pravilnu ishranu i dovoljan unos nemasnih mlečnih proizvoda i vitamina D, manjak ne nastaje. Produženi nedostatak kalcija i/ili vitamina D u ishrani dovodi do povećanog rizika od osteoporoze i uzrokuje rahitis u dojenčadi.

Prekomjerne doze kalcija i vitamina D mogu uzrokovati hiperkalcemiju. Maksimalna sigurna doza za odrasle od 19 do 50 godina je 2500 mg dnevno (oko 340 g sira Edam).

Toplotna provodljivost