calcio en la naturaleza. El calcio como elemento químico, su papel
Introducción
La química es la ciencia de las sustancias, su estructura, propiedades e interconversiones.
La química está estrechamente relacionada con otras ciencias naturales: física, biología, geología. Muchas secciones de la ciencia moderna surgieron en la intersección de estas ciencias: química física, geoquímica, bioquímica.
Una nueva especialidad en el sistema de disciplinas químicas llamada "Clasificación y certificación de productos basados en la composición química" fue fundada en 1997 por científicos uzbekos I.R. Askarov y T. T. Riskiev. De gran importancia en la formación de esta nueva disciplina química fueron los resultados de la investigación científica realizada por científicos uzbekos como A.A. Ibragimov, G.Kh. Khamrakulov, MA Rakhimdzhanov, M. Yu. Isakov, K. M. Karimkulov, O.A. Tashpulatov, A.A. Namazov, B. Ya. Abduganiyev, Sh.M. Mirkamilov, O. Kulimov, N.Kh. Tukhtaboev y otros.
Calcio - Al ser un metal alcalinotérreo, uno de los elementos más importantes de la Tierra.
El calcio es muy importante para los seres humanos, los animales y las plantas.
Naturalmente, al tener tales propiedades químicas, el calcio no se puede encontrar en la naturaleza en estado libre. Pero los compuestos de calcio, tanto naturales como artificiales, se han vuelto de suma importancia.
Ka? león- un elemento del subgrupo principal del segundo grupo, el cuarto período del sistema periódico de elementos químicos D.I. Mendeleev, de número atómico 20, por tanto, el núcleo del átomo de calcio tiene 20 cargas positivas formadas por 20 protones; el número de neutrones en el núcleo es 40 - 20 = 20. Los 20 electrones que neutralizan la carga del núcleo están ubicados en cuatro niveles de energía. Masa atómica relativa 40.078 (4). Indicado por el símbolo California(lat. Calcio).
1. Historia del descubrimiento
El nombre del elemento proviene del lat. calx (en el caso genitivo calcis) - "cal", "piedra blanda". Fue propuesto por el químico inglés Humphrey Davy, quien en 1808 aisló el calcio metal por el método electrolítico. Davy electrolizó una mezcla de cal húmeda húmeda con óxido de mercurio Hg 2O en una placa de platino, que era el ánodo. Un alambre de platino sumergido en mercurio líquido sirvió como cátodo. Como resultado de la electrólisis, se obtuvo la amalgama de calcio. Habiendo eliminado el mercurio de él, Davy recibió un metal llamado calcio.
Los compuestos de calcio: piedra caliza, mármol, yeso (así como la cal, un producto de la quema de piedra caliza) se han utilizado en la construcción desde hace varios milenios. Hasta finales del siglo XVIII, los químicos consideraban a la cal como un cuerpo simple. En 1789, A. Lavoisier sugirió que la cal, la magnesia, la barita, la alúmina y el sílice son sustancias complejas.
calcio compuesto químico
2. Estar en la naturaleza
Debido a la alta actividad química del calcio en forma libre en la naturaleza no se encuentra.
El calcio representa el 3,38% de la masa de la corteza terrestre (quinto lugar en abundancia después del oxígeno, el silicio, el aluminio y el hierro). El contenido del elemento en el agua de mar es de 400 mg/l.
La mayor parte del calcio está contenido en la composición de silicatos y aluminosilicatos de varias rocas (granitos, gneises, etc.), especialmente en feldespato - anortita Ca.
En forma de rocas sedimentarias, los compuestos de calcio están representados por tiza y piedra caliza, que consisten principalmente en el mineral calcita (CaCO 3). La forma cristalina de la calcita, el mármol, se encuentra en la naturaleza con mucha menos frecuencia.
Los minerales de calcio están bastante extendidos, como:
calcita, piedra caliza, mármol, tiza CaCO3 ,
anhidrita CaSO4 ,
alabastro CaSO4 0.5H 2O
yeso CaSO4 2H 2O
fluorita CaF2 ,
fosfitos y apatitos Ca 3(CORREOS 4)2(F, Cl, OH),
dolomita MgCO3 CaCO 3.
La presencia de sales de calcio y magnesio en el agua natural determina su dureza.
El calcio, que migra vigorosamente en la corteza terrestre y se acumula en varios sistemas geoquímicos, forma 385 minerales (el cuarto en número de minerales).
Arroz. 1. Depósitos de calcio en depósitos de sal.
Los compuestos de calcio se encuentran en casi todos los tejidos animales y vegetales. Una cantidad significativa de calcio es parte de los organismos vivos. Así, la hidroxiapatita Ca 3(CORREOS 4)2OH, o, en otra notación, 3Ca 3(CORREOS 4)2Ca(OH) 2- la Fundación tejido óseo vertebrados, incluidos los humanos; de carbonato de calcio CaCO 3se componen caparazones y caparazones de muchos invertebrados, cáscaras de huevo, etc.. En tejidos vivos de humanos y animales, 1.4-2% Ca (por fracción de masa); en un cuerpo humano que pesa 70 kg, el contenido de calcio es de aproximadamente 1,7 kg (principalmente en la composición de la sustancia intercelular del tejido óseo).
. Recibo
En la industria, el calcio se obtiene de dos formas:
Calentando una mezcla en briquetas de polvo de CaO y Al a 1170-1200 °C en un vacío de 0,01-0,02 mm. rt. Arte.; liberado por la reacción:
CaO + 2Al = 3CaO Al2 O 3+ 3Ca
El vapor de calcio se condensa en una superficie fría.
Electrólisis de CaCl fundido 2(75-80%) y KCl con un cátodo líquido de cobre-calcio, se prepara una aleación de Cu - Ca (65% Ca), a partir de la cual se destila el calcio a una temperatura de 950 - 1000 °C en un vacío de 0,1 - 0,001 mm. rt. Arte. o de (6 partes) CaCl 2y (1 parte) CaF2.
También se ha desarrollado un método para la obtención de calcio por disociación térmica del carburo de calcio CaC2 .
Apariencia de una sustancia simple.
Figura 2. Metal blanco plateado de dureza moderada
Nombre, símbolo, número
Ka ?lcio/Calcio (Ca), 20
masa atomica ( masa molar)
40.078 a. em (g/mol)
Configuración electrónica
Radio del átomo
radio covalente
Radio de iones
Electronegatividad
1,00 (escala de Pauling)
Potencial de electrodo
Estados de oxidación
Energía de ionización (primer electrón)
589,4 (6,11) kJ/mol (eV)
Densidad (en n.a.)
1,55 g/cm³
Temperatura de fusión
842o DE
calor de fusión
9,20 kJ/mol
Calor de evaporación
153,6 kJ/mol
Capacidad calorífica molar
25,9 J/(K mol)
Volumen molar
29,9 cm³/ Topo
Estructura de celosía
cara cúbica centrada
Parámetros de celosía
Debye temperatura
Conductividad térmica
(300 K) (201) W/(m K)
sustancia simple calcio- metal alcalinotérreo blando, reactivo, de color blanco plateado.
El calcio metálico existe en dos modificaciones alotrópicas. Hasta 443°C estable?-Ca con una red cúbica centrada en las caras (parámetro a = 0.558 nm), mayor estabilidad?-Ca con una red cúbica centrada en el cuerpo como?-Fe (parámetro a = 0.448 nm). ¿Entalpía estándar de transición? ? ? es 0,93 kJ/mol.
Con un aumento gradual de la presión, comienza a mostrar las propiedades de un semiconductor, pero no se convierte en un semiconductor en el pleno sentido de la palabra (ya no es un metal tampoco). Con un mayor aumento de la presión, vuelve al estado metálico y comienza a exhibir propiedades superconductoras (la temperatura de superconductividad es seis veces más alta que la del mercurio y supera con creces la conductividad de todos los demás elementos). El comportamiento único del calcio es similar en muchos aspectos al estroncio (es decir, paralelos en sistema periódico se guardan).
El calcio se presenta en la naturaleza como una mezcla de seis isótopos: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca y 48Ca, entre los cuales el más común, el 40Ca, tiene un 96,97 %.
De los seis isótopos de calcio naturales, cinco son estables. Recientemente se descubrió que el sexto isótopo 48Ca, el más pesado de los seis y muy raro (su abundancia isotópica es solo del 0,187%), sufre una doble desintegración beta con una vida media de 5,3 x 1019 años.
El calcio es un metal alcalinotérreo típico. La actividad química del calcio es alta, pero menor que la de los metales alcalinotérreos más pesados. Reacciona fácilmente con el oxígeno, el dióxido de carbono y la humedad del aire, por lo que la superficie del calcio metálico suele ser de color gris opaco, por lo que el calcio suele almacenarse en el laboratorio, como otros metales alcalinotérreos, en un frasco bien cerrado debajo de una capa. de queroseno o parafina líquida.
Hay 2 electrones en el nivel de energía exterior. En todos los compuestos, el estado de oxidación del calcio es +2.
En la serie de potenciales estándar, el calcio se encuentra a la izquierda del hidrógeno.
Potencial de electrodo estándar del par de Ca 2+/California 0?2.84 V, por lo que el calcio reacciona activamente con agua fría(Con agua caliente la reacción procede más vigorosamente), pero sin ignición:
Con los no metales activos (oxígeno, cloro, bromo), el calcio reacciona en condiciones normales:
Ca+Cl2 CaCl2
Cuando se calienta en aire u oxígeno, el calcio se enciende y se quema con una llama roja con un tinte anaranjado.
Con no metales menos activos (hidrógeno, boro, carbono, silicio, nitrógeno, fósforo y otros), el calcio interactúa cuando se calienta, por ejemplo:
Además del fosfuro de calcio Ca3P2, también se conocen composiciones de fosfuro de calcio de CaP y CaP5;
Además del siliciuro de calcio Ca2Si, también se conocen siliciuros de calcio con composiciones CaSi, Ca3Si4 y CaSi2.
El curso de las reacciones anteriores, por regla general, se acompaña de la liberación. un número grande calor.
El calcio restaura menos metales activos de sus óxidos y haluros
2Ca + TiO2 2CaO + Ti
Ca+TiCl2 2CaCl2 + ti
La mayoría de los compuestos de calcio con no metales se descomponen fácilmente con el agua, por ejemplo:
El ion Ca2+ es incoloro. Cuando se agregan sales de calcio solubles a la llama, la llama se vuelve roja como un ladrillo.
. Aplicaciones del calcio metálico
El principal uso del calcio metal es como agente reductor en la producción de metales, especialmente níquel, cobre y acero inoxidable. El calcio y su hidruro también se utilizan para obtener metales de difícil recuperación como el cromo, el torio y el uranio. Las aleaciones de calcio con plomo se utilizan en baterías y aleaciones para cojinetes. Los gránulos de calcio también se utilizan para eliminar las trazas de aire de los dispositivos de electrovacío.
1. Metaltermia
El calcio metálico puro se usa ampliamente en metalotermia para obtener metales raros.
2. aleación
El calcio puro se utiliza para alear el plomo, que se utiliza para la fabricación de placas de batería, baterías de plomo-ácido de arranque libres de mantenimiento y con baja autodescarga. Además, el calcio metálico se utiliza para la producción de babbits de calcio BKA de alta calidad.
3. Fusión nuclear
Isótopo 48Ca es uno de los materiales efectivos y útiles para la producción de elementos superpesados y el descubrimiento de nuevos elementos de la tabla periódica. Esto se debe a que el calcio-48 es un núcleo doblemente mágico, por lo que su estabilidad le permite ser lo suficientemente rico en neutrones para un núcleo ligero; la síntesis de núcleos superpesados requiere un exceso de neutrones.
. compuestos de calcio
1. óxido de calcioCaO (no cal apagada, cal quemada, hervir) sustancia refractaria blanca.
Obtenido por la cocción de piedra caliza o tiza a alta temperatura (por encima de 900 o DE):
CaCO3 = CaO + CO2
El óxido de calcio reacciona con el agua para formar cal apagada y liberar una gran cantidad de calor:
CaO + H2 O = Ca(OH)2 +Q
2. hidróxido de calcioCa(OH) 2- base fuerte, ligeramente soluble en agua.
Ca(OH) 2utilizado de varias maneras:
cal apagada - un polvo fino suelto, "pelusa", obtenido por la acción del agua sobre la cal viva CaO:
CaO + H2 O = Ca(OH)2
En la construcción se utiliza una mezcla pastosa de cal apagada con cemento, agua y arena. Cuando el dióxido de carbono se absorbe del aire, esta mezcla se solidifica:
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2 O
lechada de cal es una suspensión de partículas de cal apagada Ca(OH) 2en agua de cal.
Se utiliza para el blanqueo en la construcción, desinfección de troncos de árboles, en la industria azucarera, para el curtido de cueros, para la obtención de lejía.
agua de cal - solución acuosa saturada de Ca(OH)2
La solución en el aire se vuelve turbia debido a la absorción de dióxido de carbono del aire.
Pero con un paso largo de dióxido de carbono, la solución se vuelve
transparente debido a la formación de bicarbonato de calcio soluble:
CaCO3 + CO2 + H2 O = Ca(HCO3 ) 2
En la naturaleza, esto conduce a los siguientes procesos. Cuando la lluvia fría o el agua de río saturada con dióxido de carbono penetra bajo tierra y cae sobre la piedra caliza, se observa su disolución, y en los mismos lugares donde el agua saturada con bicarbonato de calcio sale a la superficie de la tierra y se calienta. rayos de sol.
Entonces en la naturaleza hay una transferencia de grandes masas de sustancias. Como resultado, se pueden formar enormes brechas bajo tierra, y hermosos "carámbanos" de piedra (estalactitas y estalagmitas) se forman en las cuevas.
3. Polvo de blanquear- es un agente oxidante fuerte parte integral cual es la sal CaOCl 2, formado por la interacción de la cal seca apagada con el cloro:
Ca(OH)2 +Cl2 = CaOCl2 + H2 O
Polvo de blanquear - polvo blanco con un olor acre, que en el aire húmedo bajo la acción del dióxido de carbono se descompone gradualmente, liberando ácido hipocloroso:
2CaOCl2 + CO2 + H2 O=CaCO3 + CaCl2 + 2HClO
El ácido hipocloroso se descompone a la luz:
2HClO = 2HCl + O2
Cuando el ácido clorhídrico actúa sobre la lejía, se libera cloro:
CaOCl2 + 2HCl = CaCl2 +Cl2 + H2 O
Las propiedades blanqueadoras y desinfectantes de la lejía se basan en esto.
4. YesoCaSO 42H 2O es un mineral de calcio natural.
Cuando se calienta a 150-180 ° C, el yeso pierde ¾ agua de cristalización y pasa a alabastro o yeso cocido.
2CaSO4 *2H2 O2CaSO4 *H2 O+3H2 O
Cuando se mezcla con agua, el alabastro se endurece rápidamente, se vuelve a convertir en
2CaSO4 *H2 O+3H2 O2CaSO4 *2H2 O
Esta propiedad del yeso se aprovecha para fabricar moldes de fundición y vaciados con varios artículos, así como aglutinante en construcción para yeso y otros. El yeso se usa ampliamente en medicina para hacer moldes de yeso.
Cuando el yeso se calienta a temperaturas superiores a 180 ° C, se forma yeso anhidro (anhídrido de calcio o yeso muerto), que ya no puede adherirse al agua.
CaSO4 *2H2 Acerca de CaSO4 + H2 O
Las sales de calcio como el cloruro de CaCl2, el bromuro de CaBr2, el yoduro de CaI2 y el nitrato de Ca(NO3)2 son altamente solubles en agua. Fluoruro insoluble en agua<#"justify">1. hidruro de calcio
Calentamiento de calcio en una atmósfera de hidrógeno<#"justify">2. óxido de calcio
Óxido de calcio CaO, como parte de una solución sólida de óxidos de otros metales alcalinotérreos<#"justify">3. Materiales ópticos y láser
fluoruro de calcio<#"justify">4. carburo de calcio
carburo de calcio<#"justify">El óxido de calcio, tanto en forma libre como en mezclas cerámicas, se utiliza en la producción de materiales refractarios.
7. Materiales de construcción<#"justify">Los compuestos de calcio (principalmente carbonato o bicarbonato) se utilizan para recubrir electrodos en la soldadura por arco eléctrico. Los compuestos de calcio se utilizan ampliamente en la preparación de fundentes para fundir y soldar metales.
9. Medicamentos<#"justify">Los compuestos de calcio se utilizan ampliamente como antihistamínicos.
·Cloruro de calcio<#"justify">. Rol biológico
El calcio es un macronutriente común<#"312" src="doc_zip16.jpg" />
Tabla 1. Contenido de calcio en algunos alimentos
Alimento Cantidad de producto Contenido de calcio en cantidad dada de producto, mg Leche y productos molidos Queso - Suizo, Graersky 50 g 493 Queso - en forma sólida, Cheddar, Colby, Edak, Gouda 50 g 353 Leche - entera, 2%, 1% grasa 1 taza / 250 ml 315 Nata 1 taza/ 250 ml 301 Queso mozzarella, Adyghe, queso feta 50 269 Yogur - común 1 taza/175 ml 292 Leche - seca, en polvo 45 ml 159 Helado 1/2 taza 93 Queso - rústico, cremoso 2%, 1% de grasa (queso cottage) 1/2 taza 87 Carne, pescado, ave domestica y otros productos Sardinas, con espinas 8 pequeñas 153 Salmón, con espinas, enlatado 1/2 lata (peso neto 13 g) 153 Almendras 1/2 taza 200 Ajonjolí 1/2 taza 100 Frijoles - cocidos (frijoles, frijoles azules, frijoles manchados ) 1/2 taza 90 Soja - cocida 1 taza 175 Pollo - asado 90g 13 Ternera - asada 90g 7Pan y cereales Panecillo redondo de salvado 1/35g 50 Pan - blanco y trigo 1pc/30g 25Frutas y verduras Brócoli - crudo 1/2 taza 38 Naranjas 1 mediana/180g 52 Plátanos 1 mediana/175g 10 Lechugas 2 hojas grandes 8 Higos secos 10 270Platos combinados Sopa de leche, crema de pollo, champiñones, tomates y brócoli 1 taza/250 ml 189 Frijoles cocidos enlatados 1 taza/250 ml 169
Conclusión
El calcio es uno de los elementos más abundantes en la tierra.
El calcio fue descubierto por el químico inglés Humphry Davy en 1808. Aisló electrolíticamente el calcio metálico a partir de una mezcla de cal apagada y óxido de mercurio.
En 1789, A. Lavoisier sugirió que la cal, la magnesia, la barita, la alúmina y el sílice son sustancias complejas.
Hay mucho en la naturaleza. No ocurre en forma libre. Las cadenas montañosas y las rocas arcillosas se forman a partir de sales de calcio, se encuentra en el agua del mar y de los ríos. Forma parte de minerales como el mármol (tiza), el alabastro, el yeso, la fluorita, los fosfitos, las apatitas y las dolomías.
El calcio también forma parte de los organismos vivos, en todos los tejidos animales y vegetales y, lo que es más importante, el calcio forma parte del tejido óseo humano.
El calcio se obtiene de dos formas:
1.Calentando una mezcla de cal viva y aluminio.
2.El segundo método, como todos los metales, es la electrólisis, en este caso, una fusión de CaCl2 y KCl con un cátodo líquido de cobre y calcio.
El calcio es un metal alcalinotérreo blando y reactivo de color blanco plateado.
El calcio es un metal alcalinotérreo típico<#"justify">1.I. Askarov K. Gopirov "Fundamentos de química" Editorial científica estatal "Uzbekiston Milliy Encyclopediasi" Tashkent - 2013 p.347
2.I. R. Asqarov Sh.H. Abdullaev O. Sh. Abdullaev "Kimyo - aceitoso o`quv yurtlariga kiruvchilar uchun" "TAFAKKUR" nashriyoti Toshkent - 2013
3.N. L. Glinka "Química general" Moscú - 1988
."Manual de la escuela" Bishkek - 2000 págs. 152-156
.G.P. Khomchenko "Química: una colección universal" Moscow New Wave Publisher Umerenkov - 2008 págs. 301-306
.FG Felbdman G.E. Rudzitis "Química 9" Moscú "Ilustración" - 1990 págs. 127-132
."Libro de referencia universal" Moscú - 2006 págs. 648-651
8.www.google.com //ru.wikipedia.org //wiki // Calcio.
.www.google.co.ru //otherreferats.allbest.ru //química.
.www.google.com //medwiki.org.ua //artículo // Calcio.
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historia del calcio
El calcio fue descubierto en 1808 por Humphry Davy, quien, por electrólisis de cal apagada y óxido de mercurio, obtuvo amalgama de calcio, como resultado del proceso de destilación del mercurio del que quedó el metal, que recibió el nombre calcio. en latín Lima suena como ceniza, fue este nombre el elegido por el químico inglés para la sustancia descubierta.
El calcio es un elemento del subgrupo principal II del grupo IV del período del sistema periódico de elementos químicos D.I. Mendeleev, tiene un número atómico de 20 y una masa atómica de 40,08. La designación aceptada es Ca (del latín - Calcium).
Propiedades físicas y químicas
El calcio es un metal alcalino reactivo, blando, de color blanco plateado. Debido a la interacción con el oxígeno y el dióxido de carbono, la superficie del metal se empaña, por lo que es necesario eliminar el calcio. tratamiento especial almacenamiento: sin falta, un recipiente herméticamente cerrado en el que el metal se vierte con una capa de parafina líquida o queroseno.
El calcio es el más conocido. necesario para una persona microelementos, requerimiento diario va de 700 a 1500 mg para un adulto sano, pero aumenta durante el embarazo y la lactancia, esto hay que tenerlo en cuenta y recibir calcio en forma de medicamentos.
estar en la naturaleza
El calcio tiene una actividad química muy alta, por lo tanto, en forma libre (pura), no se encuentra en la naturaleza. Sin embargo, es el quinto más común en la corteza terrestre, en forma de compuestos se encuentra en sedimentos (piedra caliza, tiza) y rocas (granito), el feldespato anorita contiene mucho calcio.
Se encuentra ampliamente distribuido en los organismos vivos, su presencia se encuentra en organismos vegetales, animales y humanos, donde está presente principalmente en la composición de dientes y tejido óseo.
absorción de calcio
Un obstáculo para la absorción normal del calcio de los alimentos es el consumo de carbohidratos en forma de dulces y álcalis, que neutralizan el ácido clorhídrico del estómago, que es necesario para disolver el calcio. El proceso de absorción del calcio es bastante complicado, por lo que en ocasiones no basta con conseguirlo solo con la comida, es necesaria una ingesta adicional del microelemento.
Interacción con otros
Para mejorar la absorción de calcio en el intestino, es necesario, lo que tiende a facilitar el proceso de absorción de calcio. Cuando se toma calcio (en forma de suplementos) en el proceso de comer, se bloquea la absorción, pero tomar suplementos de calcio por separado de los alimentos no afecta este proceso de ninguna manera.
Casi todo el calcio del cuerpo (1 a 1,5 kg) se encuentra en los huesos y los dientes. El calcio participa en los procesos de excitabilidad del tejido nervioso, contractilidad muscular, procesos de coagulación de la sangre, forma parte del núcleo y las membranas de las células, fluidos celulares y tisulares, tiene efectos antialérgicos y antiinflamatorios, previene la acidosis, activa una serie de enzimas y hormonas. El calcio también está involucrado en la regulación de la permeabilidad. membranas celulares, tiene el efecto contrario.
Signos de deficiencia de calcio
Los signos de falta de calcio en el cuerpo son, a primera vista, síntomas no relacionados:
- nerviosismo, deterioro del estado de ánimo;
- cardiopalmo;
- convulsiones, entumecimiento de las extremidades;
- retraso del crecimiento y niños;
- Alta presión sanguínea;
- delaminación y fragilidad de las uñas;
- dolor en las articulaciones, bajando el "umbral del dolor";
- menstruación profusa.
Causas de la deficiencia de calcio
Las causas de la deficiencia de calcio pueden ser dietas desequilibradas (especialmente el hambre), bajo contenido de calcio en los alimentos, tabaquismo y adicción al café y bebidas con cafeína, disbacteriosis, enfermedad renal, glándula tiroides, embarazo, períodos de lactancia y menopausia.
El exceso de calcio, que puede ocurrir con el consumo excesivo de productos lácteos o la ingesta descontrolada de medicamentos, se caracteriza por sed intensa, náuseas, vómitos, pérdida de apetito, debilidad y aumento de la orina.
El uso del calcio en la vida.
El calcio ha encontrado aplicación en la producción metalotérmica de uranio, en forma de compuestos naturales se utiliza como materia prima para la producción de yeso y cemento, como medio de desinfección (todo el mundo sabe lejía).
El calcio es un elemento del subgrupo principal del segundo grupo, el cuarto período del sistema periódico de elementos químicos, con número atómico 20. Se denota con el símbolo Ca (lat. Calcium). La sustancia simple calcio (número CAS: 7440-70-2) es un metal alcalinotérreo blando, reactivo, de color blanco plateado.
Historia y origen del nombre
El nombre del elemento proviene del lat. calx (en el caso genitivo calcis) - "cal", "piedra blanda". Fue propuesto por el químico inglés Humphrey Davy, quien en 1808 aisló el calcio metal por el método electrolítico. Davy electrolizó una mezcla de cal apagada húmeda con óxido de mercurio HgO en una placa de platino, que era el ánodo. Un alambre de platino sumergido en mercurio líquido sirvió como cátodo. Como resultado de la electrólisis, se obtuvo la amalgama de calcio. Habiendo eliminado el mercurio de él, Davy recibió un metal llamado calcio.
Los compuestos de calcio: piedra caliza, mármol, yeso (así como la cal, un producto de la quema de piedra caliza) se han utilizado en la construcción desde hace varios milenios. Hasta finales del siglo XVIII, los químicos consideraban a la cal como un cuerpo simple. En 1789, A. Lavoisier sugirió que la cal, la magnesia, la barita, la alúmina y el sílice son sustancias complejas.
Recibo
El calcio metálico libre se obtiene por electrólisis de una masa fundida formada por CaCl 2 (75-80 %) y KCl o por CaCl 2 y CaF 2, así como por reducción aluminotérmica de CaO a 1170-1200 °C:
4CaO + 2Al → CaAl 2 O 4 + 3Ca.
Propiedades físicas
El calcio metálico existe en dos modificaciones alotrópicas. Hasta 443 °C, α-Ca con una red cúbica centrada en las caras es estable (parámetro a = 0,558 nm), por encima de β-Ca es estable con una red cúbica centrada en el cuerpo del tipo α-Fe (parámetro a = 0,448 Nuevo Méjico). La entalpía estándar ΔH 0 de la transición α → β es 0,93 kJ/mol.
Con un aumento gradual de la presión, comienza a mostrar las propiedades de un semiconductor, pero no se convierte en un semiconductor en el pleno sentido de la palabra (ya no es un metal). Con un mayor aumento de la presión, vuelve al estado metálico y comienza a exhibir propiedades superconductoras (la temperatura de superconductividad es seis veces más alta que la del mercurio y supera con creces la conductividad de todos los demás elementos). El comportamiento único del calcio es similar en muchos aspectos al estroncio (es decir, se conservan los paralelos en la tabla periódica).
Propiedades químicas
El calcio es un metal alcalinotérreo típico. La actividad química del calcio es alta, pero menor que la de todos los demás metales alcalinotérreos. Reacciona fácilmente con el oxígeno, el dióxido de carbono y la humedad del aire, por lo que la superficie del calcio metálico suele ser de color gris opaco, por lo que el calcio suele almacenarse en el laboratorio, como otros metales alcalinotérreos, en un frasco bien cerrado debajo de una capa. de queroseno o parafina líquida.
El calcio (del latín Calcium, denotado por el símbolo Ca) es un elemento con número atómico 20 y masa atómica 40.078. Es un elemento del subgrupo principal del segundo grupo, el cuarto período de la tabla periódica de elementos químicos de Dmitry Ivanovich Mendeleev. En condiciones normales, una sustancia simple, el calcio es un metal alcalinotérreo ligero (1,54 g/cm3), maleable, blando, reactivo, de color blanco plateado.
En la naturaleza, el calcio se presenta como una mezcla de seis isótopos: 40Ca (96,97%), 42Ca (0,64%), 43Ca (0,145%), 44Ca (2,06%), 46Ca (0,0033%) y 48Ca (0,185%). El isótopo principal del vigésimo elemento, el más común, es 40Ca, su abundancia isotópica es de aproximadamente el 97%. De los seis isótopos de calcio naturales, cinco son estables, el sexto isótopo 48Ca, el más pesado de los seis y bastante raro (su abundancia isotópica es solo del 0,185%), se ha descubierto recientemente que sufre una doble desintegración β con una vida media de 5.3∙1019 años. Los isótopos producidos artificialmente con números de masa 39, 41, 45, 47 y 49 son radiactivos. En la mayoría de los casos, se utilizan como trazadores de isótopos en el estudio de los procesos del metabolismo mineral en un organismo vivo. El 45Ca, obtenido mediante la irradiación de calcio metálico o sus compuestos con neutrones en un reactor de uranio, juega un papel importante en el estudio Procesos metabólicos que ocurren en los suelos, y en el estudio de los procesos de absorción de calcio por las plantas. Gracias al mismo isótopo, fue posible detectar fuentes de contaminación de varios grados de acero y hierro ultrapuro con compuestos de calcio durante el proceso de fundición.
Los compuestos de calcio: mármol, yeso, piedra caliza y cal (un producto de la quema de piedra caliza) se conocen desde la antigüedad y se utilizaron ampliamente en la construcción y la medicina. Los antiguos egipcios utilizaron compuestos de calcio en la construcción de sus pirámides, y los habitantes de la gran Roma inventaron el hormigón, utilizando una mezcla de piedra triturada, cal y arena. Hasta finales del siglo XVIII, los químicos estaban convencidos de que la cal era un cuerpo simple. Recién en 1789 Lavoisier sugirió que la cal, la alúmina y algunos otros compuestos son sustancias complejas. En 1808, G. Davy obtuvo calcio metálico por electrólisis.
El uso de calcio metálico está asociado a su alta actividad química. Se utiliza para recuperar compuestos de ciertos metales, por ejemplo, torio, uranio, cromo, circonio, cesio, rubidio; para la eliminación del acero y de algunas otras aleaciones de oxígeno, azufre; para la deshidratación de líquidos orgánicos; para la absorción de los restos de gases en aparatos de vacío. Además, el calcio metálico sirve como componente de aleación de algunas aleaciones. Los compuestos de calcio se usan mucho más: se usan en la construcción, la pirotecnia, la producción de vidrio, la medicina y muchas otras áreas.
El calcio es uno de los elementos biogénicos más importantes; es necesario para la mayoría de los organismos vivos para el curso normal de los procesos vitales. El cuerpo de un adulto contiene hasta un kilo y medio de calcio. Está presente en todos los tejidos y fluidos de los organismos vivos. El vigésimo elemento es necesario para la formación de tejido óseo, el mantenimiento del ritmo cardíaco, la coagulación de la sangre, el mantenimiento de la permeabilidad normal de las membranas celulares externas y la formación de una serie de enzimas. La lista de funciones que realiza el calcio en organismos vegetales y animales es muy larga. Baste decir que solo los organismos raros son capaces de desarrollarse en un ambiente desprovisto de calcio, mientras que otros organismos están compuestos en un 38% por este elemento ( cuerpo humano contiene sólo alrededor del 2% de calcio).
Propiedades biológicas
El calcio es uno de los elementos biogénicos, sus compuestos se encuentran en casi todos los organismos vivos (pocos organismos son capaces de desarrollarse en un ambiente carente de calcio), asegurando el curso normal de los procesos vitales. El vigésimo elemento está presente en todos los tejidos y fluidos de animales y plantas, la mayor parte (en organismos vertebrados, incluidos los humanos) se encuentra en el esqueleto y los dientes en forma de fosfatos (por ejemplo, hidroxiapatita Ca5 (PO4) 3OH o 3Ca3 (PO4)2Ca(OH)2). El uso del vigésimo elemento como material de construcción para huesos y dientes se debe al hecho de que los iones de calcio no se usan en la célula. La concentración de calcio está controlada por hormonas especiales, su acción combinada preserva y mantiene la estructura de los huesos. Los esqueletos de la mayoría de los grupos de invertebrados (moluscos, corales, esponjas, etc.) están formados por diversas formas carbonato de calcio CaCO3 (cal). Muchos invertebrados almacenan calcio antes de la muda para construir un nuevo esqueleto o para cumplir funciones vitales en condiciones adversas. Los animales reciben calcio de los alimentos y el agua, y las plantas del suelo y en relación a este elemento se dividen en calcófilos y calcefóbicos.
Los iones de este importante oligoelemento están involucrados en los procesos de coagulación de la sangre, así como en asegurar una presión osmótica constante de la sangre. Además, el calcio es necesario para la formación de una serie de estructuras celulares, manteniendo la permeabilidad normal de las membranas celulares externas, para la fertilización de huevos de peces y otros animales, activación de una serie de enzimas (tal vez esta circunstancia se deba al hecho de que el calcio reemplaza a los iones de magnesio). Los iones de calcio transmiten excitación a la fibra muscular, provocando su contracción, aumentan la fuerza de las contracciones del corazón, aumentan la función fagocítica de los leucocitos, activan el sistema de proteínas protectoras de la sangre, regulan la exocitosis, incluida la secreción de hormonas y neurotransmisores. El calcio afecta la permeabilidad de los vasos sanguíneos; sin este elemento, las grasas, los lípidos y el colesterol se depositarían en las paredes de los vasos sanguíneos. El calcio promueve la excreción de sales de metales pesados y radionúclidos del cuerpo, realiza funciones antioxidantes. El calcio afecta el sistema reproductivo, tiene un efecto antiestrés y tiene un efecto antialérgico.
El contenido de calcio en el cuerpo de un adulto (que pesa 70 kg) es de 1,7 kg (principalmente en la composición de la sustancia intercelular del tejido óseo). La necesidad de este elemento depende de la edad: para adultos, la cantidad diaria requerida es de 800 a 1000 miligramos, para niños de 600 a 900 miligramos. Para los niños, es especialmente importante consumir la dosis requerida para el crecimiento y desarrollo intensivo de los huesos. La principal fuente de calcio en el organismo es la leche y los derivados lácteos, el resto del calcio procede de la carne, el pescado y algunos productos vegetales (especialmente las legumbres). La absorción de cationes de calcio ocurre en el colon y intestino delgado, contribuir a la asimilación ambiente ácido, vitaminas C y D, lactosa (ácido láctico), así como ácidos grasos insaturados. A su vez, la aspirina, el ácido oxálico y los derivados del estrógeno reducen significativamente la absorción del vigésimo elemento. Entonces, al combinarse con el ácido oxálico, el calcio da compuestos insolubles en agua que son componentes de los cálculos renales. El papel del magnesio en el metabolismo del calcio es excelente: con su deficiencia, el calcio se "lava" de los huesos y se deposita en los riñones (cálculos renales) y los músculos. En general, existe un complejo sistema de almacenamiento y liberación del vigésimo elemento en el cuerpo, por lo que el contenido de calcio en la sangre está regulado con precisión y, con una nutrición adecuada, no hay deficiencia ni exceso. La dieta de calcio a largo plazo puede causar calambres, dolor en las articulaciones, estreñimiento, fatiga, somnolencia, retraso en el crecimiento. La falta prolongada de calcio en la dieta conduce al desarrollo de osteoporosis. La nicotina, la cafeína y el alcohol son algunas de las causas de la falta de calcio en el organismo, ya que contribuyen a su excreción intensiva por la orina. Sin embargo, un exceso del vigésimo elemento (o vitamina D) tiene consecuencias negativas: se desarrolla hipercalcemia, cuya consecuencia es una calcificación intensa de huesos y tejidos (afecta principalmente al sistema urinario). El exceso de calcio a largo plazo interrumpe el funcionamiento de los tejidos musculares y nerviosos, aumenta la coagulación de la sangre y reduce la absorción de zinc por parte de las células óseas. Quizás la aparición de artrosis, cataratas, problemas con la presión arterial. De lo anterior, podemos concluir que las células de los organismos vegetales y animales necesitan proporciones estrictamente definidas de iones de calcio.
En farmacología y medicina, los compuestos de calcio se utilizan para la fabricación de vitaminas, tabletas, pastillas, inyecciones, antibióticos, así como para la fabricación de ampollas y utensilios médicos.
¡Resulta que una causa bastante común de infertilidad masculina es la falta de calcio en el cuerpo! El hecho es que la cabeza del espermatozoide tiene una formación en forma de flecha, que consiste completamente en calcio, con una cantidad suficiente de este elemento, el espermatozoide puede superar la membrana y fertilizar el óvulo, con una infertilidad insuficiente.
Científicos estadounidenses han descubierto que la falta de iones de calcio en la sangre conduce a un debilitamiento de la memoria y una disminución de la inteligencia. Por ejemplo, de la conocida revista estadounidense Science News, se supo de experimentos que confirmaron que los gatos desarrollan un reflejo condicionado solo si sus células cerebrales contienen más calcio que sangre.
El compuesto de cianamida cálcica, muy apreciado en la agricultura, se utiliza no solo como fertilizante nitrogenado y fuente de obtención de urea -el fertilizante y materia prima más valioso para la producción de resinas sintéticas-, sino también como sustancia con la que era posible mecanizar la cosecha de los campos de algodón. El hecho es que después del procesamiento con este compuesto, el algodón pierde inmediatamente el follaje, lo que permite que las personas dejen la cosecha del algodón en manos de las máquinas.
Cuando se habla de alimentos ricos en calcio siempre se mencionan los productos lácteos, pero la propia leche contiene de 120 mg (vaca) a 170 mg (oveja) de calcio por cada 100 g; el requesón es aún más pobre: solo 80 mg por 100 gramos. De los productos lácteos, solo el queso contiene de 730 mg (gouda) a 970 mg (emmental) de calcio por 100 g de producto. Sin embargo, el poseedor del récord del vigésimo elemento es la amapola: ¡100 gramos de semillas de amapola contienen casi 1500 mg de calcio!
El cloruro de calcio CaCl2, que se utiliza, por ejemplo, en plantas de refrigeración, es un producto de desecho de muchos procesos químico-tecnológicos, en particular, la producción a gran escala de refrescos. Sin embargo, a pesar del uso generalizado del cloruro de calcio en varios campos, su consumo es significativamente inferior a su producción. Por esta razón, por ejemplo, cerca de las fábricas que producen refrescos, se forman lagos enteros a partir de salmuera de cloruro de calcio. Tales estanques de almacenamiento no son infrecuentes.
Para comprender cuántos compuestos de calcio se consumen, vale la pena dar solo un par de ejemplos. En la producción de acero, la cal se utiliza para eliminar el fósforo, el silicio, el manganeso y el azufre; en el proceso de conversión de oxígeno, ¡se consumen 75 kilogramos de cal por tonelada de acero! Otro ejemplo es de un área completamente diferente: la industria alimentaria. En la producción de azúcar, para precipitar el sacarato de calcio, el jarabe de azúcar en bruto se hace reaccionar con cal. Entonces, el azúcar de caña generalmente requiere alrededor de 3-5 kg de limón por tonelada, y el azúcar de remolacha, ¡cien veces más, es decir, aproximadamente media tonelada de limón por tonelada de azúcar!
La "dureza" del agua es una serie de propiedades que le dan al agua las sales de calcio y magnesio disueltas en ella. La rigidez se divide en temporal y permanente. La dureza temporal o carbonatada se produce por la presencia de bicarbonatos solubles Ca (HCO3) 2 y Mg (HCO3) 2 en agua. Es muy fácil deshacerse de la dureza del carbonato: al hervir agua, los bicarbonatos se convierten en carbonatos de calcio y magnesio insolubles en agua, que se precipitan. La dureza permanente es creada por sulfatos y cloruros de los mismos metales, pero deshacerse de ella es mucho más difícil. El agua dura es terrible no solo porque evita la formación de espuma de jabón y, por lo tanto, lava peor la ropa, es mucho peor porque forma una capa de incrustaciones en las calderas de vapor y las plantas de calderas, lo que reduce su eficiencia y provoca emergencias. Curiosamente, sabían cómo determinar la dureza del agua en la antigua Roma. Se utilizó vino tinto como reactivo: sus colorantes forman un precipitado con iones de calcio y magnesio.
El proceso de preparación del calcio para el almacenamiento es muy interesante. El calcio metálico se almacena durante mucho tiempo en forma de piezas que pesan entre 0,5 y 60 kg. Estos "cerdos" se empaquetan en bolsas de papel, luego se colocan en contenedores de hierro galvanizado con costuras soldadas y teñidas. Los recipientes bien cerrados se colocan en cajas de madera. Las piezas que pesan menos de medio kilogramo no se pueden almacenar durante mucho tiempo; cuando se oxidan, se convierten rápidamente en óxido, hidróxido y carbonato de calcio.
Historia
El calcio metálico se obtuvo hace relativamente poco tiempo; sin embargo, en 1808, la humanidad ha estado familiarizada con los compuestos de este metal durante mucho tiempo. Desde la antigüedad, la gente ha utilizado piedra caliza, tiza, mármol, alabastro, yeso y otros compuestos que contienen calcio en la construcción y la medicina. La piedra caliza CaCO3 fue probablemente el primer material de construcción utilizado por el hombre. Fue utilizado en la construcción Pirámides egipcias y la Gran Muralla China. Muchos templos e iglesias en Rusia, así como la mayoría de los edificios de la antigua Moscú, se construyeron con piedra caliza, piedra blanca. También en viejos tiempos una persona, quemando piedra caliza, recibía cal viva (CaO), como lo atestiguan los trabajos de Plinio el Viejo (siglo I d.C.) y Dioscórides, médico del ejército romano, quien en el ensayo “Sobre medicamentos”Introdujo el nombre de “cal viva” para el óxido de calcio, que ha sobrevivido hasta el día de hoy. Y todo esto a pesar de que el óxido de calcio puro fue descrito por primera vez por el químico alemán I. Luego, solo en 1746 y en 1755, el químico J. Black, al estudiar el proceso de cocción, reveló que la pérdida de masa de la piedra caliza durante la cocción ocurre. debido a la liberación de gas de dióxido de carbono:
CaCO3 ↔ CO2 + CaO
Los morteros egipcios empleados en las pirámides de Giza se basaban en yeso parcialmente deshidratado CaSO4 2H2O, es decir, alabastro 2CaSO4∙H2O. También es la base de todo el yeso de la tumba de Tutankamón. Los egipcios utilizaron yeso quemado (alabastro) como aglutinante en la construcción de instalaciones de riego. Cocción de yeso natural en altas temperaturas, los constructores egipcios lograron su deshidratación parcial, y no solo se separó agua, sino también anhídrido sulfúrico de la molécula. Más tarde, cuando se diluyó con agua, se obtuvo una masa muy fuerte, que no temía las fluctuaciones del agua y la temperatura.
Los romanos pueden llamarse con razón los inventores del hormigón, porque en sus edificios utilizaron una de las variedades de este material de construcción: una mezcla de piedra triturada, arena y cal. Hay una descripción de Plinio el Viejo de la construcción de cisternas de tal hormigón: “Para la construcción de cisternas, cinco partes de arena pura de grava, dos partes de la mejor cal apagada y fragmentos de sílex (lava dura) que pesan no más de se toman una libra de cada uno, después de mezclar se compactan el fondo y superficies laterales golpes de un pisón de hierro. En clima húmedo El hormigón de Italia era el material más sostenible.
Resulta que los compuestos de calcio, que utilizaron ampliamente, son conocidos por la humanidad desde hace mucho tiempo. Sin embargo, hasta finales del siglo XVIII, los químicos consideraban que la cal era un cuerpo simple, solo en vísperas del nuevo siglo comenzó el estudio de la naturaleza de la cal y otros compuestos de calcio. Entonces Stahl sugirió que la cal es un cuerpo complejo que consta de principios terrosos y acuosos, y Black estableció una diferencia entre la cal cáustica y la cal carbónica, que contenían "aire fijo". Antoine Laurent Lavoisier atribuyó la tierra calcárea (CaO) al número de elementos, es decir, a las sustancias simples, aunque en 1789 sugirió que la cal, la magnesia, la barita, la alúmina y el sílice son sustancias complejas, pero esto sólo se podrá probar descomponiendo la "tierra obstinada" (óxido de calcio). Y el primero en triunfar fue Humphrey Davy. Luego de la exitosa descomposición de los óxidos de potasio y sodio por electrólisis, el químico decidió obtener metales alcalinotérreos de la misma manera. Sin embargo, los primeros intentos no tuvieron éxito: el inglés trató de descomponer la cal por electrólisis en el aire y bajo una capa de aceite, luego calcinó la cal con potasio metálico en un tubo e hizo muchos otros experimentos, pero fue en vano. Finalmente, en un aparato con cátodo de mercurio, obtuvo por electrólisis una amalgama de cal, y de ella calcio metálico. Muy pronto, este método de obtención de metal fue mejorado por I. Berzelius y M. Pontin.
El nuevo elemento obtuvo su nombre de la palabra latina "calx" (en el caso genitivo calcis) - cal, piedra blanda. Calx (calx) se llamaba tiza, piedra caliza, en general, una piedra de guijarros, pero con mayor frecuencia un mortero a base de cal. Este concepto también fue utilizado por autores antiguos (Vitruvio, Plinio el Viejo, Dioscórides), describiendo la quema de piedra caliza, el apagado de la cal y la preparación de morteros. Más tarde, en el círculo de los alquimistas, "calx" denotaba el producto de la tostación en general, en particular, los metales. Así, por ejemplo, los óxidos metálicos se denominaban cales metálicas y el proceso de cocción en sí se denominaba calcinación (calcinatio). En la literatura de prescripción rusa antigua, se encuentra la palabra heces (barro, arcilla), por lo que en la colección de Trinity-Sergius Lavra (siglo XV) dice: "tomar heces, de ellas hacen oro para el horno". Solo más tarde la palabra cal, que sin duda está relacionada con la palabra "calx", se convirtió en sinónimo de la palabra estiércol. En la literatura rusa de principios del siglo XIX, el calcio a veces se llamaba la base de la tierra calcárea, calcáreo (Shcheglov, 1830), calcáreo (Iovsky), calcio, calcio (Hess).
estar en la naturaleza
El calcio es uno de los elementos más comunes en nuestro planeta - el quinto en términos de contenido cuantitativo en la naturaleza (de los no metales, solo el oxígeno es más común - 49,5% y el silicio - 25,3%) y el tercero entre los metales (solo el aluminio es más común - 7,5% y hierro - 5,08%). Clarke (contenido promedio en la corteza terrestre) de calcio, según diversas estimaciones, oscila entre 2,96% en peso y 3,38%, definitivamente podemos decir que esta cifra es de aproximadamente 3%. En la capa exterior del átomo de calcio hay dos electrones de valencia, cuyo enlace con el núcleo es bastante frágil. Por esta razón, el calcio tiene una alta actividad química y no se encuentra en la naturaleza en forma libre. Sin embargo, migra activamente y se acumula en varios sistemas geoquímicos, formando aproximadamente 400 minerales: silicatos, aluminosilicatos, carbonatos, fosfatos, sulfatos, borosilicatos, molibdatos, cloruros y otros, ocupando el cuarto lugar en este indicador. Durante la fusión de los magmas basálticos, el calcio se acumula en la masa fundida y entra en la composición de los principales minerales formadores de rocas, durante cuyo fraccionamiento su contenido disminuye durante la diferenciación del magma de rocas básicas a ácidas. En su mayor parte, el calcio se encuentra en la parte inferior de la corteza terrestre, acumulándose en las rocas principales (6,72%); hay poco calcio en el manto terrestre (0,7%) y, probablemente, menos aún en el núcleo terrestre (en los meteoritos de hierro del vigésimo elemento similares al núcleo, sólo el 0,02%).
Es cierto que el calcio clarke en los meteoritos pedregosos es del 1,4% (se encuentra sulfuro de calcio raro), en rocas medianas: 4,65%, las rocas ácidas contienen 1,58% de calcio en peso. La parte principal del calcio está contenida en la composición de silicatos y aluminosilicatos de varias rocas (granitos, gneises, etc.), especialmente en feldespato - anortita Ca, así como diópsido CaMg, wollastonita Ca3. En forma de rocas sedimentarias, los compuestos de calcio están representados por creta y piedra caliza, que consisten principalmente en el mineral calcita (CaCO3).
Carbonato de calcio CaCO3 es uno de los compuestos más comunes en la Tierra: los minerales basados en carbonato de calcio cubren aproximadamente 40 millones de kilómetros cuadrados de la superficie terrestre. En muchas partes de la superficie terrestre existen importantes depósitos sedimentarios de carbonato de calcio, que se formaron a partir de restos de antiguas organismos marinos- yeso, mármol, piedra caliza, roca de concha - todo esto es CaCO3 con impurezas menores, y la calcita es CaCO3 puro. El más importante de estos minerales es la piedra caliza, más precisamente, las calizas; después de todo, cada depósito difiere en densidad, composición y cantidad de impurezas. Por ejemplo, la roca de concha es piedra caliza de origen orgánico, y el carbonato de calcio, que tiene menos impurezas, forma cristales transparentes de cal o espato islandés. La tiza es otra variedad común de carbonato de calcio, pero el mármol, la forma cristalina de la calcita, es mucho menos común en la naturaleza. En general, se acepta que el mármol se formó a partir de piedra caliza en épocas geológicas antiguas. Durante el movimiento de la corteza terrestre, depósitos individuales de piedra caliza quedaron enterrados bajo capas de otras rocas. Bajo la acción de alta presión y temperatura, tuvo lugar el proceso de recristalización y la piedra caliza se convirtió en una roca cristalina más densa: el mármol. Extrañas estalactitas y estalagmitas: el mineral aragonito, que es otra variedad de carbonato de calcio. El aragonito ortorrómbico se forma en mares cálidos- Enormes capas de carbonato de calcio en forma de aragonito formaron las Bahamas, los Cayos de Florida y la cuenca del Mar Rojo. También están bastante extendidos minerales de calcio como fluorita CaF2, dolomita MgCO3 CaCO3, anhidrita CaSO4, fosforita Ca5 (PO4) 3 (OH, CO3) (con diversas impurezas) y apatitas Ca5 (PO4) 3 (F, Cl, OH) - formas de fosfato de calcio, alabastro CaSO4 0.5H2O y yeso CaSO4 2H2O (formas de sulfato de calcio) y otros. En los minerales que contienen calcio, hay elementos-impurezas que reemplazan isomórficamente (por ejemplo, sodio, estroncio, tierras raras, radiactivos y otros elementos).
Una gran cantidad del vigésimo elemento está en aguas naturales debido a la existencia de un "equilibrio de carbonato" global entre CaCO3 poco soluble, Ca (HCO3) 2 altamente soluble y CO2 en agua y aire:
CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2 = Ca2+ + 2HCO3-
Esta reacción es reversible y es la base para la redistribución del vigésimo elemento - cuando alto contenido dióxido de carbono en las aguas, el calcio está en solución, y con un bajo contenido de CO2, el mineral calcita CaCO3 precipita, formando poderosos depósitos de piedra caliza, creta, mármol.
Una cantidad considerable de calcio está incluida en la composición de los organismos vivos, por ejemplo, hidroxiapatita Ca5 (PO4) 3OH o, en otra entrada, 3Ca3 (PO4) 2 Ca (OH) 2, la base del tejido óseo de los vertebrados. incluidos los humanos. El carbonato de calcio CaCO3 es el componente principal de las conchas y caparazones de muchos invertebrados, cáscaras de huevo, corales e incluso perlas.
Solicitud
El calcio metálico se usa muy raramente. Básicamente, este metal (así como su hidruro) se utiliza en la producción metalotérmica de metales difíciles de recuperar: uranio, titanio, torio, circonio, cesio, rubidio y una serie de metales de tierras raras de sus compuestos (óxidos o haluros). El calcio se utiliza como agente reductor en la producción de níquel, cobre y acero inoxidable. Además, el vigésimo elemento se usa para la desoxidación de aceros, bronces y otras aleaciones, para la eliminación de azufre de los productos derivados del petróleo, para la deshidratación. disolventes orgánicos, para purificar argón de impurezas de nitrógeno y como absorbente de gas en dispositivos eléctricos de vacío. El calcio metálico se utiliza en la producción de aleaciones antifricción del sistema Pb-Na-Ca (utilizadas en cojinetes), así como la aleación Pb-Ca, que se utiliza para fabricar la cubierta de cables eléctricos. La aleación silicocálcica (Ca-Si-Ca) se utiliza como desoxidante y desgasificador en la producción de aceros de alta calidad. El calcio se utiliza como elemento de aleación para aleaciones de aluminio y como aditivo modificador para aleaciones de magnesio. Por ejemplo, la introducción de calcio aumenta la resistencia de los cojinetes de aluminio. El calcio puro también se utiliza para dopar el plomo, que se utiliza para la fabricación de placas de batería, baterías de plomo-ácido de arranque libres de mantenimiento y con baja autodescarga. Además, el calcio metálico se utiliza para la producción de babbits de calcio BKA de alta calidad. Con la ayuda del calcio, el contenido de carbono en el hierro fundido se regula y el bismuto se elimina del plomo, el oxígeno, el azufre y el fósforo se purifican del acero. El calcio, así como sus aleaciones con aluminio y magnesio, se utilizan en baterías termoeléctricas de reserva como ánodo (por ejemplo, elemento cromato de calcio).
Sin embargo, los compuestos del vigésimo elemento se usan mucho más. y ante todo estamos hablando sobre compuestos naturales calcio. Uno de los compuestos de calcio más comunes en la Tierra es el carbonato de CaCO3. El carbonato de calcio puro es el mineral calcita y piedra caliza, tiza, mármol, roca de concha - CaCO3 con impurezas menores. Una mezcla de carbonato de calcio y magnesio se llama dolomita. La piedra caliza y la dolomita se utilizan principalmente como materiales de construcción, superficies de carreteras o desacidificantes del suelo. El carbonato de calcio CaCO3 es necesario para obtener óxido de calcio (cal viva) CaO e hidróxido de calcio (cal apagada) Ca(OH)2. A su vez, CaO y Ca (OH) 2 son las sustancias principales en muchas áreas de las industrias química, metalúrgica y de ingeniería: el óxido de calcio, tanto en forma libre como como parte de mezclas cerámicas, se utiliza en la producción de materiales refractarios; La industria de la pulpa y el papel necesita volúmenes colosales de hidróxido de calcio. Además, el Ca (OH) 2 se usa en la producción de lejía (un buen blanqueador y desinfectante), sal de Berthollet, soda y algunos pesticidas para controlar plagas de plantas. Se consume una gran cantidad de cal en la producción de acero, para eliminar azufre, fósforo, silicio y manganeso. Otro papel de la cal en la metalurgia es la producción de magnesio. La cal también se utiliza como lubricante en el trefilado de alambres de acero y en la neutralización de líquidos residuales de decapado que contienen ácido sulfúrico. Además, es la cal el reactivo químico más común en el tratamiento del agua potable e industrial (junto con el alumbre o las sales de hierro, coagula las suspensiones y elimina los sedimentos, y también ablanda el agua eliminando la dureza temporal - hidrocarbonada). En la vida cotidiana y en la medicina, el carbonato de calcio precipitado se utiliza como agente neutralizador de ácidos, un abrasivo suave en las pastas dentales, una fuente de calcio adicional en las dietas, componente chicle y relleno en cosmética. El CaCO3 también se utiliza como relleno en cauchos, látex, pinturas y esmaltes, y plásticos (alrededor del 10 % en peso) para mejorar su resistencia al calor, rigidez, dureza y maquinabilidad.
¡De particular importancia es el fluoruro de calcio CaF2, porque en forma de mineral (fluorita) es la única fuente de flúor industrialmente importante! El fluoruro de calcio (fluorita) se utiliza en forma de monocristales en óptica (objetivos astronómicos, lentes, prismas) y como material láser. El hecho es que solo los vidrios de fluoruro de calcio son permeables a toda la región del espectro. El tungstato de calcio (scheelita) en forma de monocristales se utiliza en la tecnología láser y también como centelleador. No menos importante es el cloruro de calcio CaCl2, un componente de las salmueras para unidades de refrigeración y para inflar neumáticos de tractores y otros vehículos. Con la ayuda del cloruro de calcio se limpian caminos y aceras de nieve y hielo, este compuesto se utiliza para proteger el carbón y el mineral de la congelación durante el transporte y almacenamiento, la madera se impregna con su solución para que sea resistente al fuego. El CaCl2 se utiliza en mezclas de hormigón para acelerar el inicio del fraguado y aumentar la resistencia inicial y final del hormigón.
El carburo de calcio CaC2 obtenido artificialmente (durante la calcinación en hornos eléctricos de óxido de calcio con coque) se utiliza para obtener acetileno y reducir metales, así como en la producción de cianamida de calcio que, a su vez, libera amoníaco bajo la acción del vapor de agua . Además, la cianamida de calcio se utiliza para la producción de urea, un valioso fertilizante y materia prima para la producción de resinas sintéticas. Al calentar el calcio en una atmósfera de hidrógeno, se obtiene CaH2 (hidruro de calcio), que se utiliza en metalurgia (metalotermia) y en la producción de hidrógeno en el campo (a partir de 1 kilogramo de hidruro de calcio se puede obtener más de un metro cúbico de hidrógeno). ), que se utiliza para inflar globos, por ejemplo. En la práctica de laboratorio, el hidruro de calcio se utiliza como agente reductor energético. El insecticida arseniato de calcio, que se obtiene al neutralizar el ácido arsénico con cal, se usa ampliamente para controlar el gorgojo del algodón, la polilla de la manzana, el gusano del tabaco y el escarabajo de la patata de Colorado. Los fungicidas importantes son los aerosoles de sulfato de cal y las mezclas de Burdeos, que se obtienen a partir de sulfato de cobre e hidróxido de calcio.
Producción
El primero en obtener calcio metálico fue el químico inglés Humphry Davy. En 1808, realizó una electrólisis de una mezcla de cal húmeda húmeda Ca (OH) 2 con óxido de mercurio HgO sobre una placa de platino que servía de ánodo (un alambre de platino sumergido en mercurio actuaba como cátodo), como resultado de lo cual Davy obtuvo una amalgama de calcio extrayendo mercurio de ella. El químico descubrió un nuevo metal, al que llamó calcio.
En la industria moderna, el calcio metálico libre se obtiene por electrólisis de una masa fundida de cloruro de calcio CaCl2, cuya proporción es del 75-85%, y cloruro de potasio KCl (es posible utilizar una mezcla de CaCl2 y CaF2) o por reducción aluminotérmica de óxido de calcio CaO a una temperatura de 1 170-1 200 ° C. El cloruro de calcio anhidro puro necesario para la electrólisis se obtiene por cloración del óxido de calcio por calentamiento en presencia de carbón o por deshidratación del CaCl2 ∙ 6H2O obtenido por la acción del ácido clorhídrico sobre la caliza. El proceso electrolítico se lleva a cabo en un baño de electrólisis, en el que se coloca una sal de cloruro de calcio purificada y seca y cloruro de potasio, lo cual es necesario para bajar el punto de fusión de la mezcla. Los bloques de grafito se colocan sobre el baño: un ánodo, un baño de hierro fundido o acero relleno con una aleación de cobre y calcio, actúa como cátodo. En el proceso de electrólisis, el calcio pasa a la aleación de cobre y calcio, enriqueciéndola significativamente, pasa a la cloración de la lechada de cal. La aleación de cobre-calcio enriquecida puede utilizarse directamente como aleación o enviarse para su purificación (destilación), donde se destila al vacío (a una temperatura de 1000-1080 °C y una presión residual de 13-20 kPa) de la que se obtiene el metal. se obtiene calcio de pureza nuclear. Para obtener calcio de alta pureza, se destila dos veces. El proceso de electrólisis se lleva a cabo a una temperatura de 680-720 °C. El punto es que esto es lo más temperatura óptima para el proceso electrolítico: a una temperatura más baja, la aleación enriquecida con calcio flota en la superficie del electrolito, y a una temperatura más alta, el calcio se disuelve en el electrolito con la formación de CaCl. Durante la electrólisis con cátodos líquidos, las aleaciones de calcio y plomo o calcio y zinc se utilizan directamente en ingeniería para obtener aleaciones de calcio con plomo (para cojinetes) y con zinc (para producir hormigón celular; cuando la aleación interactúa con la humedad, se libera hidrógeno y se crea una estructura porosa). A veces, el proceso se lleva a cabo con un cátodo enfriado por hierro, que solo está en contacto con la superficie del electrolito fundido. A medida que se libera calcio, el cátodo se eleva gradualmente, se extrae una barra (50-60 cm) de calcio del fundido, protegida del oxígeno atmosférico por una capa de electrolito solidificado. El "método del tacto" se utiliza para obtener calcio fuertemente contaminado con cloruro de calcio, hierro, aluminio, sodio, la purificación se realiza por refundición en una atmósfera de argón.
Otro método para obtener calcio, el metalotérmico, fue fundamentado teóricamente ya en 1865 por el famoso químico ruso N. N. Beketov. El método aluminotérmico se basa en la reacción:
6CaO + 2Al → 3CaO Al2O3 + 3Ca
Las briquetas se prensan a partir de una mezcla de óxido de calcio con aluminio en polvo, se colocan en una retorta de acero al cromo-níquel y el calcio resultante se destila a 1170-1200 °C y una presión residual de 0,7-2,6 Pa. El calcio se obtiene en forma de vapor, que luego se condensa en una superficie fría. El método aluminotérmico de obtención de calcio se utiliza en China, Francia y otros países. A escala industrial El método metalotérmico de obtención de calcio fue el primero en ser utilizado por Estados Unidos durante la Segunda Guerra Mundial. De la misma forma se puede obtener calcio por reducción de CaO con ferrosilicio o silicoaluminio. El calcio se produce en forma de lingotes o láminas con una pureza del 98-99%.
Pros y contras existen en ambos métodos. El método electrolítico es multioperativo, consume mucha energía (se consumen 40-50 kWh de energía por 1 kg de calcio), además, no es seguro para el medio ambiente, requiere una gran cantidad de reactivos y materiales. Sin embargo, la liberación de calcio este método es del 70-80%, mientras que con el método aluminotérmico el rendimiento es sólo del 50-60%. Además, con el método metalotérmico de obtención de calcio, la desventaja es que es necesario realizar destilaciones repetidas, y la ventaja es el bajo consumo de energía y la ausencia de emisiones nocivas de gases y líquidos.
No hace mucho tiempo, se desarrolló un nuevo método para obtener calcio metálico, que se basa en la disociación térmica del carburo de calcio: el carburo calentado en vacío a 1.750 °C se descompone con la formación de vapor de calcio y grafito sólido.
Hasta mediados del siglo XX, el calcio metálico se producía en cantidades muy pequeñas, ya que casi nunca se utilizaba. Por ejemplo, en los Estados Unidos de América durante la Segunda Guerra Mundial no se consumieron más de 25 toneladas de calcio, y en Alemania solo entre 5 y 10 toneladas. Solo en la segunda mitad del siglo XX, cuando se hizo evidente que el calcio es un agente reductor activo de muchos metales raros y refractarios, se produjo un rápido crecimiento en el consumo (alrededor de 100 toneladas por año) y, como resultado, la producción de este comenzó el metal. Con el desarrollo de la industria nuclear, donde el calcio se utiliza como componente de la reducción metalotérmica de uranio a partir de tetrafluoruro de uranio (con la excepción de EE. UU., donde se utiliza magnesio en lugar de calcio), la demanda (alrededor de 2.000 toneladas por año) para el elemento número veinte, así como su producción, ha aumentado muchas veces. Sobre el este momento China, Rusia, Canadá y Francia pueden considerarse los principales productores de calcio metálico. Desde estos países se envía calcio a USA, México, Australia, Suiza, Japón, Alemania, Gran Bretaña. El precio del calcio metal aumentó constantemente hasta que China comenzó a producir el metal en tales volúmenes que apareció un excedente del vigésimo elemento en el mercado mundial, lo que provocó una fuerte disminución del precio.
Propiedades físicas
¿Qué es el calcio metálico? ¿Cuáles son las propiedades de este elemento, obtenido en 1808 por el químico inglés Humphrey Davy, un metal cuya masa en el cuerpo de un adulto puede ser de hasta 2 kilogramos?
La sustancia simple calcio es un metal ligero de color blanco plateado. La densidad del calcio es de solo 1,54 g/cm3 (a una temperatura de 20 °C), que es significativamente menor que la densidad del hierro (7,87 g/cm3), plomo (11,34 g/cm3), oro (19,3 g/cm3 ) o platino (21,5 g/cm3). El calcio es incluso más ligero que metales "ingrávidos" como el aluminio (2,70 g/cm3) o el magnesio (1,74 g/cm3). Pocos metales pueden "alardear" de una densidad inferior a la del vigésimo elemento: sodio (0,97 g/cm3), potasio (0,86 g/cm3), litio (0,53 g/cm3). En términos de densidad, el calcio es muy similar al rubidio (1,53 g/cm3). El punto de fusión del calcio es de 851 °C, el punto de ebullición es de 1480 °C. Los puntos de fusión y ebullición similares (aunque un poco más bajos) para otros metales alcalinotérreos son el estroncio (770 °C y 1380 °C) y el bario (710 °C y 1640 °C).
El calcio metálico existe en dos modificaciones alotrópicas: en temperatura normal hasta 443 °C, el α-calcio es estable con una red cúbica centrada en las caras de tipo cobre, con parámetros: a = 0,558 nm, z = 4, grupo espacial Fm3m, radio atómico 1,97 A, radio iónico Ca2+ 1,04 A; en el rango de temperatura de 443-842 °C, el β-calcio es estable con una red centrada en el cuerpo cúbico del tipo α-hierro, con parámetros a = 0,448 nm, z = 2, grupo espacial Im3m. La entalpía estándar de transición de la modificación α a la modificación β es de 0,93 kJ/mol. El coeficiente de temperatura de expansión lineal para el calcio en el rango de temperatura de 0-300 °C es 22 10-6. La conductividad térmica del vigésimo elemento a 20 °C es 125,6 W/(m·K) o 0,3 cal/(cm·s·°C). La capacidad calorífica específica del calcio en el rango de 0 a 100°C es 623,9 J/(kg K) o 0,149 cal/(g°C). La resistividad eléctrica del calcio a 20°C es de 4,6 10-8 ohm m o 4,6 10-6 ohm cm; coeficiente de temperatura la resistencia eléctrica del elemento número veinte es 4.57 10-3 (a 20 °C). Módulo de elasticidad del calcio 26 Gn/m2 o 2600 kgf/mm2; resistencia máxima a la tracción 60 Mn/m2 (6 kgf/mm2); el límite elástico para el calcio es de 4 MN/m2 o 0,4 kgf/mm2, el límite elástico es de 38 MN/m2 (3,8 kgf/mm2); alargamiento relativo del vigésimo elemento 50%; Dureza Brinell cálcica 200-300 MN/m2 o 20-30 kgf/mm2. Con un aumento gradual de la presión, el calcio comienza a exhibir las propiedades de un semiconductor, pero no se convierte en uno en el sentido completo de la palabra (al mismo tiempo, ya no es un metal). Con un mayor aumento de la presión, el calcio vuelve al estado metálico y comienza a exhibir propiedades superconductoras (la temperatura de superconductividad es seis veces mayor que la del mercurio y supera con creces la conductividad de todos los demás elementos). El comportamiento único del calcio es similar en muchos aspectos al estroncio (es decir, se conservan los paralelos en la tabla periódica).
Las propiedades mecánicas del calcio elemental no difieren de las de otros miembros de la familia de los metales, que son excelentes materiales estructurales: el calcio metálico de alta pureza es dúctil, bien prensado y laminado, trefilado, forjado y apto para el corte. se puede encender torno. Sin embargo, a pesar de todas estas excelentes cualidades de un material estructural, el calcio no es tal: la razón de todo es su alta actividad química. Sin embargo, no olvides que el calcio es indispensable material estructural tejido óseo y sus minerales - Material de construcción desde hace muchos milenios ya.
Propiedades químicas
La configuración de la capa externa de electrones del átomo de calcio es 4s2, lo que determina la valencia de 2 del vigésimo elemento en los compuestos. Los dos electrones de la capa externa se separan con relativa facilidad de los átomos, que luego se convierten en iones positivos doblemente cargados. Por esta razón, en términos de actividad química, el calcio es solo ligeramente inferior a los metales alcalinos (potasio, sodio, litio). Al igual que este último, incluso a temperatura ambiente ordinaria, el calcio interactúa fácilmente con el oxígeno, el dióxido de carbono y el aire húmedo, mientras se cubre con una película gris opaca de una mezcla de óxido de CaO e hidróxido de Ca (OH) 2. Por lo tanto, el calcio se almacena en un recipiente herméticamente cerrado bajo una capa de aceite mineral, parafina líquida o queroseno. Cuando se calienta en oxígeno y aire, el calcio se enciende, arde con una llama roja brillante, y se forma el óxido básico CaO, que es una sustancia blanca altamente inflamable, cuyo punto de fusión es de aproximadamente 2.600 °C. El óxido de calcio también se conoce en la técnica como cal viva o cal quemada. También se han obtenido peróxidos de calcio - CaO2 y CaO4. El calcio reacciona con el agua con la liberación de hidrógeno (en la serie de potenciales estándar, el calcio se encuentra a la izquierda del hidrógeno y puede desplazarlo del agua) y la formación de hidróxido de calcio Ca (OH) 2, y en agua fría la velocidad de reacción disminuye gradualmente (debido a la formación de una capa de hidróxido de calcio poco soluble):
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2 + Q
El calcio interactúa más vigorosamente con el agua caliente, desplazando rápidamente al hidrógeno y formando Ca(OH)2. El hidróxido de calcio Ca (OH) 2 es una base fuerte, ligeramente soluble en agua. Una solución saturada de hidróxido de calcio se llama agua de cal y es alcalina. En el aire, el agua de cal se enturbia rápidamente debido a la absorción de dióxido de carbono y la formación de carbonato de calcio insoluble. A pesar de tales procesos violentos que ocurren durante la interacción del vigésimo elemento con el agua, sin embargo, a diferencia de Metales alcalinos, la reacción de interacción del calcio con el agua se desarrolla con menos energía, sin explosiones ni inflamaciones. En general, la reactividad del calcio es menor que la de otros metales alcalinotérreos.
El calcio se combina activamente con los halógenos, formando así compuestos del tipo CaX2: reacciona con el flúor en frío y con el cloro y el bromo a temperaturas superiores a 400 ° C, dando CaF2, CaCl2 y CaBr2, respectivamente. Estos haluros en estado fundido se forman con monohaluros de calcio del tipo CaX - CaF, CaCl, en los que el calcio es formalmente monovalente. Estos compuestos son estables solo por encima de los puntos de fusión de los dihaluros (se desproporcionan al enfriarse para formar Ca y CaX2). Además, el calcio interactúa activamente, especialmente cuando se calienta, con varios no metales: cuando se calienta, el sulfuro de calcio CaS se obtiene con azufre, este último se une al azufre, formando polisulfuros (CaS2, CaS4 y otros); al interactuar con hidrógeno seco a una temperatura de 300-400 ° C, el calcio forma un hidruro CaH2, un compuesto iónico en el que el hidrógeno es un anión. El hidruro de calcio CaH2 es una sustancia blanca similar a una sal que reacciona violentamente con el agua para liberar hidrógeno:
CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2
Cuando se calienta (alrededor de 500 ° C) en una atmósfera de nitrógeno, el calcio se enciende y forma nitruro de Ca3N2, conocido en dos formas cristalinas: α de alta temperatura y β de baja temperatura. El nitruro Ca3N4 también se obtuvo calentando la amida de calcio Ca(NH2)2 al vacío. Cuando se calienta sin acceso al aire con grafito (carbono), silicio o fósforo, el calcio da, respectivamente, carburo de calcio CaC2, siliciuros Ca2Si, Ca3Si4, CaSi, CaSi2 y fosfuros Ca3P2, CaP y CaP3. La mayoría de los compuestos de calcio con no metales se descomponen fácilmente con agua:
CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2
Ca3N2 + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2NH3
Con boro, el calcio forma boruro de calcio CaB6, con calcógenos - calcogenuros CaS, CaSe, CaTe. También se conocen policalcogenuros CaS4, CaS5, Ca2Te3. El calcio forma compuestos intermetálicos con varios metales: aluminio, oro, plata, cobre, plomo y otros. Al ser un agente reductor energético, el calcio desplaza casi todos los metales de sus óxidos, sulfuros y haluros cuando se calienta. El calcio se disuelve bien en amoníaco líquido NH3 con la formación de una solución azul, cuya evaporación libera amoníaco [Ca (NH3) 6], un compuesto sólido de color dorado con conductividad metálica. Las sales de calcio se obtienen generalmente por la interacción de los óxidos de ácido con el óxido de calcio, la acción de los ácidos sobre el Ca (OH) 2 o CaCO 3, reacciones de intercambio en soluciones acuosas electrolitos Muchas sales de calcio son altamente solubles en agua (cloruro de CaCl2, bromuro de CaBr2, yoduro de CaI2 y nitrato de Ca(NO3)2), casi siempre forman hidratos cristalinos. El fluoruro de CaF2, el carbonato de CaCO3, el sulfato de CaSO4, el ortofosfato de Ca3(PO4)2, el oxalato de CaC2O4 y algunos otros son insolubles en agua.
DEFINICIÓN
Calcio- el vigésimo elemento de la tabla periódica. Designación - Ca del latín "calcio". Ubicado en el cuarto período, grupo IIA. Se refiere a los metales. El cargo principal es de 20.
El calcio es uno de los elementos más abundantes en la naturaleza. Contiene aproximadamente un 3% (masa) en la corteza terrestre. Se presenta como numerosos depósitos de piedra caliza y tiza, así como de mármol, que son variedades naturales de carbonato de calcio CaCO 3 . También se encuentran en grandes cantidades yeso CaSO 4 × 2H 2 O, fosforita Ca 3 (PO 4) 2 y, finalmente, diversos silicatos que contienen calcio.
En forma de sustancia simple, el calcio es maleable, bastante metal solido blanco (fig. 1). En el aire, se cubre rápidamente con una capa de óxido y, cuando se calienta, arde con una llama rojiza brillante. El calcio reacciona con relativa lentitud con el agua fría, pero rápidamente desplaza al hidrógeno del agua caliente, formando hidróxido.
Arroz. 1. Calcio. Apariencia.
Peso atómico y molecular del calcio
La masa molecular relativa de una sustancia (M r) es un número que muestra cuántas veces la masa de una molécula determinada es mayor que 1/12 de la masa de un átomo de carbono, y la masa atómica relativa de un elemento (A r) es cuantas veces peso promedioátomos de un elemento químico es más de 1/12 de la masa de un átomo de carbono.
Dado que el calcio en estado libre existe en forma de moléculas monoatómicas de Ca, los valores de sus masas atómicas y moleculares son los mismos. Son iguales a 40.078.
Isótopos de calcio
Se sabe que en la naturaleza el calcio se puede encontrar en forma de cuatro isótopos estables 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca y 48Ca, con un claro predominio del isótopo 40Ca (99,97%). Sus números de masa son 40, 42, 43, 44, 46 y 48, respectivamente. El núcleo del átomo del isótopo de calcio 40 Ca contiene veinte protones y veinte neutrones, y los isótopos restantes difieren de él solo en el número de neutrones.
Existen isótopos artificiales de calcio con números de masa del 34 al 57, entre los cuales el más estable es el 41 Ca con una vida media de 102 mil años.
Iones de calcio
En el nivel de energía exterior del átomo de calcio, hay dos electrones que son de valencia:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 .
Como resultado de la interacción química, el calcio cede sus electrones de valencia, es decir, es su donante, y se convierte en un ion cargado positivamente:
Ca0-2e → Ca2+.
Molécula y átomo de calcio
En estado libre, el calcio existe en forma de moléculas monoatómicas de Ca. Aquí hay algunas propiedades que caracterizan el átomo y la molécula de calcio:
aleaciones de calcio
El calcio sirve como componente de aleación de algunas aleaciones de plomo.
Ejemplos de resolución de problemas
EJEMPLO 1
| Ejercicio | Escriba las ecuaciones de reacción que se pueden usar para realizar las siguientes transformaciones: Ca → Ca(OH)2 → CaCO3 → Ca(HCO3)2. |
| Responder | Al disolver el calcio en agua, puede obtener una solución turbia de un compuesto conocido como "lechada de cal": hidróxido de calcio: Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2. Al pasar dióxido de carbono a través de una solución de hidróxido de calcio, obtenemos carbonato de calcio: 2Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O. Al añadir agua al carbonato de calcio y seguir pasando dióxido de carbono por esta mezcla, obtenemos bicarbonato de calcio: CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2. |