¿Con qué puede interactuar el calcio? Propiedades químicas y físicas del calcio, su interacción con el agua.
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propiedades físicas. El calcio es un metal maleable de color blanco plateado que se funde a 850°C. C y hierve a 1482 grados. C. Es mucho más duro que los metales alcalinos.
Propiedades químicas. El calcio es un metal activo. Entonces, en condiciones normales, interactúa fácilmente con el oxígeno atmosférico y los halógenos:
2 Ca + O2 \u003d 2 CaO (óxido de calcio);
Ca + Br2 = CaBr2 (bromuro de calcio).
Con hidrógeno, nitrógeno, azufre, fósforo, carbono y otros no metales, el calcio reacciona cuando se calienta:
Ca + H2 = CaH2 (hidruro de calcio);
3 Ca + N2 = Ca3N2 (nitruro de calcio);
Ca + S = CaS (sulfuro de calcio);
3 Ca + 2 P = Ca3P2 (fosfuro de calcio);
Ca + 2 C \u003d CaC2 (carburo de calcio).
Con agua fría el calcio interactúa lentamente y con calor, muy vigorosamente:
Ca + 2 H2O \u003d Ca (OH) 2 + H2.
El calcio puede quitar oxígeno o halógenos de óxidos y haluros menos metales activos, es decir, tiene propiedades reparadoras:
5 Ca + Nb2O5 = CaO + 2 Nb;
- 1. Estar en la naturaleza
- 3. Recibo
- 4. Aplicación
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Para muchas personas, el conocimiento sobre el calcio se limita al hecho de que este elemento es necesario para tener huesos y dientes sanos. Dónde más está contenido, por qué es necesario y cuán necesario, no todos tienen una idea. Sin embargo, el calcio se encuentra en muchos compuestos que nos son familiares, tanto naturales como artificiales. Tiza y cal, estalactitas y estalagmitas de cuevas, fósiles antiguos y cemento, yeso y alabastro, productos lácteos y medicamentos contra la osteoporosis: todo esto y más es diferente. alto contenido calcio.
Este elemento fue obtenido por primera vez por G. Davy en 1808, y al principio no se usó de manera muy activa. Sin embargo, ahora este metal es el quinto en el mundo en términos de producción, y su necesidad aumenta año tras año. El área principal de uso del calcio es la producción de materiales de construcción y mezclas. Sin embargo, es necesario para construir no solo casas, sino también células vivas. En el cuerpo humano, el calcio forma parte del esqueleto, posibilita las contracciones musculares, asegura la coagulación de la sangre y regula la actividad de una serie de Enzimas digestivas y realiza otras funciones bastante numerosas. No es menos importante para otros objetos vivos: animales, plantas, hongos e incluso bacterias. Al mismo tiempo, la necesidad de calcio es bastante alta, lo que permite clasificarlo como un macronutriente.
Calcio (Calcio), Ca - elemento químico el subgrupo principal del grupo II del sistema periódico de Mendeleev. Número atómico - 20. Masa atómica - 40.08.
El calcio es un metal alcalinotérreo. En estado libre, maleable, más bien duro, blanco. La densidad se refiere a los metales ligeros.
- Densidad - 1,54 g / cm3,
- Punto de fusión - +842 ° C,
- Punto de ebullición - +1495 ° C.
El calcio tiene propiedades metálicas pronunciadas. En todos los compuestos, el estado de oxidación es +2.
En el aire, se cubre con una capa de óxido; cuando se calienta, arde con una llama rojiza y brillante. Reacciona lentamente con agua fría y desplaza rápidamente el hidrógeno del agua caliente y forma hidróxido. Al reaccionar con hidrógeno, forma hidruros. A temperatura ambiente, reacciona con nitrógeno para formar nitruros. También se combina fácilmente con halógenos y azufre, restaura los óxidos metálicos cuando se calienta.
El calcio es uno de los elementos más abundantes en la naturaleza. En la corteza terrestre su contenido es del 3% en peso. Se presenta en forma de depósitos de yeso, piedra caliza, mármol (una variedad natural de carbonato de calcio CaCO3). En grandes cantidades hay depósitos de yeso (CaSO4 x 2h3O), fosforita (Ca3 (PO4) 2 y varios silicatos que contienen calcio.
Agua
. Las sales de calcio casi siempre están presentes en el agua natural. De estos, solo el yeso es ligeramente soluble en él. Con el contenido de dióxido de carbono en el agua, el carbonato de calcio se disuelve en forma de bicarbonato Ca(HCO3)2.agua dura
. El agua natural con una gran cantidad de sales de calcio o magnesio se llama dura.agua suave
. Con un bajo contenido de estas sales o su ausencia, el agua se llama blanda.Suelos
. Como regla general, los suelos están adecuadamente provistos de calcio. Y, dado que el calcio está contenido en una masa mayor en la parte vegetativa de las plantas, su eliminación con el cultivo es insignificante.Las pérdidas de calcio del suelo ocurren como resultado de su lixiviación por precipitación. Este proceso depende de la composición granulométrica de los suelos, precipitaciones, especies vegetales, formas y dosis de cal y fertilizantes minerales. Dependiendo de estos factores, las pérdidas de calcio de la capa arable van desde varias decenas hasta 200-400 kg/ha o más.
Contenido de calcio en diferentes tipos de suelo
Los suelos podzólicos contienen 0,73% (de la materia seca del suelo) de calcio.
Bosque gris - 0,90% de calcio.
Chernozems - 1,44% de calcio.
Serozems - 6,04% de calcio.
En la planta, el calcio se encuentra en forma de fosfatos, sulfatos, carbonatos, en forma de sales de pectina y ácidos oxálicos. Casi el 65% del calcio de las plantas se puede extraer con agua. El resto se trata con ácidos débiles acético y clorhídrico. La mayor parte del calcio se encuentra en las células que envejecen.
Síntomas de deficiencia de calcio según: |
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cultura | síntomas de deficiencia |
Síntomas generales | Blanqueamiento del brote apical; Blanqueamiento de hojas jóvenes; Las puntas de las hojas están dobladas hacia abajo; Los bordes de las hojas se enroscan; |
Papa | Las hojas superiores florecen mal; El punto de crecimiento del tallo muere; Hay una franja clara en los bordes de las hojas, luego se oscurece; Los bordes de las hojas están retorcidos; |
Repollo blanco y coliflor | En las hojas de las plantas jóvenes, manchas cloróticas (marmoleado) o rayas blancas a lo largo de los bordes; En las plantas más viejas, las hojas se enroscan y aparecen quemaduras en ellas; El punto de crecimiento muere |
Los lóbulos terminales de las hojas mueren las flores caen; Aparece una mancha oscura en el ápice del fruto, que aumenta a medida que crece el fruto (podredumbre del ápice del tomate) |
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Los brotes apicales mueren; Los bordes de las hojas jóvenes se envuelven, se rasgan y luego mueren; Las partes superiores de los brotes mueren; Daño a las puntas de las raíces; En la pulpa de la fruta - manchas marrones (picaduras amargas); El sabor de la fruta se deteriora; Disminución de la comerciabilidad de las frutas. |
funciones del calcio
El efecto de este elemento en las plantas es multilateral y, por regla general, positivo. Calcio:
- Mejora el metabolismo;
- Juega un papel importante en el movimiento de carbohidratos;
- Influye en las metamorfosis de las sustancias nitrogenadas;
- Acelera el consumo de proteínas de reserva de semillas durante la germinación;
- Juega un papel en el proceso de fotosíntesis;
- un fuerte antagonista de otros cationes, evita su entrada excesiva en los tejidos vegetales;
- Afecta las propiedades fisicoquímicas del protoplasma (viscosidad, permeabilidad, etc.), y por ende el curso normal de los procesos bioquímicos en la planta;
- Los compuestos de calcio con pectina unen las paredes de las células individuales;
- Influye en la actividad de las enzimas.
Cabe señalar que el efecto de los compuestos de calcio (cal) sobre la actividad de las enzimas se expresa no solo en la acción directa, sino también debido a la mejora de las propiedades fisicoquímicas del suelo y su régimen nutricional. Además, el encalado del suelo afecta significativamente los procesos de biosíntesis de vitaminas.
Falta (deficiencia) de calcio en las plantas
La falta de calcio afecta principalmente al desarrollo del sistema radicular. La formación de pelos radiculares se detiene en las raíces. Las células externas de la raíz se destruyen.
Este síntoma se manifiesta tanto con una falta de calcio como con un desequilibrio en la solución nutritiva, es decir, el predominio de los cationes monovalentes de sodio, potasio e hidrógeno.
Además, la presencia de nitrógeno nítrico en la solución del suelo aumenta el flujo de calcio hacia los tejidos de las plantas, mientras que el amoníaco lo disminuye.
Se esperan signos de falta de calcio cuando el contenido de calcio es inferior al 20% de la capacidad de intercambio catiónico del suelo.
Síntomas. Visualmente, la deficiencia de calcio se establece por las siguientes características:
- En las raíces de las plantas se observan puntas marrones dañadas;
- El punto de crecimiento se deforma y muere;
- Las flores, los ovarios y los capullos se caen;
- Los frutos se dañan por necrosis;
- Las hojas son cloróticas;
- La yema apical muere y el crecimiento del tallo se detiene.
El repollo, la alfalfa, el trébol son muy sensibles a la presencia de calcio. Se ha establecido que estas mismas plantas también se caracterizan por una mayor sensibilidad a la acidez del suelo.
La intoxicación por calcio mineral produce clorosis intervenal con parches necróticos blanquecinos. Pueden ser de colores o tener anillos concéntricos llenos de agua. Algunas plantas responden al exceso de calcio mediante el crecimiento de rosetas de hojas, la muerte de brotes y la caída de hojas. Los síntomas son similares en apariencia a la falta de hierro y magnesio.
La fuente de reposición de calcio en el suelo son los fertilizantes de cal. Se dividen en tres grupos:
- Rocas calcáreas duras;
- Rocas calcáreas blandas;
- Residuos industriales con alto contenido en cal.
Las rocas calcáreas duras según el contenido de CaO y MgO se dividen en:
- calizas (55–56 % CaO y hasta 0,9 % MgO);
- calizas dolomíticas (42–55% CaO y hasta 9% MgO);
- dolomitas (32–30% CaO y 18–20% MgO).
calizas
- Fertilizantes básicos de cal. Contiene 75–100% de óxidos de Ca y Mg en términos de CaCO3.caliza dolomitizada
. Contiene 79-100 % de ingrediente activo (a.i.) en términos de CaCO3. Se recomienda en rotaciones de cultivos con patatas, leguminosas, lino, tubérculos, así como en suelos muy podzolizados.Marga
. Contiene hasta un 25-15 % de CaCO3 e impurezas en forma de arcilla con arena hasta un 20-40 %. Actúa lentamente. Recomendado para uso en suelos ligeros.Tiza
. Contiene 90–100% CaCO3. La acción es más rápida que la de la piedra caliza. Es un valioso fertilizante de cal en forma finamente molida.cal quemada
(CaO). El contenido de CaCO3 es superior al 70%. Se caracteriza por ser un material de encalado fuerte y de rápida acción.cal apagada
(Ca(OH)2). El contenido de CaCO3 es del 35% o más. También es un fertilizante de cal fuerte y de acción rápida.harina de dolomita
. El contenido de CaCO3 y MgCO3 es de alrededor del 100%. De acción más lenta que las tobas calcáreas. Normalmente se utiliza donde se requiere magnesio.tobas calcáreas
. El contenido de CaCO3 es 15–96%, las impurezas son hasta 25% arcilla y arena, 0.1% P2O5. La acción es más rápida que la de la piedra caliza.Barro de defecación (defecación)
. Se compone de CaCO3 y Ca(OH)2. El contenido de cal en CaO es de hasta 40%. El nitrógeno también está presente - 0,5% y P2O5 - 1-2%. Se trata de residuos de las fábricas de remolacha azucarera. Se recomienda su uso no solo para reducir la acidez del suelo, sino también en áreas de cultivo de remolacha en suelos de chernozem.Ciclones de cenizas de esquisto
. Material seco pulverizado. El contenido de la sustancia activa es 60-70%. Se refiere a residuos industriales.Polvo de hornos y plantas cementeras
. El contenido de CaCO3 debe superar el 60%. En la práctica, se utiliza en fincas ubicadas en las proximidades de las plantas de cemento.Escoria metalúrgica
. Utilizado en las regiones de los Urales y Siberia. No higroscópico, fácil de pulverizar. Debe contener al menos un 80 % de CaCO3, tener un contenido de humedad no superior al 2 %. La composición granulométrica es importante: 70% - menos de 0,25 mm, 90% - menos de 0,5 mm.fertilizantes organicos. El contenido de Ca en términos de CaCO3 es 0.32–0.40%.
Harina de fosfato. El contenido de calcio es 22% CaCO3.
Los fertilizantes de cal se utilizan no solo para proporcionar calcio al suelo y a las plantas. El objetivo principal de su uso es el encalado del suelo. Este es un método de recuperación química. Está dirigido a neutralizar el exceso de acidez del suelo, mejorando sus propiedades agrofísicas, agroquímicas y biológicas, aportando magnesio y calcio a las plantas, movilizando e inmovilizando macroelementos y microelementos, creando condiciones físico-hídricas, físicas y de aire óptimas para la vida de las plantas cultivadas.
Eficiencia de encalado de suelos
Simultáneamente a la satisfacción de la necesidad de calcio de las plantas como elemento de nutrición mineral, el encalado conduce a múltiples cambios positivos en los suelos.
Efecto del encalado en las propiedades de algunos suelos
El calcio promueve la coagulación de los coloides del suelo y previene su lixiviación. Esto conduce a un cultivo del suelo más fácil y una mejor aireación.
Como resultado del encalado:
- los suelos de humus arenoso aumentan su capacidad de absorción de agua;
- en suelos arcillosos pesados, se forman agregados de suelo y terrones que mejoran la permeabilidad al agua.
En particular, los ácidos orgánicos se neutralizan y los iones H se desplazan del complejo absorbente. Esto conduce a la eliminación del intercambio y la reducción de la acidez hidrolítica del suelo. Al mismo tiempo, hay una mejora en la composición catiónica del complejo absorbente del suelo, que ocurre debido al cambio de iones de hidrógeno y aluminio a cationes de calcio y magnesio. Esto aumenta el grado de saturación de los suelos con bases y aumenta la capacidad de absorción.
El efecto del encalado en el suministro de nitrógeno a las plantas.
Después del encalado, las propiedades agroquímicas positivas del suelo y su estructura pueden conservarse durante varios años. Esto contribuye a la creación de condiciones favorables para mejorar los procesos microbiológicos beneficiosos para movilizar nutrientes. Se potencia la actividad de amonificadores, nitrificantes, bacterias fijadoras de nitrógeno que viven libremente en el suelo.
El encalado ayuda a aumentar la reproducción de las bacterias del nódulo y mejora el suministro de nitrógeno a la planta huésped. Se ha establecido que los fertilizantes bacterianos pierden su eficacia en suelos ácidos.
El efecto del encalado en el suministro de plantas con elementos de ceniza.
El encalado contribuye al aporte de elementos cenizas a la planta, ya que se potencia la actividad de las bacterias que descomponen los compuestos orgánicos de fósforo del suelo y favorecen la transición de los fosfatos de hierro y aluminio a sales de fosfato cálcico disponibles para las plantas. El encalado de suelos ácidos mejora la calidad microbiológica y procesos bioquimicos, lo que, a su vez, aumenta la cantidad de nitratos, así como formas asimilables de fósforo y potasio.
El efecto del encalado en las formas y disponibilidad de macronutrientes y oligoelementos.
El encalado aumenta la cantidad de calcio y, cuando se usa harina de dolomita, magnesio. Simultáneamente, las formas tóxicas de manganeso y aluminio se vuelven insolubles y pasan a la forma precipitada. La disponibilidad de elementos como hierro, cobre, zinc, manganeso está disminuyendo. El nitrógeno, el azufre, el potasio, el calcio, el magnesio, el fósforo y el molibdeno están cada vez más disponibles.
Efecto del encalado sobre la acción de fertilizantes fisiológicamente ácidos
El encalado aumenta la eficacia de los fertilizantes minerales fisiológicamente ácidos, especialmente el amoníaco y la potasa.
El efecto positivo de los fertilizantes fisiológicamente ácidos se desvanece sin cal y, con el tiempo, puede convertirse en negativo. Entonces, en los sitios fertilizados, los rendimientos son incluso menores que en los no fertilizados. La combinación de encalado con el uso de fertilizantes aumenta su efectividad en un 25-50%.
El encalado activa procesos enzimáticos en el suelo, que indirectamente juzgan su fertilidad.
Compilado por: Grigorovskaya P.I.
Página añadida: 05.12.13 00:40
Última actualización: 22/05/14 16:25
Fuentes literarias:
Glinka N. L. Química General. Libro de texto para universidades. Editor: L: Química, 1985, página 731
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Imágenes (remasterizadas):
20 Ca Calcio, bajo licencia CC BY
Deficiencia de calcio en trigo, por CIMMYT, licenciado bajo CC BY-NC-SA
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El calcio y su papel para la humanidad - Química
El calcio y su papel para la humanidad
Introducción
estar en la naturaleza
Recibo
Propiedades físicas
Propiedades químicas
El uso de compuestos de calcio.
Rol biológico
Conclusión
Bibliografía
Introducción
El calcio es un elemento del subgrupo principal del segundo grupo, el cuarto período del sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, 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 y reactivo, plateado el color blanco.
A pesar de la ubicuidad del elemento #20, ni siquiera los químicos han visto el calcio elemental. Pero este metal, tanto externamente como en comportamiento, es completamente diferente de los metales alcalinos, cuyo contacto está plagado de peligros de incendios y quemaduras. Se puede almacenar de forma segura en el aire, no se enciende con el agua. Propiedades mecánicas el calcio elemental no lo convierte en una "oveja negra" en la familia de los metales: el calcio supera a muchos de ellos en fuerza y dureza; puede girarse en un torno, estirarse en un alambre, forjarse, prensarse.
Y sin embargo, como material estructural el calcio elemental casi nunca se usa. Es demasiado activo para eso. El calcio reacciona fácilmente con oxígeno, azufre, halógenos. Incluso con nitrógeno e hidrógeno, bajo ciertas condiciones, reacciona. El entorno de los óxidos de carbono, inerte para la mayoría de los metales, es agresivo para el calcio. Se quema en una atmósfera de CO y CO2.
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.
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).
Isótopos. El calcio se presenta en la naturaleza en forma de 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 × 1019 años.
EN rocas ah y minerales. 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 creta y piedra caliza, que consisten principalmente en el mineral calcita (CaCO3). La forma cristalina de la calcita, el mármol, es mucho menos común en la naturaleza.
Los minerales de calcio como la calcita CaCO3, la anhidrita CaSO4, el alabastro CaSO4 0.5h3O y el yeso CaSO4 2h3O, la fluorita CaF2, las apatitas Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), la dolomita MgCO3 CaCO3 están bastante extendidos. 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).
Migración en la corteza terrestre. En la migración natural del calcio, el "equilibrio del carbonato" juega un papel importante, asociado con la reacción reversible de la interacción del carbonato de calcio con el agua y el dióxido de carbono con la formación de bicarbonato soluble:
CaCO3 + h3O + CO2 - Ca (HCO3) 2 - Ca2+ + 2HCO3-
(el equilibrio se desplaza hacia la izquierda o hacia la derecha dependiendo de la concentración de dióxido de carbono).
migración biogénica. En la biosfera, los compuestos de calcio se encuentran en casi todos los animales y tejidos vegetales(ver también más abajo). Una cantidad significativa de calcio es parte de los organismos vivos. Entonces, la hidroxiapatita Ca5 (PO4) 3OH o, en otra notación, 3Ca3 (PO4) 2 Ca (OH) 2 es la base tejido óseo vertebrados, incluidos los humanos; las cáscaras y caparazones de muchos invertebrados, cáscaras de huevo, etc., están compuestos de carbonato de calcio CaCO3 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 sustancia intercelular tejido óseo).
Recibo
El calcio metálico libre se obtiene por electrólisis de una masa fundida formada por CaCl2 (75-80%) y KCl o por CaCl2 y CaF2, así como por reducción aluminotérmica de CaO a 1170-1200 °C:
4CaO + 2Al = CaAl2O4 + 3Ca.
Propiedades físicas
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), por encima de estable?-Ca con una red cúbica centrada en el cuerpo del tipo?-Fe (parámetro a = 0,448 nm) . ¿Entalpía estándar?¿Transición H0? > ? es 0,93 kJ/mol.
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, en el laboratorio, el calcio suele almacenarse, como otros metales alcalinotérreos, en recipientes herméticos. frasco cerrado bajo una capa de queroseno o parafina líquida.
En la serie de potenciales estándar, el calcio se encuentra a la izquierda del hidrógeno. El potencial de electrodo estándar del par Ca2+/Ca0 es ?2,84 V, por lo que el calcio reacciona activamente con el agua, pero sin ignición:
Ca + 2H2O \u003d Ca (OH) 2 + H2 ^ + Q.
Con los no metales activos (oxígeno, cloro, bromo), el calcio reacciona en condiciones normales:
2Ca + O2 = 2CaO, Ca + Br2 = CaBr2.
Cuando se calienta en aire u oxígeno, el calcio se enciende. Con no metales menos activos (hidrógeno, boro, carbono, silicio, nitrógeno, fósforo y otros), el calcio interactúa cuando se calienta, por ejemplo:
Ca + H2 = CaH2, Ca + 6B = CaB6,
3Ca + N2 = Ca3N2, Ca + 2C = CaC2,
3Ca + 2P = Ca3P2 (
fosfuro de calcio), también se conocen composiciones de fosfuro de calcio de CaP y CaP5;
2Ca + Si = Ca2Si
(siliciuro de calcio), también se conocen siliciuros de calcio de composiciones CaSi, Ca3Si4 y CaSi2.
El curso de las reacciones anteriores, por regla general, va acompañado de la liberación de una gran cantidad de calor (es decir, estas reacciones son exotérmicas). En todos los compuestos con no metales, el estado de oxidación del calcio es +2. La mayoría de los compuestos de calcio con no metales se descomponen fácilmente con el agua, por ejemplo:
CaH2 + 2H2O \u003d Ca (OH) 2 + 2H2 ^,
Ca3N2 + 3H2O = 3Ca(OH)2 + 2Nh4^.
El ion Ca2+ es incoloro. Cuando se agregan sales de calcio solubles a la llama, la llama se vuelve roja como un ladrillo.
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. 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.
De gran importancia es el hecho de que, a diferencia del carbonato de calcio CaCO3, el carbonato de calcio ácido (hidrocarbonato) Ca(HCO3)2 es soluble en agua. En la naturaleza, esto conduce a los siguientes procesos. Cuando la lluvia fría o el agua de río, saturada de dióxido de carbono, penetra bajo tierra y cae sobre las calizas, se observa su disolución:
CaCO3 + CO2 + H2O \u003d Ca (HCO3) 2.
En los mismos lugares donde el agua saturada de bicarbonato de calcio sale a la superficie de la tierra y se calienta rayos de sol, se produce la reacción inversa:
Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2^ + H2O.
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.
La presencia de bicarbonato de calcio disuelto en el agua determina en gran medida la dureza temporal del agua. Se llama temporal porque cuando se hierve el agua, el bicarbonato se descompone y precipita el CaCO3. Este fenómeno conduce, por ejemplo, al hecho de que se forman incrustaciones en la marmita con el tiempo.
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.
Metaltermia
El calcio metálico puro se usa ampliamente en metalotermia para obtener metales raros.
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.
Fusión nuclear
El isótopo 48Ca es el material más efectivo y ampliamente utilizado para la producción de elementos superpesados y el descubrimiento de nuevos elementos en la tabla periódica. Por ejemplo, en el caso de usar iones 48Ca para producir elementos superpesados en aceleradores, los núcleos de estos elementos se forman cientos y miles de veces más eficientemente que cuando se usan otros "proyectiles" (iones).
El uso de compuestos de calcio.
hidruro de calcio Al calentar el calcio en una atmósfera de hidrógeno, se obtiene Cah3 (hidruro de calcio), que se utiliza en metalurgia (metalotermia) y en la producción de hidrógeno en el campo.
Materiales ópticos y láser El fluoruro de calcio (fluorita) se utiliza en forma de monocristales en óptica (objetivos astronómicos, lentes, prismas) y como material láser. El tungstato de calcio (scheelita) en forma de monocristales se utiliza en la tecnología láser y también como centelleador.
carburo de calcio. El carburo de calcio CaC2 es muy utilizado para obtener acetileno y para reducir metales, así como en la producción de cianamida de calcio (al calentar el carburo de calcio en nitrógeno a 1200 °C, la reacción es exotérmica, se lleva a cabo en hornos de cianamida).
Fuentes de corriente química. El calcio, así como sus aleaciones con aluminio y magnesio, se utilizan en baterías termoeléctricas de reserva como ánodo (por ejemplo, un elemento de cromato de calcio). El cromato de calcio se usa en baterías como el cátodo. Una característica de tales baterías es una vida útil extremadamente larga (décadas) en condiciones de uso, la capacidad de operar en cualquier condición (espacio, altas presiones), alta energía específica por peso y volumen. La desventaja es la corta duración. Este tipo de baterías se utilizan cuando es necesario generar una enorme energía eléctrica durante un breve periodo de tiempo ( misiles balísticos, alguna nave espacial, etc.).
Materiales refractarios. El óxido de calcio, tanto en forma libre como en mezclas cerámicas, se utiliza en la producción de materiales refractarios.
Medicamentos. Los compuestos de calcio se utilizan ampliamente como antihistamínicos.
Cloruro de calcio
Gluconato de calcio
glicerofosfato de calcio
Además, los compuestos de calcio se introducen en la composición de los preparados para la prevención de la osteoporosis, en complejos vitamínicos para mujeres embarazadas y ancianos.
Rol biológico
El calcio es un macronutriente común en plantas, animales y humanos. En humanos y otros vertebrados, la mayor parte se encuentra en el esqueleto y los dientes en forma de fosfatos. Desde diversas formas carbonato de calcio (cal) son los esqueletos de la mayoría de los grupos de invertebrados (esponjas, pólipos de coral, mariscos, etc.). Los iones de calcio están involucrados en los procesos de coagulación de la sangre, así como en el mantenimiento de una presión osmótica constante de la sangre. Los iones de calcio también sirven como uno de los segundos mensajeros universales y regulan una variedad de procesos intracelulares: contracción muscular, exocitosis, incluida la secreción de hormonas y neurotransmisores, etc. La concentración de calcio en el citoplasma de las células humanas es de aproximadamente 10,7 mol, en los fluidos intercelulares de aproximadamente 10,3 mol.
La necesidad de calcio depende de la edad. Para adultos, la cantidad diaria requerida es de 800 a 1000 miligramos (mg), y para niños de 600 a 900 mg, lo cual es muy importante para los niños debido al crecimiento intensivo del esqueleto. La mayor parte del calcio que ingresa al cuerpo humano con los alimentos se encuentra en los productos lácteos, el calcio restante se encuentra en la carne, el pescado y algunos alimentos vegetales (las legumbres son especialmente ricas). La absorción se produce tanto en el intestino grueso como en el delgado y se facilita ambiente ácido, vitamina D y vitamina C, lactosa, ácidos grasos insaturados. El papel del magnesio en el metabolismo del calcio también es importante, con su deficiencia, el calcio se “lava” de los huesos y se deposita en los riñones (cálculos renales) y los músculos.
La aspirina, el ácido oxálico y los derivados del estrógeno impiden la asimilación del calcio. Al combinarse con el ácido oxálico, el calcio da compuestos insolubles en agua que son componentes de los cálculos renales.
El contenido de calcio en la sangre, debido a la gran cantidad de procesos asociados con él, se regula con precisión, y cuando nutrición apropiada no hay escasez. La ausencia prolongada de la dieta puede causar calambres, dolor en las articulaciones, somnolencia, defectos de crecimiento y estreñimiento. Una deficiencia más profunda conduce a calambres musculares permanentes y osteoporosis. El abuso del café y el alcohol pueden ser las causas de la deficiencia de calcio, ya que parte del mismo se excreta en la orina.
Dosis excesivas de calcio y vitamina D pueden causar hipercalcemia, seguida de una calcificación intensa de huesos y tejidos (que afecta principalmente al sistema urinario). Un exceso prolongado altera 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. La dosis diaria máxima segura para un adulto es de 1500 a 1800 miligramos.
Productos Calcio, mg/100 g
sésamo 783
Ortiga 713
Bosque de malva 505
Plátano grande 412
Galinsoga 372
Sardinas en aceite 330
Budra hiedra 289
Rosa mosqueta canina 257
Almendra 252
Llantén lanceolado. 248
Avellana 226
Semilla de amaranto 214
berro 214
Habas de soja secas 201
Niños menores de 3 años - 600 mg.
Niños de 4 a 10 años - 800 mg.
Niños de 10 a 13 años - 1000 mg.
Adolescentes de 13 a 16 años - 1200 mg.
Jóvenes de 16 años y mayores - 1000 mg.
Adultos de 25 a 50 años - 800 a 1200 mg.
Mujeres embarazadas y lactantes - 1500 a 2000 mg.
Conclusión
El calcio es uno de los elementos más abundantes en la tierra. Hay mucho en la naturaleza: 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, y forma parte de los organismos vegetales y animales.
El calcio rodea constantemente a la gente del pueblo: casi todos los principales materiales de construcción (hormigón, vidrio, ladrillo, cemento, cal) contienen este elemento en cantidades significativas.
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.
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mundo de la ciencia
El calcio es un elemento metálico del principal subgrupo II del grupo 4 del período del sistema periódico de elementos químicos. Pertenece a la familia de los metales alcalinotérreos. El nivel de energía exterior del átomo de calcio contiene 2 electrones s emparejados
Que es capaz de dar energéticamente durante las interacciones químicas. Por lo tanto, el Calcio es un agente reductor y en sus compuestos tiene un estado de oxidación de + 2. En la naturaleza, el calcio se presenta solo en forma de sales. La fracción de masa de calcio en la corteza terrestre es del 3,6%. El principal mineral de calcio natural es la calcita CaCO3 y sus variedades: piedra caliza, tiza, mármol. También hay organismos vivos (por ejemplo, corales), cuya columna vertebral consiste principalmente en carbonato de calcio. Otros minerales de calcio importantes son la dolomita CaCO3 MgCO3, la fluorita CaF2, el yeso CaSO4 2h3O, la apatita, el feldespato, etc. El calcio juega un papel importante en la vida de los organismos vivos. Fracción de masa de calcio en cuerpo humano es 1.4-2%. Forma parte de los dientes, huesos, otros tejidos y órganos, participa en el proceso de coagulación de la sangre, estimula la actividad cardíaca. Para proporcionar al cuerpo una cantidad suficiente de calcio, es imperativo consumir leche y productos lácteos, vegetales verdes, pescado... La sustancia simple calcio es un metal blanco plateado típico. Es bastante duro, plástico, tiene una densidad de 1,54 g/cm3 y un punto de fusión de 842? C. Químicamente, el calcio es muy activo. En condiciones normales, interactúa fácilmente con el oxígeno y la humedad del aire, por lo que se almacena en recipientes herméticamente cerrados. Cuando se calienta en el aire, el calcio se enciende y forma un óxido: 2Ca + O2 = 2CaO El calcio reacciona con el cloro y el bromo cuando se calienta, y con el flúor incluso en frío. Los productos de estas reacciones son los haluros correspondientes, por ejemplo: Ca + Cl2 = CaCl2. Cuando el calcio se calienta con azufre, se forma sulfuro de calcio: Ca + S = CaS. El calcio también puede reaccionar con otros no metales. Interacción con el agua conduce a la formación de hidróxido de calcio poco soluble y al desprendimiento de hidrógeno gaseoso: Ca + 2h3O = Ca (OH) 2 + h3 El calcio metálico es ampliamente utilizado. Se utiliza como rozkisnik en la fabricación de aceros y aleaciones, como agente reductor para la producción de algunos metales refractarios.
El calcio se obtiene por electrólisis de una masa fundida de cloruro de calcio. Así, el calcio fue obtenido por primera vez en 1808 por Humphry Davy.
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El esqueleto óseo está compuesto por él, pero el cuerpo no puede producir el elemento por sí solo. Se trata del calcio. Las mujeres y los hombres adultos necesitan obtener al menos 800 miligramos de metales alcalinotérreos por día. Es posible extraerlo de avena, avellanas, leche, sémola de cebada, crema agria, frijoles, almendras.
Calcio encontrado en guisantes, mostaza, requesón. Es cierto que si los combinas con dulces, café, refrescos de cola y alimentos ricos en ácido oxálico, la digestibilidad del elemento cae.
El ambiente gástrico se vuelve alcalino, el calcio se captura en forma insoluble y se excreta del cuerpo. Los huesos y los dientes comienzan a descomponerse. ¿Qué tiene un elemento, ya que se ha convertido en uno de los más importantes para los seres vivos, y existe un uso para la sustancia fuera de sus organismos?
Propiedades químicas y físicas del calcio.
EN sistema periódico elemento ocupa el puesto 20. Está en el subgrupo principal del segundo grupo. El período al que pertenece el calcio es el 4to. Esto significa que un átomo de materia tiene 4 niveles electrónicos. Tienen 20 electrones, que se indica por el número atómico del elemento. También da testimonio de su cargo - +20.
calcio en el cuerpo, como en la naturaleza, es un metal alcalinotérreo. Esto significa que en su forma pura, el elemento es blanco plateado, brillante y ligero. La dureza de los metales alcalinotérreos es mayor que la de los metales alcalinos.
El índice de calcio es de unos 3 puntos según. El yeso, por ejemplo, tiene la misma dureza. El vigésimo elemento se corta con un cuchillo, pero es mucho más difícil que cualquiera de los metales alcalinos simples.
¿Cuál es el significado del nombre "alcalinotérreo"? Así el calcio y otros metales de su grupo fueron apodados por los alquimistas. A los óxidos de los elementos los llamaron tierras. Óxidos de sustancias grupos de calcio hacer el agua alcalina.
Sin embargo, el radio, el bario y el vigésimo elemento se encuentran no solo en combinación con el oxígeno. Hay muchas sales de calcio en la naturaleza. El más famoso de ellos es el mineral calcita. La forma carbónica del metal es la notoria tiza, caliza y yeso. cada uno de ellos es carbonato de calcio.
El vigésimo elemento también tiene compuestos volátiles. Tiñen la llama de color rojo anaranjado, que se convierte en uno de los marcadores para identificar sustancias.
Todos los metales alcalinotérreos se queman fácilmente. Para que el calcio reaccione con el oxígeno, basta condiciones normales. Solo en la naturaleza, el elemento no se presenta en su forma pura, solo en compuestos.
Oxi calcio- una película que cubre el metal, si está en el aire. El recubrimiento es amarillento. Contiene no solo óxidos estándar, sino también peróxidos, nitruros. Si el calcio no se expone al aire, sino al agua, desplazará el hidrógeno de este.
Al mismo tiempo, el precipitado hidróxido de calcio. Restos de metal puro flotan hacia la superficie, empujados por burbujas de hidrógeno. El mismo esquema funciona con ácidos. Con ácido clorhídrico, por ejemplo, precipita cloruro de calcio y se libera hidrógeno.
Algunas reacciones requieren temperaturas elevadas. Si llega a 842 grados, lata de calcio fundir. A 1484 en la escala Celsius, el metal hierve.
solución de calcio, como un elemento puro, conduce bien el calor y electricidad. Pero, si la sustancia está muy caliente, las propiedades metálicas se pierden. Es decir, ni el calcio fundido ni el gaseoso los tiene.
En el cuerpo humano, el elemento está representado por estados de agregación tanto sólidos como líquidos. Ablandado agua de calcio, que está presente en, se transfiere más fácilmente. Fuera de los huesos es sólo el 1% de la vigésima sustancia.
Sin embargo, su transporte a través de los tejidos juega un papel importante. El calcio en la sangre regula la contracción muscular, incluido el músculo cardíaco, mantiene la presión arterial normal.
Aplicación de calcio
En su forma pura, el metal se utiliza en. Van a las redes de baterías. La presencia de calcio en la aleación reduce la autodescarga de las baterías en un 10-13%. Esto es especialmente importante para los modelos estacionarios. Los cojinetes también están hechos de una mezcla de plomo y el vigésimo elemento. Una de las aleaciones se llama cojinete.
En la imagen se muestran alimentos ricos en calcio.
Se agrega un metal alcalinotérreo al acero para purificar la aleación de impurezas de azufre. Las propiedades reductoras del calcio también son útiles en la producción de uranio, cromo, cesio, rubidio.
que tipo de calcio utilizado en la metalurgia ferrosa? Todo igual de puro. La diferencia está en el propósito del elemento. Ahora, él está interpretando el papel. Es un aditivo de las aleaciones que reduce la temperatura de formación de las mismas y facilita la separación de las escorias. gránulos de calcio dormirse en aparatos de electrovacío para eliminar los restos de aire de los mismos.
El isótopo 48 de calcio tiene demanda en las empresas nucleares. Allí se producen elementos superpesados. Las materias primas se obtienen en aceleradores nucleares. Dispérsalos con la ayuda de iones, una especie de proyectiles. Si el Ca48 actúa en su función, la eficiencia de síntesis aumenta cientos de veces en comparación con el uso de iones de otras sustancias.
En óptica, el vigésimo elemento ya se valora como compuestos. El fluoruro y el tungstato de calcio se convierten en lentes, objetivos y prismas instrumentos astronómicos. Los minerales también se encuentran en la tecnología láser.
Los geólogos llaman fluoruro de calcio fluorita y wolframida - scheelita. Para la industria óptica, se seleccionan sus monocristales, es decir, grandes agregados separados con una red continua y una forma clara.
En medicina, también prescriben no metal puro, sino sustancias basadas en él. Son más fácilmente absorbidos por el cuerpo. Gluconato de calcio- el remedio más barato utilizado para la osteoporosis. Una droga " Calcio Magnesio"prescrito a adolescentes, mujeres embarazadas y ancianos.
Necesitan suplementos dietéticos para satisfacer la mayor necesidad del cuerpo del vigésimo elemento, para evitar patologías del desarrollo. El metabolismo calcio-fósforo regula "Calcio D3". "D3" en el nombre del producto indica la presencia de vitamina D. Es raro, pero necesario para una absorción completa. calcio.
Instrucción para "Calcio nycomed3" indica que el fármaco pertenece a formulaciones farmacéuticas de acción combinada. Lo mismo se dice de cloruro de calcio. No solo repone la deficiencia del vigésimo elemento, sino que también evita la intoxicación y también puede reemplazar el plasma sanguíneo. En algunas condiciones patológicas, esto puede ser necesario.
En las farmacias, el medicamento " El calcio es un ácido. ascórbico". Tal dúo se prescribe durante el embarazo, durante la lactancia. Los adolescentes también necesitan un suplemento.
Extracción de calcio
calcio en los alimentos, minerales, compuestos, conocidos por la humanidad desde la antigüedad. En su forma pura, el metal se aisló solo en 1808. La suerte favoreció a Humphrey Davy. Un físico inglés extrajo calcio por electrólisis de las sales fundidas del elemento. Este método todavía se usa hoy en día.
Sin embargo, los industriales recurren más a menudo al segundo método, descubierto después de la investigación de Humphrey. El calcio se reduce a partir de su óxido. La reacción se inicia con polvo, a veces. La interacción tiene lugar en condiciones de vacío en temperaturas elevadas. Por primera vez, el calcio se aisló de esta forma a mediados del siglo pasado, en los EE.UU.
El precio del calcio
Hay pocos fabricantes de calcio metálico. Entonces, en Rusia, Chapetsky se dedica principalmente a las entregas. planta mecanica. Se encuentra en Udmurtia. La empresa comercializa gránulos, virutas y trozos de metal. El precio de referencia de una tonelada de materias primas ronda los 1.500 dólares.
El producto también lo ofrecen algunos laboratorios químicos, por ejemplo, la Sociedad Rusa de Químicos. Por último, ofrece una botella de 100 gramos. calcio. Reseñas testifiquen que es polvo bajo aceite. El costo de un paquete es de 320 rublos.
Además de las ofertas para comprar calcio real, también se venden planes comerciales para su producción en Internet. Por unas 70 páginas de cálculos teóricos piden unos 200 rublos. La mayoría de los planes fueron elaborados en 2015, es decir, aún no han perdido su relevancia.
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 . EN grandes cantidades también hay yeso CaSO 4 × 2H 2 O, fosforita Ca 3 (PO 4) 2 y, finalmente, varios silicatos que contienen calcio.
Como una sustancia simple el calcio es un metal blanco maleable, bastante duro (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 de agua caliente desplaza rápidamente el hidrógeno, formando hidróxido.
Arroz. 1. Calcio. Apariencia.
Peso atómico y molecular del calcio
El peso molecular relativo de una sustancia (M r) es un número que indica cuántas veces la masa de una molécula determinada es mayor que 1/12 de la masa de un átomo de carbono, y el peso relativo masa atomica elemento (A r) - cuántas veces la masa promedio de átomos de un elemento químico es mayor que 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.
Hay isótopos de calcio artificiales 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 utilizar 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. |
Calcio(Calcio), Ca, elemento químico del grupo II del sistema periódico de Mendeleiev, número atómico 20, masa atómica 40,08; metal ligero blanco plateado. El elemento natural es una mezcla de seis isótopos estables: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca y 48 Ca, de los cuales el 40 Ca es el más común (96,97%).
Los compuestos de Ca: piedra caliza, mármol, yeso (así como la cal, un producto de la quema de piedra caliza) se han utilizado en la construcción desde la antigüedad. Hasta finales del siglo XVIII, los químicos consideraban a la cal como una sustancia simple. En 1789, A. Lavoisier sugirió que la cal, la magnesia, la barita, la alúmina y el sílice son sustancias complejas. En 1808, G. Davy, sometiendo una mezcla de cal apagada húmeda con óxido de mercurio a electrólisis con un cátodo de mercurio, preparó una amalgama de Ca, y después de sacar el mercurio, obtuvo un metal llamado "Calcium" (del latín calx , género caso calcis - cal).
Distribución del calcio en la naturaleza. En términos de abundancia en la corteza terrestre, el Ca ocupa el 5° lugar (después del O, Si, Al y Fe); contenido 2,96% en peso. Migra vigorosamente y se acumula en varios sistemas geoquímicos, formando 385 minerales (4° lugar en cuanto a número de minerales). Hay poco Ca en el manto terrestre y, probablemente, aún menos en el núcleo terrestre (0,02% en los meteoritos de hierro). El Ca predomina en la parte inferior de la corteza terrestre, acumulándose en las rocas básicas; la mayor parte del Ca está encerrado en feldespato - anortita Ca; contenido en rocas básicas 6,72%, en ácidas (granitos y otros) 1,58%. Una diferenciación excepcionalmente aguda de Ca ocurre en la biosfera, principalmente asociada con el "equilibrio de carbonato": cuando el dióxido de carbono interactúa con el carbonato de CaCO 3, se forma bicarbonato soluble Ca (HCO 3) 2: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca (HCO 3) 2 \u003d Ca 2+ + 2HCO 3-. Esta reacción es reversible y es la base de la redistribución de Ca. Con un alto contenido de CO 2 en las aguas, el Ca está en solución, y con un bajo contenido de CO 2, el mineral calcita CaCO 3 precipita, formando poderosos depósitos de caliza, yeso y mármol.
La migración biogénica también juega un papel muy importante en la historia de Ca. En materia viva de elementos-metales, Ca es el principal. Se conocen organismos que contienen más del 10% de Ca (más carbono), construyendo su esqueleto a partir de compuestos de Ca, principalmente a partir de CaCO 3 (algas calcáreas, muchos moluscos, equinodermos, corales, rizomas, etc.). Con el entierro de los esqueletos del mar. animales y plantas se asocia con la acumulación de masas colosales de algas, corales y otras calizas, que, sumergiéndose en las profundidades de la tierra y mineralizándose, se convierten en diferentes tipos mármol.
Grandes áreas con un clima húmedo (zonas boscosas, tundra) se caracterizan por una deficiencia de Ca, aquí se filtra fácilmente del suelo. Esto se asocia con la baja fertilidad del suelo, la baja productividad de los animales domésticos, su pequeño tamaño y, a menudo, enfermedades esqueléticas. Por lo tanto, es de gran importancia el encalado de suelos, la alimentación de animales domésticos y aves, etc.. Por el contrario, el CaCO 3 es poco soluble en un clima seco, por lo que los paisajes esteparios y desérticos son ricos en Ca. El yeso CaSO 4 2H 2 O a menudo se acumula en marismas y lagos salados.
Los ríos traen mucho Ca al océano, pero no se queda en agua del océano(contenido medio 0,04%), pero concentrado en los esqueletos de los organismos y tras su muerte se deposita en el fondo principalmente en forma de CaCO 3 . Los sedimentos de cal están muy extendidos en el fondo de todos los océanos a profundidades de no más de 4000 m (el CaCO 3 se disuelve a grandes profundidades, los organismos allí a menudo experimentan una deficiencia de Ca).
Un papel importante en la migración de Ca lo desempeñan el agua subterránea. En macizos de piedra caliza, lixivian vigorosamente CaCO 3 en lugares, lo que está asociado con el desarrollo de karst, la formación de cuevas, estalactitas y estalagmitas. Además de la calcita, en los mares de épocas geológicas pasadas, la deposición de fosfatos de Ca (por ejemplo, los depósitos de fosforita de Karatau en Kazajstán), dolomita CaCO 3 ·MgCO 3 y yeso durante la evaporación estaban muy extendidos en los mares de épocas geológicas pasadas. .
Durante historia geológica La formación de carbonato biogénico aumentó, mientras que la precipitación química de calcita disminuyó. En los mares precámbricos (hace más de 600 millones de años) no había animales con esqueleto calcáreo; se han generalizado desde el Cámbrico (corales, esponjas, etc.). Esto se atribuye al alto contenido de CO 2 en la atmósfera precámbrica.
Propiedades físicas del calcio. La red cristalina de la forma α de Ca (estable a temperatura ordinaria) es cúbica centrada en las caras, a = 5,56 Å. Radio atómico 1,97 Å, radio iónico Ca 2+ 1,04 Å. Densidad 1,54 g/cm3 (20 °C). Por encima de 464 °C, la forma β hexagonal es estable. tpl 851 °C, tkip 1482 °C; coeficiente de temperatura expansión lineal 22 10 -6 (0-300 °C); conductividad térmica a 20 °C 125,6 W/(m K) o 0,3 cal/(cm s °C); calor especifico(0-100°C) 623,9 J/(kg K) o 0,149 cal/(g°C); resistividad eléctrica a 20 °C 4,6 10 -8 ohm m o 4,6 10 -6 ohm cm; coeficiente de temperatura de la resistencia eléctrica 4,57 10 -3 (20 °C). Módulo de elasticidad 26 Gn/m 2 (2600 kgf/mm 2); resistencia a la tracción 60 MN / m 2 (6 kgf / mm 2); límite elástico 4 MN / m 2 (0,4 kgf / mm 2), límite elástico 38 MN / m 2 (3,8 kgf / mm 2); elongación 50%; Dureza Brinell 200-300 MN/m 2 (20-30 kgf/mm 2). El calcio de una pureza suficientemente alta es plástico, está bien prensado, laminado y puede mecanizarse.
Propiedades químicas del calcio. La configuración de la capa electrónica externa del átomo de Ca 4s 2, según la cual el Ca en los compuestos es bivalente. Químicamente el Ca es muy activo. A temperaturas ordinarias, el Ca interactúa fácilmente con el oxígeno y la humedad del aire, por lo que se almacena en recipientes herméticamente sellados o bajo aceite mineral. Cuando se calienta en aire u oxígeno, se enciende, dando el óxido básico CaO. También se conocen los peróxidos Ca-CaO 2 y CaO 4 . Al principio, el Ca reacciona rápidamente con el agua fría, luego la reacción se ralentiza debido a la formación de una película de Ca(OH) 2 . Ca reacciona vigorosamente con agua caliente y ácidos, liberando H 2 (excepto HNO 3 concentrado). Reacciona con flúor en frío y con cloro y bromo, por encima de 400 ° C, dando CaF 2, CaCl 2 y CaBr 2, respectivamente. Estos haluros en estado fundido forman con Ca los llamados subcompuestos - CaF, CaCl, en los que Ca es formalmente monovalente. Al calentar Ca con azufre se obtiene sulfuro de calcio CaS, este último le agrega azufre, formando polisulfuros (CaS 2, CaS 4 y otros). Al interactuar con hidrógeno seco a 300-400 ° C, Ca forma un hidruro CaH 2, un compuesto iónico en el que el hidrógeno es un anión. A 500 °C, el Ca y el nitrógeno dan nitruro de Ca 3 N 2 ; la interacción del Ca con el amoníaco en el frío conduce al amoníaco complejo Ca 6 . Cuando se calienta sin acceso al aire con grafito, silicio o fósforo, el Ca da carburo de calcio CaC 2 , siliciuros Ca 2 Si, CaSi, CaSi 2 y fosfuro Ca 3 P 2 , respectivamente. Ca forma compuestos intermetálicos con Al, Ag, Au, Cu, Li, Mg, Pb, Sn y otros.
Obtener Calcio. En la industria, el Ca se obtiene de dos formas: 1) calentando una mezcla en briquetas de polvo de CaO y Al a 1200 °C en un vacío de 0,01-0,02 mm Hg. Arte.; liberado por la reacción: 6CaO + 2 Al \u003d 3CaO Al 2 O 3 + 3Ca El vapor de Ca se condensa en una superficie fría; 2) por electrólisis de una fusión de CaCl 2 y KCl con un cátodo líquido de cobre y calcio, se prepara una aleación de Cu - Ca (65% Ca), a partir de la cual el Ca se destila a una temperatura de 950-1000 ° C en un vacío de 0,1-0,001 mm Hg. Arte.
El uso del calcio. En forma de metal puro, el Ca se utiliza como agente reductor para U, Th, Cr, V, Zr, Cs, Rb y algunos metales de tierras raras a partir de sus compuestos. También se utiliza para la desoxidación de aceros, bronces y otras aleaciones, para la eliminación de azufre de productos derivados del petróleo, para la deshidratación de líquidos orgánicos, para la purificación de argón de impurezas de nitrógeno y como absorbente de gas en dispositivos eléctricos de vacío. Los materiales antifricción del sistema Pb-Na-Ca, así como las aleaciones Pb-Ca, que se utilizan para la fabricación de carcasas eléctricas, han recibido gran aplicación en tecnología. cabos La aleación Ca-Si-Ca (silicocalcio) se utiliza como desoxidante y desgasificador en la producción de aceros de alta calidad.
calcio en el cuerpo. El Ca es uno de los elementos biogénicos necesarios para el curso normal de los procesos vitales. Está presente en todos los tejidos y fluidos de animales y plantas. Solo organismos raros pueden desarrollarse en un ambiente desprovisto de Ca. En algunos organismos, el contenido de Ca alcanza el 38%; en humanos - 1.4-2%. Las células de organismos vegetales y animales necesitan proporciones estrictamente definidas de iones Ca 2+ , Na + y K + en el medio extracelular. Las plantas obtienen Ca del suelo. De acuerdo a su relación con el Ca, las plantas se dividen en calcéfilas y calcéfobas. Los animales obtienen Ca de los alimentos y el agua. Ca es necesario para la formación de la serie. estructuras celulares, el mantenimiento de la permeabilidad normal de externo membranas celulares, para la fertilización de huevos de peces y otros animales, activación de una serie de enzimas. Los iones Ca 2+ 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 y participan en su coagulación. En las células, casi todo el Ca se encuentra en forma de compuestos con proteínas, ácidos nucleicos, fosfolípidos, en complejos con fosfatos inorgánicos y ácidos orgánicos. En el plasma sanguíneo de humanos y animales superiores, solo el 20-40% de Ca puede asociarse con proteínas. En animales con esqueleto, hasta el 97-99% de todo el Ca se usa como material de construcción: en invertebrados, principalmente en forma de CaCO 3 (conchas de moluscos, corales), en vertebrados, en forma de fosfatos. Muchos invertebrados almacenan Ca antes de la muda para construir un nuevo esqueleto o para desempeñar funciones vitales en condiciones adversas.
El contenido de Ca en la sangre de humanos y animales superiores está regulado por las hormonas de las glándulas paratiroides y tiroides. La vitamina D juega el papel más importante en estos procesos.La absorción de Ca se produce en la parte anterior intestino delgado. La asimilación de Ca empeora con una disminución de la acidez en el intestino y depende de la proporción de Ca, P y grasa en los alimentos. La relación Ca/P óptima en la leche de vaca es de aproximadamente 1,3 (en papas 0,15, en frijoles 0,13, en carne 0,016). Con un exceso de P o ácido oxálico en los alimentos, la absorción de Ca se deteriora. Los ácidos biliares aceleran su absorción. La proporción óptima de Ca/grasa en la alimentación humana es de 0,04-0,08 g de Ca por 1 g de grasa. La excreción de Ca ocurre principalmente a través de los intestinos. Los mamíferos durante la lactancia pierden mucho Ca con la leche. Con violaciones del metabolismo del fósforo y el calcio en animales jóvenes y niños, se desarrolla raquitismo en animales adultos, un cambio en la composición y estructura del esqueleto (osteomalacia).
El calcio es un elemento químico del grupo II con número atómico 20 en el sistema periódico, denotado por el símbolo Ca (lat. Calcium). El calcio es un metal alcalinotérreo suave de color gris plateado.
20 elemento de la tabla periódica El nombre del elemento proviene del lat. calx (en el caso genitivo calcis) - "cal", "piedra blanda". Fue propuesto por el químico inglés Humphry Davy, quien aisló el calcio metálico en 1808.
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.
El calcio es uno de los elementos más abundantes en la tierra. Los compuestos de calcio se encuentran en casi todos los tejidos animales y vegetales. 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).
Encontrar calcio 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). Contenido del elemento en agua de mar- 400mg/l.
isótopos
El calcio se presenta en la naturaleza en forma de una mezcla de seis isótopos: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca y 48Ca, entre los cuales el más común, el 40Ca, tiene un 96,97 %. Los núcleos de calcio contienen el número mágico de protones: Z = 20. Isótopos
40
20
Ca20 y
48
20
Ca28 son dos de los cinco núcleos de números doblemente mágicos que se encuentran en la naturaleza.
De los seis isótopos de calcio naturales, cinco son estables. El sexto isótopo 48Ca, el más pesado de los seis y muy raro (su abundancia isotópica es sólo del 0,187%), sufre una doble desintegración beta con una vida media de 1,6 × 1017 años.
En rocas y minerales
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 creta y piedra caliza, que consisten principalmente en el mineral calcita (CaCO3). La forma cristalina de la calcita, el mármol, es mucho menos común en la naturaleza.
Los minerales de calcio como la calcita CaCO3, la anhidrita CaSO4, el alabastro CaSO4 0.5H2O y el yeso CaSO4 2H2O, la fluorita CaF2, las apatitas Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), la dolomita MgCO3 CaCO3 están bastante extendidos. 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).
El papel biológico del calcio
El calcio es un macronutriente común en plantas, animales y humanos. En humanos y otros vertebrados, la mayor parte se encuentra en el esqueleto y los dientes. El calcio se encuentra en los huesos en forma de hidroxiapatita. Los “esqueletos” de la mayoría de los grupos de invertebrados (esponjas, pólipos de coral, moluscos, etc.) están compuestos por diversas formas de carbonato de calcio (cal). Los iones de calcio están involucrados en los procesos de coagulación de la sangre y también sirven como uno de los segundos mensajeros universales dentro de las células y regulan una variedad de procesos intracelulares: contracción muscular, exocitosis, incluida la secreción de hormonas y neurotransmisores. La concentración de calcio en el citoplasma de las células humanas es de aproximadamente 10−4 mmol/l, en los fluidos intercelulares de aproximadamente 2,5 mmol/l.
La necesidad de calcio depende de la edad. Para adultos de 19 a 50 años y niños de 4 a 8 años inclusive, el requerimiento diario (RDA) es de 1000 mg (contenido en aproximadamente 790 ml de leche con un contenido de grasa del 1%), y para niños de 9 a 18 años inclusive - 1300 mg por día (contenido en aproximadamente 1030 ml de leche con un contenido de grasa del 1%). EN adolescencia la ingesta de calcio suficiente es muy importante debido al crecimiento intensivo del esqueleto. Sin embargo, según una investigación en los EE. UU., solo el 11 % de las niñas y el 31 % de los niños de entre 12 y 19 años alcanzan sus necesidades. En una dieta equilibrada, la mayor parte del calcio (alrededor del 80 %) entra en el organismo del niño con los productos lácteos. El calcio restante proviene de los cereales (incluido el pan integral y el trigo sarraceno), las legumbres, las naranjas, las verduras y las nueces. Los productos lácteos a base de grasa láctea (mantequilla, nata, nata agria, helados a base de nata) prácticamente no contienen calcio. Cuanta más grasa de leche hay en un producto lácteo, menos calcio contiene. La absorción de calcio en el intestino ocurre de dos maneras: transcelularmente (transcelularmente) e intercelularmente (paracelularmente). El primer mecanismo está mediado por la acción de la forma activa de la vitamina D (calcitriol) y sus receptores intestinales. Desempeña un papel importante en la ingesta de calcio de baja a moderada. Con un mayor contenido de calcio en la dieta, la absorción intercelular comienza a desempeñar el papel principal, lo que se asocia con un gran gradiente de concentración de calcio. Debido al mecanismo transcelular, el calcio se absorbe en mayor medida en el duodeno (debido a la mayor concentración de receptores en calcitriol allí). Debido a la transferencia pasiva intercelular, la absorción de calcio es más activa en las tres secciones del intestino delgado. La absorción de calcio es promovida paracelularmente por la lactosa (azúcar de la leche).
La absorción de calcio se ve obstaculizada por algunas grasas animales (incluyendo leche de vaca y sebo de res, pero no manteca de cerdo) y aceite de palma. Los ácidos palmítico y esteárico contenidos en dichas grasas ácido graso se escinden durante la digestión en el intestino y en su forma libre se unen firmemente al calcio, formando palmitato de calcio y estearato de calcio (jabones insolubles). En la forma de este jabón con silla, se pierden tanto calcio como grasa. Este mecanismo es responsable de la disminución de la absorción de calcio, la reducción de la mineralización ósea y la reducción de las medidas indirectas de la fuerza ósea en bebés que usan fórmulas infantiles basadas en aceite de palma(oleína de palma). En estos niños, la formación de jabones de calcio en los intestinos se asocia con el endurecimiento de las heces, una disminución de su frecuencia, así como regurgitaciones y cólicos más frecuentes.
La concentración de calcio en la sangre, debido a su importancia para un gran número de funciones vitales. procesos importantes está regulada con precisión, y con una nutrición adecuada y una ingesta suficiente de productos lácteos bajos en grasa y vitamina D, no se produce una deficiencia. La deficiencia prolongada de calcio y/o vitamina D en la dieta aumenta el riesgo de osteoporosis y provoca raquitismo en la infancia.
Las dosis excesivas de calcio y vitamina D pueden causar hipercalcemia. La dosis máxima segura para adultos de 19 a 50 años inclusive es de 2500 mg por día (alrededor de 340 g de queso Edam).