doğada kalsiyum. Kimyasal bir element olarak kalsiyum, rolü
Tanıtım
Kimya, maddelerin, yapılarının, özelliklerinin ve birbirine dönüşümlerinin bilimidir.
Kimya, diğer doğa bilimleriyle yakından ilişkilidir: fizik, biyoloji, jeoloji. Modern bilimin birçok bölümü bu bilimlerin kesişim noktasında ortaya çıktı: fiziksel kimya, jeokimya, biyokimya.
"Kimyasal bileşime dayalı malların sınıflandırılması ve sertifikalandırılması" olarak adlandırılan kimyasal disiplinler sisteminde yeni bir uzmanlık, 1997 yılında Özbek bilim adamları I.R. Askarov ve T.T. Riskiev. Bu yeni kimya disiplininin oluşumunda büyük önem taşıyan, A.A. gibi Özbek bilim adamları tarafından yürütülen bilimsel araştırmaların sonuçlarıydı. Ibragimov, G.Kh. Khamrakulov, M.A. Rakhimdzhanov, M.Yu. Isakov, K.M. Karimkulov, O.A. Taşpulatov, A.A. Namazov, B.Ya. Abduganiyev, Ş.M. Mirkamilov, O. Kulimov, N.Kh. Tukhtaboev ve diğerleri.
Kalsiyum - Dünyadaki en önemli elementlerden biri olan bir alkali toprak metali olmak.
Kalsiyum insanlar, hayvanlar ve bitkiler için çok önemlidir.
Doğal olarak, bu tür kimyasal özelliklere sahip olan kalsiyum, doğada serbest halde bulunamaz. Ancak hem doğal hem de yapay kalsiyum bileşikleri büyük önem kazanmıştır.
Ka? aslan- ikinci grubun ana alt grubunun bir elementi, periyodik kimyasal elementler sisteminin dördüncü periyodu D.I. Atom numarası 20 olan Mendeleev, bu nedenle, kalsiyum atomunun çekirdeği 20 proton tarafından oluşturulan 20 pozitif yüke sahiptir; çekirdekteki nötron sayısı 40 - 20 = 20'dir. Çekirdeğin yükünü nötralize eden 20 elektron dört enerji seviyesinde bulunur. Bağıl atom kütlesi 40.078 (4). sembolü ile gösterilir CA(lat. Kalsiyum).
1. Keşif tarihi
Elementin adı lat'den gelir. calx (genitif durumda calcis) - "kireç", "yumuşak taş". 1808'de elektrolitik yöntemle kalsiyum metalini izole eden İngiliz kimyager Humphrey Davy tarafından önerildi. Davy, cıva oksit Hg ile ıslak sönmüş kireç karışımını elektrolize etti 2O, anot olan platin plaka üzerinde. Sıvı cıvaya batırılmış bir platin tel katot görevi gördü. Elektroliz sonucunda kalsiyum amalgam elde edilmiştir. Cıvayı ondan uzaklaştıran Davy, kalsiyum adı verilen bir metal aldı.
Kalsiyum bileşikleri - kireçtaşı, mermer, alçı (ve kireç - yanan kireçtaşının bir ürünü) inşaatta birkaç bin yıl önce kullanılmıştır. 18. yüzyılın sonuna kadar kimyacılar kireci basit bir cisim olarak kabul ettiler. 1789'da A. Lavoisier, kireç, magnezya, barit, alümina ve silisin karmaşık maddeler olduğunu öne sürdü.
kalsiyum kimyasal bileşik
2. Doğada olmak
Kalsiyumun yüksek kimyasal aktivitesi nedeniyle doğada serbest halde bulunmaz.
Kalsiyum, yerkabuğunun kütlesinin %3,38'ini oluşturur (oksijen, silikon, alüminyum ve demirden sonra bolca 5. sırada yer alır). Elementin deniz suyundaki içeriği 400 mg/l'dir.
Kalsiyumun çoğu, çeşitli kayaların (granitler, gnayslar, vb.), silikatların ve alüminosilikatların bileşiminde, özellikle feldispat - anortit Ca'da bulunur.
Sedimanter kayaçlar biçimindeki kalsiyum bileşikleri, esas olarak mineral kalsitten (CaCO3) oluşan tebeşir ve kireçtaşı ile temsil edilir. 3). Kalsitin kristal formu - mermer - doğada çok daha az bulunur.
Kalsiyum mineralleri oldukça yaygındır, örneğin:
kalsit, kalker, mermer, tebeşir CaCO3 ,
anhidrit CaSO4 ,
kaymaktaşı CaSO4 0,5H 2Ö
alçıtaşı CaSO4 2H 2Ö
florit CaF2 ,
fosfitler ve apatitler Ca 3(PO 4)2(F, Cl, OH),
dolomit MgCO3 CaCO 3.
Doğal sudaki kalsiyum ve magnezyum tuzlarının varlığı sertliğini belirler.
Yerkabuğunda şiddetli bir şekilde göç eden ve çeşitli jeokimyasal sistemlerde biriken kalsiyum, 385 mineral (mineral sayısı bakımından dördüncü) oluşturur.
Pirinç. 1. Tuz birikintilerinde kalsiyum birikintileri
Kalsiyum bileşikleri hemen hemen tüm hayvan ve bitki dokularında bulunur. Önemli miktarda kalsiyum canlı organizmaların bir parçasıdır. Böylece, hidroksiapatit Ca 3(PO 4)2OH veya başka bir gösterimde 3Ca 3(PO 4)2Ca(OH) 2- esas, baz, temel kemik dokusu insanlar dahil omurgalılar; kalsiyum karbonat CaCO'dan 3birçok omurgasızın kabukları ve kabukları, yumurta kabukları vb. oluşur.İnsan ve hayvanların canlı dokularında %1.4-2 Ca (kütle fraksiyonuna göre); 70 kg ağırlığındaki bir insan vücudunda, kalsiyum içeriği yaklaşık 1,7 kg'dır (esas olarak kemik dokusunun hücreler arası maddesinin bileşiminde).
. Fiş
Endüstride kalsiyum iki şekilde elde edilir:
Briketlenmiş bir CaO ve Al tozu karışımını 0.01-0.02 mm'lik bir vakumda 1170-1200°C'de ısıtarak. rt. Sanat.; reaksiyonla serbest bırakılır:
CaO + 2Al = 3CaO Al2 Ö 3+ 3Ka
Kalsiyum buharı soğuk bir yüzeyde yoğunlaşır.
CaCl eriyiğinin elektrolizi 2(% 75-80) ve sıvı bakır-kalsiyum katotlu KCl, kalsiyumun 950 - 1000 ° C sıcaklıkta 0.1 vakumda damıtıldığı bir Cu - Ca (% 65 Ca) alaşımı hazırlanır. - 0,001 mm. rt. Sanat. veya (6 kısım) CaCl'den 2ve (1 kısım) CaF2.
Kalsiyum karbür CaC2'nin termal ayrışmasıyla kalsiyum elde etmek için bir yöntem de geliştirilmiştir. .
Basit bir maddenin görünüşü
İncir. 2. Orta derecede sert, gümüşi beyaz metal
İsim, sembol, numara
Ka ?lsiyum/Kalsiyum (Ca), 20
atom kütlesi ( molar kütle)
40.078 a. em. (g/mol)
Elektronik konfigürasyon
atom yarıçapı
kovalent yarıçap
iyon yarıçapı
elektronegatiflik
1.00 (Pauling ölçeği)
Elektrot potansiyeli
oksidasyon durumları
İyonlaşma enerjisi (birinci elektron)
589.4 (6.11) kJ/mol (eV)
Yoğunluk (m.a.'da)
1,55 g/cm³
Erime sıcaklığı
842o İle
erime ısısı
9.20 kJ/mol
buharlaşma ısısı
153.6 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi
25,9 J/(K mol)
molar hacim
29,9 cm³/ köstebek
Kafes yapısı
kübik yüz merkezli
kafes parametreleri
Debye sıcaklığı
Termal iletkenlik
(300 K) (201) W/(m K)
basit madde kalsiyum- gümüş-beyaz renkli yumuşak, reaktif toprak alkali metal.
Kalsiyum metali iki allotropik modifikasyonda bulunur. 443°C'ye kadar kararlı?-Ca, yüz merkezli kübik kafesli (parametre a = 0,558 nm), üzerinde kararlı?-Ca?-Fe tipinde kübik gövde merkezli kafesli (parametre a = 0.448 nm) . Standart geçiş entalpisi? ? ? 0.93 kJ/mol'dür.
Basıncın kademeli olarak artmasıyla yarı iletken özelliklerini göstermeye başlar, ancak kelimenin tam anlamıyla yarı iletken olmaz (artık metal de değildir). Basıncın daha da artmasıyla metalik duruma döner ve süperiletkenlik özellikleri sergilemeye başlar (süper iletkenlik sıcaklığı cıvanınkinden altı kat daha yüksektir ve iletkenlikteki diğer tüm elementleri çok aşar). Kalsiyumun benzersiz davranışı birçok yönden stronsiyuma benzerdir (yani, periyodik sistem kaydedilir).
Kalsiyum doğada altı izotopun bir karışımı olarak bulunur: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca ve 48Ca, aralarında en yaygın olanı - 40Ca - %96.97'dir.
Doğal olarak oluşan altı kalsiyum izotopundan beşi stabildir. Altı izotopun en ağırı ve son derece nadir olan (izotopik bolluğu sadece %0.187'dir) altıncı 48Ca izotopunun, yakın zamanda 5.3 x 1019 yıllık bir yarı ömre sahip çift beta bozunmasına uğradığı keşfedildi.
Kalsiyum tipik bir alkali toprak metalidir. Kalsiyumun kimyasal aktivitesi yüksektir, ancak daha ağır alkali toprak metallerinden daha düşüktür. Metalik kalsiyum yüzeyinin genellikle donuk gri olması nedeniyle havadaki oksijen, karbondioksit ve nem ile kolayca reaksiyona girer, bu nedenle laboratuvarda kalsiyum genellikle diğer alkali toprak metalleri gibi sıkıca kapalı bir kavanozda depolanır. bir gazyağı veya sıvı parafin tabakası.
Dış enerji seviyesinde 2 elektron vardır. Tüm bileşiklerde, kalsiyumun oksidasyon durumu +2'dir.
Standart potansiyeller serisinde, kalsiyum hidrojenin solunda yer alır.
Ca çiftinin standart elektrot potansiyeli 2+/CA 0?2.84 V, böylece kalsiyum aktif olarak reaksiyona girer soğuk su(ile sıcak su reaksiyon daha kuvvetli bir şekilde ilerler), ancak ateşleme olmadan:
Aktif metal olmayan maddelerle (oksijen, klor, brom), kalsiyum normal koşullar altında reaksiyona girer:
Ca+Cl2 CaCl2
Havada veya oksijende ısıtıldığında, kalsiyum tutuşur ve turuncu renkte kırmızı bir alevle yanar.
Daha az aktif metal olmayan maddelerle (hidrojen, boron, karbon, silikon, nitrojen, fosfor ve diğerleri), kalsiyum ısıtıldığında etkileşime girer, örneğin:
Kalsiyum fosfit Ca3P2'ye ek olarak, CaP ve CaP5 bileşimlerinin kalsiyum fosfitleri de bilinmektedir;
Kalsiyum silisit Ca2Si'ye ek olarak, CaSi, Ca3Si4 ve CaSi2 bileşimlerine sahip kalsiyum silisitler de bilinmektedir.
Yukarıdaki reaksiyonların seyrine, kural olarak, serbest bırakma eşlik eder. Büyük bir sayı sıcaklık.
Kalsiyum daha az geri yükler aktif metaller oksitlerinden ve halojenürlerinden
2Ca + TiO2 2CaO + Ti
Ca+TiCl2 2CaCl2 + Ti
Metal olmayan kalsiyum bileşiklerinin çoğu su ile kolayca ayrışır, örneğin:
Ca2+ iyonu renksizdir. Aleve çözünür kalsiyum tuzları eklendiğinde alev tuğla kırmızısına dönüşür.
. Metalik kalsiyum uygulamaları
Kalsiyum metalinin ana kullanımı, metallerin, özellikle nikel, bakır ve paslanmaz çelik üretiminde indirgeyici madde olarak kullanılmasıdır. Kalsiyum ve hidriti ayrıca krom, toryum ve uranyum gibi geri kazanılması zor metalleri elde etmek için kullanılır. Kurşunlu kalsiyum alaşımları, pillerde ve yatak alaşımlarında kullanılır. Kalsiyum granülleri ayrıca elektrovakum cihazlarından hava kalıntılarını gidermek için de kullanılır.
1. metaltermi
Saf metalik kalsiyum, nadir metalleri elde etmek için metalotermide yaygın olarak kullanılmaktadır.
2. alaşımlama
Saf kalsiyum, akü plakalarının imalatında kullanılan kurşunu alaşımlamak için kullanılır, düşük kendi kendine deşarj olan bakım gerektirmeyen marşlı kurşun asitli akülerdir. Ayrıca, yüksek kaliteli kalsiyum babitleri BKA'nın üretimi için metalik kalsiyum kullanılır.
3. Nükleer füzyon
İzotop 48Ca, süper ağır elementlerin üretimi ve periyodik tablonun yeni elementlerinin keşfi için etkili ve kullanışlı malzemelerden biridir. Bunun nedeni, kalsiyum-48'in çift sihirli bir çekirdek olmasıdır, bu nedenle kararlılığı, hafif bir çekirdek için yeterince nötron açısından zengin olmasına izin verir; süper ağır çekirdeklerin sentezi aşırı nötron gerektirir.
. Kalsiyum bileşikleri
1. kalsiyum oksitCaO (değil sönmüş kireç, yanmış kireç, kaynatın) beyaz refrakter madde.
Kireçtaşı veya tebeşirin yüksek sıcaklıkta pişirilmesiyle elde edilir (900 o İLE):
CaCO3 = CaO + CO2
Kalsiyum oksit su ile reaksiyona girerek sönmüş kireç oluşturur ve büyük miktarda ısı açığa çıkarır:
CaO + H2 O = Ca(OH)2 +Q
2. kalsiyum hidroksitCa(OH) 2- güçlü baz, suda az çözünür.
Ca(OH) 2çeşitli şekillerde kullanılır:
sönmüş kireç - suyun sönmemiş kireç CaO üzerindeki etkisiyle elde edilen ince, gevşek bir toz, "kabartma":
CaO + H2 O = Ca(OH)2
İnşaatta sönmüş kireç ile çimento, su ve kumun hamur kıvamında bir karışımı kullanılır. Karbondioksit havadan emildiğinde, bu karışım katılaşır:
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2 Ö
kireç sütü, sönmüş kireç Ca(OH) parçacıklarının bir süspansiyonudur. 2kireç suyunda.
İnşaatlarda badanalamada, ağaç gövdelerinin dezenfeksiyonunda, şeker sanayinde, deri tabaklamada, ağartıcı elde etmede kullanılır.
kireçli su - doymuş sulu Ca(OH)2 çözeltisi
Havadaki karbondioksitin emilmesi nedeniyle havadaki çözelti bulanıklaşır.
Ancak uzun bir karbondioksit geçişi ile çözüm olur
çözünür kalsiyum bikarbonat oluşumu nedeniyle şeffaf:
CaCO3 + CO2 + H2 O = Ca(HCO3 ) 2
Doğada, bu aşağıdaki süreçlere yol açar. Soğuk yağmur veya karbondioksit ile doymuş nehir suyu yeraltına girip kireçtaşı üzerine düştüğünde, çözünmeleri gözlenir ve aynı yerlerde kalsiyum bikarbonatla doymuş suyun yeryüzüne çıkıp ısındığı yerlerde görülür. güneş ışınları.
Yani doğada büyük kütleli maddelerin transferi vardır. Sonuç olarak, yeraltında büyük boşluklar oluşabilir ve mağaralarda güzel taş "buz sarkıtları" - sarkıt ve dikitler - oluşur.
3. Beyazlatıcı pudra- güçlü bir oksitleyici ajandır ayrılmaz parça hangi tuz CaOCl 2, kuru sönmüş kirecin klor ile etkileşimi ile oluşur:
Ca(OH)2 +Cl2 = CaOCl2 + H2 Ö
Beyazlatıcı pudra - Beyaz toz keskin bir koku ile, nemli havada karbon dioksit etkisi altında yavaş yavaş ayrışır ve hipokloröz asit açığa çıkarır:
2CaOCl2 + CO2 + H2 O=CaCO3 + CaCl2 + 2HCIO
Hipokloröz asit ışıkta ayrışır:
2HClO = 2HCl + O2
Hidroklorik asit ağartıcıya etki ettiğinde klor açığa çıkar:
CaOCl2 + 2HCl = CaCl2 +Cl2 + H2 Ö
Ağartıcının ağartıcı ve dezenfekte edici özellikleri buna dayanmaktadır.
4. alçıtaşıCaSO 42H 2O, doğal bir kalsiyum mineralidir.
150-180 ° C'ye ısıtıldığında alçıtaşı kaybeder ¾ kristalizasyon suyu ve kaymaktaşı veya yanmış alçıya geçer.
2CaSO4 *2H2 O2CaSO4 *H2 O+3H2 Ö
Su ile karıştırıldığında kaymaktaşı hızla sertleşir, tekrar
2CaSO4 *H2 O+3H2 O2CaSO4 *2H2 Ö
Alçının bu özelliği ile döküm kalıpları ve dökümleri yapmak için kullanılır. çesitli malzemeler, sıva ve diğerleri için inşaatta bir bağlayıcı olarak. Alçı, tıpta alçı kalıpları yapmak için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Alçı 180 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda ısıtıldığında, artık su tutamayan susuz alçı (kalsiyum anhidrit veya ölü alçı) oluşur.
CaSO4 *2H2 CaSO Hakkında4 + H2 Ö
CaCl2 klorür, CaBr2 bromür, CaI2 iyodür ve Ca(NO3)2 nitrat gibi kalsiyum tuzları suda yüksek oranda çözünür. Suda çözünmeyen florür<#"justify">1. kalsiyum hidrit
Kalsiyumun hidrojen atmosferinde ısıtılması<#"justify">2. kalsiyum oksit
Kalsiyum oksit CaO, diğer toprak alkali metallerin katı oksit çözeltisinin bir parçası olarak<#"justify">3. Optik ve lazer malzemeleri
kalsiyum florür<#"justify">4. kalsiyum karbür
kalsiyum karbür<#"justify">Kalsiyum oksit, hem serbest formda hem de seramik karışımlarının bir parçası olarak refrakter malzemelerin üretiminde kullanılmaktadır.
7. İnşaat malzemeleri<#"justify">Kalsiyum bileşikleri (esas olarak karbonat veya bikarbonat), elektrik ark kaynağında elektrotları kaplamak için kullanılır. Kalsiyum bileşikleri, metallerin eritilmesi ve kaynaklanması için eritkenlerin hazırlanmasında yaygın olarak kullanılmaktadır.
9. İlaçlar<#"justify">Kalsiyum bileşikleri yaygın olarak bir antihistaminik olarak kullanılmaktadır.
·Kalsiyum klorür<#"justify">. biyolojik rol
Kalsiyum yaygın bir makro besindir<#"312" src="doc_zip16.jpg" />
Tablo 1. Bazı gıdalardaki kalsiyum içeriği
Gıda Ürün miktarı Kalsiyum içeriği verilen miktarürün, mg Süt ve öğütülmüş ürünler Peynir - İsviçre, Graersky 50 g 493 Peynir - katı form, Cheddar, Colby, Edak, Gouda 50 g 353 Süt - bütün, %2, %1 yağ 1 su bardağı / 250 ml 315 Krema 1 su bardağı/ 250 ml 301 Mozzarella peyniri, Adıge, beyaz peynir 50 269 Yoğurt - normal 1 su bardağı/175 ml 292 Süt - kuru, toz halinde 45 ml 159 Dondurma 1/2 su bardağı 93 Peynir - rustik, kremsi %2, %1 yağ (süzme peynir) 1/2 su bardağı 87 Et, balık, yerli kuş ve diğer ürünler Sardalya, kemikli 8 küçük 153 Somon, kemikli, konserve 1/2 kutu (net ağırlık 13 gr) 153 Badem 1/2 kap 200 Susam 1/2 kap 100 Fasulye - pişmiş (fasulye, barbunya, benekli fasulye ) 1/2 fincan 90 Soya fasulyesi - pişmiş 1 fincan 175 Tavuk - kavrulmuş 90g 13 Sığır - kavrulmuş 90g 7Ekmek ve tahıl Yuvarlak kepekli çörek 1/35g 50 Ekmek - beyaz ve buğday 1 adet/30g 25Meyve ve sebzeler Brokoli - çiğ 1/2 fincan 38 Portakal 1 orta boy/180g 52 Muz 1 orta boy/175g 10 Salata 2 büyük yaprak 8 Kuru incir 10 270Kombine yemekler Süt çorbası, kremalı tavuk çorbası, mantar, domates ve brokoli 1 bardak/250 ml 189 Haşlanmış fasulye konservesi 1 bardak/250 ml 169
Çözüm
Kalsiyum yeryüzünde en bol bulunan elementlerden biridir.
Kalsiyum, 1808'de İngiliz kimyager Humphry Davy tarafından keşfedildi. Kalsiyum metalini, sönmüş kireç ve cıva oksit karışımından elektrolitik olarak izole etti.
1789'da A. Lavoisier, kireç, magnezya, barit, alümina ve silisin karmaşık maddeler olduğunu öne sürdü.
Doğada çok var. Serbest biçimde oluşmaz. Dağ sıraları ve kil kayaları kalsiyum tuzlarından oluşur; deniz ve nehir suyunda bulunur. Mermer (tebeşir), kaymaktaşı, alçıtaşı, florit, fosfitler, apatitler ve dolomitler gibi minerallerin bir parçasıdır.
Kalsiyum ayrıca canlı organizmaların bir parçasıdır - tüm hayvan ve bitki dokularında ve en önemlisi kalsiyum insan kemik dokusunun bir parçasıdır.
Kalsiyum iki şekilde elde edilir:
1.Sönmemiş kireç ve alüminyum karışımını ısıtarak.
2.İkinci yöntem, tüm metaller gibi, elektrolizdir, bu durumda sıvı bakır-kalsiyum katotlu bir CaCl2 ve KCl eriyiğidir.
Kalsiyum, gümüşi beyaz renkli, yumuşak, reaktif bir toprak alkali metaldir.
Kalsiyum tipik bir alkali toprak metalidir.<#"justify">1.I. Askarov K. Gopirov "Kimyanın Temelleri" Devlet Bilimsel Yayınevi "Özbekistan Milliy Ansiklopedisi" Taşkent - 2013 s. 347
2.I.R. Asqarov Ş.H. Abdullaev O.Ş. Abdullaev "Kimyo - yağlı o`quv yurtlariga kiruvchilar uchun" "TAFAKKUR" nashriyoti Toshkent - 2013
3.N.L. Glinka "Genel Kimya" Moskova - 1988
."Okulun El Kitabı" Bişkek - 2000 s. 152-156
.G.P. Khomchenko "Kimya - evrensel bir koleksiyon" Moskova Yeni Dalga Yayınevi Umerenkov - 2008 s. 301-306
.FG Felbdman G.E. Rudzitis "Kimya 9" Moskova "Aydınlanma" - 1990 s. 127-132
."Evrensel referans kitabı" Moskova - 2006 s. 648-651
8.www.google.com //ru.wikipedia.org //wiki // Kalsiyum.
.www.google.co.ru //otherreferats.allbest.ru //kimya.
.www.google.com //medwiki.org.ua //makale // Kalsiyum.
özel ders
Bir konuyu öğrenmek için yardıma mı ihtiyacınız var?
Uzmanlarımız, ilginizi çeken konularda tavsiyelerde bulunacak veya özel ders hizmetleri sunacaktır.
Başvuru yapmak bir danışma alma olasılığı hakkında bilgi edinmek için şu anda konuyu belirterek.
Kalsiyum tarihi
Kalsiyum, 1808'de, sönmüş kireç ve cıva oksidin elektrolizi ile metalin kaldığı cıvanın damıtılması sonucunda bir kalsiyum amalgamı elde eden Humphry Davy tarafından keşfedildi ve bu adı aldı. kalsiyum. latince Misket Limonu gibi geliyor kalx, İngiliz kimyager tarafından açık madde için seçilen bu isimdi.
Kalsiyum, periyodik kimyasal element sistemi D.I. döneminin IV. grubunun ana alt grubunun II'sinin bir elementidir. Mendeleyev'in atom numarası 20, atom kütlesi 40.08'dir. Kabul edilen isim Ca'dır (Latince - Kalsiyum'dan).
Fiziksel ve kimyasal özellikler
Kalsiyum reaktif, yumuşak, gümüş beyazı bir alkali metaldir. Oksijen ve karbondioksit ile etkileşimi nedeniyle metalin yüzeyi kararır, bu nedenle kalsiyumun temizlenmesi gerekir. özel muamele depolama - hatasız olarak, metalin bir sıvı parafin veya gazyağı tabakası ile döküldüğü sıkıca kapatılmış bir kap.
Kalsiyum en iyi bilinen bir kişi için gerekli mikro elementler, günlük gereksinim sağlıklı bir yetişkin için 700 ila 1500 mg arasında değişir, ancak hamilelik ve emzirme döneminde artar, bu dikkate alınmalı ve ilaç şeklinde kalsiyum alınmalıdır.
doğada olmak
Kalsiyum çok yüksek bir kimyasal aktiviteye sahiptir, bu nedenle serbest (saf) halde doğada bulunmaz. Bununla birlikte, yerkabuğunda en yaygın beşinci, tortul (kireçtaşı, tebeşir) ve kayalarda (granit) bulunan bileşikler şeklinde, anorit feldispat çok fazla kalsiyum içerir.
Canlı organizmalarda yaygın olarak bulunur, varlığı bitkilerde, hayvan ve insan organizmalarında bulunur, burada esas olarak diş ve kemik dokusunun bileşiminde bulunur.
Kalsiyum emilimi
Kalsiyumun gıdalardan normal emilimine bir engel, kalsiyumu çözmek için gerekli olan midenin hidroklorik asidini nötralize eden tatlılar ve alkaliler şeklinde karbonhidrat tüketimidir. Kalsiyum emilim süreci oldukça karmaşıktır, bu nedenle bazen sadece yiyecekle almak yeterli değildir, ek bir mikro element alımı gereklidir.
Başkalarıyla etkileşim
Bağırsakta kalsiyum emilimini iyileştirmek için, kalsiyum emilim sürecini kolaylaştırma eğiliminde olan gereklidir. Kalsiyum (takviye şeklinde) yeme sürecinde alındığında emilim engellenir, ancak kalsiyum takviyelerinin gıdalardan ayrı alınması bu süreci hiçbir şekilde etkilemez.
Vücudun kalsiyumunun neredeyse tamamı (1 ila 1,5 kg) kemiklerde ve dişlerde bulunur. Kalsiyum, sinir dokusu uyarılabilirliği, kas kasılması, kan pıhtılaşma süreçleri süreçlerinde yer alır, hücrelerin, hücre ve doku sıvılarının çekirdeğinin ve zarlarının bir parçasıdır, anti-alerjik ve anti-inflamatuar etkilere sahiptir, asidozu önler, bir dizi aktive eder. enzimler ve hormonlar. Kalsiyum ayrıca geçirgenliğin düzenlenmesinde rol oynar. hücre zarları, ters etkiye sahiptir.
Kalsiyum eksikliği belirtileri
Vücutta kalsiyum eksikliği belirtileri, ilk bakışta ilgisiz semptomlardır:
- sinirlilik, ruh hali bozulması;
- kalp çarpıntısı;
- konvülsiyonlar, uzuvların uyuşması;
- büyüme geriliği ve çocuklar;
- yüksek tansiyon;
- tırnakların delaminasyonu ve kırılganlığı;
- eklemlerde ağrı, "ağrı eşiğini" düşürür;
- bol adet kanaması.
Kalsiyum eksikliğinin nedenleri
Kalsiyum eksikliğinin nedenleri dengesiz beslenme (özellikle açlık), yiyeceklerdeki düşük kalsiyum içeriği, sigara ve kahve ve kafeinli içeceklere bağımlılık, disbakteriyoz, böbrek hastalığı, tiroid bezi, hamilelik, emzirme dönemleri ve menopoz olabilir.
Aşırı süt ürünleri tüketimi veya kontrolsüz ilaç alımı ile ortaya çıkabilen aşırı kalsiyum, aşağıdakilerle karakterize edilir: yoğun susuzluk, mide bulantısı, kusma, iştahsızlık, halsizlik ve artan idrara çıkma.
Kalsiyumun yaşamda kullanımı
Kalsiyum, uranyumun metalotermik üretiminde uygulama bulmuştur, doğal bileşikler şeklinde, alçı ve çimento üretimi için bir hammadde olarak, bir dezenfeksiyon aracı olarak kullanılır (herkes bilir). çamaşır suyu).
Kalsiyum, atom numarası 20 olan periyodik kimyasal elementler sisteminin dördüncü periyodu olan ikinci grubun ana alt grubunun bir elementidir. Ca (lat. Kalsiyum) sembolü ile gösterilir. Basit madde kalsiyum (CAS numarası: 7440-70-2) yumuşak, reaktif, gümüş-beyaz bir alkali toprak metalidir.
İsmin tarihi ve kökeni
Elementin adı lat'den gelir. calx (genitif durumda calcis) - "kireç", "yumuşak taş". 1808'de elektrolitik yöntemle kalsiyum metalini izole eden İngiliz kimyager Humphrey Davy tarafından önerildi. Davy, anot olan platin bir plaka üzerinde ıslak sönmüş kireç ile cıva oksit HgO karışımını elektrolize etti. Sıvı cıvaya batırılmış bir platin tel katot görevi gördü. Elektroliz sonucunda kalsiyum amalgam elde edilmiştir. Cıvayı ondan uzaklaştıran Davy, kalsiyum adı verilen bir metal aldı.
Kalsiyum bileşikleri - kireçtaşı, mermer, alçı (ve kireç - yanan kireçtaşının bir ürünü) inşaatta birkaç bin yıl önce kullanılmıştır. 18. yüzyılın sonuna kadar kimyacılar kireci basit bir cisim olarak kabul ettiler. 1789'da A. Lavoisier, kireç, magnezya, barit, alümina ve silisin karmaşık maddeler olduğunu öne sürdü.
Fiş
Serbest metalik kalsiyum, CaCl2 (%75-80) ve KCl'den veya CaCl2 ve CaF2'den oluşan bir eriyiğin elektrolizi ve ayrıca CaO'nun 1170-1200 °C'de alüminotermik indirgenmesiyle elde edilir:
4CaO + 2Al → CaAl 2 O 4 + 3Ca.
Fiziksel özellikler
Kalsiyum metali iki allotropik modifikasyonda bulunur. 443 °C'ye kadar, kübik yüz merkezli kafese sahip α-Ca kararlıdır (parametre a = 0,558 nm), β-Ca'nın üzerinde α-Fe tipi gövde merkezli bir kübik kafese sahip (parametre a = 0.448) stabildir nm). α → β geçişinin standart entalpisi ΔH 0 0,93 kJ/mol'dür.
Basıncın kademeli olarak artmasıyla bir yarı iletkenin özelliklerini göstermeye başlar, ancak kelimenin tam anlamıyla bir yarı iletken olmaz (artık bir metal değildir). Basıncın daha da artmasıyla metalik duruma döner ve süperiletkenlik özellikleri sergilemeye başlar (süper iletkenlik sıcaklığı cıvanınkinden altı kat daha yüksektir ve iletkenlikteki diğer tüm elementleri çok aşar). Kalsiyumun benzersiz davranışı birçok yönden stronsiyuma benzer (yani periyodik tablodaki paralellikler korunur).
Kimyasal özellikler
Kalsiyum tipik bir alkali toprak metalidir. Kalsiyumun kimyasal aktivitesi yüksektir, ancak diğer tüm alkalin toprak metallerinden daha düşüktür. Havadaki oksijen, karbondioksit ve nem ile kolayca reaksiyona girer, bu nedenle kalsiyum metalinin yüzeyi genellikle donuk gridir, bu nedenle kalsiyum genellikle laboratuvarda, diğer alkalin toprak metalleri gibi, sıkıca kapatılmış bir kavanozda bir tabaka altında depolanır. gazyağı veya sıvı parafin.
Kalsiyum (Latince Kalsiyum, Ca sembolü ile gösterilir), atom numarası 20 ve atom kütlesi 40.078 olan bir elementtir. Dmitry Ivanovich Mendeleev'in periyodik kimyasal element tablosunun dördüncü periyodu olan ikinci grubun ana alt grubunun bir elementidir. Normal koşullar altında, basit bir madde kalsiyum, gümüşi beyaz renkte hafif (1.54 g / cm3) dövülebilir, yumuşak, reaktif alkali toprak metaldir.
Doğada, kalsiyum altı izotopun bir karışımı olarak sunulur: 40Ca (%96,97), 42Ca (%0,64), 43Ca (%0,145), 44Ca (%2,06), 46Ca (%0,0033) ve 48Ca (%0,185). Yirminci elementin ana izotopu - en yaygın olanı - 40Ca'dır, izotopik bolluğu yaklaşık% 97'dir. Altı doğal kalsiyum izotopundan beşi stabildir, altıncı izotop 48Ca, altının en ağırı ve oldukça nadirdir (izotopik bolluğu sadece %0.185'tir), son zamanlarda yarılanma ömrü ile çift β-bozunmasına uğradığı bulunmuştur. 5.3∙1019 yıl. 39, 41, 45, 47 ve 49 kütle numaralarına sahip yapay olarak üretilen izotoplar radyoaktiftir. Çoğu zaman, canlı bir organizmada mineral metabolizması süreçlerinin çalışmasında izotop izleyici olarak kullanılırlar. Metalik kalsiyum veya bileşiklerinin bir uranyum reaktöründe nötronlarla ışınlanmasıyla elde edilen 45Ca, çalışmada önemli bir rol oynamaktadır. metabolik süreçler toprakta meydana gelen ve bitkiler tarafından kalsiyum emilim süreçlerinin incelenmesinde. Aynı izotop sayesinde, eritme işlemi sırasında çeşitli derecelerde çelik ve ultra saf demirin kalsiyum bileşikleri ile kontaminasyon kaynaklarını tespit etmek mümkün oldu.
Kalsiyum bileşikleri - mermer, alçıtaşı, kireçtaşı ve kireç (yanan kireçtaşının bir ürünü) eski zamanlardan beri bilinmektedir ve inşaat ve tıpta yaygın olarak kullanılmaktadır. Eski Mısırlılar piramitlerinin yapımında kalsiyum bileşikleri kullandılar ve büyük Roma'nın sakinleri betonu icat etti - kırma taş, kireç ve kum karışımı kullanarak. 18. yüzyılın sonuna kadar kimyacılar kirecin basit bir cisim olduğuna ikna olmuşlardı. Sadece 1789'da Lavoisier kireç, alümina ve diğer bazı bileşiklerin karmaşık maddeler olduğunu öne sürdü. 1808'de G. Davy tarafından elektroliz yoluyla metalik kalsiyum elde edildi.
Metalik kalsiyum kullanımı, yüksek kimyasal aktivitesi ile ilişkilidir. Toryum, uranyum, krom, zirkonyum, sezyum, rubidyum gibi belirli metallerin bileşiklerinden geri kazanmak için kullanılır; çelikten ve diğer bazı oksijen alaşımlarından, kükürtten uzaklaştırmak için; organik sıvıların dehidrasyonu için; vakum cihazlarında gaz kalıntılarının emilmesi için. Ek olarak, metalik kalsiyum, bazı alaşımların alaşım bileşeni olarak işlev görür. Kalsiyum bileşikleri çok daha yaygın olarak kullanılır - inşaat, piroteknik, cam üretimi, tıp ve diğer birçok alanda kullanılırlar.
Kalsiyum en önemli biyojenik elementlerden biridir; çoğu canlı organizma için normal yaşam süreçleri için gereklidir. Bir yetişkinin vücudu bir buçuk kilograma kadar kalsiyum içerir. Canlıların tüm doku ve sıvılarında bulunur. Yirminci element, kemik dokusunun oluşumu, kalp ritminin korunması, kanın pıhtılaşması, dış hücre zarlarının normal geçirgenliğinin korunması ve bir dizi enzimin oluşumu için gereklidir. Kalsiyumun bitki ve hayvan organizmalarında gerçekleştirdiği işlevlerin listesi çok geniştir. Kalsiyumdan yoksun bir ortamda sadece nadir organizmaların gelişebildiğini, diğer organizmaların ise %38'inin bu elementten oluştuğunu söylemek yeterlidir ( insan vücudu sadece yaklaşık %2 kalsiyum içerir).
biyolojik özellikler
Kalsiyum biyojenik elementlerden biridir, bileşikleri hemen hemen tüm canlı organizmalarda bulunur (kalsiyumdan yoksun bir ortamda az sayıda organizma gelişebilir), normal yaşam süreçlerini sağlar. Yirminci element, hayvanların ve bitkilerin tüm dokularında ve sıvılarında bulunur, çoğu (omurgalı organizmalarda - insanlar dahil) iskelette ve dişlerde fosfatlar şeklinde bulunur (örneğin, hidroksiapatit Ca5 (PO4) 3OH veya 3Ca3 (PO4)2Ca(OH)2). Yirminci elementin kemikler ve dişler için yapı malzemesi olarak kullanılması, hücrede kalsiyum iyonlarının kullanılmamasından kaynaklanmaktadır. Kalsiyum konsantrasyonu özel hormonlar tarafından kontrol edilir, birleşik eylemleri kemiklerin yapısını korur ve korur. Çoğu omurgasız grubunun (yumuşakçalar, mercanlar, süngerler vb.) iskeletleri, çeşitli formlar kalsiyum karbonat CaCO3 (kireç). Birçok omurgasız, yeni bir iskelet oluşturmak veya yaşamsal işlevleri sağlamak için deri değiştirmeden önce kalsiyum depolar. olumsuz koşullar. Hayvanlar, yiyecek ve sudan kalsiyum alırlar ve topraktan bitkiler ve bu elementle ilgili olarak kalsefillere ve kalsefoblara ayrılır.
Bu önemli eser elementin iyonları, kanın pıhtılaşma süreçlerinde ve ayrıca kanın sabit bir ozmotik basıncının sağlanmasında rol oynar. Ek olarak, kalsiyum bir dizi oluşumu için gereklidir. hücre yapıları, balık ve diğer hayvanların yumurtalarının döllenmesi için dış hücre zarlarının normal geçirgenliğini korumak, bir dizi enzimin aktivasyonu (belki de bu durum kalsiyumun magnezyum iyonlarının yerini almasından kaynaklanmaktadır). Kalsiyum iyonları uyarımı kas lifine iletir, kasılmasına neden olur, kalp kasılmalarının gücünü arttırır, lökositlerin fagositik fonksiyonunu arttırır, koruyucu kan proteinleri sistemini aktive eder, hormonların ve nörotransmitterlerin salgılanması dahil olmak üzere ekzositozu düzenler. Kalsiyum kan damarlarının açıklığını etkiler - bu element olmadan yağlar, lipidler ve kolesterol kan damarlarının duvarlarına yerleşir. Kalsiyum, ağır metal tuzlarının ve radyonüklidlerin vücuttan atılmasını teşvik eder, antioksidan işlevleri yerine getirir. Kalsiyum üreme sistemini etkiler, stres önleyici etkiye sahiptir ve anti alerjik etkiye sahiptir.
Bir yetişkinin vücudundaki (70 kg ağırlığındaki) kalsiyum içeriği 1,7 kg'dır (esas olarak kemik dokusunun hücreler arası maddesinin bileşiminde). Bu öğeye duyulan ihtiyaç yaşa bağlıdır: yetişkinler için gerekli günlük ödenek 800 ila 1.000 miligram, çocuklar için 600 ila 900 miligram arasındadır. Çocuklar için özellikle kemiklerin yoğun büyümesi ve gelişmesi için gerekli dozun tüketilmesi önemlidir. Vücuttaki ana kalsiyum kaynağı süt ve süt ürünleridir, kalsiyumun geri kalanı et, balık ve bazı bitkisel ürünlerden (özellikle bakliyatlardan) gelir. Kalsiyum katyonlarının emilimi kolonda meydana gelir ve ince bağırsak asimilasyona katkıda bulunmak asidik ortam, C ve D vitaminleri, laktoz (laktik asit) ve ayrıca doymamış yağ asitleri. Buna karşılık, aspirin, oksalik asit, östrojen türevleri yirminci elementin emilimini önemli ölçüde azaltır. Böylece, oksalik asit ile birleştiğinde kalsiyum, böbrek taşlarının bileşenleri olan suda çözünmeyen bileşikler verir. Magnezyumun kalsiyum metabolizmasındaki rolü büyüktür - eksikliği ile kalsiyum kemiklerden “yıkanır” ve böbreklerde (böbrek taşları) ve kaslarda birikir. Genel olarak, vücutta yirminci elementin depolanması ve salınması için karmaşık bir sistem vardır, bu nedenle kandaki kalsiyum içeriği kesin olarak düzenlenir ve doğru beslenme ile eksiklik veya fazlalık olmaz. Uzun süreli kalsiyum diyeti kramplara, eklem ağrısına, kabızlığa, yorgunluğa, uyuşukluğa, büyüme geriliğine neden olabilir. Diyette uzun süreli kalsiyum eksikliği osteoporoz gelişimine yol açar. Nikotin, kafein ve alkol, kalsiyumun idrarla yoğun şekilde atılmasına katkıda bulundukları için vücuttaki kalsiyum eksikliğinin nedenlerinden bazılarıdır. Bununla birlikte, yirminci elementin (veya D vitamini) fazlalığı olumsuz sonuçlara yol açar - sonucu kemik ve dokuların yoğun kalsifikasyonu olan (esas olarak üriner sistemi etkiler) hiperkalsemi gelişir. Uzun süreli kalsiyum fazlalığı, kas ve sinir dokularının işleyişini bozar, kanın pıhtılaşmasını artırır ve kemik hücreleri tarafından çinko emilimini azaltır. Belki de osteoartrit, katarakt, kan basıncı ile ilgili problemlerin ortaya çıkması. Yukarıdakilerden, bitki ve hayvan organizmalarının hücrelerinin kesin olarak tanımlanmış kalsiyum iyonu oranlarına ihtiyaç duyduğu sonucuna varabiliriz.
Farmakoloji ve tıpta, kalsiyum bileşikleri vitaminlerin, tabletlerin, hapların, enjeksiyonların, antibiyotiklerin yanı sıra ampullerin ve tıbbi aletlerin imalatında kullanılır.
Erkek kısırlığının oldukça yaygın bir nedeninin vücutta kalsiyum eksikliği olduğu ortaya çıktı! Gerçek şu ki, spermatozoonun başı, bu elementin yeterli bir miktarı ile tamamen kalsiyumdan oluşan ok şeklinde bir oluşuma sahiptir, spermatozoon zarın üstesinden gelebilir ve yumurtayı dölleyebilir, yetersiz kısırlık meydana gelir.
Amerikalı bilim adamları, kandaki kalsiyum iyonlarının eksikliğinin hafızanın zayıflamasına ve zekanın azalmasına yol açtığını bulmuşlardır. Örneğin, ünlü ABD dergisi Science News, kedilerin ancak beyin hücreleri kandan daha fazla kalsiyum içerdiğinde koşullu bir refleks geliştirdiğini doğrulayan deneyler hakkında bilgi sahibi oldu.
Tarımda çok değerli olan kalsiyum siyanamid bileşiği, yalnızca azotlu gübre ve üre elde etme kaynağı olarak değil - sentetik reçinelerin üretimi için en değerli gübre ve hammadde olarak değil, aynı zamanda mümkün olduğu bir madde olarak da kullanılır. pamuk tarlalarının hasadını makineleştirmek. Gerçek şu ki, bu bileşikle işlendikten sonra pamuk, yaprakları hemen döküyor ve bu da insanların pamuk toplama işlemini makinelere bırakmasına izin veriyor.
Kalsiyum açısından zengin gıdalardan bahsederken her zaman süt ürünlerinden bahsedilir, ancak sütün kendisi 100 g başına 120 mg (inek) ila 170 mg (koyun) kalsiyum içerir; süzme peynir daha da fakirdir - 100 gramda sadece 80 mg. Süt ürünlerinden sadece peynir, 100 g ürün başına 730 mg (gouda) ila 970 mg (emmental) kalsiyum içerir. Bununla birlikte, yirminci elementin içeriği için rekor sahibi haşhaştır - 100 gram haşhaş tohumu neredeyse 1.500 mg kalsiyum içerir!
Örneğin soğutma tesislerinde kullanılan kalsiyum klorür CaCl2, birçok kimyasal-teknolojik işlemin, özellikle büyük ölçekli soda üretiminin bir atık ürünüdür. Bununla birlikte, kalsiyum klorürün çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmasına rağmen, tüketimi üretimine göre önemli ölçüde düşüktür. Bu nedenle, örneğin soda üreten fabrikaların yakınında, kalsiyum klorürlü tuzlu sudan bütün göller oluşturulur. Bu tür depolama havuzları nadir değildir.
Kalsiyum bileşiklerinin ne kadar tüketildiğini anlamak için sadece birkaç örnek vermekte fayda var. Çelik üretiminde fosfor, silisyum, manganez ve kükürtün giderilmesi için kireç kullanılır, oksijen dönüştürücü proseste ise bir ton çelik başına 75 kilogram kireç tüketilir! Başka bir örnek ise tamamen farklı bir alandan - gıda endüstrisinden. Şeker üretiminde, kalsiyum sakaratı çökeltmek için ham şeker şurubu kireç ile reaksiyona girer. Bu nedenle, şeker kamışı genellikle ton başına yaklaşık 3-5 kg kireç ve pancar şekeri gerektirir - yüz kat daha fazla, yani bir ton şeker başına yaklaşık yarım ton kireç!
Suyun "sertliği", içinde çözünmüş kalsiyum ve magnezyum tuzlarının suya verdiği bir takım özelliklerdir. Sertlik geçici ve kalıcı olarak ikiye ayrılır. Geçici veya karbonat sertliği, suda çözünür bikarbonatlar Ca (HCO3) 2 ve Mg (HCO3) 2'nin varlığından kaynaklanır. Karbonat sertliğinden kurtulmak çok kolaydır - su kaynatıldığında, bikarbonatlar suda çözünmeyen kalsiyum ve magnezyum karbonatlara dönüşür, çöker. Kalıcı sertlik, aynı metallerin sülfatları ve klorürleri tarafından oluşturulur, ancak ondan kurtulmak çok daha zordur. Sert su, sabun köpüğü oluşumunu engellediği ve dolayısıyla çamaşırları daha kötü yıkadığı için çok korkunç değil, buhar kazanlarında ve kazan tesislerinde bir kireç tabakası oluşturması, dolayısıyla verimliliklerini düşürmesi ve acil durumlara yol açması çok daha kötü. İlginç bir şekilde, antik Roma'da suyun sertliğini nasıl belirleyeceklerini biliyorlardı. Reaktif olarak kırmızı şarap kullanıldı - boyaları kalsiyum ve magnezyum iyonları ile bir çökelti oluşturur.
Kalsiyumun depolama için hazırlanma süreci çok ilginçtir. Metalik kalsiyum, 0,5 ila 60 kg ağırlığındaki parçalar halinde uzun süre depolanır. Bu "domuzlar" kağıt torbalarda paketlenir, daha sonra lehimli ve boyalı dikişlerle galvanizli demir kaplara yerleştirilir. Sıkıca kapatılmış kaplar ahşap kutulara yerleştirilir. Yarım kilogramdan daha hafif olan parçalar uzun süre saklanamaz - oksitlendiğinde hızla oksit, hidroksit ve kalsiyum karbonata dönüşürler.
Öykü
Metalik kalsiyum nispeten yakın zamanda elde edildi - 1808'de, ancak insanlık bu metalin bileşiklerini çok uzun zamandır tanıyor. Eski zamanlardan beri insanlar inşaat ve tıpta kireçtaşı, tebeşir, mermer, kaymaktaşı, alçıtaşı ve diğer kalsiyum içeren bileşikleri kullanmışlardır. Kireçtaşı CaCO3 büyük olasılıkla insan tarafından kullanılan ilk yapı malzemesiydi. İnşaatta kullanıldı Mısır piramitleri ve Çin Seddi. Rusya'daki birçok tapınak ve kilisenin yanı sıra eski Moskova binalarının çoğu kireçtaşı - beyaz taş kullanılarak inşa edilmiştir. Ayrıca eski zamanlar Kireçtaşı yakan bir kişi, Yaşlı Pliny'nin (MS 1. yüzyıl) ve Roma ordusunda bir doktor olan Dioscorides'in eserlerinde kanıtlandığı gibi sönmemiş kireç (CaO) aldı. ilaçlar”bu güne kadar hayatta kalan kalsiyum oksit için “sönmemiş kireç” adını tanıttı. Ve tüm bunlar, saf kalsiyum oksidin ilk olarak Alman kimyager I tarafından tanımlanmasına rağmen. Daha sonra, sadece 1746'da ve 1755'te, ateşleme sürecini inceleyen kimyager J. Black, ateşleme sırasında kütlesel kireçtaşı kaybının meydana geldiğini ortaya çıkardı. karbondioksit gazı salınımı nedeniyle:
CaCO3 ↔ CO2 + CaO
Giza piramitlerinde kullanılan Mısır harçları, kısmen kurumuş alçıtaşı CaSO4 2H2O'ya veya başka bir deyişle kaymaktaşı 2CaSO4∙H2O'ya dayanıyordu. Aynı zamanda Tutankamon'un mezarındaki tüm sıvaların temelidir. Yanmış alçı (kaymaktaşı) Mısırlılar tarafından sulama tesislerinin yapımında bağlayıcı olarak kullanılmıştır. Doğal alçı yüksek sıcaklıklar, Mısırlı inşaatçılar kısmi dehidrasyonunu başardılar ve sadece su değil, aynı zamanda sülfürik anhidrit de molekülden ayrıldı. Daha sonra su ile seyreltildiğinde sudan ve sıcaklık dalgalanmalarından korkmayan çok güçlü bir kütle elde edildi.
Romalılar haklı olarak betonun mucitleri olarak adlandırılabilir, çünkü binalarında bu yapı malzemesinin çeşitlerinden birini kullandılar - kırma taş, kum ve kireç karışımı. Bu tür betondan sarnıçların inşası hakkında Yaşlı Pliny tarafından bir açıklama vardır: “Sarnıçların inşası için, beş parça saf çakıl kumu, iki parça en iyi söndürülmüş kireç ve en fazla ağırlığa sahip silex (sert lav) parçaları. her biri bir pound alınır, karıştırıldıktan sonra altını sıkıştırırlar ve yan yüzeyler demir tokmak darbeleri. İçinde nemli iklimİtalya'nın betonu en sürdürülebilir malzemeydi.
Yaygın olarak kullandıkları kalsiyum bileşiklerinin uzun zamandır insanlık tarafından bilindiği ortaya çıktı. Bununla birlikte, 18. yüzyılın sonuna kadar, kimyacılar kireci basit bir cisim olarak gördüler, ancak yeni yüzyılın arifesinde kirecin ve diğer kalsiyum bileşiklerinin doğası üzerine çalışmalar başladı. Böylece Stahl, kirecin topraklı ve sulu ilkelerden oluşan karmaşık bir gövde olduğunu öne sürdü ve Black, kostik kireç ile "sabit hava" içeren karbonik kireç arasında bir fark oluşturdu. Antoine Laurent Lavoisier, kireçli toprağı (CaO) elementlerin sayısına, yani basit maddelere bağladı, ancak 1789'da kireç, magnezya, barit, alümina ve silisin karmaşık maddeler olduğunu öne sürdü, ancak bunu sadece kanıtlamak mümkün olacak. "inatçı toprağı" (kalsiyum oksit) parçalayarak. Ve başarılı olan ilk kişi Humphrey Davy oldu. Potasyum ve sodyum oksitlerin elektroliz ile başarılı bir şekilde ayrıştırılmasından sonra, kimyager aynı şekilde toprak alkali metaller elde etmeye karar verdi. Bununla birlikte, ilk denemeler başarısız oldu - İngiliz, kireci havada ve bir yağ tabakası altında elektroliz yoluyla ayrıştırmaya çalıştı, ardından kireci bir tüp içinde potasyum metali ile kalsine etti ve başka birçok deney yaptı, ancak boşuna. Son olarak, cıva katotlu bir cihazda, kirecin elektrolizi ve ondan metalik kalsiyum ile bir amalgam elde etti. Çok geçmeden, bu metal elde etme yöntemi I. Berzelius ve M. Pontin tarafından geliştirildi.
Yeni element, adını Latince "calx" (genitif durumda calcis) - kireç, yumuşak taş kelimesinden almıştır. Calx (calx) tebeşir, kireçtaşı, genel olarak bir çakıl taşı, ancak çoğu zaman kireç bazlı bir harç olarak adlandırıldı. Bu kavram aynı zamanda eski yazarlar (Vitruvius, Yaşlı Pliny, Dioscorides) tarafından kireçtaşının yanmasını, kirecin söndürülmesini ve harçların hazırlanmasını tarif etmek için de kullanılmıştır. Daha sonra, simyacılar çemberinde "calx", genel olarak - özellikle metaller - kavurma ürününü ifade etti. Örneğin, metal oksitlere metalik kireç adı verildi ve ateşleme işleminin kendisine kalsinasyon (kalsinatio) adı verildi. Eski Rus reçete literatüründe dışkı (çamur, kil) kelimesi bulunur, bu nedenle Trinity-Sergius Lavra (XV yüzyıl) koleksiyonunda şöyle der: “dışkı al, ondan fırın için altın yaparlar.” Ancak daha sonra, şüphesiz "calx" kelimesiyle ilişkili olan cal kelimesi, gübre kelimesiyle eşanlamlı hale geldi. 19. yüzyılın başlarındaki Rus edebiyatında, kalsiyum bazen kalkerli toprak, kalkerli (Shcheglov, 1830), kalkerli (Iovsky), kalsiyum, kalsiyum (Hess) olarak adlandırıldı.
doğada olmak
Kalsiyum gezegenimizdeki en yaygın elementlerden biridir - doğadaki kantitatif içerik açısından beşinci (metal olmayanlardan sadece oksijen daha yaygındır -% 49.5 ve silikon -% 25.3) ve metaller arasında üçüncü (sadece alüminyum daha yaygın - %7,5 ve demir - %5,08). Clarke (yerkabuğundaki ortalama içerik) çeşitli tahminlere göre ağırlıkça %2,96 ile %3,38 arasında değişmektedir, bu rakamın kesinlikle yaklaşık %3 olduğunu söyleyebiliriz. Kalsiyum atomunun dış kabuğunda, çekirdeğe olan bağı oldukça kırılgan olan iki değerlik elektronu vardır. Bu nedenle kalsiyum yüksek kimyasal aktiviteye sahiptir ve doğada serbest halde bulunmaz. Bununla birlikte, çeşitli jeokimyasal sistemlerde aktif olarak göç eder ve birikerek yaklaşık 400 mineral oluşturur: silikatlar, alüminosilikatlar, karbonatlar, fosfatlar, sülfatlar, borosilikatlar, molibdatlar, klorürler ve diğerleri, bu göstergede dördüncü sırada yer alır. Bazalt magmalarının erimesi sırasında, kalsiyum eriyikte birikir ve ana kaya oluşturan minerallerin bileşimine girer, fraksiyonlanma sırasında magmanın bazik kayalardan asidik kayalara farklılaşması sırasında içeriği azalır. Kalsiyum çoğunlukla yer kabuğunun alt kısmında yer alır ve ana kayalarda birikir (%6,72); dünyanın mantosunda çok az kalsiyum vardır (%0.7) ve muhtemelen dünyanın çekirdeğinde daha da azdır (yirminci elementin demir meteorlarında çekirdeğe benzer, sadece %0.02).
Doğru, taşlı göktaşlarındaki kalsiyum clarke% 1.4'tür (nadir kalsiyum sülfür bulunur), orta kayalarda -% 4.65, asidik kayalar ağırlıkça% 1.58 kalsiyum içerir. Kalsiyumun ana kısmı, özellikle feldispat - anortit Ca'da ve ayrıca diyopsit CaMg, volastonit Ca3'te çeşitli kayaların (granitler, gnayslar, vb.) Silikat ve alüminosilikatlarının bileşiminde bulunur. Sedimanter kayaçlar biçimindeki kalsiyum bileşikleri, esas olarak mineral kalsitten (CaCO3) oluşan tebeşir ve kireçtaşı ile temsil edilir.
Kalsiyum karbonat CaCO3, Dünya'daki en yaygın bileşiklerden biridir - kalsiyum karbonata dayalı mineraller, dünya yüzeyinin yaklaşık 40 milyon kilometrekaresini kaplar. Dünya yüzeyinin birçok yerinde, antik çağların kalıntılarından oluşan önemli tortul kalsiyum karbonat birikintileri vardır. Deniz organizmaları- tebeşir, mermer, kireçtaşı, kabuklu kaya - bunların hepsi küçük safsızlıklar içeren CaCO3'tür ve kalsit saf CaCO3'tür. Bu minerallerin en önemlisi kireçtaşı, daha doğrusu kireçtaşlarıdır - sonuçta, her birikinti yoğunluk, bileşim ve kirlilik miktarı bakımından farklılık gösterir. Örneğin, kabuklu kaya organik kökenli kireçtaşıdır ve daha az safsızlık içeren kalsiyum karbonat, şeffaf kireç kristalleri veya İzlanda spar'ı oluşturur. Tebeşir, kalsiyum karbonatın bir başka yaygın çeşididir, ancak kalsitin kristal formu olan mermer, doğada çok daha az yaygındır. Eski jeolojik çağlarda mermerin kalkerden oluştuğu genel olarak kabul edilmektedir. Yerkabuğunun hareketi sırasında, bireysel kireçtaşı birikintileri diğer kayaların katmanlarının altına gömüldü. Yüksek basınç ve sıcaklığın etkisi altında yeniden kristalleşme süreci gerçekleşti ve kireçtaşı daha yoğun bir kristal kaya - mermere dönüştü. Tuhaf sarkıt ve dikitler - başka bir kalsiyum karbonat çeşidi olan mineral aragonit. Ortorombik aragonit oluşur sıcak denizler- Aragonit şeklindeki devasa kalsiyum karbonat katmanları Bahamalar, Florida Keys ve Kızıldeniz havzasını oluşturdu. Ayrıca florit CaF2, dolomit MgCO3 CaCO3, anhidrit CaSO4, fosforit Ca5 (PO4) 3 (OH, CO3) (çeşitli safsızlıklarla) ve apatitler Ca5 (PO4) 3 (F, Cl, OH) gibi kalsiyum mineralleri oldukça yaygındır. kalsiyum fosfat, kaymaktaşı CaSO4 0.5H2O ve alçıtaşı CaSO4 2H2O (kalsiyum sülfat formları) ve diğerleri. Kalsiyum içeren minerallerde izomorfik olarak yer değiştiren elementler-safsızlıklar vardır (örneğin, sodyum, stronsiyum, nadir toprak, radyoaktif ve diğer elementler).
Yirminci elementin büyük bir kısmı doğal sular suda ve havada az çözünür CaCO3, yüksek oranda çözünür Ca (HCO3)2 ve CO2 arasında küresel bir "karbonat dengesi" bulunması nedeniyle:
CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2 = Ca2+ + 2HCO3-
Bu reaksiyon tersine çevrilebilir ve yirminci elementin yeniden dağıtılmasının temelidir - ne zaman yüksek içerik sularda karbondioksit, kalsiyum çözeltidedir ve düşük CO2 içeriğinde mineral kalsit CaCO3 çökelerek güçlü kireçtaşı, tebeşir, mermer birikintileri oluşturur.
Canlı organizmaların bileşiminde önemli miktarda kalsiyum bulunur, örneğin hidroksiapatit Ca5 (PO4) 3OH veya başka bir girişte 3Ca3 (PO4) 2 Ca (OH) 2 - omurgalıların kemik dokusunun temeli, insanlar dahil. Kalsiyum karbonat CaCO3 birçok omurgasız, yumurta kabuğu, mercan ve hatta incinin kabuklarının ve kabuklarının ana bileşenidir.
Başvuru
Metalik kalsiyum oldukça nadiren kullanılır. Temel olarak, bu metal (ve hidriti), geri kazanılması zor metallerin - uranyum, titanyum, toryum, zirkonyum, sezyum, rubidyum ve bir dizi metalotermik üretiminde kullanılır. nadir toprak metalleri bileşiklerinden (oksitler veya halojenürler). Kalsiyum, nikel, bakır ve paslanmaz çelik üretiminde indirgeyici ajan olarak kullanılır. Ayrıca yirminci element çeliklerin, bronzların ve diğer alaşımların deoksidasyonunda, petrol ürünlerinden kükürtün uzaklaştırılmasında, dehidrasyon için kullanılır. organik çözücüler, argonu nitrojen safsızlıklarından arındırmak ve elektrikli vakum cihazlarında gaz emici olarak. Metalik kalsiyum, Pb-Na-Ca sisteminin (yataklarda kullanılan) sürtünme önleyici alaşımlarının üretiminde ve ayrıca elektrik kablolarının kılıfını yapmak için kullanılan Pb-Ca alaşımında kullanılır. Silikokalsiyum alaşımı (Ca-Si-Ca), yüksek kaliteli çeliklerin üretiminde oksijen giderici ve gaz giderici olarak kullanılır. Kalsiyum, hem alüminyum alaşımları için bir alaşım elementi olarak hem de magnezyum alaşımları için modifiye edici bir katkı maddesi olarak kullanılır. Örneğin, kalsiyumun eklenmesi alüminyum yatakların gücünü arttırır. Saf kalsiyum ayrıca akü plakalarının, düşük kendi kendine deşarjlı bakım gerektirmeyen marşlı kurşun asit akülerin imalatında kullanılan kurşun doping için de kullanılır. Ayrıca, yüksek kaliteli kalsiyum babitleri BKA'nın üretimi için metalik kalsiyum kullanılır. Kalsiyum yardımı ile dökme demirdeki karbon içeriği düzenlenir ve bizmut kurşundan, oksijen, kükürt ve fosfor çelikten arındırılır. Kalsiyum, alüminyum ve magnezyumlu alaşımlarının yanı sıra, yedek termal elektrik pillerinde anot olarak (örneğin, kalsiyum-kromat elementi) kullanılır.
Bununla birlikte, yirminci elementin bileşikleri çok daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Ve her şeyden önce Konuşuyoruz hakkında doğal bileşikler kalsiyum. Dünyadaki en yaygın kalsiyum bileşiklerinden biri CaCO3 karbonattır. Saf kalsiyum karbonat, kalsit mineralidir ve kireçtaşı, tebeşir, mermer, kabuklu kaya - CaCO3 ile küçük safsızlıklar. Kalsiyum ve magnezyum karbonat karışımına dolomit denir. Kireçtaşı ve dolomit esas olarak yapı malzemeleri, yol yüzeyleri veya toprak asit giderici olarak kullanılır. Kalsiyum karbonat CaCO3, kalsiyum oksit (sönmemiş kireç) CaO ve kalsiyum hidroksit (sönmüş kireç) Ca(OH)2 elde etmek için gereklidir. Buna karşılık, CaO ve Ca (OH) 2 kimya, metalurji ve mühendislik endüstrilerinin birçok alanında ana maddelerdir - refrakter malzemelerin üretiminde hem serbest formda hem de seramik karışımlarının bir parçası olarak kalsiyum oksit kullanılır; Kağıt hamuru ve kağıt endüstrisi devasa hacimlerde kalsiyum hidroksite ihtiyaç duyar. Ayrıca Ca (OH) 2, ağartıcı (iyi bir ağartıcı ve dezenfektan), Berthollet tuzu, soda ve bazı pestisitlerin üretiminde bitki zararlılarını kontrol etmek için kullanılır. Çelik üretiminde çok miktarda kireç tüketilir - kükürt, fosfor, silikon ve manganez çıkarmak için. Metalurjide kirecin bir başka rolü de magnezyum üretimidir. Kireç ayrıca çelik tel çekmede ve sülfürik asit içeren atık dekapaj sıvılarının nötralizasyonunda yağlayıcı olarak kullanılır. Ayrıca, içme ve sanayi sularının arıtımında en yaygın kimyasal reaktif olan kireçtir (şap veya demir tuzları ile birlikte süspansiyonları pıhtılaştırır ve tortuyu giderir ve ayrıca geçici - hidrokarbonat - sertliği gidererek suyu yumuşatır). Günlük yaşamda ve tıpta çöktürülmüş kalsiyum karbonat asit nötralize edici ajan, diş macunlarında hafif aşındırıcı, diyetlerde ek kalsiyum kaynağı olarak kullanılır. bileşen sakız ve kozmetikte dolgu maddesi. CaCO3 ayrıca kauçuklarda, latekslerde, boyalarda ve emayelerde ve plastiklerde (ağırlıkça yaklaşık %10) ısı direncini, sertliğini, sertliğini ve işlenebilirliğini geliştirmek için dolgu maddesi olarak kullanılır.
Kalsiyum florür CaF2 özellikle önemlidir, çünkü mineral (florit) formundaki tek endüstriyel olarak önemli flor kaynağıdır! Kalsiyum florür (florit) optikte (astronomik hedefler, lensler, prizmalar) tek kristaller şeklinde ve lazer malzemesi olarak kullanılır. Gerçek şu ki, yalnızca kalsiyum florür camları tüm spektrum bölgesine geçirgendir. Tek kristal formundaki kalsiyum tungstat (şelit) lazer teknolojisinde ve ayrıca bir sintilatör olarak kullanılır. Daha az önemli olan kalsiyum klorür CaCl2 - soğutma üniteleri ve traktör ve diğer araçların lastiklerini doldurmak için tuzlu suların bir bileşenidir. Kalsiyum klorür yardımı ile yollar ve kaldırımlar kar ve buzdan temizlenir, bu bileşik kömür ve cevherin nakliye ve depolama sırasında donmasını önlemek için kullanılır, ahşabın yangına dayanıklı olması için solüsyonu ile emprenye edilir. CaCl2, beton karışımlarında priz başlangıcını hızlandırmak, betonun ilk ve son mukavemetini arttırmak için kullanılır.
Yapay olarak elde edilen kalsiyum karbür CaC2 (kok ile kalsiyum oksitin elektrikli fırınlarında kalsinasyon sırasında), asetilen elde etmek ve metalleri azaltmak için ve ayrıca su buharının etkisi altında amonyak salan kalsiyum siyanamid üretiminde kullanılır. . Ayrıca, sentetik reçinelerin üretimi için değerli bir gübre ve hammadde olan üre üretimi için kalsiyum siyanamid kullanılır. Kalsiyumun hidrojen atmosferinde ısıtılmasıyla, metalurjide (metallotermi) ve sahada hidrojen üretiminde kullanılan CaH2 (kalsiyum hidrit) elde edilir (1 kilogram kalsiyum hidritten bir metreküpten fazla hidrojen elde edilebilir). ), örneğin balonları doldurmak için kullanılır. Laboratuar uygulamasında, enerjik bir indirgeyici ajan olarak kalsiyum hidrit kullanılır. Arsenik asidin kireçle nötralize edilmesiyle elde edilen insektisit kalsiyum arsenat, pamuk biti, morina güvesi, tütün kurdu, Colorado patates böceğini kontrol etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Önemli fungisitler, bakır sülfat ve kalsiyum hidroksitten elde edilen kireç-sülfat spreyleri ve Bordo karışımlarıdır.
Üretme
Metalik kalsiyumu ilk elde eden İngiliz kimyager Humphry Davy idi. 1808'de, anot görevi gören bir platin plaka üzerinde ıslak sönmüş kireç Ca (OH) 2 ile cıva oksit HgO karışımının bir elektrolizini üretti (cıvaya batırılmış bir platin tel katot görevi gördü), bunun sonucunda Davy, cıvayı dışarı atarak bir kalsiyum amalgamı elde etti. , kimyager kalsiyum adını verdiği yeni bir metal keşfetti.
Modern endüstride, serbest metalik kalsiyum, oranı %75-85 olan bir kalsiyum klorür CaCl2 eriyiğinin ve potasyum klorür KCl'nin (CaCl2 ve CaF2'nin bir karışımını kullanmak mümkündür) elektrolizi veya aluminotermik indirgenmesiyle elde edilir. 1 170-1 200 ° C sıcaklıkta kalsiyum oksit CaO Elektroliz için gerekli olan saf susuz kalsiyum klorür, kalsiyum oksidin kömür varlığında ısıtılarak klorlanması veya hidroklorik asidin kireçtaşı üzerindeki etkisiyle elde edilen CaCl2 ∙ 6H2O'nun dehidrasyonu ile elde edilir. Elektrolitik işlem, karışımın erime noktasını düşürmek için gerekli olan kuru, saflaştırılmış kalsiyum klorür tuzu ve potasyum klorürün yerleştirildiği bir elektroliz banyosunda gerçekleşir. Grafit bloklar banyonun üzerine yerleştirilir - bir anot, bakır-kalsiyum alaşımı ile doldurulmuş bir dökme demir veya çelik banyo, bir katot görevi görür. Elektroliz sürecinde kalsiyum, bakır-kalsiyum alaşımına geçerek onu önemli ölçüde zenginleştirir; kireç sütünün klorlanmasına gider. Zenginleştirilmiş bakır-kalsiyum alaşımı doğrudan bir alaşım olarak kullanılabilir veya saflaştırma (damıtma) için gönderilebilir, burada vakumda damıtılır (1000-1080 ° C sıcaklıkta ve 13-20 kPa artık basınçta) metalik olan nükleer saflıkta kalsiyum elde edilir. Yüksek saflıkta kalsiyum elde etmek için iki kez damıtılır. Elektroliz işlemi 680-720 °C sıcaklıkta gerçekleştirilir. Mesele şu ki, bu en optimum sıcaklık elektrolitik işlem için - daha düşük bir sıcaklıkta, kalsiyumla zenginleştirilmiş alaşım elektrolitin yüzeyine yüzer ve daha yüksek bir sıcaklıkta kalsiyum, CaCl oluşumu ile elektrolitte çözülür. Sıvı katotlarla elektroliz sırasında, kalsiyum ve kurşun veya kalsiyum ve çinko alaşımları, kurşunlu (yataklar için) ve çinkolu (köpük beton üretmek için) kalsiyum alaşımları elde etmek için mühendislikte doğrudan kullanılır - alaşım nem ile etkileşime girdiğinde, hidrojen açığa çıkar. ve gözenekli bir yapı oluşturulur). Bazen işlem, yalnızca erimiş elektrolitin yüzeyi ile temas halinde olan demir soğutmalı bir katot ile gerçekleştirilir. Kalsiyum serbest bırakılırken, katot kademeli olarak yükseltilir, eriyikten bir çubuk (50-60 cm) kalsiyum çekilir, bir katılaştırılmış elektrolit tabakası ile atmosferik oksijenden korunur. Kalsiyum klorür, demir, alüminyum, sodyum ile yoğun şekilde kirlenmiş kalsiyum elde etmek için "dokunma yöntemi" kullanılır, saflaştırma bir argon atmosferinde yeniden eritilerek gerçekleştirilir.
Kalsiyum - metalotermik - elde etmek için başka bir yöntem, ünlü Rus kimyager N. N. Beketov tarafından 1865 gibi erken bir tarihte teorik olarak doğrulandı. Alüminotermik yöntem reaksiyona dayanmaktadır:
6CaO + 2Al → 3CaO Al2O3 + 3Ca
Briketler, toz alüminyum ile bir kalsiyum oksit karışımından preslenir, krom-nikel çelik bir imbik içine yerleştirilir ve elde edilen kalsiyum, 1170-1200 ° C'de ve 0.7-2.6 Pa'lık bir artık basınçta damıtılır. Kalsiyum, daha sonra soğuk bir yüzey üzerinde yoğunlaştırılan buhar şeklinde elde edilir. Alüminotermik kalsiyum elde etme yöntemi Çin, Fransa ve bir dizi başka ülkede kullanılmaktadır. AT endüstriyel ölçekli Kalsiyum elde etmek için metalotermik yöntem, İkinci Dünya Savaşı sırasında Amerika Birleşik Devletleri tarafından kullanılan ilk yöntemdi. Aynı şekilde CaO'nun ferrosilikon veya silikoalüminyum ile indirgenmesiyle de kalsiyum elde edilebilir. Kalsiyum, %98-99 saflıkta külçe veya levha şeklinde üretilir.
Artıları ve eksileri her iki yöntemde de mevcuttur. Elektrolitik yöntem çok amaçlıdır, enerji yoğundur (1 kg kalsiyum başına 40-50 kWh enerji tüketilir), ayrıca çevre açısından güvenli değildir, çok miktarda reaktif ve malzeme gerektirir. Ancak kalsiyum salınımı Bu method%70-80'dir, alüminotermik yöntemle verim sadece %50-60'tır. Ek olarak, metalotermik kalsiyum elde etme yöntemiyle, eksi, tekrarlanan damıtmanın yapılması gerektiğidir ve artı, düşük güç tüketiminde ve gaz ve sıvı zararlı emisyonların yokluğundadır.
Çok uzun zaman önce, metalik kalsiyum elde etmek için yeni bir yöntem geliştirildi - bu, kalsiyum karbürün termal ayrışmasına dayanır: vakumda 1.750 ° C'ye ısıtılan karbür, kalsiyum buharı ve katı grafit oluşumu ile ayrışır.
20. yüzyılın ortalarına kadar, neredeyse hiç kullanılmadığı için kalsiyum metali çok küçük miktarlarda üretildi. Örneğin, İkinci Dünya Savaşı sırasında Amerika Birleşik Devletleri'nde 25 tondan fazla kalsiyum tüketilmedi ve Almanya'da sadece 5-10 ton kalsiyum tüketildi. Sadece 20. yüzyılın ikinci yarısında, kalsiyumun birçok nadir ve refrakter metalin aktif bir indirgeyici ajanı olduğu, tüketimde hızlı bir artış (yılda yaklaşık 100 ton) ve bunun sonucunda bunun üretimi netleştiğinde. metal başladı. Uranyumun uranyum tetraflorürden metalotermik indirgenmesinin bir bileşeni olarak kalsiyumun kullanıldığı nükleer endüstrinin gelişmesiyle (kalsiyum yerine magnezyumun kullanıldığı ABD hariç), talep (yılda yaklaşık 2.000 ton) yirmi numaralı eleman için ve üretimi birçok kez arttı. Üzerinde şu anÇin, Rusya, Kanada ve Fransa, metalik kalsiyumun ana üreticileri olarak kabul edilebilir. Bu ülkelerden kalsiyum ABD, Meksika, Avustralya, İsviçre, Japonya, Almanya, Büyük Britanya'ya gönderilmektedir. Kalsiyum metalinin fiyatı, Çin'in metali öyle hacimlerde üretmeye başlayana kadar istikrarlı bir şekilde yükseldi ki, dünya pazarında yirminci elementin fazlası ortaya çıktı ve bu da fiyatta keskin bir düşüşe yol açtı.
Fiziksel özellikler
Metalik kalsiyum nedir? 1808 yılında İngiliz kimyager Humphrey Davy tarafından elde edilen, bir yetişkinin vücudundaki kütlesi 2 kilograma kadar çıkabilen bir metal olan bu elementin özellikleri nelerdir?
Basit madde kalsiyum gümüşi beyaz hafif bir metaldir. Kalsiyumun yoğunluğu sadece 1,54 g/cm3'tür (20 °C sıcaklıkta), bu da demir (7,87 g/cm3), kurşun (11,34 g/cm3), altın (19,3 g/cm3) yoğunluğundan önemli ölçüde daha düşüktür. ) veya platin (21.5 g/cm3). Kalsiyum, alüminyum (2.70 g/cm3) veya magnezyum (1.74 g/cm3) gibi "ağırlıksız" metallerden bile daha hafiftir. Birkaç metal, yirminci elementinkinden daha düşük bir yoğunluğa "övünebilir" - sodyum (0.97 g / cm3), potasyum (0.86 g / cm3), lityum (0.53 g / cm3). Yoğunluk açısından, kalsiyum rubidyuma çok benzer (1.53 g/cm3). Kalsiyumun erime noktası 851 °C, kaynama noktası 1480 °C'dir. Diğer alkali toprak metaller için benzer erime (biraz daha düşük olsa da) ve kaynama noktaları stronsiyum (770 °C ve 1380 °C) ve baryumdur (710 °C ve 1640 °C).
Metalik kalsiyum iki allotropik modifikasyonda bulunur: normal sıcaklık 443 °C'ye kadar, a-kalsiyum, kübik yüz merkezli bakır tipi kafes ile aşağıdaki parametrelerle stabildir: a = 0,558 nm, z = 4, uzay grubu Fm3m, atom yarıçapı 1,97 A, iyonik yarıçap Ca2+ 1,04 A; 443-842 °C sıcaklık aralığında, β-kalsiyum, a = 0.448 nm, z = 2 parametreleri, Im3m uzay grubu parametreleriyle α-demir tipi kübik gövde merkezli kafes ile stabildir. α-modifikasyonundan β-modifikasyonuna geçişin standart entalpisi 0.93 kJ/mol'dür. 0-300 °C sıcaklık aralığında kalsiyum için doğrusal genleşme sıcaklık katsayısı 22 10-6'dır. Yirminci elemanın 20 °C'deki ısıl iletkenliği 125,6 W/(m K) veya 0,3 cal/(cm sn °C)'dir. 0 ila 100°C aralığındaki kalsiyumun özgül ısı kapasitesi 623,9 J/(kg K) veya 0,149 cal/(g°C)'dir. Kalsiyumun 20°C'deki elektrik direnci 4,6 10-8 ohm m veya 4,6 10-6 ohm cm'dir; sıcaklık katsayısı yirmi numaralı elemanın elektrik direnci 4,57 10-3'tür (20 °C'de). Kalsiyum 26 Gn/m2 veya 2600 kgf/mm2 elastisite modülü; nihai çekme mukavemeti 60 Mn/m2 (6 kgf/mm2); kalsiyum için elastik sınır 4 MN / m2 veya 0.4 kgf / mm2'dir, akma dayanımı 38 MN / m2'dir (3,8 kgf / mm2); yirminci elemanın nispi uzaması %50; Brinell kalsiyum sertliği 200-300 MN/m2 veya 20-30 kgf/mm2. Basınçta kademeli bir artışla, kalsiyum bir yarı iletkenin özelliklerini sergilemeye başlar, ancak kelimenin tam anlamıyla bir olmaz (aynı zamanda artık bir metal de değildir). Basıncın daha da artmasıyla kalsiyum metalik duruma döner ve süperiletken özellikler sergilemeye başlar (süper iletkenlik sıcaklığı cıvanınkinden altı kat daha yüksektir ve diğer tüm elementlerin iletkenliğini çok aşar). Kalsiyumun benzersiz davranışı birçok yönden stronsiyuma benzer (yani periyodik tablodaki paralellikler korunur).
Elementel kalsiyumun mekanik özellikleri, mükemmel yapısal malzemeler olan metal ailesinin diğer üyelerinin özelliklerinden farklı değildir: yüksek saflıkta metalik kalsiyum sünektir, iyi preslenir ve haddelenir, bir tele çekilir, dövülür ve kesilmeye uygundur. - açılabilir torna. Bununla birlikte, yapısal bir malzemenin tüm bu mükemmel özelliklerine rağmen, kalsiyum böyle değildir - her şeyin nedeni yüksek kimyasal aktivitesidir. Ancak, kalsiyumun vazgeçilmez olduğunu unutmayın. yapısal malzeme kemik dokusu ve mineralleri - inşaat malzemesi zaten binlerce yıldır.
Kimyasal özellikler
Kalsiyum atomunun dış elektron kabuğunun konfigürasyonu, bileşiklerdeki yirminci elementin 2'sinin değerini belirleyen 4s2'dir. Dış katmanın iki elektronu, daha sonra pozitif çift yüklü iyonlara dönüştürülen atomlardan nispeten kolayca ayrılır. Bu nedenle, kimyasal aktivite açısından kalsiyum, alkali metallerden (potasyum, sodyum, lityum) sadece biraz daha düşüktür. İkincisi gibi, normal oda sıcaklığında bile kalsiyum, CaO oksit ve Ca (OH) 2 hidroksit karışımından donuk gri bir filmle kaplanırken oksijen, karbondioksit ve nemli hava ile kolayca etkileşime girer. Bu nedenle kalsiyum, bir mineral yağ, sıvı parafin veya kerosen tabakası altında hava geçirmez şekilde kapatılmış bir kapta depolanır. Oksijen ve havada ısıtıldığında, kalsiyum tutuşur, parlak kırmızı bir alevle yanar ve erime noktası yaklaşık 2.600 ° C olan beyaz, oldukça yanıcı bir madde olan bazik oksit CaO oluşur. Kalsiyum oksit, teknikte sönmemiş kireç veya yanmış kireç olarak da bilinmektedir. Kalsiyum peroksitler - CaO2 ve CaO4 - de elde edilmiştir. Kalsiyum, hidrojen salınımı (standart potansiyeller serisinde, kalsiyum hidrojenin solunda bulunur ve onu sudan çıkarabilir) ve kalsiyum hidroksit Ca (OH) 2 oluşumu ve soğuk suda su ile reaksiyona girer. reaksiyon hızı kademeli olarak azalır (metal yüzey kalsiyum hidroksit üzerinde az çözünür bir tabaka oluşması nedeniyle):
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2 + Q
Kalsiyum, sıcak su ile daha kuvvetli bir şekilde etkileşir, hızla hidrojenin yerini alır ve Ca(OH)2 oluşturur. Kalsiyum hidroksit Ca (OH) 2, suda az çözünür, güçlü bir bazdır. Doymuş bir kalsiyum hidroksit çözeltisine kireç suyu denir ve alkalidir. Havada, karbon dioksitin emilmesi ve çözünmeyen kalsiyum karbonat oluşumu nedeniyle kireçli su hızla bulanıklaşır. Yirminci elementin su ile etkileşimi sırasında meydana gelen bu tür şiddetli süreçlere rağmen, yine de, alkali metaller, kalsiyumun su ile etkileşiminin reaksiyonu daha az güçlü bir şekilde ilerler - patlamalar ve tutuşmalar olmadan. Genel olarak, kalsiyumun reaktivitesi diğer alkalin toprak metallerinkinden daha düşüktür.
Kalsiyum aktif olarak halojenlerle birleşir, böylece CaX2 tipi bileşikler oluşturur - soğukta flor ile ve 400 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda klor ve brom ile reaksiyona girerek sırasıyla CaF2, CaCl2 ve CaBr2 verir. Erimiş haldeki bu halojenürler, kalsiyumun resmen tek değerli olduğu CaX tipi - CaF, CaCl kalsiyum monohalojenürleri ile oluşur. Bu bileşikler sadece dihalojenürlerin erime noktalarının üzerinde stabildir (soğuduğunda Ca ve CaX2 oluşturmak için orantısızdırlar). Ek olarak, kalsiyum, özellikle ısıtıldığında, çeşitli metal olmayanlarla aktif olarak etkileşime girer: ısıtıldığında, kükürt ile kalsiyum sülfür CaS elde edilir, ikincisi kükürt bağlar ve polisülfidler oluşturur (CaS2, CaS4 ve diğerleri); 300-400 ° C sıcaklıkta kuru hidrojen ile etkileşime giren kalsiyum, hidrojenin bir anyon olduğu iyonik bir bileşik olan bir hidrit CaH2 oluşturur. Kalsiyum hidrit CaH2, hidrojeni serbest bırakmak için suyla şiddetli bir şekilde reaksiyona giren beyaz tuz benzeri bir maddedir:
CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2
Nitrojen atmosferinde ısıtıldığında (yaklaşık 500 ° C), kalsiyum tutuşur ve iki kristal formda bilinen Ca3N2 nitrürü oluşturur - yüksek sıcaklık α ve düşük sıcaklık β. Nitrür Ca3N4, kalsiyum amid Ca(NH2)2'nin vakumda ısıtılmasıyla da elde edildi. Kalsiyum, grafit (karbon), silikon veya fosfor ile havaya erişimi olmadan ısıtıldığında sırasıyla kalsiyum karbür CaC2, silisitler Ca2Si, Ca3Si4, CaSi, CaSi2 ve fosfitler Ca3P2, CaP ve CaP3 verir. Metal olmayan kalsiyum bileşiklerinin çoğu su ile kolayca ayrışır:
CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2
Ca3N2 + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2NH3
Bor ile kalsiyum, kalkojenler - kalkojenitler CaS, CaSe, CaTe ile kalsiyum borür CaB6'yı oluşturur. Polikalkojenitler CaS4, CaS5, Ca2Te3 de bilinmektedir. Kalsiyum, alüminyum, altın, gümüş, bakır, kurşun ve diğerleri gibi çeşitli metallerle intermetalik bileşikler oluşturur. Enerjik bir indirgeyici ajan olan kalsiyum, ısıtıldığında hemen hemen tüm metalleri oksitlerinden, sülfürlerinden ve halojenürlerinden uzaklaştırır. Kalsiyum, sıvı amonyak NH3 içinde, buharlaşması amonyak [Ca (NH3) 6] - metalik iletkenliğe sahip altın renkli katı bir bileşik salan mavi bir çözelti oluşturarak iyi çözünür. Kalsiyum tuzları genellikle asit oksitlerin kalsiyum oksit ile etkileşimi, asitlerin Ca (OH) 2 veya CaC03 üzerindeki etkisi, değişim reaksiyonları ile elde edilir. sulu çözeltiler elektrolitler. Birçok kalsiyum tuzu suda yüksek oranda çözünür (CaCl2 klorür, CaBr2 bromür, CaI2 iyodür ve Ca(NO3)2 nitrat), hemen hemen her zaman kristalli hidratlar oluştururlar. CaF2 florür, CaCO3 karbonat, CaSO4 sülfat, Ca3(PO4)2 ortofosfat, CaC2O4 oksalat ve diğerleri suda çözünmezler.
TANIM
Kalsiyum- Periyodik tablonun yirminci elementi. Tanım - Latince "kalsiyum" dan Ca. Dördüncü dönemde yer alan IIA grubu. Metalleri ifade eder. Çekirdek yükü 20'dir.
Kalsiyum doğada en çok bulunan elementlerden biridir. Yerkabuğunda yaklaşık olarak %3 (kütle) içerir. Kalsiyum karbonat CaC03'ün doğal çeşitleri olan mermerin yanı sıra çok sayıda kireçtaşı ve tebeşir tortusu olarak oluşur. Alçı CaSO 4 × 2H 2 O, fosforit Ca3 (PO 4) 2 ve son olarak çeşitli kalsiyum içeren silikatlar da büyük miktarlarda bulunur.
Basit bir madde biçiminde kalsiyum dövülebilir, oldukça katı metal beyaz (Şekil 1). Havada hızla bir oksit tabakasıyla kaplanır ve ısıtıldığında parlak kırmızımsı bir alevle yanar. Kalsiyum soğuk suyla nispeten yavaş reaksiyona girer, ancak hidrojeni sıcak sudan hızla değiştirerek hidroksit oluşturur.
Pirinç. 1. Kalsiyum. Görünüm.
Kalsiyumun atomik ve moleküler ağırlığı
Bir maddenin bağıl moleküler kütlesi (M r), belirli bir molekülün kütlesinin, bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'sinden ve bir elementin bağıl atom kütlesinin (A r) kaç katından büyük olduğunu gösteren bir sayıdır. kaç kez ortalama ağırlık bir kimyasal elementin atomları, bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'sinden fazladır.
Serbest halde kalsiyum monoatomik Ca molekülleri şeklinde bulunduğundan, atomik ve moleküler kütlelerinin değerleri aynıdır. 40.078'e eşittirler.
kalsiyum izotopları
Doğada kalsiyumun 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca ve 48Ca olmak üzere dört kararlı izotop şeklinde bulunabileceği ve 40Ca izotopunun (%99.97) açık bir baskın olduğu bilinmektedir. Kütle numaraları sırasıyla 40, 42, 43, 44, 46 ve 48'dir. Kalsiyum izotopu 40 Ca atomunun çekirdeği yirmi proton ve yirmi nötron içerir ve kalan izotoplar ondan sadece nötron sayısında farklılık gösterir.
34 ila 57 arasında kütle numaralarına sahip yapay kalsiyum izotopları vardır, bunların arasında en kararlı olanı 102 bin yıllık yarı ömre sahip 41 Ca'dır.
kalsiyum iyonları
Kalsiyum atomunun dış enerji seviyesinde, değerlik olan iki elektron vardır:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 .
Kimyasal etkileşimin bir sonucu olarak, kalsiyum değerlik elektronlarından vazgeçer, yani. donörüdür ve pozitif yüklü bir iyona dönüşür:
Ca 0 -2e → Ca 2+.
Molekül ve kalsiyum atomu
Serbest durumda, kalsiyum monoatomik Ca molekülleri şeklinde bulunur. Kalsiyum atomunu ve molekülünü karakterize eden bazı özellikler şunlardır:
kalsiyum alaşımları
Kalsiyum, bazı kurşun alaşımlarının alaşım bileşeni olarak işlev görür.
Problem çözme örnekleri
ÖRNEK 1
| Egzersiz yapmak | Aşağıdaki dönüşümleri gerçekleştirmek için kullanılabilecek reaksiyon denklemlerini yazın: Ca → Ca(OH) 2 → CaCO 3 → Ca(HCO 3) 2. |
| Cevap | Kalsiyumu suda çözerek, "kireç sütü" - kalsiyum hidroksit olarak bilinen bir bileşiğin bulanık bir çözeltisini elde edebilirsiniz: Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2. Karbondioksiti bir kalsiyum hidroksit çözeltisinden geçirerek kalsiyum karbonat elde ederiz: 2Ca(OH) 2 + CO 2 → CaC03 + H 2 O. Kalsiyum karbonata su ekleyerek ve bu karışımdan karbondioksiti geçirmeye devam ederek kalsiyum bikarbonat elde ederiz: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 → Ca(HCO 3) 2. |