Caracteristici chimice ale calciului. Calciu. Interacțiunea cu ceilalți

Calciu—un element din subgrupa principală a celei de-a doua grupe, a patra perioadă a sistemului periodic de elemente chimice a lui D.I. Mendeleev, cu număr atomic 20. Notat prin simbolul Ca (Calciu latin). Substanța simplă calciu (număr CAS: 7440-70-2) este un metal alcalino-pământos moale, reactiv, de culoare alb-argintiu.

Istoria și originea numelui

Numele elementului provine din Lat. calx (în cazul genitiv calcis) - „var”, „piatră moale”. A fost propus de chimistul englez Humphry Davy, care a izolat calciul metalic prin metoda electrolitică în 1808. Davy a electrolizat un amestec de var stins umed și oxid mercuric HgO pe o placă de platină, care a servit drept anod. Catodul era un fir de platină scufundat în mercur lichid. În urma electrolizei s-a obținut amalgam de calciu. După ce a distilat mercur din el, Davy a obținut un metal numit calciu. Compușii de calciu - calcar, marmură, gips (precum și var - un produs al calcinării calcarului) au fost folosiți în construcții de câteva mii de ani în urmă. Până la sfârșitul secolului al XVIII-lea, chimiștii considerau varul un simplu solid. În 1789, A. Lavoisier a sugerat că varul, magnezia, baritul, alumina și silicea sunt substanțe complexe.

Fiind în natură

Datorită activității sale chimice ridicate, calciul nu se găsește în formă liberă în natură.

Calciul reprezintă 3,38% din masa scoarței terestre (a cincea cea mai abundentă după oxigen, siliciu, aluminiu și fier).

Izotopi

Calciul se găsește în natură ca un amestec de șase izotopi: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca și 48 Ca, dintre care cel mai comun este 40 Ca și reprezintă 96,97%.

Din cei șase izotopi naturali ai calciului, cinci sunt stabili. Al șaselea izotop 48 Ca, cel mai greu dintre cei șase și foarte rar (abundența sa izotopică este de doar 0,187%), a fost descoperit recent că suferă dezintegrare dublă beta cu un timp de înjumătățire de 5,3 x 10 19 ani.

În roci și minerale

Cea mai mare parte a calciului este conținută în silicați și aluminosilicați din diverse roci (granite, gneisuri etc.), în special în feldspat - anortit Ca.

Sub formă de roci sedimentare, compușii de calciu sunt reprezentați de cretă și calcare, constând în principal din mineralul calcit (CaCO 3). Forma cristalină a calcitului - marmura - este mult mai puțin comună în natură.

Minerale de calciu precum calcitul CaCO 3 , anhidrita CaSO 4 , alabastru CaSO 4 · 0,5 H 2 O și gips CaSO 4 · 2H 2 O, fluorit CaF 2 , apatite Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl, OH), dolomit MgC03.CaC03. Prezența sărurilor de calciu și magneziu în apa naturală determină duritatea acesteia.

Calciul, migrând viguros în scoarța terestră și acumulându-se în diverse sisteme geochimice, formează 385 de minerale (al patrulea cel mai mare număr de minerale).

Migrația în scoarța terestră

În migrarea naturală a calciului, un rol semnificativ îl joacă „echilibrul carbonatic”, asociat cu reacția reversibilă a interacțiunii carbonatului de calciu cu apa și dioxidul de carbon cu formarea de bicarbonat solubil:

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

(echilibrul se deplasează la stânga sau la dreapta în funcție de concentrația de dioxid de carbon).

Migrația biogenă joacă un rol important.

În biosferă

Compușii de calciu se găsesc în aproape toate țesuturile animale și vegetale (vezi și mai jos). O cantitate semnificativă de calciu se găsește în organismele vii. Astfel, hidroxiapatita Ca 5 (PO 4 ) 3 OH sau, într-o altă intrare, 3Ca 3 (PO 4) 2·Ca(OH) 2, este baza țesutului osos al vertebratelor, inclusiv al oamenilor; Cojile și cojile multor nevertebrate, coji de ouă etc. sunt făcute din carbonat de calciu CaCO 3. În țesuturile vii ale oamenilor și animalelor există 1,4-2% Ca (prin fracțiune de masă); Într-un corp uman cu o greutate de 70 kg, conținutul de calciu este de aproximativ 1,7 kg (în principal în substanța intercelulară a țesutului osos).

Chitanță

Calciul metalic liber se obține prin electroliza unei topituri formată din CaCl 2 (75-80%) și KCl sau CaCl 2 și CaF 2, precum și prin reducerea aluminotermă a CaO la 1170-1200 °C:

4CaO + 2Al = CaAl 2O 4 + 3Ca.

Proprietăți

Proprietăți fizice

Calciul metalic există în două modificări alotropice. Până la 443 °C, α-Ca cu o rețea centrată pe fețe cubice (parametrul a = 0,558 nm) este stabil; β-Ca cu o rețea centrată pe corp cubic de tip α-Fe (parametrul a = 0,448 nm) este mai stabil. Entalpia standard Δ H 0 tranziție α → β este de 0,93 kJ/mol.

Proprietăți chimice

În seria potențialelor standard, calciul este situat în stânga hidrogenului. Potențialul de electrod standard al perechii Ca 2+ /Ca 0 este -2,84 V, astfel încât calciul reacţionează activ cu apa, dar fără aprindere:

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2 + Q.

Prezența bicarbonatului de calciu dizolvat în apă determină în mare măsură duritatea temporară a apei. Se numește temporar pentru că atunci când apa fierbe, bicarbonatul se descompune și CaCO 3 precipită. Acest fenomen duce, de exemplu, la faptul că în ibric se formează depuneri în timp.

Aplicație

Aplicații ale calciului metalic

Principala utilizare a calciului metalic este ca agent reducător în producția de metale, în special nichel, cupru și oțel inoxidabil. Calciul și hidrura sa sunt, de asemenea, folosite pentru a produce metale greu de redus, cum ar fi crom, toriu și uraniu. Aliajele de calciu-plumb sunt utilizate în baterii și aliaje pentru rulmenți. Granulele de calciu sunt, de asemenea, folosite pentru a îndepărta urmele de aer din dispozitivele de vid.

Metalotermie

Calciul metalic pur este utilizat pe scară largă în metalotermie pentru producerea de metale rare.

Aliarea aliajelor

Calciul pur este utilizat pentru aliarea plumbului, care este utilizat pentru producerea plăcilor de baterii și a bateriilor de pornire cu plumb-acid fără întreținere, cu autodescărcare scăzută. De asemenea, calciul metalic este folosit pentru producerea de babbits de calciu BKA de înaltă calitate.

Fuziune nucleară

Izotopul 48 Ca este cel mai eficient și cel mai des folosit material pentru producerea de elemente supergrele și descoperirea de noi elemente pe tabelul periodic. De exemplu, în cazul utilizării ionilor de 48 Ca pentru a produce elemente supergrele în acceleratoare, nucleele acestor elemente sunt formate de sute și mii de ori mai eficient decât atunci când se folosesc alte „proiectile” (ioni).) este folosit sub forma și pentru reducerea metalelor, precum și în producerea de cianamidă de calciu (prin încălzirea carburii de calciu în azot la 1200 °C, reacția este exotermă, realizată în cuptoare cu cianamidă).

Calciul, precum și aliajele sale cu aluminiu și magneziu, sunt utilizate în bateriile electrice termice de rezervă ca anod (de exemplu, element de cromat de calciu). Cromatul de calciu este utilizat în astfel de baterii ca un catod. Particularitatea acestor baterii este o durată de viață extrem de lungă (zeci de ani) într-o stare adecvată, capacitatea de a funcționa în orice condiții (spațiu, presiuni ridicate) și o energie specifică ridicată în ceea ce privește greutatea și volumul. Dezavantaj: durata de viata scurta. Astfel de baterii sunt folosite acolo unde este necesar să se creeze energie electrică colosală pentru o perioadă scurtă de timp (rachete balistice, unele nave spațiale etc.).

În plus, compușii de calciu sunt incluși în medicamentele pentru prevenirea osteoporozei și în complexele de vitamine pentru femeile însărcinate și persoanele în vârstă.

Rolul biologic al calciului

Calciul este un macronutrient comun în organismul plantelor, animalelor și oamenilor. La oameni și la alte vertebrate, cea mai mare parte este conținută în schelet și dinți sub formă de fosfați. Scheletele majorității grupurilor de nevertebrate (bureți, polipi de corali, moluște etc.) sunt realizate din diferite forme de carbonat de calciu (var). Ionii de calciu sunt implicați în procesele de coagulare a sângelui, precum și în asigurarea presiunii osmotice constante a sângelui. Ionii de calciu servesc, de asemenea, ca unul dintre mesagerii secundi universali și reglează o varietate de procese intracelulare - contracția musculară, exocitoza, inclusiv secreția de hormoni și neurotransmițători etc. Concentrația de calciu în citoplasma celulelor umane este de aproximativ 10-7 mol, în fluidele intercelulare aproximativ 10− 3 mol.

Necesarul de calciu depinde de vârstă. Pentru adulți, aportul zilnic necesar este de la 800 la 1000 miligrame (mg), iar pentru copii de la 600 la 900 mg, ceea ce este foarte important pentru copii datorită creșterii intensive a scheletului. Cea mai mare parte a calciului care intră în corpul uman cu alimente se găsește în produsele lactate; calciul rămas provine din carne, pește și unele produse vegetale (leguminoasele sunt în special bogate în leguminoase). Absorbția are loc atât în ​​intestinul gros, cât și în intestinul subțire și este facilitată de un mediu acid, vitamina D și vitamina C, lactoză și acizi grași nesaturați. Rolul magneziului în metabolismul calciului este important; cu deficiența sa, calciul este „spălat” din oase și depus în rinichi (pietre la rinichi) și în mușchi.

Aspirina, acidul oxalic și derivații de estrogen interferează cu absorbția calciului. Atunci când este combinat cu acid oxalic, calciul produce compuși insolubili în apă care sunt componente ale pietrelor la rinichi.

Datorită numărului mare de procese asociate cu acesta, conținutul de calciu din sânge este reglat cu precizie, iar cu o alimentație adecvată nu apare o deficiență. Absența prelungită din dietă poate provoca crampe, dureri articulare, somnolență, defecte de creștere și constipație. Deficiența mai profundă duce la crampe musculare constante și osteoporoză. Abuzul de cafea și alcool poate cauza deficit de calciu, deoarece o parte din acesta este excretat prin urină.

Dozele excesive de calciu și vitamina D pot provoca hipercalcemie, urmată de calcificarea intensă a oaselor și țesuturilor (care afectează în principal sistemul urinar). Excesul pe termen lung perturbă funcționarea țesuturilor musculare și nervoase, crește coagularea sângelui și reduce absorbția zincului de către celulele osoase. Doza zilnică maximă sigură pentru un adult este de 1500 până la 1800 de miligrame.

Femei însărcinate și care alăptează - de la 1500 la 2000 mg.

CALCIUL (Calciu latin), Ca, element chimic din grupa II a formei scurte (grupa 2 a formei lungi) a tabelului periodic; se referă la metale alcalino-pământoase; numărul atomic 20; masa atomică 40.078. Există 6 izotopi stabili în natură: 40 Ca (96,941%), 42 Ca (0,647%), 43 Ca (0,135%), 44 Ca (2,086%), 46 Ca (0,004%), 48 Ca (0,187%); au fost obținute artificial radioizotopi cu numere de masă 34-54.

Referință istorică. Mulți compuși naturali de calciu erau cunoscuți în vremuri străvechi și erau utilizați pe scară largă în construcții (de exemplu, gips, var, marmură). Calciul metalic a fost izolat pentru prima dată de G. Davy în 1808 în timpul electrolizei unui amestec de oxizi de CaO și HgO și descompunerea ulterioară a amalgamului de calciu rezultat. Numele provine din latinescul calx (genitiv calcis) - tei, piatră moale.

Prevalența în natură. Conținutul de calciu din scoarța terestră este de 3,38% din greutate. Datorită activității chimice ridicate, nu se găsește în stare liberă. Cele mai comune minerale sunt anortit Ca, anhidrit CaSO 4, apatit Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl,OH), gips CaSO 4 2H 2 O, calcit și aragonit CaCO 3, perovskit CaTiO 3, fluorit CaF 2, scheelita CaWO 4 . Mineralele de calciu se găsesc în rocile sedimentare (cum ar fi calcarul), magmatice și metamorfice. Compușii de calciu se găsesc în organismele vii: sunt componentele principale ale țesutului osos al vertebratelor (hidroxiapatită, fluorapatită), scheletelor de corali, cochiliilor de moluște (carbonat de calciu și fosfați) etc. Prezența ionilor de Ca 2+ determină duritatea apei.

Proprietăți. Configurația învelișului electronic exterior al atomului de calciu este 4s 2; în compuși prezintă o stare de oxidare de +2, rar +1; Electronegativitatea Pauling 1,00, raza atomică 180 pm, raza ionului Ca 2+ 114 pm (numărul de coordonare 6). calciul este un metal moale alb-argintiu; până la 443 °C modificarea cu o rețea cristalină cubică centrată pe față este stabilă, peste 443 °C - cu o rețea cubică centrată pe corp; punct de topire 842°C, punct de fierbere 1484°C, densitate 1550 kg/m3; conductivitate termică 125,6 W/(m K).

Calciul este un metal cu activitate chimică ridicată (depozitat în recipiente închise ermetic sau sub un strat de ulei mineral). În condiții normale, interacționează ușor cu oxigenul (se formează oxid de calciu CaO), când este încălzit - cu hidrogen (hidrură de CaH 2), halogeni (halogenuri de calciu), bor (borură CaB 6), carbon (carbură de calciu CaC 2), siliciu (Siliciuri de Ca 2 Si, CaSi, CaSi 2, Ca 3 Si 4), azot (nitrură de Ca 3 N 2), fosfor (fosfuri Ca 3 P 2, CaP, CaP 5), calcogeni (calcogenuri din compoziția CaX, unde X este S, Se, Cele). Calciul interacționează cu alte metale (Li, Cu, Ag, Au, Mg, Zn, Al, Pb, Sn etc.) pentru a forma compuși intermetalici. Calciul metal reacţionează cu apa pentru a forma hidroxid de calciu Ca(OH)2 şi H2. Reacționează energic cu majoritatea acizilor, formând sărurile corespunzătoare (de exemplu, azotat de calciu, sulfat de calciu, fosfați de calciu). Se dizolvă în amoniac lichid pentru a forma o soluție albastru închis cu conductivitate metalică. Când amoniacul se evaporă dintr-o astfel de soluție, amoniacul este eliberat. Treptat, calciul reacţionează cu amoniacul formând amida Ca(NH2)2. Formează diverși compuși complecși, cei mai importanți sunt complecșii cu liganzi polidentați care conțin oxigen, de exemplu complexonații de Ca.

Rolul biologic. Calciul este un element biogen. Necesarul uman zilnic de calciu este de aproximativ 1 g. În organismele vii, ionii de calciu sunt implicați în procesele de contracție musculară și transmitere a impulsurilor nervoase.

Chitanță. Calciul metalic este produs prin metode electrolitice și metaloterme. Metoda electrolitică se bazează pe electroliza clorurii de calciu topită cu un catod tactil sau un catod lichid cupru-calciu. Calciul este distilat din aliajul de cupru-calciu rezultat la o temperatură de 1000-1080 °C și o presiune de 13-20 kPa. Metoda metalotermă se bazează pe reducerea calciului din oxidul său cu aluminiu sau siliciu la 1100-1200 °C. Aceasta produce aluminat sau silicat de calciu, precum și gaz de calciu, care este apoi condensat. Producția mondială de compuși de calciu și materiale care conțin calciu este de aproximativ 1 miliard de tone/an (1998).

Aplicație. Calciul este folosit ca agent reducător în producerea multor metale (Rb, Cs, Zr, Hf, V etc.). Siliciurile de calciu, precum și aliajele de calciu cu sodiu, zinc și alte metale, sunt folosite ca dezoxidanți și desulfurizanți ai unor aliaje și ulei, pentru purificarea argonului de oxigen și azot, iar în dispozitivele electrice de vid ca absorbant de gaz. Clorura de CaCl 2 este folosită ca desicant în sinteza chimică, gipsul este folosit în medicină. Silicații de calciu sunt componentele principale ale cimentului.

Lit.: Rodyakin V.V. Calciu, compușii și aliajele săi. M., 1967; Spitsyn V.I., Martynenko L.I. Chimie anorganică. M., 1994. Partea 2; Chimie anorganică / Editat de Yu. D. Tretyakov. M., 2004. T. 2.

L. N. Komissarova, M. A. Ryumin.

Compușii naturali de calciu (cretă, marmură, calcar, gips) și produsele celor mai simple procesări (var) sunt cunoscute oamenilor încă din cele mai vechi timpuri. În 1808, chimistul englez Humphry Davy a electrolizat var stins umed (hidroxid de calciu) cu un catod de mercur și a obținut amalgam de calciu (un aliaj de calciu și mercur). Din acest aliaj, după ce a distilat mercurul, Davy a obținut calciu pur.
El a propus, de asemenea, numele unui nou element chimic, din latinescul „calx” care desemnează numele de calcar, cretă și alte pietre moi.

Găsirea în natură și obținerea:

Calciul este al cincilea element cel mai abundent din scoarța terestră (mai mult de 3%), formează multe roci, dintre care multe au la bază carbonat de calciu. Unele dintre aceste roci sunt de origine organică (roca coajă), arătând rolul important al calciului în natura vie. Calciul natural este un amestec de 6 izotopi cu numere de masă de la 40 la 48, cu 40 Ca reprezentând 97% din total. Reacțiile nucleare au produs și alți izotopi ai calciului, de exemplu 45 Ca radioactiv.
Pentru a obține o substanță simplă de calciu, se utilizează electroliza sărurilor de calciu topite sau aluminotermia:
4CaO + 2Al = Ca(AlO2)2 + 3Ca

Proprietăți fizice:

Un metal gri-argintiu cu o rețea cubică centrată pe față, mult mai dur decât metalele alcaline. Punct de topire 842°C, punctul de fierbere 1484°C, densitate 1,55 g/cm3. La presiuni și temperaturi ridicate de aproximativ 20 K intră în starea de supraconductor.

Proprietăți chimice:

Calciul nu este la fel de activ ca metalele alcaline, dar trebuie depozitat sub un strat de ulei mineral sau în bidoane metalice etanșate. Deja la temperaturi normale reacționează cu oxigenul și azotul din aer, precum și cu vaporii de apă. Când este încălzit, arde în aer cu o flacără roșie-portocalie, formând un oxid cu un amestec de nitruri. Ca și magneziul, calciul continuă să ardă într-o atmosferă de dioxid de carbon. Când este încălzit, reacţionează cu alte nemetale, formând compuşi care nu sunt întotdeauna evidenti în compoziţie, de exemplu:
Ca + 6B = CaB 6 sau Ca + P => Ca 3 P 2 (de asemenea CaP sau CaP 5)
În toți compușii săi, calciul are o stare de oxidare de +2.

Cele mai importante conexiuni:

Oxid de calciu CaO- ("var nestins") o substanta alba, un oxid alcalin, care reactioneaza viguros cu apa ("stinsa") transformandu-se intr-un hidroxid. Obținut prin descompunerea termică a carbonatului de calciu.

Hidroxid de calciu Ca(OH) 2- („var stins”) pulbere albă, ușor solubilă în apă (0,16g/100g), alcalină puternică. O soluție („apă de var”) este utilizată pentru a detecta dioxidul de carbon.

Carbonat de calciu CaCO3- baza majorității mineralelor naturale de calciu (cretă, marmură, calcar, rocă de coajă, calcit, spate de Islandă). În forma sa pură, substanța este albă sau incoloră. cristale.La încălzire (900-1000 C) se descompune, formând oxid de calciu. Nu p-rim, reacționează cu acizii, este capabil să se dizolve în apă saturată cu dioxid de carbon, transformându-se în bicarbonat: CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2. Procesul invers duce la apariția depozitelor de carbonat de calciu, în special formațiuni precum stalactitele și stalagmitele
De asemenea, se găsește în natură ca parte a dolomitei CaCO 3 * MgCO 3

Sulfat de calciu CaSO4- o substanță albă, în natură CaSO 4 * 2H 2 O („gips”, „selenit”). Acesta din urmă, când este încălzit cu grijă (180 C), se transformă în CaSO 4 * 0,5H 2 O („gips ars”, „alabastru”) - o pulbere albă, care, amestecată cu apă, formează din nou CaSO 4 *2H 2 O sub forma unui material solid, destul de durabil. Puțin solubil în apă, se poate dizolva în exces de acid sulfuric, formând hidrogen sulfat.

Fosfat de calciu Ca 3 (PO 4) 2- („fosforit”), insolubil, sub influența acizilor tari se transformă în hidro- și dihidrogen fosfați de calciu mai solubili. Materii prime pentru producerea de fosfor, acid fosforic, îngrășăminte fosfatice. Fosfații de calciu sunt de asemenea incluși în apatite, compuși naturali cu formula aproximativă Ca 5 3 Y, unde Y = F, Cl sau OH, respectiv, fluor, clor sau hidroxiapatit. Alături de fosforit, apatitele fac parte din scheletul osos al multor organisme vii, inclusiv. si omul.

Fluorura de calciu CaF 2 - (natural:„fluorit”, „fluorspat”), o substanță insolubilă de culoare albă. Mineralele naturale au o varietate de culori din cauza impurităților. Strălucește în întuneric când este încălzit și sub iradiere UV. Crește fluiditatea („fuzibilitatea”) zgurii atunci când se produc metale, ceea ce explică utilizarea acestuia ca flux.

Clorura de calciu CaCl2- incolor Hristos. Este bine solubil în apă. Formează hidrat cristalin CaCl 2 * 6H 2 O. Clorura de calciu anhidră ("contopită") este un bun desicant.

Nitrat de calciu Ca(NO 3) 2- ("nitrat de calciu") incolor. Hristos. Este bine solubil în apă. O parte integrantă a compozițiilor pirotehnice care conferă flăcării o culoare roșu-portocalie.

Carbură de calciu CaС 2- reacționează cu apa, formând acetilenă, de exemplu: CaС 2 + H 2 O = С 2 H 2 + Ca(OH) 2

Aplicație:

Calciul metalic este folosit ca agent reducător puternic în producerea unor metale greu de redus („calciotermie”): crom, elemente de pământuri rare, toriu, uraniu etc. În metalurgia cuprului, nichelului, oțelurilor speciale și bronzurilor , calciul și aliajele sale sunt folosite pentru a îndepărta impuritățile nocive de sulf, fosfor, excesul de carbon.
Calciul este, de asemenea, folosit pentru a lega mici cantități de oxigen și azot atunci când se obține vid înalt și se purifică gaze inerte.
Ionii de neutroni 48 Ca în exces sunt utilizați pentru sinteza de noi elemente chimice, de exemplu elementul nr. 114, . Un alt izotop al calciului, 45Ca, este folosit ca trasor radioactiv în studiile despre rolul biologic al calciului și migrarea acestuia în mediu.

Principalul domeniu de aplicare pentru numeroși compuși de calciu este producția de materiale de construcție (ciment, amestecuri de construcție, gips-carton etc.).

Calciul este unul dintre macroelementele din organismele vii, formând compuși necesari atât pentru construcția scheletului intern al vertebratelor, cât și a scheletului extern al multor nevertebrate, coaja ouălor. Ionii de calciu participă, de asemenea, la reglarea proceselor intracelulare și determină coagularea sângelui. Lipsa de calciu în copilărie duce la rahitism, la bătrânețe - la osteoporoză. Sursa de calciu o constituie produsele lactate, hrisca, nucile, iar absorbtia acesteia este facilitata de vitamina D. In cazul lipsei calciului se folosesc diverse medicamente: calcex, solutie de clorura de calciu, gluconat de calciu etc.
Fracția de masă a calciului din corpul uman este de 1,4-1,7%, necesarul zilnic este de 1-1,3 g (în funcție de vârstă). Aportul excesiv de calciu poate duce la hipercalcemie - depunerea compușilor săi în organele interne și formarea de cheaguri de sânge în vasele de sânge. Surse:
Calciu (element) // Wikipedia. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Calcium (data acces: 01/3/2014).
Biblioteca populară de elemente chimice: Calciu. // URL: http://n-t.ru/ri/ps/pb020.htm (01/3/2014).

Istoricul calciului

Calciul a fost descoperit în 1808 de Humphry Davy, care, prin electroliza varului stins și a oxidului de mercur, a obținut amalgam de calciu, ca urmare a procesului de distilare a mercurului din care a rămas metalul, numit calciu.În latină lămâie verde suna ca calx, acest nume a fost ales de chimistul englez pentru substanța descoperită.

Calciul este un element din subgrupa principală II din grupa IV a tabelului periodic al elementelor chimice D.I. Mendeleev, are un număr atomic de 20 și o masă atomică de 40,08. Denumirea acceptată este Ca (din latină - Calciu).

Proprietati fizice si chimice

Calciul este un metal alcalin moale reactiv, cu o culoare alb-argintie. Datorită interacțiunii cu oxigenul și dioxidul de carbon, suprafața metalului devine plictisitoare, astfel încât calciul necesită un regim special de depozitare - un recipient bine închis, în care metalul este umplut cu un strat de parafină lichidă sau kerosen.

Calciul este cel mai cunoscut dintre microelementele necesare omului; necesarul zilnic pentru acesta variază de la 700 la 1500 mg pentru un adult sănătos, dar crește în timpul sarcinii și alăptării; acest lucru trebuie luat în considerare și calciul trebuie obținut în forma preparatelor.

Fiind în natură

Calciul are activitate chimică foarte mare, prin urmare nu se găsește în natură în forma sa liberă (pură). Cu toate acestea, este al cincilea cel mai frecvent în scoarța terestră; se găsește sub formă de compuși în sedimentare (calcar, cretă) și roci (granit); anoritul de feldspat conține mult calciu.

Este destul de răspândită în organismele vii; prezența sa a fost găsită la plante, animale și oameni, unde este prezentă în principal în dinți și țesutul osos.

Absorbția calciului

Un obstacol în calea absorbției normale a calciului din alimente este consumul de carbohidrați sub formă de dulciuri și alcaline, care neutralizează acidul clorhidric din stomac, care este necesar pentru dizolvarea calciului. Procesul de absorbție a calciului este destul de complex, așa că uneori nu este suficient să îl obțineți numai din alimente; este necesar un aport suplimentar de microelement.

Interacțiunea cu ceilalți

Pentru a îmbunătăți absorbția calciului în intestin, este necesar, ceea ce tinde să faciliteze procesul de absorbție a calciului. Atunci când luați calciu (sub formă de suplimente) în timp ce mâncați, absorbția este blocată, dar luarea suplimentelor de calciu separat de alimente nu afectează în niciun fel acest proces.

Aproape tot calciul din organism (1 până la 1,5 kg) se găsește în oase și dinți. Calciul este implicat în procesele de excitabilitate a țesutului nervos, contractilitatea musculară, procesele de coagulare a sângelui, face parte din nucleul și membranele celulelor, fluidele celulare și tisulare, are efecte antialergice și antiinflamatorii, previne acidoza și activează un numărul de enzime și hormoni. De asemenea, calciul este implicat în reglarea permeabilității membranei celulare și are efectul opus.

Semne de deficit de calciu

Semnele deficienței de calciu în organism sunt următoarele, la prima vedere, simptome care nu au legătură:

• nervozitate, înrăutățirea dispoziției;
• cardiopalmus;
• convulsii, amorțeală a extremităților;
• încetinirea creșterii și a copiilor;
• tensiune arterială crescută;
• despicarea și fragilitatea unghiilor;
• dureri articulare, scăderea „pragului durerii”;
• menstruație abundentă.

Cauzele deficitului de calciu

Cauzele deficitului de calciu includ dietele dezechilibrate (în special postul), conținutul scăzut de calciu în alimente, fumatul și dependența de cafea și băuturi care conțin cofeină, disbacterioza, bolile de rinichi, bolile tiroidiene, sarcina, alăptarea și menopauză.

Excesul de calciu, care poate apărea la consumul excesiv de produse lactate sau la utilizarea necontrolată a medicamentelor, se caracterizează prin sete extremă, greață, vărsături, pierderea poftei de mâncare, slăbiciune și urinare crescută.

Utilizări ale calciului în viață

Calciul și-a găsit aplicație în producția metalotermă a uraniului, sub formă de compuși naturali este folosit ca materie primă pentru producția de gips și ciment, ca mijloc de dezinfecție (cunoscut albire).

DEFINIȚIE

Calciu- al douăzecilea element al tabelului periodic. Denumire - Ca din latinescul „calcium”. Situată în perioada a patra, grupa IIA. Se referă la metale. Taxa de bază este 20.

Calciul este unul dintre cele mai comune elemente din natură. Scoarța terestră conține aproximativ 3% (greutate). Se găsește în numeroase depozite de calcar și cretă, precum și în marmură, care sunt soiuri naturale de carbonat de calciu CaCO 3 . Gips CaSO 4 × 2H 2 O, fosforit Ca 3 (PO 4) 2 și, în final, diverși silicați care conțin calciu se găsesc și în cantități mari.

Sub formă de substanță simplă, calciul este un metal alb maleabil, destul de dur (Fig. 1). În aer devine rapid acoperit cu un strat de oxid, iar când este încălzit arde cu o flacără roșiatică strălucitoare. Calciul reacționează relativ lent cu apa rece, dar înlocuiește rapid hidrogenul din apa fierbinte, formând hidroxid.

Orez. 1. Calciu. Aspect.

Masa atomică și moleculară a calciului

Masa moleculară relativă a unei substanțe (M r) este un număr care arată de câte ori masa unei molecule date este mai mare de 1/12 din masa unui atom de carbon, iar masa atomică relativă a unui element (A r) este de câte ori masa medie a atomilor unui element chimic este mai mare decât 1/12 masa unui atom de carbon.

Deoarece în stare liberă calciul există sub formă de molecule de Ca monoatomic, valorile maselor sale atomice și moleculare coincid. Ele sunt egale cu 40.078.

Izotopi de calciu

Se știe că în natură calciul poate fi găsit sub formă de patru izotopi stabili 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca și 48 Ca, cu o predominanță clară a izotopului 40 Ca (99,97%). Numerele lor de masă sunt 40, 42, 43, 44, 46 și, respectiv, 48. Nucleul unui atom al izotopului de calciu 40 Ca conține douăzeci de protoni și douăzeci de neutroni, iar izotopii rămași diferă de acesta doar prin numărul de neutroni.

Există izotopi artificiali de calciu cu numere de masă de la 34 la 57, dintre care cel mai stabil este 41 Ca cu un timp de înjumătățire de 102 mii de ani.

Ioni de calciu

La nivelul energetic exterior al atomului de calciu există doi electroni, care sunt de valență:

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

Ca urmare a interacțiunii chimice, calciul renunță la electronii de valență, adică. este donatorul lor și se transformă într-un ion încărcat pozitiv:

Ca 0 -2e → Ca 2+ .

Moleculă și atom de calciu

În stare liberă, calciul există sub formă de molecule monoatomice de Ca. Iată câteva proprietăți care caracterizează atomul și molecula de calciu:

Aliaje de calciu

Calciul servește ca componentă de aliere în unele aliaje de plumb.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Exercițiu

Scrieți ecuațiile de reacție care pot fi folosite pentru a efectua următoarele transformări: Ca → Ca(OH)2 → CaCO3 → Ca(HCO3)2.

Răspuns

Prin dizolvarea calciului în apă, puteți obține o soluție tulbure a unui compus cunoscut sub numele de „lapte de var” - hidroxid de calciu: Ca+ 2H20→ Ca(OH)2 + H2. Prin trecerea dioxidului de carbon printr-o soluție de hidroxid de calciu obținem carbonat de calciu: 2Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O. Adăugând apă la carbonatul de calciu și continuând să treacă dioxid de carbon prin acest amestec, obținem bicarbonat de calciu: CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2.