Kemične značilnosti kalcija. kalcij. Interakcija z drugimi

kalcij— element glavne podskupine druge skupine, četrtega obdobja periodnega sistema kemijskih elementov D. I. Mendelejeva, z atomsko številko 20. Označen s simbolom Ca (latinsko Kalcij). Preprosta snov kalcij (številka CAS: 7440-70-2) je mehka, reaktivna zemeljsko alkalijska kovina srebrno bele barve.

Zgodovina in izvor imena

Ime elementa izvira iz lat. calx (v rodilniku calcis) - "apno", "mehak kamen". Predlagal ga je angleški kemik Humphry Davy, ki je leta 1808 z elektrolitsko metodo izoliral kovinski kalcij. Davy je elektroliziral mešanico mokrega gašenega apna in živosrebrovega oksida HgO na plošči iz platine, ki je služila kot anoda. Katoda je bila platinasta žica, potopljena v tekoče živo srebro. Kot rezultat elektrolize je bil pridobljen kalcijev amalgam. Po destilaciji živega srebra iz njega je Davy dobil kovino, imenovano kalcij. Kalcijeve spojine - apnenec, marmor, sadra (pa tudi apno - produkt žganja apnenca) so se v gradbeništvu uporabljale že pred več tisoč leti. Do konca 18. stoletja so kemiki apno smatrali za preprosto trdno snov. Leta 1789 je A. Lavoisier predlagal, da so apno, magnezij, barit, aluminijev oksid in silicijev dioksid kompleksne snovi.

Biti v naravi

Zaradi visoke kemijske aktivnosti se kalcij v naravi ne pojavlja v prosti obliki.

Kalcij predstavlja 3,38 % mase zemeljske skorje (5. najpogostejši za kisikom, silicijem, aluminijem in železom).

Izotopi

Kalcij se v naravi pojavlja kot mešanica šestih izotopov: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca in 48 Ca, od katerih je najpogostejši 40 Ca in predstavlja 96,97 %.

Od šestih naravnih izotopov kalcija jih je pet stabilnih. Nedavno so odkrili, da je šesti izotop 48 Ca, najtežji od šestih in zelo redek (njegova izotopska številčnost je le 0,187 %), podvržen dvojnemu beta razpadu z razpolovno dobo 5,3 x 10 19 let.

V kamninah in mineralih

Največ kalcija vsebujejo silikati in aluminosilikati različnih kamnin (graniti, gnajsi itd.), predvsem glinenec - anortit Ca.

V obliki sedimentnih kamnin so kalcijeve spojine predstavljene s kredo in apnenci, sestavljenimi predvsem iz minerala kalcita (CaCO 3). Kristalna oblika kalcita – marmor – je v naravi veliko manj pogosta.

Kalcijevi minerali, kot so kalcit CaCO 3 , anhidrit CaSO 4 , alabaster CaSO 4 ·0,5H 2 O in sadra CaSO 4 ·2H 2 O, fluorit CaF 2 , apatiti Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl, OH), dolomit MgCO3 ·CaCO3. Prisotnost kalcijevih in magnezijevih soli v naravni vodi določa njeno trdoto.

Kalcij, ki se močno seli v zemeljski skorji in kopiči v različnih geokemičnih sistemih, tvori 385 mineralov (četrto največje število mineralov).

Migracije v zemeljski skorji

Pri naravni migraciji kalcija ima pomembno vlogo "karbonatno ravnovesje", povezano z reverzibilno reakcijo interakcije kalcijevega karbonata z vodo in ogljikovim dioksidom s tvorbo topnega bikarbonata:

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

(ravnovesje se premakne v levo ali desno glede na koncentracijo ogljikovega dioksida).

Biogene migracije igrajo veliko vlogo.

V biosferi

Kalcijeve spojine najdemo v skoraj vseh živalskih in rastlinskih tkivih (glej tudi spodaj). Precejšnje količine kalcija najdemo v živih organizmih. Tako je hidroksiapatit Ca 5 (PO 4) 3 OH ali v drugem zapisu 3Ca 3 (PO 4) 2 ·Ca(OH) 2 osnova kostnega tkiva vretenčarjev, vključno s človekom; Lupine in oklepi mnogih nevretenčarjev, jajčne lupine itd. so iz kalcijevega karbonata CaCO 3. V živih tkivih ljudi in živali je 1,4-2% Ca (masni delež); V človeškem telesu, ki tehta 70 kg, je vsebnost kalcija približno 1,7 kg (predvsem v medcelični snovi kostnega tkiva).

potrdilo o prejemu

Prosti kovinski kalcij dobimo z elektrolizo taline, sestavljene iz CaCl 2 (75-80 %) in KCl ali CaCl 2 in CaF 2, ter z aluminotermično redukcijo CaO pri 1170-1200 °C:

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

Lastnosti

Fizične lastnosti

Kovina kalcija obstaja v dveh alotropskih modifikacijah. Do 443 °C je stabilen α-Ca s kubično ploskovno centrirano mrežo (parameter a = 0,558 nm), β-Ca s kubično ploskovno centrirano mrežo tipa α-Fe (parameter a = 0,448 nm) bolj stabilen. Standardna entalpija Δ H 0 prehod α → β je 0,93 kJ/mol.

Kemijske lastnosti

V nizu standardnih potencialov se kalcij nahaja levo od vodika. Standardni elektrodni potencial para Ca 2+ /Ca 0 je −2,84 V, tako da kalcij aktivno reagira z vodo, vendar brez vžiga:

Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2 + Q.

Prisotnost raztopljenega kalcijevega bikarbonata v vodi v veliki meri določa začasno trdoto vode. Imenuje se začasno, ker ko voda zavre, bikarbonat razpade in CaCO 3 se obori. Ta pojav vodi na primer do tega, da se v kotličku sčasoma tvori vodni kamen.

Aplikacija

Uporaba kovinskega kalcija

Glavna uporaba kovinskega kalcija je kot redukcijsko sredstvo pri proizvodnji kovin, zlasti niklja, bakra in nerjavnega jekla. Kalcij in njegov hidrid se uporabljata tudi za proizvodnjo kovin, ki jih je težko reducirati, kot so krom, torij in uran. Zlitine kalcija in svinca se uporabljajo v baterijah in zlitinah za ležaje. Kalcijeve granule se uporabljajo tudi za odstranjevanje sledi zraka iz vakuumskih naprav.

Metalotermija

Čisti kovinski kalcij se pogosto uporablja v metalotermiji za proizvodnjo redkih kovin.

Legiranje zlitin

Čisti kalcij se uporablja za legiranje svinca, ki se uporablja za proizvodnjo akumulatorskih plošč in zagonskih svinčenih akumulatorjev brez vzdrževanja z nizkim samopraznjenjem. Prav tako se kovinski kalcij uporablja za proizvodnjo visokokakovostnih kalcijevih babitov BKA.

Jedrska fuzija

Izotop 48 Ca je najučinkovitejši in pogosto uporabljen material za proizvodnjo super težkih elementov in odkrivanje novih elementov v periodnem sistemu. Na primer, v primeru uporabe ionov 48 Ca za proizvodnjo super težkih elementov v pospeševalnikih se jedra teh elementov tvorijo sto in tisočkrat bolj učinkovito kot pri uporabi drugih "projektilov" (ionov).) se uporablja v obliki in za redukcijo kovin, pa tudi pri proizvodnji kalcijevega cianamida (s segrevanjem kalcijevega karbida v dušiku pri 1200 °C, reakcija je eksotermna, poteka v pečeh za cianamid).

Kalcij, pa tudi njegove zlitine z aluminijem in magnezijem, se uporabljajo v rezervnih termičnih električnih baterijah kot anoda (na primer element kalcijev kromat). Kalcijev kromat se v takih baterijah uporablja kot katoda. Posebnost tovrstnih baterij je izjemno dolga življenjska doba (desetletja) v primernem stanju, zmožnost delovanja v poljubnih pogojih (prostor, visoki tlaki) ter visoka specifična energija glede na težo in prostornino. Slabost: kratka življenjska doba. Takšne baterije se uporabljajo tam, kjer je treba za kratek čas ustvariti ogromno električne energije (balistični izstrelki, nekatera vesoljska plovila itd.).

Poleg tega so kalcijeve spojine vključene v zdravila za preprečevanje osteoporoze in v vitaminske komplekse za nosečnice in starejše.-

Biološka vloga kalcija

Kalcij je pogosto makrohranilo v telesu rastlin, živali in ljudi. Pri človeku in drugih vretenčarjih se ga največ nahaja v okostju in zobeh v obliki fosfatov. Okostja večine skupin nevretenčarjev (spužve, koralni polipi, mehkužci itd.) so sestavljena iz različnih oblik kalcijevega karbonata (apna). Kalcijevi ioni sodelujejo pri procesih strjevanja krvi, pa tudi pri zagotavljanju konstantnega osmotskega tlaka krvi. Kalcijevi ioni služijo tudi kot eden od univerzalnih sekundarnih prenašalcev sporočil in uravnavajo različne znotrajcelične procese - mišično krčenje, eksocitozo, vključno z izločanjem hormonov in nevrotransmiterjev itd. Koncentracija kalcija v citoplazmi človeških celic je približno 10-7 mol, v medceličnih tekočinah približno 10− 3 mol.

Potrebe po kalciju so odvisne od starosti. Za odrasle je potreben dnevni vnos od 800 do 1000 miligramov (mg), za otroke pa od 600 do 900 mg, kar je za otroke zelo pomembno zaradi intenzivne rasti okostja. Večino kalcija, ki ga vnesemo v človeško telo s hrano, najdemo v mlečnih izdelkih, preostali kalcij pa dobimo iz mesa, rib in nekaterih rastlinskih proizvodov (zlasti stročnic). Absorpcija poteka tako v debelem kot v tankem črevesu, olajšajo pa jo kislo okolje, vitamin D in vitamin C, laktoza in nenasičene maščobne kisline. Pomembna je vloga magnezija pri presnovi kalcija, ob njegovem pomanjkanju se kalcij »izpere« iz kosti in odloži v ledvicah (ledvični kamni) in mišicah.

Aspirin, oksalna kislina in derivati ​​estrogena motijo ​​​​absorpcijo kalcija. V kombinaciji z oksalno kislino kalcij tvori v vodi netopne spojine, ki so sestavine ledvičnih kamnov.

Zaradi velikega števila procesov, ki so z njim povezani, je vsebnost kalcija v krvi natančno uravnavana in ob pravilni prehrani do pomanjkanja ne pride. Dolgotrajna odsotnost s prehrane lahko povzroči krče, bolečine v sklepih, zaspanost, motnje rasti in zaprtje. Globlje pomanjkanje vodi do stalnih mišičnih krčev in osteoporoze. Zloraba kave in alkohola lahko povzroči pomanjkanje kalcija, saj se ga nekaj izloči z urinom.

Preveliki odmerki kalcija in vitamina D lahko povzročijo hiperkalciemijo, ki ji sledi intenzivna kalcifikacija kosti in tkiv (predvsem prizadene sečil). Dolgotrajni presežek moti delovanje mišičnega in živčnega tkiva, poveča strjevanje krvi in ​​zmanjša absorpcijo cinka v kostnih celicah. Največji dnevni varni odmerek za odraslega je 1500 do 1800 miligramov.

Nosečnice in doječe ženske - od 1500 do 2000 mg.

KALCIJ (latinsko Calcium), Ca, kemični element II. skupine kratke oblike (2. skupine dolge oblike) periodnega sistema; se nanaša na zemeljsko alkalijske kovine; atomsko število 20; atomska masa 40,078. V naravi je 6 stabilnih izotopov: 40 Ca (96,941 %), 42 Ca (0,647 %), 43 Ca (0,135 %), 44 Ca (2,086 %), 46 Ca (0,004 %), 48 Ca (0,187 %); umetno pridobljeni radioizotopi z masnimi števili 34-54.

Zgodovinska referenca.Številne naravne kalcijeve spojine so bile znane že v starih časih in so se pogosto uporabljale v gradbeništvu (na primer mavec, apno, marmor). Kovinski kalcij je prvi izoliral G. Davy leta 1808 med elektrolizo mešanice CaO in HgO oksidov in kasnejšim razpadom nastalega kalcijevega amalgama. Ime izhaja iz latinskega calx (genitiv calcis) - apno, mehak kamen.

Razširjenost v naravi. Vsebnost kalcija v zemeljski skorji je 3,38% teže. Zaradi visoke kemične aktivnosti ga v prostem stanju ne najdemo. Najpogostejši minerali so anortit Ca, anhidrit CaSO 4, apatit Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl,OH), sadra CaSO 4 2H 2 O, kalcit in aragonit CaCO 3, perovskit CaTiO 3, fluorit CaF 2, šeelit. CaWO 4. Kalcijeve minerale najdemo v sedimentnih (kot je apnenec), magmatskih in metamorfnih kamninah. Kalcijeve spojine najdemo v živih organizmih: so glavne sestavine kostnega tkiva vretenčarjev (hidroksiapatit, fluorapatit), skeleta koral, lupin mehkužcev (kalcijev karbonat in fosfati) itd. Prisotnost ionov Ca 2+ določa trdoto vode.

Lastnosti. Konfiguracija zunanje elektronske lupine kalcijevega atoma je 4s 2; v spojinah kaže oksidacijsko stanje +2, redko +1; Paulingova elektronegativnost 1,00, atomski polmer 180 pm, polmer iona Ca 2+ 114 pm (koordinacijsko število 6). kalcij je srebrno bela mehka kovina; do 443 ° C je modifikacija s kubično kristalno mrežo, osredotočeno na obraz, stabilna, nad 443 ° C - s kubično rešetko, osredotočeno na telo; tališče 842°C, vrelišče 1484°C, gostota 1550 kg/m 3 ; toplotna prevodnost 125,6 W/(m K).

Kalcij je kovina visoke kemične aktivnosti (shranjena v hermetično zaprtih posodah ali pod plastjo mineralnega olja). V normalnih pogojih zlahka komunicira s kisikom (nastane kalcijev oksid CaO), pri segrevanju - z vodikom (CaH 2 hidrid), halogeni (kalcijevi halidi), borom (CaB 6 borid), ogljikom (kalcijev karbid CaC 2), silicijem (Ca silicidi 2 Si, CaSi, CaSi 2, Ca 3 Si 4), dušik (nitrid Ca 3 N 2), fosfor (fosfidi Ca 3 P 2, CaP, CaP 5), halkogeni (halkogenidi sestave CaX, kjer je X je S, Se, Tisti). Kalcij medsebojno deluje z drugimi kovinami (Li, Cu, Ag, Au, Mg, Zn, Al, Pb, Sn itd.) in tvori intermetalne spojine. Kovinski kalcij reagira z vodo in nastane kalcijev hidroksid Ca(OH) 2 in H 2 . Močno reagira z večino kislin in tvori ustrezne soli (na primer kalcijev nitrat, kalcijev sulfat, kalcijev fosfat). Raztopi se v tekočem amoniaku in tvori temno modro raztopino s kovinsko prevodnostjo. Ko amoniak izhlapi iz takšne raztopine, se sprosti amoniak. Postopoma kalcij reagira z amoniakom in tvori amid Ca(NH 2) 2. Tvori različne kompleksne spojine, najpomembnejši so kompleksi s polidentatnimi ligandi, ki vsebujejo kisik, na primer Ca kompleksonati.

Biološka vloga. Kalcij je biogeni element. Dnevna človeška potreba po kalciju je približno 1 g. V živih organizmih so kalcijevi ioni vključeni v procese krčenja mišic in prenosa živčnih impulzov.

potrdilo o prejemu. Kovinski kalcij se proizvaja z elektrolitskimi in metalotermičnimi metodami. Elektrolitska metoda temelji na elektrolizi staljenega kalcijevega klorida s katodo na dotik ali tekočo bakrovo-kalcijevo katodo. Kalcij oddestiliramo iz nastale zlitine bakra in kalcija pri temperaturi 1000-1080 °C in tlaku 13-20 kPa. Metalotermična metoda temelji na redukciji kalcija iz njegovega oksida z aluminijem ali silicijem pri 1100-1200 °C. Pri tem nastane kalcijev aluminat ali silikat, pa tudi kalcijev plin, ki se nato kondenzira. Svetovna proizvodnja kalcijevih spojin in materialov, ki vsebujejo kalcij, znaša približno 1 milijardo ton/leto (1998).

Aplikacija. Kalcij se uporablja kot redukcijsko sredstvo pri proizvodnji številnih kovin (Rb, Cs, Zr, Hf, V itd.). Kalcijevi silicidi, kot tudi zlitine kalcija z natrijem, cinkom in drugimi kovinami, se uporabljajo kot deoksidanti in razžveplalniki nekaterih zlitin in olja, za čiščenje argona iz kisika in dušika ter v električnih vakuumskih napravah kot absorber plina. CaCl 2 klorid se uporablja kot sušilno sredstvo v kemijski sintezi, sadra se uporablja v medicini. Kalcijevi silikati so glavne sestavine cementa.

Lit.: Rodyakin V.V. Kalcij, njegove spojine in zlitine. M., 1967; Spitsyn V.I., Martynenko L.I. Anorganska kemija. M., 1994. 2. del; Anorganska kemija / Uredil Yu. D. Tretyakov. M., 2004. T. 2.

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

Naravne kalcijeve spojine (kreda, marmor, apnenec, sadra) in proizvodi njihove najenostavnejše predelave (apno) so bili ljudem znani že od antičnih časov. Leta 1808 je angleški kemik Humphry Davy elektroliziral mokro gašeno apno (kalcijev hidroksid) z živosrebrovo katodo in dobil kalcijev amalgam (zlitino kalcija in živega srebra). Iz te zlitine je Davy z destilacijo živega srebra dobil čisti kalcij.
Predlagal je tudi ime novega kemijskega elementa, iz latinskega "calx", ki označuje ime apnenca, krede in drugih mehkih kamnov.

Iskanje v naravi in ​​pridobivanje:

Kalcij je peti najpogostejši element v zemeljski skorji (več kot 3%), tvori številne kamnine, od katerih mnoge temeljijo na kalcijevem karbonatu. Nekatere od teh kamnin so organskega izvora (školjčniki), kar kaže na pomembno vlogo kalcija v živi naravi. Naravni kalcij je mešanica 6 izotopov z masnimi števili od 40 do 48, pri čemer 40 Ca predstavlja 97 % vsega. Jedrske reakcije so proizvedle tudi druge izotope kalcija, na primer radioaktivni 45 Ca.
Za pridobivanje preproste kalcijeve snovi se uporablja elektroliza staljenih kalcijevih soli ali aluminotermija:
4CaO + 2Al = Ca(AlO 2) 2 + 3Ca

Fizične lastnosti:

Srebrno siva kovina s kubično mrežo, osredotočeno na obraz, veliko trša od alkalijskih kovin. Tališče 842°C, vrelišče 1484°C, gostota 1,55 g/cm3. Pri visokih tlakih in temperaturah okoli 20 K preide v stanje superprevodnika.

Kemijske lastnosti:

Kalcij ni tako aktiven kot alkalijske kovine, vendar ga je treba hraniti pod plastjo mineralnega olja ali v tesno zaprtih kovinskih sodih. Že pri normalnih temperaturah reagira s kisikom in dušikom v zraku ter z vodno paro. Pri segrevanju gori na zraku z rdeče-oranžnim plamenom in tvori oksid s primesjo nitridov. Tako kot magnezij tudi kalcij še naprej gori v ozračju ogljikovega dioksida. Pri segrevanju reagira z drugimi nekovinami in tvori spojine, ki niso vedno očitne v sestavi, na primer:
Ca + 6B = CaB 6 ali Ca + P => Ca 3 P 2 (tudi CaP ali CaP 5)
V vseh svojih spojinah ima kalcij oksidacijsko stopnjo +2.

Najpomembnejše povezave:

Kalcijev oksid CaO- ("živo apno") bela snov, alkalni oksid, ki močno reagira z vodo ("gašeno") in se spremeni v hidroksid. Pridobljeno s termično razgradnjo kalcijevega karbonata.

Kalcijev hidroksid Ca(OH) 2- ("gašeno apno") bel prah, rahlo topen v vodi (0,16 g/100 g), močna alkalija. Za odkrivanje ogljikovega dioksida se uporablja raztopina (»apnena voda«).

Kalcijev karbonat CaCO3- osnova večine naravnih kalcijevih mineralov (kreda, marmor, apnenec, školjke, kalcit, islandski spar). V čisti obliki je snov bela ali brezbarvna. kristali Pri segrevanju (900-1000 C) razpadejo in tvorijo kalcijev oksid. Ne p-rim, reagira s kislinami, se lahko raztopi v vodi, nasičeni z ogljikovim dioksidom, in se spremeni v bikarbonat: CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca (HCO 3) 2. Obratni proces vodi do pojava usedlin kalcijevega karbonata, zlasti tvorb, kot so stalaktiti in stalagmiti.
V naravi ga najdemo tudi kot del dolomita CaCO 3 * MgCO 3

Kalcijev sulfat CaSO 4- bela snov, v naravi CaSO 4 * 2H 2 O ("sadra", "selenit"). Slednji se ob skrbnem segrevanju (180 C) spremeni v CaSO 4 * 0,5 H 2 O ("žgana sadra", "alabaster") - bel prah, ki ob mešanju z vodo ponovno tvori CaSO 4 * 2H 2 O. v obliki trdnega, precej trpežnega materiala. Rahlo topen v vodi, se lahko raztopi v presežku žveplove kisline in tvori vodikov sulfat.

Kalcijev fosfat Ca 3 (PO 4) 2- (»fosforit«), netopen, pod vplivom močnih kislin se spremeni v bolj topne kalcijeve hidro- in dihidrogenfosfate. Surovina za proizvodnjo fosforja, fosforne kisline, fosfatnih gnojil. Kalcijevi fosfati so vključeni tudi v apatite, naravne spojine s približno formulo Ca 5 3 Y, kjer je Y = F, Cl ali OH oziroma fluor, klor ali hidroksiapatit. Skupaj s fosforitom so apatiti del kostnega skeleta mnogih živih organizmov, vklj. in človek.

Kalcijev fluorid CaF 2 - (naravno:"fluorit", "fluorit"), netopna snov bele barve. Naravni minerali imajo različne barve zaradi nečistoč. Sveti v temi pri segrevanju in UV žarčenju. Poveča fluidnost (»taljivost«) žlindre pri proizvodnji kovin, kar pojasnjuje njegovo uporabo kot talilo.

Kalcijev klorid CaCl2- brezbarven kristus Je dobro topen v vodi. Tvori kristalinični hidrat CaCl 2 *6H 2 O. Brezvodni ("fuzionirani") kalcijev klorid je dobro sušilno sredstvo.

Kalcijev nitrat Ca(NO 3) 2- ("kalcijev nitrat") brezbarven. kristus Je dobro topen v vodi. Sestavni del pirotehničnih sestavkov, ki daje plamenu rdeče-oranžno barvo.

Kalcijev karbid CaC 2- reagira z vodo in tvori acetilen, na primer: CaС 2 + H 2 O = С 2 H 2 + Ca(OH) 2

Uporaba:

Kovinski kalcij se uporablja kot močno redukcijsko sredstvo pri proizvodnji nekaterih težko redukcijskih kovin (»kalciotermija«): kroma, elementov redkih zemelj, torija, urana itd. V metalurgiji bakra, niklja, specialnih jekel in bronov , kalcij in njegove zlitine se uporabljajo za odstranjevanje škodljivih nečistoč žvepla, fosforja, odvečnega ogljika.
Kalcij se uporablja tudi za vezavo majhnih količin kisika in dušika pri doseganju visokega vakuuma in čiščenju inertnih plinov.
Nevtronski presežek 48 Ca ionov se uporablja za sintezo novih kemičnih elementov, na primer elementa št. 114, . Drugi izotop kalcija, 45Ca, se uporablja kot radioaktivni sledilec v študijah biološke vloge kalcija in njegove migracije v okolju.

Glavno področje uporabe številnih kalcijevih spojin je proizvodnja gradbenih materialov (cement, gradbene mešanice, mavčne plošče itd.).

Kalcij je eden od makroelementov v živih organizmih, ki tvori spojine, potrebne za izgradnjo tako notranjega okostja vretenčarjev kot zunanjega okostja mnogih nevretenčarjev, lupine jajc. Kalcijevi ioni sodelujejo tudi pri uravnavanju znotrajceličnih procesov in določajo strjevanje krvi. Pomanjkanje kalcija v otroštvu vodi do rahitisa, v starosti - do osteoporoze. Vir kalcija so mlečni izdelki, ajda, oreščki, njegovo absorpcijo olajša vitamin D. Pri pomanjkanju kalcija se uporabljajo različna zdravila: kalceks, raztopina kalcijevega klorida, kalcijev glukonat itd.
Masni delež kalcija v človeškem telesu je 1,4-1,7%, dnevna potreba je 1-1,3 g (odvisno od starosti). Prekomerni vnos kalcija lahko povzroči hiperkalciemijo - odlaganje njegovih spojin v notranjih organih in nastanek krvnih strdkov v krvnih žilah. Viri:
Kalcij (element) // Wikipedia. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Calcium (datum dostopa: 3.1.2014).
Priljubljena knjižnica kemijskih elementov: Kalcij. // URL: http://n-t.ru/ri/ps/pb020.htm (03.01.2014).

Zgodovina kalcija

Kalcij je leta 1808 odkril Humphry Davy, ki je z elektrolizo gašenega apna in živosrebrovega oksida dobil kalcijev amalgam, kot rezultat procesa destilacije živega srebra iz katerega je ostala kovina, imenovana kalcij. V latinščini apno Sliši se kot calx, prav to ime je za odkrito snov izbral angleški kemik.

Kalcij je element glavne podskupine II skupine IV periodnega sistema kemičnih elementov D.I. Mendelejev, ima atomsko število 20 in atomsko maso 40,08. Sprejeto poimenovanje je Ca (iz latinščine - kalcij).

Fizikalne in kemijske lastnosti

Kalcij je reaktivna mehka alkalna kovina srebrno bele barve. Zaradi interakcije s kisikom in ogljikovim dioksidom postane površina kovine motna, zato kalcij potrebuje poseben režim shranjevanja - tesno zaprto posodo, v kateri je kovina napolnjena s plastjo tekočega parafina ali kerozina.

Kalcij je najbolj znan med mikroelementi, potrebnimi za človeka; dnevne potrebe po njem se gibljejo od 700 do 1500 mg za zdravo odraslo osebo, med nosečnostjo in dojenjem pa se povečajo; to je treba upoštevati in kalcij dobiti v oblika pripravkov.

Biti v naravi

Kalcij ima zelo visoko kemijsko aktivnost, zato ga v naravi ne najdemo v prosti (čisti) obliki. Je pa peti najpogostejši v zemeljski skorji, najdemo ga v obliki spojin v sedimentnih (apnenec, kreda) in kamninah (granit), glinenec anorit vsebuje veliko kalcija.

V živih organizmih je precej razširjen, ugotovili so ga v rastlinah, živalih in ljudeh, kjer je prisoten predvsem v zobeh in kostnem tkivu.

Absorpcija kalcija

Ovira za normalno absorpcijo kalcija iz hrane je uživanje ogljikovih hidratov v obliki sladkarij in alkalij, ki nevtralizirajo klorovodikovo kislino želodca, ki je potrebna za raztapljanje kalcija. Proces absorpcije kalcija je precej zapleten, zato včasih ni dovolj, da ga dobimo samo s hrano, temveč je potreben dodaten vnos mikroelementa.

Interakcija z drugimi

Za izboljšanje absorpcije kalcija v črevesju je potrebno, kar teži k olajšanju procesa absorpcije kalcija. Pri jemanju kalcija (v obliki dodatkov) med jedjo je absorpcija blokirana, vendar jemanje kalcijevih dodatkov ločeno od hrane na ta proces nikakor ne vpliva.

Skoraj ves kalcij v telesu (1 do 1,5 kg) se nahaja v kosteh in zobeh. Kalcij sodeluje pri procesih razdražljivosti živčnega tkiva, kontraktilnosti mišic, procesih strjevanja krvi, je del jedra in membran celic, celičnih in tkivnih tekočin, ima antialergijske in protivnetne učinke, preprečuje acidozo in aktivira število encimov in hormonov. Kalcij sodeluje tudi pri uravnavanju prepustnosti celične membrane in ima nasprotni učinek.

Znaki pomanjkanja kalcija

Znaki pomanjkanja kalcija v telesu so naslednji, na prvi pogled nepovezani simptomi:

• živčnost, poslabšanje razpoloženja;
• kardiopalmus;
• konvulzije, odrevenelost okončin;
• upočasnitev rasti in otroci;
• visok krvni pritisk;
• cepljenje in krhkost nohtov;
• bolečine v sklepih, znižanje "praga bolečine";
• močne menstruacije.

Vzroki pomanjkanja kalcija

Vzroki za pomanjkanje kalcija so lahko neuravnotežena prehrana (zlasti na tešče), nizka vsebnost kalcija v hrani, kajenje in odvisnost od kave in pijač, ki vsebujejo kofein, disbakterioza, bolezni ledvic, bolezni ščitnice, nosečnost, dojenje in menopavza.

Presežek kalcija, ki se lahko pojavi pri čezmernem uživanju mlečnih izdelkov ali nenadzorovanem uživanju zdravil, je značilen s hudo žejo, slabostjo, bruhanjem, izgubo apetita, šibkostjo in pogostejšim uriniranjem.

Uporaba kalcija v življenju

Kalcij je našel uporabo pri metalotermični proizvodnji urana, v obliki naravnih spojin se uporablja kot surovina za proizvodnjo sadre in cementa, kot sredstvo za dezinfekcijo (dobro znano belilo).

OPREDELITEV

kalcij- dvajseti element periodnega sistema. Oznaka - Ca iz latinskega "kalcij". Nahaja se v četrtem obdobju, skupina IIA. Nanaša se na kovine. Jedrni naboj je 20.

Kalcij je eden najpogostejših elementov v naravi. Zemeljska skorja vsebuje približno 3 % (mas.). Pojavlja se v številnih nahajališčih apnenca in krede ter marmorja, ki so naravne različice kalcijevega karbonata CaCO 3 . V velikih količinah najdemo tudi sadre CaSO 4 × 2H 2 O, fosforit Ca 3 (PO 4) 2 in končno različne silikate, ki vsebujejo kalcij.

V obliki enostavne snovi je kalcij kovka, precej trda, bela kovina (slika 1). Na zraku se hitro prekrije s plastjo oksida, pri segrevanju pa gori s svetlo rdečkastim plamenom. Kalcij relativno počasi reagira s hladno vodo, vendar hitro izpodriva vodik iz vroče vode in tvori hidroksid.

riž. 1. Kalcij. Videz.

Atomska in molekulska masa kalcija

Relativna molekulska masa snovi (M r) je število, ki kaže, kolikokrat je masa dane molekule večja od 1/12 mase ogljikovega atoma, relativna atomska masa elementa (A r) pa je kolikokrat je povprečna masa atomov kemičnega elementa večja od 1/12 mase ogljikovega atoma.

Ker v prostem stanju kalcij obstaja v obliki monoatomskih molekul Ca, vrednosti njegovih atomskih in molekulskih mas sovpadajo. Enaka sta 40,078.

Izotopi kalcija

Znano je, da se kalcij v naravi nahaja v obliki štirih stabilnih izotopov 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca in 48 Ca, pri čemer izrazito prevladuje izotop 40 Ca (99,97 %). Njihova masna števila so 40, 42, 43, 44, 46 oziroma 48. Jedro atoma kalcijevega izotopa 40 Ca vsebuje dvajset protonov in dvajset nevtronov, preostali izotopi pa se od njega razlikujejo le po številu nevtronov.

Obstajajo umetni izotopi kalcija z masnimi števili od 34 do 57, med katerimi je najbolj stabilen 41 Ca z razpolovno dobo 102 tisoč let.

Kalcijevi ioni

Na zunanji energijski ravni kalcijevega atoma sta dva elektrona, ki sta valentna:

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

Zaradi kemijske interakcije kalcij odda svoje valenčne elektrone, tj. je njihov donor in se spremeni v pozitivno nabit ion:

Ca 0 -2e → Ca 2+ .

Molekula in atom kalcija

V prostem stanju kalcij obstaja v obliki enoatomskih molekul Ca. Tukaj je nekaj lastnosti, ki označujejo atom in molekulo kalcija:

Kalcijeve zlitine

Kalcij služi kot legirna komponenta v nekaterih svinčevih zlitinah.

Primeri reševanja problemov

PRIMER 1

telovadba

Napišite reakcijske enačbe, s katerimi lahko izvedete naslednje transformacije: Ca → Ca(OH) 2 → CaCO 3 → Ca(HCO 3) 2.

Odgovori

Z raztapljanjem kalcija v vodi lahko dobite motno raztopino spojine, znane kot "apneno mleko" - kalcijev hidroksid: Ca+ 2H 2 O→ Ca(OH) 2 + H 2. S prehajanjem ogljikovega dioksida skozi raztopino kalcijevega hidroksida dobimo kalcijev karbonat: 2Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O. Z dodajanjem vode kalcijevemu karbonatu in nadaljnjim prehajanjem ogljikovega dioksida skozi to mešanico dobimo kalcijev bikarbonat: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 → Ca(HCO 3) 2.