Кальций

Материал из Циклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Кальций

Химический элемент
Серебристо-белый металл
Символ, номер Ca, 20
Атомная масса 40,078 а.е.м.
Электронная конфигурация [Ar] 4s2
Электроотрицательность 1 по шкале Полинга
Плотность 1,55 г/см3
Температура плавления 1112 K
Температура кипения 1757 K
Структура кристаллической решетки кубическая гранецентрированная
Теплопроводность (300 K) (201) Вт/(м·К)

Кальций — химический элемент с атомным номером 20 и его простое вещество, относящееся к щелочноземельным металлам, серебристо-белый мягкий металл, химически активен, легко окисляется

Содержание

[править] Происхождение названия

Название элемента «кальций» происходит от лат. calx, calcis — известь («мягкий камень»). Оно было предложено английским химиком Хэмфри Дэви, в 1808 году выделивший металлический кальций электролизом. Дэви смешивал влажную гашеную известь с оксидом ртути HgO на платиновой пластине, которая была анодом. Катодом служил платиновый провод, погруженный в жидкую ртуть. В результате электролиза получалась амальгама кальция.

[править] Распространение в природе

По распространенности в природе кальций занимает пятое место среди химических элементов (3,6 % массы земной коры). В связи с высокой химической активностью в свободном состоянии он не встречается. Наиболее распространенными его соединениями являются известняк, мел и мрамор, которые имеют одинаковый химический состав CaCO3, но различную кристаллическую структуру.

Кларк кальция в каменных метеоритах 1,4 %, ультраосновных — 0,7 %, основных — 6,72 %, средних — 4,65 %, кислых породах — 1,58 %.

Кальций входит в состав многих минералов. Составная часть известняков, мрамора и тому подобное. Эти минералы часто образуют целые горные массивы. В больших количествах встречаются также апатиты и фосфориты, основой которых является фосфат кальция Са3(РО4)2. Достаточно распространенным является минерал гипс CaSO4 · 2Н2О.

Кроме того, значительные количества соединений кальция содержатся в почве и природных водах, а также входят в состав животных и растительных организмов. Так, например, минеральная масса костей и зубов животных содержит около 80 % фосфата кальция Са3(РО4)2, а скорлупа яиц почти полностью состоит из карбоната кальция СаСО3.

[править] Физические свойства

В свободном состоянии кальций — серебристо-белый легкий металл. Плотность его 1,55 г/см³. Температура плавления 851 °С. Твердость кальция невелика, он лишь немного тверже свинца и натрий. Пластичность достаточно высока: кальций легко прессовать и раскатывать в тонкие листочки.

[править] Химические свойства

Реакция кальция с водой

Кальций относится к главной подгруппе второй группы периодической системы Менделеева. Его атомы на внешнем энергетическом уровне имеют по два электрона. Эти электроны он легко теряет и превращается в положительно заряженные ионы Са2+. Во всех своих соединениях кальций бывает только двухвалентный. Кальций принадлежит к самым активным металлов и по своей химической активности уступает лишь щелочным металлам.

При обычной температуре кальций легко взаимодействует с кислородом и влагой воздуха, поэтому его хранят под слоем керосина, вазелина или в герметически закрытом сосуде. При нагревании он легко воспламеняется, образуя оксид кальция:

  • [math]\mathrm {2Ca + O_2 \xrightarrow {300-450 ^ оС} 2CaO}[/math]

Кальций легко взаимодействует также с водой, особенно при нагревании, а с кислотами реагирует очень бурно:

  • [math]\mathrm{ Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2}[/math]
  • [math]\mathrm{ Ca + 2HCl \rightarrow CaCl_2}[/math]

С влажным бромом и хлором кальций взаимодействует уже при обычной температуре, а при нагревании непосредственно реагирует с серой, азотом, графитом и другими веществами, а также восстанавливает почти все металлы из их оксидов:

  • [math]\mathrm {Ca + Cl_2 \xrightarrow {200-250 ^ оС} CaCl_2}[/math]
  • [math]\mathrm {Ca + S \xrightarrow {150 ^ оС} CaS}[/math]
  • [math]\mathrm {Ca + 2C \xrightarrow {550 ^ оС} CaC_2}[/math]
  • [math]\mathrm {3Cа + N_2 \xrightarrow {200-450 ^ оС} Ca_3N_2}[/math]

[править] Применение

Металлический кальций применяют главным образом в металлургии для получения некоторых металлов из их оксидов, которые трудно восстанавливаются, например ванадия, хрома и др.

  • [math]\mathrm {V_2O_5 + 5Ca \xrightarrow + 2V + 5CaO}[/math]
  • [math]\mathrm {Cr_2O_3 + 3Cа \xrightarrow 2Cr + 3CaO}[/math]

Кальций используют также для раскисления стали и бронзы при их выплавке, а также для изготовления некоторых сплавов. Так, сплав свинца с небольшой добавкой кальция служит для заливки подшипников железнодорожных вагонов. Кроме того, кальций применяют для обезвоживания некоторых органических жидкостей и других целей. Используется в металлургии для изготовления сплавов и как восстановитель. Широко применяют природные соли кальция.

Соединения кальция широко применяются как антигистаминные средства. Соединения кальция входят в состав препаратов для профилактики остеопороза, в витаминные комплексы.

[править] Биологическая роль

Кальций — самый распространенный макроэлемент в организме человека, большая его часть находится в скелете и зубах в виде фосфатов. Ионы кальция участвуют в процессах свертывания крови, мышечных и нейронных реакциях, обеспечивающих осмотическое давление крови. Потребность в кальции зависит от возраста. Для взрослых необходимая суточная норма составляет от 800 до 1000 мг, для детей — от 600 до 900 мг, что очень важно из-за интенсивного роста скелета ребенка. Злоупотребление кофе и алкоголем может приводить к дефициту извести.

Кальций относится к щелочноземельным металлам и имеет высокую биохимическую активность. В организме человека содержится около 1,5 кг кальция. Он является основным структурным элементом костей и зубов, входит в состав ногтей, волос, мягких тканей, внеклеточной жидкости и плазмы крови. Кальций является важным компонентом системы свертывания крови, он поддерживает правильное соотношение солей в организме человека.

К числу наиболее важных функций в живом организме принадлежит его участие в работе различных ферментных систем, в том числе обеспечивающих сокращение мышц и передачи нервных импульсов, изменяющих активность гормонов и т. п. Кальций также влияет на проницаемость тканей для калия и натрия, способствует стабилизации мембран нервных клеток.

Источником кальция являются пищевые продукты. С пищей взрослый человек может получить около 10 г кальция, беременные женщины — до 15 г, кормящие — до 20 г. Кальций поступает с пищей в основном в виде нерастворимых в воде солей, которые растворяются в желудке человека с помощью желудочного сока, затем подвергаются воздействию желчных кислот, переводящих его в усваиваемую форму.

[править] Литература

  • Глоссарий терминов по химии // Й.Опейда, О.Швайка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им. Л. М. Литвиненко НАН Украины, Донецкий национальный университет — Донецк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
  • Малая горная энциклопедия. В 3-х т. / Под ред. В. С. Белецкого. — Донецк: Донбасс, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.
  • Ф. А. Деркач «Химия» Л. 1968
  • В. В. Сухан, Т. В. Табенська, А. Й. Капустянка, В. Ф. Горлач «Химия» 1995
Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Инструменты