Циклопедия скорбит по жертвам террористического акта в Крокус-Сити (Красногорск, МО)

Кальций

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

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
Молярная теплоёмкость
 Дж/(K·моль)
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

Происхождение названия[править]

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.

Распространение в природе[править]

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.

Физические свойства[править]

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.

Химические свойства[править]

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:

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

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:

Применение[править]

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

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.

Биологическая роль[править]

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.

Литература[править]

  • 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
[]
Электрохимический ряд активности металлов

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,
Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H2,
W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au