Kalcis – elementas pagrindinis pogrupis antroji grupė, ketvirtasis periodinės cheminių elementų lentelės periodas, kurio atominis skaičius 20. Žymi simboliu Ca (lot. Kalcis). Paprastoji medžiaga kalcis (CAS numeris: 7440-70-2) yra minkštas, reaktyvus sidabriškai baltos spalvos šarminis žemės metalas.

Vardo istorija ir kilmė

Elemento pavadinimas kilęs iš lot. calx (in genityvus atvejis kalcis) - „kalkės“, „minkštas akmuo“. Jį pasiūlė anglų chemikas Humphry Davy, kuris 1808 m. elektrolitiniu metodu išskyrė kalcio metalą. Davy elektrolizavo šlapių gesintų kalkių ir gyvsidabrio oksido HgO mišinį ant platinos plokštės, kuri tarnavo kaip anodas. Katodas buvo platinos viela, panardinta į skystą gyvsidabrį. Dėl elektrolizės buvo gauta kalcio amalgama. Iš jo distiliavęs gyvsidabrį, Davy gavo metalą, vadinamą kalciu.
Kalcio junginiai – kalkakmenis, marmuras, gipsas (taip pat kalkės – kalkakmenio deginimo produktas) statybose buvo naudojami jau prieš kelis tūkstančius metų. Iki XVIII amžiaus pabaigos chemikai kalkes laikė paprasta kieta medžiaga. 1789 m. A. Lavoisier pasiūlė, kad kalkės, magnezija, baritas, aliuminio oksidas ir silicio dioksidas yra sudėtingos medžiagos.

Kvitas

Laisvas metalinis kalcis gaunamas elektrolizės būdu iš CaCl 2 (75–80 %) ir KCl arba iš CaCl 2 ir CaF 2 sudaryto lydalo, taip pat aliuminotermiškai redukuojant CaO 1170–1200 °C temperatūroje:
4CaO + 2Al → CaAl 2O 4 + 3Ca.

Fizinės savybės

Metalo kalcio yra dvi alotropinės modifikacijos. Iki 443 °C, α-Ca su kubine į veidą nukreipta gardele (parametras a = 0,558 nm) yra stabilus β-Ca su kubine kūno centre esančia α-Fe tipo gardele (parametras a = 0,448 nm); stabilesnis. α → β perėjimo standartinė entalpija ΔH 0 yra 0,93 kJ/mol.
Palaipsniui didėjant slėgiui, jis pradeda rodyti puslaidininkio savybes, bet netampa puslaidininkiu. visomis prasmėmisšis žodis (jis irgi nebe metalas). Toliau didėjant slėgiui, jis grįžta į metalinę būseną ir pradeda demonstruoti superlaidumo savybes (superlaidumo temperatūra šešis kartus aukštesnė nei gyvsidabrio, o laidumu gerokai viršija visus kitus elementus). Unikalus kalcio elgesys daugeliu atžvilgių panašus į stroncį (ty išlieka paralelės periodinėje lentelėje).

Cheminės savybės

Kalcis yra tipiškas šarminių žemių metalas. Cheminis kalcio aktyvumas yra didelis, bet mažesnis nei visų kitų šarminių žemių metalų. Jis lengvai reaguoja su ore esančiu deguonimi, anglies dioksidu ir drėgme, todėl kalcio metalo paviršius dažniausiai būna blyškiai pilkas, todėl laboratorijoje kalcis dažniausiai laikomas, kaip ir kiti šarminių žemių metalai, sandariai uždarytame indelyje po sluoksniu. žibalo arba skysto parafino.

Elektronegatyvumas 1,00 (Paulingo skalė) Elektrodo potencialas −2,76 Oksidacijos būsenos 2 Jonizacijos energija
(pirmasis elektronas) 589,4 (6,11) kJ/mol (eV) Paprastos medžiagos termodinaminės savybės Tankis (įprastomis sąlygomis) 1,55 g/cm³ Lydymosi temperatūra 1112 K; 838,85 °C Virimo temperatūra 1757 K; 1483,85 °C Ud. susiliejimo šiluma 9,20 kJ/mol Ud. garavimo šiluma 153,6 kJ/mol Molinė šiluminė talpa 25,9 J/(K mol) Molinis tūris 29,9 cm³/mol Paprastos medžiagos kristalinė gardelė Grotelių struktūra kubinis veido centre Grotelių parametrai 5,580 Debye temperatūra 230 Kitos charakteristikos Šilumos laidumas (300 K) (201) W/(m K) CAS numeris 7440-70-2 Emisijos spektras

Vardo istorija ir kilmė

Elemento pavadinimas kilęs iš lot. calx (genityvo atveju kalcis) - „kalkės“, „minkštas akmuo“. Jį pasiūlė anglų chemikas Humphry Davy, kuris 1808 m. elektrolitiniu metodu išskyrė kalcio metalą. Davy atliko šlapių gesintų kalkių mišinio elektrolizę ant platinos plokštės, kuri tarnavo kaip anodas. Katodas buvo platinos viela, panardinta į skystį. Dėl elektrolizės buvo gauta kalcio amalgama. Iš jo distiliavęs gyvsidabrį, Davy gavo metalą, vadinamą kalciu.

Izotopai

Kalcis gamtoje randamas kaip šešių izotopų mišinys: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca ir 48 Ca, tarp kurių labiausiai paplitęs – 40 Ca – yra 96,97%. Kalcio branduoliuose yra magiškas protonų skaičius: Z= 20. Izotopai 40
20Ca20
Ir 48
20 Ca28
yra du iš penkių gamtoje egzistuojančių dvigubai magiškų branduolių.

Iš šešių natūralūs izotopai kalcio penki yra stabilūs. Šeštasis izotopas 48 Ca, sunkiausias iš šešių ir labai retas (jo izotopų gausa tik 0,187%), patiria dvigubą beta skilimą, kurio pusinės eliminacijos laikas yra (4,39 ± 0,58)⋅10 19 metų.

Uolienose ir mineraluose

Kalcis, energingai migruojantis į žemės pluta ir kaupiasi įvairiose geocheminėse sistemose, sudaro 385 naudingąsias iškasenas (ketvirta vieta pagal naudingųjų iškasenų skaičių).

Daugiausia kalcio yra įvairių uolienų silikatuose ir aliumosilikatuose (granituose, gneisuose ir kt.), ypač lauko špate – anortite Ca.

Kalcio mineralai, tokie kaip kalcitas CaCO 3 , anhidritas CaSO 4 , alebastras CaSO 4 · 0,5H 2 O ir gipsas CaSO 4 · 2H 2 O, fluoritas CaF 2 , apatitai Ca 5 (PO 4) 3 (F, Cl, OH), dolomitas MgCO 3 ·CaCO 3. Kalcio ir magnio druskų buvimas natūralus vanduo nustatomas jo kietumas.

Nuosėdinė uoliena, kurią daugiausia sudaro kriptokristalinis kalcitas, yra kalkakmenis (viena iš jo atmainų yra kreida). Regioninis metamorfizmas kalkakmenį paverčia marmuru.

Migracija žemės plutoje

Natūralioje kalcio migracijoje svarbų vaidmenį vaidina „karbonato pusiausvyra“, susijusi su grįžtama kalcio karbonato sąveikos su vandeniu ir anglies dioksidu reakcija, susidarant tirpiam bikarbonatui:

C a C O 3 + H 2 O + C O 2 ⇄ C a (H C O 3) 2 ⇄ C a 2 + + 2 H C O 3 − (\displaystyle (\mathsf (CaCO_(3)+H_(2)O+CO_(2)) )\rightleftarrows Ca(HCO_(3))_(2)\rightleftarrows Ca^(2+)+2HCO_(3)^(-))))

(pusiausvyra pasislenka į kairę arba dešinę, priklausomai nuo anglies dioksido koncentracijos).

Didžiulį vaidmenį atlieka biogeninė migracija.

Biosferoje

Kalcio junginių yra beveik visuose gyvūnų ir augalų audiniuose (žr. toliau). Nemažai kalcio randama gyvuose organizmuose. Taigi hidroksiapatitas Ca 5 (PO 4) 3 OH arba, kitame įraše, 3Ca 3 (PO 4) 2 ·Ca(OH) 2, yra stuburinių gyvūnų, įskaitant žmones, kaulinio audinio pagrindas; Daugelio bestuburių lukštai ir lukštai, kiaušinių lukštai ir kt. yra pagaminti iš kalcio karbonato CaCO 3. Gyvuose žmonių ir gyvūnų audiniuose yra 1,4-2% Ca (pagal masės dalis); 70 kg sveriančio žmogaus organizme kalcio yra apie 1,7 kg (daugiausia kaulinio audinio tarpląstelinėje medžiagoje).

Kvitas

Laisvas metalinis kalcis gaunamas elektrolizuojant lydalą, susidedantį iš CaCl 2 (75-80%) ir KCl arba iš CaCl2 ir CaF 2, taip pat aliuminotermiškai redukuojant CaO 1170-1200 °C temperatūroje. 4 C a O + 2 A l → C a A l 2 O 4 + 3 C a (\displaystyle (\mathsf (4CaO+2Al\arrow dešinėn CaAl_(2)O_(4)+3Ca)))

Fizinės savybės

Kalcio metalas yra dviejų alotropinių modifikacijų. Stabilus iki 443 °C α-Ca su kubine į veidą orientuota grotele (parametras A= 0,558 nm), stabilesnis β-Ca su kubiniu korpusu centruotu gardelės tipu α-Fe(parametras a= 0,448 nm). Standartinė entalpija Δ H 0 (\displaystyle \Delta H^(0)) perėjimas α → β yra 0,93 kJ/mol.

Palaipsniui didėjant slėgiui, jis pradeda rodyti puslaidininkio savybes, bet netampa puslaidininkiu visa to žodžio prasme (taip pat nebėra metalas). Toliau didėjant slėgiui, jis grįžta į metalinę būseną ir pradeda demonstruoti superlaidumo savybes (superlaidumo temperatūra šešis kartus aukštesnė nei gyvsidabrio, o laidumu gerokai viršija visus kitus elementus). Unikalus kalcio elgesys daugeliu atžvilgių panašus į stroncį (ty periodinėje lentelėje išsaugomos paralelės).

Cheminės savybės

Standartinių potencialų serijoje kalcis yra vandenilio kairėje. Standartinis elektrodo potencialas poros Ca 2+ /Ca 0 −2,84 V, kad kalcis aktyviai reaguotų su vandeniu, bet neužsidega:

C a + 2 H 2 O → C a (OH) 2 + H 2 .

(\displaystyle (\mathsf (Ca+2H_(2)O\rightarrow Ca(OH)_(2)+H_(2)\uparrow .)))

Ištirpusio kalcio bikarbonato buvimas vandenyje daugiausia lemia laikiną vandens kietumą. Ji vadinama laikina, nes vandeniui verdant suyra bikarbonatas ir nusėda CaCO 3. Šis reiškinys, pavyzdžiui, lemia tai, kad laikui bėgant virdulyje susidaro nuosėdos.

Taikymas

Kalcis plačiai naudojamas metalurgijoje plieno deoksidacijai kartu su aliuminiu arba kartu su juo. Papildomas krosnies apdorojimas kalcio turinčiomis vielomis užima pirmaujančią vietą dėl daugiafaktorinės kalcio įtakos fizikinei ir cheminei lydalo būklei, metalo makro ir mikrostruktūrai, metalo gaminių kokybei ir savybėms ir yra neatsiejama dalis. plieno gamybos technologijos dalis. Šiuolaikinėje metalurgijoje įpurškimo viela naudojama kalciui įvesti į lydalą, kuris yra kalcis (kartais siliciokalcis arba aliuminio kalcis) miltelių arba presuoto metalo pavidalu plieniniame apvalkale. Kartu su deoksidacija (pliene ištirpusio deguonies pašalinimu) naudojant kalcį galima gauti palankios prigimties, sudėties ir formos nemetalinius inkliuzus, kurie nesunaikinami tolesnių technologinių operacijų metu.

Izotopas 48 Ca yra viena iš efektyvių ir dažniausiai naudojamų medžiagų supersunkiesiems elementams gaminti ir naujiems periodinės lentelės elementams atrasti. Taip yra todėl, kad kalcis-48 yra dvigubai magiškas branduolys, todėl jo stabilumas leidžia jame būti pakankamai neutronų lengvajam branduoliui; supersunkių branduolių sintezei reikalingas neutronų perteklius.

Biologinis vaidmuo

Kalcio koncentracija kraujyje dėl jo svarbos didelis skaičius gyvybiniai procesai tiksliai reguliuojami ir kada tinkama mityba ir tinkamai vartojant neriebius pieno produktus ir vitamino D trūkumo nepasitaiko. Ilgalaikis kalcio ir (arba) vitamino D trūkumas maiste didina osteoporozės riziką, o kūdikystėje sukelia rachitą.

Pastabos

1. Brinelio kietumas 200-300 MPa
2. Michaelas E. Wieseris, Normanas Holdenas, Tyleris B. Coplenas, Johnas K. Böhlke, Michaelas Berglundas, Willi A. Brandas, Paulas De Bièvre'as, Manfredas Gröningas, Robertas D. Lossas, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenbergas, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Elementų atominės masės 2011 m. (IUPAC techninė ataskaita) // Grynoji ir taikomoji chemija. - 2013. - T. 85, Nr. 5. - P. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
3. Redakcinė komanda: Knunyants I. L. (vyr. redaktorius). Cheminė enciklopedija: 5 tomai - Maskva: Sovietinė enciklopedija, 1990. - T. 2. - P. 293. - 671 p. – 100 000 egzempliorių.
4. Riley J.P. ir Skirrow G. Cheminė okeanografija V. 1, 1965.
5. Pritychenko B. Dvigubo beta skilimo įvertintų pusinės eliminacijos periodų sistematika // Branduolinių duomenų lapai. - 2014. - Birželis (t. 120). - 102-105 p. - ISSN 0090-3752. - DOI:10.1016/j.nds.2014.07.018.[pataisyti]
6. Pritychenko B. Priimtų dvigubo beta (ββ) skilimo verčių sąrašas (neapibrėžta) . Nacionalinis branduolinių duomenų centras, Brookhaven nacionalinė laboratorija. Žiūrėta 2015 m. gruodžio 6 d.
7. Chemiko vadovas / Redakcinė kolegija: Nikolsky B. P. ir kt. – 2-asis leidimas, pataisytas. - M.-L.: Chemija, 1966. - T. 1. - 1072 p.
8. Laikraštis. RU: slėgio elementai
9. Kalcis // Didžioji tarybinė enciklopedija: [30 tomų] / sk. red. A. M. Prokhorovas. – 3 leidimas. - M.: Tarybinė enciklopedija, 1969-1978.
10. Dyudkin D. A., Kisilenko V. V.Įvairių veiksnių įtaka kalcio įsisavinimui iš fliusinės vielos su kompleksiniu užpildu SK40 (rusų k.) // Elektrometalurgija: žurnalas. - 2009. - Gegužė (Nr. 5). - P. 2-6.
11. Michailovas G. G., Černova L. A. Plieno deoksidacijos kalciu ir aliuminiu procesų termodinaminė analizė (rusų k.) // Elektrometalurgija: žurnalas. - 2008. - Kovas (Nr. 3). - P. 6-8.
12. Branduolio apvalkalo modelis
13. Medicinos instituto (JAV) komitetas vitamino D ir kalcio orientaciniam suvartojimui per maistą peržiūrėti; Ross AC, Taylor CL, Yaktine AL, Del Valle HB, redaktoriai (2011).

Kalcio junginiai.

Sao– kalcio oksidas arba negesintos kalkės, gaunamos skaidant kalkakmenį: CaCO 3 = CaO + CO 2 yra šarminio žemės metalo oksidas, todėl aktyviai sąveikauja su vandeniu: CaO + H 2 O = Ca (OH) 2

Ca(OH) 2 – kalcio hidroksidas arba gesintos kalkės, todėl reakcija CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 vadinama kalkių gesinimu. Jei tirpalas filtruojamas, gaunamas kalkių vanduo – tai šarminis tirpalas, todėl fenolftaleino spalva pasikeičia į tamsiai raudoną.

Gesintos kalkės plačiai naudojamos statybose. Jo mišinys su smėliu ir vandeniu yra gera rišamoji medžiaga. Veikiant anglies dioksidui, mišinys sukietėja Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO3 + H 2 O.

Tuo pačiu metu dalis smėlio ir mišinio virsta silikatu Ca(OH) 2 + SiO 2 = CaSiO 3 + H 2 O.

Lygtys Ca (OH) 2 + CO 2 = CaCO 2 + H 2 O ir CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca (HCO 3) 2 vaidina didelį vaidmenį gamtoje ir formuojant mūsų planetos išvaizdą. Anglies dioksidas skulptoriaus ir architekto pavidalu sukuria požeminius rūmus karbonatinių uolienų sluoksniuose. Jis gali po žeme perkelti šimtus ir tūkstančius tonų kalkakmenio. Pro uolienų plyšius vanduo, kuriame yra ištirpusio anglies dioksido, patenka į kalkakmenio sluoksnį, suformuodamas ertmes – riedėjimo urvus. Kalcio bikarbonatas egzistuoja tik tirpale. Požeminis vanduo juda žemės pluta, tinkamomis sąlygomis išgarindamas vandenį: Ca(HCO3) 2 = CaCO3 + H2O + CO 2 , Taip susidaro stalaktitai ir stalagmitai, kurių susidarymo schemą pasiūlė garsus geochemikas A.E. Fersmanas. Kryme yra daug castrum urvų. Mokslas juos tyrinėja speleologija.

Statyboje naudojamas kalcio karbonatas CaCO3- kreida, kalkakmenis, marmuras. Visi matėte mūsų geležinkelio stotį: ji papuošta iš užsienio atvežtu baltu marmuru.

patirtis:įpūsti per vamzdelį į kalkių vandens tirpalą, jis tampa drumstas .

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + N 2 APIE

Į susidariusias nuosėdas pridedama acto rūgšties, stebimas virimas, nes išsiskiria anglies dioksidas.

CaCO 3 +2CH 3 COOH = Ca(CH 3 SOO) 2 +H 2 O + CO 2

PASAKA APIE BROLIUS KARBONATUS.

Žemėje gyvena trys broliai
Iš karbonatų šeimos.
Vyresnysis brolis yra gražus marmuras,
Šlovingas Kararos vardu,
Puikus architektas. Jis
Pastatė Romą ir Partenoną.
Visi žino KALKIAKMENĮ,
Štai kodėl jis taip pavadintas.
Garsus savo darbais
Už namo statyti namą.
Ir galintis, ir galintis
Mažasis minkštasis brolis MEL.
Pažiūrėk, kaip jis piešia,
Šis CaCO 3!
Broliai mėgsta linksmintis
Įkaitinkite karštoje orkaitėje,
Tada susidaro CaO ir CO 2.
Tai yra anglies dioksidas
Kiekvienas iš jūsų jį pažįsta,
Mes jį iškvėpiame.
Na, tai yra SaO -
Karštai degintos negesintos kalkės.
Įpilkite į jį vandens,
Kruopščiai išmaišykite
Kad nebūtų bėdų,
Saugome rankas
Gerai išminkytos KALKĖS, bet SKIRTOS!
Kalkių pienas
Sienos lengvai balinamos.
Šviesus namas tapo linksmas,
Kalkių pavertimas kreida.
„Hocus Pocus“ žmonėms:
Viskas, ką jums reikia padaryti, tai pūsti per vandenį,
Kaip tai lengva
Pavirto pienu!
Ir dabar tai gana protinga
Aš gaunu soda:
Pienas ir actas. Aha!
Per kraštą liejasi putos!
Viskas yra rūpesčiuose, viskas darbuose
Nuo aušros iki aušros -
Šie broliai karbonatai,
Šie CaCO 3!

Kartojimas: CaO– kalcio oksidas, negesintos kalkės;
Ca(OH) 2 – kalcio hidroksidas (gesintos kalkės, kalkių vanduo, kalkių pienas, priklausomai nuo tirpalo koncentracijos).
Generolas – tas pats cheminė formulė Ca(OH)2. Skirtumas: kalkių vanduo yra skaidrus prisotintas Ca (OH) 2 tirpalas, o kalkių pienas yra balta Ca (OH) 2 suspensija vandenyje.
CaCl 2 - kalcio chloridas, kalcio chloridas;
CaCO 3 – kalcio karbonatas, kreida, kriauklių marmuras, kalkakmenis.
L/R: kolekcijos. Toliau demonstruojame mokyklos laboratorijoje turimą mineralų kolekciją: klinčių, kreidos, marmuro, kriauklių uolienų.
CaS0 4 ∙ 2H 2 0 - kalcio sulfato kristalinis hidratas, gipsas;
CaCO 3 - kalcitas, kalcio karbonatas yra daugelio mineralų, užimančių 30 milijonų km 2 žemėje, dalis.

Svarbiausias iš šių mineralų yra kalkakmenis. Kriauklių uolienos, organinės kilmės kalkakmeniai. Jis naudojamas cemento, kalcio karbido, sodos, visų rūšių kalkių gamyboje ir metalurgijoje. Kalkakmenis yra statybos pramonės pagrindas, iš jo gaminama daug statybinių medžiagų.

Kreida Tai ne tik dantų milteliai ir mokyklinė kreida. Tai taip pat vertingas priedas gaminant popierių (dengtą - aukščiausios kokybės) ir guma; statant ir renovuojant pastatus – kaip balinimas.

Marmuras yra tanki kristalinė uoliena. Yra spalvotas – baltas, bet dažniausiai įvairios priemaišos nuspalvina įvairiomis spalvomis. Grynas baltas marmuras yra retas ir jį daugiausia naudoja skulptoriai (Mikelandželo, Rodino statulos. Statybose spalvotas marmuras naudojamas kaip apdailos medžiaga (Maskvos metro) ar net kaip pagrindinė rūmų statybinė medžiaga (Taj Mahal).

Įdomių dalykų pasaulyje „Taj Mahal MAUSOLEUM“

Šachas Džahanas iš Didžiosios Mogolų dinastijos laikė beveik visą Aziją baimėje ir paklusnumo. 1629 m. Mumzat Mahal, Shah Jahan mylima žmona, mirė būdama 39 metų per kampaniją gimdydama (tai buvo 14-as jų vaikas, visi jie buvo berniukai). Ji buvo neįprastai graži, ryški, protinga, imperatorius viskuo jai pakluso. Prieš mirtį ji paprašė vyro pastatyti kapą, rūpintis vaikais ir netekėti. Nuliūdęs karalius išsiuntė pas visus savo pasiuntinius didieji miestai, kaimyninių valstybių sostines – į Bucharą, Samarkandą, Bagdadą, Damaską, norėdamas surasti ir pasikviesti geriausius amatininkus – žmonos atminimui karalius nusprendė pastatyti geriausią pastatą pasaulyje. Tuo pačiu metu pasiuntiniai į Agrą (Indija) išsiuntė visų geriausių Azijos pastatų ir geriausių statybinių medžiagų planus. Jie net malachito atsivežė iš Rusijos ir Uralo. Vyriausi mūrininkai atvyko iš Delio ir Kandaharo; architektai – iš Stambulo, Samarkando; dekoratoriai - iš Bucharos; sodininkai - iš Bengalijos; menininkai buvo iš Damasko ir Bagdado, o atsakingas buvo žinomas meistras Ustad-Isa.

Kartu per 25 metus buvo pastatyta kreidinio marmuro konstrukcija, apsupta žalių sodų, mėlynų fontanų ir raudono smiltainio mečetės. 20 000 vergų pastatė šį 75 m (25 aukštų pastato) stebuklą. Netoliese norėjau pasistatyti sau antrą juodo marmuro mauzoliejų, bet neturėjau laiko. Jį nuo sosto nuvertė jo paties sūnus (2-asis, taip pat nužudė visus savo brolius).

Agros valdovas ir šeimininkas paskutinius savo gyvenimo metus praleido žvelgdamas pro siaurą savo kalėjimo langą. 7 metus tėvas žavėjosi jo kūryba. Kai tėvas apako, sūnus jam pagamino veidrodžių sistemą, kad tėvas galėtų grožėtis mauzoliejumi. Jis buvo palaidotas Tadžmahale, šalia savo Mumtazo.

Įeinantieji į mauzoliejų mato kenotafus – netikrus kapus. Žemiau, rūsyje, yra Didžiojo Chano ir jo žmonos amžinojo poilsio vietos. Ten viskas inkrustuota brangakmeniais, kurie švyti tarsi gyvi, o pasakų medžių šakos, susipynusios su gėlėmis, įmantriais raštais puošia kapo sienas. Geriausių drožėjų sukurti turkio mėlynumo lapis lazuli, žaliai juodi nefritai ir raudoni ametistai švenčia Shah Jahal ir Mumzat Mahal meilę.

Kiekvieną dieną turistai skuba į Agrą, norėdami pamatyti tikrąją pasaulio stebuklas - Tadž Mahalo mauzoliejus, tarsi plūduriuotų virš žemės.

CaCO 3 yra statybinė medžiaga moliuskų, koralų, lukštų ir kt. bei kiaušinių lukštų egzoskeletui. (iliustracijos arba Koralų biocenozės gyvūnai“ ir jūros koralų, kempinių, kriauklių kolekcijos demonstravimas).

Kalcis yra antrosios grupės, periodinės sistemos ketvirtojo periodo, pagrindinio pogrupio elementas cheminiai elementai D.I. Mendelejevas, kurio atominis skaičius 20. Žymi simboliu Ca (lat. Kalcis). Paprasta medžiaga kalcis yra minkštas, chemiškai aktyvus sidabriškai baltos spalvos šarminis žemės metalas.

Kalcis aplinkoje

Gamtoje jo yra labai daug: iš kalcio druskų susidaro kalnų grandinės ir molio uolienos, randama jūros ir upių vandenyje, yra augalų ir gyvūnų organizmų dalis. Kalcis sudaro 3,38 % žemės plutos masės (5 vieta pagal gausumą po deguonies, silicio, aliuminio ir geležies).

Kalcio izotopai

Kalcis gamtoje randamas kaip šešių izotopų mišinys: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca ir 48 Ca, tarp kurių labiausiai paplitęs – 40 Ca – yra 96,97%.

Iš šešių natūralių kalcio izotopų penki yra stabilūs. Šeštasis izotopas 48 Ca, sunkiausias iš šešių ir labai retas (jo izotopų gausa yra tik 0,187 %), neseniai buvo atrastas dvigubai beta skilimas, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 5,3 x 10 19 metų.

Kalcio kiekis uolienose ir mineraluose

Daugiausia kalcio yra įvairių uolienų silikatuose ir aliumosilikatuose (granituose, gneisuose ir kt.), ypač lauko špate – Ca anortite.

Nuosėdinių uolienų pavidalu kalcio junginius sudaro kreida ir kalkakmeniai, daugiausia susidedantys iš mineralinio kalcito (CaCO 3). Kristalinė kalcito forma – marmuras – gamtoje sutinkama daug rečiau.

Kalcio mineralai, tokie kaip kalcitas CaCO 3 , anhidritas CaSO 4 , alebastras CaSO 4 · 0,5H 2 O ir gipsas CaSO 4 · 2H 2 O, fluoritas CaF 2 , apatitai Ca 5 (PO 4) 3 (F, Cl, OH), dolomitas MgCO 3 ·CaCO 3. Kalcio ir magnio druskų buvimas natūraliame vandenyje lemia jo kietumą.

Kalcis, energingai migruodamas žemės plutoje ir besikaupiantis įvairiose geocheminėse sistemose, sudaro 385 mineralus (ketvirtas pagal naudingųjų iškasenų skaičių).

Kalcio migracija žemės plutoje

Natūralioje kalcio migracijoje svarbų vaidmenį vaidina „karbonato pusiausvyra“, susijusi su grįžtama kalcio karbonato sąveikos su vandeniu ir anglies dioksidu reakcija, susidarant tirpiam bikarbonatui:

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

(pusiausvyra pasislenka į kairę arba dešinę, priklausomai nuo anglies dioksido koncentracijos).

Didžiulį vaidmenį atlieka biogeninė migracija.

Kalcio kiekis biosferoje

Kalcio junginių yra beveik visuose gyvūnų ir augalų audiniuose (taip pat žr. toliau). Nemažai kalcio randama gyvuose organizmuose. Taigi hidroksiapatitas Ca 5 (PO 4) 3 OH arba, kitame įraše, 3Ca 3 (PO 4) 2 ·Ca(OH) 2, yra stuburinių gyvūnų, įskaitant žmones, kaulinio audinio pagrindas; Daugelio bestuburių lukštai ir lukštai, kiaušinių lukštai ir kt. yra pagaminti iš kalcio karbonato CaCO 3. Gyvuose žmonių ir gyvūnų audiniuose yra 1,4-2% Ca (pagal masės dalį); 70 kg sveriančio žmogaus organizme kalcio yra apie 1,7 kg (daugiausia kaulinio audinio tarpląstelinėje medžiagoje).

Gauti kalcio

Pirmą kartą kalcį Davy gavo elektrolizės būdu 1808 m. Tačiau, kaip ir kitų šarminių ir šarminių žemių metalų, elemento Nr. 20 negalima gauti elektrolizės būdu iš vandeniniai tirpalai. Kalcis gaunamas elektrolizės būdu iš jo išlydytų druskų.

Tai sudėtingas ir daug energijos reikalaujantis procesas. Kalcio chloridas lydomas elektrolizatoriuje, pridedant kitų druskų (jos reikalingos CaCl 2 lydymosi temperatūrai sumažinti).

Plieninis katodas liečia tik elektrolito paviršių; išsiskyręs kalcis ant jo prilimpa ir sukietėja. Išsilaisvinus kalciui, katodas pamažu pakeliamas ir galiausiai gaunamas 50...60 cm ilgio kalcio „lazdelis“, tada jis išimamas, numušamas nuo plieninio katodo ir procesas prasideda iš naujo. "Prilietimo metodas" gamina kalcį, labai užterštą kalcio chloridu, geležimi, aliuminiu ir natriu. Jis išvalomas lydant jį argono atmosferoje.

Jei plieno katodas pakeičiamas katodu, pagamintu iš metalo, kuris gali būti legiruotas su kalciu, tada elektrolizės metu bus gautas atitinkamas lydinys. Priklausomai nuo paskirties, jis gali būti naudojamas kaip lydinys arba grynas kalcis gali būti gaunamas distiliuojant vakuume. Taip gaunami kalcio lydiniai su cinku, švinu ir variu.

Kitas kalcio gamybos būdas – metaloterminis – teoriškai buvo pateisinamas dar 1865 metais garsaus rusų chemiko N.N. Beketovas. Kalcis redukuojamas aliuminiu, esant tik 0,01 mmHg slėgiui. Proceso temperatūra 1100...1200°C. Kalcis gaunamas garų pavidalu, kuris vėliau kondensuojamas.

IN pastaraisiais metais Sukurtas kitas elemento gavimo būdas. Jis pagrįstas kalcio karbido termine disociacija: karbidas, pakaitintas vakuume iki 1750°C, skyla ir susidaro kalcio garai ir kietas grafitas.

Fizinės savybės kalcio

Kalcio metalas yra dviejų alotropinių modifikacijų. Iki 443 °C, α-Ca su kubine į veidą nukreipta gardele (parametras a = 0,558 nm) yra stabilus β-Ca su kubine kūno centre esančia α-Fe tipo gardele (parametras a = 0,448 nm); stabilesnis. Standartinė entalpija Δ H 0 perėjimas α → β yra 0,93 kJ/mol.

Palaipsniui didėjant slėgiui, jis pradeda rodyti puslaidininkio savybes, bet netampa puslaidininkiu visa to žodžio prasme (taip pat nebėra metalas). Toliau didėjant slėgiui, jis grįžta į metalinę būseną ir pradeda demonstruoti superlaidumo savybes (superlaidumo temperatūra šešis kartus aukštesnė nei gyvsidabrio, o laidumu gerokai viršija visus kitus elementus). Unikalus kalcio elgesys daugeliu atžvilgių panašus į stroncio.

Nepaisant to, kad elementas yra visur, net chemikai ne visi matė elementinį kalcį. Tačiau šis metalas tiek išvaizda, tiek elgesiu visiškai skiriasi nuo šarminių metalų, kurių kontaktas kelia gaisrų ir nudegimų pavojų. Jis gali būti saugiai laikomas ore, jis neužsidega nuo vandens. Mechaninės savybės elementinis kalcis nepaverčia jo „juodąja avimi“ metalų šeimoje: kalcis daugelį jų lenkia savo stiprumu ir kietumu; jį galima sukti tekinimo staklėmis, traukti į vielą, kalti, presuoti.

Ir vis dėlto elementinis kalcis beveik niekada nenaudojamas kaip struktūrinė medžiaga. Jis tam per aktyvus. Kalcis lengvai reaguoja su deguonimi, siera ir halogenais. Tam tikromis sąlygomis jis reaguoja net su azotu ir vandeniliu. Anglies oksidų aplinka, inertiška daugumai metalų, yra agresyvi kalciui. Jis dega CO ir CO 2 atmosferoje.

Natūralu, kad turint tokį cheminės savybės, kalcis negali egzistuoti gamtoje laisvoje būsenoje. Tačiau kalcio junginiai – tiek natūralūs, tiek dirbtiniai – įgijo itin didelę reikšmę.

Cheminės kalcio savybės

Kalcis yra tipiškas šarminių žemių metalas. Cheminis kalcio aktyvumas yra didelis, bet mažesnis nei visų kitų šarminių žemių metalų. Jis lengvai reaguoja su ore esančiu deguonimi, anglies dioksidu ir drėgme, todėl kalcio metalo paviršius dažniausiai būna blyškiai pilkas, todėl laboratorijoje kalcis dažniausiai laikomas, kaip ir kiti šarminių žemių metalai, sandariai uždarytame indelyje po sluoksniu. žibalo arba skysto parafino.

Standartinių potencialų serijoje kalcis yra vandenilio kairėje. Standartinis Ca 2+ /Ca 0 poros elektrodo potencialas yra –2,84 V, todėl kalcis aktyviai reaguoja su vandeniu, bet neužsidega:

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

Įprastomis sąlygomis kalcis reaguoja su aktyviais nemetalais (deguonimi, chloru, bromu):

2Ca + O 2 = 2CaO, Ca + Br 2 = CaBr 2.

Kaitinamas ore arba deguonimi, kalcis užsidega. Kaitinamas kalcis reaguoja su mažiau aktyviais nemetalais (vandeniliu, boru, anglimi, siliciu, azotu, fosforu ir kt.), pvz.:

Ca + H 2 = CaH 2, Ca + 6B = CaB 6,

3Ca + N 2 = Ca 3 N 2, Ca + 2C = CaC 2,

3Ca + 2P = Ca 3 P 2 (kalcio fosfidas), taip pat žinomi kalcio fosfidai, kurių kompozicijos yra CaP ir CaP 5;

2Ca + Si = Ca 2 Si (kalcio silicidas taip pat žinomi kalcio silicidai, kurių sudėtis yra CaSi, Ca 3 Si 4 ir CaSi 2).

Pirmiau minėtų reakcijų atsiradimą, kaip taisyklė, lydi didelis šilumos kiekis (tai yra, šios reakcijos yra egzoterminės). Visuose junginiuose su nemetalais kalcio oksidacijos laipsnis yra +2. Dauguma kalcio junginių su nemetalais yra lengvai skaidomi vandeniu, pavyzdžiui:

CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2,

Ca 3 N 2 + 3H 2 O = 3Ca(OH) 2 + 2NH3.

Ca 2+ jonas yra bespalvis. Kai į liepsną įpilama tirpių kalcio druskų, liepsna pasidaro raudona.

Kalcio druskos, tokios kaip CaCl 2 chloridas, CaBr 2 bromidas, CaI 2 jodidas ir Ca(NO 3) 2 nitratas, gerai tirpsta vandenyje. Vandenyje netirpūs yra CaF 2 fluoridas, CaCO 3 karbonatas, CaSO 4 sulfatas, Ca 3 (PO 4) 2 ortofosfatas, CaC 2 O 4 oksalatas ir kai kurie kiti.

Svarbu, kad skirtingai nei kalcio karbonatas CaCO 3, rūgštus kalcio karbonatas (bikarbonatas) Ca(HCO 3) 2 tirptų vandenyje. Gamtoje tai sukelia šiuos procesus. Kai šaltas lietus ar upės vanduo, prisotintas anglies dioksido, prasiskverbia po žeme ir patenka ant kalkakmenio, stebimas jų tirpimas:

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2.

Tose pačiose vietose, kur vanduo, prisotintas kalcio bikarbonatu, patenka į žemės paviršių ir yra šildomas saulės spindulių, vyksta atvirkštinė reakcija:

Ca(HCO 3) 2 = CaCO 3 + CO 2 + H 2 O.

Taip gamtoje perduodamos didelės medžiagų masės. Dėl to po žeme gali susidaryti didžiuliai tarpai, o urvuose – gražūs akmeniniai „varvekliai“ – stalaktitai ir stalagmitai.

Ištirpusio kalcio bikarbonato buvimas vandenyje daugiausia lemia laikiną vandens kietumą. Ji vadinama laikina, nes vandeniui verdant suyra bikarbonatas ir nusėda CaCO 3. Šis reiškinys, pavyzdžiui, lemia tai, kad laikui bėgant virdulyje susidaro nuosėdos.

Ištirpusio kalcio bikarbonato buvimas vandenyje daugiausia lemia laikiną vandens kietumą. Ji vadinama laikina, nes vandeniui verdant suyra bikarbonatas ir nusėda CaCO 3. Šis reiškinys, pavyzdžiui, lemia tai, kad laikui bėgant virdulyje susidaro nuosėdos. kalcio

Iki šiol kalcio metalas beveik nerado jokios naudos. Pavyzdžiui, JAV prieš Antrąjį pasaulinį karą per metus suvartojo tik 10...25 tonas kalcio, Vokietija - 5...10 tonų Tačiau naujų technologijų krypčių plėtrai reikia daug retų ir ugniai atsparių metalų . Paaiškėjo, kad daugeliui jų kalcis yra labai patogus ir aktyvus reduktorius, o elementas pradėtas naudoti torio, vanadžio, cirkonio, berilio, niobio, urano, tantalo ir kitų ugniai atsparių metalų gamyboje. Grynas metalinis kalcis plačiai naudojamas metalotermijoje retų metalų gamybai.

Grynas kalcis naudojamas švinui legiruoti, naudojamam akumuliatorių plokščių ir priežiūros nereikalaujančių starterių švino rūgšties akumuliatorių, kurių savaiminio išsikrovimo lygis yra mažas, gamybai. Taip pat metalinis kalcis naudojamas aukštos kokybės kalcio babbitų BKA gamybai.

Kalcio metalo pritaikymas

Kalcio metalas daugiausia naudojamas kaip reduktorius metalų, ypač nikelio, vario ir nerūdijančio plieno, gamyboje. Kalcis ir jo hidridas taip pat naudojami sunkiai redukuojamiems metalams, tokiems kaip chromas, toris ir uranas, gaminti. Kalcio ir švino lydiniai naudojami akumuliatoriuose ir guolių lydiniuose. Kalcio granulės taip pat naudojamos oro pėdsakams pašalinti iš vakuuminių prietaisų.

Natūrali kreida miltelių pavidalu yra įtraukta į metalų poliravimo kompozicijas. Bet jūs negalite valytis dantų natūraliais kreidos milteliais, nes juose yra mažiausių gyvūnų kriauklių likučių, kurie yra ypač kieti ir ardo dantų emalį.

Naudojimaskalciobranduolių sintezėje

Izotopas 48 Ca yra efektyviausia ir dažniausiai naudojama medžiaga supersunkiesiems elementams gaminti ir naujiems periodinės lentelės elementams atrasti. Pavyzdžiui, naudojant 48 Ca jonus supersunkiesiems elementams greitintuvuose gaminti, šių elementų branduoliai susidaro šimtus ir tūkstančius kartų efektyviau nei naudojant kitus „sviedinius“ (jonus). Radioaktyvusis kalcis plačiai naudojamas biologijoje ir medicinoje kaip izotopų indikatorius tiriant mineralų apykaitos procesus gyvame organizme. Su jo pagalba buvo nustatyta, kad organizme nuolat vyksta kalcio jonų mainai tarp plazmos, minkštųjų audinių ir net kaulinio audinio. 45Ca taip pat vaidino svarbų vaidmenį tiriant dirvožemyje vykstančius medžiagų apykaitos procesus ir tiriant kalcio pasisavinimo procesus augaluose. Naudojant tą patį izotopą, lydymosi metu buvo galima aptikti plieno ir itin grynos geležies užteršimo kalcio junginiais šaltinius.

Kalcio gebėjimas surišti deguonį ir azotą leido jį panaudoti valymui inertinės dujos o kaip geteris (Geteris – medžiaga, naudojama dujoms sugerti ir elektroniniuose prietaisuose sukurti gilų vakuumą.) vakuuminėje radijo įrangoje.

Kalcio junginių taikymas

Kai kurie kalcio junginiai gauti dirbtinai, tapo dar labiau žinomi ir pažįstami nei kalkakmenis ar gipsas. Taigi senovės statybininkai naudojo gesintą Ca(OH)2 ir negesintas kalkes CaO.

Cementas taip pat yra dirbtinai gautas kalcio junginys. Pirmiausia deginamas molio arba smėlio ir kalkakmenio mišinys, kad susidarytų klinkeris, kuris vėliau sumalamas į smulkius pilkus miltelius. Galite daug kalbėti apie cementą (tiksliau, apie cementą), tai yra nepriklausomo straipsnio tema.

Tas pats pasakytina apie stiklą, kuriame taip pat paprastai yra elementas.

Kalcio hidridas

Kaitinant kalcį vandenilio atmosferoje, gaunamas CaH 2 (kalcio hidridas), kuris naudojamas metalurgijoje (metalotermijoje) ir vandenilio gamyboje lauke.

Optinės ir lazerinės medžiagos

Kalcio fluoridas (fluoritas) naudojamas pavienių kristalų pavidalu optikoje (astronominiuose objektyvuose, lęšiuose, prizmėse) ir kaip lazerinė medžiaga. Kalcio volframatas (scheelitas) pavienių kristalų pavidalu naudojamas lazerinėje technologijoje, taip pat kaip scintiliatorius.

Kalcio karbidas

Kalcio karbidas yra atsitiktinai aptikta medžiaga bandant naują krosnies dizainą. Dar visai neseniai kalcio karbidas CaCl2 daugiausia buvo naudojamas autogeniniam suvirinimui ir metalų pjovimui. Karbidui sąveikaujant su vandeniu susidaro acetilenas, o acetileno degimas deguonies sraute leidžia pasiekti beveik 3000°C temperatūrą. Pastaruoju metu acetilenas, o kartu ir karbidas, vis rečiau naudojamas suvirinimui ir vis daugiau chemijos pramonėje.

Panašus į kalcįcheminis srovės šaltinis

Kalcis, taip pat jo lydiniai su aliuminiu ir magniu, naudojami atsarginėse šiluminėse elektros baterijose kaip anodas (pavyzdžiui, kalcio-chromato elementas). Kalcio chromatas tokiose baterijose naudojamas kaip katodas. Tokių baterijų ypatumas – itin ilgas galiojimo laikas (dešimtmečiai) tinkamos būklės, galimybė veikti bet kokiomis sąlygomis (erdvė, didelis slėgis), didelė savitoji energija pagal svorį ir tūrį. Trūkumas: trumpas tarnavimo laikas. Tokios baterijos naudojamos ten, kur reikia sukurti milžinišką elektros energiją trumpam laikui (balistinės raketos, kai kurios erdvėlaivis ir tt).

Ugniai atsparios medžiagos iškalcio

Ugniai atsparių medžiagų gamyboje naudojamas kalcio oksidas tiek laisvos formos, tiek kaip keramikos mišinių dalis.

Vaistai

Kalcio junginiai plačiai naudojami kaip antihistamininiai vaistai.

• Kalcio chloridas
• Kalcio gliukonatas
• Kalcio glicerofosfatas

Be to, kalcio junginiai yra įtraukti į vaistus, skirtus osteoporozės profilaktikai, ir į vitaminų kompleksus nėščioms moterims ir pagyvenusiems žmonėms.

Kalcis žmogaus organizme

Kalcis yra įprastas makroelementas augalų, gyvūnų ir žmonių organizme. Žmonėms ir kitiems stuburiniams gyvūnams didžioji jo dalis yra skelete ir dantyse fosfatų pavidalu. Nuo įvairių formų Kalcio karbonatas (kalkės) susideda iš daugumos bestuburių grupių (kempinių, koralų polipų, moliuskų ir kt.) skeletų. Kalcio poreikis priklauso nuo amžiaus. Suaugusiesiems reikalinga paros norma yra nuo 800 iki 1000 miligramų (mg), o vaikams nuo 600 iki 900 mg, o tai labai svarbu vaikams dėl intensyvaus skeleto augimo. Didžioji dalis kalcio, patenkančio į žmogaus organizmą su maistu, yra pieno produktuose, likusio kalcio gaunama iš mėsos, žuvies, kai kurių augalinių produktų (ankštiniuose augaluose ypač daug).

Aspirinas, oksalo rūgštis ir estrogenų dariniai trukdo kalcio pasisavinimui. Kartu su oksalo rūgštimi kalcis gamina vandenyje netirpius junginius, kurie yra inkstų akmenų sudedamosios dalys.

Per didelės kalcio ir vitamino D dozės gali sukelti hiperkalcemiją, o vėliau intensyvų kaulų ir audinių kalcifikaciją (daugiausia paveikiančią šlapimo sistemą). Didžiausia saugi paros dozė suaugusiam žmogui yra 1500–1800 miligramų.

Kalcis kietame vandenyje

Savybių rinkinys, apibrėžiamas vienu žodžiu „kietumas“, vandeniui suteikiamas jame ištirpusių kalcio ir magnio druskų. Kietas vanduo netinka daugeliui gyvenimo situacijų. Sudaro apnašų sluoksnį garo katiluose ir katilinėse, apsunkina audinių dažymą ir skalbimą, tačiau tinka muilui gaminti ir emulsijoms ruošti kvepalų gamyboje. Todėl anksčiau, kai vandens minkštinimo būdai buvo netobuli, tekstilės ir kvepalų gamyklos dažniausiai būdavo šalia „minkšto“ vandens šaltinių.

Skiriamas laikinas ir nuolatinis standumas. Laikiną (arba karbonatinį) kietumą vandeniui suteikia tirpūs angliavandeniliai Ca(HCO 3) 2 ir Mg(HCO 3) 2. Jį galima pašalinti paprastu virimu, kurio metu bikarbonatai paverčiami vandenyje netirpiais kalcio ir magnio karbonatais.

Pastovų kietumą sukuria tų pačių metalų sulfatai ir chloridai. Ir tai galima pašalinti, bet tai padaryti yra daug sunkiau.

Abiejų kietybių suma sudaro bendrą vandens kietumą. Įvairiose šalyse jis vertinamas skirtingai. Įprasta vandens kietumą išreikšti miligramų kalcio ir magnio ekvivalentų skaičiumi viename litre vandens. Jei litre vandens yra mažiau nei 4 mEq, tada vanduo laikomas minkštu; didėjant jų koncentracijai, ji tampa vis atšiauresnė, o jei kiekis viršija 12 vienetų – labai atšiaurus.

Vandens kietumas paprastai nustatomas naudojant muilo tirpalą. Šis tirpalas (tam tikros koncentracijos) lašinamas į išmatuotą vandens kiekį. Kol vandenyje yra Ca 2+ arba Mg 2+ jonų, jie trukdys susidaryti putoms. Remiantis muilo tirpalo suvartojimu prieš atsirandant putoms, apskaičiuojamas Ca 2+ ir Mg 2+ jonų kiekis.

Įdomu tai, kad vandens kietumas buvo nustatytas panašiu būdu Senovės Roma. Tik raudonasis vynas tarnavo kaip reagentas – jo dažančiosios medžiagos taip pat sudaro nuosėdas su kalcio ir magnio jonais.

Kalcio saugojimas

Kalcio metalas ilgą laiką gali būti laikomas gabalais, sveriančiais nuo 0,5 iki 60 kg. Tokie gabalai laikomi popieriniuose maišeliuose, dedami į cinkuotos geležies būgnus su lituotomis ir dažytomis siūlėmis. Sandariai uždaryti būgnai dedami į medines dėžes. Mažiau nei 0,5 kg sveriančių gabalų negalima laikyti ilgai – jie greitai virsta oksidu, hidroksidu ir kalcio karbonatu.

Pradžia / Paskaitos 1 kursas / Bendrieji ir organinė chemija/ 23 klausimas. Kalcis / 2. Fizinės ir cheminės savybės

Fizinės savybės. Kalcis yra sidabriškai baltas kalusis metalas, kuris lydosi 850 laipsnių temperatūroje. C ir verda 1482 laipsnių temperatūroje. C. Jis žymiai kietesnis už šarminius metalus.

Cheminės savybės. Kalcis yra aktyvus metalas. Taigi normaliomis sąlygomis jis lengvai sąveikauja su atmosferos deguonimi ir halogenais:

2 Ca + O2 = 2 CaO (kalcio oksidas);

Ca + Br2 = CaBr2 (kalcio bromidas).

Kaitinamas kalcis reaguoja su vandeniliu, azotu, siera, fosforu, anglimi ir kitais nemetalais:

Ca + H2 = CaH2 (kalcio hidridas);

3 Ca + N2 = Ca3N2 (kalcio nitridas);

Ca + S = CaS (kalcio sulfidas);

3 Ca + 2 P = Ca3P2 (kalcio fosfidas);

Ca + 2 C = CaC2 (kalcio karbidas).

Kalcis lėtai reaguoja su šaltu vandeniu, bet labai stipriai reaguoja su karštu:

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

Kalcis gali pašalinti deguonį arba halogenus iš mažiau aktyvių metalų oksidų ir halogenidų, t. y. turi redukuojančių savybių:

5 Ca + Nb2O5 = CaO + 2 Nb;

• 1. Buvimas gamtoje
• 3. Kvitas
• 4. Taikymas

www.medkurs.ru

Kalcis | katalogas Pesticidai.ru

Daugeliui žmonių žinios apie kalcį apsiriboja tik tuo, kad šis elementas yra būtinas sveikiems kaulams ir dantims. Kur dar jis yra, kam to reikia ir kiek reikia, ne visi turi idėją. Tačiau kalcio yra daugelyje žinomų junginių, tiek natūralių, tiek žmogaus sukurtų. Kreida ir kalkės, urvų stalaktitai ir stalagmitai, senovės fosilijos ir cementas, gipsas ir alebastras, pieno produktai ir vaistai nuo osteoporozės – visa tai ir daug daugiau turi daug kalcio.

Šį elementą G. Davy pirmą kartą gavo 1808 m., o iš pradžių jis nebuvo ypač aktyviai naudojamas. Tačiau šiuo metu šis metalas yra penktas pagal dydį pasaulyje, o jo poreikis kasmet didėja. Pagrindinis kalcio panaudojimas yra gavimas statybinės medžiagos ir mišiniai. Tačiau reikia statyti ne tik namus, bet ir gyvas ląsteles. Žmogaus organizme kalcis yra skeleto dalis, įgalina raumenų susitraukimus, užtikrina kraujo krešėjimą, reguliuoja daugelio virškinimo fermentų veiklą ir atlieka daugybę kitų funkcijų. Jis ne mažiau svarbus ir kitiems gyviems objektams: gyvūnams, augalams, grybams ir net bakterijoms. Tuo pačiu metu kalcio poreikis yra gana didelis, todėl jį galima priskirti makroelementams.

Kalcis, Ca – II grupės pagrindinio pogrupio cheminis elementas periodinė lentelė Mendelejevas. Atominis skaičius – 20. Atominė masė – 40,08.

Kalcis yra šarminių žemių metalas. Kai laisva, kali, gana kieta, balta. Pagal tankį jis priklauso lengviesiems metalams.

• Tankis – 1,54 g/cm3,
• Lydymosi temperatūra – +842 °C,
• Virimo temperatūra – +1495 °C.

Kalcis turi ryškių metalinių savybių. Visuose junginiuose oksidacijos laipsnis yra +2.

Ore jis pasidengia oksido sluoksniu, o kaitinamas dega rausva, ryškia liepsna. Lėtai reaguoja su šaltu vandeniu, bet greitai išstumia vandenilį iš karšto vandens ir susidaro hidroksidas. Sąveikaujant su vandeniliu susidaro hidridai. Kambario temperatūroje jis reaguoja su azotu, sudarydamas nitridus. Jis taip pat lengvai jungiasi su halogenais ir siera, o kaitinant sumažina metalų oksidus.

Kalcis yra vienas gausiausių elementų gamtoje. Žemės plutoje jo kiekis sudaro 3% masės. Jis susidaro kreidos, kalkakmenio ir marmuro (natūralaus kalcio karbonato CaCO3 tipo) nuosėdų pavidalu. Yra daug gipso (CaSO4 x 2h3O), fosforito (Ca3(PO4)2) ir įvairių kalcio turinčių silikatų nuosėdų.

Vanduo

. Kalcio druskų beveik visada yra natūraliame vandenyje. Iš jų tik gipsas jame šiek tiek tirpsta. Kai vandenyje yra anglies dioksido, kalcio karbonatas ištirpsta bikarbonato Ca(HCO3)2 pavidalu.

Kietas vanduo

. Natūralus vanduo su didelis skaičius kalcio arba magnio druskos vadinamos kietosiomis.

Minkštas vanduo

. Kai šių druskų yra mažai arba jų nėra, vanduo vadinamas minkštu.

Dirvos

. Paprastai dirvožemis yra pakankamai aprūpintas kalciu. O kadangi kalcio yra didesnė masė vegetatyvinėje augalų dalyje, jo pašalinimas su derliumi yra nereikšmingas.

Kalcio netenkama iš dirvožemio dėl jo išplovimo krituliais. Šis procesas priklauso nuo dirvožemio granulometrinės sudėties, kritulių kiekio, augalų rūšies, kalkių ir mineralinių trąšų formų bei dozių. Atsižvelgiant į šiuos veiksnius, kalcio nuostoliai iš ariamo sluoksnio svyruoja nuo kelių dešimčių iki 200 – 400 kg/ha ir daugiau.

Kalcio kiekis įvairių tipų dirvožemiuose

Podzoliniuose dirvožemiuose yra 0,73% (dirvožemio sausosios medžiagos) kalcio.

Pilkasis miškas – 0,90% kalcio.

Černozemai – 1,44% kalcio.

Serozemai – 6,04% kalcio.

Augaluose kalcio yra fosfatų, sulfatų, karbonatų, pektino ir oksalo rūgščių druskų pavidalu. Beveik iki 65% augaluose esančio kalcio galima išskirti vandeniu. Likusi dalis apdorojama silpnu actu ir druskos rūgštys. Daugiausia kalcio randama senstančiose ląstelėse.

Kalcio trūkumo simptomai:
Kultūra	Trūkumo simptomai
Bendrieji simptomai	Viršūninio pumpuro balinimas; Jaunų lapų balinimas; Lapų galiukai lenkti žemyn; Lapų kraštai susisuka į viršų;
Bulvė	Viršutiniai lapai prastai žydi; Stiebo augimo taškas miršta; Lapų pakraščiuose yra šviesi juostelė, kuri vėliau patamsėja; Lapų kraštai užriesti į viršų;
Baltieji ir žiediniai kopūstai	Jaunų augalų lapuose išilgai kraštų yra chlorotinių dėmių (marmurinių) arba baltų juostelių; Senuose augaluose lapai susisuka ir ant jų atsiranda nudegimų; Augimo taškas išnyksta
	Galinės lapų skiltelės miršta Gėlės krinta; Ant vaisiaus viršūninėje dalyje atsiranda tamsi dėmė, kuri vaisiui augant didėja (pomidorų žiedų puvinys)
	Viršūniniai pumpurai miršta; Jaunų lapų kraštai susiraukšlėję, nuskurę ir vėliau nudžiūsta; Viršutinės ūglių dalys nudžiūsta; šaknų galiukų pažeidimas; Vaisiaus minkštime yra rudų dėmių (kartūs kauliukai); Suprastėja vaisių skonis; Sumažėja vaisių pardavimas

Kalcio funkcijos

Šio elemento poveikis augalams yra daugialypis ir, kaip taisyklė, teigiamas. Kalcis:

• Stiprina medžiagų apykaitą;
• Vaidina svarbų vaidmenį angliavandenių judėjime;
• Įtakoja azotinių medžiagų metamorfozę;
• Pagreitina rezervinių sėklų baltymų suvartojimą dygimo metu;
• vaidina vaidmenį fotosintezės procese;
• stiprus kitų katijonų antagonistas, neleidžiantis jų pertekliui patekti į augalų audinius;
• Įtakoja fizikines ir chemines protoplazmos savybes (klampumą, pralaidumą ir kt.), taigi ir normalią biocheminių procesų eigą augale;
• Kalcio junginiai su pektininėmis medžiagomis suklijuoja atskirų ląstelių sieneles;
• Įtakoja fermentų aktyvumą.

Pažymėtina, kad kalcio junginių (kalkių) įtaka fermentų aktyvumui pasireiškia ne tik tiesioginiu veikimu, bet ir dėl dirvožemio fizikinių-cheminių savybių bei jo mitybos režimo gerėjimo. Be to, dirvožemio kalkinimas labai paveikia vitaminų biosintezės procesus.

Kalcio trūkumas (trūkumas) augaluose

Kalcio trūkumas pirmiausia paveikia šaknų sistemos vystymąsi. Šaknų plaukelių formavimasis ant šaknų sustoja. Išorinės šaknų ląstelės sunaikinamos.

Šis simptomas pasireiškia tiek kalcio trūkumu, tiek maistinių medžiagų tirpalo disbalansu, tai yra, jame vyrauja vienvalenčių natrio, kalio ir vandenilio katijonai.

Be to, dirvožemio tirpale esantis nitratinis azotas padidina augalų audinių aprūpinimą kalciu ir sumažina amoniako tiekimą.

Kalcio bado požymių tikimasi, kai kalcio kiekis yra mažesnis nei 20 % dirvožemio katijonų mainų pajėgumo.

Simptomai Vizualiai kalcio trūkumą lemia šie požymiai:

• Augalų šaknys turi pažeistus rudos spalvos galiukus;
• Augimo taškas deformuojasi ir miršta;
• Gėlės, kiaušidės ir pumpurai nukrenta;
• Vaisiai pažeisti nekrozės;
• Pastebėta, kad lapai yra chlorotiški;
• Viršūninis pumpuras miršta ir stiebo augimas sustoja.

Kopūstai, liucerna ir dobilai yra labai jautrūs kalcio buvimui. Nustatyta, kad tiems patiems augalams būdingas ir padidėjęs jautrumas dirvožemio rūgštingumui.

Apsinuodijus mineraliniu kalciu, atsiranda tarpslankstelinė chlorozė su balkšvomis nekrozinėmis dėmėmis. Jie gali būti spalvoti arba turėti koncentrinius žiedus, užpildytus vandeniu. Kai kurie augalai reaguoja į kalcio perteklių augindami lapų rozetes, miršta ūgliai ir numesdami lapus. Simptomai yra panašūs į geležies ir magnio trūkumą.

Kalcio papildymo dirvožemyje šaltinis yra kalkių trąšos. Jie skirstomi į tris grupes:

• Kietos kalkingos uolienos;
• Minkštos kalkingos uolienos;
• Pramoninės atliekos, kuriose yra daug kalkių.

Pagal CaO ir MgO kiekį kietosios kalkingos uolienos skirstomos į:

• kalkakmeniai (55–56 % CaO ir iki 0,9 % MgO);
• dolomituotų klinčių (42–55 % CaO ir iki 9 % MgO);
• dolomitai (32–30 % CaO ir 18–20 % MgO).

Kalkakmenis

– pagrindinės kalkinės trąšos. Sudėtyje yra 75–100 % Ca ir Mg oksidų, skaičiuojant kaip CaCO3.

Dolomitizuotas kalkakmenis

. Sudėtyje yra 79–100 % veikliosios medžiagos (a.i.), skaičiuojant CaCO3. Rekomenduojama sėjomainoje su bulvėmis, ankštiniais augalais, linais, šakniavaisiais, taip pat labai podzolizuotose dirvose.

Marl

. Sudėtyje yra iki 25–15% CaCO3, o priemaišų molio ir smėlio pavidalu iki 20–40%. Veikia lėtai. Rekomenduojama naudoti lengvose dirvose.

Kreida

. Sudėtyje yra 90–100 % CaCO3. Veiksmas yra greitesnis nei kalkakmenio. Tai vertingos kalkių trąšos smulkiai sumaltos formos.

Degintos kalkės

(CaO). CaCO3 kiekis viršija 70%. Pasižymi kaip stipri ir greitai veikianti kalkinanti medžiaga.

Gesintos kalkės

(Ca(OH)2). CaCO3 kiekis – 35% ir daugiau. Tai taip pat stiprios ir greitai veikiančios kalkių trąšos.

Dolomito miltai

. CaCO3 ir MgCO3 kiekis yra apie 100%. Jo veikimas yra lėtesnis nei kalkingų tufų. Paprastai naudojamas ten, kur reikia magnio.

Kalkingi tufai

. CaCO3 – 15–96 %, priemaišų – iki 25 % molio ir smėlio, 0,1 % P2O5. Veiksmas yra greitesnis nei kalkakmenio.

Tuštinimosi nešvarumai (tuštinimasis)

. Susideda iš CaCO3 ir Ca(OH)2. Kalkių kiekis CaO yra iki 40%. Taip pat yra azoto - 0,5% ir P2O5 - 1-2%. Tai runkelių cukraus fabrikų atliekos. Rekomenduojama naudoti ne tik dirvožemio rūgštingumui mažinti, bet ir runkelių auginimo vietose chernozemo dirvose.

Skalūnų pelenų ciklonai

. Sausa dulkėta medžiaga. Veikliosios medžiagos kiekis yra 60–70%. Nurodo pramonines atliekas.

Dulkės iš krosnių ir cemento gamyklų

. CaCO3 kiekis turi viršyti 60%. Praktiškai jis naudojamas ūkiuose, esančiuose arti cemento gamyklų.

Metalurgijos šlakai

. Naudojamas Uralo ir Sibiro regionuose. Nehigroskopiškas, lengvai purškiamas. Turi būti ne mažiau kaip 80% CaCO3, o drėgmės kiekis ne didesnis kaip 2%. Svarbi granulometrinė sudėtis: 70% - mažiau nei 0,25 mm, 90% - mažiau nei 0,5 mm.

Organinės trąšos. Ca kiekis, išreikštas CaCO3, yra 0,32–0,40%.

Fosforito miltai. Kalcio kiekis – 22% CaCO3.

Kalkių trąšos naudojamos ne tik dirvai ir augalams aprūpinti kalciu. Pagrindinis jų naudojimo tikslas – dirvožemio kalkinimas. Tai cheminio regeneravimo būdas. Juo siekiama neutralizuoti perteklinį dirvožemio rūgštingumą, pagerinti jo agrofizines, agrochemines ir biologines savybes, augalų aprūpinimas magniu ir kalciu, makroelementų ir mikroelementų mobilizavimas ir imobilizavimas, optimalių vandens-fizinių, fizinių, oro sąlygų kultūrinių augalų gyvenimui sukūrimas.

Dirvožemio kalkinimo efektyvumas

Kartu su augalų kalcio, kaip mineralinės mitybos elemento, poreikių tenkinimu, kalkinimas sukelia daug teigiamų pokyčių dirvožemyje.

Kalkinimo įtaka kai kurių dirvožemių savybėms

Kalcis skatina dirvožemio koloidų koaguliaciją ir neleidžia jiems išplauti. Tai palengvina žemės dirbimą ir pagerina aeraciją.

Dėl kalkinimo:

• smėlėti humusingi dirvožemiai padidina jų vandens sugeriamumą;
• Sunkiose molingose ​​dirvose susidaro dirvožemio sankaupos ir gumulėliai, kurie pagerina vandens pralaidumą.

Visų pirma, organinės rūgštys neutralizuojamos ir H jonai išstumiami iš sugeriančio komplekso. Tai veda prie metabolinio rūgštingumo pašalinimo ir dirvožemio hidrolizinio rūgštingumo sumažėjimo. Tuo pačiu metu pastebimas dirvožemio sugėrimo komplekso katijoninės sudėties pagerėjimas, kuris atsiranda dėl vandenilio ir aliuminio jonų pakeitimo kalcio ir magnio katijonais. Tai padidina dirvožemio prisotinimą bazėmis ir padidina sugeriamumą.

Kalkinimo įtaka augalų aprūpinimui azotu

Po kalkinimo teigiamas agrochemines dirvožemio savybes ir jo struktūrą galima išlaikyti keletą metų. Tai padeda kurti palankiomis sąlygomis sustiprinti naudingus mikrobiologinius procesus, mobilizuoti maistines medžiagas. Didėja laisvai dirvoje gyvenančių amonifikatorių, nitrifikatorių, azotą fiksuojančių bakterijų aktyvumas.

Kalkinimas padeda padidinti mazginių bakterijų dauginimąsi ir pagerinti augalo šeimininko aprūpinimą azotu. Nustatyta, kad bakterinės trąšos praranda veiksmingumą rūgščiose dirvose.

Kalkinimo įtaka augalų aprūpinimui pelenų elementais

Kalkinimas padeda aprūpinti augalą pelenų elementais, nes padidina bakterijų, skaidančių dirvožemyje organinius fosforo junginius, aktyvumą ir skatina geležies bei aliuminio fosfatų virsmą augalams prieinamomis kalcio fosfato druskomis. Rūgščių dirvožemių kalkinimas sustiprina mikrobiologinius ir biocheminius procesus, o tai savo ruožtu padidina nitratų, taip pat virškinamų fosforo ir kalio formų kiekį.

Kalkinimo įtaka makroelementų ir mikroelementų formoms ir prieinamumui

Kalkinant padaugėja kalcio, o naudojant dolomito miltus – magnio. Tuo pačiu metu toksiškos mangano ir aliuminio formos tampa netirpios ir pereina į nusodintą formą. Mažėja tokių elementų kaip geležis, varis, cinkas, manganas. Didėja azoto, sieros, kalio, kalcio, magnio, fosforo ir molibdeno prieinamumas.

Kalkinimo įtaka fiziologiškai rūgščių trąšų veikimui

Kalkinimas padidina fiziologiškai rūgščių mineralinių trąšų, ypač amoniako ir kalio, efektyvumą.

Teigiamas fiziologiškai rūgščių trąšų, nepridedant kalkių, poveikis blėsta ir laikui bėgant gali tapti neigiamas. Taigi, tręšiamuose plotuose derlius būna net mažesnis nei netręštuose plotuose. Kalkinimo derinys su trąšomis padidina jų efektyvumą 25–50%.

Kalkinant dirvoje suaktyvinami fermentiniai procesai, pagal kuriuos netiesiogiai sprendžiamas jos derlingumas.

Sudarė: Grigorovskaya P.I.

Puslapis pridėtas: 05.12.13 00:40

Paskutinį kartą atnaujinta: 05/22/14 16:25

Literatūriniai šaltiniai:

Glinka N.L. Bendroji chemija. Vadovėlis universitetams. Leidykla: Leningrad: Chemija, 1985, 731 p

Minejevas V.G. Agrochemija: Vadovėlis – 2-asis leidimas, pataisytas ir papildytas – M.: Maskvos valstybinio universiteto leidykla, leidykla KolosS, 2004. – 720 p., l. lig.: lig. – (Klasikinis universiteto vadovėlis).

Petrovas B.A., Seliverstov N.F. Mineralinė augalų mityba. Vadovas studentams ir sodininkams. Jekaterinburgas, 1998. 79 p.

Enciklopedija vaikams. 17 tomas. Chemija. / Galva. red. V.A. Volodinas. – M.: Avanta +, 2000. – 640 p., iliustr.

Yagodinas B.A., Žukovas Yu.P., Kobzarenko V.I. Agrochemija / Redagavo B.A. Yagodina – M.: Kolos, 2002. – 584 p.: ilius (Vadovėliai ir mokymo priemonės aukštųjų mokyklų studentams švietimo įstaigų).

Vaizdai (perdaryti):

20 Ca Kalcis, licencijuotas pagal CC BY

Kalcio trūkumas kviečiuose, CIMMYT, licencijuotas pagal CC BY-NC-SA

www.pesticidy.ru

Kalcis ir jo vaidmuo žmonijai – Chemija

Kalcis ir jo vaidmuo žmonijai

Įvadas

Buvimas gamtoje

Kvitas

Fizinės savybės

Cheminės savybės

Kalcio junginių taikymas

Biologinis vaidmuo

Išvada

Nuorodos

Įvadas

Kalcis yra pagrindinės antrosios grupės, ketvirtojo periodinės D.I. Mendelejevo cheminių elementų sistemos pogrupio elementas, kurio atominis skaičius yra 20. Jis žymimas simboliu Ca (lot. Kalcis). Paprastoji medžiaga kalcis (CAS numeris: 7440-70-2) yra minkštas, chemiškai aktyvus sidabriškai baltos spalvos šarminis žemės metalas.

Nepaisant to, kad elementas Nr. 20 yra visur, net chemikai ne visi matė elementinį kalcį. Tačiau šis metalas tiek išvaizda, tiek elgesiu visiškai skiriasi nuo šarminių metalų, kurių kontaktas kelia gaisrų ir nudegimų pavojų. Jis gali būti saugiai laikomas ore, jis neužsidega nuo vandens. Dėl mechaninių elementinio kalcio savybių jis netampa „juodąja avimi“ metalų šeimoje: kalcis daugelį jų lenkia stiprumu ir kietumu; jį galima sukti tekinimo staklėmis, traukti į vielą, kalti, presuoti.

Ir vis dėlto elementinis kalcis beveik niekada nenaudojamas kaip struktūrinė medžiaga. Jis tam per aktyvus. Kalcis lengvai reaguoja su deguonimi, siera ir halogenais. Tam tikromis sąlygomis jis reaguoja net su azotu ir vandeniliu. Anglies oksidų aplinka, inertiška daugumai metalų, yra agresyvi kalciui. Jis dega CO ir CO2 atmosferoje.

Vardo istorija ir kilmė

Elemento pavadinimas kilęs iš lot. kalksas (gimine kalba calcis) -- „kalkės“, „minkštas akmuo“. Jį pasiūlė anglų chemikas Humphry Davy, kuris 1808 m. elektrolitiniu metodu išskyrė kalcio metalą. Davy elektrolizavo šlapių gesintų kalkių ir gyvsidabrio oksido HgO mišinį ant platinos plokštės, kuri tarnavo kaip anodas. Katodas buvo platinos viela, panardinta į skystą gyvsidabrį. Dėl elektrolizės buvo gauta kalcio amalgama. Iš jo distiliavęs gyvsidabrį, Davy gavo metalą, vadinamą kalciu.

Kalcio junginiai – kalkakmenis, marmuras, gipsas (taip pat kalkės – kalkakmenio deginimo produktas) statybose buvo naudojami jau prieš kelis tūkstančius metų. Iki XVIII amžiaus pabaigos chemikai kalkes laikė paprasta kieta medžiaga. 1789 m. A. Lavoisier pasiūlė, kad kalkės, magnezija, baritas, aliuminio oksidas ir silicio dioksidas yra sudėtingos medžiagos.

Buvimas gamtoje

Dėl didelio cheminio aktyvumo kalcio laisvos formos gamtoje nebūna.

Kalcis sudaro 3,38 % žemės plutos masės (5 vieta pagal gausumą po deguonies, silicio, aliuminio ir geležies).

Izotopai. Kalcis gamtoje randamas kaip šešių izotopų mišinys: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca ir 48Ca, tarp kurių labiausiai paplitęs – 40Ca – yra 96,97%.

Iš šešių natūralių kalcio izotopų penki yra stabilūs. Neseniai buvo atrastas šeštasis izotopas, 48Ca, sunkiausias iš šešių ir labai retas (jo izotopų gausa yra tik 0,187 %), kuris patiria dvigubą beta skilimą, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 5,3 x 1019 metų.

Uolienose ir mineraluose. Daugiausia kalcio yra įvairių uolienų silikatuose ir aliumosilikatuose (granituose, gneisuose ir kt.), ypač lauko špate – Ca anortite.

Nuosėdinių uolienų pavidalu kalcio junginius sudaro kreida ir kalkakmeniai, daugiausia susidedantys iš mineralinio kalcito (CaCO3). Kristalinė kalcito forma – marmuras – gamtoje sutinkama daug rečiau.

Gana plačiai paplitę kalcio mineralai, tokie kaip kalcitas CaCO3, anhidritas CaSO4, alebastras CaSO4 0,5h3O ir gipsas CaSO4 2h3O, fluoritas CaF2, apatitas Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), dolomitas MgCO3 CaCO3. Kalcio ir magnio druskų buvimas natūraliame vandenyje lemia jo kietumą.

Kalcis, energingai migruodamas žemės plutoje ir besikaupiantis įvairiose geocheminėse sistemose, sudaro 385 mineralus (ketvirtas pagal naudingųjų iškasenų skaičių).

Migracija žemės plutoje. Natūralioje kalcio migracijoje svarbų vaidmenį vaidina „karbonato pusiausvyra“, susijusi su grįžtama kalcio karbonato sąveikos su vandeniu ir anglies dioksidu reakcija, susidarant tirpiam bikarbonatui:

CaCO3 + h3O + CO2 - Ca (HCO3)2 - Ca2+ + 2HCO3-

(pusiausvyra pasislenka į kairę arba dešinę, priklausomai nuo anglies dioksido koncentracijos).

Biogeninė migracija. Biosferoje kalcio junginių yra beveik visuose gyvūnų ir augalų audiniuose (taip pat žr. toliau). Nemažai kalcio randama gyvuose organizmuose. Taigi hidroksiapatitas Ca5(PO4)3OH arba, kitame įraše, 3Ca3(PO4)2·Ca(OH)2, yra stuburinių gyvūnų, įskaitant žmones, kaulinio audinio pagrindas; Daugelio bestuburių lukštai ir lukštai, kiaušinių lukštai ir kt. pagaminti iš kalcio karbonato CaCO3 Gyvuose žmonių ir gyvūnų audiniuose yra 1,4-2 % Ca (pagal masės dalį). 70 kg sveriančio žmogaus organizme kalcio yra apie 1,7 kg (daugiausia kaulinio audinio tarpląstelinėje medžiagoje).

Kvitas

Laisvas metalinis kalcis gaunamas elektrolizuojant lydalą, susidedantį iš CaCl2 (75-80%) ir KCl arba iš CaCl2 ir CaF2, taip pat aliuminotermiškai redukuojant CaO 1170-1200 °C temperatūroje:

4CaO + 2Al = CaAl2O4 + 3Ca.

Fizinės savybės

Kalcio metalas yra dviejų alotropinių modifikacijų. Iki 443 °C, α-Ca su kubine priekinio centro gardele (parametras a = 0,558 nm) yra stabilus, didesnis stabilumas yra α-Ca su kubine kūno centre esančia α-Fe tipo gardele (parametras a = 0,448); nm). Standartinė entalpija?H0 perėjimas? > ? yra 0,93 kJ/mol.

Cheminės savybės

Kalcis yra tipiškas šarminių žemių metalas. Cheminis kalcio aktyvumas yra didelis, bet mažesnis nei visų kitų šarminių žemių metalų. Jis lengvai reaguoja su ore esančiu deguonimi, anglies dioksidu ir drėgme, todėl kalcio metalo paviršius dažniausiai būna blyškiai pilkas, todėl laboratorijoje kalcis dažniausiai laikomas, kaip ir kiti šarminių žemių metalai, sandariai uždarytame indelyje po sluoksniu. žibalo arba skysto parafino.

Standartinių potencialų serijoje kalcis yra vandenilio kairėje. Standartinis Ca2+/Ca0 poros elektrodo potencialas yra 2,84 V, todėl kalcis aktyviai reaguoja su vandeniu, bet neužsidega:

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

Įprastomis sąlygomis kalcis reaguoja su aktyviais nemetalais (deguonimi, chloru, bromu):

2Ca + O2 = 2CaO, Ca + Br2 = CaBr2.

Kaitinamas ore arba deguonimi, kalcis užsidega. Kaitinamas kalcis reaguoja su mažiau aktyviais nemetalais (vandeniliu, boru, anglimi, siliciu, azotu, fosforu ir kt.), pvz.:

Ca + H2 = CaH2, Ca + 6B = CaB6,

3Ca + N2 = Ca3N2, Ca + 2C = CaC2,

3Ca + 2P = Ca3P2 (

kalcio fosfidas), taip pat žinomi kalcio fosfidai, kurių kompozicijos yra CaP ir CaP5;

2Ca + Si = Ca2Si

(kalcio silicidas), taip pat žinomi kalcio silicidai, kurių kompozicijos yra CaSi, Ca3Si4 ir CaSi2.

Pirmiau minėtų reakcijų atsiradimą, kaip taisyklė, lydi didelis šilumos kiekis (tai yra, šios reakcijos yra egzoterminės). Visuose junginiuose su nemetalais kalcio oksidacijos laipsnis yra +2. Dauguma kalcio junginių su nemetalais yra lengvai skaidomi vandeniu, pavyzdžiui:

CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2^,

Ca3N2 + 3H2O = 3Ca(OH)2 + 2Nh4^.

Ca2+ jonas yra bespalvis. Kai į liepsną įpilama tirpių kalcio druskų, liepsna pasidaro raudona.

Kalcio druskos, tokios kaip CaCl2 chloridas, CaBr2 bromidas, CaI2 jodidas ir Ca(NO3)2 nitratas, gerai tirpsta vandenyje. Vandenyje netirpi fluoridas CaF2, karbonatas CaCO3, sulfatas CaSO4, ortofosfatas Ca3(PO4)2, oksalatas CaC2O4 ir kai kurie kiti.

Svarbu, kad, skirtingai nei kalcio karbonatas CaCO3, rūgštinis kalcio karbonatas (bikarbonatas) Ca(HCO3)2 tirpsta vandenyje. Gamtoje tai sukelia šiuos procesus. Kai šaltas lietus ar upės vanduo, prisotintas anglies dioksido, prasiskverbia po žeme ir patenka ant kalkakmenio, stebimas jų tirpimas:

CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2.

Tose pačiose vietose, kur vanduo, prisotintas kalcio bikarbonatu, patenka į žemės paviršių ir yra šildomas saulės spindulių, vyksta atvirkštinė reakcija:

Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2^ + H2O.

Taip gamtoje perduodamos didelės medžiagų masės. Dėl to po žeme gali susidaryti didžiuliai tarpai, o urvuose – gražūs akmeniniai „varvekliai“ – stalaktitai ir stalagmitai.

Ištirpusio kalcio bikarbonato buvimas vandenyje daugiausia lemia laikiną vandens kietumą. Jis vadinamas laikinu, nes verdant vandeniui suyra bikarbonatas ir nusėda CaCO3. Šis reiškinys, pavyzdžiui, lemia tai, kad laikui bėgant virdulyje susidaro nuosėdos.

Kalcio metalo pritaikymas

Kalcio metalas daugiausia naudojamas kaip reduktorius metalų, ypač nikelio, vario ir nerūdijančio plieno, gamyboje. Kalcis ir jo hidridas taip pat naudojami sunkiai redukuojamiems metalams, tokiems kaip chromas, toris ir uranas, gaminti. Kalcio ir švino lydiniai naudojami akumuliatoriuose ir guolių lydiniuose. Kalcio granulės taip pat naudojamos oro pėdsakams pašalinti iš vakuuminių prietaisų.

Metalotermija

Grynas metalinis kalcis plačiai naudojamas metalotermijoje retų metalų gamybai.

Lydinių legiravimas

Grynas kalcis naudojamas švinui legiruoti, naudojamam akumuliatorių plokščių ir priežiūros nereikalaujančių starterių švino rūgšties akumuliatorių, kurių savaiminio išsikrovimo lygis yra mažas, gamybai. Taip pat metalinis kalcis naudojamas aukštos kokybės kalcio babbitų BKA gamybai.

Branduolinė sintezė

48Ca izotopas yra veiksmingiausia ir dažniausiai naudojama medžiaga supersunkiesiems elementams gaminti ir naujų elementų atradimui periodinėje lentelėje. Pavyzdžiui, naudojant 48Ca jonus supersunkiesiems elementams greitintuvuose gaminti, šių elementų branduoliai susidaro šimtus ir tūkstančius kartų efektyviau nei naudojant kitus „sviedinius“ (jonus).

Kalcio junginių taikymas

Kalcio hidridas. Kaitinant kalcį vandenilio atmosferoje, gaunamas Cah3 (kalcio hidridas), kuris naudojamas metalurgijoje (metalotermijoje) ir vandenilio gamyboje lauke.

Optinės ir lazerinės medžiagos Kalcio fluoridas (fluoritas) naudojamas kaip pavieniai kristalai optikoje (astronominiai objektyvai, lęšiai, prizmės) ir kaip lazerinė medžiaga. Kalcio volframatas (scheelitas) pavienių kristalų pavidalu naudojamas lazerinėje technologijoje, taip pat kaip scintiliatorius.

Kalcio karbidas. Kalcio karbidas CaC2 plačiai naudojamas acetileno gamybai ir metalų redukcijai, taip pat kalcio cianamido gamybai (kaitinant kalcio karbidą azote 1200 °C temperatūroje, reakcija yra egzoterminė, vykdoma cianamido krosnyse) .

Cheminiai srovės šaltiniai. Kalcis, taip pat jo lydiniai su aliuminiu ir magniu, naudojami atsarginėse šiluminėse elektros baterijose kaip anodas (pavyzdžiui, kalcio-chromato elementas). Kalcio chromatas tokiose baterijose naudojamas kaip katodas. Tokių baterijų ypatumas – itin ilgas galiojimo laikas (dešimtmečiai) tinkamos būklės, galimybė veikti bet kokiomis sąlygomis (erdvėje, aukšto slėgio), didelė savitoji energija pagal svorį ir tūrį. Trūkumas: trumpas tarnavimo laikas. Tokios baterijos naudojamos ten, kur reikia sukurti kolosalią elektros energiją trumpam laikui (balistinės raketos, kai kurie erdvėlaiviai ir kt.).

Ugniai atsparios medžiagos. Ugniai atsparių medžiagų gamyboje naudojamas kalcio oksidas tiek laisvos formos, tiek kaip keramikos mišinių dalis.

Vaistai. Kalcio junginiai plačiai naudojami kaip antihistamininiai vaistai.

Kalcio chloridas

Kalcio gliukonatas

Kalcio glicerofosfatas

Be to, kalcio junginiai yra įtraukti į vaistus, skirtus osteoporozės profilaktikai, ir į vitaminų kompleksus nėščioms moterims ir pagyvenusiems žmonėms.

Biologinis vaidmuo

Kalcis yra įprastas makroelementas augalų, gyvūnų ir žmonių organizme. Žmonėms ir kitiems stuburiniams gyvūnams didžioji jo dalis yra skelete ir dantyse fosfatų pavidalu. Daugumos bestuburių grupių (kempinių, koralų polipų, moliuskų ir kt.) skeletai susideda iš įvairių formų kalcio karbonato (kalkių). Kalcio jonai dalyvauja kraujo krešėjimo procesuose, taip pat užtikrina nuolatinį kraujo osmosinį slėgį. Kalcio jonai taip pat tarnauja kaip vienas iš universalių antrųjų pasiuntinių ir reguliuoja įvairius tarpląstelinius procesus – raumenų susitraukimą, egzocitozę, įskaitant hormonų ir neuromediatorių sekreciją ir kt. Kalcio koncentracija žmogaus ląstelių citoplazmoje yra apie 10-7 mol. tarpląsteliniuose skysčiuose apie 10 ?3 mol.

Kalcio poreikis priklauso nuo amžiaus. Suaugusiesiems reikalinga paros norma yra nuo 800 iki 1000 miligramų (mg), o vaikams nuo 600 iki 900 mg, o tai labai svarbu vaikams dėl intensyvaus skeleto augimo. Didžioji dalis kalcio, patenkančio į žmogaus organizmą su maistu, yra pieno produktuose, likusio kalcio gaunama iš mėsos, žuvies, kai kurių augalinių produktų (ankštiniuose augaluose ypač daug). Absorbcija vyksta tiek storojoje, tiek plonojoje žarnoje ir yra palengvinama rūgštinė aplinka, vitaminas D ir vitaminas C, laktozė, nesočiosios riebalų rūgštys. Magnio vaidmuo kalcio apykaitoje yra svarbus dėl jo trūkumo, kalcis „išplaunamas“ iš kaulų ir nusėda į inkstus (inkstų akmenis) ir raumenis.

Aspirinas, oksalo rūgštis ir estrogenų dariniai trukdo kalcio pasisavinimui. Kartu su oksalo rūgštimi kalcis gamina vandenyje netirpius junginius, kurie yra inkstų akmenų sudedamosios dalys.

Dėl daugybės su juo susijusių procesų kalcio kiekis kraujyje yra tiksliai reguliuojamas, o tinkamai maitinantis, jo trūkumas neatsiranda. Ilgai nesilaikant dietos gali atsirasti mėšlungis, sąnarių skausmas, mieguistumas, augimo sutrikimai ir vidurių užkietėjimas. Gilesnis trūkumas sukelia nuolatinius raumenų mėšlungį ir osteoporozę. Piktnaudžiavimas kava ir alkoholiu gali sukelti kalcio trūkumą, nes dalis jo išsiskiria su šlapimu.

Per didelės kalcio ir vitamino D dozės gali sukelti hiperkalcemiją, o vėliau intensyvų kaulų ir audinių kalcifikaciją (daugiausia paveikiančią šlapimo sistemą). Ilgalaikis perteklius sutrikdo raumenų ir nervų audinių veiklą, padidina kraujo krešėjimą ir sumažina cinko pasisavinimą kaulų ląstelėse. Didžiausia saugi paros dozė suaugusiam žmogui yra 1500–1800 miligramų.

Produktai Kalcis, mg/100 g

Sezamas 783

Dilgėlė 713

Miškinė dedešva 505

Didelis gyslotis 412

Galinsoga 372

Sardinės aliejuje 330

Ivy budra 289

Šuo rožė 257

Migdolas 252

Gysločių lanceolis. 248

Lazdyno riešutas 226

Amarantų sėklos 214

Vandens rėžiai 214

Sausos sojos pupelės 201

Vaikams iki 3 metų - 600 mg.

Vaikai nuo 4 iki 10 metų - 800 mg.

Vaikai nuo 10 iki 13 metų - 1000 mg.

Paaugliams nuo 13 iki 16 metų - 1200 mg.

Jaunimas 16 metų ir vyresnis - 1000 mg.

Suaugusiesiems nuo 25 iki 50 metų - nuo 800 iki 1200 mg.

Nėščioms ir žindančioms moterims - nuo 1500 iki 2000 mg.

Išvada

Kalcis yra vienas gausiausių elementų Žemėje. Gamtoje jo yra labai daug: iš kalcio druskų susidaro kalnų grandinės ir molio uolienos, randama jūros ir upių vandenyje, yra augalų ir gyvūnų organizmų dalis.

Kalcis nuolat supa miestiečius: beveik visose pagrindinėse statybinėse medžiagose – betone, stikle, plytose, cemente, kalkėse – šio elemento yra nemažai.

Natūralu, kad turėdamas tokias chemines savybes, kalcis negali egzistuoti laisvoje būsenoje gamtoje. Tačiau kalcio junginiai – tiek natūralūs, tiek dirbtiniai – įgijo itin didelę reikšmę.

Nuorodos

1. Redakcinė kolegija: Knunyants I. L. (vyr. redaktorius) Cheminė enciklopedija: 5 tomai - Maskva: Sovietų enciklopedija, 1990. - T. 2. - P. 293. - 671 p.

2. Doroninas. N.A. Calcium, Goskhimizdat, 1962. 191 p. su iliustracijomis.

3. Docenko VA. - Gydomoji ir profilaktinė mityba. - Klausimas. mityba, 2001 - N1-p.21-25

4. Bilezikian J. P. Kalcio ir kaulų metabolizmas // In: K. L. Becker, ed.

www.e-ng.ru

Mokslo pasaulis

Kalcis yra periodinės cheminių elementų lentelės 4 grupės pagrindinio II pogrupio metalinis elementas. Jis priklauso šarminių žemių metalų šeimai. Išoriniame kalcio atomo energijos lygyje yra 2 suporuoti s-elektronai

Kurį jis sugeba energingai duoti kada cheminės sąveikos. Taigi kalcis yra reduktorius ir jo junginiuose jo oksidacijos laipsnis yra +2. Gamtoje kalcis randamas tik druskų pavidalu. Masės dalis kalcio žemės plutoje – 3,6 proc. Pagrindinis natūralus kalcio mineralas yra kalcitas CaCO3 ir jo atmainos – kalkakmenis, kreida, marmuras. Taip pat yra gyvų organizmų (pavyzdžiui, koralų), kurių pagrindą daugiausia sudaro kalcio karbonatas. Taip pat svarbūs kalcio mineralai yra dolomitas CaCO3 MgCO3, fluoritas CaF2, gipsas CaSO4 2h3O, apatitas, lauko špatas ir kt. Kalcis vaidina svarbų vaidmenį gyvų organizmų gyvenime. Kalcio masės dalis žmogaus organizme yra 1,4-2%. Tai yra dantų, kaulų, kitų audinių ir organų dalis, dalyvauja kraujo krešėjimo procese, skatina širdies veiklą. Norint aprūpinti organizmą pakankamu kiekiu kalcio, būtinai reikėtų vartoti pieną ir pieno produktus, žalias daržoves, žuvį. Paprasta medžiaga kalcis yra tipiškas sidabriškai baltas metalas. Jis gana kietas, plastiškas, jo tankis 1,54 g/cm3, o lydymosi temperatūra 842? C. Chemiškai kalcis yra labai aktyvus. Normaliomis sąlygomis jis lengvai sąveikauja su ore esančiu deguonimi ir drėgme, todėl laikomas hermetiškai uždarytuose induose. Kaitinamas ore, kalcis užsidega ir susidaro oksidas: 2Ca + O2 = 2CaO Kaitinamas kalcis reaguoja su chloru ir bromu, o šaltyje su fluoru. Šių reakcijų produktai yra atitinkami halogenidai, pvz.: Ca + Cl2 = CaCl2 Kaitinant su siera, susidaro kalcio sulfidas: Ca + S = CaS Sąveika su vandeniu veda prie mažai tirpaus kalcio hidroksido susidarymo ir vandenilio dujų išsiskyrimo :Ca + 2h3O = Ca (OH) 2 + h3 Kalcio metalas yra plačiai naudojamas. Jis naudojamas kaip rozetė plieno ir lydinių gamyboje bei kaip reduktorius kai kurių ugniai atsparių metalų gamyboje.

Kalcis gaunamas išlydyto kalcio chlorido elektrolizės būdu. Taigi kalcį pirmą kartą 1808 metais gavo Humphry Davy.

worldofscience.ru