Все про кальций. Кальций

КАЛЬЦИЙ, Ca (от лат. Calx, род. падеж calcis — известь *. а. calcium; н. Kalzium; ф. calcium; и. calcio), — химический элемент II группы периодической системы Менделеева , атомный номер 20, атомная масса 40,08. Состоит из шести стабильных изотопов: 40 Ca (96,97%), 42 Ca (0,64%), 43 Ca (0,145%), 44 Ca (2,06%), 46 Ca (0,0033%) и 48 Ca (0,185%). Открыт английским химиком Г. Дэви в 1808.

Получение и применение

Получают металлический кальций двумя методами: электролизом расплава CaCl 2 с использованием медно-кальциевого анода получают сплав Ca — Cu (~65% Ca), из которого в вакууме при 950-1000°С отгоняют Ca; при прокаливании смеси CaO и порошкообразного Al при 1200°С в вакууме выделяющиеся по реакции 6CaO+2Al=3CaOAl 2 О 3 +3Ca пары кальция конденсируют на холодной поверхности.

Металлический кальций находит применение при получении антифрикционных сплавов Pb — Na — Ca; сплав Pb — Ca используется для изготовления оболочки электрических кабелей. Кальций применяется также в качестве восстановителя U, Th, Cr, V, Zr и редкоземельных элементов из их оксидов или галогенидов, для удаления серы из нефтепродуктов, обезвоживания органических растворителей, в качестве поглотителя в электровакуумных приборах и др.

В таблице Менделеева описаны различные элементы. Каждый элемент имеет множество свойств, которые применяются в производстве, медицине и повседневной жизни. Среди прочих элементов находится и кальций, который играет огромную роль в нашей жизни. Однако не каждый человек понимает, что такое кальций.

Рассмотрим подробнее все эти вопросы.

Химический элемент кальций

В таблице Менделеева кальций обозначается значком «Са» и находится в главной подгруппе второй группы четвертого периода таблицы. Кальций является мягким металлом серебристо-белого цвета, который химически активен.

Название кальция происходит из латинского языка. Название на латинском языке означает «известь, мягкий камень». Кальций стал известен в 1808 году, когда английский химик Хэмфри Дэви выделил это вещество.

Где встречается кальций

Кальций не встречается в свободном виде в природе из-за своей химической активности. В природе можно найти только соединения содержащие кальций:

• В виде изотопов, которых в природе всего шесть штук. Шестой изотоп кальция менее стабильный и очень редкий.
• В минералах и горных породах. Чаще всего кальций встречается в составе минерала кальцита (известь, мел) или кристаллического кальцита, который называют мрамором.
• В воде. Кальций и магний в воде определяют жесткость воды.
• В земной коре. Из-за своей химической активности кальций мигрирует и накапливается в различных местах. Кальций образует 385 минералов, занимая четвертое место среди элементов по количеству образующихся минералов.
• В биосфере. Достаточно большое количество кальция всегда присутствует в организмах живых существ и выполняет значительную роль в регуляции жизнедеятельности. Кальций присутствует в костях, панцирях, яичной скорлупе, раковинах и др.

Как видно, кальций является важным элементов в нашей жизни. Рассмотрим подробнее его свойства.

Свойства кальция

В промышленности часто используют именно химические свойства кальция:

• Кальций легко соединяется и взаимодействует с кислородом, углекислым газом и влажным воздухом. Именно поэтому кальций в лаборатории хранят в закрытом боксе под слоем керосина или парафина, чтобы избежать взаимодействия с окружающей средой и порчей материала.
• Кальций активно взаимодействует с водой, с активными неметаллами.
• С менее активными элементами неметаллического происхождения кальций взаимодействует только при нагревании. При этом, если такое соединение поместить в воду, то оно распадается. Поэтому нередко под земной корой образуются гигантские пустые полости.
• Если в воде присутствует гидрокарбонат кальция, то при кипячении воды он распадается и появляется осадок, который мы называем накипью.

Где используют кальций

Исходя из этих свойств кальций применяют:

1. В промышленности для получения чистых металлов благодаря реакции восстановления. Кальций также применяется для получения трудно восстанавливаемых металлов вроде хрома, урана и тория.
2. В электронике, где сплав кальция со свинцом применяют в аккумуляторах.
3. Кальций отлично подходит для получения новых элементов таблицы Менделеева благодаря своему тяжелому изотопу, который очень устойчив.
4. Кальций находится в скелете и зубах, поэтому без него эти биологические конструкции становятся ломкими и разрушаются. Поэтому кальций применяется в медицине и пищевой промышленности при создании специальных таблеток, содержащих небольшие дозы кальция, который способен усвоиться организмом. Помимо этого кальций регулирует множество других функций организма и играет огромную роль в жизнедеятельности.

Но все это было бы невозможно, если бы кальций не смогли получить в чистом виде.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Кальций - двадцатый элемент Периодической таблицы. Обозначение - Ca от латинского «calcium». Расположен в четвертом периоде, IIА группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 20.

Кальций принадлежит к числу самых распространенных в природе элементов. В земной коре его содержится приблизительно 3% (масс.). Он встречается в виде многочисленных отложений известняков и мела, а также мрамора, которые представляют собой природные разновидности карбоната кальция CaCO 3 . В больших количествах встречаются также гипс CaSO 4 ×2H 2 O, фосфорит Ca 3 (PO 4) 2 и, наконец, различные содержащие кальций силикаты.

В виде простого вещества кальций представляет собой ковкий, довольно твердый металл белого цвета (рис.1). На воздухе быстро покрывается слоем оксида, а при нагревании сгорает ярким красноватым пламенем. С холодной водой кальций реагирует сравнительно медленно, но из горячей воды быстро вытесняет водород, образуя гидроксид.

Рис. 1. Кальций. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса кальция

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии кальций существует в виде одноатомных молекул Ca, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 40,078.

Изотопы кальция

Известно, что в природе кальций может находиться в виде четырех стабильных изотопов 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca и 48 Ca, с явным преобладанием изотопа 40 Ca (99,97%). Их массовые числа равны 40, 42, 43, 44, 46 и 48 соответственно. Ядро атома изотопа кальция 40 Ca содержит двадцать протонов и двадцать нейтронов, а остальные изотопы отличаются от него только числом нейтронов.

Существуют искусственные изотопы кальция с массовыми числами от 34-х до 57-ми, среди которых наиболее стабильным является 41 Ca с периодом полураспада равным 102 тысячи лет.

Ионы кальция

На внешнем энергетическом уровне атома кальция имеется два электрона, которые являются валентными:

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

В результате химического взаимодействия кальций отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Ca 0 -2e → Ca 2+ .

Молекула и атом кальция

В свободном состоянии кальций существует в виде одноатомных молекул Ca. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу кальция:

Сплавы кальция

Кальций служит легирующим компонентом некоторых свинцовых сплавов.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

История кальция

Кальций был открыт в 1808 году Хэмфри Дэви, который путём электролиза гашеной извести и оксида ртути получил амальгаму кальция, в результате процесса выгонки ртути из которой и остался металл, получивший название кальций. На латыни известь звучит как calx , именно это название и было выбрано английским химиком для открытого вещества.

Кальций является элементом главной подгруппы II группы IV периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 20 и атомную массу 40,08. Принятое обозначение - Ca (от латинского - Calcium).

Физические и химические свойства

Кальций является химически активным мягким щелочным металлом серебристо-белого цвета. Из-за взаимодействия с кислородом и углекислым газом поверхность металла тускнеет, поэтому кальций нуждается в особом режиме хранения - в обязательном порядке плотно закрытая ёмкость, в которой металл заливают слоем жидкого парафина или керосина.

Кальций - наиболее известный из необходимых человеку микроэлементов, суточная потребность в нём составляет от 700 до 1500 мг для здорового взрослого человека, но она увеличивается во время беременности и лактации, это нужно учитывать и получать кальций в виде препаратов.

Нахождение в природе

Кальций имеет очень высокую химическую активность, поэтому в свободном (чистом) виде не встречается в природе. Тем не менее, является пятым по распространённости в земной коре, в виде соединений имеется в осадочных (известняк, мел) и горных породах (гранит), много кальция содержит полевой шпат анорит.

В живых организмах распространён достаточно широко, его наличие обнаружено в растениях, организмах животных и человека, где он присутствует, в основном, в составе зубов и костной ткани.

Усвояемость кальция

Препятствием для нормального усвоения кальция из пищевых продуктов является употребление в пищу углеводов в виде сладостей и щелочей, которые нейтрализуют соляную кислоту желудка, необходимую для растворения кальция. Процесс усвоения кальция достаточно сложен, поэтому иногда недостаточно получать его только с пищей, необходим дополнительный приём микроэлемента.

Взаимодействие с другими

Для улучшения всасывания кальция в кишечнике необходим , который имеет свойство облегчать процесс усвоения кальция. При приёме кальция (в виде добавок) в процессе еды происходит блокировка всасывания , но приём препаратов кальция отдельно от пищи никак не влияет на этот процесс.

Почти весь кальций организма (от 1 до 1,5 кг) находится в костях и зубах. Кальций участвует в процессах возбудимости нервной ткани, сократимости мышц, процессах свертываемости крови, входит в состав ядра и мембран клеток, клеточных и тканевых жидкостей, обладает антиаллергическим и противовоспалительным действием, предотвращает ацидоз, активирует ряд ферментов и гормонов. Кальций также участвует в регуляции проницаемости клеточных мембран, оказывает действие, противоположное .

Признаки нехватки кальция

Признаками нехватки кальция в организме являются такие, на первый взгляд, не связанные между собой симптомы:

• нервозность, ухудшение настроения;
• учащённое сердцебиение;
• судороги, онемение конечностей;
• замедление роста и детей;
• повышенное артериальное давление;
• расслоение и ломкость ногтей;
• боль в суставах, понижение «болевого порога»;
• обильные менструации.

Причины нехватки кальция

Причинами нехватки кальция могут служить несбалансированные диеты (особенно голодания), низкое содержание кальция в пище, курение и увлечение кофе и кофеинсодержащими напитками, дисбактериоз, болезни почек, щитовидной железы, беременность, периоды лактации и менопаузы.

Избыток кальция, который может возникнуть при чрезмерном употреблении молочных продуктов или неконтролируемом приёме препаратов, характеризуется сильной жаждой, тошнотой, рвотой, потерей аппетита, слабостью и усиленным мочеотделением.

Применение кальция в жизни

Кальций нашёл применение в металлотермическом получении урана, в виде природных соединений используется как сырьё для производства гипса и цемент, как средство дезинфекции (всем известная хлорка ).