Про кальцій. Кальцій

КАЛЬЦІЙ, Ca (від лат. Calx, рід. відмінок calcis - вапно *. а. calcium; н. Kalzium; ф. calcium; і. calcio), - хімічний елемент II групи періодичної системиМенделєєва, атомний номер 20, атомна маса 40,08. Складається з шести стабільних ізотопів: 40 Ca (96,97%), 42 Ca (0,64%), 43 Ca (0,145%), 44 Ca (2,06%), 46 Ca (0,0033%) та 48 Ca (0,185%). Відкритий англійським хіміком Г. Деві у 1808.

Отримання та застосування

Отримують металевий кальцій двома методами: електроліз розплаву CaCl 2 з використанням мідно-кальцієвого анода отримують сплав Ca - Cu (~65% Ca), з якого у вакуумі при 950-1000°С відганяють Ca; при прожарюванні суміші CaO і порошкоподібного Al при 1200°З вакуумі виділяються по реакції 6CaO+2Al=3CaOAl 2 Про 3 +3Ca пари кальцію конденсують на холодній поверхні.

Металевий кальцій знаходить застосування для отримання антифрикційних сплавів Pb — Na — Ca; сплав Pb - Ca використовується для виготовлення оболонки електричних кабелів. Кальцій застосовується також як відновник U, Th, Cr, V, Zr та рідкісноземельних елементів з їх оксидів або галогенідів, для видалення сірки з нафтопродуктів, зневоднення органічних розчинників, як поглинач в електровакуумних приладах та ін.

У таблиці Менделєєва описані різні елементи. Кожен елемент має безліч властивостей, які застосовуються у виробництві, медицині та повсякденному житті. Серед інших елементів є і кальцій, який грає величезну рольу нашому житті. Проте чи кожна людина розуміє, що таке кальцій.

Розглянемо докладніше усі ці питання.

Хімічний елемент кальцію

У таблиці Менделєєва кальцій позначається значком "Са" і знаходиться в головній підгрупі другої групи четвертого періоду таблиці. Кальцій є м'яким металом сріблясто-білого кольору, що хімічно активний.

Назва кальцію походить з латинської мови. Назва латинською означає «вапно, м'який камінь». Кальцій став відомий у 1808 році, коли англійський хімік Хемфрі Деві виділив цю речовину.

Де зустрічається кальцій

Кальцій не зустрічається у вільному вигляді у природі через свою хімічну активність. У природі можна знайти тільки сполуки, що містять кальцій:

• У вигляді ізотопів, яких у природі лише шість штук. Шостий ізотоп кальцію менш стабільний та дуже рідкісний.
• У мінералах та гірських породах. Найчастіше кальцій зустрічається у складі мінералу кальциту (вапно, крейда) або кристалічного кальциту, який називають мармуром.
• В воді. Кальцій та магній у воді визначають жорсткість води.
• У земній корі. Через свою хімічну активність кальцій мігрує та накопичується в різних місцях. Кальцій утворює 385 мінералів, займаючи четверте місце серед елементів за кількістю мінералів, що утворюються.
• У біосфері. Достатньо велика кількістькальцію завжди є в організмах живих істот і виконує значну роль у регуляції життєдіяльності. Кальцій присутній у кістках, панцирах, яєчної шкаралупи, раковинах та ін.

Як видно, кальцій є важливим елементом у нашому житті. Розглянемо докладніше його властивості.

Властивості кальцію

У промисловості часто використовують саме Хімічні властивостікальцію:

• Кальцій легко з'єднується та взаємодіє з киснем, вуглекислим газом та вологим повітрям. Саме тому кальцій у лабораторії зберігають у закритому боксі під шаром гасу або парафіну, щоб уникнути взаємодії з довкіллямта псуванням матеріалу.
• Кальцій активно взаємодіє із водою, з активними неметалами.
• З менш активними елементами неметалевого походження кальцій взаємодіє лише за нагріванні. При цьому, якщо таке з'єднання помістити у воду, воно розпадається. Тому нерідко під земною корою утворюються величезні порожні порожнини.
• Якщо у воді присутній гідрокарбонат кальцію, то при кип'ятінні води він розпадається і з'являється осад, який ми називаємо накипом.

Де використовують кальцій

Виходячи з цих властивостей кальцій застосовують:

1. У промисловості для одержання чистих металів завдяки реакції відновлення. Кальцій також застосовується для отримання металів, що важко відновлюються на кшталт хрому, урану і торію.
2. В електроніці, де метал кальцію зі свинцем застосовують в акумуляторах.
3. Кальцій відмінно підходить для отримання нових елементів таблиці Менделєєва завдяки своєму важкому ізотопу, який є дуже стійким.
4. Кальцій знаходиться в скелеті та зубах, тому без нього ці біологічні конструкції стають ламкими та руйнуються. Тому кальцій застосовується в медицині та харчовій промисловості при створенні спеціальних таблеток, що містять невеликі дози кальцію, що здатний засвоїтись організмом. Крім цього кальцій регулює безліч інших функцій організму та відіграє величезну роль у життєдіяльності.

Але все це було б неможливо, якби кальцій не змогли отримати у чистому вигляді.

ВИЗНАЧЕННЯ

Кальцій- 20-ий елемент Періодичної таблиці. Позначення – Ca від латинського «calcium». Розташований у четвертому періоді, ІІА групі. Належить до металів. Заряд ядра дорівнює 20.

Кальцій належить до найпоширеніших у природі елементів. У земній корі його міститься приблизно 3% (мас.). Він зустрічається у вигляді численних відкладень вапняків та крейди, а також мармуру, які є природними різновидами карбонату кальцію CaCO 3 . У великих кількостях зустрічаються також гіпс CaSO 4 ×2H 2 O, фосфорит Ca 3 (PO 4) 2 і, нарешті, різні силікати, що містять кальцій.

У вигляді простої речовини кальцій є ковким, досить твердим металом білого кольору (рис.1). На повітрі швидко покривається шаром оксиду, а при нагріванні згоряє яскравим червоним полум'ям. З холодною водоюкальцій реагує порівняно повільно, але з гарячої водишвидко витісняє водень, утворюючи гідроксид.

Мал. 1. Кальцій. Зовнішній вигляд.

Атомна та молекулярна маса кальцію

Відносна молекулярна маса речовини (M r) - це число, що показує, у скільки разів маса даної молекули більша за 1/12 маси атома вуглецю, а відносна атомна маса елемента (A r) — у скільки разів середня маса атомів хімічного елемента більша за 1/12 маси атома вуглецю

Оскільки у вільному стані кальцій існує у вигляді одноатомних молекул Ca, значення його атомної та молекулярної мас збігаються. Вони дорівнюють 40,078.

Ізотопи кальцію

Відомо, що в природі кальцій може бути у вигляді чотирьох стабільних ізотопів 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca і 48 Ca, з явним переважанням ізотопу 40 Ca (99,97%). Їхні масові числа дорівнюють 40, 42, 43, 44, 46 і 48 відповідно. Ядро атома ізотопу кальцію 40 Ca містить двадцять протонів і двадцять нейтронів, інші ізотопи відрізняються від нього лише числом нейтронів.

Існують штучні ізотопи кальцію з масовими числами від 34 до 57, серед яких найбільш стабільним є 41 Ca з періодом напіврозпаду рівним 102 тисячі років.

Іони кальцію

На зовнішньому енергетичному рівні атома кальцію є два електрони, які є валентними:

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

Через війну хімічного взаємодії кальцій віддає свої валентні електрони, тобто. є їх донором, і перетворюється на позитивно заряджений іон:

Ca 0 -2e → Ca 2+ .

Молекула та атом кальцію

У вільному стані кальцій існує як одноатомних молекул Ca. Наведемо деякі властивості, що характеризують атом та молекулу кальцію:

Сплави кальцію

Кальцій є легуючим компонентом деяких свинцевих сплавів.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Історія кальцію

Кальцій був відкритий в 1808 році Хемфрі Деві, який шляхом електролізу гашеного вапна і оксиду ртуті отримав амальгаму кальцію, в результаті процесу вигонки ртуті з якої і залишився метал, що отримав назву кальцію.Латиною вапнозвучить як calx, саме ця назва була обрана англійським хіміком для відкритої речовини.

Кальцій є елементом головної підгрупи II групи IV періоду періодичної системи хімічних елементівД.І. Менделєєва, має атомний номер 20 і атомну масу 40,08. Прийняте позначення – Ca (від латинського – Calcium).

Фізичні та хімічні властивості

Кальцій є хімічно активним м'яким лужним металомсріблясто-білого кольору. Через взаємодію з киснем і вуглекислим газом поверхня металу тьмяніє, тому кальцій потребує особливого режиму зберігання. обов'язковому порядкущільно закрита ємність, в якій метал заливають шаром рідкого парафіну або гасу.

Кальцій - найбільш відомий з необхідних людинімікроелементів, добова потреба у ньому становить від 700 до 1500 мг для здорової дорослої людини, але вона збільшується під час вагітності та лактації, це потрібно враховувати та отримувати кальцій у вигляді препаратів.

Знаходження у природі

Кальцій має дуже високу хімічну активність, тому у вільному (чистому) вигляді не зустрічається у природі. Тим не менш, є п'ятим за поширеністю в земній корі, у вигляді сполук є в осадових (вапняк, крейда) та гірських породах (граніт), багато кальцію містить польовий шпат анорит.

У живих організмах поширений досить широко, його наявність виявлено в рослинах, організмах тварин і людини, де він присутній, в основному, у складі зубів та кісткової тканини.

Засвоюваність кальцію

Перешкодою для нормального засвоєння кальцію з харчових продуктівє вживання в їжу вуглеводів у вигляді солодощів та лугів, що нейтралізують соляну кислоту шлунка, необхідну для розчинення кальцію. Процес засвоєння кальцію досить складний, тому іноді недостатньо отримувати його тільки з їжею, потрібний додатковий прийом мікроелемента.

Взаємодія з іншими

Для поліпшення всмоктування кальцію в кишечнику необхідний, який має властивість полегшувати процес засвоєння кальцію. При прийомі кальцію (у вигляді добавок) в процесі їжі відбувається блокування всмоктування, але прийом препаратів кальцію окремо від їжі не впливає на цей процес.

Майже весь кальцій організму (від 1 до 1,5 кг) знаходиться у кістках та зубах. Кальцій бере участь у процесах збудливості нервової тканини, скоротливості м'язів, процесах згортання крові, входить до складу ядра і мембран клітин, клітинних і тканинних рідин, має антиалергічну та протизапальну дію, запобігає ацидозу, активує ряд ферментів і гормонів. Кальцій також бере участь у регуляції проникності клітинних мембран, має дію, протилежну.

Ознаки нестачі кальцію

Ознаками нестачі кальцію в організмі є такі, на перший погляд, не пов'язані між собою симптоми:

• знервованість, погіршення настрою;
• прискорене серцебиття;
• судоми, оніміння кінцівок;
• уповільнення зростання та дітей;
• підвищений артеріальний тиск;
• розшарування та ламкість нігтів;
• біль у суглобах, зниження «больового порога»;
• рясні менструації.

Причини нестачі кальцію

Причинами нестачі кальцію можуть бути незбалансовані дієти (особливо голодування), низький вміст кальцію в їжі, куріння і захоплення кавою та кофеїнсодержащими напоями, дисбактеріоз, хвороби нирок, щитовидної залози, вагітність, періоди лактації та менопаузи

Надлишок кальцію, який може виникнути при надмірному вживанні молочних продуктів або неконтрольованому прийомі препаратів, характеризується сильною спрагою, нудотою, блюванням, втратою апетиту, слабкістю та посиленим сечовиділенням.

Застосування кальцію у житті

Кальцій знайшов застосування в металотермічному одержанні урану, у вигляді природних сполук використовується як сировина для виробництва гіпсу та цемент, як засіб дезінфекції (усім відома) хлорка).