Calciul și rolul său în umanitate

Aplicarea calciului metalic

Aplicarea compușilor de calciu

Calciul este un element al principalului subgrup al celui de-al doilea grup, cea de-a patra perioadă a Sistemului Periodic de Elemente Chimice a DI Mendeleev, cu numărul atomic 20. Acesta este notat cu simbolul Ca (Latin Calcium). O substanță simplă de calciu (numărul CAS: 7440-70-2) este un pământ alcalin moale, reactiv, de culoare alb-argintiu.







În ciuda prevalenței pe scară largă a elementului 20, chiar chimisti și nu toți au văzut calciu elementar. Dar acest metal și în exterior și în comportament este destul de diferit de metale alcaline, comunicarea cu care este plină de pericolul de incendii și arsuri. Poate fi depozitat în siguranță în aer, nu este aprins de apă. Proprietățile mecanice ale calciului elementar nu o fac o "cioară albă" în familia de metale: în rezistența și duritatea calciului depășește multe dintre ele; poate fi șlefuit pe un strung, tras într-un fir, forjat, presat.

Și totuși, ca material structural, calciul elementar nu este aproape folosit. Pentru a face acest lucru, este prea activ. Calciul reacționează cu ușurință cu oxigen, sulf, halogeni. Chiar și cu azot și hidrogen, în anumite condiții, reacționează. Mediul cu oxizi de carbon, care este inert pentru majoritatea metalelor, este agresiv pentru calciu. Se arde într-o atmosferă de CO și CO2.

Istoria și originea numelui

Numele elementului este de la lat. calx (în caz genitiv calcis) - "var", "piatră moale". A fost propusă de chimistul englez Humphrey Davy, care în 1808 a izolat metoda electrolitică de calciu metalic. Davy a electrolizat un amestec de var stins cu oxid de mercur HgO pe o placă platină, care era un anod. Catodul era un cablu de platină scufundat în mercur lichid. Ca urmare a electrolizei, a fost obținut amalgam de calciu. După îndepărtarea mercurului, Davy a primit un metal numit calciu.

Componenții de calciu - calcar, marmură, gips (precum și varul - un produs de prăjire de calcar) au fost utilizați în industria construcțiilor cu mai multe mii de ani în urmă. Până la sfârșitul secolului al XVIII-lea, chimiștii consideră că varul este un corp simplu. În 1789, A. Lavoisier a sugerat că var, magnezie, bariți, alumină și silice sunt substanțe complexe.

Fiind în natură

Datorită activității chimice ridicate, calciul în formă liberă nu se găsește în natură.

Calciul reprezintă 3,38% din masa crustă a pământului (a 5-a în ceea ce privește prevalența după oxigen, siliciu, aluminiu și fier).

Izotopi. Calciul se găsește în natură ca un amestec de șase izotopi: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca și 48Ca, dintre care cel mai frecvent - 40Ca - este 96,97%.

Dintre cele șase izotopi calci de calciu, cinci sunt stabile. Al șaselea izotop 48Ca, cel mai greu dintre cele șase, și foarte rare (abundența sa naturală este de doar 0,187%), așa cum a fost descoperit recent, se confruntă cu dezintegrarea beta dubla cu un timp de înjumătățire de 5,3 # 63 1019 ani.

În roci și minerale. Majoritatea calciului conținut în compoziția de silicați și aluminosilicați de diferite roci (granit, gnais, etc ...), în special în feldspat - anortit Ca [Al2Si2O8].

Sub formă de roci sedimentare, compușii de calciu sunt reprezentați de cretă și calcar, constând în principal din calcit mineral (CaCO3). Forma cristalină a marmurei calcit-este mult mai puțin obișnuită în natură.

minerale de calciu, mai degrabă pe scară largă, cum ar fi calcit CaCO3, anhidrit CaSO4, CaSO4 · ipsos 0,5H2O și CaSO4 gips · 2H2O, CaF2 Fluorita, apatit Ca5 (PO4) 3 (F, CI, OH), dolomita MgCO3 · CaCO3. Prezența sărurilor de calciu și magneziu în apă naturală determină rigiditatea acesteia.

Calciul, care migrează energic în scoarța pământului și se acumulează în diferite sisteme geochimice, formează 385 de minerale (a patra cea mai mare din punct de vedere al numărului de minerale).

Migrația în scoarța Pământului. În migrația naturală a calciului, un rol important îl are "echilibrul carbonat" asociat cu reacția reversibilă a interacțiunii carbonatului de calciu cu apă și dioxidul de carbon pentru a forma bicarbonat solubil:

CaCO3 + H2O + CO2 # 45; Ca (HCO3) 2 # 45; Ca2 + + 2HC03-

(echilibrul se deplasează spre stânga sau spre dreapta, în funcție de concentrația dioxidului de carbon).

metal liber de calciu obținut prin electroliza unei topituri constând din CaCl2 (75-80%) și KCl sau CaCl2 și CaF2 și reducerea CaO aluminotermie când 1,170--1200 ° C:

4CaO + 2Al = CaAl2O4 + 3Ca.

Calciul metalic există în două modificări alotrope. Până la 443 ° C este stabilă -Ca cu o latură cubică orientată pe față (parametru a = 0,558 nm), mai stabilă - Cu o structură cubică centrată de tip # 63; -Fe (parametrul a = 0,448 nm). Entalpie standard Tranziția H0 # 63;> # 63; este de 0,93 kJ / mol.

Calciul este un metal tipic alcalino-pământos. Activitatea chimică a calciului este ridicată, dar mai mică decât toate celelalte metale alcalino-pământoase. Acesta reacționează ușor cu oxigenul, dioxidul de carbon si umezeala din aer, din cauza căreia suprafața metalică de calciu este de obicei plictisitoare gri in laborator, astfel de calciu este depozitat în mod obișnuit ca și celelalte metale alcalino-pământoase, într-un borcan închis ermetic sub strat de petrol lampant sau parafină lichidă.

Într-o serie de potențiale standard, calciul este situat în stânga hidrogenului. Potențialul standard al electrodului perechii de Ca2 + / Ca0 2,84 V, astfel încât calciul să reacționeze cu apă, dar fără aprindere:

Ca + 2H20 = Ca (OH) 2 + H2 # 94; + Q.

Cu nemetale active (oxigen, clor, brom), calciul reacționează în condițiile obișnuite:







2Ca + 02 = 2CaO, Ca + Br2 = CaBr2.

Când este încălzit în aer sau în oxigen, calciul se aprinde. Cu mai puțin active nemetale (hidrogen, bor, carbon, siliciu, azot, fosfor și altele), calciul reacționează cu încălzire, de exemplu:

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

3Ca + N2 = Ca3N2, Ca + 2C = CaCI2,

fosfură de calciu), fosfurile de calciu CaP și CaP5 sunt de asemenea cunoscute;

(silicid de calciu), siliciurile de calciu ale compozițiilor CaSi, Ca3Si4 și CaSi2 sunt de asemenea cunoscute.

Fluxul reacțiilor de mai sus, ca regulă, este însoțit de eliberarea unei cantități mari de căldură (adică, aceste reacții sunt exoterme). În toți compușii cu nemetalici, gradul de oxidare a calciului este +2. Majoritatea compușilor de calciu cu nemetale se descompun ușor de apă, de exemplu:

CaH2 + 2H20 = Ca (OH) 2 + 2H2 # 94;

Ca3N2 + 3H20 = 3Ca (OH) 2 + 2NH3 # 94;

Ionul de Ca2 + este incolor. Atunci când sărurile de calciu solubile sunt introduse în flacără, flacăra este colorată de cărămidă roșie.

Astfel de săruri de calciu ca clorură de CaCl2, bromură de CaBr2, iodură de CaI2 și azotat de Ca (NO3) 2 sunt ușor solubile în apă. Fluorură insolubilă în apă CaF2, carbonat de CaCO3, sulfat de CaSO4, ortofosfat de Ca3 (PO4) 2, oxalat de CaC2O4 și alții.

De mare importanță este faptul că, spre deosebire de carbonatul de calciu CaCO3, carbonatul de calciu acid (carbonat acidul) Ca (HCO3) 2 în apă este solubil. În natură, acest lucru conduce la următoarele procese. Atunci când ploaia rece sau apa râu, saturată cu dioxid de carbon, pătrunde subteran și cade pe calcar, atunci dizolvarea se observă:

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

În aceleași locuri în care apa saturată cu bicarbonat de calciu ajunge la suprafața pământului și este încălzită de razele soarelui, reacția inversă continuă:

Ca (HCO3) 2 = CaC03 + CO2 # 94; + H2O.

Deci, în natură există un transfer de mase mari de substanțe. Drept urmare, sub pământ se pot forma o scufundare uriașă, iar în peșteri se formează "ghețurile" frumoase de piatră - stalactite și stalagmite.

Prezența bicarbonatului de calciu dizolvat în apă determină în multe feluri duritatea temporară a apei. Se numește temporar deoarece, la apa clocotită, hidrocarburile se descompun și precipită CaCO3. Acest fenomen conduce, de exemplu, la faptul că în cazanul se formează o scală de timp.

Aplicarea calciului metalic

Utilizarea principală a calciului metalic este utilizarea acestuia ca agent reducător în producția de metale, în special de nichel, cupru și oțel inoxidabil. Calciul și hidrura acestuia sunt de asemenea folosite pentru a produce metale dificil de reparat, cum ar fi cromul, toriu și uraniu. Aliajele de calciu cu plumb găsesc utilizarea în baterii și în aliajele lor. Granulele de calciu sunt de asemenea utilizate pentru a elimina urmele de aer provenite de la dispozitivele electrovacuate.

Calciu metalic pur este utilizat pe scară largă în metalotermie în producerea de metale rare.

Calciu pur se utilizează pentru a alipi plumbul, care se duce la fabricarea plăcilor de acumulator, baterii de plumb fără acumulator plumb-acid, cu descărcare automată scăzută. De asemenea, calciul metalic duce la producerea de BKA de calciu de înaltă calitate.

Isotop 48Ca - materialul cel mai eficient și mai popular pentru producerea elementelor superioare și descoperirea de noi elemente ale tabelului periodic. De exemplu, în cazul utilizării ionilor 48Ca pentru a produce elemente supraevaluate pe acceleratoare, nucleele acestor elemente sunt formate de sute și de mii de ori mai eficient decât atunci când se utilizează alte "proiectile" (ioni).

Aplicarea compușilor de calciu

Hidrura de calciu. Încălzirea calciului într-o atmosferă de hidrogen produce CaH2 (hidrură de calciu) utilizată în metalurgie (metaletermie) și producția de hidrogen în câmp.

Materiale optice și laser. Fluorura de calciu (fluorit) este utilizată sub formă de cristale unice în optică (lentile astronomice, lentile, prisme) și ca material laser. Tungstatul de calciu (scheelit) sub formă de cristale singulare este utilizat în tehnologia laser și, de asemenea, ca un scintillator.

Carbură de calciu. CaC2 carbură de calciu este utilizat pe scară largă pentru prepararea acetilenei și reducerea metalelor, precum prepararea cianamida de calciu (carbură de calciu prin încălzire în azot la 1200 ° C, reacția decurge exotermic, se realizează în cuptoare cianamidă).

Surse chimice de curent. Calciul, precum și aliajele sale cu aluminiu și magneziu, sunt utilizate în bateriile termoelectrice de rezervă ca un anod (de exemplu, elementul de calciu-cromat). Cromul de calciu este utilizat în astfel de baterii ca un catod. Particularitatea acestor baterii este o perioadă de depozitare extrem de lungă (decenii) într-o stare adecvată, capacitatea de a funcționa în orice condiții (spațiu, presiuni ridicate), o mare energie specifică în funcție de greutate și volum. Neajuns într-o perioadă scurtă de valabilitate. Astfel de baterii sunt folosite acolo unde este necesar pentru o perioadă scurtă de timp pentru a crea energie electrică colosală (rachete balistice, unele vehicule spațiale etc.).

Materiale refractare. Oxidul de calciu, atât în ​​forma sa liberă, cât și în compoziția amestecurilor de ceramică, este utilizat în producerea materialelor refractare.

Medicamente. Compușii de calciu sunt utilizați pe scară largă ca antihistaminice.

În plus, compușii de calciu sunt introduși în preparate pentru prevenirea osteoporozei, în complexele de vitamine pentru femeile însărcinate și persoanele în vârstă.

Calciul este un macronutrient comun în corpul plantelor, animalelor și oamenilor. În corpul uman și în alte vertebrate, cea mai mare parte este conținută în schelet și dinți sub formă de fosfați. Dintre diferitele forme de carbonat de calciu (var) constau schelete cele mai multe nevertebrate (bureți, corali, moluste, etc.). Ionii de calciu sunt implicați în procesele de coagulare a sângelui, precum și în asigurarea unei presiuni sanguine osmotice constante. Ionii de calciu, de asemenea, servi ca mesageri versatil doua și a reglementa o varietate de procese intracelulare - contracția musculară, exocitoza, inclusiv secretia de hormoni și neurotransmițători etc. Concentrația calciului în citoplasmă celulelor umane este de aproximativ 10 # 63 ;. 7 mol, fluidele intercelulare aproximativ 10 # 63; 3 moli.

Nevoia de calciu depinde de vârstă. Adult aportul zilnic necesar este de la 800 până la 1000 miligrame (mg), iar pentru copiii cuprinse între 600 și la 900 mg, ceea ce este foarte important pentru copii, din cauza creșterii intense a scheletului. Majoritatea calciului care intră în corpul uman cu alimente se găsește în produsele lactate, restul de calciu fiind carnea, peștele și unele produse vegetale (în special cele care conțin leguminoase). Absorbția are loc în intestinul colonului și mici și este facilitată de medii acide, vitamina E și vitamina C, acizi grași nesaturați, lactoza. Rolul important al magneziului din metabolismul calciului prin lipsa de calciu este „spălat“ din oase și depozitate în rinichi (calculi renali) și mușchi.

Asimilarea calciului este împiedicată de aspirină, acid oxalic, derivați de estrogen. Prin combinarea cu acidul oxalic, calciul dă compuși insolubili în apă care sunt componente ale pietrelor la rinichi.

Conținutul de calciu din sânge din cauza numărului mare de procese asociate cu acesta este precis reglementat și, cu o nutriție adecvată, nu există un deficit. Absența prelungită în dietă poate provoca convulsii, dureri articulare, somnolență, defecte de creștere și constipație. Un deficit mai profund duce la crampe musculare permanente și osteoporoză. Abuzul de cafea și alcool poate fi cauza deficitului de calciu, deoarece o parte din acesta este excretată în urină.

Dozele excesive de calciu și vitamina D pot provoca hipercalcemie, urmată de calcificarea intensă a oaselor și a țesuturilor (afectând în principal sistemul urinar). supraabundență lung perturba functionarea muschilor si tesutului nervos, crește coagularea sângelui și reduce digestibilitatea celulelor osoase zinc. Doza maximă zilnică maximă este pentru un adult de la 1500 până la 1800 de miligrame.

Produse Calciu, mg / 100 g

Procurorul forestier 505

Planta mare 412

Sardine în ulei 330







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: