кальций это какой металл

Кальций

Умеренно твёрдый,
серебристо-белый металл

Ка́льций —элемент главной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 20. Обозначается символом Ca (лат. Calcium). Простое вещество кальций (CAS-номер: 7440-70-2) — мягкий, химически активный щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета.

История и происхождение названия

Название элемента происходит от лат. calx (в родительном падеже calcis) — «известь», «мягкий камень». Оно было предложено английским химиком Хэмфри Дэви, в 1808 г. выделившим металлический кальций электролитическим методом. Дэви подверг электролизу смесь влажной гашёной извести с оксидом ртути HgO на платиновой пластине, которая являлась анодом. Катодом служила платиновая проволока, погруженная в жидкую ртуть. В результате электролиза получалась амальгама кальция. Отогнав из неё ртуть, Дэви получил металл, названный кальцием. Соединения кальция — известняк, мрамор, гипс (а также известь — продукт обжига известняка) применялись в строительном деле уже несколько тысячелетий назад. Вплоть до конца XVIII века химики считали известь простым телом. В 1789 году А. Лавуазье предположил, что известь, магнезия, барит, глинозём и кремнезём — вещества сложные.

Нахождение в природе

Из-за высокой химической активности кальций в свободном виде в природе не встречается.

На долю кальция приходится 3,38 % массы земной коры (5-е место по распространенности после кислорода, кремния, алюминия и железа).

Изотопы

Кальций встречается в природе в виде смеси шести изотопов: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca и 48 Ca, среди которых наиболее распространённый — 40 Ca — составляет 96,97 %.

Из шести природных изотопов кальция пять стабильны. Шестой изотоп 48 Ca, самый тяжелый из шести и весьма редкий (его изотопная распространённость равна всего 0,187 %), как было недавно обнаружено, испытывает двойной бета-распад с периодом полураспада 5,3×10 19 лет.

В горных породах и минералах

Большая часть кальция содержится в составе силикатов и алюмосиликатов различных горных пород (граниты, гнейсы и т. п.), особенно в полевом шпате — анортите Ca[Al₂Si₂O₈].

В виде осадочных пород соединения кальция представлены мелом и известняками, состоящими в основном из минерала кальцита (CaCO₃). Кристаллическая форма кальцита — мрамор — встречается в природе гораздо реже.

Довольно широко распространены такие минералы кальция, как кальцит CaCO₃, ангидрит CaSO₄, алебастр CaSO₄·0.5H₂O и гипс CaSO₄·2H₂O, флюорит CaF₂, апатиты Ca₅(PO₄)₃(F,Cl,OH), доломит MgCO₃·CaCO₃. Присутствием солей кальция и магния в природной воде определяется её жёсткость.

Кальций, энергично мигрирующий в земной коре и накапливающийся в различных геохимических системах, образует 385 минералов (четвёртое место по числу минералов).

Миграция в земной коре

В естественной миграции кальция существенную роль играет «карбонатное равновесие», связанное с обратимой реакцией взаимодействия карбоната кальция с водой и углекислым газом с образованием растворимого гидрокарбоната:

(равновесие смещается влево или вправо в зависимости от концентрации углекислого газа).

Огромную роль играет биогенная миграция.

В биосфере

Соединения кальция находятся практически во всех животных и растительных тканях (см. тж. ниже). Значительное количество кальция входит в состав живых организмов. Так, гидроксиапатит Ca₅(PO₄)₃OH, или, в другой записи, 3Ca₃(PO₄)₂·Са(OH)₂ — основа костной ткани позвоночных, в том числе и человека; из карбоната кальция CaCO₃ состоят раковины и панцири многих беспозвоночных, яичная скорлупа и др. В живых тканях человека и животных 1,4-2 % Са (по массовой доле); в теле человека массой 70 кг содержание кальция — около 1,7 кг (в основном в составе межклеточного вещества костной ткани).

Получение

Свободный металлический кальций получают электролизом расплава, состоящего из CaCl₂ (75-80 %) и KCl или из CaCl₂ и CaF₂, а также алюминотермическим восстановлением CaO при 1170—1200 °C:

Свойства

Физические свойства

Металл кальций существует в двух аллотропных модификациях. До 443 °C устойчив α-Ca с кубической гранецентрированной решеткой (параметр а = 0,558 нм), выше устойчив β-Ca с кубической объемно-центрированной решеткой типа α-Fe (параметр a = 0,448 нм). Стандартная энтальпия ΔH 0 перехода α → β составляет 0,93 кДж/моль.

Химические свойства

Кальций — типичный щелочноземельный металл. Химическая активность кальция высока, но ниже, чем всех других щелочноземельных металлов. Он легко взаимодействует с кислородом, углекислым газом и влагой воздуха, из-за чего поверхность металлического кальция обычно тускло серая, поэтому в лаборатории кальций обычно хранят, как и другие щелочноземельные металлы, в плотно закрытой банке под слоем керосина или жидкого парафина.

В ряду стандартных потенциалов кальций расположен слева от водорода. Стандартный электродный потенциал пары Ca 2+ /Ca 0 −2,84 В, так что кальций активно реагирует с водой, но без воспламенения:

С активными неметаллами (кислородом, хлором, бромом) кальций реагирует при обычных условиях:

При нагревании на воздухе или в кислороде кальций воспламеняется. С менее активными неметаллами (водородом, бором, углеродом, кремнием, азотом, фосфором и другими) кальций вступает во взаимодействие при нагревании, например:

3Са + 2Р = Са₃Р₂ (фосфид кальция), известны также фосфиды кальция составов СаР и СаР₅;

2Ca + Si = Ca₂Si (силицид кальция), известны также силициды кальция составов CaSi, Ca₃Si₄ и CaSi₂.

Протекание указанных выше реакций, как правило, сопровождается выделением большого количества теплоты (то есть эти реакции — экзотермические). Во всех соединениях с неметаллами степень окисления кальция +2. Большинство из соединений кальция с неметаллами легко разлагается водой, например:

Ион Ca 2+ бесцветен. При внесении в пламя растворимых солей кальция пламя окрашивается в кирпично-красный цвет.

Важное значение имеет то обстоятельство, что, в отличие от карбоната кальция СаСО₃, кислый карбонат кальция (гидрокарбонат) Са(НСО₃)₂ в воде растворим. В природе это приводит к следующим процессам. Когда холодная дождевая или речная вода, насыщенная углекислым газом, проникает под землю и попадает на известняки, то наблюдается их растворение:

В тех же местах, где вода, насыщенная гидрокарбонатом кальция, выходит на поверхность земли и нагревается солнечными лучами, протекает обратная реакция:

Так в природе происходит перенос больших масс веществ. В результате под землей могут образоваться огромные провалы, а в пещерах образуются красивые каменные «сосульки» — сталактиты и сталагмиты.

Наличие в воде растворенного гидрокарбоната кальция во многом определяет временную жёсткость воды. Временной её называют потому, что при кипячении воды гидрокарбонат разлагается, и в осадок выпадает СаСО₃. Это явление приводит, например, к тому, что в чайнике со временем образуется накипь.

Применение

Применение металлического кальция

Главное применение металлического кальция — это использование его как восстановителя при получении металлов, особенно никеля, меди и нержавеющей стали. Кальций и его гидрид используются также для получения трудновосстанавливаемых металлов, таких, как хром, торий и уран. Сплавы кальция со свинцом находят применение в аккумуляторных батареях и подшипниковых сплавах. Кальциевые гранулы используются также для удаления следов воздуха из электровакуумных приборов.

Металлотермия

Чистый металлический кальций широко применяется в металлотермии при получении редких металлов.

Легирование сплавов

Чистый кальций применяется для легирования свинца, идущего на изготовление аккумуляторных пластин, необслуживаемых стартерных свинцово-кислотных аккумуляторов с малым саморазрядом. Также металлический кальций идет на производство качественных кальциевых баббитов БКА.

Ядерный синтез

Изотоп 48 Ca — наиболее эффективный и употребительный материал для производства сверхтяжёлых элементов и открытия новых элементов таблицы Менделеева. Например, в случае использования ионов 48 Ca для получения сверхтяжёлых элементов на ускорителях ядра этих элементов образуются в сотни и тысячи раз эффективней, чем при использовании других «снарядов» (ионов).

Применение соединений кальция

Гидрид кальция

Нагреванием кальция в атмосфере водорода получают CaH₂ (гидрид кальция), используемый в металлургии (металлотермии) и при получении водорода в полевых условиях.

Оптические и лазерные материалы

Фторид кальция (флюорит) применяется в виде монокристаллов в оптике (астрономические объективы, линзы, призмы) и как лазерный материал. Вольфрамат кальция (шеелит) в виде монокристаллов применяется в лазерной технике, а также как сцинтиллятор.

Карбид кальция

Карбид кальция CaC₂ широко применяется для получения ацетилена и для восстановления металлов, а также при получении цианамида кальция (нагреванием карбида кальция в азоте при 1200 °C, реакция идет экзотермически, проводится в цианамидных печах).

Химические источники тока

Кальций, а также его сплавы с алюминием и магнием используются в резервных тепловых электрических батареях в качестве анода(например кальций-хроматный элемент). Хромат кальция используется в таких батареях в качестве катода. Особенность таких батарей — чрезвычайно долгий срок хранения (десятилетия) в пригодном состоянии, возможность эксплуатации в любых условиях (космос, высокие давления), большая удельная энергия по весу и объёму. Недостаток в недолгом сроке действия. Такие батареи используются там, где необходимо на короткий срок создать колоссальную электрическую мощность (баллистические ракеты, некоторые космические аппараты и.др.).

Огнеупорные материалы

Оксид кальция, как в свободном виде, так и в составе керамических смесей, применяется в производстве огнеупорных материалов.

Лекарственные средства

Соединения кальция широко применяются в качестве антигистаминного средства.

Кроме того, соединения кальция вводят в состав препаратов для профилактики остеопороза, в витаминные комплексы для беременных и пожилых.-

Биологическая роль кальция

Содержание кальция в продуктах питания:

Рекомендуемые Всемирной Организацией Здравоохранения суточные нормы потребления кальция:

Периодическая система химических элементов Менделеева

Классификация хим. элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона/

Периодическая система элементов

IA

IIA

IIIB

IVB

VB

VIB

VIIB

—-

VIIIB

—-

IB

IIB

IIIA

IVA

VA

VIA

VIIA

VIIIA

Период

1

1 H Водород

2 He Гелий

2

3 Li Литий

4 Be Бериллий

5 B Бор

6 C Углерод

7 N Азот

8 O Кислород

9 F Фтор

10 Ne Неон

3

11 Na Натрий

12 Mg Магний

13 Al Алюминий

14 Si Кремний

15 P Фосфор

16 S Сера

17 Cl Хлор

18 Ar Аргон

4

19 K Калий

20 Ca Кальций

21 Sc Скандий

22 Ti Титан

23 V Ванадий

24 Cr Хром

25 Mn Марганец

26 Fe Железо

27 Co Кобальт

28 Ni Никель

29 Cu Медь

30 Zn Цинк

31 Ga Галлий

32 Ge Германий

33 As Мышьяк

34 Se Селен

35 Br Бром

36 Kr Криптон

5

37 Rb Рубидий

38 Sr Стронций

39 Y Иттрий

40 Zr Цирконий

41 Nb Ниобий

42 Mo Молибден

(43) Tc Технеций

44 Ru Рутений

45 Rh Родий

46 Pd Палладий

47 Ag Серебро

48 Cd Кадмий

49 In Индий

50 Sn Олово

51 Sb Сурьма

52 Te Теллур

53 I Иод

54 Xe Ксенон

6

55 Cs Цезий

56 Ba Барий

*

72 Hf Гафний

73 Ta Тантал

74 W Вольфрам

75 Re Рений

76 Os Осмий

77 Ir Иридий

78 Pt Платина

79 Au Золото

80 Hg Ртуть

81 Tl Таллий

82 Pb Свинец

83 Bi Висмут

(84) Po Полоний

(85) At Астат

86 Rn Радон

7

87 Fr Франций

88 Ra Радий

**

(104) Rf Резерфордий

(105) Db Дубний

(106) Sg Сиборгий

(107) Bh Борий

(108) Hs Хассий

(109) Mt Мейтнерий

(110) Ds Дармштадтий

(111) Rg Рентгений

(112) Cp Коперниций

(113) Uut Унунтрий

(114) Uuq Унунквадий

(115) Uup Унунпентий

(116) Uuh Унунгексий

(117) Uus Унунсептий

(118) Uuo Унуноктий

8

(119) Uue Унуненний

(120) Ubn Унбинилий

Лантаноиды *

57 La Лантан

58 Ce Церий

59 Pr Празеодим

60 Nd Неодим

(61) Pm Прометий

62 Sm Самарий

63 Eu Европий

64 Gd Гадолиний

65 Tb Тербий

66 Dy Диспрозий

67 Ho Гольмй

68 Er Эрбий

69 Tm Тулий

70 Yb Иттербий

71 Lu Лютеций

Актиноиды **

89 Ac Актиний

90 Th Торий

91 Pa Протактиний

92 U Уран

(93) Np Нептуний

(94) Pu Плутоний

(95) Am Америций

(96) Cm Кюрий

(97) Bk Берклий

(98) Cf Калифорний

(99) Es Эйнштейний

(100) Fm Фермий

(101) Md Менделевий

(102) No Нобелей

(103) Lr Лоуренсий

Химические семейства элементов периодической таблицы

Щелочные металлы	Щёлочноземельные металлы	Лантаноиды	Актиноиды	Переходные металлы
Лёгкие металлы	Полуметаллы	Неметаллы	Галогены	Инертные газы

198095, г.Санкт-Петербург, ул.Швецова, д.23, лит.Б, пом.7-Н, схема проезда

Источник

Всё это и прочее на странице ВК:

Посты первого года:

Посты второго года:

Посты третьего и четвёртого года:

Лига Химиков

1.2K постов 10.5K подписчиков

Правила сообщества

Старайтесь выбирать качественный контент и не ставьте теги моё на копипасты

Посты с просьбой решения домашнего задания переносятся в общую ленту

1. Оскорблять пользователей.

2. Постить материал далеко не по теме и непотребный контент (в остальном грамотно используйте теги)

3. Рекламировать сомнительные сайты и услуги коммерческого характера

Как же я по тебе скучал.

И его злеший враг в организме человека:

Химия для дебилов чайников

Игральные кости с химическими элементами. Видимо, для азартных химиков. )))

Александритовый эффект у соединений неодима

Эффект вызван тем, что раствор неодимовой соли поглощает и излучает свет с определенной длиной волны в зависимости от того, в какой части спектра источник (искусственное освещение и солнечный свет соотв.) больше отдаёт энергию.

Т.е. само соединение остаётся неизменным, но под разным светом выглядит по-разному.

Бериллий в гифках

Взаимодействие бериллия с жидким хлором

Бериллий активно реагирует с соляной кислотой

Не так активно бериллий реагирует со щелочью, образуя комплексное соединение тетрагидроксобериллат натрия

Температура плавления бериллия 1287 °C, однако при попытке расплавить небольшой образец газовой горелкой он практически весь переходит в оксид

Плавление бериллия в промышленных условиях

Демонстрация диамагнитных свойств бериллиевой бронзы (сплава бериллия и меди). Также сплавы содержащие бериллий примечательны тем, что не создают искр

В природе бериллий основной компонент минерала берилла, благодаря которому элемент и получил своё название. Наиболее ценной разновидностью берилла является изумруд

«Попкорн» из камня

Карбонат кальция, присутствующий в породе, растворяется уксусной кислотой с образованием углекислого газа и ацетата кальция (растворимой соли), оставляя маленькие трещины в камне. А поскольку там концентрация растворённой соли остается выше, то в результате постепенного испарения воды, кристаллы ацетата кальция начинают расти прямо из них.

Лабораторная посуда (самая малость)

Зерна пшеницы в бюксе для масштаба

Любопытная проекция

Представления о стереохимии алканов в разные времена. Кажется я догадываюсь, кем по национальности был господин Бишофф, но всё-таки жаль, что на деле молекулы оказались не такими кошерными

Сенсибилизаторы рецепторов боли, выглядят как зловещие жабы, которые собираются причинить тебе эту боль

Рябина в химии

Сентябрь приходит незаметно, а вместе с ним наступают осенние холода, опадают листья и конечно же краснеет рябина. Для многих она не является чем-то особо примечательным, однако именно благодаря плодам рябины в своё время были открыты совершенно новые и перспективные вещества, и сегодня лучший день чтобы поговорить об этом.

Первым таким соединением была сорбоза — моносахарид, который в 1852 году обнаружил французский химик Теофиль-Жюль Пелуз в сброженном бактериями рябиновом соке. В чистом виде это кристаллическое вещество сладковатое на вкус, образующее два стереоизомера (D- и L-формы) с температурой плавления 159 — 161 °C. Из неё оказалось возможным синтезировать аскорбиновую кислоту, таким образом сорбоза и сейчас является важным промежуточным продуктом в синтезе Рейхштейна (микробиологический процесс производства витамина С из D-глюкозы) и, кроме того, выделить другие новые соединения, наибольшую востребованность из которых получил шестиатомный спирт сорбит.

Сорбит содержится непосредственно в рябиновом соке (ок 7%), в чистом виде образует бесцветные кристаллы, которые плавятся при 112°C. Это достаточно распространенный заменитель сахара в диетических продуктах, являющийся низкокалорийным подсластителем, который медленно метаболизируется человеком, но в то же время обладает желчегонным эффектом и при избыточном потреблении способен вызвать нарушение всасывания фруктозы и другие проблемы с кишечником. В то же время, сорбит это достаточно распространенный загуститель и весьма гигроскопичное вещество, которое идёт на производство гелей. При восстановлении сорбита может быть получен гексан, а при дегидратации — сорбитан

Сорбитан по физическим свойствам сходен с сорбитом и используется в производстве ПАВ, в частности его этоксилированные эфиры (полисорбаты) являются важными биоразлагаемыми эмульгаторами, которые находят применение в фармацевтике и пищевой промышленности. При дальнейшей дегидратации из сорбитана можно синтезировать изосорбид

Изосорбид является бициклическим соединением (состоит из двух фурановых колец), имеет вид сильно гигроскопичных белых хлопьев, которые плавятся при 63 °C, в связи с этим используется как увлажнитель и находит применение в медицине в качестве осмотического мочегонного средства. Продукт нитрования изосорбида обладает сосудорасширяющим действием и применяется в лечении стенокардии, а простые изосорбидные эфиры всё чаще используются в качестве возобновляемого растворителя для косметических и фармацевтических препаратов. В целом, изосорбид — это универсальный продукт, получаемый из возобновляемых ресурсов в промышленных количествах, который также представляет большой научный и технический интерес как мономерный строительный блок для биополимеров.

Ещё одним веществом, которое впервые обнаружили в соке незрелой рябины (концентрация ок. 0.14%) является сорбиновая кислота. Позже её смогли синтезировать искусственно путем конденсации малоновой кислоты и кротонового альдегида в пиридине. Сорбиновая кислота, в отличие от производных сорбита, слабо растворяется в воде и легко сублимируется. Сейчас это зарегистрированный консервант, который добавляется в безалкогольные напитки, кондитерские изделия и сгущенное молоко для предотвращения плесневения. Аналогичными свойствами обладают и некоторые соли (сорбаты калия, натрия и кальция). Ежегодно в ходе реакции конденсации производится около 30000 тонн консерванта. В этом процессе важным условием является не допустить образование парасорбиновой кислоты.

Парасорбиновая кислота представляет из себя летучую жидкость, которая также может присутствовать в соке ягод, но уже является токсичным соединением, вызывающим тошноту и расстройство желудка, однако в результате термической обработки превращается в сорбиновую кислоту.

И это лишь малая часть от всех веществ, присутствующих в рябине. Плоды содержат также аскорбиновую кислоту, большое количество полифенольных соединений (в частности производные кемпферола, кверцитина и изорамтенина), а характерную красную окраску придают антоцианы и каротиноиды (главным образом α-каротин). Для многих животных в зимнее время года, рябина служит единственными источником вышеперечисленных веществ, так что на деле эти неприглядные ягодки являются неотъемлемым звеном экосистемы и играют важную роль в развитии науки.

Источник