Kde sa vápnik používa? Vápnik v prírode (3,4 % v zemskej kôre)

Zlúčeniny vápnika- vápenec, mramor, sadra (ako aj vápno - produkt vápenca) sa v stavebníctve používali už v staroveku. Do konca 18. storočia považovali chemici vápno za jednoduchú pevnú látku. V roku 1789 A. Lavoisier navrhol, že vápno, horčík, baryt, oxid hlinitý a oxid kremičitý sú zložité látky. V roku 1808 Davy podrobil elektrolýze zmesi vlhkého haseného vápna a oxidu ortutnatého ortuťovou katódou a pripravil vápenatý amalgám a destiláciou ortuti z neho získal kov nazývaný „vápnik“ (z lat. Calx, rod. prípad kalcis - vápno).

Umiestnenie elektrónov do orbitálov.

+20 so… |3s 3p 3d | 4s

Vápnik sa nazýva kov alkalických zemín a je klasifikovaný ako prvok S. Na vonkajšej elektrónovej úrovni má vápnik dva elektróny, takže dáva zlúčeniny: CaO, Ca(OH)2, CaCl2, CaSO4, CaCO3 atď. Vápnik je typický kov – má vysokú afinitu ku kyslíku, redukuje takmer všetky kovy z ich oxidov a tvorí dosť silnú zásadu Ca(OH)2.

Kryštálové mriežky kovov môžu byť rôznych typov, ale vápnik je charakterizovaný plošne centrovanou kubickou mriežkou.

Veľkosti, tvary a vzájomné polohy kryštálov v kovoch sú emitované pomocou metalografických metód. Najkompletnejšie posúdenie štruktúry kovu v tomto ohľade poskytuje mikroskopická analýza jeho tenkého rezu. Z testovaného kovu sa vyreže vzorka a jej povrch sa vybrúsi, vyleští a vyleptá špeciálnym roztokom (leptadlom). V dôsledku leptania sa zvýrazní štruktúra vzorky, ktorá sa skúma alebo fotografuje pomocou metalografického mikroskopu.

Vápnik je ľahký kov (d = 1,55), strieborno-bielej farby. Je tvrdší a topí sa pri vyššej teplote (851 °C) v porovnaní so sodíkom, ktorý sa nachádza vedľa neho v periodickej tabuľke. Vysvetľuje to skutočnosť, že v kove sú dva elektróny na ión vápnika. Preto je chemická väzba medzi iónmi a elektrónovým plynom silnejšia ako väzba sodíka. Počas chemických reakcií sa valenčné elektróny vápnika prenášajú na atómy iných prvkov. V tomto prípade sa tvoria ióny s dvojitým nábojom.

Vápnik má veľkú chemickú aktivitu voči kovom, najmä kyslíku. Na vzduchu oxiduje pomalšie ako alkalické kovy, pretože oxidový film na ňom je menej priepustný pre kyslík. Pri zahrievaní vápnik horí a uvoľňuje obrovské množstvo tepla:

Vápnik reaguje s vodou, vytláča z nej vodík a vytvára zásadu:

Ca + 2H20 = Ca(OH)2 + H2

Vďaka svojej vysokej chemickej reaktivite na kyslík nachádza vápnik určité využitie pri získavaní vzácnych kovov z ich oxidov. Oxidy kovov sa zahrievajú spolu s hoblinami vápnika; Výsledkom reakcií je oxid vápenatý a kov. Na tej istej vlastnosti je založené použitie vápnika a niektorých jeho zliatin na takzvanú deoxidáciu kovov. Vápnik sa pridáva do roztaveného kovu a odstraňuje stopy rozpusteného kyslíka; výsledný oxid vápenatý pláva na povrch kovu. Vápnik je súčasťou niektorých zliatin.

Vápnik sa získava elektrolýzou roztaveného chloridu vápenatého alebo aluminotermickou metódou. Oxid vápenatý alebo hasené vápno je biely prášok, ktorý sa topí pri 2570 °C. Získava sa kalcináciou vápenca:

CaC03 = CaO + C02^

Oxid vápenatý je zásaditý oxid, takže reaguje s kyselinami a anhydridmi kyselín. S vodou dáva zásadu - hydroxid vápenatý:

CaO + H2O = Ca(OH)2

Pridávanie vody do oxidu vápenatého, nazývané hasenie vápna, nastáva pri uvoľňovaní veľkého množstva tepla. Časť vody sa premení na paru. Hydroxid vápenatý alebo hasené vápno je biela látka, málo rozpustná vo vode. Vodný roztok hydroxidu vápenatého sa nazýva vápenná voda. Tento roztok má pomerne silné alkalické vlastnosti, pretože hydroxid vápenatý dobre disociuje:

Ca(OH)2 = Ca + 2OH

V porovnaní s hydrátmi oxidov alkalických kovov je hydroxid vápenatý slabšou zásadou. To sa vysvetľuje skutočnosťou, že vápenatý ión je dvojnásobne nabitý a silnejšie priťahuje hydroxylové skupiny.

Hasené vápno a jeho roztok, nazývaný vápenná voda, reagujú s kyselinami a anhydridmi kyselín vrátane oxidu uhličitého. Vápenná voda sa používa v laboratóriách na objavovanie oxidu uhličitého, pretože výsledný nerozpustný uhličitan vápenatý spôsobuje zákal vo vode:

Ca + 2OH + C02 = CaC03v + H20

Ak je však oxid uhličitý privádzaný dlhší čas, roztok sa opäť vyčíri. Vysvetľuje to skutočnosť, že uhličitan vápenatý sa premieňa na rozpustnú soľ - hydrogénuhličitan vápenatý:

CaC03 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2

V priemysle sa vápnik získava dvoma spôsobmi:

Zahriatím briketovanej zmesi CaO a Al prášku na 1200 °C vo vákuu 0,01 - 0,02 mm. rt. čl.; rozlišuje sa podľa reakcie:

6CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

Pary vápnika kondenzujú na studenom povrchu.

Elektrolýzou taveniny CaCl2 a KCl tekutou meď-vápenatou katódou sa pripraví zliatina Cu - Ca (65 % Ca), z ktorej sa pri teplote 950 - 1000 °C vo vákuu 0,1 - oddestiluje vápnik. 0,001 mm Hg.

Bol tiež vyvinutý spôsob výroby vápnika tepelnou disociáciou karbidu vápnika CaC2.

Vápnik je jedným z najbežnejších prvkov v prírode. Zemská kôra obsahuje približne 3 % (hm.). Soli vápnika tvoria v prírode veľké akumulácie vo forme uhličitanov (krieda, mramor), síranov (sadra) a fosforečnanov (fosforitanov). Pod vplyvom vody a oxidu uhličitého prechádzajú uhličitany do roztoku vo forme hydrogénuhličitanov a sú transportované podzemnou a riečnou vodou na veľké vzdialenosti. Pri odplavovaní vápenatých solí sa môžu vytvárať jaskyne. V dôsledku odparovania vody alebo zvýšenia teploty sa môžu na novom mieste vytvárať usadeniny uhličitanu vápenatého. Napríklad v jaskyniach vznikajú stalaktity a stalagmity.

Rozpustné vápenaté a horečnaté soli spôsobujú celkovú tvrdosť vody. Ak sú vo vode prítomné v malom množstve, potom sa voda nazýva mäkká. Pri vysokom obsahu týchto solí (100 - 200 mg vápenatých solí v 1 litri v prepočte na ióny) sa voda považuje za tvrdú. V takejto vode mydlo dobre nepení, pretože vápenaté a horečnaté soli s ním tvoria nerozpustné zlúčeniny. Tvrdá voda nevarí jedlo dobre a pri varení sa na stenách parných kotlov vytvára vodný kameň. Vodný kameň zle vedie teplo, spôsobuje zvýšenú spotrebu paliva a urýchľuje opotrebovanie stien kotla. Tvorba vodného kameňa je zložitý proces. Pri zahrievaní sa kyslé soli vápnika a horčíka s kyselinou uhličitou rozkladajú a menia sa na nerozpustné uhličitany:

Ca + 2HC03 = H20 + CO2 + CaC03v

Rozpustnosť síranu vápenatého CaSO4 tiež klesá pri zahrievaní, takže je súčasťou vodného kameňa.

Tvrdosť spôsobená prítomnosťou hydrogénuhličitanov vápnika a horčíka vo vode sa nazýva uhličitanová alebo dočasná tvrdosť, pretože sa odstraňuje varom. Okrem uhličitanovej tvrdosti existuje aj tvrdosť nekarbonátová, ktorá závisí od obsahu síranov a chloridov vápenatých a horečnatých vo vode. Tieto soli sa varom neodstraňujú, a preto sa nekarbonátová tvrdosť nazýva aj trvalá tvrdosť. Uhličitanová a nekarbonátová tvrdosť sa sčítava do celkovej tvrdosti.

Na úplné odstránenie tvrdosti sa voda niekedy destiluje. Na odstránenie uhličitanovej tvrdosti sa voda varí. Všeobecná tvrdosť sa eliminuje buď pridaním chemikálií alebo použitím takzvaných katexov. Pri použití chemickej metódy sa rozpustné vápenaté a horečnaté soli premieňajú na nerozpustné uhličitany, napríklad sa pridáva vápenné mlieko a sóda:

Ca + 2HC03 + Ca + 2OH = 2H20 + 2CaC03v

Ca + SO4 + 2Na + CO3 = 2Na + SO4 + CaC03v

Odstránenie tvrdosti pomocou katexových živíc je pokročilejší proces. Katiónomeniče sú komplexné látky (prírodné zlúčeniny kremíka a hliníka, vysokomolekulárne organické zlúčeniny), ktorých zloženie možno vyjadriť vzorcom Na2R, kde R je komplexný zvyšok kyseliny. Pri filtrácii vody cez vrstvu katexovej živice sa ióny Na (katióny) vymieňajú za ióny Ca a Mg:

Ca + Na2R = 2Na + CaR

V dôsledku toho ióny Ca prechádzajú z roztoku do katexu a ióny Na prechádzajú z katexu do roztoku. Na obnovenie použitého katexu sa premyje roztokom kuchynskej soli. V tomto prípade nastáva opačný proces: Ca ióny vo výmenníku katiónov sú nahradené iónmi Na:

2Na + 2Cl + CaR = Na2R + Ca + 2Cl

Regenerovaný katex je možné opäť použiť na čistenie vody.

Vo forme čistého kovu sa Ca používa ako redukčné činidlo pre U, Th, Cr, V, Zr, Cs, Rb a niektoré kovy vzácnych zemín a ich zlúčeniny. Používa sa tiež na dezoxidáciu ocelí, bronzov a iných zliatin, na odstraňovanie síry z ropných produktov, na dehydratáciu organických kvapalín, na čistenie argónu od dusíkových nečistôt a ako pohlcovač plynov v elektrických vákuových zariadeniach. Anti-fiction materiály systému Pb - Na - Ca, ako aj zliatiny Pb - Ca používané na výrobu plášťov elektrických káblov, našli široké uplatnenie v technológii. Zliatina Ca - Si - Ca (silikokalcium) sa používa ako dezoxidátor a odplyňovač pri výrobe vysokokvalitných ocelí.

Vápnik je jedným z biogénnych prvkov nevyhnutných pre normálne fungovanie životných procesov. Je prítomný vo všetkých tkanivách a tekutinách zvierat a rastlín. V prostredí bez Ca sa môžu vyvíjať len vzácne organizmy. V niektorých organizmoch obsah Ca dosahuje 38%: u ľudí - 1,4 - 2%. Bunky rastlinných a živočíšnych organizmov vyžadujú prísne definované pomery iónov Ca, Na a K v extracelulárnom prostredí. Rastliny získavajú Ca z pôdy. Podľa vzťahu k Ca sa rastliny delia na kalcefily a kalcefóby. Zvieratá získavajú Ca z potravy a vody. Ca je nevyhnutný pre tvorbu množstva bunkových štruktúr, udržiavanie normálnej permeability vonkajších bunkových membrán, pre oplodnenie vajíčok rýb a iných živočíchov a aktiváciu množstva enzýmov. Ca ióny prenášajú vzruch do svalového vlákna, spôsobujú jeho kontrakciu, zvyšujú silu srdcových kontrakcií, zvyšujú fagocytárnu funkciu leukocytov, aktivujú systém ochranných krvných bielkovín a podieľajú sa na jeho zrážaní. V bunkách sa takmer všetok Ca nachádza vo forme zlúčenín s proteínmi, nukleovými kyselinami, fosfolipidmi a v komplexoch s anorganickými fosfátmi a organickými kyselinami. V krvnej plazme ľudí a vyšších zvierat sa na bielkoviny môže viazať len 20–40 % Ca. U zvierat s kostrou sa až 97-99% všetkého Ca používa ako stavebný materiál: u bezstavovcov hlavne vo forme CaCO3 (ulity mäkkýšov, koraly), u stavovcov - vo forme fosfátov. Mnoho bezstavovcov ukladá Ca pred preliatím na stavbu novej kostry alebo na zabezpečenie životných funkcií v nepriaznivých podmienkach. Obsah Ca v krvi ľudí a vyšších zvierat je regulovaný hormónmi prištítnych teliesok a štítnej žľazy. V týchto procesoch hrá kľúčovú úlohu vitamín D. K absorpcii Ca dochádza v prednom úseku tenkého čreva. Vstrebávanie Ca sa zhoršuje s poklesom kyslosti v čreve a závisí od pomeru Ca, fosforu a tuku v potrave. Optimálny pomer Ca/P v kravskom mlieku je asi 1,3 (v zemiakoch 0,15, vo fazuli 0,13, v mäse 0,016). Pri nadbytku P a kyseliny šťaveľovej v potrave sa zhoršuje vstrebávanie Ca. Žlčové kyseliny urýchľujú jeho vstrebávanie. Optimálny pomer Ca/tuk v ľudskej potrave je 0,04 - 0,08 g Ca na 1 g. tuku K vylučovaniu Ca dochádza hlavne cez črevá. Cicavce počas laktácie strácajú veľa Ca v mlieku. Pri poruchách metabolizmu fosforu a vápnika sa u mladých zvierat a detí vyvíja krivica a u dospelých zvierat sa vyvíjajú zmeny v zložení a štruktúre kostry (osteomalácia).

V medicíne Ca lieky odstraňujú poruchy spojené s nedostatkom Ca iónov v organizme (tetánia, spazmofília, rachitída). Ca prípravky znižujú precitlivenosť na alergény a používajú sa na liečbu alergických ochorení (sérová choroba, spavá horúčka a pod.). Ca prípravky znižujú zvýšenú priepustnosť ciev a pôsobia protizápalovo. Používajú sa pri hemoragickej vaskulitíde, chorobe z ožiarenia, zápalových procesoch (zápal pľúc, zápal pohrudnice a pod.) a niektorých kožných ochoreniach. Predpísané ako hemostatické činidlo na zlepšenie činnosti srdcového svalu a zvýšenie účinku digitalisových prípravkov, ako protijed pri otravách horčíkovými soľami. Spolu s inými liekmi sa Ca prípravky používajú na stimuláciu pôrodu. Chlorid vápenatý sa podáva perorálne a intravenózne. Ossocalcinol (15% sterilná suspenzia špeciálne pripraveného kostného prášku v broskyňovom oleji) bol navrhnutý na liečbu tkanív.

Medzi Ca prípravky patrí aj sadra (CaSO4), používaná v chirurgii na sadrové obväzy, a krieda (CaCO3), predpisovaná vnútorne na zvýšenú kyslosť žalúdočnej šťavy a na prípravu zubného prášku.

Úvod / Prednášky 1. ročník / Všeobecná a organická chémia / Otázka 23. Vápnik / 2. Fyzikálne a chemické vlastnosti

Fyzikálne vlastnosti. Vápnik je strieborno-biely kujný kov, ktorý sa topí pri teplote 850 stupňov. C a vrie pri 1482 stupňoch. C. Je výrazne tvrdší ako alkalické kovy.

Chemické vlastnosti. Vápnik je aktívny kov. Takže za normálnych podmienok ľahko interaguje so vzdušným kyslíkom a halogénmi:

2 Ca + O2 = 2 CaO (oxid vápenatý);

Ca + Br2 = CaBr2 (bromid vápenatý).

Vápnik pri zahrievaní reaguje s vodíkom, dusíkom, sírou, fosforom, uhlíkom a inými nekovmi:

Ca + H2 = CaH2 (hydrid vápenatý);

3 Ca + N2 = Ca3N2 (nitrid vápenatý);

Ca + S = CaS (sulfid vápenatý);

3Ca + 2P = Ca3P2 (fosfid vápenatý);

Ca + 2 C = CaC2 (karbid vápnika).

Vápnik reaguje pomaly so studenou vodou, ale veľmi prudko s horúcou vodou:

Ca + 2 H20 = Ca(OH)2 + H2.

Vápnik dokáže odstrániť kyslík alebo halogény z oxidov a halogenidov menej aktívnych kovov, t.j. má redukčné vlastnosti:

5 Ca + Nb205 = CaO + 2 Nb;

• 1. Byť v prírode
• 3. Potvrdenie
• 4. Aplikácia

www.medkurs.ru

Vápnik | adresár Pesticídy.ru

Pre mnohých ľudí sú poznatky o vápniku obmedzené len na skutočnosť, že tento prvok je nevyhnutný pre zdravé kosti a zuby. Kde inde je obsiahnutá, prečo je potrebná a nakoľko je potrebná, nie každý má predstavu. Vápnik sa však nachádza v mnohých známych zlúčeninách, prírodných aj umelých. Krieda a vápno, stalaktity a stalagmity jaskýň, staré fosílie a cement, sadra a alabaster, mliečne výrobky a lieky proti osteoporóze – to všetko a ešte oveľa viac má vysoký obsah vápnika.

Tento prvok prvýkrát získal G. Davy v roku 1808 a spočiatku nebol obzvlášť aktívne používaný. Tento kov je však v súčasnosti piaty najprodukovanejší na svete a jeho potreba sa z roka na rok zvyšuje. Hlavnou oblasťou použitia vápnika je výroba stavebných materiálov a zmesí. Netreba však stavať len domy, ale aj obytné bunky. V ľudskom tele je vápnik súčasťou kostry, umožňuje svalové kontrakcie, zabezpečuje zrážanlivosť krvi, reguluje činnosť množstva tráviacich enzýmov a plní ďalšie pomerne početné funkcie. Nie je menej dôležité pre iné živé objekty: zvieratá, rastliny, huby a dokonca aj baktérie. Zároveň je potreba vápnika pomerne vysoká, čo umožňuje zaradiť ho medzi makroživiny.

Vápnik, Ca je chemický prvok hlavnej podskupiny skupiny II Mendelejevovho periodického systému. Atómové číslo – 20. Atómová hmotnosť – 40,08.

Vápnik je kov alkalických zemín. Keď je voľný, kujný, pomerne tvrdý, biely. Hustotou patrí medzi ľahké kovy.

• Hustota – 1,54 g/cm3,
• Teplota topenia – +842 °C,
• Teplota varu – +1495 °C.

Vápnik má výrazné kovové vlastnosti. Vo všetkých zlúčeninách je oxidačný stav +2.

Na vzduchu sa pokryje vrstvou oxidu a pri zahriatí horí červenkastým, jasným plameňom. So studenou vodou reaguje pomaly, ale rýchlo vytláča vodík z horúcej vody a tvorí hydroxid. Pri interakcii s vodíkom vytvára hydridy. Pri izbovej teplote reaguje s dusíkom za vzniku nitridov. Ľahko sa tiež kombinuje s halogénmi a sírou a pri zahrievaní redukuje oxidy kovov.

Vápnik je jedným z najrozšírenejších prvkov v prírode. V zemskej kôre je jeho obsah 3% hmotnosti. Vyskytuje sa vo forme nánosov kriedy, vápenca a mramoru (prírodný typ uhličitanu vápenatého CaCO3). Existujú veľké množstvá usadenín sadry (CaSO4 x 2h3O), fosforitu (Ca3(PO4)2 a rôznych kremičitanov obsahujúcich vápnik.

Voda

Tvrdá voda

Mäkká voda

Pôdy

K strate vápnika z pôdy dochádza v dôsledku jeho vyplavovania zrážkami. Tento proces závisí od granulometrického zloženia pôdy, množstva zrážok, druhu rastlín, foriem a dávok vápna a minerálnych hnojív. V závislosti od týchto faktorov sa straty vápnika z ornej vrstvy pohybujú od niekoľkých desiatok až po 200 – 400 kg/ha a viac.

Obsah vápnika v rôznych typoch pôd

Podzolické pôdy obsahujú 0,73 % (zo sušiny pôdy) vápnika.

Sivý les – 0,90% vápnika.

Černozeme – 1,44 % vápnika.

Serozémy – 6,04 % vápnika.

Vápnik sa v rastline nachádza vo forme fosfátov, síranov, uhličitanov a vo forme solí kyseliny pektínovej a šťaveľovej. Takmer až 65 % vápnika v rastlinách možno extrahovať vodou. Zvyšok sa spracuje slabou kyselinou octovou a chlorovodíkovou. Väčšina vápnika sa nachádza v starnúcich bunkách.

Funkcie vápnika

Vplyv tohto prvku na rastliny je mnohostranný a spravidla pozitívny. vápnik:

• Posilňuje metabolizmus;
• Hrá dôležitú úlohu pri pohybe uhľohydrátov;
• Ovplyvňuje metamorfózu dusíkatých látok;
• Urýchľuje spotrebu rezervných bielkovín semien počas klíčenia;
• Hrá úlohu v procese fotosyntézy;
• silný antagonista iných katiónov, ktorý zabraňuje ich nadmernému vstupu do rastlinných tkanív;
• Ovplyvňuje fyzikálno-chemické vlastnosti protoplazmy (viskozita, permeabilita atď.), A tým aj normálny priebeh biochemických procesov v rastline;
• Zlúčeniny vápnika s pektínovými látkami lepia steny jednotlivých buniek k sebe;
• Ovplyvňuje aktivitu enzýmov.

Je potrebné poznamenať, že vplyv zlúčenín vápnika (vápna) na aktivitu enzýmov sa prejavuje nielen priamym pôsobením, ale aj zlepšením fyzikálno-chemických vlastností pôdy a jej nutričného režimu. Okrem toho vápnenie pôdy výrazne ovplyvňuje procesy biosyntézy vitamínov.

Nedostatok (nedostatok) vápnika v rastlinách

Nedostatok vápnika ovplyvňuje predovšetkým vývoj koreňového systému. Tvorba koreňových chĺpkov na korienkoch sa zastaví. Vonkajšie koreňové bunky sú zničené.

Tento príznak sa prejavuje ako s nedostatkom vápnika, tak aj s nerovnováhou v živnom roztoku, to znamená prevahou jednomocných katiónov sodíka, draslíka a vodíka v ňom.

Okrem toho prítomnosť dusičnanového dusíka v pôdnom roztoku zvyšuje prísun vápnika do rastlinných tkanív a znižuje prísun čpavku.

Príznaky nedostatku vápnika sa očakávajú, keď je obsah vápnika nižší ako 20 % kapacity výmeny katiónov v pôde.

Symptómy Vizuálne je nedostatok vápnika určený nasledujúcimi príznakmi:

• Korene rastlín majú poškodené hroty s hnedou farbou;
• Rastúci bod sa deformuje a odumiera;
• Kvety, vaječníky a puky opadávajú;
• Plody sú poškodené nekrózou;
• Listy sú chlorotické;
• Apikálny púčik odumiera a rast stonky sa zastaví.

Kapusta, lucerna a ďatelina sú veľmi citlivé na prítomnosť vápnika. Zistilo sa, že tie isté rastliny sa vyznačujú aj zvýšenou citlivosťou na kyslosť pôdy.

Otrava minerálnym vápnikom má za následok interveinálnu chlorózu s belavými nekrotickými škvrnami. Môžu byť farebné alebo mať sústredné krúžky naplnené vodou. Niektoré rastliny reagujú na prebytok vápnika rastom listových ružíc, odumieraním výhonkov a opadávaním listov. Príznaky sú podobné ako pri nedostatku železa a horčíka.

Zdrojom doplnenia vápnika v pôde sú vápenné hnojivá. Sú rozdelené do troch skupín:

• Tvrdé vápenaté horniny;
• Mäkké vápenaté horniny;
• Priemyselný odpad s vysokým obsahom vápna.

Podľa obsahu CaO a MgO sa tvrdé vápenaté horniny delia na:

• vápence (55–56 % CaO a do 0,9 % MgO);
• dolomitizované vápence (42–55 % CaO a do 9 % MgO);
• dolomity (32–30 % CaO a 18–20 % MgO).

Vápence

Dolomitizovaný vápenec

Marl

Krieda

Pálené vápno

Hasené vápno

Dolomitová múka

Vápnité tufy

Defekačná špina (defekácia)

Cyklóny bridlicového popola

Prach z pecí a cementární

Hutnícke trosky

Organické hnojivá. Obsah Ca v prepočte na CaCO3 je 0,32–0,40 %.

Fosforitová múka. Obsah vápnika - 22% CaCO3.

Vápenné hnojivá sa používajú nielen na zásobovanie pôdy a rastlín vápnikom. Hlavným účelom ich použitia je vápnenie pôdy. Ide o metódu chemickej rekultivácie. Je zameraná na neutralizáciu nadmernej kyslosti pôdy, zlepšenie jej agrofyzikálnych, agrochemických a biologických vlastností, zásobovanie rastlín horčíkom a vápnikom, mobilizáciu a imobilizáciu makroprvkov a mikroprvkov, vytváranie optimálnych vodno-fyzikálnych, fyzikálnych, vzdušných podmienok pre život pestovaných rastlín.

Účinnosť vápnenia pôdy

Súčasne s uspokojovaním potrieb rastlín na vápnik ako prvok minerálnej výživy vedie vápnenie k viacnásobným pozitívnym zmenám v pôdach.

Vplyv vápnenia na vlastnosti niektorých pôd

Vápnik podporuje koaguláciu pôdnych koloidov a zabraňuje ich vyplavovaniu. To vedie k ľahšiemu obrábaniu pôdy a lepšiemu prevzdušňovaniu.

V dôsledku vápnenia:

• piesčité humózne pôdy zvyšujú svoju schopnosť absorbovať vodu;
• Na ťažkých ílovitých pôdach sa tvoria pôdne agregáty a hrudky, ktoré zlepšujú priepustnosť vody.

Najmä organické kyseliny sú neutralizované a H-ióny sú vytesnené z absorbujúceho komplexu. To vedie k eliminácii metabolickej kyslosti a zníženiu hydrolytickej kyslosti pôdy. Súčasne sa pozoruje zlepšenie katiónového zloženia pôdneho absorpčného komplexu, ku ktorému dochádza v dôsledku nahradenia iónov vodíka a hliníka katiónmi vápnika a horčíka. Tým sa zvyšuje stupeň nasýtenia pôdy bázami a zvyšuje sa absorpčná schopnosť.

Vplyv vápnenia na zásobovanie rastlín dusíkom

Po vápnení je možné zachovať pozitívne agrochemické vlastnosti pôdy a jej štruktúru aj niekoľko rokov. To pomáha vytvárať priaznivé podmienky pre posilnenie prospešných mikrobiologických procesov pre mobilizáciu živín. Zvyšuje sa aktivita amonifikátorov, nitrifikátorov a baktérií viažucich dusík, ktoré voľne žijú v pôde.

Vápnenie pomáha zvýšiť premnoženie nodulových baktérií a zlepšiť zásobovanie hostiteľskej rastliny dusíkom. Zistilo sa, že bakteriálne hnojivá strácajú účinnosť na kyslých pôdach.

Vplyv vápnenia na prísun prvkov popola do rastlín

Vápnenie pomáha dodávať rastline prvky popola, pretože zvyšuje aktivitu baktérií, ktoré rozkladajú organické zlúčeniny fosforu v pôde a podporujú prechod fosforečnanov železa a hliníka na fosforečnany vápenaté dostupné pre rastliny. Vápnenie kyslých pôd podporuje mikrobiologické a biochemické procesy, čo zase zvyšuje množstvo dusičnanov, ako aj stráviteľných foriem fosforu a draslíka.

Vplyv vápnenia na formy a dostupnosť makroprvkov a mikroprvkov

Vápnenie zvyšuje množstvo vápnika a pri použití dolomitovej múky - horčíka. Súčasne sa toxické formy mangánu a hliníka stávajú nerozpustnými a prechádzajú do vyzrážanej formy. Znižuje sa dostupnosť prvkov ako železo, meď, zinok, mangán. Dusík, síra, draslík, vápnik, horčík, fosfor a molybdén sa stávajú dostupnejšími.

Vplyv vápnenia na pôsobenie fyziologicky kyslých hnojív

Vápnenie zvyšuje účinnosť fyziologicky kyslých minerálnych hnojív, najmä amoniaku a potaše.

Pozitívny účinok fyziologicky kyslých hnojív bez pridania vápna vyprchá a časom sa môže zmeniť na negatívny. Takže v hnojených oblastiach sú úrody ešte menšie ako v nehnojených oblastiach. Kombinácia vápnenia s použitím hnojív zvyšuje ich účinnosť o 25–50 %.

Pri vápnení sa v pôde aktivujú enzymatické procesy, podľa ktorých sa nepriamo posudzuje jej úrodnosť.

Zostavil: Grigorovskaya P.I.

Stránka pridaná: 05.12.13 00:40

Posledná aktualizácia: 22.05.2014 16:25

Literárne zdroje:

Glinka N.L. Všeobecná chémia. Učebnica pre vysoké školy. Vydavateľstvo: Leningrad: Chemistry, 1985, s. 731

Mineev V.G. Agrochémia: Učebnica – 2. vydanie, prepracované a rozšírené – M.: Vydavateľstvo Moskovskej štátnej univerzity, Vydavateľstvo KolosS, 2004. – 720 s., l. chorý.: chorý. – (Klasická vysokoškolská učebnica).

Petrov B.A., Seliverstov N.F. Minerálna výživa rastlín. Referenčná príručka pre študentov a záhradníkov. Jekaterinburg, 1998. 79 s.

Encyklopédia pre deti. Zväzok 17. Chémia. / Hlava. vyd. V.A. Volodin. – M.: Avanta +, 2000. – 640 s., ill.

Yagodin B.A., Žukov Yu.P., Kobzarenko V.I. Agrochémia / Edited by B.A. Yagodina – M.: Kolos, 2002. – 584 s.: chorý (Učebnice a učebné pomôcky pre študentov vysokých škôl).

Obrázky (prepracované):

20 Ca Calcium, licencované pod CC BY

Nedostatok vápnika v pšenici, CIMMYT, licencovaný pod CC BY-NC-SA

www.pesticidy.ru

Vápnik a jeho úloha pre ľudstvo - Chémia

Vápnik a jeho úloha pre ľudstvo

Úvod

Byť v prírode

Potvrdenie

Fyzikálne vlastnosti

Chemické vlastnosti

Aplikácia zlúčenín vápnika

Biologická úloha

Záver

Bibliografia

Úvod

Vápnik je prvkom hlavnej podskupiny druhej skupiny, štvrtej periódy periodického systému chemických prvkov D. I. Mendelejeva, s atómovým číslom 20. Označuje sa symbolom Ca (lat. Calcium). Jednoduchá látka vápnik (číslo CAS: 7440-70-2) je mäkký, reaktívny kov alkalických zemín strieborno-bielej farby.

Napriek všadeprítomnosti prvku č. 20 ani chemici nevideli elementárny vápnik. Ale tento kov, ako vo vzhľade, tak aj v správaní, je úplne odlišný od alkalických kovov, ktorých kontakt je plný nebezpečenstva požiarov a popálenín. Dá sa bezpečne skladovať na vzduchu, od vody sa nevznieti. Mechanické vlastnosti elementárneho vápnika z neho nerobia „čiernu ovcu“ v rodine kovov: vápnik mnohé z nich prevyšuje silou a tvrdosťou; dá sa točiť na sústruhu, ťahať do drôtu, kovať, lisovať.

Napriek tomu sa elementárny vápnik takmer nikdy nepoužíva ako konštrukčný materiál. Na to je príliš aktívny. Vápnik ľahko reaguje s kyslíkom, sírou a halogénmi. Dokonca aj s dusíkom a vodíkom za určitých podmienok reaguje. Prostredie oxidov uhlíka, inertné pre väčšinu kovov, je agresívne pre vápnik. Horí v atmosfére CO a CO2.

História a pôvod mena

Názov prvku pochádza z lat. calx (v genitívnom prípade calcis) -- „vápno“, „mäkký kameň“. Navrhol to anglický chemik Humphry Davy, ktorý v roku 1808 izoloval kovový vápnik elektrolytickou metódou. Davy elektrolyzoval zmes vlhkého haseného vápna a oxidu ortutnatého HgO na platinovej platni, ktorá slúžila ako anóda. Katódou bol platinový drôt ponorený do tekutej ortuti. V dôsledku elektrolýzy sa získal amalgám vápnika. Po destilácii ortuti z nej Davy získal kov nazývaný vápnik.

Zlúčeniny vápnika – vápenec, mramor, sadra (ako aj vápno – produkt kalcinácie vápenca) sa v stavebníctve používali už pred niekoľkými tisíckami rokov. Do konca 18. storočia považovali chemici vápno za jednoduchú pevnú látku. V roku 1789 A. Lavoisier navrhol, že vápno, horčík, baryt, oxid hlinitý a oxid kremičitý sú zložité látky.

Byť v prírode

Kvôli vysokej chemickej aktivite sa vápnik v prírode nevyskytuje vo voľnej forme.

Vápnik tvorí 3,38 % hmotnosti zemskej kôry (5. najrozšírenejší po kyslíku, kremíku, hliníku a železe).

Izotopy. Vápnik sa v prírode vyskytuje ako zmes šiestich izotopov: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca a 48Ca, z ktorých najbežnejší - 40Ca - je 96,97%.

Zo šiestich prírodných izotopov vápnika je päť stabilných. Nedávno sa zistilo, že šiesty izotop, 48Ca, najťažší zo šiestich a veľmi vzácny (jeho izotopová abundancia je len 0,187 %), podlieha dvojitému beta rozpadu s polčasom rozpadu 5,3 x 1019 rokov.

V horninách a mineráloch. Väčšina vápnika je obsiahnutá v kremičitanoch a hlinitokremičitanoch rôznych hornín (žuly, ruly a pod.), najmä v živcoch - Ca anortite.

Vo forme sedimentárnych hornín sú zlúčeniny vápnika zastúpené kriedou a vápencami, ktoré pozostávajú najmä z minerálu kalcit (CaCO3). Kryštalická forma kalcitu - mramor - je v prírode oveľa menej bežná.

Pomerne rozšírené sú vápenaté minerály ako kalcit CaCO3, anhydrit CaSO4, alabaster CaSO4 0,5h3O a sadra CaSO4 2h3O, fluorit CaF2, apatit Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), dolomit MgCO3 CaCO3. Prítomnosť vápenatých a horečnatých solí v prírodnej vode určuje jej tvrdosť.

Vápnik, energicky migrujúci v zemskej kôre a hromadiaci sa v rôznych geochemických systémoch, tvorí 385 minerálov (štvrtý najväčší počet minerálov).

Migrácia v zemskej kôre. Pri prirodzenej migrácii vápnika zohráva významnú úlohu „uhličitanová rovnováha“, spojená s reverzibilnou reakciou interakcie uhličitanu vápenatého s vodou a oxidom uhličitým za vzniku rozpustného hydrogenuhličitanu:

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

(rovnováha sa posúva doľava alebo doprava v závislosti od koncentrácie oxidu uhličitého).

Biogénna migrácia. V biosfére sa zlúčeniny vápnika nachádzajú takmer vo všetkých živočíšnych a rastlinných tkanivách (pozri tiež nižšie). Významné množstvo vápnika sa nachádza v živých organizmoch. Hydroxyapatit Ca5(PO4)3OH alebo v inom zázname 3Ca3(PO4)2·Ca(OH)2 je teda základom kostného tkaniva stavovcov vrátane ľudí; Škrupiny a schránky mnohých bezstavovcov, vaječné škrupiny atď., sú vyrobené z uhličitanu vápenatého CaCO3.V živých tkanivách ľudí a zvierat je 1,4-2% Ca (hmotnostný zlomok); v ľudskom tele s hmotnosťou 70 kg je obsah vápnika asi 1,7 kg (hlavne v medzibunkovej látke kostného tkaniva).

Potvrdenie

Voľný kovový vápnik sa získava elektrolýzou taveniny pozostávajúcej z CaCl2 (75-80 %) a KCl alebo z CaCl2 a CaF2, ako aj aluminotermickou redukciou CaO pri 1170-1200 °C:

4CaO + 2Al = CaAl204 + 3Ca.

Fyzikálne vlastnosti

Kovový vápnik existuje v dvoch alotropných modifikáciách. Do 443 °C je stabilný ?-Ca s kubickou plošne centrovanou mriežkou (parameter a = 0,558 nm), vyššia stabilná je ?-Ca s kubickou mriežkou centrovanou na telo typu ?-Fe (parameter a = 0,448 nm). Štandardná entalpia?H0 prechod? > ? je 0,93 kJ/mol.

Chemické vlastnosti

Vápnik je typický kov alkalických zemín. Chemická aktivita vápnika je vysoká, ale nižšia ako u všetkých ostatných kovov alkalických zemín. Ľahko reaguje s kyslíkom, oxidom uhličitým a vlhkosťou vo vzduchu, preto je povrch kovového vápnika zvyčajne matne šedý, takže v laboratóriu sa vápnik zvyčajne skladuje, podobne ako iné kovy alkalických zemín, v tesne uzavretej nádobe pod vrstvou. petroleja alebo tekutého parafínu.

V sérii štandardných potenciálov sa vápnik nachádza naľavo od vodíka. Štandardný elektródový potenciál páru Ca2+/Ca0 je ≥ 2,84 V, takže vápnik aktívne reaguje s vodou, ale bez vznietenia:

Ca + 2H20 = Ca(OH)2 + H2^ + Q.

Vápnik za normálnych podmienok reaguje s aktívnymi nekovmi (kyslík, chlór, bróm):

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

Pri zahrievaní na vzduchu alebo kyslíku sa vápnik zapáli. Vápnik pri zahrievaní reaguje s menej aktívnymi nekovmi (vodík, bór, uhlík, kremík, dusík, fosfor a iné), napr.

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

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

3Ca + 2P = Ca3P2 (

fosfid vápenatý), fosfidy vápenaté kompozícií CaP a CaP5 sú tiež známe;

2Ca + Si = Ca2Si

(silicid vápenatý), silicidy vápnika v zložení CaSi, Ca3Si4 a CaSi2 sú tiež známe.

Výskyt vyššie uvedených reakcií je spravidla sprevádzaný uvoľňovaním veľkého množstva tepla (to znamená, že tieto reakcie sú exotermické). Vo všetkých zlúčeninách s nekovmi je oxidačný stav vápnika +2. Väčšina zlúčenín vápnika s nekovmi sa vodou ľahko rozloží, napríklad:

CaH2 + 2H20 = Ca(OH)2 + 2H2^,

Ca3N2 + 3H20 = 3Ca(OH)2 + 2Nh4^.

Ca2+ ión je bezfarebný. Keď sa do plameňa pridajú rozpustné vápenaté soli, plameň sa zmení na tehlovočervený.

Soli vápnika, ako je chlorid CaCl2, bromid CaBr2, jodid CaI2 a dusičnan Ca(NO3)2, sú vysoko rozpustné vo vode. Vo vode nerozpustné sú fluorid CaF2, uhličitan CaCO3, síran CaSO4, ortofosfát Ca3(PO4)2, oxalát CaC2O4 a niektoré ďalšie.

Je dôležité, že na rozdiel od uhličitanu vápenatého CaCO3 je kyslý uhličitan vápenatý (hydrogenuhličitan) Ca(HCO3)2 rozpustný vo vode. V prírode to vedie k nasledujúcim procesom. Keď studený dážď alebo riečna voda nasýtená oxidom uhličitým prenikne do podzemia a padne na vápenec, pozoruje sa ich rozpúšťanie:

CaC03 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2.

Na tých istých miestach, kde voda nasýtená hydrogénuhličitanom vápenatým prichádza na povrch zeme a je ohrievaná slnečnými lúčmi, dochádza k reverznej reakcii:

Ca(HC03)2 = CaC03 + C02 + H20.

Takto sa v prírode prenášajú veľké masy látok. V dôsledku toho sa v podzemí môžu vytvárať obrovské medzery a v jaskyniach sa tvoria krásne kamenné „cencúle“ - stalaktity a stalagmity.

Prítomnosť rozpusteného hydrogénuhličitanu vápenatého vo vode do značnej miery určuje dočasnú tvrdosť vody. Nazýva sa to dočasné, pretože keď voda vrie, hydrogénuhličitan sa rozkladá a vyzráža sa CaCO3. Tento jav vedie napríklad k tomu, že sa v kanvici časom vytvorí vodný kameň.

Aplikácia kovového vápnika

Hlavné použitie kovového vápnika je ako redukčné činidlo pri výrobe kovov, najmä niklu, medi a nehrdzavejúcej ocele. Vápnik a jeho hydrid sa používajú aj na výrobu ťažko redukovateľných kovov, ako je chróm, tórium a urán. Zliatiny vápnika a olova sa používajú v batériách a zliatinách ložísk. Vápnikové granule sa tiež používajú na odstránenie stôp vzduchu z vákuových zariadení.

Metalotermia

Čistý kovový vápnik sa široko používa v metalotermii na výrobu vzácnych kovov.

Legovanie zliatin

Čistý vápnik sa používa na legovanie olova používaného na výrobu dosiek batérií a bezúdržbových štartovacích olovených batérií s nízkym samovybíjaním. Kovový vápnik sa tiež používa na výrobu vysokokvalitných vápnikových babbitov BKA.

Jadrová fúzia

Izotop 48Ca je najefektívnejší a bežne používaný materiál na výrobu superťažkých prvkov a objavovanie nových prvkov v periodickej tabuľke prvkov. Napríklad v prípade použitia iónov 48Ca na výrobu superťažkých prvkov v urýchľovačoch sa jadrá týchto prvkov tvoria stokrát a tisíckrát efektívnejšie ako pri použití iných „projektilov“ (iónov).

Aplikácia zlúčenín vápnika

Hydrid vápenatý. Zahrievaním vápnika vo vodíkovej atmosfére sa získava Cah3 (hydrid vápenatý), ktorý sa využíva v metalurgii (metalotermia) a pri výrobe vodíka na poli.

Optické a laserové materiály Fluorid vápenatý (fluorit) sa používa vo forme monokryštálov v optike (astronomické objektívy, šošovky, hranoly) a ako laserový materiál. Volfráman vápenatý (scheelit) vo forme monokryštálov sa používa v laserovej technike a tiež ako scintilátor.

Karbid vápnika. Karbid vápenatý CaC2 sa široko používa na výrobu acetylénu a na redukciu kovov, ako aj na výrobu kyánamidu vápenatého (zahriatím karbidu vápnika v dusíku na 1200 °C je reakcia exotermická, prebieha v kyánamidových peciach) .

Zdroje chemického prúdu. Vápnik, ako aj jeho zliatiny s hliníkom a horčíkom, sa používajú v záložných tepelných elektrických batériách ako anóda (napríklad prvok chróman vápenatý). Chróman vápenatý sa v takýchto batériách používa ako katóda. Zvláštnosťou takýchto batérií je extrémne dlhá životnosť (desaťročia) vo vhodnom stave, schopnosť prevádzky v akýchkoľvek podmienkach (priestor, vysoké tlaky), vysoká merná energia z hľadiska hmotnosti a objemu. Nevýhoda: krátka životnosť. Takéto batérie sa používajú tam, kde je potrebné krátkodobo vytvoriť kolosálny elektrický výkon (balistické strely, niektoré kozmické lode atď.).

Ohňovzdorné materiály. Oxid vápenatý, ako vo voľnej forme, tak aj ako súčasť keramických zmesí, sa používa pri výrobe žiaruvzdorných materiálov.

Lieky. Zlúčeniny vápnika sa široko používajú ako antihistaminikum.

Chlorid vápenatý

Glukonát vápenatý

Glycerofosfát vápenatý

Okrem toho sú zlúčeniny vápnika zahrnuté v liekoch na prevenciu osteoporózy, vo vitamínových komplexoch pre tehotné ženy a starších ľudí.

Biologická úloha

Vápnik je bežnou makroživinou v tele rastlín, zvierat a ľudí. U ľudí a iných stavovcov je väčšina z nich obsiahnutá v kostre a zuboch vo forme fosfátov. Kostry väčšiny skupín bezstavovcov (huby, koralové polypy, mäkkýše atď.) pozostávajú z rôznych foriem uhličitanu vápenatého (vápna). Vápnikové ióny sa podieľajú na procesoch zrážania krvi, ako aj na zabezpečení konštantného osmotického tlaku krvi. Vápnikové ióny slúžia aj ako jeden z univerzálnych druhých poslov a regulujú celý rad vnútrobunkových procesov – svalovú kontrakciu, exocytózu vrátane sekrécie hormónov a neurotransmiterov atď. Koncentrácia vápnika v cytoplazme ľudských buniek je asi 10?7 mol, v medzibunkových tekutinách asi 10 ?3 mol.

Potreba vápnika závisí od veku. Pre dospelých je potrebný denný príjem od 800 do 1000 miligramov (mg) a pre deti od 600 do 900 mg, čo je pre deti veľmi dôležité kvôli intenzívnemu rastu kostry. Väčšina vápnika, ktorý sa dostáva do ľudského tela s jedlom, sa nachádza v mliečnych výrobkoch, zvyšný vápnik pochádza z mäsa, rýb a niektorých rastlinných produktov (najmä strukovín). Vstrebávanie prebieha v hrubom aj tenkom čreve a uľahčuje ho kyslé prostredie, vitamín D a vitamín C, laktóza a nenasýtené mastné kyseliny. Dôležitá je úloha horčíka v metabolizme vápnika, pri jeho nedostatku sa vápnik „vymýva“ z kostí a ukladá sa v obličkách (obličkové kamene) a svaloch.

Aspirín, kyselina šťaveľová a deriváty estrogénu narúšajú vstrebávanie vápnika. V kombinácii s kyselinou šťaveľovou vytvára vápnik vo vode nerozpustné zlúčeniny, ktoré sú súčasťou obličkových kameňov.

Vďaka veľkému množstvu procesov s tým spojených je obsah vápnika v krvi presne regulovaný a pri správnej výžive nedochádza k jeho nedostatku. Dlhodobá absencia stravy môže spôsobiť kŕče, bolesti kĺbov, ospalosť, poruchy rastu a zápchu. Hlbší nedostatok vedie k neustálym svalovým kŕčom a osteoporóze. Zneužívanie kávy a alkoholu môže spôsobiť nedostatok vápnika, pretože časť sa vylučuje močom.

Nadmerné dávky vápnika a vitamínu D môžu spôsobiť hyperkalcémiu s následnou intenzívnou kalcifikáciou kostí a tkanív (postihujú najmä močový systém). Dlhodobý nadbytok narúša fungovanie svalových a nervových tkanív, zvyšuje zrážanlivosť krvi a znižuje vstrebávanie zinku kostnými bunkami. Maximálna denná bezpečná dávka pre dospelého je 1500 až 1800 miligramov.

Produkty Vápnik, mg/100 g

Sezam 783

Žihľava 713

Slez lesný 505

Plantain veľký 412

Galinsoga 372

Sardinky v oleji 330

Brečtan budra 289

Psia ruža 257

Mandle 252

Plantain lanceolist. 248

Lieskový orech 226

Semená amarantu 214

Potočnica 214

Sójové bôby suché 201

Deti do 3 rokov - 600 mg.

Deti od 4 do 10 rokov - 800 mg.

Deti od 10 do 13 rokov - 1000 mg.

Adolescenti od 13 do 16 rokov - 1200 mg.

Mládež 16 a starší - 1000 mg.

Dospelí od 25 do 50 rokov - od 800 do 1200 mg.

Tehotné a dojčiace ženy - od 1500 do 2000 mg.

Záver

Vápnik je jedným z najrozšírenejších prvkov na Zemi. V prírode je ho veľa: pohoria a ílovité skaly vznikajú z vápenatých solí, nachádza sa v morskej a riečnej vode, je súčasťou rastlinných a živočíšnych organizmov.

Vápnik neustále obklopuje obyvateľov miest: takmer všetky hlavné stavebné materiály - betón, sklo, tehla, cement, vápno - obsahujú tento prvok vo významných množstvách.

Prirodzene, s takýmito chemickými vlastnosťami nemôže vápnik v prírode existovať vo voľnom stave. Ale zlúčeniny vápnika - prírodné aj umelé - získali prvoradý význam.

Bibliografia

1. Redakčná rada: Knunyants I. L. (hlavný redaktor) Chemická encyklopédia: v 5 zväzkoch - Moskva: Sovietska encyklopédia, 1990. - T. 2. - S. 293. - 671 s.

2. Doronín. N.A. Calcium, Goskhimizdat, 1962. 191 strán s ilustráciami.

3. Dotsenko VA. - Terapeutická a preventívna výživa. - Otázka. výživa, 2001 - N1-str.21-25

4. Bilezikian J. P. Metabolizmus vápnika a kostí // In: K. L. Becker, ed.

www.e-ng.ru

Svet vedy

Vápnik je kovový prvok hlavnej podskupiny II skupiny 4 periodickej tabuľky chemických prvkov. Patrí do skupiny kovov alkalických zemín. Vonkajšia energetická hladina atómu vápnika obsahuje 2 párové S-elektróny

Ktoré je schopný pri chemických interakciách energeticky rozdávať. Vápnik je teda redukčné činidlo a vo svojich zlúčeninách má oxidačný stav + 2. V prírode sa vápnik nachádza iba vo forme solí. Hmotnostný podiel vápnika v zemskej kôre je 3,6%. Hlavným prírodným minerálom vápnika je kalcit CaCO3 a jeho odrody - vápenec, krieda, mramor. Existujú aj živé organizmy (napríklad koraly), ktorých chrbticu tvorí najmä uhličitan vápenatý. Významnými minerálmi vápnika sú dolomit CaCO3 MgCO3, fluorit CaF2, sadra CaSO4 2h3O, apatit, živec atď. Vápnik hrá dôležitú úlohu v živote živých organizmov. Hmotnostný podiel vápnika v ľudskom tele je 1,4-2%. Je súčasťou zubov, kostí, iných tkanív a orgánov, podieľa sa na procese zrážania krvi, stimuluje srdcovú činnosť. Aby ste telu dodali dostatočné množstvo vápnika, určite by ste mali konzumovať mlieko a mliečne výrobky, zelenú zeleninu, ryby.Jednoduchá látka vápnik je typický strieborno-biely kov. Je dosť tvrdý, plastový, má hustotu 1,54 g/cm3 a bod topenia 842? C. Chemicky je vápnik veľmi aktívny. Za normálnych podmienok ľahko interaguje s kyslíkom a vlhkosťou vo vzduchu, preto sa skladuje v hermeticky uzavretých nádobách. Pri zahriatí na vzduchu sa vápnik zapáli a vytvorí oxid: 2Ca + O2 = 2CaO.Vápnik pri zahriatí reaguje s chlórom a brómom a s fluórom aj za studena. Produktom týchto reakcií sú zodpovedajúce halogenidy, napríklad: Ca + Cl2 = CaCl2 Pri zahrievaní vápnika so sírou vzniká sulfid vápenatý: Ca + S = CaS Vápnik môže reagovať aj s inými nekovmi Interakcia s vodou vedie k tvorbe slabo rozpustného hydroxidu vápenatého a uvoľňovaniu plynného vodíka :Ca + 2h3O = Ca (OH) 2 + h3.Vápnik je široko používaný. Používa sa ako rozeta pri výrobe ocelí a zliatin a ako redukčné činidlo na výrobu niektorých žiaruvzdorných kovov.

Vápnik sa získava elektrolýzou roztaveného chloridu vápenatého. Vápnik teda prvýkrát získal v roku 1808 Humphry Davy.

worldofscience.ru

Vápnik (latinsky Calcium, symbolizovaný Ca) je prvok s atómovým číslom 20 a atómovou hmotnosťou 40,078. Je to prvok hlavnej podskupiny druhej skupiny, štvrtého obdobia periodickej tabuľky chemických prvkov Dmitrija Ivanoviča Mendelejeva. Jednoduchá látka vápnik je za normálnych podmienok ľahký (1,54 g/cm3) kujný, mäkký, chemicky aktívny kov alkalických zemín strieborno-bielej farby.

V prírode je vápnik prezentovaný ako zmes šiestich izotopov: 40Ca (96,97 %), 42Ca (0,64 %), 43Ca (0,145 %), 44Ca (2,06 %), 46Ca (0,0033 %) a 48Ca (0,185 %). Hlavným izotopom dvadsiateho prvku - najbežnejšieho - je 40Ca, jeho izotopová abundancia je asi 97%. Zo šiestich prirodzených izotopov vápnika je päť stabilných; u šiesteho izotopu 48Ca, najťažšieho zo šiestich a pomerne vzácneho (jeho izotopová abundancia je len 0,185 %), sa nedávno zistilo, že podlieha dvojitému β-rozpadu s polčasom rozpadu 5,3∙1019 rokov. Umelo získané izotopy s hmotnostnými číslami 39, 41, 45, 47 a 49 sú rádioaktívne. Najčastejšie sa používajú ako izotopový indikátor pri štúdiu procesov metabolizmu minerálov v živom organizme. 45Ca, získaný ožiarením kovového vápnika alebo jeho zlúčenín neutrónmi v uránovom reaktore, hrá dôležitú úlohu pri štúdiu metabolických procesov prebiehajúcich v pôde a pri štúdiu procesov absorpcie vápnika rastlinami. Vďaka rovnakému izotopu bolo možné počas procesu tavenia odhaliť zdroje kontaminácie rôznych druhov ocele a ultračistého železa zlúčeninami vápnika.

Zlúčeniny vápnika - mramor, sadra, vápenec a vápno (produkt pálenia vápenca) sú známe už od staroveku a boli široko používané v stavebníctve a medicíne. Starovekí Egypťania používali zlúčeniny vápnika pri stavbe svojich pyramíd a obyvatelia veľkého Ríma vynašli betón – pomocou zmesi drveného kameňa, vápna a piesku. Až do konca 18. storočia boli chemici presvedčení, že vápno je jednoduchá tuhá látka. Až v roku 1789 Lavoisier navrhol, že vápno, oxid hlinitý a niektoré ďalšie zlúčeniny sú zložité látky. V roku 1808 získal kov vápnika G. Davy elektrolýzou.

Použitie kovového vápnika je spojené s jeho vysokou chemickou aktivitou. Používa sa na získavanie zo zlúčenín určitých kovov, napríklad tória, uránu, chrómu, zirkónu, cézia, rubídia; na odstraňovanie kyslíka a síry z ocele a niektorých ďalších zliatin; na dehydratáciu organických kvapalín; na absorbovanie zvyškových plynov vo vákuových zariadeniach. Okrem toho kovový vápnik slúži ako legujúca zložka v niektorých zliatinách. Zlúčeniny vápnika sa využívajú oveľa širšie – využívajú sa v stavebníctve, pyrotechnike, sklárskej výrobe, medicíne a mnohých ďalších oblastiach.

Vápnik je jedným z najdôležitejších biogénnych prvkov, je nevyhnutný pre väčšinu živých organizmov pre normálny priebeh životných procesov. Telo dospelého človeka obsahuje až jeden a pol kilogramu vápnika. Je prítomný vo všetkých tkanivách a tekutinách živých organizmov. Dvadsiaty prvok je nevyhnutný pre tvorbu kostného tkaniva, udržiavanie srdcovej frekvencie, zrážanlivosti krvi, udržiavanie normálnej priepustnosti vonkajších bunkových membrán a tvorbu množstva enzýmov. Zoznam funkcií, ktoré vápnik plní v telách rastlín a živočíchov, je veľmi dlhý. Stačí povedať, že len vzácne organizmy sú schopné sa vyvíjať v prostredí bez vápnika a ostatné organizmy pozostávajú z 38 % tohto prvku (ľudské telo obsahuje len asi 2 % vápnika).

Biologické vlastnosti

Vápnik je jedným z biogénnych prvkov, jeho zlúčeniny sa nachádzajú takmer vo všetkých živých organizmoch (málo organizmov je schopných sa vyvíjať v prostredí bez vápnika), čo zabezpečuje normálny priebeh životných procesov. Dvadsiaty prvok je prítomný vo všetkých tkanivách a tekutinách zvierat a rastlín, väčšina z neho (u stavovcov vrátane človeka) je obsiahnutá v kostre a zuboch vo forme fosfátov (napríklad hydroxyapatit Ca5(PO4)3OH alebo 3Ca3 (P04)2Ca (OH)2). Použitie dvadsiateho prvku ako stavebného materiálu pre kosti a zuby je spôsobené tým, že sa v bunke nevyužívajú ióny vápnika. Koncentrácia vápnika je riadená špeciálnymi hormónmi, ich spoločné pôsobenie zachováva a udržiava štruktúru kostí. Kostry väčšiny skupín bezstavovcov (mäkkýše, koraly, huby a iné) sú postavené z rôznych foriem uhličitanu vápenatého CaCO3 (vápno). Mnohé bezstavovce ukladajú vápnik pred preliatím na stavbu novej kostry alebo na zabezpečenie životných funkcií v nepriaznivých podmienkach. Živočíchy prijímajú vápnik z potravy a vody a rastliny - z pôdy a vo vzťahu k tomuto prvku sa delia na kalcifily a kalcefóby.

Ióny tohto dôležitého mikroelementu sa podieľajú na procesoch zrážania krvi, ako aj na zabezpečení konštantného osmotického tlaku krvi. Okrem toho je vápnik potrebný na tvorbu množstva bunkových štruktúr, udržiavanie normálnej priepustnosti vonkajších bunkových membrán, na oplodnenie vajíčok rýb a iných živočíchov a aktiváciu množstva enzýmov (možno je to spôsobené tým, že že vápnik nahrádza ióny horčíka). Vápnikové ióny prenášajú vzruch do svalového vlákna, spôsobujú jeho kontrakciu, zvyšujú silu srdcových kontrakcií, zvyšujú fagocytárnu funkciu leukocytov, aktivujú systém ochranných krvných bielkovín, regulujú exocytózu vrátane sekrécie hormónov a neurotransmiterov. Vápnik ovplyvňuje priepustnosť ciev – bez tohto prvku by sa tuky, lipidy a cholesterol usádzali na stenách ciev. Vápnik podporuje uvoľňovanie solí ťažkých kovov a rádionuklidov z tela a plní antioxidačné funkcie. Vápnik pôsobí na reprodukčný systém, pôsobí protistresovo a pôsobí antialergicky.

Obsah vápnika v tele dospelého človeka (s hmotnosťou 70 kg) je 1,7 kg (hlavne v medzibunkovej látke kostného tkaniva). Potreba tohto prvku závisí od veku: pre dospelých je potrebný denný príjem od 800 do 1 000 miligramov, pre deti od 600 do 900 miligramov. Pre deti je obzvlášť dôležité konzumovať potrebnú dávku pre intenzívny rast a vývoj kostí. Hlavným zdrojom vápnika v tele je mlieko a mliečne výrobky, zvyšok vápnika pochádza z mäsa, rýb a niektorých rastlinných produktov (najmä strukovín). K absorpcii katiónov vápnika dochádza v hrubom a tenkom čreve, vstrebávanie uľahčuje kyslé prostredie, vitamíny C a D, laktóza (kyselina mliečna), nenasýtené mastné kyseliny. Aspirín, kyselina šťaveľová a deriváty estrogénu zase výrazne znižujú stráviteľnosť dvadsiateho prvku. Pri kombinácii s kyselinou šťaveľovou teda vápnik vytvára vo vode nerozpustné zlúčeniny, ktoré sú súčasťou obličkových kameňov. Úloha horčíka v metabolizme vápnika je veľká - pri jeho nedostatku sa vápnik „vymýva“ z kostí a ukladá sa v obličkách (obličkové kamene) a svaloch. Vo všeobecnosti má telo zložitý systém ukladania a uvoľňovania dvadsiateho prvku, z tohto dôvodu je obsah vápnika v krvi presne regulovaný a pri správnej výžive nedochádza k nedostatku alebo prebytku. Dlhodobá diéta s vápnikom môže spôsobiť kŕče, bolesti kĺbov, zápchu, únavu, ospalosť a spomalenie rastu. Dlhodobý nedostatok vápnika v strave vedie k rozvoju osteoporózy. Nikotín, kofeín a alkohol sú niektoré z príčin nedostatku vápnika v tele, pretože prispievajú k jeho intenzívnemu vylučovaniu močom. Nadbytok dvadsiateho prvku (alebo vitamínu D) však vedie k negatívnym dôsledkom – vzniká hyperkalcémia, ktorej dôsledkom je intenzívne zvápenatenie kostí a tkanív (postihujúce najmä močový systém). Dlhodobý prebytok vápnika narúša činnosť svalových a nervových tkanív, zvyšuje zrážanlivosť krvi a znižuje vstrebávanie zinku kostnými bunkami. Môže sa vyskytnúť artróza, šedý zákal a problémy s krvným tlakom. Z vyššie uvedeného môžeme konštatovať, že bunky rastlinných a živočíšnych organizmov potrebujú presne definované pomery iónov vápnika.

Vo farmakológii a medicíne sa zlúčeniny vápnika používajú na výrobu vitamínov, tabliet, piluliek, injekcií, antibiotík, ako aj na výrobu ampuliek a lekárskeho náradia.

Ukazuje sa, že pomerne častou príčinou mužskej neplodnosti je nedostatok vápnika v tele! Faktom je, že hlavička spermie má šípovitú formáciu, ktorá pozostáva výlučne z vápnika; s dostatočným množstvom tohto prvku je spermia schopná prekonať membránu a oplodniť vajíčko; ak je nedostatočné množstvo, neplodnosť vyskytuje.

Americkí vedci zistili, že nedostatok iónov vápnika v krvi vedie k oslabeniu pamäti a zníženiu inteligencie. Napríklad zo známeho amerického magazínu Science News sa dozvedeli o pokusoch, ktoré potvrdili, že u mačiek vzniká podmienený reflex len vtedy, ak ich mozgové bunky obsahujú viac vápnika ako krv.

V poľnohospodárstve vysoko cenená zlúčenina kyánamid vápenatý sa využíva nielen ako dusíkaté hnojivo a zdroj močoviny - cenného hnojiva a suroviny na výrobu syntetických živíc, ale aj ako látka, pomocou ktorej bolo možné mechanizovať zber bavlníkových polí. Faktom je, že po ošetrení touto zlúčeninou bavlník okamžite zhodí listy, čo ľuďom umožňuje prenechať zber bavlny strojom.

Keď sa hovorí o potravinách bohatých na vápnik, vždy sa spomínajú mliečne výrobky, ale samotné mlieko obsahuje od 120 mg (kravské) do 170 mg (ovčie) vápnika na 100 g; tvaroh je ešte chudobnejší – len 80 mg na 100 gramov. Z mliečnych výrobkov len syr obsahuje od 730 mg (Gouda) do 970 mg (ementál) vápnika na 100 g výrobku. Rekordérom v obsahu dvadsiateho prvku je však mak - 100 gramov maku obsahuje takmer 1 500 mg vápnika!

Chlorid vápenatý CaCl2, používaný napríklad v chladiacich jednotkách, je odpadovým produktom mnohých chemických technologických procesov, najmä veľkovýroby sódy. Napriek širokému využívaniu chloridu vápenatého v rôznych oblastiach je však jeho spotreba výrazne nižšia ako jeho výroba. Z tohto dôvodu napríklad v blízkosti závodov na výrobu sódy vznikajú celé jazerá soľanky chloridu vápenatého. Takéto zásobné jazierka nie sú nezvyčajné.

Aby sme pochopili, koľko zlúčenín vápnika sa konzumuje, stojí za to uviesť len niekoľko príkladov. Pri výrobe ocele sa vápno používa na odstránenie fosforu, kremíka, mangánu a síry, pri procese kyslíkového konvertora sa spotrebuje 75 kilogramov vápna na tonu ocele! Ďalší príklad pochádza z úplne inej oblasti – potravinárskeho priemyslu. Pri výrobe cukru sa surový cukrový sirup nechá reagovať s vápnom, aby sa vyzrážala vápenatá sacharóza. Trstinový cukor teda zvyčajne vyžaduje asi 3-5 kg ​​limetky na tonu a repný cukor - stokrát viac, to znamená asi pol tony limetky na tonu cukru!

„Tvrdosť“ vody je množstvo vlastností, ktoré dávajú vode rozpustené vápenaté a horečnaté soli. Tuhosť sa delí na dočasnú a trvalú. Dočasná alebo uhličitanová tvrdosť je spôsobená prítomnosťou rozpustných hydrouhličitanov Ca(HCO3)2 a Mg(HCO3)2 vo vode. Uhličitanovej tvrdosti sa zbavíte veľmi jednoducho – pri varení vody sa hydrogénuhličitany zmenia na vo vode nerozpustné uhličitany vápenaté a horečnaté, pričom sa vyzrážajú. Trvalú tvrdosť vytvárajú sírany a chloridy rovnakých kovov, no zbaviť sa jej je oveľa ťažšie. Tvrdá voda nie je nebezpečná ani tak preto, že bráni tvorbe mydlovej peny, a preto horšie perie oblečenie, oveľa horšie je, že vytvára vrstvu vodného kameňa v parných kotloch a kotlových systémoch, čím znižuje ich účinnosť a vedie k núdzovým situáciám. Zaujímavé je, že už v starovekom Ríme vedeli určiť tvrdosť vody. Ako činidlo bolo použité červené víno - jeho farbivá tvoria zrazeninu s iónmi vápnika a horčíka.

Proces prípravy vápnika na uskladnenie je veľmi zaujímavý. Kovový vápnik sa dlhodobo skladuje vo forme kusov s hmotnosťou od 0,5 do 60 kg. Tieto „ingoty“ sa balia do papierových vreciek a potom sa vkladajú do nádob z pozinkovaného železa s spájkovanými a natretými švami. Tesne uzavreté nádoby sú umiestnené v drevených debnách. Kusy vážiace menej ako pol kilogramu sa nedajú dlhodobo skladovať – pri oxidácii sa rýchlo menia na oxid, hydroxid a uhličitan vápenatý.

Príbeh

Kovový vápnik bol získaný relatívne nedávno - v roku 1808, ale ľudstvo pozná zlúčeniny tohto kovu už veľmi dlho. Od staroveku ľudia používali v stavebníctve a medicíne vápenec, kriedu, mramor, alabaster, sadru a iné zlúčeniny obsahujúce vápnik. Vápenec CaCO3 bol s najväčšou pravdepodobnosťou prvým stavebným materiálom používaným ľuďmi. Bol použitý pri stavbe egyptských pyramíd a Veľkého čínskeho múru. Mnohé chrámy a kostoly v Rusku, ako aj väčšina budov starovekej Moskvy, boli postavené z vápenca - bieleho kameňa. Už v dávnych dobách človek pálením vápenca prijímal nehasené vápno (CaO), o čom svedčia práce Plínia Staršieho (1. storočie n. l.) a Dioskorida, lekára rímskej armády, ktorému zaviedol oxid vápenatý vo svojom esej „O liekoch.“ názov „nehasené vápno“, ktorý sa zachoval dodnes. A to všetko napriek tomu, že čistý oxid vápenatý prvýkrát opísal nemecký chemik I. Potom až v roku 1746 a v roku 1755 chemik J. Black, študujúci proces vypaľovania, odhalil, že k strate vápencovej hmoty pri vypaľovaní dochádza v dôsledku k uvoľňovaniu plynného oxidu uhličitého:

CaCO3 ↔ CO2 + CaO

Egyptské malty, ktoré sa používali v pyramídach v Gíze, boli založené na čiastočne dehydrovanej sadre CaSO4 2H2O alebo inými slovami na alabastri 2CaSO4∙H2O. Je tiež základom všetkej omietky v hrobke Tutanchamona. Egypťania používali pálenú sadru (alabaster) ako spojivo pri stavbe zavlažovacích stavieb. Spálením prírodnej sadry pri vysokých teplotách dosiahli egyptskí stavitelia jej čiastočnú dehydratáciu a z molekuly sa odštiepila nielen voda, ale aj anhydrid kyseliny sírovej. Následne po zriedení vodou sa získala veľmi silná hmota, ktorá sa nebála vody a teplotných výkyvov.

Rimania môžu byť právom nazývaní vynálezcami betónu, pretože vo svojich budovách používali jednu z odrôd tohto stavebného materiálu - zmes drveného kameňa, piesku a vápna. Stavbu cisterien z takéhoto betónu opisuje Plínius Starší: „Na stavbu cisterien vezmite päť dielov čistého štrkopiesku, dva diely najlepšieho haseného vápna a úlomky silexu (tvrdej lávy) s hmotnosťou nie väčšou ako po premiešaní zhutnite dno a bočné plochy údermi železného ubíjadla " Vo vlhkom podnebí Talianska bol betón najodolnejším materiálom.

Ukazuje sa, že ľudstvo už dlho pozná zlúčeniny vápnika, ktoré vo veľkom konzumuje. Do konca 18. storočia však chemici považovali vápno za jednoduchú pevnú látku, až na prahu nového storočia sa začalo so štúdiom podstaty vápna a iných zlúčenín vápnika. Stahl teda navrhol, že vápno je komplexné telo pozostávajúce zo zemitých a vodnatých princípov, a Black stanovil rozdiel medzi žieravým vápnom a uhličitým vápnom, ktoré obsahovalo „stály vzduch“. Antoine Laurent Lavoisier klasifikoval vápenatú zeminu (CaO) ako prvok, teda ako jednoduchú látku, hoci v roku 1789 navrhol, že vápno, horčík, baryt, oxid hlinitý a oxid kremičitý sú zložité látky, ale to bude možné dokázať iba rozkladá „tvrdohlavú zem“ (oxid vápenatý). A prvým človekom, ktorý uspel, bol Humphry Davy. Po úspešnom rozklade oxidov draslíka a sodíka elektrolýzou sa chemik rozhodol získať kovy alkalických zemín rovnakým spôsobom. Prvé pokusy však boli neúspešné – Angličan sa pokúsil rozložiť vápno elektrolýzou na vzduchu a pod vrstvou oleja, potom vápno kalcinoval kovovým draslíkom v skúmavke a vykonal mnoho ďalších pokusov, no neúspešne. Nakoniec v zariadení s ortuťovou katódou získal elektrolýzou vápna amalgám a z neho kovový vápnik. Pomerne skoro tento spôsob získavania kovu zdokonalili I. Berzelius a M. Pontin.

Nový prvok dostal svoje meno z latinského slova „calx“ (v genitíve calcis) - vápno, mäkký kameň. Calx bol názov pre kriedu, vápenec, všeobecne kamienkový kameň, ale najčastejšie maltu na báze vápna. Tento koncept používali aj antickí autori (Vitruvius, Plínius starší, Dioscorides), popisujúci pálenie vápenca, hasenie vápna a prípravu mált. Neskôr v kruhu alchymistov „calx“ označoval produkt výpalu vo všeobecnosti - najmä kovy. Napríklad oxidy kovov sa nazývali kovové vápna a samotný proces vypaľovania sa nazýval kalcinácia. V starodávnej ruskej literatúre na predpis sa nachádza slovo kal (špina, hlina), takže v zbierke Trinity-Sergius Lavra (XV. storočie) sa hovorí: „nájdite výkaly, z ktorých vytvoria zlato téglika“. Až neskôr sa slovo feces, ktoré nepochybne súvisí so slovom „calx“, stalo synonymom slova trus. V ruskej literatúre začiatku 19. storočia sa vápnik niekedy nazýval základom vápenatej zeminy, vápnenie (Shcheglov, 1830), kalcifikácia (Iovsky), vápnik, vápnik (Hess).

Byť v prírode

Vápnik je jedným z najbežnejších prvkov na našej planéte - piaty v kvantitatívnom obsahu v prírode (z nekovov je bežnejší iba kyslík - 49,5% a kremík - 25,3%) a tretí medzi kovmi (bežnejší je iba hliník - 7,5 % a železo – 5,08 %). Clarke (priemerný obsah v zemskej kôre) vápnika sa podľa rôznych odhadov pohybuje od 2,96 % hmotnosti do 3,38 %, s určitosťou môžeme povedať, že toto číslo je asi 3 %. Vonkajší obal atómu vápnika má dva valenčné elektróny, ktorých spojenie s jadrom je dosť slabé. Z tohto dôvodu je vápnik vysoko chemicky reaktívny a vo voľnej forme sa v prírode nevyskytuje. Aktívne však migruje a hromadí sa v rôznych geochemických systémoch, pričom tvorí približne 400 minerálov: kremičitany, hlinitokremičitany, uhličitany, fosforečnany, sírany, borosilikáty, molybdénany, chloridy a iné, ktoré sú v tomto ukazovateli štvrté. Pri topení čadičových magmat sa vápnik hromadí v tavenine a je súčasťou zloženia hlavných horninotvorných minerálov, pri frakcionácii ktorých sa jeho obsah znižuje pri diferenciácii magmy zo zásaditých na kyslé horniny. Vápnik sa z väčšej časti nachádza v spodnej časti zemskej kôry, hromadí sa v zásaditých horninách (6,72 %); v zemskom plášti je málo vápnika (0,7 %) a pravdepodobne ešte menej v zemskom jadre (v železných meteoritoch podobných jadru je dvadsiateho prvku len 0,02 %).

Je pravda, že obsah vápnika v kamenných meteoritoch je 1,4% (zriedkavý sulfid vápenatý), v stredne veľkých horninách je to 4,65% a kyslé horniny obsahujú 1,58% hmotnosti vápnika. Hlavnú časť vápnika obsahujú silikáty a hlinitokremičitany rôznych hornín (žuly, ruly a pod.), najmä živec - anortit Ca, ako aj diopsid CaMg, wollastonit Ca3. Vo forme sedimentárnych hornín sú zlúčeniny vápnika zastúpené kriedou a vápencami, ktoré pozostávajú najmä z minerálu kalcit (CaCO3).

Uhličitan vápenatý CaCO3 je jednou z najrozšírenejších zlúčenín na Zemi – minerály uhličitanu vápenatého pokrývajú približne 40 miliónov štvorcových kilometrov zemského povrchu. Na mnohých miestach zemského povrchu sa nachádzajú významné sedimentárne ložiská uhličitanu vápenatého, ktoré vznikli zo zvyškov starých morských organizmov - krieda, mramor, vápenec, horniny lastúrnikov - to všetko je CaCO3 s menšími nečistotami a kalcit je čistý CaCO3. Najdôležitejším z týchto minerálov je vápenec, či skôr vápence – pretože každé ložisko sa líši hustotou, zložením a množstvom nečistôt. Napríklad mušľová hornina je vápenec organického pôvodu a uhličitan vápenatý, ktorý má menej nečistôt, tvorí priehľadné kryštály vápenca alebo islandského rákosu. Krieda je ďalším bežným typom uhličitanu vápenatého, ale mramor, kryštalická forma kalcitu, je v prírode oveľa menej bežný. Všeobecne sa uznáva, že mramor vznikol z vápenca v starovekých geologických obdobiach. Pri pohybe zemskej kôry sa jednotlivé nánosy vápenca pochovávali pod vrstvami iných hornín. Pod vplyvom vysokého tlaku a teploty došlo k procesu rekryštalizácie a vápenec sa zmenil na hustejšiu kryštalickú horninu – mramor. Bizarné stalaktity a stalagmity sú minerál aragonit, čo je ďalší typ uhličitanu vápenatého. Ortorombický aragonit vzniká v teplých moriach – obrovské vrstvy uhličitanu vápenatého vo forme aragonitu vznikajú na Bahamách, Florida Keys a v povodí Červeného mora. Pomerne rozšírené sú aj vápenaté minerály ako fluorit CaF2, dolomit MgCO3 CaCO3, anhydrit CaSO4, fosforit Ca5(PO4)3(OH,CO3) (s rôznymi prímesami) a apatity Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) - formy fosforečnanu vápenatého, alabastru CaSO4 0,5H2O a sadry CaSO4 2H2O (formy síranu vápenatého) a iné. Minerály s obsahom vápnika obsahujú izomorfne nahrádzajúce nečistoty (napríklad sodík, stroncium, vzácne zeminy, rádioaktívne a iné prvky).

Veľké množstvo dvadsiateho prvku sa nachádza v prírodných vodách vďaka existencii globálnej „uhličitanovej rovnováhy“ medzi slabo rozpustným CaCO3, vysoko rozpustným Ca(HCO3)2 a CO2 nachádzajúcim sa vo vode a vzduchu:

CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2 = Ca2+ + 2HCO3-

Táto reakcia je vratná a je základom pre redistribúciu dvadsiateho prvku - pri vysokom obsahu oxidu uhličitého vo vodách je vápnik v roztoku a pri nízkom obsahu CO2 sa zráža minerál kalcit CaCO3, ktorý vytvára husté nánosy vápenca, kriedy. , a mramor.

Značné množstvo vápnika je súčasťou živých organizmov, napríklad hydroxyapatit Ca5(PO4)3OH, alebo inak 3Ca3(PO4)2 Ca(OH)2 - základ kostného tkaniva stavovcov vrátane človeka. Uhličitan vápenatý CaCO3 je hlavnou zložkou schránok a schránok mnohých bezstavovcov, vaječných škrupín, koralov a dokonca aj perál.

Aplikácia

Kovový vápnik sa používa pomerne zriedkavo. V zásade sa tento kov (ako aj jeho hydrid) používa pri metalotermickej výrobe ťažko redukovateľných kovov - uránu, titánu, tória, zirkónu, cézia, rubídia a radu kovov vzácnych zemín z ich zlúčenín (oxidy či halogenidy ). Vápnik sa používa ako redukčné činidlo pri výrobe niklu, medi a nehrdzavejúcej ocele. Dvadsiaty prvok sa používa aj na dezoxidáciu ocelí, bronzov a iných zliatin, na odstraňovanie síry z ropných produktov, na dehydratáciu organických rozpúšťadiel, na čistenie argónu od dusíkatých nečistôt a ako pohlcovač plynov v elektrických vákuových zariadeniach. Kovový vápnik sa používa pri výrobe antifrikčných zliatin systému Pb-Na-Ca (používa sa v ložiskách), ako aj zliatiny Pb-Ca používanej na výrobu plášťov elektrických káblov. Zliatina kremičitanu vápnika (Ca-Si-Ca) sa používa ako deoxidačné a odplyňovacie činidlo pri výrobe kvalitných ocelí. Vápnik sa používa ako legovací prvok pre zliatiny hliníka a ako modifikačná prísada pre zliatiny horčíka. Napríklad zavedenie vápnika zvyšuje pevnosť hliníkových ložísk. Čistý vápnik sa používa aj na legovanie olova, ktoré sa používa na výrobu dosiek batérií a bezúdržbových štartovacích olovených batérií s nízkym samovybíjaním. Kovový vápnik sa tiež používa na výrobu vysokokvalitných vápnikových babbitov BKA. Pomocou vápnika sa v liatine reguluje obsah uhlíka a z olova sa odstraňuje bizmut a oceľ sa čistí od kyslíka, síry a fosforu. Vápnik, ako aj jeho zliatiny s hliníkom a horčíkom, sa používajú v tepelných elektrických záložných batériách ako anóda (napríklad prvok chróman vápenatý).

Avšak zlúčeniny dvadsiateho prvku sa používajú oveľa širšie. A v prvom rade hovoríme o prírodných zlúčeninách vápnika. Jednou z najbežnejších zlúčenín vápnika na Zemi je uhličitan CaCO3. Čistý uhličitan vápenatý je minerál kalcit a vápenec, krieda, mramor a mušle sú CaCO3 s menšími nečistotami. Zmiešaný uhličitan vápenatý a horečnatý sa nazýva dolomit. Vápenec a dolomit sa používajú najmä ako stavebné materiály, povrchy ciest, prípadne odkysľovače pôdy. Uhličitan vápenatý CaCO3 je potrebný na výrobu oxidu vápenatého (pálené vápno) CaO a hydroxidu vápenatého (hasené vápno) Ca(OH)2. CaO a Ca(OH)2 sú zasa hlavnými látkami v mnohých oblastiach chemického, hutníckeho a strojárskeho priemyslu – oxid vápenatý, ako vo voľnej forme, tak aj ako súčasť keramických zmesí, sa používa pri výrobe žiaruvzdorných materiálov; V celulózovom a papierenskom priemysle sú potrebné obrovské objemy hydroxidu vápenatého. Okrem toho sa Ca(OH)2 používa pri výrobe bielidla (dobré bieliace a dezinfekčné činidlo), Bertholletovej soli, sódy a niektorých pesticídov na kontrolu škodcov rastlín. Pri výrobe ocele sa spotrebuje obrovské množstvo vápna – na odstránenie síry, fosforu, kremíka a mangánu. Ďalšou úlohou vápna v metalurgii je výroba horčíka. Vápno sa tiež používa ako mazivo pri ťahaní oceľového drôtu a neutralizácii odpadových moriacich tekutín obsahujúcich kyselinu sírovú. Okrem toho je vápno najbežnejším chemickým činidlom pri úprave pitnej a priemyselnej vody (spolu s kamencom alebo soľami železa koaguluje suspenzie a odstraňuje usadeniny a tiež zmäkčuje vodu odstránením dočasnej - hydrogénuhličitanovej - tvrdosti). V každodennom živote a medicíne sa zrážaný uhličitan vápenatý používa ako neutralizátor kyselín, mierne abrazívum v zubných pastách, zdroj dodatočného vápnika v diétach, zložka žuvačiek a plnivo v kozmetike. CaCO3 sa tiež používa ako plnivo do kaučukov, latexov, farieb a emailov, ako aj do plastov (asi 10 % hmotnosti) na zlepšenie ich tepelnej odolnosti, tuhosti, tvrdosti a spracovateľnosti.

Fluorid vápenatý CaF2 je obzvlášť dôležitý, pretože vo forme minerálu (fluoritu) je jediným priemyselne významným zdrojom fluóru! Fluorid vápenatý (fluorit) sa používa vo forme monokryštálov v optike (astronomické objektívy, šošovky, hranoly) a ako laserový materiál. Faktom je, že sklá vyrobené len z fluoridu vápenatého sú priepustné pre celý rozsah spektra. Volfráman vápenatý (scheelit) vo forme monokryštálov sa používa v laserovej technike a tiež ako scintilátor. Nemenej dôležitý je chlorid vápenatý CaCl2 - zložka soľanky pre chladiace jednotky a na plnenie pneumatík traktorov a iných vozidiel. Pomocou chloridu vápenatého sa cesty a chodníky odstraňujú od snehu a ľadu, táto zmes sa používa na ochranu uhlia a rudy pred zamrznutím pri preprave a skladovaní, drevo je impregnované jeho roztokom, aby bolo ohňovzdorné. CaCl2 sa používa v betónových zmesiach na urýchlenie nástupu tuhnutia a zvýšenie počiatočnej a konečnej pevnosti betónu.

Umelo vyrobený karbid vápnika CaC2 (kalcináciou oxidu vápenatého s koksom v elektrických peciach) sa používa na výrobu acetylénu a redukciu kovov, ako aj na výrobu kyánamidu vápenatého, z ktorého sa zase pôsobením vodnej pary uvoľňuje amoniak. Okrem toho sa kyánamid vápenatý používa na výrobu močoviny – cenného hnojiva a suroviny na výrobu syntetických živíc. Zahrievaním vápnika vo vodíkovej atmosfére sa získava CaH2 (hydrid vápenatý), ktorý sa využíva v metalurgii (metalotermia) a pri výrobe vodíka v teréne (z 1 kilogramu hydridu vápenatého možno získať viac ako meter kubický vodíka). ), ktorý sa používa napríklad na plnenie balónov. V laboratórnej praxi sa hydrid vápenatý používa ako energetické redukčné činidlo. Insekticíd arzeničnan vápenatý, ktorý sa získava neutralizáciou kyseliny arzénovej vápnom, sa široko používa na boj proti nosatcovi bavlníkovému, molici lykožrútovi, červci tabakovému a pásavke zemiakovej. Dôležitými fungicídmi sú postreky síranu vápna a zmesi Bordeaux, ktoré sa vyrábajú zo síranu meďnatého a hydroxidu vápenatého.

Výroba

Prvým človekom, ktorý získal kov vápnika, bol anglický chemik Humphry Davy. V roku 1808 elektrolyzoval zmes vlhkého haseného vápna Ca(OH)2 s oxidom ortuťnatým HgO na platinovej platni, ktorá slúžila ako anóda (platinový drôt ponorený v ortuti fungoval ako katóda), v dôsledku čoho Davy získal vápnik. amalgám odstránením ortuti z neho chemik získal nový kov, ktorý nazval vápnik.

V modernom priemysle sa voľný kovový vápnik získava elektrolýzou taveniny chloridu vápenatého CaCl2, ktorého podiel je 75-85%, a chloridu draselného KCl (možno použiť zmes CaCl2 a CaF2) alebo aluminotermickou redukciou oxidu vápenatého CaO pri teplote 1 170-1 200 °C. Čistý bezvodý chlorid vápenatý potrebný na elektrolýzu sa získava chloráciou oxidu vápenatého pri zahrievaní v prítomnosti uhlia alebo dehydratáciou CaCl2∙6H2O získaného pôsobením kyseliny chlorovodíkovej na vápenec. Elektrolytický proces prebieha v elektrolytickom kúpeli, do ktorého sa vkladá suchá chloridová vápenatá soľ zbavená nečistôt a chlorid draselný potrebný na zníženie teploty topenia zmesi. Nad vaňou sú umiestnené grafitové bloky - anóda, liatinový alebo oceľový kúpeľ naplnený zliatinou medi a vápnika, pôsobí ako katóda. Počas procesu elektrolýzy vápnik prechádza do zliatiny medi a vápnika, čím ju výrazne obohacuje; časť obohatenej zliatiny sa neustále odstraňuje; namiesto toho sa pridáva zliatina ochudobnená o vápnik (30-35% Ca) a súčasne vzniká chlór zmes chlóru a vzduchu (anódové plyny), ktorá následne prechádza na chlórovanie vápenného mlieka. Obohatenú zliatinu medi a vápnika je možné použiť priamo ako zliatinu alebo poslať na čistenie (destiláciu), kde sa z nej destiláciou vo vákuu (pri teplote 1 000 – 1 080 °C a zvyškovom tlaku 13-20 kPa). Na získanie vysoko čistého vápnika sa dvakrát destiluje. Proces elektrolýzy sa uskutočňuje pri teplote 680-720 °C. Ide o najoptimálnejšiu teplotu pre elektrolytický proces - pri nižšej teplote zliatina obohatená vápnikom vypláva na povrch elektrolytu a pri vyššej teplote sa vápnik rozpúšťa v elektrolyte za vzniku CaCl. Pri elektrolýze tekutými katódami zo zliatin vápnika a olova alebo vápnika a zinku, zliatiny vápnika s olovom (na ložiská) a so zinkom (na výrobu penového betónu - pri reakcii zliatiny s vlhkosťou sa uvoľňuje vodík a vzniká porézna štruktúra ) sa získavajú priamo. Niekedy sa proces uskutočňuje s ochladenou železnou katódou, ktorá prichádza do kontaktu iba s povrchom roztaveného elektrolytu. Pri uvoľňovaní vápnika sa katóda postupne dvíha a z taveniny sa vyťahuje tyčinka (50-60 cm) vápnika, chránená pred vzdušným kyslíkom vrstvou stuhnutého elektrolytu. „Dotyková metóda“ produkuje vápnik silne kontaminovaný chloridom vápenatým, železom, hliníkom a sodíkom; čistenie prebieha tavením v argónovej atmosfére.

Iný spôsob výroby vápnika - metalotermický - teoreticky zdôvodnil už v roku 1865 slávny ruský chemik N. N. Beketov. Aluminotermická metóda je založená na reakcii:

6CaO + 2Al → 3CaO Al2O3 + 3Ca

Brikety sa lisujú zo zmesi oxidu vápenatého a práškového hliníka, vkladajú sa do retorty z chrómniklovej ocele a vzniknutý vápnik sa oddestiluje pri 1 170 – 1 200 °C a zvyškovom tlaku 0,7 – 2,6 Pa. Vápnik sa získava vo forme pary, ktorá sa následne kondenzuje na studenom povrchu. Aluminotermická metóda výroby vápnika sa používa v Číne, Francúzsku a mnohých ďalších krajinách. USA ako prvé použili metalotermickú metódu výroby vápnika v priemyselnom meradle počas druhej svetovej vojny. Rovnakým spôsobom možno vápnik získať redukciou CaO ferosiliciom alebo kremičitanom. Vápnik sa vyrába vo forme ingotov alebo plechov s čistotou 98-99%.

Pri oboch metódach existujú výhody a nevýhody. Elektrolytická metóda je viacoperačná, energeticky náročná (na 1 kg vápnika sa spotrebuje 40-50 kWh energie) a tiež nie je šetrná k životnému prostrediu, vyžaduje veľké množstvo činidiel a materiálov. Výťažok vápnika pri tejto metóde je však 70-80%, zatiaľ čo pri aluminotermickej metóde je výťažok len 50-60%. Navyše pri metalotermickom spôsobe získavania vápnika je nevýhodou, že je potrebné vykonávať opakovanú destiláciu a výhodou je nízka spotreba energie a absencia plynných a kvapalných škodlivých emisií.

Nie je to tak dávno, čo bola vyvinutá nová metóda výroby kovového vápnika - je založená na tepelnej disociácii karbidu vápnika: karbid zahriaty vo vákuu na 1 750 °C sa rozkladá na vápenaté pary a pevný grafit.

Do polovice 20. storočia sa vápenatý kov vyrábal vo veľmi malých množstvách, keďže nenašiel takmer žiadne uplatnenie. Napríklad v Spojených štátoch amerických sa počas druhej svetovej vojny nespotrebovalo viac ako 25 ton vápnika a v Nemecku len 5-10 ton. Až v druhej polovici 20. storočia, keď sa ukázalo, že vápnik je aktívnym redukčným činidlom pre mnohé vzácne a žiaruvzdorné kovy, nastal prudký nárast spotreby (asi 100 ton ročne) a v dôsledku toho aj produkcia tohto kovu. začala. S rozvojom jadrového priemyslu, kde sa vápnik používa ako zložka metalotermickej redukcie uránu z fluoridu uránového (okrem Spojených štátov amerických, kde sa namiesto vápnika používa horčík), sa zvyšuje dopyt (asi 2 000 ton ročne) po prvok číslo dvadsať, ako aj jeho produkcia sa mnohonásobne zvýšila. V súčasnosti možno za hlavných producentov kovového vápnika považovať Čínu, Rusko, Kanadu a Francúzsko. Z týchto krajín sa vápnik posiela do USA, Mexika, Austrálie, Švajčiarska, Japonska, Nemecka a Spojeného kráľovstva. Ceny kovového vápnika neustále rástli, až kým Čína nezačala vyrábať kov v takých množstvách, že na svetovom trhu bol prebytok dvadsiateho prvku, čo spôsobilo prudký pokles ceny.

Fyzikálne vlastnosti

Čo je kov vápnika? Aké vlastnosti má tento prvok, ktorý v roku 1808 získal anglický chemik Humphry Davy, kov, ktorého hmotnosť v tele dospelého človeka môže byť až 2 kilogramy?

Jednoduchá látka vápnik je striebristo-biely ľahký kov. Hustota vápnika je len 1,54 g/cm3 (pri teplote 20 °C), čo je výrazne menej ako hustota železa (7,87 g/cm3), olova (11,34 g/cm3), zlata (19,3 g/cm3). ) alebo platina (21,5 g/cm3). Vápnik je ešte ľahší ako také „beztiažové“ kovy ako hliník (2,70 g/cm3) alebo horčík (1,74 g/cm3). Len málo kovov sa môže „pochváliť“ nižšou hustotou ako má dvadsiaty prvok - sodík (0,97 g/cm3), draslík (0,86 g/cm3), lítium (0,53 g/cm3). Hustota vápnika je veľmi podobná rubídiu (1,53 g/cm3). Teplota topenia vápnika je 851 °C, teplota varu 1 480 °C. Ostatné kovy alkalických zemín majú podobné teploty topenia (aj keď o niečo nižšie) a teploty varu – stroncium (770 °C a 1 380 °C) a bárium (710 °C a 1 640 °C).

Kovový vápnik existuje v dvoch alotropných modifikáciách: pri normálnych teplotách do 443 °C je α-vápnik stabilný s kubickou plošne centrovanou mriežkou ako meď, s parametrami: a = 0,558 nm, z = 4, priestorová grupa Fm3m, atómový polomer 1,97 A, polomer iónového Ca2+ 1,04 A; v teplotnom rozsahu 443-842 °C je stabilný β-vápnik s telesne centrovanou kubickou mriežkou typu α-železo, s parametrami a = 0,448 nm, z = 2, priestorová grupa Im3m. Štandardná entalpia prechodu z α-modifikácie na β-modifikáciu je 0,93 kJ/mol. Teplotný koeficient lineárnej rozťažnosti pre vápnik v teplotnom rozsahu 0-300 °C je 22 10-6. Tepelná vodivosť dvadsiateho prvku pri 20 °C je 125,6 W/(mK) alebo 0,3 cal/(cm sec °C). Merná tepelná kapacita vápnika v rozsahu od 0 do 100 °C je 623,9 J/(kg K) alebo 0,149 cal/(g °C). Elektrický odpor vápnika pri teplote 20 °C je 4,6 ± 10-8 ohm m alebo 4,6 ± 10-6 ohm cm; teplotný koeficient elektrického odporu prvku číslo dvadsať je 4,57 10-3 (pri 20 °C). Vápnikový modul pružnosti 26 H/m2 alebo 2600 kgf/mm2; pevnosť v ťahu 60 MN/m2 (6 kgf/mm2); medza pružnosti pre vápnik je 4 MN/m2 alebo 0,4 kgf/mm2, medza klzu je 38 MN/m2 (3,8 kgf/mm2); relatívne predĺženie dvadsiateho prvku 50 %; Tvrdosť vápnika podľa Brinella je 200-300 MN/m2 alebo 20-30 kgf/mm2. S postupným zvyšovaním tlaku začína vápnik vykazovať vlastnosti polovodiča, ale nestáva sa ním v plnom zmysle slova (zároveň to už nie je kov). S ďalším zvýšením tlaku sa vápnik vracia do kovového stavu a začína vykazovať supravodivé vlastnosti (teplota supravodivosti je šesťkrát vyššia ako teplota ortuti a vo vodivosti ďaleko prevyšuje všetky ostatné prvky). Jedinečné správanie vápnika je v mnohých ohľadoch podobné stronciu (to znamená, že paralely v periodickej tabuľke zostávajú).

Mechanické vlastnosti elementárneho vápnika sa nelíšia od vlastností iných členov rodiny kovov, ktoré sú vynikajúcimi konštrukčnými materiálmi: vysoko čistý kov vápnika je tvárny, ľahko lisovateľný a valcovaný, ťahaný do drôtu, kovaný a vhodný na rezanie - dá sa točiť na sústruhu. Napriek všetkým týmto vynikajúcim vlastnostiam stavebného materiálu však vápnik nie je jedným - dôvodom je jeho vysoká chemická aktivita. Pravda, netreba zabúdať, že vápnik je nenahraditeľným stavebným materiálom kostného tkaniva a jeho minerály sú stavebným materiálom po mnoho tisícročí.

Chemické vlastnosti

Konfigurácia vonkajšieho elektrónového obalu atómu vápnika je 4s2, čo určuje valenciu 2 dvadsiateho prvku v zlúčeninách. Dva elektróny vonkajšej vrstvy sa pomerne ľahko oddelia od atómov, ktoré sa premenia na kladne nabité ióny s dvojitým nábojom. Z tohto dôvodu je vápnik z hľadiska chemickej aktivity len mierne horší ako alkalické kovy (draslík, sodík, lítium). Rovnako ako posledne menované, vápnik, dokonca aj pri bežnej izbovej teplote, ľahko interaguje s kyslíkom, oxidom uhličitým a vlhkým vzduchom, pričom sa pokryje matným sivým filmom zmesi oxidu CaO a hydroxidu Ca(OH)2. Preto sa vápnik skladuje v hermeticky uzavretej nádobe pod vrstvou minerálneho oleja, tekutého parafínu alebo petroleja. Pri zahrievaní na kyslíku a vzduchu sa vápnik zapáli, horí jasne červeným plameňom, pričom vzniká zásaditý oxid CaO, čo je biela, vysoko ohňovzdorná látka s teplotou topenia približne 2 600 °C. Oxid vápenatý je v strojárstve známy aj ako nehasené vápno alebo pálené vápno. Získali sa aj peroxidy vápnika - CaO2 a CaO4. Vápnik reaguje s vodou za uvoľnenia vodíka (v sérii štandardných potenciálov je vápnik umiestnený naľavo od vodíka a je schopný ho vytesniť z vody) a za vzniku hydroxidu vápenatého Ca(OH)2 a v studenej vode prebieha reakcia rýchlosť postupne klesá (vzhľadom na tvorbu zle rozpustnej vrstvy hydroxidu vápenatého na povrchu kovu):

Ca + 2H20 -> Ca(OH)2 + H2 + Q

Vápnik energickejšie reaguje s horúcou vodou, pričom rýchlo vytláča vodík a vytvára Ca(OH)2. Hydroxid vápenatý Ca(OH)2 je silná zásada, málo rozpustná vo vode. Nasýtený roztok hydroxidu vápenatého sa nazýva vápenná voda a je alkalický. Vo vzduchu sa vápenná voda rýchlo zakalí v dôsledku absorpcie oxidu uhličitého a tvorby nerozpustného uhličitanu vápenatého. Napriek takýmto prudkým procesom, ktoré sa vyskytujú počas interakcie dvadsiateho prvku s vodou, na rozdiel od alkalických kovov prebieha reakcia medzi vápnikom a vodou menej energicky - bez výbuchov alebo požiarov. Vo všeobecnosti je chemická aktivita vápnika nižšia ako u iných kovov alkalických zemín.

Vápnik sa aktívne spája s halogénmi a vytvára zlúčeniny typu CaX2 - za studena reaguje s fluórom a pri teplotách nad 400 °C s chlórom a brómom za vzniku CaF2, CaCl2 a CaBr2. Tieto halogenidy v roztavenom stave tvoria s monohalogenidmi vápnika typu CaX - CaF, CaCl, v ktorých je vápnik formálne jednomocný. Tieto zlúčeniny sú stabilné len nad teplotou topenia dihalogenidov (po ochladení disproporcionálne vytvárajú Ca a CaX2). Okrem toho vápnik aktívne interaguje, najmä pri zahrievaní, s rôznymi nekovmi: so sírou sa pri zahrievaní získava sulfid vápenatý CaS, ktorý pridáva síru a vytvára polysulfidy (CaS2, CaS4 a ďalšie); pri interakcii so suchým vodíkom pri teplote 300-400 °C vápnik tvorí hydrid CaH2 - iónovú zlúčeninu, v ktorej je vodík anión. Hydrid vápenatý CaH2 je látka podobná bielej soli, ktorá prudko reaguje s vodou a uvoľňuje vodík:

CaH2 + 2H20 -> Ca(OH)2 + 2H2

Pri zahriatí (asi 500°C) v dusíkovej atmosfére sa vápnik zapáli a vytvorí nitrid Ca3N2, známy v dvoch kryštalických formách - vysokoteplotná α a nízkoteplotná β. Nitrid Ca3N4 sa tiež získal zahrievaním amidu vápenatého Ca(NH2)2 vo vákuu. Pri zahrievaní bez prístupu vzduchu grafitom (uhlíkom), kremíkom alebo fosforom dáva vápnik karbid vápnika CaC2, silicidy Ca2Si, Ca3Si4, CaSi, CaSi2 a fosfidy Ca3P2, CaP a CaP3. Väčšina zlúčenín vápnika s nekovmi sa vodou ľahko rozloží:

CaH2 + 2H20 -> Ca(OH)2 + 2H2

Ca3N2 + 6H20 -> 3Ca(OH)2 + 2NH3

S bórom tvorí vápnik borid vápenatý CaB6, s chalkogénmi - chalkogenidy CaS, CaSe, CaTe. Známe sú aj polychalkogenidy CaS4, CaS5, Ca2Te3. Vápnik tvorí intermetalické zlúčeniny s rôznymi kovmi – hliník, zlato, striebro, meď, olovo a iné. Vápnik je energetickým redukčným činidlom a pri zahrievaní vytláča takmer všetky kovy z ich oxidov, sulfidov a halogenidov. Vápnik sa dobre rozpúšťa v kvapalnom amoniaku NH3 za vzniku modrého roztoku, pri odparovaní sa uvoľňuje amoniak [Ca(NH3)6] - tuhá zlúčenina zlatistej farby s kovovou vodivosťou. Vápenaté soli sa zvyčajne získavajú interakciou kyslých oxidov s oxidom vápenatým, pôsobením kyselín na Ca(OH)2 alebo CaCO3 a výmennými reakciami vo vodných roztokoch elektrolytov. Mnohé vápenaté soli sú vysoko rozpustné vo vode (chlorid CaCl2, bromid CaBr2, jodid CaI2 a dusičnan Ca(NO3)2), takmer vždy tvoria kryštalické hydráty. Vo vode nerozpustné sú fluorid CaF2, uhličitan CaCO3, síran CaSO4, ortofosfát Ca3(PO4)2, oxalát CaC2O4 a niektoré ďalšie.

História vápnika

Vápnik objavil v roku 1808 Humphry Davy, ktorý elektrolýzou haseného vápna a oxidu ortuťnatého získal vápenatý amalgám, ako výsledok procesu destilácie ortuti, z ktorej zostal kov, tzv. vápnik. po latinsky vápno Znie to ako calx, práve tento názov zvolil anglický chemik pre objavenú látku.

Vápnik je prvkom hlavnej podskupiny II skupiny IV periodickej tabuľky chemických prvkov D.I. Mendelejev, má atómové číslo 20 a atómovú hmotnosť 40,08. Akceptované označenie je Ca (z latinčiny - Calcium).

Fyzikálne a chemické vlastnosti

Vápnik je reaktívny mäkký alkalický kov so strieborno-bielou farbou. V dôsledku interakcie s kyslíkom a oxidom uhličitým sa povrch kovu stáva matným, takže vápnik vyžaduje špeciálny režim skladovania - tesne uzavretú nádobu, v ktorej je kov naplnený vrstvou tekutého parafínu alebo petroleja.

Vápnik je najznámejší z mikroelementov potrebných pre človeka, jeho denná potreba pre zdravého dospelého človeka sa pohybuje od 700 do 1500 mg, ale počas tehotenstva a laktácie sa zvyšuje, s tým treba počítať a vápnik získavať v r. forma prípravkov.

Byť v prírode

Vápnik má veľmi vysokú chemickú aktivitu, preto sa v prírode nenachádza vo voľnej (čistej) forme. V zemskej kôre je však piaty najrozšírenejší, vo forme zlúčenín sa nachádza v sedimentoch (vápenec, krieda) a horninách (žula), živcový anorit obsahuje veľa vápnika.

Je pomerne rozšírený v živých organizmoch, jeho prítomnosť bola zistená u rastlín, zvierat a ľudí, kde je prítomný najmä v zuboch a kostnom tkanive.

Absorpcia vápnika

Prekážkou normálneho vstrebávania vápnika z potravy je konzumácia uhľohydrátov vo forme sladkostí a zásad, ktoré neutralizujú kyselinu chlorovodíkovú v žalúdku, ktorá je potrebná na rozpustenie vápnika. Proces vstrebávania vápnika je pomerne zložitý, preto ho niekedy nestačí prijímať len z potravy, je potrebný dodatočný príjem mikroelementu.

Interakcia s ostatnými

Na zlepšenie vstrebávania vápnika v čreve je potrebné, čo má tendenciu uľahčiť proces vstrebávania vápnika. Pri užívaní vápnika (vo forme suplementov) pri jedle dochádza k zablokovaniu vstrebávania, avšak užívanie doplnkov vápnika oddelene od jedla tento proces nijako neovplyvňuje.

Takmer všetok telesný vápnik (1 až 1,5 kg) sa nachádza v kostiach a zuboch. Vápnik sa podieľa na procesoch dráždivosti nervového tkaniva, svalovej kontraktility, procesoch zrážania krvi, je súčasťou jadra a membrán buniek, bunkových a tkanivových tekutín, má protialergické a protizápalové účinky, zabraňuje acidóze, aktivuje množstvo enzýmov a hormónov. Vápnik sa podieľa aj na regulácii priepustnosti bunkových membrán a pôsobí opačne.

Príznaky nedostatku vápnika

Príznaky nedostatku vápnika v tele sú nasledujúce, na prvý pohľad nesúvisiace príznaky:

• nervozita, zhoršenie nálady;
• kardiopalmus;
• kŕče, necitlivosť končatín;
• spomalenie rastu a detí;
• vysoký krvný tlak;
• štiepenie a lámavosť nechtov;
• bolesť kĺbov, zníženie „prahu bolesti“;
• silná menštruácia.

Príčiny nedostatku vápnika

Príčinou nedostatku vápnika môže byť nevyvážená strava (najmä pôst), nízky obsah vápnika v jedle, fajčenie a závislosť od kávy a nápojov obsahujúcich kofeín, dysbakterióza, ochorenie obličiek, ochorenie štítnej žľazy, tehotenstvo, dojčenie a menopauza.

Nadbytok vápnika, ktorý sa môže vyskytnúť pri nadmernej konzumácii mliečnych výrobkov alebo nekontrolovanom užívaní liekov, sa vyznačuje extrémnym smädom, nevoľnosťou, vracaním, nechutenstvom, slabosťou a zvýšeným močením.

Využitie vápnika v živote

Vápnik našiel uplatnenie pri metalotermickej výrobe uránu, vo forme prírodných zlúčenín sa používa ako surovina na výrobu sadry a cementu, ako dezinfekčný prostriedok (známy bielidlo).

Hoci je vápnik na zemeguli veľmi rozšírený, v prírode sa vo voľnom stave nevyskytuje.

Predtým, ako sa dozvieme, ako môžete získať čistý vápnik, poďme sa zoznámiť s prírodnými zlúčeninami vápnika.

Vápnik je kov. V periodickej tabuľke Mendelejeva má vápnik (Calcium), Ca atómové číslo 20 anachádza v skupine II. Je to chemicky aktívny prvok, ľahko interaguje s kyslíkom. Má strieborno-bielu farbu.

Prírodné zlúčeniny vápnika

Zlúčeniny vápnika nájdeme takmer všade.

Uhličitan vápenatý, alebo uhličitan vápenatý – je to najbežnejšia zlúčenina vápnika. Jeho chemický vzorec je CaCO 3. Mramor, krieda, vápenec, mušľová hornina – všetky tieto látky obsahujú uhličitan vápenatý s malým množstvom nečistôt. V kalcite, ktorého vzorec je tiež CaC03, nie sú vôbec žiadne nečistoty.

Síran vápenatý tiež nazývaný síran vápenatý. Chemický vzorec síranu vápenatého je CaSO4. Známym minerálom sadry je kryštálový hydrát CaSO 4 2H 2 O.

fosforečnan vápenatý, vápenatá soľ kyseliny ortofosforečnej. To je materiál, z ktorého sú postavené kosti ľudí a zvierat. Tento minerál sa nazýva fosforečnan vápenatý Ca 3 (PO 4) 2.

Chlorid vápenatýCaCl 2, alebo chlorid vápenatý, sa v prírode vyskytuje vo forme kryštalického hydrátu CaCl 2 6H 2 O. Pri zahrievaní táto zlúčenina stráca molekuly vody.

Fluorid vápenatý CaF 2 alebo fluorid vápenatý sa prirodzene nachádza v mineráli fluorite. A čistý kryštalický difluorid vápenatý sa nazýva kazivec.

Ale prírodné zlúčeniny vápnika nemajú vždy vlastnosti, ktoré ľudia potrebujú. Preto sa človek naučil umelo premieňať takéto zlúčeniny na iné látky. Niektoré z týchto umelých zlúčenín sú nám ešte známejšie ako tie prírodné. Príkladom je hasený Ca(OH) 2 a nehasené vápno CaO, ktoré ľudia používajú už veľmi dlho. Mnohé stavebné materiály ako cement, karbid vápnika, bielidlá obsahujú aj umelé zlúčeniny vápnika.

Čo je elektrolýza

Pravdepodobne takmer každý z nás počul o fenoméne nazývanom elektrolýza. Pokúsime sa poskytnúť najjednoduchší popis tohto procesu.

Ak prechádzate elektrickým prúdom cez vodné roztoky solí, v dôsledku chemických premien vznikajú nové chemické látky. Procesy, ktoré sa vyskytujú v roztoku, keď ním prechádza elektrický prúd, sa nazývajú elektrolýza. Všetky tieto procesy študuje veda nazývaná elektrochémia. Proces elektrolýzy môže samozrejme prebiehať len v médiu, ktoré vedie prúd. Takýmto médiom sú vodné roztoky kyselín, zásad a solí. Nazývajú sa elektrolyty.

Elektródy sú ponorené do elektrolytu. Záporne nabitá elektróda sa nazýva katóda. Kladne nabitá elektróda sa nazýva anóda. Keď elektrický prúd prechádza elektrolytom, dochádza k elektrolýze. V dôsledku elektrolýzy sa zložky rozpustených látok ukladajú na elektródy. Na katóde sú nabité kladne, na anóde záporne. Ale na samotných elektródach môžu nastať sekundárne reakcie, ktoré vedú k vytvoreniu sekundárnej látky.

Vidíme, že pomocou elektrolýzy vznikajú chemické produkty bez použitia chemických činidiel.

Ako získavate vápnik?

V priemysle možno vápnik získať elektrolýzou roztaveného chloridu vápenatého CaCl 2.

CaCl2 = Ca + Cl2

V tomto procese slúži ako anóda kúpeľ vyrobený z grafitu. Kúpeľ je umiestnený v elektrickej rúre. Železná tyč, ktorá sa pohybuje po šírke kúpeľa a má tiež schopnosť stúpať a klesať, je katóda. Elektrolytom je roztavený chlorid vápenatý, ktorý sa naleje do kúpeľa. Katóda sa spustí do elektrolytu. Takto začína proces elektrolýzy. Pod katódou sa tvorí roztavený vápnik. Keď katóda stúpa, vápnik tuhne v mieste, kde sa dotýka katódy. Takže postupne, v procese zdvíhania katódy, sa vápnik hromadí vo forme tyčinky. Potom sa kalciová tyčinka zrazí z katódy.

Čistý vápnik sa prvýkrát získal elektrolýzou v roku 1808.

Vápnik sa získava aj z oxidov pomocou aluminotermickej redukcie .

4CaO + 2Al -> CaAl204 + Ca

V tomto prípade sa vápnik získava vo forme pary. Táto para potom kondenzuje.

Vápnik má vysokú chemickú aktivitu. Preto je široko používaný v priemysle na získavanie žiaruvzdorných kovov z oxidov, ako aj pri výrobe ocele a liatiny.