doğada kalsiyum. Kalsiyumun kimyasal ve fiziksel özellikleri, su ile etkileşimi

Kalsiyum, eski zamanlardan beri tebeşir veya kireçtaşı gibi alkali bileşikler şeklinde bilinmektedir. Saf haliyle, bu element 19. yüzyılın başlarında elde edildi. Aynı zamanda, temel özellikleri bakımından, kalsiyumun alkali metallere ait olduğu bulunmuştur.

Kalsiyum önemli bir biyolojik rol oynar - gezegendeki çoğu türde iskeletin (dıştaki dahil) ana makro besin maddesidir, hormonların bir parçasıdır ve nöronal ve kas etkileşimlerinin düzenleyicisidir. Kimyasal olarak saf kalsiyum çeşitli reaksiyonlarda, metalurjide ve diğer birçok endüstride kullanılmaktadır.

Genel özellikleri

Kalsiyum, aktif alkali metal ailesinin tipik üyelerinden biridir. Saf haliyle, doku ve görünümde, daha az belirgin bir parlaklık ile demiri andırır. Gevrek, heterojen kristal granüllerin oluşumu ile kırılır. Hepsinden önemlisi, kalsiyum, beyazımsı ufalanan bir madde görünümünde olduğu bileşikleri (tebeşir, kireçtaşı, silika ve diğerleri) şeklinde bilinir.

Yüksek reaktivitesinden dolayı saf halde bulunmaz. Mermer, granit, kaymaktaşı ve diğer bazı değerli kayaların en büyük öneme sahip olduğu çoğu mineralin bir parçasıdır.

Temel fiziksel ve kimyasal özellikler

Alkali grubun diğer temsilcileriyle benzer fiziksel özellikler gösteren, periyodik element sisteminin ikinci grubuna aittir:

• Nispeten düşük yoğunluk (1.6g/cm3);
• Erime noktası sınırı - normal koşullar altında 840 0 C;
• Ortalama termal iletkenlik genellikle çoğu metalinkinden belirgin şekilde daha düşüktür;

Genel olarak, kalsiyum fiziği özel bir sürpriz sunmaz. Tipik bir kristal kafese sahip olan bu eleman, oldukça düşük bir mukavemete ve neredeyse sıfır sünekliğe sahiptir, kolayca parçalanır ve kırılma sınırında karakteristik bir kristal desen oluşumu ile kırılır.

Bununla birlikte, son çalışmalar bazı çok ilginç sonuçlar göstermiştir. Yüksek atmosfer basıncında elementin fiziksel özelliklerinin değişmeye başladığı tespit edilmiştir. Herhangi bir metal için kesinlikle karakteristik olmayan yarı iletken özellikler ortaya çıkar. Aşırı basınç, kalsiyum ve süper iletken özelliklerin ortaya çıkmasına neden olur. Bu çalışmaların geniş kapsamlı etkileri vardır, ancak şimdiye kadar kalsiyumun kapsamı olağan özellikleriyle sınırlıdır.

Kimyasal niteliklerinde kalsiyum hiçbir şekilde öne çıkmaz ve tipik bir toprak alkali metaldir:

• Yüksek reaktivite;
• Atmosfer ile istekli etkileşim ve elementin yüzeyinde karakteristik bir donuk film oluşumu;
• Aktif olarak su ile etkileşime girer, ancak sodyum gibi elementlerin aksine patlayıcı bir ekzotermik reaksiyon meydana gelmez;
• İyot ve brom dahil tüm aktif metal olmayan maddelerle reaksiyona girer;

Daha aktif alkali metallerin aksine, kalsiyum, metaller ve nispeten inert elementler (örneğin karbon ile) ile reaksiyona girmek için bir katalizör veya güçlü bir ısıtma gerektirir. Kalsiyum, kendiliğinden reaksiyonları önlemek için sıkıca kapatılmış cam kaplarda saklanır.

Kalsiyum, gezegendeki en yaygın beş maddeden biridir, yalnızca oksijen, silikon ve demir ile alüminyumdan sonra gelir. Ayrıca, doğada bu element esas olarak katı veya gevşek mineraller şeklinde bulunur. En iyi bilinen kalsiyum bileşiği kireçtaşıdır. Kalsiyum ayrıca yukarıda belirtilen granit ve mermerden daha az yaygın olan barit ve sparlara kadar çok çeşitli mineraller oluşturur. Araştırmacıların yaklaşık tahminlerine göre, saf eşdeğerdeki kalsiyum içeriği ağırlıkça yaklaşık %3.4'tür.

Endüstriyel uygulama kapsamı

Endüstriyel alanda, kalsiyum, metalurji amaçları için yaygın olarak talep edilen malzemeler grubuna dahildir. Yardımı ile uranyum ve toryum gibi bazı nadir toprak elementleri de dahil olmak üzere rafine metaller elde edilir. Çelik eriyiklere kalsiyum eklenmesi, metal alaşımının yapısal özelliklerini iyileştiren serbest oksijenin bağlanmasına ve çıkarılmasına katkıda bulunur. Kalsiyum ayrıca akümülatörlerde ve pillerde elektrolitik bir element olarak kullanılır.

Kalsiyum dördüncü büyük periyotta yer alır, ikinci grup, ana alt grup elementin seri numarası 20'dir. Mendeleev'in periyodik tablosuna göre kalsiyumun atom ağırlığı 40.08'dir. En yüksek oksidin formülü CaO'dur. Kalsiyumun Latince adı vardır. kalsiyum, yani elementin atom sembolü Ca'dır.

Kalsiyumun basit bir madde olarak karakterizasyonu

Normal koşullar altında, kalsiyum gümüşi beyaz bir metaldir. Yüksek bir kimyasal aktiviteye sahip olan element, farklı sınıflardan birçok bileşik oluşturabilir. Element, teknik ve endüstriyel kimyasal sentezler için değerlidir. Metal yerkabuğunda yaygın olarak dağılmıştır: payı yaklaşık %1.5'tir. Kalsiyum, alkali toprak metalleri grubuna aittir: suda çözündüğünde alkaliler verir, ancak doğada çoklu mineraller şeklinde oluşur ve. Deniz suyu yüksek konsantrasyonlarda (400 mg/l) kalsiyum içerir.

Kalsiyumun özellikleri, kristal kafesinin yapısına bağlıdır. Bu elemanın iki türü vardır: kübik yüz merkezli ve hacim merkezli. Moleküldeki bağ türü metaliktir.

Doğal kalsiyum kaynakları:

• apatit;
• kaymaktaşı;
• alçı;
• kalsit;
• florit;
• dolomit.

Kalsiyumun fiziksel özellikleri ve metal üretme yöntemleri

Normal koşullar altında, kalsiyum katı bir agregasyon halindedir. Metal 842 °C'de erir. Kalsiyum iyi bir elektriksel ve termal iletkendir. Isıtıldığında önce sıvı sonra buhar haline geçer ve metalik özelliklerini kaybeder. Metal çok yumuşaktır ve bıçakla kesilebilir. 1484 °C'de kaynar.

Basınç altında kalsiyum metalik özelliklerini ve elektriksel iletkenliğini kaybeder. Ancak daha sonra metalik özellikler geri yüklenir ve bir süperiletkenin özellikleri, performanslarında diğerlerinden birkaç kat daha fazla görünür.

Uzun süre safsızlıklar olmadan kalsiyum elde etmek mümkün olmadı: yüksek kimyasal aktivitesi nedeniyle bu element doğada saf halde bulunmaz. Element 19. yüzyılın başında keşfedildi. Bir metal olarak kalsiyum ilk olarak İngiliz kimyager Humphrey Davy tarafından sentezlendi. Bilim adamı, katı minerallerin ve tuzların eriyiklerinin bir elektrik akımı ile etkileşiminin özelliklerini keşfetti. Günümüzde, kalsiyum tuzlarının elektrolizi (kalsiyum ve potasyum klorür karışımları, kalsiyum florür ve kalsiyum klorür karışımları) metal üretmek için en uygun yöntem olmaya devam etmektedir. Kalsiyum ayrıca metalurjide yaygın bir yöntem olan alüminotermi kullanılarak oksitinden ekstrakte edilir.

Kalsiyumun kimyasal özellikleri

Kalsiyum birçok etkileşime giren aktif bir metaldir. Normal koşullar altında, karşılık gelen ikili bileşikleri oluşturarak kolayca reaksiyona girer: oksijenle, halojenlerle. Kalsiyum bileşikleri hakkında daha fazla bilgi için tıklayın. Kalsiyum ısıtıldığında azot, hidrojen, karbon, silikon, bor, fosfor, kükürt ve diğer maddelerle reaksiyona girer. Açık havada anında oksijen ve karbondioksit ile etkileşir, bu nedenle gri bir kaplama ile kaplanır.

Asitlerle şiddetli reaksiyona girer, bazen tutuşur. Tuzlarda kalsiyum ilginç özellikler gösterir. Örneğin mağara sarkıt ve dikitleri, yeraltı suyu içindeki işlemler sonucunda yavaş yavaş su, karbondioksit ve bikarbonattan oluşan kalsiyum karbonattır.

Normal durumdaki yüksek aktivitesi nedeniyle, kalsiyum laboratuvarlarda koyu renkli cam kaplarda bir parafin veya kerosen tabakası altında depolanır. Kalsiyum iyonuna kalitatif bir reaksiyon, alevin zengin bir tuğla kırmızısı renginde renklendirilmesidir.

Bileşiklerin bileşimindeki metal, elementin bazı tuzlarının (florür, karbonat, sülfat, silikat, fosfat, sülfit) çözünmeyen çökelmesiyle tanımlanabilir.

Suyun kalsiyum ile tepkimesi

Kalsiyum, koruyucu bir sıvı tabakası altında kavanozlarda saklanır. Su ve kalsiyum reaksiyonunun nasıl gerçekleştiğini göstermek için metali alıp istediğiniz parçayı ondan kesemezsiniz. Laboratuvarda metalik kalsiyumun talaş şeklinde kullanımı daha kolaydır.

Metal talaşı yoksa ve bankada yalnızca büyük miktarda kalsiyum varsa, pense veya çekiç gerekli olacaktır. İstenen boyuttaki bitmiş kalsiyum parçası bir şişeye veya bir bardak suya yerleştirilir. Kalsiyum talaşları bir gazlı bez torba içinde bir tabağa konur.

Kalsiyum dibe çöker ve hidrojen evrimi başlar (ilk olarak metalin taze kırığının bulunduğu yerde). Yavaş yavaş, gaz kalsiyum yüzeyinden salınır. İşlem hızlı kaynamaya benzer, aynı zamanda bir kalsiyum hidroksit (sönmüş kireç) çökeltisi oluşur.

Hidrojen kabarcıkları tarafından toplanan bir parça kalsiyum yüzer. Yaklaşık 30 saniye sonra kalsiyum çözülür ve su, hidroksit bulamacının oluşması nedeniyle bulanık beyaza döner. Reaksiyon bir beher içinde değil, bir test tüpü içinde gerçekleştirilirse, ısı çıkışı gözlemlenebilir: test tüpü hızla ısınır. Kalsiyumun su ile reaksiyonu muhteşem bir patlama ile bitmez, ancak iki maddenin etkileşimi şiddetli bir şekilde ilerler ve muhteşem görünür. Deneyim güvenlidir.

Kalan kalsiyumlu torba sudan çıkarılır ve havada tutulursa, bir süre sonra devam eden reaksiyon sonucunda güçlü bir ısınma meydana gelir ve gazlı bezde kalan kaynar. Bulutlu çözeltinin bir kısmı bir huniden bir behere süzülürse, çözeltiden karbon monoksit CO₂ geçirildiğinde bir çökelti oluşacaktır. Bu karbon dioksit gerektirmez - solunan havayı bir cam tüp aracılığıyla çözeltiye üfleyebilirsiniz.

Ufa Devlet Petrol Teknik Üniversitesi

Genel ve Analitik Kimya Bölümü

konulu sunumlar: "Kalsiyum elementi. Özellikler, elde etme, uygulama "

BTS-11-01 grubunun bir öğrencisi tarafından hazırlanmıştır Prokaev G.L.

Doçent Krasko S.A.

giriiş

İsmin tarihi ve kökeni

Doğada olmak

Fiş

Fiziksel özellikler

Kimyasal özellikler

Metalik kalsiyum uygulamaları

Kalsiyum bileşiklerinin kullanımı

biyolojik rol

Çözüm

bibliyografya

giriiş

Kalsiyum, ikinci grubun ana alt grubunun bir elementidir, D. I. Mendeleev'in periyodik kimyasal elementler sisteminin dördüncü periyodu, atom numarası 20'dir. Ca (lat. Kalsiyum) sembolü ile gösterilir. Basit madde kalsiyum (CAS numarası: 7440-70-2) yumuşak, reaktif, gümüş-beyaz bir alkali toprak metalidir.

Kalsiyum alkali toprak metali olarak adlandırılır, S elementi olarak sınıflandırılır. Dış elektronik düzeyde, kalsiyumun iki elektronu vardır, bu nedenle bileşikler verir: CaO, Ca (OH) 2, CaCl2, CaSO4, CaCO3, vb. Kalsiyum tipik metallere aittir - oksijen için yüksek bir afiniteye sahiptir, hemen hemen tüm metalleri oksitlerinden azaltır ve oldukça güçlü bir baz Ca (OH) 2 oluşturur.

#20 elementinin her yerde bulunmasına rağmen, kimyagerler bile elemental kalsiyum görmediler. Ancak bu metal, hem dış hem de davranış olarak, teması yangın ve yanık tehlikesiyle dolu olan alkali metallere hiç benzemez. Havada güvenle saklanabilir, sudan tutuşmaz.

Elemental kalsiyum neredeyse hiçbir zaman yapısal bir malzeme olarak kullanılmaz. Bunun için fazla aktif. Kalsiyum oksijen, kükürt, halojenlerle kolayca reaksiyona girer. Azot ve hidrojen ile bile belirli koşullar altında reaksiyona girer. Çoğu metal için inert olan karbon oksitlerin ortamı, kalsiyum için agresiftir. CO ve CO2 atmosferinde yanar.

İsmin tarihi ve kökeni

Elementin adı lat'ten gelir. calx (genitif durumda kalsis) - "kireç", "yumuşak taş". 1808'de elektrolitik yöntemle kalsiyum metalini izole eden İngiliz kimyager Humphrey Davy tarafından önerildi. Davy, anot olan platin bir plaka üzerinde ıslak sönmüş kireç ile cıva oksit HgO karışımını elektrolize etti. Sıvı cıvaya batırılmış bir platin tel katot görevi gördü. Elektroliz sonucunda kalsiyum amalgam elde edilmiştir. Cıvayı ondan uzaklaştıran Davy, kalsiyum adı verilen bir metal aldı.

Kalsiyum bileşikleri - kireçtaşı, mermer, alçı (ve kireç - yanan kireçtaşının bir ürünü) inşaatta birkaç bin yıl önce kullanılmıştır. 18. yüzyılın sonuna kadar kimyacılar kireci basit bir cisim olarak görüyorlardı. 1789'da A. Lavoisier, kireç, magnezya, barit, alümina ve silisin karmaşık maddeler olduğunu öne sürdü.

Doğada olmak

Kalsiyumun yüksek kimyasal aktivitesi nedeniyle doğada serbest halde bulunmaz.

Kalsiyum, yerkabuğunun kütlesinin %3,38'ini oluşturur (oksijen, silikon, alüminyum ve demirden sonra bolca 5. sırada).

İzotoplar. Kalsiyum doğada altı izotopun bir karışımı olarak bulunur: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca ve 48Ca, aralarında en yaygın olanı - 40Ca - %96.97'dir.

Doğal olarak oluşan altı kalsiyum izotopundan beşi stabildir. Altı izotopun en ağırı ve oldukça nadir olan altıncı 48Ca izotopunun (izotopik bolluğu sadece %0.187'dir), yakın zamanda 5.3 yarılanma ömrü ile çift beta bozunmasına uğradığı keşfedildi. ×1019 yıllar.

kayalarda ve minerallerde. Kalsiyumun çoğu, çeşitli kayaların (granitler, gnayslar, vb.), özellikle feldispat - anortit Ca'da silikat ve alüminosilikatların bileşiminde bulunur.

Sedimanter kayaçlar biçimindeki kalsiyum bileşikleri, esas olarak mineral kalsitten (CaCO3) oluşan tebeşir ve kireçtaşı ile temsil edilir. Kalsitin kristal formu - mermer - doğada çok daha az bulunur.

Kalsit CaCO3, anhidrit CaSO4, kaymaktaşı CaSO4 0.5H2O ve alçıtaşı CaSO4 2H2O, florit CaF2, apatit Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), dolomit MgCO3 CaCO3 gibi kalsiyum mineralleri oldukça yaygındır. Doğal sudaki kalsiyum ve magnezyum tuzlarının varlığı sertliğini belirler.

Yerkabuğunda kuvvetli bir şekilde göç eden ve çeşitli jeokimyasal sistemlerde biriken kalsiyum, 385 mineral (mineral sayısı bakımından dördüncü) oluşturur.

Yer kabuğunda göç. Kalsiyumun doğal göçünde, kalsiyum karbonatın su ve karbon dioksit ile etkileşiminin çözünür bikarbonat oluşumu ile geri dönüşümlü reaksiyonuyla ilişkili “karbonat dengesi” önemli bir rol oynar:

CaCO3 + H2O + CO2 ↔ Ca (HCO3) 2 ↔ Ca2+ + 2HCO3ˉ

(Karbondioksit konsantrasyonuna bağlı olarak denge sola veya sağa kayar).

biyojenik göç. Biyosferde, hemen hemen tüm hayvan ve bitki dokularında kalsiyum bileşikleri bulunur (ayrıca aşağıya bakınız). Önemli miktarda kalsiyum canlı organizmaların bir parçasıdır. Dolayısıyla, hidroksiapatit Ca5(PO4)3OH veya başka bir gösterimde 3Ca3(PO4)2·Ca(OH)2, insanlar dahil omurgalıların kemik dokusunun temelidir; birçok omurgasızın kabukları ve kabukları, yumurta kabukları vb. kalsiyum karbonat CaCO3'ten oluşur.İnsanların ve hayvanların canlı dokularında, %1,4-2 Ca (kütle fraksiyonuna göre); 70 kg ağırlığındaki bir insan vücudunda, kalsiyum içeriği yaklaşık 1,7 kg'dır (esas olarak kemik dokusunun hücreler arası maddesinin bileşiminde).

Fiş

Serbest metalik kalsiyum, CaCl2 (%75-80) ve KCl'den veya CaCl2 ve CaF2'den oluşan bir eriyiğin elektrolizi ve ayrıca CaO'nun 1170-1200 °C'de alüminotermik indirgenmesiyle elde edilir:

CaO + 2Al = CaAl2O4 + 3Ca.

Kalsiyum karbür CaC2'nin termal ayrışmasıyla kalsiyum elde etmek için bir yöntem de geliştirilmiştir.

Fiziksel özellikler

Kalsiyum metali iki allotropik modifikasyonda bulunur. 443°C'ye kadar dayanıklı α - Kübik kafesli Ca, daha yüksek kararlı β-Ca tipte bir kübik gövde merkezli kafes ile α -Fe. standart entalpi ΔH0 geçiş α → β 0.93 kJ/mol'dür.

Kalsiyum hafif bir metaldir (d = 1.55), gümüş-beyaz renklidir. Periyodik tabloda yanında bulunan sodyumdan daha serttir ve daha yüksek bir sıcaklıkta (851°C) erir. Bunun nedeni, metalde kalsiyum iyonu başına iki elektron olmasıdır. Bu nedenle iyonlar ve elektron gazı arasındaki kimyasal bağ, sodyumdan daha güçlüdür. Kimyasal reaksiyonlarda, kalsiyum değerlik elektronları diğer elementlerin atomlarına aktarılır. Bu durumda, çift yüklü iyonlar oluşur.

Kimyasal özellikler

Kalsiyum tipik bir alkali toprak metalidir. Kalsiyumun kimyasal aktivitesi yüksektir, ancak diğer tüm alkalin toprak metallerinden daha düşüktür. Havadaki oksijen, karbondioksit ve nem ile kolayca reaksiyona girer, bu nedenle kalsiyum metalinin yüzeyi genellikle donuk gridir, bu nedenle kalsiyum genellikle laboratuvarda, diğer alkalin toprak metalleri gibi sıkıca kapalı bir kavanozda bir tabaka altında depolanır. gazyağı veya sıvı parafin.

Standart potansiyeller serisinde, kalsiyum hidrojenin solunda yer alır. Ca2+/Ca0 çiftinin standart elektrot potansiyeli -2,84 V'tur, böylece kalsiyum su ile aktif olarak reaksiyona girer, ancak ateşleme olmaz:

2H2O \u003d Ca (OH) 2 + H2 + Q.

Aktif metal olmayan maddelerle (oksijen, klor, brom), kalsiyum normal koşullar altında reaksiyona girer:

Ca + O2 = 2CaO, Ca + Br2 = CaBr2.

Havada veya oksijende ısıtıldığında kalsiyum tutuşur. Daha az aktif metal olmayan maddelerle (hidrojen, bor, karbon, silikon, azot, fosfor ve diğerleri), kalsiyum ısıtıldığında etkileşime girer, örneğin:

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

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

Ca + 2P = Ca3P2 (kalsiyum fosfit),

CaP ve CaP5 bileşimlerinin kalsiyum fosfitleri de bilinmektedir;

Ca + Si = Ca2Si (kalsiyum silisit),

CaSi, Ca3Si4 ve CaSi2 bileşimlerinin kalsiyum silisitleri de bilinmektedir.

Yukarıdaki reaksiyonların seyrine, kural olarak, büyük miktarda ısının salınması eşlik eder (yani, bu reaksiyonlar ekzotermiktir). Metal olmayan tüm bileşiklerde, kalsiyumun oksidasyon durumu +2'dir. Metal olmayan kalsiyum bileşiklerinin çoğu su ile kolayca ayrışır, örneğin:

CaH2 + 2H2O \u003d Ca (OH) 2 + 2H2, N2 + 3H2O \u003d 3Ca (OH) 2 + 2NH3.

Ca2+ iyonu renksizdir. Aleve çözünür kalsiyum tuzları eklendiğinde alev tuğla kırmızısına dönüşür.

CaCl2 klorür, CaBr2 bromür, CaI2 iyodür ve Ca(NO3)2 nitrat gibi kalsiyum tuzları suda yüksek oranda çözünür. CaF2 florür, CaCO3 karbonat, CaSO4 sülfat, Ca3(PO4)2 ortofosfat, CaC2O4 oksalat ve diğerleri suda çözünmezler.

Önemli olan, kalsiyum karbonat CaCO3'ün aksine asidik kalsiyum karbonat (hidrokarbonat) Ca(HCO3) 2'nin suda çözünür olmasıdır. Doğada, bu aşağıdaki süreçlere yol açar. Karbondioksitle doymuş soğuk yağmur veya nehir suyu yeraltına girdiğinde ve kireçtaşlarına düştüğünde, çözünmeleri gözlenir:

CaCO3 + CO2 + H2O \u003d Ca (HCO3) 2.

Kalsiyum bikarbonatla doygun suyun yeryüzüne çıktığı ve güneş ışınlarıyla ısıtıldığı aynı yerlerde, ters reaksiyon meydana gelir:

Ca (HCO3) 2 \u003d CaCO3 + CO2 + H2O.

Yani doğada büyük kütleli maddelerin transferi vardır. Sonuç olarak, yeraltında büyük boşluklar oluşabilir ve mağaralarda güzel taş "buz sarkıtları" - sarkıt ve dikitler - oluşur.

Suda çözünmüş kalsiyum bikarbonatın varlığı, suyun geçici sertliğini büyük ölçüde belirler. Geçici olarak adlandırılır çünkü su kaynatıldığında bikarbonat ayrışır ve CaCO3 çöker. Bu fenomen, örneğin, su ısıtıcısında zamanla kireç oluşmasına yol açar.

kalsiyum metal kimyasal fiziksel

Kalsiyum metalinin ana kullanımı, metallerin, özellikle nikel, bakır ve paslanmaz çelik üretiminde indirgeyici madde olarak kullanılmasıdır. Kalsiyum ve hidriti ayrıca krom, toryum ve uranyum gibi geri kazanılması zor metalleri elde etmek için kullanılır. Kurşunlu kalsiyum alaşımları, pillerde ve yatak alaşımlarında kullanılır. Kalsiyum granülleri ayrıca elektrovakum cihazlarından hava kalıntılarını gidermek için de kullanılır. Çözünür kalsiyum ve magnezyum tuzları suyun genel sertliğini belirler. Suda az miktarda bulunurlarsa, suya yumuşak denir. Bu tuzların yüksek içeriği ile su sert olarak kabul edilir. Sertlik kaynatılarak giderilir; su bazen tamamen yok etmek için damıtılır.

metaltermi

Saf metalik kalsiyum, nadir metalleri elde etmek için metallotermide yaygın olarak kullanılmaktadır.

alaşımlama

Saf kalsiyum, akü plakalarının, düşük kendi kendine deşarj olan bakım gerektirmeyen başlangıç ​​kurşun asitli akülerin imalatında kullanılan kurşunu alaşımlamak için kullanılır. Ayrıca, yüksek kaliteli kalsiyum babitleri BKA'nın üretimi için metalik kalsiyum kullanılır.

Nükleer füzyon

48Ca izotopu, süper ağır elementlerin üretimi ve periyodik tablodaki yeni elementlerin keşfi için en verimli ve yaygın olarak kullanılan malzemedir. Örneğin, hızlandırıcılarda süper ağır elementler üretmek için 48Ca iyonlarının kullanılması durumunda, bu elementlerin çekirdekleri, diğer "mermiler" (iyonlar) kullanıldığında olduğundan yüzlerce ve binlerce kat daha verimli bir şekilde oluşturulur.

Kalsiyum bileşiklerinin kullanımı

kalsiyum hidrit. Kalsiyumun hidrojen atmosferinde ısıtılmasıyla, metalurjide (metallotermi) ve sahada hidrojen üretiminde kullanılan CaH2 (kalsiyum hidrit) elde edilir.

Optik ve lazer malzemeleri. Kalsiyum florür (florit) optikte (astronomik hedefler, lensler, prizmalar) tek kristaller şeklinde ve lazer malzemesi olarak kullanılır. Tek kristal formundaki kalsiyum tungstat (şelit) lazer teknolojisinde ve ayrıca bir sintilatör olarak kullanılır.

kalsiyum karbür. Kalsiyum karbür CaC2, asetilen elde etmek ve metalleri azaltmak için ve ayrıca kalsiyum siyanamid üretiminde (kalsiyum karbürü nitrojen içinde 1200 ° C'de ısıtarak, reaksiyon ekzotermiktir, siyanamid fırınlarında gerçekleştirilir) yaygın olarak kullanılır.

Kimyasal akım kaynakları. Kalsiyum, alüminyum ve magnezyumlu alaşımlarının yanı sıra, yedek termal elektrik pillerinde anot olarak (örneğin bir kalsiyum-kromat elementi) kullanılır. Katot gibi pillerde kalsiyum kromat kullanılır. Bu tür pillerin bir özelliği, kullanılabilir bir durumda son derece uzun bir raf ömrü (on yıllar), her koşulda (boşluk, yüksek basınçlar) çalışabilme, ağırlık ve hacme göre yüksek özgül enerjidir. Dezavantajı kısa süreli olmasıdır. Bu tür piller, kısa süreliğine (balistik füzeler, bazı uzay araçları, vb.)

Isıya dayanıklı malzemeler. Kalsiyum oksit, hem serbest formda hem de seramik karışımlarının bir parçası olarak refrakter malzemelerin üretiminde kullanılmaktadır.

İlaçlar. Tıpta, Ca ilaçları vücuttaki Ca iyonlarının eksikliği ile ilişkili bozuklukları (tetani, spazmofili, raşitizm ile) ortadan kaldırır. Ca müstahzarları alerjenlere karşı aşırı duyarlılığı azaltır ve alerjik hastalıkların (serum hastalığı, uyku ateşi vb.) tedavisinde kullanılır. Ca preparatları artan vasküler geçirgenliği azaltır ve anti-inflamatuar etkiye sahiptir. Hemorajik vaskülit, radyasyon hastalığı, inflamatuar süreçler (zatürree, plörezi vb.) ve bazı cilt hastalıklarında kullanılırlar. Magnezyum tuzları ile zehirlenme için bir panzehir olarak kalp kasının aktivitesini iyileştirmek ve digitalis preparatlarının etkisini arttırmak için hemostatik bir ajan olarak reçete edilir. Diğer ilaçlarla birlikte, doğumu teşvik etmek için Ca preparatları kullanılır. Ca klorür ağızdan ve damardan verilir.

Ca müstahzarları ayrıca, alçı kalıpları için cerrahide kullanılan alçıtaşı (CaSO4) ve mide suyunun asitliği artırılarak ağızdan tatbik edilen ve diş tozunun hazırlanması için tebeşiri (CaCO3) içerir.

biyolojik rol

Kalsiyum, bitkilerin, hayvanların ve insanların vücudunda yaygın olarak bulunan bir makro besindir. İnsanlarda ve diğer omurgalılarda çoğu iskelet ve dişlerde fosfat formunda bulunur. Çoğu omurgasız grubunun (süngerler, mercan polipleri, yumuşakçalar, vb.) iskeletleri, çeşitli kalsiyum karbonat (kireç) formlarından oluşur. Kalsiyum iyonları, kanın pıhtılaşma süreçlerinde ve ayrıca kanın sabit bir ozmotik basıncının korunmasında rol oynar. Kalsiyum iyonları ayrıca evrensel ikinci habercilerden biri olarak hizmet eder ve çeşitli hücre içi süreçleri düzenler - kas kasılması, hormonların ve nörotransmiterlerin salgılanması dahil ekzositoz, vb. İnsan hücrelerinin sitoplazmasındaki kalsiyum konsantrasyonu yaklaşık 10−7 mol'dür, hücreler arası sıvılarda yaklaşık 10− 3 mol.

Gıda ile insan vücuduna giren kalsiyumun çoğu süt ürünlerinde, kalan kalsiyum ise et, balık ve bazı bitkisel gıdalarda (özellikle baklagiller zengindir) bulunur. Emilim hem kalın hem de ince bağırsaklarda gerçekleşir ve asidik bir ortam, D vitamini ve C vitamini, laktoz ve doymamış yağ asitleri tarafından kolaylaştırılır. Magnezyumun kalsiyum metabolizmasındaki rolü de önemlidir, eksikliği ile kalsiyum kemiklerden “yıkanır” ve böbreklerde (böbrek taşları) ve kaslarda birikir.

Kalsiyumun asimilasyonu aspirin, oksalik asit, östrojen türevleri tarafından engellenir. Oksalik asit ile birleşerek kalsiyum, böbrek taşlarının bileşenleri olan suda çözünmeyen bileşikler verir.

Kalsiyum ile ilişkili çok sayıda işlem nedeniyle, kandaki kalsiyum içeriği tam olarak düzenlenir ve doğru beslenme ile eksiklik oluşmaz. Diyetten uzun süre uzak durmak kramplara, eklem ağrısına, uyuşukluğa, büyüme kusurlarına ve kabızlığa neden olabilir. Daha derin bir eksiklik, kalıcı kas kramplarına ve osteoporoza yol açar. Kahve ve alkolün kötüye kullanılması, bir kısmı idrarla atıldığı için kalsiyum eksikliğinin nedenleri olabilir.

Aşırı dozda kalsiyum ve D vitamini hiperkalsemiye neden olabilir, ardından kemik ve dokuların yoğun kireçlenmesi (esas olarak üriner sistemi etkiler). Uzun süreli bir fazlalık, kas ve sinir dokularının işleyişini bozar, kanın pıhtılaşmasını arttırır ve çinkonun kemik hücreleri tarafından emilimini azaltır. Bir yetişkin için maksimum günlük güvenli doz 1500 ila 1800 miligramdır.

Ürünler Kalsiyum, mg/100 g

susam 783

ısırgan 713

Muz büyük 412

Yağda sardalya 330

Budra sarmaşık 289

Köpek kuşburnu 257

Badem 252

Muz mızrak şeklinde. 248

fındık 226

su teresi 214

soya fasulyesi kuru 201

3 yaşın altındaki çocuklar - 600 mg.

4 ila 10 yaş arası çocuklar - 800 mg.

10 ila 13 yaş arası çocuklar - 1000 mg.

13 ila 16 yaş arası ergenler - 1200 mg.

16 yaş ve üstü - 1000 mg.

25 ila 50 yaş arası yetişkinler - 800 ila 1200 mg.

Hamile ve emziren kadınlar - 1500 ila 2000 mg.

Çözüm

Kalsiyum yeryüzünde en bol bulunan elementlerden biridir. Doğada birçoğu vardır: dağ sıraları ve kil kayaları kalsiyum tuzlarından oluşur, deniz ve nehir suyunda bulunur ve bitki ve hayvan organizmalarının bir parçasıdır.

Kalsiyum sürekli olarak kasaba halkını çevreler: neredeyse tüm ana yapı malzemeleri - beton, cam, tuğla, çimento, kireç - bu elementi önemli miktarlarda içerir.

Doğal olarak, bu tür kimyasal özelliklere sahip olan kalsiyum, doğada serbest halde bulunamaz. Ancak hem doğal hem de yapay kalsiyum bileşikleri büyük önem kazanmıştır.

bibliyografya

1.Yayın kurulu: Knunyants I. L. (baş editör) Chemical Encyclopedia: 5 ciltte - Moskova: Sovyet Ansiklopedisi, 1990. - T. 2. - S. 293. - 671 s.

2.Doronin. N. A. Kaltsy, Gosimizdat, 1962. Resimli 191 sayfa.

.Dotsenko V.A. - Tedavi edici ve önleyici beslenme. - Q. beslenme, 2001 - N1-p.21-25

4.Bilezikian J. P. Kalsiyum ve kemik metabolizması // İçinde: K. L. Becker, ed.

5.M.Kh. Karapetyans, S.I. Drakin - Genel ve İnorganik Kimya, 2000. Resimli 592 sayfa.

TANIM

Kalsiyum- Periyodik tablonun yirminci elementi. Tanım - Latince "kalsiyum" dan Ca. Dördüncü periyotta yer alan IIA grubu. Metalleri ifade eder. Çekirdek yükü 20'dir.

Kalsiyum doğada en çok bulunan elementlerden biridir. Yerkabuğunda yaklaşık %3 (kütle) içerir. Kalsiyum karbonat CaCO 3'ün doğal çeşitleri olan mermerin yanı sıra çok sayıda kireçtaşı ve tebeşir tortusu olarak oluşur. Alçı CaSO 4 × 2H 2 O, fosforit Ca3 (PO 4) 2 ve son olarak çeşitli kalsiyum içeren silikatlar da büyük miktarlarda bulunur.

Basit bir madde biçimindeki kalsiyum, dövülebilir, oldukça sert beyaz bir metaldir (Şekil 1). Havada hızla bir oksit tabakasıyla kaplanır ve ısıtıldığında parlak kırmızımsı bir alevle yanar. Kalsiyum soğuk suyla nispeten yavaş reaksiyona girer, ancak hidrojeni sıcak sudan hızla uzaklaştırarak hidroksit oluşturur.

Pirinç. 1. Kalsiyum. Dış görünüş.

Kalsiyumun atomik ve moleküler ağırlığı

Bir maddenin bağıl moleküler kütlesi (M r), belirli bir molekülün kütlesinin kaç kez bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'sinden büyük olduğunu ve bir elementin bağıl atom kütlesinin (Ar r) olduğunu gösteren bir sayıdır. bir kimyasal elementin ortalama atom kütlesinin, bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'sinden kaç katı olduğudur.

Serbest halde kalsiyum monoatomik Ca molekülleri şeklinde bulunduğundan, atomik ve moleküler kütlelerinin değerleri aynıdır. 40.078'e eşittirler.

Kalsiyum izotopları

Doğada kalsiyumun 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca ve 48Ca olmak üzere dört kararlı izotop şeklinde bulunabildiği ve 40Ca izotopunun (%99.97) açık bir baskın olduğu bilinmektedir. Kütle numaraları sırasıyla 40, 42, 43, 44, 46 ve 48'dir. Kalsiyum izotopu 40 Ca atomunun çekirdeği yirmi proton ve yirmi nötron içerir ve kalan izotoplar ondan sadece nötron sayısında farklılık gösterir.

34 ila 57 arasında kütle numaralarına sahip yapay kalsiyum izotopları vardır, bunların arasında en kararlı olanı 102 bin yıllık yarı ömre sahip 41 Ca'dır.

kalsiyum iyonları

Kalsiyum atomunun dış enerji seviyesinde, değerlik olan iki elektron vardır:

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

Kimyasal etkileşimin bir sonucu olarak, kalsiyum değerlik elektronlarından vazgeçer, yani. donörüdür ve pozitif yüklü bir iyona dönüşür:

Ca 0 -2e → Ca 2+.

Molekül ve kalsiyum atomu

Serbest durumda, kalsiyum monoatomik Ca molekülleri şeklinde bulunur. Kalsiyum atomunu ve molekülünü karakterize eden bazı özellikler şunlardır:

kalsiyum alaşımları

Kalsiyum, bazı kurşun alaşımlarının alaşım bileşeni olarak işlev görür.

Problem çözme örnekleri

ÖRNEK 1

İsmin tarihi ve kökeni

Elementin adı lat'ten gelir. calx (genitif durumda kalsis) - "kireç", "yumuşak taş". 1808'de elektrolitik yöntemle kalsiyum metalini izole eden İngiliz kimyager Humphry Davy tarafından önerildi. Davy, anot olan platin bir plaka üzerinde ıslak hidratlı kireç karışımını elektrolize etti. Sıvıya batırılmış bir platin tel katot görevi gördü. Elektroliz sonucunda kalsiyum amalgam elde edilmiştir. Cıvayı ondan uzaklaştıran Davy, kalsiyum adı verilen bir metal aldı.

izotoplar

Kalsiyum doğada altı izotopun bir karışımı olarak bulunur: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca ve 48 Ca, aralarında en yaygın olanı - 40 Ca - % 96.97'dir. Kalsiyum çekirdekleri sihirli sayıda proton içerir: Z= 20. izotoplar 40
20 Ca20
ve 48
20 Ca28
doğada var olan çift sihirli beş çekirdekten ikisidir.

Doğal olarak oluşan altı kalsiyum izotopundan beşi stabildir. Altı izotopun en ağırı ve çok nadir olan altıncı izotop 48Ca (izotopik bolluğu sadece %0.187'dir), yarılanma ömrü (4.39 ± 0.58)⋅10 19 yıl olan çift beta bozunmasına uğrar.

Kayalarda ve minerallerde

Yerkabuğunda kuvvetli bir şekilde göç eden ve çeşitli jeokimyasal sistemlerde biriken kalsiyum, 385 mineral (mineral sayısı bakımından dördüncü) oluşturur.

Kalsiyumun çoğu, çeşitli kayaların (granitler, gnayslar, vb.), özellikle feldispat - anortit Ca'da silikat ve alüminosilikatların bileşiminde bulunur.

Kalsit CaCO 3 , anhidrit CaSO 4 , kaymaktaşı CaSO 4 0.5H 2 O ve alçıtaşı CaSO 4 2H 2 O, florit CaF 2 , apatit Ca 5 (PO 4) 3 (F, Cl, OH), dolomit MgCO 3 gibi kalsiyum mineralleri CaCO3 . Doğal sudaki kalsiyum ve magnezyum tuzlarının varlığı sertliğini belirler.

Esas olarak kriptokristalin kalsit - kireçtaşından oluşan tortul kaya (çeşitlerinden biri tebeşirdir). Bölgesel metamorfizma etkisi altında kireçtaşı mermere dönüşür.

Yer kabuğunda göç

Kalsiyumun doğal göçünde, kalsiyum karbonatın su ve karbon dioksit ile etkileşiminin çözünür bikarbonat oluşumu ile geri dönüşümlü reaksiyonuyla ilişkili “karbonat dengesi” önemli bir rol oynar:

(Karbondioksit konsantrasyonuna bağlı olarak denge sola veya sağa kayar).

Biyojenik göç önemli bir rol oynar.

biyosferde

Kalsiyum bileşikleri hemen hemen tüm hayvan ve bitki dokularında bulunur (aşağıya bakınız). Önemli miktarda kalsiyum canlı organizmaların bir parçasıdır. Dolayısıyla, hidroksiapatit Ca 5 (PO 4) 3 OH veya başka bir girişte 3Ca 3 (PO 4) 2 Ca (OH) 2 - insanlar dahil omurgalıların kemik dokusunun temeli; pek çok omurgasızın kabukları ve kabukları, yumurta kabukları vb. kalsiyum karbonat CaCO3'ten yapılmıştır. İnsanların ve hayvanların canlı dokularında, %1.4-2 Ca (kütle fraksiyonuna göre); 70 kg ağırlığındaki bir insan vücudunda, kalsiyum içeriği yaklaşık 1,7 kg'dır (esas olarak kemik dokusunun hücreler arası maddesinin bileşiminde).

Fiş

Serbest metalik kalsiyum, CaCl2 (%75-80) ve KCl'den veya CaCl2 ve CaF2'den oluşan bir eriyiğin elektrolizi ve ayrıca CaO'nun 1170-1200 °C'de alüminotermik indirgenmesiyle elde edilir. 4 C a O + 2 A l → C a A l 2 O 4 + 3 C a (\displaystyle (\mathsf (4CaO+2Al\rightarrow CaAl_(2)O_(4)+3Ca)))

Fiziksel özellikler

Kalsiyum metali iki allotropik modifikasyonda bulunur. 443 °C'ye kadar dayanıklı α-Ca kübik yüz merkezli kafes ile (parametre a= 0,558 nm), daha yüksek kararlı β-Ca tipte bir kübik gövde merkezli kafes ile α-Fe(parametre a= 0.448 nm). standart entalpi ∆ H 0 (\displaystyle \Delta H^(0)) geçiş α → β 0,93 kJ/mol'dür.

Basıncın kademeli olarak artmasıyla bir yarı iletkenin özelliklerini göstermeye başlar, ancak kelimenin tam anlamıyla bir yarı iletken olmaz (artık bir metal değildir). Basıncın daha da artmasıyla metalik duruma döner ve süperiletkenlik özellikleri sergilemeye başlar (süper iletkenlik sıcaklığı cıvanınkinden altı kat daha yüksektir ve iletkenlikteki diğer tüm elementleri çok aşar). Kalsiyumun benzersiz davranışı birçok yönden stronsiyuma benzer (yani, periyodik sistemdeki paralellikler korunur).

Kimyasal özellikler

Standart potansiyeller serisinde, kalsiyum hidrojenin solunda yer alır. Ca 2+ / Ca 0 −2.84 V çiftinin standart elektrot potansiyeli, böylece kalsiyum aktif olarak suyla reaksiyona girer, ancak ateşleme olmadan:

Suda çözünmüş kalsiyum bikarbonatın varlığı, suyun geçici sertliğini büyük ölçüde belirler. Geçici olarak adlandırılır çünkü su kaynatıldığında bikarbonat ayrışır ve CaCO 3 çöker. Bu fenomen, örneğin, su ısıtıcısında zamanla kireç oluşmasına yol açar.

Başvuru

Kalsiyum metalinin ana kullanımı, metallerin, özellikle nikel, bakır ve paslanmaz çelik üretiminde indirgeyici madde olarak kullanılmasıdır. Kalsiyum ve hidriti ayrıca krom, toryum ve uranyum gibi indirgenmesi zor metallerin üretiminde de kullanılır. Kalsiyum-kurşun alaşımları bazı pil türlerinde ve rulman imalatında kullanılmaktadır. Kalsiyum granülleri ayrıca elektrovakum cihazlarından hava kalıntılarını gidermek için de kullanılır. Saf metalik kalsiyum, nadir toprak elementleri elde etmek için metalotermide yaygın olarak kullanılmaktadır.

Kalsiyum, metalurjide çeliği alüminyumla birlikte veya alüminyumla birlikte deokside etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Kalsiyum içeren tellerle fırın dışı işleme, kalsiyumun eriyiğin fiziko-kimyasal durumu, metalin makro ve mikro yapısı, metal ürünlerin kalitesi ve özellikleri üzerindeki çok faktörlü etkisi nedeniyle lider bir konuma sahiptir ve çelik üretim teknolojisinin ayrılmaz bir parçasıdır. Modern metalurjide, bir çelik kabuk içinde bir toz veya preslenmiş metal biçimindeki kalsiyum (bazen silikokalsiyum veya alüminyum kalsiyum) olan eriyik içine kalsiyum eklemek için bir enjeksiyon teli kullanılır. Deoksidasyon (çelik içinde çözünmüş oksijenin uzaklaştırılması) ile birlikte, kalsiyum kullanımı, daha ileri teknolojik işlemler sırasında çökmeyen, doğası, bileşimi ve şekli açısından uygun olan metalik olmayan inklüzyonların elde edilmesini mümkün kılar.

48 Ca izotopu, süper ağır elementlerin üretimi ve periyodik tablodaki yeni elementlerin keşfi için en etkili ve kullanışlı malzemelerden biridir. Bunun nedeni, kalsiyum-48'in çift sihirli bir çekirdek olmasıdır, bu nedenle kararlılığı, hafif bir çekirdek için yeterince nötron açısından zengin olmasını sağlar; süper ağır çekirdeklerin sentezi aşırı nötron gerektirir.

biyolojik rol

Çok sayıda hayati süreç için önemi nedeniyle kandaki kalsiyum konsantrasyonu kesin olarak düzenlenir ve doğru beslenme ve az yağlı süt ürünlerinin ve D vitamininin yeterli alımı ile eksiklik oluşmaz. Diyette uzun süreli kalsiyum ve/veya D vitamini eksikliği osteoporoz riskinin artmasına ve bebeklik döneminde raşitizme neden olur.

Notlar

1. Brinell sertliği 200-300 MPa
2. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Elementlerin atom ağırlıkları 2011 (IUPAC Teknik Raporu) // Pure and Applied Chemistry. - 2013. - Cilt. 85, hayır. 5. - S. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
3. Yazı işleri personeli: Knunyants I. L. (baş editör). Kimyasal Ansiklopedi: 5 ciltte - Moskova: Sovyet Ansiklopedisi, 1990. - T. 2. - S. 293. - 671 s. - 100.000 kopya.
4. Riley J.P. ve Skirrow G. Kimyasal Oşinografi V. 1, 1965.
5. Pritychenko B. Double-beta Decay'in Değerlendirilmiş Yarı Ömürlerinin Sistematiği // Nükleer Veri Sayfaları. - 2014. - Haziran (cilt 120). - S.102-105. - ISSN 0090-3752. - DOI:10.1016/j.nds.2014.07.018 .[düzeltmek]
6. Pritychenko B. Kabul Edilen Çift Beta (ββ) Bozunma Değerlerinin Listesi (belirsiz) . Ulusal Nükleer Veri Merkezi, Brookhaven Ulusal Laboratuvarı. Erişim tarihi: 6 Aralık 2015.
7. Bir kimyagerin el kitabı / Yayın kurulu: Nikolsky B.P. ve diğerleri - 2. baskı, düzeltildi. - M.-L.: Kimya, 1966. - T. 1. - 1072 s.
8. Gazete. Tr: Basınç altındaki elementler
9. Kalsiyum // Büyük Sovyet Ansiklopedisi: [30 ciltte] / ch. ed. A. M. Prohorov. - 3. baskı. - M.: Sovyet Ansiklopedisi, 1969-1978.
10. Dyudkin D.A., Kisilenko V.V. Karmaşık dolgu maddesi SK40 (rus.) ile akı özlü telden kalsiyumun asimilasyonuna çeşitli faktörlerin etkisi // Elektrometallurgiya: zhurnal. - 2009. - Mayıs (No. 5). - S. 2-6.
11. Mikhailov G.G., Chernova L.A.Çeliğin kalsiyum ve alüminyum ile deoksidasyon işlemlerinin termodinamik analizi (Rusça) // Elektrometallurgiya: zhurnal. - 2008. - Mart (No. 3). - S. 6-8.
12. Çekirdeğin Kabuk Modeli
13. Tıp Enstitüsü (ABD) D Vitamini ve Kalsiyum İçin Diyet Referans Alımlarını İnceleme Komitesi; Ross AC, Taylor CL, Yaktine AL, Del Valle HB, editörler (2011).