Природні сполуки, до складу яких входить кальцій. Елемент кальцію. Властивості, отримання, застосування

Кальцій розташовується у четвертому великому періоді, другій групі, головній підгрупі, порядковий номер елемента - 20. Згідно з періодичною таблицею Менделєєва, атомна вага кальцію - 40,08. Формула вищого оксиду – СаО. Кальцій має латинську назву calciumтому символ атома елемента - Са.

Характеристика кальцію як простої речовини

За звичайних умов кальцій – це метал сріблясто-білого кольору. Маючи високу хімічну активність, елемент здатний утворювати безліч сполук різних класів. Елемент є цінністю для технічних і промислових хімічних синтезів. Метал поширений у земної корі: його частка становить близько 1,5 %. Кальцій відноситься до групи лужноземельних металів: при розчиненні у воді він дає луги, але в природі зустрічається у вигляді множинних мінералів та . Морська вода містить кальцій у великих концентраціях (400 мг/л).

Характеристики кальцію залежать від будови його кристалічних ґрат. У цього елемента вона буває двох типів: кубічна гранецентрична та об'ємноцентрична. Тип зв'язку в молекулі – металевий.

Природні джерела кальцію:

• апатити;
• алебастр;
• гіпс;
• кальцит;
• флюорит;
• доломіт.

Фізичні властивості кальцію та способи отримання металу

У звичайних умовах кальцій знаходиться у твердому агрегатному стані. Метал плавиться за 842 °С. Кальцій є хорошим електро- та теплопровідником. При нагріванні він переходить спочатку в рідкий, а потім у пароподібний стан і втрачає металеві властивості. Метал є дуже м'яким і ріжеться ножем. Кипить за 1484 °С.

Під тиском кальцій втрачає металеві властивості та здатність до електропровідності. Але потім металеві властивості відновлюються і проявляються властивості надпровідника, що у кілька разів перевищує за своїми показниками інші.

Кальцій довго не вдавалося отримати без домішок: через високу хімічну активність цей елемент не зустрічається в природі в чистому вигляді. Елемент було відкрито на початку ХІХ століття. Кальцій як метал уперше синтезував британський хімік Гемфрі Деві. Вчений виявив особливості взаємодії розплавів твердих мінералів та солей з електричним струмом. У наші дні електроліз солей кальцію (суміші хлоридів кальцію та калію, суміші фториду та хлориду кальцію) залишається найактуальнішим способом отримання металу. Кальцій також витягують з його оксиду за допомогою алюмінію - поширеного в металургії методу.

Хімічні властивості кальцію

Кальцій - активний метал, що вступає до багатьох взаємодій. За нормальних умов він легко реагує, утворюючи відповідні бінарні сполуки: із киснем, галогенами. Натисніть , щоб дізнатися більше про сполуки кальцію. При нагріванні кальцій реагує з азотом, воднем, вуглецем, кремнієм, бором, фосфором, сіркою та іншими речовинами. На відкритому повітрі миттєво взаємодіє із киснем та вуглекислим газом, тому покривається сірим нальотом.

Бурхливо реагує з кислотами, при цьому іноді запалюється. У солях кальцій виявляє цікаві властивості. Наприклад, печерні сталактити і сталагміти - це карбонат кальцію, що поступово утворився з води, вуглекислого газу та гідрокарбонату в результаті процесів усередині підземних вод.

Через високу активність у звичайному стані кальцій зберігається в лабораторіях у темному герметичному скляному посуді під шаром парафіну або гасу. Якісна реакція на іон кальцію – забарвлення полум'я в насичений цегляно-червоний колір.

Ідентифікувати метал у складі сполук можна за нерозчинними осадами деяких солей елемента (фторид, карбонат, сульфат, силікат, фосфат, сульфіт).

Реакція води із кальцієм

Кальцій зберігають у банках під шаром захисної рідини. Щоб провести демонстрацію, як відбувається реакція води і кальцію, не можна просто дістати метал і відрізати від нього потрібний шматочок. Металевий кальцій у лабораторних умовах простіше використовувати у вигляді стружки.

Якщо металевої стружки немає, а в банку є лише великі шматки кальцію, знадобляться пасатижі або молоток. Готовий шматочок кальцію потрібного розміру поміщають у колбу чи склянку з водою. Кальцієву стружку кладуть у посуд у марлевому мішечку.

Кальцій опускається на дно і починається виділення водню (спочатку в місці, де знаходиться свіжий злам металу). Поступово із поверхні кальцію виділяється газ. Процес нагадує бурхливе кипіння, одночасно утворюється осад гідроксиду кальцію (гашене вапно).

Шматок кальцію виринає, підхоплений бульбашками водню. Приблизно через 30 секунд кальцій розчиняється, а вода через утворення суспензії гідроксиду стає каламутно-білою. Якщо реакцію проводити над склянці, а пробірці, можна спостерігати виділення тепла: пробірка швидко стає гарячою. Реакція кальцію з водою не закінчується ефектним вибухом, але взаємодія двох речовин протікає бурхливо та виглядає видовищно. Досвід безпечний.

Якщо мішечок з кальцієм, що залишився, вийняти з води і потримати на повітрі, то через деякий час в результаті реакції, що продовжується, настане сильне розігрівання і залишилася в марлі закипить. Якщо частину помутнілого розчину відфільтрувати через вирву в склянку, то при пропущенні через розчин оксиду вуглецю CO₂ вийде осад. Для цього не потрібен вуглекислий газ - можна продувати повітря, що видихається, в розчин через скляну трубочку.

Кальцій- Елемент 4-го періоду та ПА-групи Періодичної системи, порядковий номер 20. Електронна формула атома [ 18 Ar]4s 2 , ступеня окислення +2 і 0. Належить до лужноземельних металів. Має низьку електронегативність (1,04), виявляє металеві (основні) властивості. Утворює (як катіон) численні солі та бінарні сполуки. Багато солі кальцію малорозчинні у воді. В природі - шостийпо хімічній поширеності елемент (третій серед металів) знаходиться у зв'язаному вигляді. Життєво важливий елемент для всіх організмів. Нестача кальцію в ґрунті поповнюється внесенням вапняних добрив (СаС03, СаО, ціанамід кальцію CaCN2 та ін.). Кальцій, катіон кальцію та його сполуки забарвлюють полум'я газового пальника у темно-оранжевий колір ( якісне виявлення).

Кальцій Са

Сріблясто-білий метал, м'який, пластичний. У вологому повітрі тьмяніє і покривається плівкою з СаО і Са(ОН) 2 .Дуже реакційноздатний; займається при нагріванні на повітрі, реагує з воднем, хлором, сіркою та графітом:

Відновлює інші метали з їх оксидів (промислово важливий метод кальційтермія):

Отриманнякальцію в промисловості:

Кальцій застосовується видалення домішок неметалів з металевих сплавів, як компонент легких і антифрикційних сплавів, виділення рідкісних металів з їх оксидів.

Оксид кальцію СаО

Основний оксид. Технічна назва негашене вапно. Білий, дуже гігроскопічний. Має іонну будову Ca 2+ O 2- . Тугоплавкий, термічно стійкий, леткий при прожарюванні. Поглинає вологу та вуглекислий газ із повітря. Енергійно реагує з водою (з високим екзо-ефектом), утворює сильно лужний розчин (можливий осад гідроксиду), процес називається гасіння вапна. Реагує з кислотами, оксидами металів та неметалів. Застосовується для синтезу інших сполук кальцію, у виробництві Са(ОН) 2 , СаС 2 та мінеральних добрив, як флюс у металургії, каталізатор в органічному синтезі, компонент в'яжучих матеріалів у будівництві.

Рівняння найважливіших реакцій:

ОтриманняСаО у промисловості- Випалення вапняку (900-1200 ° С):

СаСО3 = СаО + СО2

Гідроксид кальцію Са(ОН) 2

Основний гідроксид. Технічна назва гашене вапно. Білий, гігроскопічний. Має іонну будову Са 2+ (ОН -) 2 . Розкладається при помірному нагріванні. Поглинає вологу та вуглекислий газ із повітря. Малорозчинний у холодній воді (утворюється лужний розчин), ще менше – у киплячій воді. Прозорий розчин (вапняна вода) швидко каламутніє через випадання осаду гідроксиду (суспензію називають вапняне молоко). Якісна реакція на іон Са 2+ - Пропускання вуглекислого газу через вапняну воду з появою осаду СаС0 3 і переходом його в розчин. Реагує з кислотами та кислотними оксидами, вступає в реакції іонного обміну. Застосовується у виробництві скла, білильного вапна, вапняних мінеральних добрив, для каустифікації соди та пом'якшення прісної води, а також для приготування вапняних будівельних розчинів - тістоподібних сумішей (пісок + гашене вапно + вода), службовців сполучним матеріалом. оштукатурювання) стін та інших будівельних цілей. Затвердіння («схоплювання») таких розчинів обумовлено поглинанням вуглекислого газу з повітря.

Історія та походження назви

Назва елемента походить від латів. calx (у родовому відмінку calcis) – «вапно», «м'який камінь». Воно було запропоновано англійським хіміком Гемфрі Деві, який у 1808 р. виділив металевий кальцій електролітичним методом. Деві піддав електролізу суміш вологої гашеної вапна з платиновою пластиною, яка була анодом . Катодом служив платиновий дріт, занурений у рідкий . В результаті електролізу виходила амальгама кальцію. Відігнавши з неї ртуть, Деві отримав метал, названий кальцієм.

Ізотопи

Кальцій зустрічається в природі у вигляді суміші шести ізотопів: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca і 48 Ca, серед яких найпоширеніший - 40 Ca - становить 96,97%. Ядра кальцію містять магічну кількість протонів: Z= 20. Ізотопи 40
20 Ca20
і 48
20 Ca28
є двома з п'яти існуючих у природі двічі магічних ядер.

Із шести природних ізотопів кальцію п'ять стабільні. Шостий ізотоп 48 Ca, найважчий із шести і дуже рідкісний (його ізотопна поширеність дорівнює всього 0,187%), відчуває подвійний бета-розпад з періодом напіврозпаду (4,39 ± 0,58)⋅10 19 років.

У гірських породах та мінералах

Кальцій, що енергійно мігрує в земній корі і накопичується в різних геохімічних системах, утворює 385 мінералів (четверте місце за кількістю мінералів).

Більшість кальцію міститься у складі силікатів і алюмосилікатів різних гірських порід (граніти, гнейси тощо. п.), особливо у польовому шпаті - анортиті Ca.

Досить поширені такі мінерали кальцію, як кальцит CaCO 3 , ангідрит CaSO 4 , алебастр CaSO 4 ·0.5H 2 O і гіпс CaSO 4 ·2H 2 O, флюорит CaF 2 , апатити Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl, OH), доломіт MgCO 3 ·CaCO 3 . Присутністю солей кальцію та магнію в природній воді визначається її жорсткість.

Осадова порода, що складається в основному зі скритокристалічного кальциту - вапняк (один з його різновидів - крейда). Під впливом регіонального метаморфізму вапняк перетворюється на мармур.

Міграція у земній корі

У природній міграції кальцію істотну роль відіграє «карбонатна рівновага», пов'язана з оборотною реакцією взаємодії карбонату кальцію з водою та вуглекислим газом з утворенням розчинного гідрокарбонату:

(Рівновага зміщується вліво або вправо в залежності від концентрації вуглекислого газу).

Велику роль грає біогенна міграція.

У біосфері

Сполуки кальцію знаходяться практично у всіх тваринних і рослинних тканинах (див. нижче). Значна кількість кальцію входить до складу живих організмів. Так, гідроксіапатит Ca 5 (PO 4) 3 OH, або, в іншому записі, 3Ca 3 (PO 4) 2 ·Са(OH) 2 - основа кісткової тканини хребетних, у тому числі людини; з карбонату кальцію CaCO 3 складаються раковини та панцирі багатьох безхребетних, яєчна шкаралупа та ін. У живих тканинах людини та тварин 1,4-2 % Са (за масовою часткою); у тілі людини масою 70 кг вміст кальцію - близько 1,7 кг (переважно у складі міжклітинної речовини кісткової тканини).

Отримання

Вільний металевий кальцій отримують електролізом розплаву, що складається з CaCl 2 (75-80 %) і KCl або CaCl 2 і CaF 2 , а також алюмінотермічним відновленням CaO при 1170-1200 °C 4 Ca O + 2 Al → Ca Al 2 O 4 + 3 Ca (\displaystyle (\mathsf (4CaO+2Alrightarrow CaAl_(2)O_(4)+3Ca)))

Фізичні властивості

Метал кальцій існує у двох алотропних модифікаціях. До 443 °C стійкий α-Caз кубічними гранецентрованими гратами (параметр а= 0,558 нм), вище стійкий β-Caз кубічною об'ємно-центрованою решіткою типу α-Fe(параметр a= 0,448 нм). Стандартна ентальпія Δ H 0 (\displaystyle \Delta H^(0))переходу α → β становить 0,93 кДж/моль.

При поступовому підвищенні тиску починає виявляти властивості напівпровідника , але стає напівпровідником у сенсі цього терміну (металом теж є). При подальшому підвищенні тиску повертається в металевий стан і починає проявляти надпровідні властивості (температура надпровідності в шість разів вище, ніж у ртуті, і набагато перевершує провідність всі інші елементи). Унікальна поведінка кальцію схожа багато в чому на стронцій (тобто паралелі в періодичній системі зберігаються).

Хімічні властивості

У ряді стандартних потенціалів кальцій розташований ліворуч від водню. Стандартний електродний потенціал пари Ca 2+ /Ca 0 −2,84 В так що кальцій активно реагує з водою, але без запалення:

Наявність у воді розчиненого гідрокарбонату кальцію багато в чому визначає тимчасову жорсткість води. Часовою її називають тому, що при кип'ятінні води гідрокарбонат розкладається, і осад випадає СаСО 3 . Це явище призводить, наприклад, до того, що в чайнику з часом утворюється накип.

Застосування

Головне застосування металевого кальцію – це використання його як відновника при отриманні металів, особливо нікелю, міді та нержавіючої сталі. Кальцій і його гідрид використовуються також для отримання металів, що важко відновлюються, таких, як хром , торій і уран . Сплави кальцію зі свинцем застосовують у деяких видах акумуляторних батарей і під час виробництва підшипників. Кальцієві гранули також використовуються для видалення слідів повітря з електровакуумних приладів. Чистий металевий кальцій широко застосовується в металотермії при отриманні рідкісноземельних елементів.

Кальцій широко застосовується у металургії для розкислення сталі поруч із алюмінієм чи поєднані із нею. Внепічна обробка кальційсодержащими дроти займає провідне положення у зв'язку з багатофакторністю впливу кальцію на фізико-хімічний стан розплаву, макро-і мікроструктури металу, якість і властивості металопродукції і є невід'ємною частиною технології виробництва сталі. У сучасній металургії для введення в розплав кальцію використовується інжекційний дріт, що представляє собою кальцій (іноді силікокальцій або алюмокальцій) у вигляді порошку або пресованого металу в сталевій оболонці. Поряд із розкисленням (видаленням розчиненого в сталі кисню) використання кальцію дозволяє отримати сприятливі за природою, складом і формою неметалеві включення, що не руйнуються в ході подальших технологічних операцій.

Ізотоп 48 Ca - один з ефективних і вживаних матеріалів для надважких елементів і відкриття нових елементів таблиці Менделєєва. Це пов'язано з тим, що кальцій-48 є двічі магічним ядром, тому його стійкість дозволяє йому бути достатньо надлишковим для легкого ядра; при синтезі надважких ядер необхідний надлишок нейтронів.

Біологічна роль

Концентрація кальцію в крові через її важливість для великої кількості життєво важливих процесів точно регулюється, і при правильному харчуванні та достатньому споживанні знежирених молочних продуктів та вітаміну D дефіциту не виникає. Тривалий дефіцит кальцію та/або вітаміну D у дієті призводить до збільшення ризику остеопорозу, а в дитинстві викликає рахіт.

Примітки

1. Твердість по Брінеллю 200-300 МПа
2. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bievre, Manfred Groning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry . – 2013. – Vol. 85, no. 5 . - P. 1047-1078. - DOI :10.1351/PAC-REP-13-03-02.
3. Редкол.: Кнунянц І. Л. (гл. ред.).Хімічна енциклопедія: у 5 т. – Москва: Радянська енциклопедія, 1990. – Т. 2. – С. 293. – 671 с. - 100 000 екз.
4. Riley JP. та Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965.
5. Притиченко B. Systematics of Evaluated Half-lives of Double-beta Decay // Nuclear Data Sheets. - 2014. - Червень (т. 120). - С. 102-105. - ISSN 0090-3752. - DOI: 10.1016/j.nds.2014.07.018.[виправити]
6. Притиченко B. List of Adopted Double Beta (ββ) Decay Values (неопр.) . National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Перевірено 6 грудня 2015 року.
7. Довідник хіміка / Редкол.: Микільський Б. П. та ін - 2-ге вид., Випр. – М.-Л.: Хімія, 1966. – Т. 1. – 1072 с.
8. Газети. Ру: Елементи під тиском
9. Кальцій // Велика радянська енциклопедія: [30 т.] / гол. ред. А. М. Прохоров. - 3-тє вид. - М.: Радянська енциклопедія, 1969-1978.
10. Дюдкін Д. А., Кисиленко В. В.Вплив різних факторів на засвоєння кальцію з порошкового дроту з комплексним наповнювачем СК40 (рус.) // Електрометалургія: журнал. - 2009. - травень (№ 5). - С. 2-6.
11. Михайлов Г. Г., Чернова Л. А.Термодинамічний аналіз процесів розкислення стали кальцієм та алюмінієм (рус.) // Електрометалургія: журнал. – 2008. – Березень (№ 3). - С. 6-8.
12. Shell Model of Nucleus
13. Institute of Medicine (США) Комітети до Review Dietary Reference Intakes for Vitamin D and Calcium; Ross AC, Taylor CL, Yaktine AL, Del Valle HB, editors (2011).

Кальцій

КАЛЬЦІЙ-я; м.[від лат. calx (calcis) - вапно] Хімічний елемент (Ca), метал сріблясто-білого кольору, що входить до складу вапняків, мармуру та ін.

◁ Кальцієвий, -а, -а. К-ті солі.

(лат. Calcium), хімічний елемент II групи періодичної системи, відноситься до лужноземельних металів. Назва від латів. calx, родовий відмінок calcis - вапно. Сріблясто-білий метал, щільність 1,54 г/см 3 , tпл 842ºC. За нормальної температури легко окислюється повітря. За поширеністю в земній корі посідає 5 місце (мінерали кальцит, гіпс, флюорит та ін.). Як активний відновник служить для отримання U, Th, V, Cr, Zn, Be та інших металів їх сполук, для розкислення сталей, бронз і т. д. Входить до складу антифрикційних матеріалів. З'єднання калькія застосовують у будівництві (вапно, цемент), препарати кальцію – у медицині.

КАЛЬЦІЙ (лат. Calcium), Ca (читається «кальцій»), хімічний елемент з атомним номером 20, розташований у четвертому періоді групи IIА періодичної системи елементів Менделєєва; атомна маса 40,08. Належить до лужноземельних елементів (див.лужноземельні метали).
Природний кальцій складається із суміші нуклідів. (див.НУКЛІД)з масовими числами 40 (у суміші за масою 96,94%), 44 (2,09%), 42 (0,667%), 48 (0,187%), 43 (0,135%) та 46 (0,003%). Конфігурація зовнішнього електронного шару 4 s 2 . Практично у всіх сполуках ступінь окиснення кальцію +2 (валентність ІІ).
Радіус нейтрального атома кальцію 0,1974 нм, радіус іона Cа 2+ від 0,114 нм (для координаційного числа 6) до 0,148 нм (для координаційного числа 12). Енергії послідовної іонізації нейтрального атома кальцію рівні, відповідно, 6,133, 11,872, 50,91, 67,27 та 84,5 еВ. За шкалою Полінга електронегативність кальцію близько 1,0. У вільному вигляді кальцій – сріблясто-білий метал.
Історія відкриття
З'єднання кальцію зустрічаються в природі повсюдно, тому людство знайоме з ними з найдавніших часів. Здавна у будівельній справі знаходила застосування вапно (див.ВІДОМІСТЬ)(негашена та гашена), яку довгий час вважали простою речовиною, «землею». Однак у 1808 англійський вчений Г. Деві (див.Деві Гемфрі)зумів отримати з вапна новий метал. Для цього Деві піддав електролізу суміш злегка зволоженого гашеного вапна з окисом ртуті і виділив з утворюється на ртутному катоді амальгами новий метал, який він назвав кальцієм (від лат. calx, рід. відмінок calcis - вапно). У Росії деякий час цей метал називали «вапняком».
Знаходження у природі
Кальцій - одне із найпоширеніших Землі елементів. На його частку припадає 3,38% маси земної кори (5-е місце за поширеністю після кисню, кремнію, алюмінію та заліза). Через високу хімічну активність кальцій у вільному вигляді у природі не зустрічається. Більшість кальцію міститься у складі силікатів (див.СИЛІКАТИ)та алюмосилікатів (див.АЛЮМОСИЛІКАТИ)різних гірських порід (граніти (див.ГРАНІТЬ), гнейси (див.ГНЕЙС)і т.п.). У вигляді осадових порід сполуки кальцію представлені крейдою та вапняками, що складаються в основному з мінералу кальциту (див.КАЛЬЦИТ)(CaCO 3). Кристалічна форма кальциту - мармур - зустрічається у природі набагато рідше.
Доволі широко поширені такі мінерали кальцію, як вапняк (див.Вапняк)СaCO 3 , ангідрит (див.АНГІДРИТ) CaSO 4 та гіпс (див.ГІПС) CaSO 4 ·2H 2 O, флюорит (див.ФЛЮОРИТ) CaF 2 , апатити (див.АПАТИТИ) Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl,OH), доломіт (див.ДОЛОМІТЬ) MgCO 3 · СаCO 3 . Присутністю солей кальцію та магнію в природній воді визначається її жорсткість (див.ЖОРСТКІСТЬ ВОДИ). Значна кількість кальцію входить до складу живих організмів. Так, гідроксилапатит Ca 5 (PO 4) 3 (OH), або, в іншому записі, 3Ca 3 (PO 4) 2 ·Са(OH) 2 - основа кісткової тканини хребетних, у тому числі людини; з карбонату кальцію CaCO 3 складаються раковини та панцирі багатьох безхребетних, яєчна шкаралупа та ін.
Отримання
Металевий кальцій отримують електролізом розплаву, що складається з CaCl 2 (75-80%) і KCl або з CaCl 2 і CaF 2 а також алюмінотермічним відновленням CaO при 1170-1200 °C:
4CaO + 2Al = CaAl 2 O 4 + 3Ca.
Фізичні та хімічні властивості
Метал кальцій існує у двох алотропних модифікаціях (див. Аллотропія (див.АЛОТРОПІЯ)). До 443 °C стійкий a-Ca з кубічними гранецентрованими гратами (параметр а = 0,558 нм), вище стійкий b-Ca з кубічними об'ємно центрованими гратами типу a-Fe (параметр a = 0,448 нм). Температура плавлення кальцію 839 °C, температура кипіння 1484 °C, густина 1,55 г/см 3 .
Хімічна активність кальцію висока, але нижче, ніж решти лужноземельних металів. Він легко взаємодіє з киснем, вуглекислим газом та вологою повітря, через що поверхня металевого кальцію зазвичай тьмяно сіра, тому в лабораторії кальцій зазвичай зберігають, як і інші лужноземельні метали, у щільно закритій банці під шаром гасу.
У ряді стандартних потенціалів кальцій розташований ліворуч від водню. Стандартний електродний потенціал пари Ca 2+ /Ca 0 -2,84, так що кальцій активно реагує з водою:
Ca + 2Н 2 О = Ca(ОН) 2 + Н 2.
З активними неметалами (киснем, хлором, бромом) кальцій реагує за звичайних умов:
2Са + Про 2 = 2СаО; Са + Br2 = CaBr2.
При нагріванні на повітрі чи кисні кальцій запалюється. З менш активними неметалами (воднем, бором, вуглецем, кремнієм, азотом, фосфором та іншими) кальцій вступає у взаємодію при нагріванні, наприклад:
Са + Н 2 = СаН 2 (гідрид кальцію),
Ca + 6B = CaB 6 (борід кальцію),
3Ca + N 2 = Ca 3 N 2 (нітрид кальцію)
Са + 2С = СаС 2 (карбід кальцію)
3Са + 2Р = Са 3 Р 2 (фосфід кальцію), відомі також фосфіди кальцію складів СаР і СаР 5;
2Ca + Si = Ca 2 Si (силіцид кальцію), відомі також силіциди кальцію складів CaSi, Ca 3 Si 4 і CaSi 2 .
Перебіг зазначених вище реакцій, зазвичай, супроводжується виділенням великої кількості теплоти (тобто. ці реакції - екзотермічні). У всіх з'єднаннях з неметалами ступінь окиснення кальцію +2. Більшість сполук кальцію з неметалами легко розкладається водою, наприклад:
СаН 2 + 2Н 2 О = Са(ОН) 2 + 2Н 2
Ca 3 N 2 + 3Н 2 О = 3Са(ОН) 2 + 2NН 3 .
Оксид кальцію – типово основний. У лабораторії та техніці його отримують термічним розкладанням карбонатів:
CaCO3 = CaO+CO2.
Технічний оксид кальцію СаО називається негашеним вапном.
Він реагує з водою з утворенням Ca(ОН) 2 та виділенням великої кількості теплоти:
CaО + Н 2 О = Ca(ОН) 2 .
Отриманий таким способом Ca(ОН) 2 зазвичай називають гашеним вапном або вапняним молоком (див.Вапняне молоко)через те, що розчинність гідроксиду кальцію у воді невелика (0,02 моль/л при 20°C), і при внесенні його у воду утворюється біла суспензія.
При взаємодії з кислотними оксидами CaO утворює солі, наприклад:
CaО + 2 = СаСО 3 ; СаО + SO3 = CaSO4.
Іон Ca 2+ безбарвний. При внесенні в полум'я солей кальцію полум'я забарвлюється цегляно-червоний колір.
Такі солі кальцію, як хлорид CaCl 2 , бромід CaBr 2 , іодид CaI 2 і нітрат Ca(NO 3) 2 добре розчинні у воді. Нерозчинні у воді фторид CaF 2 , карбонат CaCO 3 , сульфат CaSO 4 , середній ортофосфат Ca 3 (PO 4) 2 , оксалат СаС 2 Про 4 та деякі інші.
Важливе значення має та обставина, що на відміну від середнього карбонату кальцію СаСО 3 кислий карбонат кальцію (гідрокарбонат) Са(НСО 3) 2 у воді розчинний. У природі це призводить до таких процесів. Коли холодна дощова або річкова вода, насичена вуглекислим газом, проникає під землю та потрапляє на вапняки, то спостерігається їх розчинення:
СаСО 3 + СО 2 + Н 2 О = Са(НСО 3) 2 .
У тих же місцях, де вода, насичена гідрокарбонатом кальцію, виходить на поверхню землі та нагрівається сонячним промінням, протікає зворотна реакція:
Са(НСО 3) 2 = СаСО 3 + СО 2 + Н 2 О.
Так у природі відбувається перенесення великих мас речовин. В результаті під землею можуть утворитися величезні провали (див. Карст (див.Карст (явище природи))), а в печерах утворюються красиві кам'яні «бурульки» - сталактити (див.СТАЛАКТИТИ (мінеральні утворення)і сталагміти (див.СТАЛАГМІТИ).
Наявність у воді розчиненого гідрокарбонату кальцію багато в чому визначає тимчасову жорсткість води (див.ЖОРСТКІСТЬ ВОДИ). Тимчасової її називають тому, що при кип'ятінні води гідрокарбонат розкладається, і осад випадає СаСО 3 . Це явище призводить, наприклад, до того, що в чайнику з часом утворюється накип.
Застосування кальцію та його сполук
Металевий кальцій застосовують для металотермічного одержання урану. (див.УРАН (хімічний елемент)торія (див.ТОРІЙ), титану (див.ТИТАН (хімічний елемент), цирконію (див.ЦИРКОНІЙ), цезія (див.ЦЕЗІЙ)та рубідія (див.РУБІДІЙ).
Природні сполуки кальцію широко використовують у виробництві в'яжучих матеріалів (цемент (див.ЦЕМЕНТ), гіпс (див.ГІПС), вапно та ін). Зв'язуюча дія гашеного вапна заснована на тому, що з часом гідроксид кальцію реагує з вуглекислим газом повітря. В результаті реакції, що протікає, утворюються голчасті кристали кальциту СаСО з, які проростають в розташовані поруч камені, цеглу, інші будівельні матеріали і як би зварюють їх в єдине ціле. Кристалічний карбонат кальцію – мармур – прекрасний оздоблювальний матеріал. Крейда використовують для побілки. Великі кількості вапняку витрачаються при виробництві чавуну, оскільки дозволяють перевести тугоплавкі домішки залізної руди (наприклад, кварц SiO 2) порівняно легкоплавкі шлаки.
Як дезінфікуючий засіб дуже ефективне хлорне вапно (див.Хлорна звістка)- «хлорка» Ca(OCl)Cl - змішаний хлорид та гіпохлорид кальцію (див.КАЛЬЦІЯ ГІПОХЛОРИТ), Що володіє високою окисною здатністю.
Широко застосовується і сульфат кальцію, що існує як у вигляді безводної сполуки, так і у вигляді кристалогідратів - так званого «напівводного» сульфату - алебастру (див.АЛЕВІЗ ФРЯЗИН (Міланець)) CaSO 4 ·0,5H 2 O та двоводного сульфату - гіпсу CaSO 4 ·2H 2 O. Гіпс широко використовують у будівництві, у скульптурі, для виготовлення ліпнини та різних художніх виробів. Застосовують гіпс та в медицині для фіксації кісток при переломах.
Хлорид кальцію CaCl 2 використовують поряд з кухонною сіллю для боротьби з заледенінням дорожніх покриттів. Фторид кальцію СаF 2 – чудовий оптичний матеріал.
Кальцій в організмі
Кальцій – біогенний елемент (див.БІОГЕННІ ЕЛЕМЕНТИ), постійно присутній у тканинах рослин та тварин. Важливий компонент мінерального обміну тварин і людини та мінерального живлення рослин кальцій виконує в організмі різноманітні функції. У складі апатиту (див.АПАТИТ), а також сульфату та карбонату кальцій утворює мінеральний компонент кісткової тканини. В організмі людини масою 70 кг міститься близько 1 кг кальцію. Кальцій бере участь у роботі іонних каналів (див.ІОННІ КАНАЛИ), що здійснюють транспорт речовин через біологічні мембрани, у передачі нервового імпульсу (див.НЕРВНИЙ ІМПУЛЬС), у процесах згортання крові (див.ЗГОРТАННЯ КРОВІ)та запліднення. Регулюють обмін кальцію в організмі кальцифероли (див.КАЛЬЦИФЕРОЛИ)(Вітамін D). Недолік чи надлишок кальцію призводить до різних захворювань – рахіту. (див.РАХІТ), кальцинозу (див.Кальциноз)та ін Тому їжа людини повинна в потрібних кількостях містити сполуки кальцію (800-1500 мг кальцію на добу). Вміст кальцію високо у молочних продуктах (таких, як сир, сир, молоко), у деяких овочах та інших продуктах харчування. Препарати кальцію широко використовуються у медицині.

Енциклопедичний словник. 2009 .

Кальцій - елемент головної підгрупи другої групи, четвертого періоду періодичної системи хімічних елементів з атомним номером 20. Позначається символом Ca (лат. Calcium). Проста речовина кальцій (CAS-номер: 7440-70-2) – м'який, хімічно активний лужноземельний метал сріблясто-білого кольору.

Історія та походження назви

Назва елемента походить від латів. calx (у родовому відмінку calcis) - "вапно", "м'який камінь". Воно було запропоновано англійським хіміком Хемфрі Деві, який у 1808 р. виділив металевий кальцій електролітичним методом. Деві піддав електролізу суміш вологого гашеного вапна з оксидом ртуті HgO на платиновій пластині, яка була анодом. Катодом служив платиновий дріт, занурений у рідку ртуть. В результаті електролізу виходила амальгама кальцію. Відігнавши з неї ртуть, Деві отримав метал, названий кальцієм.
Сполуки кальцію – вапняк, мармур, гіпс (а також вапно – продукт випалу вапняку) застосовувалися у будівельній справі вже кілька тисячоліть тому. До кінця XVIII століття хіміки вважали вапно простим тілом. У 1789 році А. Лавуазьє припустив, що вапно, магнезія, барит, глинозем і кремнезем - речовини складні.

Отримання

Вільний металевий кальцій отримують електролізом розплаву, що складається з CaCl 2 (75-80 %) і KCl або CaCl 2 і CaF 2 , а також алюмінотермічним відновленням CaO при 1170-1200 °C:
4CaO + 2Al → CaAl 2 O 4 + 3Ca.

Фізичні властивості

Метал кальцій існує у двох алотропних модифікаціях. До 443 °C стійкий α-Ca з кубічною гранецентрованою решіткою (параметр а = 0,558 нм), вище стійкий β-Ca з кубічною об'ємно-центрованою решіткою типу α-Fe (параметр a = 0,448 нм). Стандартна ентальпія ΔH 0 переходу α → β становить 0,93 кДж/моль.
При поступовому підвищенні тиску починає проявляти властивості напівпровідника, але стає напівпровідником у сенсі цього терміну (металом теж є). При подальшому підвищенні тиску повертається в металевий стан і починає проявляти надпровідні властивості (температура надпровідності в шість разів вище, ніж у ртуті, і набагато перевершує провідність всі інші елементи). Унікальна поведінка кальцію схожа багато в чому на стронцій (тобто паралелі в періодичній системі зберігаються).

Хімічні властивості

Кальцій – типовий лужноземельний метал. Хімічна активність кальцію висока, але нижче, ніж решти лужноземельних металів. Він легко взаємодіє з киснем, вуглекислим газом і вологою повітря, через що поверхня металевого кальцію зазвичай тьмяно сіра, тому в лабораторії кальцій зазвичай зберігають, як і інші лужноземельні метали, у щільно закритій банці під шаром гасу або рідкого парафіну.