Кальций – двадцатый элемент Периодической таблицы. Обозначение – Ca от латинского «calcium». Расположен в четвертом периоде, IIА группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 20.
Кальций принадлежит к числу самых распространенных в природе элементов. В земной коре его содержится приблизительно 3% (масс.). Он встречается в виде многочисленных отложений известняков и мела, а также мрамора, которые представляют собой природные разновидности карбоната кальция CaCO3. В больших количествах встречаются также гипс CaSO4×2H2O, фосфорит Ca3(PO4)2 и, наконец, различные содержащие кальций силикаты.
В виде простого вещества кальций представляет собой ковкий, довольно твердый металл белого цвета (рис.1). На воздухе быстро покрывается слоем оксида, а при нагревании сгорает ярким красноватым пламенем. С холодной водой кальций реагирует сравнительно медленно, но из горячей воды быстро вытесняет водород, образуя гидроксид.
Катион кальция Ca2+. Качественная реакция #химия #химияЕГЭ #химияОГЭ
Рис. 1. Кальций. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса кальция
Относительной молекулярная масса вещества (Mr) – это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (Ar) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Поскольку в свободном состоянии кальций существует в виде одноатомных молекул Ca, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 40,078.
Изотопы кальция
Известно, что в природе кальций может находиться в виде четырех стабильных изотопов 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca и 48 Ca, с явным преобладанием изотопа 40 Ca (99,97%). Их массовые числа равны 40, 42, 43, 44, 46 и 48 соответственно. Ядро атома изотопа кальция 40 Ca содержит двадцать протонов и двадцать нейтронов, а остальные изотопы отличаются от него только числом нейтронов.
Существуют искусственные изотопы кальция с массовыми числами от 34-х до 57-ми, среди которых наиболее стабильным является 41 Ca с периодом полураспада равным 102 тысячи лет.
Ионы кальция
На внешнем энергетическом уровне атома кальция имеется два электрона, которые являются валентными:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 .
В результате химического взаимодействия кальций отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
Молекула и атом кальция
В свободном состоянии кальций существует в виде одноатомных молекул Ca. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу кальция:
Энергия ионизации атома, эВ
Радиус атома, нм
Стандартная энтальпия диссоциации молекул при 25 o С, кДж/моль
Сплавы кальция
Кальций служит легирующим компонентом некоторых свинцовых сплавов.
Примеры решения задач
Пропустив через раствор гидроксида кальция углекислый газ получаем карбонат кальция:
Химические уравнения // Как Составлять Уравнения Реакций // Химия 9 класс
Добавив к карбонату кальция воды и продолжая пропускать через данную смесь углекислый газ получаем гидрокарбонат кальция:
При взаимодействии с водой гидрид кальция образует гидроксид кальция:
Добавив к раствору гидроксида кальция азотную кислоту можно получить нитрат кальция:
Источник: ru.solverbook.com
Кальций химический элемент как пишется
Умеренно твёрдый,
серебристо-белый металл
Ка́льций —элемент главной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 20. Обозначается символом Ca (лат. Calcium). Простое вещество кальций (CAS-номер: 7440-70-2) — мягкий, химически активный щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета.
История и происхождение названия
Название элемента происходит от лат. calx (в родительном падеже calcis) — «известь», «мягкий камень». Оно было предложено английским химиком Хэмфри Дэви, в 1808 г. выделившим металлический кальций электролитическим методом. Дэви подверг электролизу смесь влажной гашёной извести с оксидом ртути HgO на платиновой пластине, которая являлась анодом.
Катодом служила платиновая проволока, погруженная в жидкую ртуть. В результате электролиза получалась амальгама кальция. Отогнав из неё ртуть, Дэви получил металл, названный кальцием. Соединения кальция — известняк, мрамор, гипс (а также известь — продукт обжига известняка) применялись в строительном деле уже несколько тысячелетий назад.
Вплоть до конца XVIII века химики считали известь простым телом. В 1789 году А. Лавуазье предположил, что известь, магнезия, барит, глинозём и кремнезём — вещества сложные.
Нахождение в природе
Из-за высокой химической активности кальций в свободном виде в природе не встречается.
На долю кальция приходится 3,38 % массы земной коры (5-е место по распространенности после кислорода, кремния, алюминия и железа).
Изотопы
Кальций встречается в природе в виде смеси шести изотопов: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca и 48 Ca, среди которых наиболее распространённый — 40 Ca — составляет 96,97 %.
Из шести природных изотопов кальция пять стабильны. Шестой изотоп 48 Ca, самый тяжелый из шести и весьма редкий (его изотопная распространённость равна всего 0,187 %), как было недавно обнаружено, испытывает двойной бета-распад с периодом полураспада 5,3×10 19 лет.
В горных породах и минералах
Большая часть кальция содержится в составе силикатов и алюмосиликатов различных горных пород (граниты, гнейсы и т. п.), особенно в полевом шпате — анортите Ca[Al2Si2O8].
В виде осадочных пород соединения кальция представлены мелом и известняками, состоящими в основном из минерала кальцита (CaCO3). Кристаллическая форма кальцита — мрамор — встречается в природе гораздо реже.
Довольно широко распространены такие минералы кальция, как кальцит CaCO3, ангидрит CaSO4, алебастр CaSO4·0.5H2O и гипс CaSO4·2H2O, флюорит CaF2, апатиты Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), доломит MgCO3·CaCO3. Присутствием солей кальция и магния в природной воде определяется её жёсткость.
Кальций, энергично мигрирующий в земной коре и накапливающийся в различных геохимических системах, образует 385 минералов (четвёртое место по числу минералов).
Миграция в земной коре
В естественной миграции кальция существенную роль играет «карбонатное равновесие», связанное с обратимой реакцией взаимодействия карбоната кальция с водой и углекислым газом с образованием растворимого гидрокарбоната:
(равновесие смещается влево или вправо в зависимости от концентрации углекислого газа).
Огромную роль играет биогенная миграция.
В биосфере
Получение
Свободный металлический кальций получают электролизом расплава, состоящего из CaCl2 (75-80 %) и KCl или из CaCl2 и CaF2, а также алюминотермическим восстановлением CaO при 1170—1200 °C:
Свойства
Физические свойства
Металл кальций существует в двух аллотропных модификациях. До 443 °C устойчив α-Ca с кубической гранецентрированной решеткой (параметр а = 0,558 нм), выше устойчив β-Ca с кубической объемно-центрированной решеткой типа α-Fe (параметр a = 0,448 нм). Стандартная энтальпия ΔH 0 перехода α → β составляет 0,93 кДж/моль.
Химические свойства
Кальций — типичный щелочноземельный металл. Химическая активность кальция высока, но ниже, чем всех других щелочноземельных металлов. Он легко взаимодействует с кислородом, углекислым газом и влагой воздуха, из-за чего поверхность металлического кальция обычно тускло серая, поэтому в лаборатории кальций обычно хранят, как и другие щелочноземельные металлы, в плотно закрытой банке под слоем керосина или жидкого парафина.
В ряду стандартных потенциалов кальций расположен слева от водорода. Стандартный электродный потенциал пары Ca 2+ /Ca 0 −2,84 В, так что кальций активно реагирует с водой, но без воспламенения:
С активными неметаллами (кислородом, хлором, бромом) кальций реагирует при обычных условиях:
При нагревании на воздухе или в кислороде кальций воспламеняется. С менее активными неметаллами (водородом, бором, углеродом, кремнием, азотом, фосфором и другими) кальций вступает во взаимодействие при нагревании, например:
3Са + 2Р = Са3Р2 (фосфид кальция), известны также фосфиды кальция составов СаР и СаР5;
2Ca + Si = Ca2Si (силицид кальция), известны также силициды кальция составов CaSi, Ca3Si4 и CaSi2.
Протекание указанных выше реакций, как правило, сопровождается выделением большого количества теплоты (то есть эти реакции — экзотермические). Во всех соединениях с неметаллами степень окисления кальция +2. Большинство из соединений кальция с неметаллами легко разлагается водой, например:
Ион Ca 2+ бесцветен. При внесении в пламя растворимых солей кальция пламя окрашивается в кирпично-красный цвет.
Важное значение имеет то обстоятельство, что, в отличие от карбоната кальция СаСО3, кислый карбонат кальция (гидрокарбонат) Са(НСО3)2 в воде растворим. В природе это приводит к следующим процессам. Когда холодная дождевая или речная вода, насыщенная углекислым газом, проникает под землю и попадает на известняки, то наблюдается их растворение:
В тех же местах, где вода, насыщенная гидрокарбонатом кальция, выходит на поверхность земли и нагревается солнечными лучами, протекает обратная реакция:
Так в природе происходит перенос больших масс веществ. В результате под землей могут образоваться огромные провалы, а в пещерах образуются красивые каменные «сосульки» — сталактиты и сталагмиты.
Наличие в воде растворенного гидрокарбоната кальция во многом определяет временную жёсткость воды. Временной её называют потому, что при кипячении воды гидрокарбонат разлагается, и в осадок выпадает СаСО3. Это явление приводит, например, к тому, что в чайнике со временем образуется накипь.
Применение
Применение металлического кальция
Главное применение металлического кальция — это использование его как восстановителя при получении металлов, особенно никеля, меди и нержавеющей стали. Кальций и его гидрид используются также для получения трудновосстанавливаемых металлов, таких, как хром, торий и уран. Сплавы кальция со свинцом находят применение в аккумуляторных батареях и подшипниковых сплавах. Кальциевые гранулы используются также для удаления следов воздуха из электровакуумных приборов.
Металлотермия
Чистый металлический кальций широко применяется в металлотермии при получении редких металлов.
Легирование сплавов
Чистый кальций применяется для легирования свинца, идущего на изготовление аккумуляторных пластин, необслуживаемых стартерных свинцово-кислотных аккумуляторов с малым саморазрядом. Также металлический кальций идет на производство качественных кальциевых баббитов БКА.
Ядерный синтез
Изотоп 48 Ca — наиболее эффективный и употребительный материал для производства сверхтяжёлых элементов и открытия новых элементов таблицы Менделеева. Например, в случае использования ионов 48 Ca для получения сверхтяжёлых элементов на ускорителях ядра этих элементов образуются в сотни и тысячи раз эффективней, чем при использовании других «снарядов» (ионов).
Применение соединений кальция
Гидрид кальция
Нагреванием кальция в атмосфере водорода получают CaH2 (гидрид кальция), используемый в металлургии (металлотермии) и при получении водорода в полевых условиях.
Оптические и лазерные материалы
Фторид кальция (флюорит) применяется в виде монокристаллов в оптике (астрономические объективы, линзы, призмы) и как лазерный материал. Вольфрамат кальция (шеелит) в виде монокристаллов применяется в лазерной технике, а также как сцинтиллятор.
Карбид кальция
Карбид кальция CaC2 широко применяется для получения ацетилена и для восстановления металлов, а также при получении цианамида кальция (нагреванием карбида кальция в азоте при 1200 °C, реакция идет экзотермически, проводится в цианамидных печах).
Химические источники тока
Кальций, а также его сплавы с алюминием и магнием используются в резервных тепловых электрических батареях в качестве анода(например кальций-хроматный элемент). Хромат кальция используется в таких батареях в качестве катода. Особенность таких батарей — чрезвычайно долгий срок хранения (десятилетия) в пригодном состоянии, возможность эксплуатации в любых условиях (космос, высокие давления), большая удельная энергия по весу и объёму. Недостаток в недолгом сроке действия. Такие батареи используются там, где необходимо на короткий срок создать колоссальную электрическую мощность (баллистические ракеты, некоторые космические аппараты и.др.).
Огнеупорные материалы
Оксид кальция, как в свободном виде, так и в составе керамических смесей, применяется в производстве огнеупорных материалов.
Лекарственные средства
Соединения кальция широко применяются в качестве антигистаминного средства.
Кроме того, соединения кальция вводят в состав препаратов для профилактики остеопороза, в витаминные комплексы для беременных и пожилых.-
Биологическая роль кальция
Рекомендуемые Всемирной Организацией Здравоохранения суточные нормы потребления кальция:
- Дети до 3 лет — 600 мг.
- Дети от 4 до 10 лет — 800 мг.
- Дети от 10 до 13 лет — 1000 мг.
- Подростки от 13 до 16 лет — 1200 мг.
- Молодежь от 16 и старше — 1000 мг.
- Взрослые от 25 до 50 лет — от 800 до 1200 мг.
- Беременные и кормящие грудью женщины — от 1500 до 2000 мг.
Периодическая система химических элементов Менделеева
Классификация хим. элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона/
198095, г.Санкт-Петербург, ул.Швецова, д.23, лит.Б, пом.7-Н, схема проезда
Понравилась статья? Поделить с друзьями:
Вам также может быть интересно
Непонятно или не понятно? Современное общение почти полностью происходит через интернет: по сотне раз
Так и не появившийся как пишется Определите предложение, в котором НЕ со словом пишется
Так и или таки как пишется правильно Пишется через дефис после наречий, частиц и
за чем дело стало? Словарь русских синонимов . Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин .
Как пишется «зачастую», слитно или раздельно?
Наречие «зачастую» пишется слитно с приставкой «за». В
«Задумано» или «задуманно»: как правильно писать? Столкнулись со сложностями правописания слова и не знаете,
Источник: kak-pishetsya-slovo.ru
КАЛЬЦИЙ
Свойства. Кальций — серебристо-белый металл. Существует в двух аллотропных модификациях: до 443 °С устойчив a -Са с кубич. гранецентрир. решеткой типа Сu, а = 0,558 нм, z = 4, пространств. группа Fm3m, плотн. 1,54 г/см 3 ; в интервале 443-842 °С — b -Са с кубич. объемноцентрир. решеткой типа a -Fe, а = 0,448 нм, z = 2, пространств. группа Im3m; D H 0 перехода a D b 0,93 кДж/моль. Т. пл. 842 °С, т. кип.
1495 °С D H 0 пл 8,54 кДж/моль, D H 0 исп 151,9 кДж/моль; для a -Са: С° р 25,9 Дж/(моль . К), S 0 298 41,6 Дж/(моль . К); для b -Са: С° p [Дж/(моль . К)] = 6,276 + 32,384 . 10 -3 T + 10,460 . 10 5 T -2 (716-1115 К); для жидкого кальция С° р 31 Дж/(моль . К); ур-ния температурной зависимости давления пара над твердым и жидким кальцием соотв. (в мм рт. ст.): lgp = 6,090 — 9051 /Т — 0,783 . 10 -3 T + l,030 lgT (500-1700 К), lgp = 53,652 — 12827/T + 2,002 . 10 -3 Т — 14,485 lgT (490-2700 К); температурный коэф. линейного расширения 22 . 10 -6 К -1 (273-573 К); r 4,6 . 10 -8 Ом . м (293 К); теплопроводность 125,6 Вт/(м . К) при 293 К. Пластичен; модуль упругости 26 ГПа, s pаст 60 МПа, s сж 4 МПа, предел текучести 38 МПа, твердость по Бринеллю 200-300 МПа. Стандартный электродный потенциал Ca 2+ /Ca 0 — 2,84 В. На воздухе, содержащем пары воды, кальций быстро покрывается слоем смеси оксида СаО и гидроксида Са(ОН) 2 . Он интенсивно окисляется кислородом до СаО; при нагр. в кислороде и на воздухе воспламеняется.
С водой кальций реагирует с выделением Н 2 и образованием Са(ОН) 2 , причем в холодной воде скорость р-ции постепенно уменьшается вследствие образования на пов-сти металла слоя малорастворимого Са(ОН) 2 . Интенсивно реагирует с галогенами, давая СаХ 2 . При нагр. кальция с расплавами его галогенидов образуются моногалогениды СаХ, к-рые стабильны только выше т-р плавления дигалогенидов (они диспропорционируют при охлаждении с образованием Са и СаХ 2 ). С Н 2 при нагр. кальций дает гидрид СаН 2 , в к-ром водород является анионом. При нагр. в атмосфере азота загорается и образует нитрид Ca 3 N 2 , известный в двух кристаллич. формах — высокотемпературной a (плотн.
2,63 г/см 3 ) и низкотемпературной b (коричневого цвета); т. пл. 1195°С. Нитрид Ca 3 N 4 получен при нагр. в вакууме амида Ca(NH 2 ) 2 . С углеродом кальций образует кальция карбид СаС 2 , с бором -борид СаВ 6 (т. пл. 2235 °С), с кремнием — силициды Ca 2 Si (т. пл. ~ 900 °С, с разл.), CaSi (т. пл. 1245°С), Ca 3 Si 4 (т. пл. 1020 °С, с разл.) и CaSi 2 (т. пл. 1000 °С), с фосфором — фосфиды Са 3 Р 2 , СаР и СаР 3 , с халькогенами — халькогениды CaS (т. пл.
2525°С), CaSe (т. пл. 1470°С), СаТе (т. пл. 1510°С). Известны также полихалькогениды CaS 4 , CaS 5 , Са 2 Те 3 . кальций образует соединения с мн. металлами, в частности с Ag, Au, Al, Cu, Mg, Rb. Металлич. кальций вытесняет из расплавов солей большинство др. металлов.
Кальций хорошо раств. в жидком NH 3 с образованием синего р-ра, при испарении к-рого выделяется аммиакат [Са(NН 3 ) 6 ] — твердое соед. золотистого цвета с металлич. проводимостью; разлагается на Са и NH 3 при 12°С; воспламеняется на воздухе. Кальций медленно реагирует с жидким NH 3 (быстро — в присут.
Pt) с выделением Н 2 и образованием амида Ca(NH 2 ) 2 . Соли кальция обычно получают взаимод. кислотных оксидов с СаО, действием к-т на Са(ОН) 2 или СаСО 3 , обменными р-циями в водных р-рах электролитов. Мн. соли хорошо раств. в воде, они почти всегда образуют кристаллогидраты.
В структуре богатых водой кристаллогидратов ион Са 2+ обычно окружен 6, иногда 7-9 молекулами Н 2 О, расстояние Са — Н 2 О равно 0,233-0,241 нм. Соли кальция бесцветны (если бесцветен анион).
Пероксид СаО 2 получают по р-ции Са(ОН) 2 + Н 2 О 2 : СаО 2 + 2Н 2 О. Из р-ра выделяется октагидрат, удалением воды из него получают безводный СаО 2 . Комплексы, содержащие ион Са 2+ , образуются в водных р-рах, преим. с кислородсодержащими хелатообразующими лигандами, в частности комплексонами, напр. [Са(ЭДТА)] 2- (ЭДТА — анион этилендиаминотетрауксусной к-ты). На образовании хелатных комплексов ионов Са 2+ с анионами полифосфорных к-т основано действие полифосфатов Na как умягчителей воды. В неводных р-рителях ион Са 2+ образует комплексы с молекулами р-рителя; из таких р-ров часто кристаллизуются сольваты солей кальция. В водной среде сольватокомплексы обычно разрушаются и превращаются в аквакомплексы.
Получение. В пром-сти кальций получают электролизом расплава СаСl 2 (75-85%) + КСl, а также алюмотермич. восстановлением СаО. Необходимый для электролиза чистый безводный СаСl 2 производят хлорированием СаО при нагр. в присут. угля или обезвоживанием СаСl 2 . 6Н 2 О, полученного действием соляной к-ты на известняк.
По мере выделения кальция в электролит добавляют СаСl 2 . Электролиз ведут с графитовым анодом, катодом служит жидкий сплав Са (62 65%) + Сu. Содержание кальция в сплаве постоянно возрастает. Часть обогащенного сплава периодически извлекают и добавляют сплав, обедненный кальцием (30-35% Са).
Т-ра процесса 680-720 °С; при более низкой т-ре обогащенный кальцием сплав всплывает на пов-сть электролита, а при более высокой происходит растворение кальция в электролите с образованием СаСl. На 1 кг Са расходуется энергии 40-50 кВт . ч. Из сплава Са + Сu кальций отгоняют в вакуумной реторте при 1000-1080 °С и остаточном давлении 13-20 кПа.
Для получения высокочистого кальция его перегоняют дважды. При электролизе с жидкими катодами из сплавов Са + Рb или Са + Zn непосредственно получают используемые в технике сплавы кальция с Рb (для подшипников) и с Zn (для получения пенобетона — при взаимод. сплава с влагой выделяется Н 2 и создается пористая структура).
Иногда процесс ведут с железным охлаждаемым катодом, к-рый только соприкасается с пов-стью расплавл. электролита. По мере выделения кальция катод постепенно поднимают, вытягивают из расплава стержень из кальция, защищенный от кислорода воздуха слоем затвердевшего электролита. Алюмотермич. метод основан на р-ции: 6СаО + 2Аl : 3СаО . Аl 2 О 3 + 3Са.
Из смеси СаО с порошкообразным Аl прессуют брикеты; их помещают в реторту из хромоникелевой стали и отгоняют образовавшийся кальций при 1170-1200 °С и остаточном давлении 0,7-2,6 Па. Аналогично кальций может быть также получен восстановлением СаО ферросилицием или силикоалюминием. Кальций выпускают в виде слитков или листов с чистотой 98-99%.
Определение. Качественно кальций обнаруживают микрокристаллич. методом путем осаждения его в виде оксалата, сульфата, (NH 4 ) 2 Ca[Fe(CN) 6 ], тартрата, иодата, комплексов кальция с пикролоновой к-той, 8-гидроксихинолином и др. труднорастворимых соед. (ион кальция образует правильные кристаллы с мн. реагентами).
Количественно кальций определяют комплексонометрич. титрованием в щелочной среде трилоном Б (натриевая соль этилендиаминотетрауксусной к-ты) в присут. индикаторов (эриохром черный Т, мурексид, флуорексон и др.). Применяют также гравиметрич. методы определения кальция в виде сульфата, молибдата, оксалата. Для определения малых концентраций и следовых кол-в используют эмиссионный спектральный анализ, атомно-абсорбц. спектроскопию, пламенную фотометрию и рентгеновскую флуоресценцию. Чувствительность этих методов 10 -2 -10 -6 % по массе кальция. От др. элементов кальций отделяют осаждением в виде сульфата, молибдата или оксалата, экстракцией трибутилфосфатом, экстрагентом азо-окси-БН в полярных р-рителях, ионным обменом либо хроматографически.
Применение. Кальций применяют при металлотермич. получении U, Th, Ti, Zr, Cs, Rb и нек-рых лантаноидов из их соед., для удаления примесей кислорода, азота, серы, фосфора из сталей, бронз и др. сплавов, обезвоживания орг. жидкостей, очистки Аr от примеси N 2 , как геттер в вакуумных устройствах, легирующий элемент для алюминиевых сплавов, как модифицирующую добавку для магниевых сплавов.
Сплавы Са + Рb антифрикц. материалы в произ-ве подшипников. Несравненно большее применение находят соед. кальция. См., напр., Вяжущие материалы, Кальция алюминаты, Кальция гипохлорит, Кальция карбид, Кальция оксид, Кальция силикаты, Кальция фосфаты, Кальция фторид. Мировое произ-во соед. кальция и материалов, содержащих кальций (в т.ч. сплавов), ок. 1 млрд. т/год.
Металлич. кальций впервые получил в 1808 Г. Дэви.
===
Исп. литература для статьи «КАЛЬЦИЙ» : Родякин В. В., Кальций, его соединения и сплавы, М., 1967; Фрумина Н С., Кручкова Е. С., Муштакова С. П., Аналитическая химия кальция, М., 1974. С. И. Дракин, П. М. Чукуров.
Страница «КАЛЬЦИЙ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.
Еще по теме:
- Кальций — справочник по веществам
- Кальций — лекарственные препараты
Источник: xumuk.ru