يتفاعل الكالسيوم في الظروف العادية. الكالسيوم
الكالسيوم(الكالسيوم) ، Ca ، عنصر كيميائي من المجموعة الثانية من نظام مندليف الدوري ، العدد الذري 20 ، الكتلة الذرية 40.08 ؛ معدن خفيف فضي-أبيض. العنصر الطبيعي عبارة عن مزيج من ستة نظائر مستقرة: 40 Ca و 42 Ca و 43 Ca و 44 Ca و 46 Ca و 48 Ca ، منها 40 Ca هي الأكثر شيوعًا (96.97٪).
تم استخدام مركبات الكالسيوم - الحجر الجيري والرخام والجبس (وكذلك الجير - أحد منتجات الحجر الجيري المحترق) في البناء منذ العصور القديمة. حتى نهاية القرن الثامن عشر ، اعتبر الكيميائيون الجير مادة بسيطة. في عام 1789 ، اقترح A. Lavoisier أن الجير والمغنيسيا والباريت والألومينا والسيليكا هي مواد معقدة. في عام 1808 ، قام ج. ديفي بتعريض خليط من الجير المطفأ مع أكسيد الزئبق للتحليل الكهربائي باستخدام كاثود الزئبق ، وأعد ملغمًا من الكالسيوم ، وبعد إخراج الزئبق منه ، حصل على معدن يسمى "الكالسيوم" (من الكالكس اللاتيني ، حالة جنس الكالس - الجير).
توزيع الكالسيوم في الطبيعة.من حيث الوفرة في قشرة الأرض ، تحتل Ca المرتبة الخامسة (بعد O و Si و Al و Fe) ؛ المحتوى 2.96٪ بالوزن. يهاجر بقوة ويتراكم في أنظمة جيوكيميائية مختلفة ، مكونًا 385 معدنًا (المركز الرابع من حيث عدد المعادن). يوجد القليل من الكالسيوم في غلاف الأرض ، وربما أقل في لب الأرض (0.02٪ في النيازك الحديدية). يسود الكالسيوم في الجزء السفلي من قشرة الأرض ، ويتراكم في الصخور الأساسية ؛ يتم وضع معظم Ca في الفلسبار - anorthite Ca ؛ المحتوى في الصخور الأساسية 6.72٪ ، الحمضية (الجرانيت وغيرها) 1.58٪. يحدث تمايز حاد بشكل استثنائي لـ Ca في المحيط الحيوي ، ويرتبط بشكل أساسي بـ "توازن الكربونات": عندما يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع كربونات CaCO 3 ، يتم تكوين بيكربونات الكالسيوم القابلة للذوبان Ca (HCO 3) 2: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 \ u003d Ca (HCO 3) 2 \ u003d Ca 2+ + 2HCO 3-. رد الفعل هذا قابل للعكس وهو أساس إعادة التوزيع Ca. مع وجود نسبة عالية من ثاني أكسيد الكربون في المياه ، فإن الكالسيوم في محلول ، ومع محتوى منخفض من ثاني أكسيد الكربون ، يترسب الكالسيت المعدني CaCO 3 ، مكونًا رواسب قوية من الحجر الجيري والطباشير والرخام.
تلعب الهجرة الحيوية أيضًا دورًا كبيرًا في تاريخ كاليفورنيا. في المادة الحية من معادن العناصر ، الكالسيوم هو العنصر الرئيسي. من المعروف أن الكائنات الحية تحتوي على أكثر من 10٪ من الكالسيوم (المزيد من الكربون) ، وتبني هيكلها العظمي من مركبات الكالسيوم ، وخاصة من كربونات الكالسيوم 3 (الطحالب الجيرية ، والعديد من الرخويات ، وشوكيات الجلد ، والشعاب المرجانية ، والجذور ، وما إلى ذلك). مع دفن الهياكل العظمية للبحر. ترتبط الحيوانات والنباتات بتراكم الكتل الهائلة من الطحالب والشعاب المرجانية وغيرها من الأحجار الجيرية ، والتي تغرق في أعماق الأرض وتتحول إلى أنواع مختلفة من الرخام.
تتميز المناطق الشاسعة ذات المناخ الرطب (مناطق الغابات ، التندرا) بنقص الكالسيوم - حيث يتم ترشيحها بسهولة من التربة. ويرتبط هذا بانخفاض خصوبة التربة وانخفاض إنتاجية الحيوانات الأليفة وصغر حجمها وأمراض الهيكل العظمي غالبًا. لذلك ، فإن تجيير التربة وإطعام الحيوانات الأليفة والطيور وما إلى ذلك له أهمية كبيرة.على العكس من ذلك ، فإن كربونات الكالسيوم 3 قابلة للذوبان بشكل ضئيل في المناخ الجاف ، وبالتالي فإن المناظر الطبيعية في السهوب والصحراء غنية بالكالسيوم. غالبًا ما يتراكم الجبس CaSO 4 2H 2 O في المستنقعات الملحية والبحيرات المالحة.
تجلب الأنهار الكثير من الكالسيوم إلى المحيط ، لكنها لا تبقى في مياه المحيط (متوسط المحتوى 0.04٪) ، ولكنها تتركز في الهياكل العظمية للكائنات الحية ، وبعد موتها ، تترسب في القاع بشكل أساسي في شكل كربونات الكالسيوم 3. تنتشر طمي الجير في قاع جميع المحيطات على أعماق لا تزيد عن 4000 متر (يذوب كربونات الكالسيوم 3 في أعماق كبيرة ، وغالبًا ما تعاني الكائنات الحية هناك من نقص في الكالسيوم).
تلعب المياه الجوفية دورًا مهمًا في هجرة الكالسيوم. في كتل الحجر الجيري ، يقومون بترشيح CaCO 3 بقوة في الأماكن ، وهو ما يرتبط بتطور الكارست ، وتشكيل الكهوف ، والهوابط والصواعد. بالإضافة إلى الكالسيت ، في بحار العصور الجيولوجية الماضية ، انتشر ترسب الفوسفات الكالسيوم (على سبيل المثال ، رواسب كاراتاو الفوسفورية في كازاخستان) ، والدولوميت CaCO 3 · MgCO 3 ، والجبس أثناء التبخر على نطاق واسع في بحار العصور الجيولوجية الماضية .
في سياق التاريخ الجيولوجي ، زاد تكوين الكربونات الحيوية ، بينما انخفض الترسيب الكيميائي للكالسيت. في بحار ما قبل الكمبري (منذ أكثر من 600 مليون سنة) لم تكن هناك حيوانات ذات هيكل عظمي كلسي ؛ لقد انتشرت على نطاق واسع منذ العصر الكمبري (الشعاب المرجانية والإسفنج وما إلى ذلك). ويعزى ذلك إلى ارتفاع نسبة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لما قبل الكمبري.
الخصائص الفيزيائية للكالسيوم.الشبكة البلورية للشكل α لـ Ca (مستقرة عند درجة الحرارة العادية) هي مكعب متمركز على الوجه ، a = 5.56Å. نصف القطر الذري 1.97 درجة ، نصف القطر الأيوني Ca 2+ 1.04 درجة. الكثافة 1.54 جم / سم 3 (20 درجة مئوية). أعلى من 464 درجة مئوية ، يكون الشكل السداسي مستقرًا. ر ر 851 درجة مئوية ، تي كيب 1482 درجة مئوية ؛ معامل درجة حرارة التمدد الخطي 22 10 -6 (0-300 درجة مئوية) ؛ الموصلية الحرارية عند 20 درجة مئوية 125.6 واط / (م · ك) أو 0.3 كال / (سم · درجة مئوية) ؛ السعة الحرارية النوعية (0-100 درجة مئوية) 623.9 ج / (كجم كلفن) أو 0.149 كالوري / (جم درجة مئوية) ؛ المقاومة الكهربائية عند 20 درجة مئوية 4.6 10-8 أوم م أو 4.6 10 -6 أوم سم ؛ معامل درجة الحرارة للمقاومة الكهربائية 4.57 10 -3 (20 درجة مئوية). معامل المرونة 26 Gn / m 2 (2600 kgf / mm 2) ؛ قوة الشد 60 MN / م 2 (6 كجم ق / مم 2) ؛ الحد المرن 4 MN / m 2 (0.4 kgf / mm 2) ، قوة الخضوع 38 MN / m 2 (3.8 kgf / mm 2) ؛ استطالة 50٪؛ صلابة برينل 200-300 MN / م 2 (20-30 كجم ق / مم 2). الكالسيوم ذو النقاوة العالية هو من البلاستيك ، ومضغوط جيدًا ، وملفوف ، ويمكن تشكيله آليًا.
الخصائص الكيميائية للكالسيوم.تكوين غلاف الإلكترون الخارجي لذرة Ca 4s 2 ، وفقًا لـ Ca في المركبات هي 2-التكافؤ. Ca كيميائيا نشطة جدا. في درجات الحرارة العادية ، يتفاعل Ca بسهولة مع الأكسجين والرطوبة في الهواء ، لذلك يتم تخزينه في أوعية محكمة الإغلاق أو تحت الزيت المعدني. عند تسخينها في الهواء أو الأكسجين ، تشتعل ، مما يعطي أكسيد قاعدي CaO. ومن المعروف أيضًا بيروكسيدات Ca-CaO 2 و CaO 4. في البداية ، يتفاعل Ca بسرعة مع الماء البارد ، ثم يتباطأ التفاعل بسبب تكوين فيلم Ca (OH) 2. يتفاعل الكالسيوم بقوة مع الماء الساخن والأحماض ، ويطلق H 2 (باستثناء HNO 3 المركز). يتفاعل مع الفلور في البرد ، ومع الكلور والبروم - فوق 400 درجة مئوية ، مما يعطي CaF 2 و CaCl 2 و CaBr 2 على التوالي. هذه الهاليدات في شكل الحالة المنصهرة مع Ca ما يسمى بالمركبات الفرعية - CaF ، CaCl ، حيث يكون الكالسيوم أحادي التكافؤ بشكل رسمي. عندما يتم تسخين Ca بالكبريت ، يتم الحصول على كبريتيد الكالسيوم CaS ، ويضيف الأخير الكبريت ، مكونًا polysulfides (CaS 2 ، CaS 4 وغيرها). بالتفاعل مع الهيدروجين الجاف عند درجة حرارة 300-400 درجة مئوية ، تشكل الكالسيوم هيدروجين CaH 2 - مركب أيوني يكون فيه الهيدروجين أنيون. عند درجة حرارة 500 درجة مئوية ، يعطي الكالسيوم والنيتروجين Ca 3 N 2 nitride ؛ يؤدي تفاعل الكالسيوم مع الأمونيا في البرد إلى تكوين الأمونيا المعقد Ca 6. عند تسخينها دون الوصول إلى الهواء باستخدام الجرافيت أو السيليكون أو الفوسفور ، يعطي الكالسيوم كربيد الكالسيوم CaC 2 ومبيدات السيليكون Ca 2 Si و CaSi و CaSi 2 والفوسفيد Ca 3 P 2 على التوالي. تشكل Ca مركبات بين المعادن مع Al و Ag و Au و Cu و Li و Mg و Pb و Sn وغيرها.
الحصول على الكالسيوم.في الصناعة ، يتم الحصول على Ca بطريقتين: 1) عن طريق تسخين خليط فحم حجري من مسحوق CaO و Al عند 1200 درجة مئوية في فراغ من 0.01-0.02 ملم زئبق. فن.؛ أطلقها التفاعل: 6CaO + 2 Al \ u003d 3CaO Al 2 O 3 + 3Ca يتكثف بخار Ca على سطح بارد ؛ 2) عن طريق التحليل الكهربائي لمصهر CaCl 2 و KCl مع كاثود سائل من النحاس والكالسيوم ، يتم تحضير سبيكة من Cu - Ca (65 ٪ Ca) ، يتم تقطير Ca عند درجة حرارة 950-1000 درجة مئوية في فراغ 0.1-0.001 ملم زئبق. فن.
استخدام الكالسيوم.في شكل معدن نقي ، يتم استخدام Ca كعامل مختزل لـ U و Th و Cr و V و Zr و Cs و Rb وبعض المعادن الأرضية النادرة من مركباتها. كما أنها تستخدم لإزالة أكسدة الفولاذ والبرونز والسبائك الأخرى ، ولإزالة الكبريت من المنتجات البترولية ، وتجفيف السوائل العضوية ، ولتنقية الأرجون من شوائب النيتروجين ، وكممتص للغاز في أجهزة التفريغ الكهربائية. المواد المضادة للاحتكاك لنظام Pb-Na-Ca ، وكذلك سبائك Pb-Ca ، والتي تُستخدم في تصنيع الأغلفة الكهربائية ، تلقت تطبيقات رائعة في التكنولوجيا. الكابلات. تستخدم سبيكة Ca-Si-Ca (silicocalcium) كمزيل للأكسدة ومزيل الغازات في إنتاج الفولاذ عالي الجودة.
الكالسيوم في الجسم.الكالسيوم هو أحد العناصر الحيوية الضرورية للمسار الطبيعي لعمليات الحياة. يوجد في جميع أنسجة وسوائل الحيوانات والنباتات. يمكن فقط للكائنات النادرة أن تتطور في بيئة خالية من الكالسيوم. يصل محتوى الكالسيوم في بعض الكائنات الحية إلى 38٪ ؛ في البشر - 1.4-2٪. تحتاج خلايا الكائنات الحية النباتية والحيوانية إلى نسب محددة بدقة من أيونات Ca 2+ و Na + و K + في الوسائط خارج الخلية. تحصل النباتات على الكالسيوم من التربة. وفقًا لعلاقتها بالكالسيوم ، تنقسم النباتات إلى كالسيفيل وكالسيفوبس. تحصل الحيوانات على الكالسيوم من الطعام والماء. الكالسيوم ضروري لتكوين عدد من الهياكل الخلوية ، والحفاظ على النفاذية الطبيعية لأغشية الخلايا الخارجية ، وتخصيب بيض الأسماك والحيوانات الأخرى ، ولتفعيل عدد من الإنزيمات. تنقل أيونات Ca 2+ الإثارة إلى الألياف العضلية ، مما يؤدي إلى انقباضها ، وزيادة قوة تقلصات القلب ، وزيادة وظيفة البلعمة للكريات البيض ، وتنشيط نظام بروتينات الدم الواقية ، والمشاركة في تخثره. في الخلايا ، يكون كل الكالسيوم تقريبًا في شكل مركبات تحتوي على بروتينات وأحماض نووية وفوسفوليبيدات وفي مجمعات تحتوي على فوسفات غير عضوي وأحماض عضوية. في بلازما دم البشر والحيوانات العليا ، يمكن ربط 20-40٪ فقط من الكالسيوم بالبروتينات. في الحيوانات ذات الهيكل العظمي ، يتم استخدام ما يصل إلى 97-99٪ من الكالسيوم كمواد بناء: في اللافقاريات ، بشكل رئيسي في شكل كربونات الكالسيوم 3 (أصداف الرخويات ، والشعاب المرجانية) ، في الفقاريات ، في شكل فوسفات. تخزن العديد من اللافقاريات الكالسيوم قبل طرح الريش لبناء هيكل عظمي جديد أو لتوفير وظائف حيوية في الظروف المعاكسة.
يتم تنظيم محتوى الكالسيوم في دم البشر والحيوانات العليا من خلال هرمونات الغدة الدرقية والغدة الدرقية. يلعب فيتامين د أهم دور في هذه العمليات ، حيث يحدث امتصاص الكالسيوم في الجزء الأمامي من الأمعاء الدقيقة. يزداد امتصاص الكالسيوم سوءًا مع انخفاض الحموضة في الأمعاء ويعتمد على نسبة الكالسيوم والفوسفور والدهون في الطعام. تبلغ نسبة الكالسيوم / الفوسفور المثلى في حليب البقر حوالي 1.3 (في البطاطس 0.15 ، في الفاصوليا 0.13 ، في اللحوم 0.016). مع وجود فائض من الفوسفور أو حمض الأكساليك في الطعام ، يتدهور امتصاص الكالسيوم. تعمل الأحماض الصفراوية على تسريع امتصاصها. النسبة المثلى من الكالسيوم / الدهون في الغذاء البشري هي 0.04-0.08 جرام من الكالسيوم لكل 1 جرام من الدهون. يحدث إفراز الكالسيوم بشكل رئيسي من خلال الأمعاء. تفقد الثدييات أثناء الرضاعة الكثير من الكالسيوم مع الحليب. مع انتهاكات استقلاب الفوسفور والكالسيوم في الحيوانات الصغيرة والأطفال ، يتطور الكساح ، في الحيوانات البالغة - تغيير في تكوين وهيكل الهيكل العظمي (لين العظام).
تعريف
الكالسيوم- العنصر العشرون في الجدول الدوري. التسمية - Ca من اللاتينية "كالسيوم". تقع في الفترة الرابعة ، مجموعة IIA. يشير إلى المعادن. الشحنة الأساسية هي 20.
الكالسيوم هو أحد أكثر العناصر وفرة في الطبيعة. تحتوي على ما يقرب من 3٪ (كتلة) في قشرة الأرض. يحدث على شكل رواسب عديدة من الحجر الجيري والطباشير ، وكذلك الرخام ، وهي أنواع طبيعية من كربونات الكالسيوم CaCO 3. تم العثور على الجبس CaSO 4 × 2H 2 O ، والفوسفوريت Ca 3 (PO 4) 2 ، وأخيرًا ، العديد من السيليكات المحتوية على الكالسيوم بكميات كبيرة.
في شكل مادة بسيطة ، يكون الكالسيوم معدنًا مرنًا قاسيًا إلى حد ما أبيض (الشكل 1). في الهواء ، يتم تغطيته بسرعة بطبقة من الأكسيد ، وعند تسخينه ، يحترق بلهب أحمر لامع. يتفاعل الكالسيوم ببطء نسبيًا مع الماء البارد ، ولكنه يزيح الهيدروجين بسرعة من الماء الساخن ، مكونًا الهيدروكسيد.
أرز. 1. الكالسيوم. مظهر.
الوزن الذري والجزيئي للكالسيوم
الوزن الجزيئي النسبي للمادة (M r) هو رقم يوضح عدد المرات التي تكون فيها كتلة جزيء معين أكبر من 1/12 من كتلة ذرة الكربون ، والكتلة الذرية النسبية لعنصر (Ar r) هو عدد المرات التي يكون فيها متوسط كتلة ذرات عنصر كيميائي أكبر من 1/12 من كتلة ذرة كربون.
نظرًا لأنه في الحالة الحرة يوجد الكالسيوم في شكل جزيئات Ca أحادية الذرة ، فإن قيم كتلته الذرية والجزيئية هي نفسها. إنها تساوي 40.078.
نظائر الكالسيوم
من المعروف أنه في الطبيعة يمكن العثور على الكالسيوم في شكل أربعة نظائر مستقرة 40Ca و 42Ca و 43Ca و 44Ca و 46Ca و 48Ca ، مع غلبة واضحة لنظير 40Ca (99.97٪). أعداد كتلتها هي 40 و 42 و 43 و 44 و 46 و 48 على التوالي. تحتوي نواة ذرة نظير الكالسيوم 40 Ca على عشرين بروتونًا وعشرين نيوترونًا ، وتختلف النظائر المتبقية عنها فقط في عدد النيوترونات.
توجد نظائر كالسيوم صناعية بأعداد كتلتها من 34 إلى 57 ، وأكثرها استقرارًا هو 41 Ca مع عمر نصف يبلغ 102 ألف سنة.
أيونات الكالسيوم
عند مستوى الطاقة الخارجية لذرة الكالسيوم ، يوجد إلكترونان متكافئان:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2.
نتيجة للتفاعل الكيميائي ، يتخلى الكالسيوم عن إلكترونات التكافؤ ، أي هو المتبرع بهم ، ويتحول إلى أيون موجب الشحنة:
Ca 0 -2e → Ca 2+.
جزيء وذرة الكالسيوم
في الحالة الحرة ، يوجد الكالسيوم في شكل جزيئات Ca أحادية الذرة. فيما يلي بعض الخصائص التي تميز ذرة وجزيء الكالسيوم:
سبائك الكالسيوم
يعمل الكالسيوم كعنصر في صناعة السبائك في بعض سبائك الرصاص.
أمثلة على حل المشكلات
مثال 1
| يمارس | اكتب معادلات التفاعل التي يمكن استخدامها لإجراء التحولات التالية: Ca → Ca (OH) 2 → CaCO 3 → Ca (HCO 3) 2. |
| إجابة | عن طريق إذابة الكالسيوم في الماء ، يمكنك الحصول على محلول معكر لمركب يعرف باسم "حليب الجير" - هيدروكسيد الكالسيوم: Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2. من خلال تمرير ثاني أكسيد الكربون عبر محلول هيدروكسيد الكالسيوم ، نحصل على كربونات الكالسيوم: 2Ca (OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O. بإضافة الماء إلى كربونات الكالسيوم والاستمرار في تمرير ثاني أكسيد الكربون عبر هذا الخليط ، نحصل على بيكربونات الكالسيوم: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 → Ca (HCO 3) 2. |
الكالسيوم- عنصر الفترة الرابعة ومجموعة PA للنظام الدوري ، الرقم التسلسلي 20. الصيغة الإلكترونية للذرة هي [18 Ar] 4s 2 ، حالات الأكسدة +2 و 0. تشير إلى الفلزات الأرضية القلوية. لها كهرسلبية منخفضة (1.04) ، تعرض خصائص معدنية (أساسية). يشكل (كاتيون) العديد من الأملاح والمركبات الثنائية. العديد من أملاح الكالسيوم قابلة للذوبان في الماء بشكل ضئيل. في الطبيعة - السادسمن حيث الوفرة الكيميائية ، يكون العنصر (الثالث بين المعادن) في شكل مرتبط. عنصر حيوي لجميع الكائنات الحية ، يتم تعويض نقص الكالسيوم في التربة عن طريق استخدام الأسمدة الجيرية (CaCO 3 ، CaO ، سياناميد الكالسيوم CaCN 2 ، إلخ). يلون الكالسيوم وكاتيون الكالسيوم ومركباته شعلة موقد غاز بلون برتقالي غامق ( الكشف النوعي).
الكالسيوم Ca
معدن أبيض فضي ، ناعم ، مطيل. في الهواء الرطب ، تتلطخ البقع وتصبح مغطاة بفيلم من CaO و Ca (OH) 2. شديد التفاعل ؛ تشتعل عند تسخينها في الهواء ، وتتفاعل مع الهيدروجين والكلور والكبريت والجرافيت:
يقلل المعادن الأخرى من أكاسيدها (طريقة صناعية مهمة هي الكالسيوم):
إيصالالكالسيوم فيها صناعة:
يستخدم الكالسيوم لإزالة الشوائب غير المعدنية من السبائك المعدنية ، كأحد مكونات السبائك الخفيفة والمضادة للاحتكاك ، لعزل المعادن النادرة من أكاسيدها.
أكسيد الكالسيوم CaO
أكسيد قاعدي. الاسم التقني هو الجير الحي. أبيض ، استرطابي للغاية. له بنية أيونية Ca 2 + O 2-. مقاومة للحرارة ، مستقرة حرارياً ، متطايرة عند الاشتعال. تمتص الرطوبة وثاني أكسيد الكربون من الهواء. يتفاعل بقوة مع الماء (مرتفع exo-تأثير) ، يشكل محلولًا قلويًا قويًا (يمكن ترسيب الهيدروكسيد) ، وتسمى العملية تكسير الجير. يتفاعل مع الأحماض والأكاسيد المعدنية وغير المعدنية. يتم استخدامه لتخليق مركبات الكالسيوم الأخرى ، في إنتاج Ca (OH) 2 ، CaC 2 والأسمدة المعدنية ، كتدفق في علم المعادن ، ومحفز في التخليق العضوي ، ومكون من عناصر الرابطة في البناء.
معادلات من اهم التفاعلات:
إيصالتساو في الصناعة- تحميص الحجر الجيري (900-1200 درجة مئوية):
CaCO3 = CaO + CO2
هيدروكسيد الكالسيوم Ca (OH) 2
هيدروكسيد أساسي. الاسم التقني هو الجير المطفأ. أبيض ، استرطابي. لها بنية أيونية Ca 2+ (OH -) 2. يتحلل على حرارة معتدلة. تمتص الرطوبة وثاني أكسيد الكربون من الهواء. قابل للذوبان بشكل طفيف في الماء البارد (يتكون محلول قلوي) ، حتى أقل من ذلك في الماء المغلي. سرعان ما يصبح المحلول الصافي (ماء الجير) عكرًا بسبب ترسيب الهيدروكسيد (يسمى المعلق حليب الجير). التفاعل النوعي لأيون الكالسيوم 2+ هو مرور ثاني أكسيد الكربون عبر ماء الجير مع ظهور ترسبات كربونات الكالسيوم 3 وانتقالها إلى محلول. يتفاعل مع الأحماض وأكاسيد الحمض ، ويدخل في تفاعلات التبادل الأيوني. يتم استخدامه في إنتاج الزجاج ، والجير المبيض ، والأسمدة المعدنية الجيرية ، والصودا الكاوية وتليين المياه العذبة ، وكذلك لتحضير ملاط الجير - الخلائط الفطرية (الرمل + الجير المطفأ + الماء) ، بمثابة مادة رابطة الحجر والطوب والتشطيب (التجصيص) الجدران وأغراض البناء الأخرى. تصلب هذه المحاليل بسبب امتصاص الهواء لثاني أكسيد الكربون.
(أول إلكترون)
التاريخ وأصل الاسم
يأتي اسم العنصر من خط العرض. calx (في الحالة المضافة كالسيس) - "الجير" ، "الحجر الناعم". تم اقتراحه من قبل الكيميائي الإنجليزي همفري ديفي ، الذي قام في عام 1808 بعزل معدن الكالسيوم بطريقة التحليل الكهربائي. قام ديفي بالتحليل الكهربائي لمزيج من الجير المطفأ الرطب على صفيحة بلاتينية ، والتي كانت الأنود. سلك بلاتيني مغمور في سائل يعمل ككاثود. نتيجة التحليل الكهربائي ، تم الحصول على ملغم الكالسيوم. بعد طرد الزئبق منه ، تلقى ديفي معدنًا يسمى الكالسيوم.
النظائر
يوجد الكالسيوم في الطبيعة كمزيج من ستة نظائر: 40 Ca و 42 Ca و 43 Ca و 44 Ca و 46 Ca و 48 Ca ، وأكثرها شيوعًا - 40 Ca - هو 96.97٪. تحتوي نوى الكالسيوم على العدد السحري للبروتونات: ض= 20. النظائر 40
20 كاليفورنيا 20
و 48
20 كاليفورنيا 28
هما اثنان من النوى الخمسة السحرية المزدوجة الموجودة في الطبيعة.
من أصل ستة نظائر طبيعية للكالسيوم ، هناك خمسة نظائر مستقرة. النظير السادس 48Ca ، الأثقل من بين ستة ، ونادر جدًا (وفرة نظائره هي 0.187٪ فقط) ، ويخضع لاضمحلال بيتا المزدوج بنصف عمر (4.39 ± 0.58) 10 19 عامًا.
في الصخور والمعادن
الكالسيوم ، الذي يهاجر بقوة في قشرة الأرض ويتراكم في أنظمة جيوكيميائية مختلفة ، يشكل 385 معدنًا (الرابع من حيث عدد المعادن).
يوجد معظم الكالسيوم في تكوين السيليكات والألومينوسيليكات من الصخور المختلفة (الجرانيت ، النيسات ، إلخ) ، خاصة في الفلسبار - الأنورثيت Ca.
معادن الكالسيوم مثل الكالسيوم CaCO 3 ، الأنهيدريت CaSO 4 ، المرمر CaSO 4 0.5H 2 O والجبس CaSO 4 2H 2 O ، فلوريت CaF 2 ، الأباتيت Ca 5 (PO 4) 3 (F ، Cl ، OH) ، الدولوميت MgCO 3 كربونات الكالسيوم 3. إن وجود أملاح الكالسيوم والمغنيسيوم في المياه الطبيعية يحدد صلابتها.
صخور رسوبية تتكون أساسًا من الكالسيت الكريستالات - الحجر الجيري (أحد أصنافه هو الطباشير). تحت تأثير التحول الإقليمي ، يتحول الحجر الجيري إلى رخام.
الهجرة في القشرة الأرضية
في الهجرة الطبيعية للكالسيوم ، يلعب "توازن الكربونات" دورًا مهمًا ، المرتبط بالتفاعل العكسي لتفاعل كربونات الكالسيوم مع الماء وثاني أكسيد الكربون مع تكوين بيكربونات قابلة للذوبان:
ج أ C O 3 + H 2 O + C O 2 ⇄ C a (H C O 3) 2 ⇄ C a 2 + + 2 H C O 3 - (\ displaystyle (\ mathsf (CaCO_ (3) + H_ (2) O + CO_ (2 ) \ rightleftarrows Ca (HCO_ (3)) _ (2) \ rightleftarrows Ca ^ (2 +) + 2HCO_ (3) ^ (-))))(يتحول التوازن إلى اليسار أو اليمين حسب تركيز ثاني أكسيد الكربون).
تلعب الهجرة الحيوية دورًا مهمًا.
في المحيط الحيوي
توجد مركبات الكالسيوم في جميع الأنسجة الحيوانية والنباتية تقريبًا (انظر أدناه). كمية كبيرة من الكالسيوم جزء من الكائنات الحية. لذلك ، هيدروكسيباتيت Ca 5 (PO 4) 3 OH ، أو ، في مدخل آخر ، 3Ca 3 (PO 4) 2 Ca (OH) 2 - أساس النسيج العظمي للفقاريات ، بما في ذلك البشر ؛ تتكون أصداف وقشور العديد من اللافقاريات وقشور البيض وما إلى ذلك من كربونات الكالسيوم CaCO 3. في الأنسجة الحية للإنسان والحيوان ، 1.4-2٪ Ca (بالجزء الكتلي) ؛ في جسم الإنسان الذي يزن 70 كجم ، يبلغ محتوى الكالسيوم حوالي 1.7 كجم (بشكل أساسي في تكوين المادة بين الخلايا في أنسجة العظام).
إيصال
يتم الحصول على الكالسيوم المعدني الحر عن طريق التحليل الكهربائي لمادة مصهورة تتكون من CaCl 2 (75-80٪) و KCl أو من CaCl 2 و CaF 2 ، وكذلك تقليل الألمنيوم الحراري لـ CaO عند 1170-1200 درجة مئوية 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))))
الخصائص الفيزيائية
يوجد معدن الكالسيوم في تعديلين متآصلين. مقاومة تصل إلى 443 درجة مئوية α- كاليفورنيامع شعرية مكعبة محورها الوجه (معلمة أ= 0.558 نانومتر) ، أعلى استقرارًا β- كاليفورنيامع شعرية من النوع المكعب محورها الجسم α-Fe(معامل أ= 0.448 نانومتر). المحتوى الحراري القياسي ∆ H 0 (displaystyle Delta H ^ (0))انتقال α → β 0.93 كيلوجول / مول.
مع زيادة تدريجية في الضغط ، يبدأ في إظهار خصائص أشباه الموصلات ، لكنه لا يصبح أشباه موصلات بالمعنى الكامل للكلمة (لم يعد معدنًا أيضًا). مع زيادة أخرى في الضغط ، يعود إلى الحالة المعدنية ويبدأ في إظهار خصائص فائقة التوصيل (درجة حرارة الموصلية الفائقة أعلى بست مرات من درجة حرارة الزئبق ، وتتجاوز بكثير جميع العناصر الأخرى في الموصلية). يشبه السلوك الفريد للكالسيوم من نواحٍ عديدة السترونشيوم (أي ، يتم الحفاظ على المتوازيات في النظام الدوري).
الخواص الكيميائية
في سلسلة الكمون القياسية ، يقع الكالسيوم على يسار الهيدروجين. جهد القطب القياسي للزوج Ca 2+ / Ca 0 2.84 V ، بحيث يتفاعل الكالسيوم بفعالية مع الماء ، ولكن بدون اشتعال:
ج أ + 2 H 2 O → C a (O H) 2 + H 2. (displaystyle (mathsf (Ca + 2H_ (2) O rightarrow Ca (OH) _ (2) + H_ (2) uparrow.)))يحدد وجود بيكربونات الكالسيوم المذابة في الماء إلى حد كبير صلابة الماء المؤقتة. يطلق عليه مؤقتًا لأنه عندما يتم غليان الماء ، يتحلل البيكربونات ، ويترسب كربونات الكالسيوم 3. تؤدي هذه الظاهرة ، على سبيل المثال ، إلى حقيقة أن الميزان يتشكل في الغلاية بمرور الوقت.
طلب
يعتبر الاستخدام الرئيسي لمعدن الكالسيوم كعامل اختزال في إنتاج المعادن ، وخاصة النيكل والنحاس والفولاذ المقاوم للصدأ. يستخدم الكالسيوم وهيدريده أيضًا لإنتاج معادن يصعب تقليلها مثل الكروم والثوريوم واليورانيوم. تُستخدم سبائك الرصاص والكالسيوم في بعض أنواع البطاريات وفي صناعة المحامل. تستخدم حبيبات الكالسيوم أيضًا لإزالة آثار الهواء من أجهزة الفراغ الكهربائي. يستخدم الكالسيوم المعدني النقي على نطاق واسع في المعادن للحصول على العناصر الأرضية النادرة.
يستخدم الكالسيوم على نطاق واسع في علم المعادن لإزالة أكسدة الفولاذ مع الألومنيوم أو بالاشتراك معه. تحتل المعالجة خارج الفرن بالأسلاك المحتوية على الكالسيوم مكانة رائدة بسبب التأثير متعدد العوامل للكالسيوم على الحالة الفيزيائية والكيميائية للذوبان ، والبنية الكلية والميكروية للمعدن ، وجودة وخصائص المنتجات المعدنية وهي جزء لا يتجزأ من تكنولوجيا إنتاج الصلب. في علم المعادن الحديث ، يستخدم سلك الحقن لإدخال الكالسيوم في المصهور ، وهو الكالسيوم (أحيانًا كالسيوم أو كالسيوم الألومنيوم) على شكل مسحوق أو معدن مضغوط في غلاف فولاذي. إلى جانب إزالة الأكسدة (إزالة الأكسجين المذاب في الفولاذ) ، يتيح استخدام الكالسيوم الحصول على شوائب غير معدنية مناسبة في طبيعتها وتكوينها وشكلها ، والتي لا تنهار أثناء العمليات التكنولوجية الإضافية.
يعتبر نظير 48 Ca أحد أكثر المواد فعالية وفائدة لإنتاج العناصر الثقيلة واكتشاف عناصر جديدة في الجدول الدوري. هذا يرجع إلى حقيقة أن الكالسيوم -48 هو نواة سحرية مضاعفة ، لذا فإن ثباته يسمح له بأن يكون غنيًا بالنيوترونات بدرجة كافية لنواة خفيفة ؛ يتطلب تركيب النوى فائقة الثقل وجود فائض من النيوترونات.
الدور البيولوجي
تركيز الكالسيوم في الدم ، نظرًا لأهميته في عدد كبير من العمليات الحيوية ، يتم تنظيمه بدقة ، مع التغذية السليمة وتناول كميات كافية من منتجات الألبان قليلة الدسم وفيتامين د ، لا يحدث نقص. يؤدي النقص المطول في الكالسيوم و / أو فيتامين د في النظام الغذائي إلى زيادة خطر الإصابة بهشاشة العظام ويسبب الكساح في مرحلة الطفولة.
ملحوظات
- صلابة برينل 200-300 ميجا باسكال
- مايكل إي فيزر ، نورمان هولدن ، تايلر ب.كوبلن ، جون ك.بولكه ، مايكل بيرغلوند ، ويلي أ.براند ، بول دي بيفر ، مانفريد جرونينج ، روبرت دي لوس ، يوريس ميجا ، تاكافومي هيراتا ، توماس بروهاسكا ، روني شوينبيرج ، غليندا أوكونور ، توماس والتشيك ، شيجي يونيدا ، شيانغ كون تشو.الأوزان الذرية للعناصر 2011 (تقرير IUPAC الفني) // الكيمياء البحتة والتطبيقية. - 2013. - المجلد. 85 ، لا. 5. - ص 1047-1078. - DOI: 10.1351 / PAC-REP-13-03-02.
- هيئة التحرير: Knunyants I. L. (رئيس التحرير).الموسوعة الكيميائية: في 5 مجلدات - موسكو: الموسوعة السوفيتية ، 1990. - ت 2 - س 293 - 671 ص. - 100،000 نسخة.
- رايلي ج. وسكيرو ج.علم المحيطات الكيميائي V. 1 ، 1965.
- بريتيشينكو ب.منهجية تقييم فترات نصف العمر من تحلل بيتا المزدوج // أوراق البيانات النووية. - 2014. - يونيو (المجلد 120). - س 102-105. - ISSN 0090-3752. - DOI: 10.1016 / j.nds.2014.07.018.[لتصحيح]
- بريتيشينكو ب. قائمة قيم الاضمحلال بيتا المزدوجة (ββ) المعتمدة (غير محدد) . المركز الوطني للبيانات النووية ، مختبر بروكهافن الوطني. تم الاسترجاع 6 ديسمبر 2015.
- كتيب الكيميائي / هيئة التحرير: Nikolsky B.P. وآخرون - الطبعة الثانية ، مصححة. - M.-L: الكيمياء ، 1966. - T. 1. - 1072 ص.
- جريدة. En: عناصر تحت الضغط
- الكالسيوم // الموسوعة السوفيتية العظمى: [في 30 مجلدًا] / الفصل. إد. إيه إم بروخوروف. - الطبعة الثالثة. - م: الموسوعة السوفيتية ، 1969-1978.
- Dyudkin D. A.، Kisilenko V. V.تأثير العوامل المختلفة على امتصاص الكالسيوم من الأسلاك المغلفة بالتدفق مع حشو معقد SK40 (روس) // Elektrometallurgiya: zhurnal. - 2009. - مايو (رقم 5). - ص 2-6.
- ميخائيلوف ج. ، تشيرنوفا ل.التحليل الديناميكي الحراري لعمليات إزالة أكسدة الفولاذ بالكالسيوم والألمنيوم (بالروسية) // Elektrometallurgiya: zhurnal. - 2008. - مارس (رقم 3). - ص 6-8.
- نموذج شل للنواة
- معهد الطب (الولايات المتحدة) لجنة مراجعة المدخول الغذائي المرجعي لفيتامين د والكالسيوم ؛ روس إيه سي ، تايلور سي إل ، يكتين إيه ، ديل فالي إتش بي ، محررون (2011).
في العصور القديمة ، استخدم الناس مركبات الكالسيوم في البناء. في الأساس ، كانت كربونات الكالسيوم ، التي كانت في الصخور ، أو نتاج حرقها - الجير. كما تم استخدام الرخام والجص. في السابق ، اعتقد العلماء أن الجير ، وهو أكسيد الكالسيوم ، مادة بسيطة. استمر هذا المفهوم الخاطئ حتى نهاية القرن الثامن عشر ، حتى عبّر أنطوان لافوازييه عن افتراضاته حول هذه المادة.
تعدين الجيرفي بداية القرن التاسع عشر ، اكتشف العالم الإنجليزي همفري ديفي الكالسيوم النقي باستخدام التحليل الكهربائي. علاوة على ذلك ، حصل على ملغم الكالسيوم من الجير المطفأ وأكسيد الزئبق. ثم ، بعد تقطير الزئبق ، حصل على الكالسيوم المعدني.
يكون تفاعل الكالسيوم مع الماء عنيفًا ، لكن لا يصاحبه اشتعال. بسبب الإطلاق الوفير للهيدروجين ، فإن صفيحة الكالسيوم ستتحرك عبر الماء. يتم تكوين مادة أيضًا - هيدروكسيد الكالسيوم. إذا تمت إضافة الفينول فثالين إلى السائل ، فسوف يتحول إلى قرمزي لامع - وبالتالي ، فإن Ca (OH) ₂ هي قاعدة.
Ca + 2H₂O → Ca (OH) ₂ ↓ + H₂
تفاعل الكالسيوم مع الأكسجين
تفاعل Ca و O₂ مثير جدًا ، لكن لا يمكن إجراء التجربة في المنزل ، لأنها خطيرة جدًا.
ضع في اعتبارك تفاعل الكالسيوم مع الأكسجين ، أي احتراق هذه المادة في الهواء.
انتباه! لا تحاول تكرار هذه التجربة بنفسك!ستجد تجارب كيميائية آمنة يمكنك القيام بها في المنزل.
دعونا نأخذ نترات البوتاسيوم KNO₃ كمصدر للأكسجين. إذا تم تخزين الكالسيوم في سائل كيروسين ، فقبل التجربة يجب تنظيفه بموقد ، ووضعه فوق اللهب. بعد ذلك ، يتم غمس الكالسيوم في مسحوق KNO₃. ثم يجب وضع الكالسيوم مع نترات البوتاسيوم في لهب الموقد. نترات البوتاسيوم تتحلل إلى نتريت البوتاسيوم والأكسجين. الأكسجين المنطلق يشعل الكالسيوم ، ويتحول اللهب إلى اللون الأحمر.
KNO₃ → KNO₂ + O₂
2Ca + O₂ → 2CaO
وتجدر الإشارة إلى أن الكالسيوم يتفاعل مع بعض العناصر فقط عند تسخينه وهي تشمل: الكبريت والبورون والنيتروجين وغيرها.
كيف وصل ميخائيل رومانوف إلى العرش الروسي؟
قرار الشعب يوافق على انتخاب القيصر ميخائيل فيدوروفيتش
أحداث الحرب العالمية الأولى