U normalnim uslovima, kalcijum reaguje sa Kalcijum i njegove karakteristike

Kalcijum

KALCIJUM-I; m.[od lat. calx (calcis) - kreč] Hemijski element (Ca), srebrno-bijeli metal koji je dio krečnjaka, mramora itd.

◁ Kalcijum, th, th. K soli.

kalcijum

(lat. Kalcijum), hemijski element II grupe periodnog sistema, pripada zemnoalkalnim metalima. Naziv od lat. calx, genitiv calcis - kreč. Srebrno-bijeli metal, gustina 1,54 g/cm 3, t pl 842ºC. Na normalnim temperaturama lako oksidira na zraku. Po rasprostranjenosti u zemljinoj kori zauzima 5. mjesto (minerali kalcit, gips, fluorit itd.). Kao aktivno redukciono sredstvo, koristi se za dobijanje U, Th, V, Cr, Zn, Be i drugih metala iz njihovih jedinjenja, za deoksidaciju čelika, bronze itd. Uključen je u sastav antifrikcionih materijala. Jedinjenja kalcijuma koriste se u građevinarstvu (kreč, cement), preparati kalcijuma - u medicini.

KALCIJUM

KALCIJUM (lat. Calcium), Ca (čitaj "kalcijum"), hemijski element sa atomskim brojem 20, nalazi se u četvrtom periodu u grupi IIA periodnog sistema Mendeljejevljevih elemenata; atomska masa 40.08. Pripada broju zemnoalkalnih elemenata (cm. ZEMNOALKALNI METALI).
Prirodni kalcijum se sastoji od mješavine nuklida (cm. NUKLID) sa masenim brojevima 40 (u mješavini mase 96,94%), 44 (2,09%), 42 (0,667%), 48 (0,187%), 43 (0,135%) i 46 (0,003%). Konfiguracija vanjskog elektronskog sloja 4 s 2 . U skoro svim jedinjenjima, oksidaciono stanje kalcijuma je +2 (valentnost II).
Radijus neutralnog atoma kalcija je 0,1974 nm, polumjer Ca 2+ jona je od 0,114 nm (za koordinacijski broj 6) do 0,148 nm (za koordinacijski broj 12). Sekvencijalne energije jonizacije neutralnog atoma kalcijuma su 6,133, 11,872, 50,91, 67,27 i 84,5 eV, respektivno. Na Paulingovoj skali, elektronegativnost kalcijuma je oko 1,0. U slobodnom obliku, kalcijum je srebrno-bijeli metal.
Istorija otkrića
Jedinjenja kalcijuma se nalaze svuda u prirodi, tako da ih je čovječanstvo upoznalo od davnina. Kreč se već dugo koristi u građevinskoj industriji. (cm. LIME)(živi kreč i gašeni), koji se dugo vremena smatrao jednostavnom materijom, "zemljom". Međutim, 1808. godine engleski naučnik G. Davy (cm. DEVI Humphrey) uspeo da dobije novi metal od kreča. Da bi to učinio, Davy je podvrgao elektrolizi mješavinu blago navlaženog gašenog vapna sa živinim oksidom i izolirao novi metal iz amalgama nastalog na živinoj katodi, koji je nazvao kalcij (od latinskog calx, genus case calcis - vapno). U Rusiji se neko vrijeme ovaj metal zvao "krečnjak".
Biti u prirodi
Kalcijum je jedan od najzastupljenijih elemenata na Zemlji. On čini 3,38% mase zemljine kore (5. mesto po obilju posle kiseonika, silicijuma, aluminijuma i gvožđa). Zbog visoke hemijske aktivnosti kalcijum u slobodnom obliku u prirodi nije pronađen. Većina kalcijuma se nalazi u silikatima. (cm. SILIKATI) i aluminosilikati (cm. ALUMOSILIKATI) razne stijene (graniti (cm. GRANIT), gnajsovi (cm. GNEISS) itd.). U obliku sedimentnih stijena, spojevi kalcija su predstavljeni kredom i krečnjakom, koji se uglavnom sastoje od minerala kalcita. (cm. KALCIT)(CaCO3). Kristalni oblik kalcita - mermer - se u prirodi nalazi mnogo rjeđe.
Minerali kalcijuma kao što je krečnjak su prilično rasprostranjeni. (cm. KRAČNJAK) SaCO 3 , anhidrit (cm. ANHIDRIT) CaSO 4 i gips (cm. GIGPS) CaSO 4 2H 2 O, fluorit (cm. FLUORIT) CaF 2 , apatit (cm. APATITE) Ca 5 (PO 4) 3 (F, Cl, OH), dolomit (cm. DOLOMIT) MgCO 3 CaCO 3. Prisustvo soli kalcija i magnezija u prirodnoj vodi određuje njenu tvrdoću. (cm. TVRDOĆA VODE). Značajna količina kalcijuma je deo živih organizama. Dakle, hidroksilapatit Ca 5 (PO 4) 3 (OH), ili, u drugom unosu, 3Ca 3 (PO 4) 2 Ca (OH) 2 - osnova koštanog tkiva kičmenjaka, uključujući ljude; ljuske i ljuske mnogih beskičmenjaka, ljuske jaja itd. su napravljene od kalcijum karbonata CaCO 3.
Potvrda
Metalni kalcijum se dobija elektrolizom taline koja se sastoji od CaCl 2 (75-80%) i KCl ili od CaCl 2 i CaF 2, kao i aluminotermnom redukcijom CaO na 1170-1200 °C:
4CaO + 2Al = CaAl 2 O 4 + 3Ca.
Fizička i hemijska svojstva
Metalni kalcijum postoji u dvije alotropske modifikacije (vidi Alotropija (cm. ALOTROPIJA)). Do 443 °C, a-Ca sa kubičnom lice-centriranom rešetkom je stabilan (parametar a = 0,558 nm), viši b-Ca je stabilan sa kubičnom tijelo centriranom rešetkom tipa a-Fe (parametar a = 0,448 nm). Tačka topljenja kalcijuma je 839 ° C, tačka ključanja je 1484 ° C, gustina je 1,55 g / cm 3.
Hemijska aktivnost kalcijuma je visoka, ali niža od svih ostalih zemnoalkalnih metala. Lako reaguje sa kiseonikom, ugljen-dioksidom i vlagom u vazduhu, zbog čega je površina metalnog kalcijuma obično mutno siva, pa se u laboratoriji kalcijum obično skladišti, kao i drugi zemnoalkalni metali, u dobro zatvorenoj tegli ispod sloja. kerozina.
U nizu standardnih potencijala, kalcijum se nalazi lijevo od vodonika. Standardni elektrodni potencijal para Ca 2+ /Ca 0 je -2,84 V, tako da kalcijum aktivno reaguje sa vodom:
Ca + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + H 2.
Sa aktivnim nemetalima (kiseonik, hlor, brom), kalcij reaguje u normalnim uslovima:
2Ca + O 2 \u003d 2CaO; Ca + Br 2 \u003d CaBr 2.
Kada se zagrije na zraku ili kisiku, kalcij se zapali. Sa manje aktivnim nemetalima (vodikom, borom, ugljikom, silicijumom, dušikom, fosforom i drugima), kalcij stupa u interakciju kada se zagrijava, na primjer:
Ca + H 2 \u003d CaH 2 (kalcijum hidrid),
Ca + 6B = CaB 6 (kalcijum borid),
3Ca + N 2 = Ca 3 N 2 (kalcijum nitrid)
Ca + 2C \u003d CaC 2 (kalcijum karbid)
3Ca + 2P = Ca 3 P 2 (kalcijum fosfid), poznati su i kalcijum fosfidi sastava CaP i CaP 5;
Poznati su i 2Ca + Si \u003d Ca 2 Si (kalcijum silicid), kalcijum silicidi sastava CaSi, Ca 3 Si 4 i CaSi 2.
Tijek gore navedenih reakcija u pravilu je praćen oslobađanjem velike količine topline (tj. ove reakcije su egzotermne). U svim jedinjenjima sa nemetalima, oksidaciono stanje kalcijuma je +2. Većina spojeva kalcija s nemetalima lako se razgrađuje vodom, na primjer:
CaH 2 + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + 2H 2,
Ca 3 N 2 + 3H 2 O \u003d 3Ca (OH) 2 + 2NH 3.
Kalcijum oksid je obično bazičan. U laboratoriji i tehnologiji dobija se termičkom razgradnjom karbonata:
CaCO 3 \u003d CaO + CO 2.
Tehnički kalcijum oksid CaO naziva se živo vapno.
Reaguje sa vodom da formira Ca (OH) 2 i oslobađa veliku količinu toplote:
CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2.
Ca (OH) 2 dobijen na ovaj način obično se naziva gašeno vapno ili krečno mleko (cm. LIMENO MLIJEKO) zbog činjenice da je rastvorljivost kalcijum hidroksida u vodi niska (0,02 mol/l na 20°C), a kada se doda u vodu, formira se bijela suspenzija.
Kada je u interakciji s kiselim oksidima, CaO stvara soli, na primjer:
CaO + CO 2 \u003d CaCO 3; CaO + SO 3 \u003d CaSO 4.
Ca 2+ jon je bezbojan. Kada se u plamen dodaju kalcijumove soli, plamen postaje ciglano crven.
Kalcijumove soli kao što su CaCl 2 hlorid, CaBr 2 bromid, CaI 2 jodid i Ca(NO 3) 2 nitrat su visoko rastvorljive u vodi. CaF 2 fluorid, CaCO 3 karbonat, CaSO 4 sulfat, Ca 3 (PO 4) 2 prosječni ortofosfat, CaC 2 O 4 oksalat i neki drugi su nerastvorljivi u vodi.
Važna je činjenica da je, za razliku od prosječnog kalcijum karbonata CaCO 3, kiseli kalcijum karbonat (hidrokarbonat) Ca (HCO 3) 2 rastvorljiv u vodi. U prirodi to dovodi do sljedećih procesa. Kada hladna kišnica ili riječna voda, zasićena ugljičnim dioksidom, prodre pod zemlju i padne na krečnjake, uočava se njihovo otapanje:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d Ca (HCO 3) 2.
Na istim mjestima gdje voda zasićena kalcijum bikarbonatom izlazi na površinu zemlje i zagrijava se sunčevim zracima, događa se obrnuta reakcija:
Ca (HCO 3) 2 \u003d CaCO 3 + CO 2 + H 2 O.
Dakle, u prirodi postoji prijenos velikih masa tvari. Kao rezultat toga, pod zemljom se mogu formirati ogromni padovi (vidi Karst (cm. krš (prirodni fenomen))), a u pećinama se formiraju prekrasne kamene "leđice" - stalaktiti (cm. STALAPTITI (mineralne formacije)) i stalagmitima (cm. STALAGMITI).
Prisustvo rastvorenog kalcijum bikarbonata u vodi u velikoj meri određuje privremenu tvrdoću vode. (cm. TVRDOĆA VODE). Naziva se privremenim jer kada se voda prokuva, bikarbonat se razgrađuje, a CaCO 3 taloži. Ova pojava dovodi, na primjer, do činjenice da se kamenac stvara u kotliću s vremenom.
Upotreba kalcijuma i njegovih spojeva
Metalni kalcij se koristi za metalotermnu proizvodnju uranijuma (cm. Uranijum (hemijski element)), torijum (cm. TORIJA), titanijum (cm. TITAN (hemijski element)), cirkonijum (cm. CIRKONIJ), cezijum (cm. CEZIJUM) i rubidijum (cm. RUBIDIJUM).
Prirodna jedinjenja kalcija se široko koriste u proizvodnji veziva (cement (cm. CEMENT), gips (cm. GIGPS), kreč, itd.). Vezivno dejstvo gašenog vapna zasniva se na činjenici da kalcijum hidroksid vremenom reaguje sa ugljen-dioksidom u vazduhu. Kao rezultat tekuće reakcije nastaju igličasti kristali CaCO3 kalcita, koji prerastaju u obližnje kamenje, cigle i druge građevinske materijale i, takoreći, spajaju ih u jedinstvenu cjelinu. Kristalni kalcijum karbonat - mermer - fini završni materijal. Kreda se koristi za krečenje. U proizvodnji sirovog željeza troše se velike količine krečnjaka, jer omogućavaju prenošenje vatrostalnih nečistoća željezne rude (na primjer, kvarc SiO 2) u trosku relativno niskog taljenja.
Izbjeljivač je vrlo efikasan kao dezinficijens. (cm. PRAŠAK ZA IZBJELJIVANJE)- “hlor” Ca(OCl)Cl – pomešani hlorid i kalcijum hipohlorit (cm. KALCIJUM HIPOHLORIT) sa velikom oksidacionom moći.
Široko se koristi i kalcijum sulfat, koji postoji i u obliku bezvodnog jedinjenja i u obliku kristalnih hidrata - takozvanog "poluvodenog" sulfata - alabastra (cm. ALEVIZ FRYAZIN (milanski)) CaSO 4 0,5H 2 O i dvovodni sulfat - gips CaSO 4 2H 2 O. Gips se široko koristi u građevinarstvu, vajarstvu, za izradu štukature i raznih umjetničkih proizvoda. Gips se također koristi u medicini za učvršćivanje kostiju u slučaju prijeloma.
Kalcijum hlorid CaCl 2 se koristi zajedno sa kuhinjskom solju za suzbijanje zaleđivanja puteva. Kalcijum fluorid CaF 2 je odličan optički materijal.
kalcijuma u organizmu
Kalcijum je biogeni element (cm. BIOGENI ELEMENTI), stalno prisutan u tkivima biljaka i životinja. Važna komponenta mineralnog metabolizma životinja i ljudi i mineralne ishrane biljaka, kalcijum obavlja različite funkcije u organizmu. Sadrži apatit (cm. APATITI), kao i kalcijum sulfat i karbonat čini mineralnu komponentu koštanog tkiva. Ljudsko tijelo teško 70 kg sadrži oko 1 kg kalcija. Kalcijum je uključen u rad jonskih kanala (cm. IONSKI KANALI), vršeći transport tvari kroz biološke membrane, u prijenosu nervnog impulsa (cm. NERVI IMPULS), u procesu zgrušavanja krvi (cm. KOAGULACIJA KRVI) i đubrenje. Kalciferoli regulišu metabolizam kalcijuma u telu (cm. KALCIFEROLI)(vitamin D). Nedostatak ili višak kalcijuma dovodi do raznih bolesti – rahitisa (cm. rahitis), kalcifikacija (cm. KALCINOZA) itd. Stoga ljudska hrana treba da sadrži kalcijumove spojeve u pravim količinama (800-1500 mg kalcijuma dnevno). Sadržaj kalcijuma je visok u mliječnim proizvodima (kao što su svježi sir, sir, mlijeko), nekim povrćem i drugim namirnicama. Preparati kalcijuma se široko koriste u medicini.

enciklopedijski rječnik. 2009 .

Sinonimi:

Uvod

Svojstva i upotreba kalcijuma

1 Fizička svojstva

2 Hemijska svojstva

3 Aplikacija

Dobijanje kalcijuma

1 Elektrolitička proizvodnja kalcijuma i njegovih legura

2 Termička priprema

3 Vakuumsko-termalna metoda za dobijanje kalcijuma

3.1 Aluminotermna metoda redukcije kalcija

3.2 Silikotermička metoda redukcije kalcija

Praktični dio

Bibliografija

Uvod

Hemijski element II grupe periodnog sistema Mendeljejeva, atomski broj 20, atomska masa 40,08; srebrno-bijeli laki metal. Prirodni element je mješavina šest stabilnih izotopa: 40ca, 42ca, 43ca, 44ca, 46Ca and 48Ca, od kojih je 40 najčešćih Ca (96,97%).

Jedinjenja Ca - krečnjak, mermer, gips (kao i kreč - proizvod gorenja krečnjaka) koriste se u građevinarstvu od davnina. Sve do kraja 18. veka hemičari su smatrali da je kreč jednostavna supstanca. A. Lavoisier je 1789. godine sugerirao da su vapno, magnezijum, barit, glinica i silicijum kompleksne supstance. G. Davy je 1808. godine, podvrgavajući mješavinu vlažnog gašenog vapna sa živinim oksidom elektrolizi sa živinom katodom, pripremio amalgam Ca i nakon što je izbacio živu iz njega, dobio je metal nazvan "Kalcij" (od latinskog calx , rod case calcis - kreč) .

Sposobnost kalcijuma da veže kiseonik i azot omogućila je da se koristi za čišćenje inertnih gasova i kao geter (Geter je supstanca koja služi za apsorpciju gasova i stvaranje dubokog vakuuma u elektronskim uređajima.) u vakuum radio opremi.

Kalcijum se takođe koristi u metalurgiji bakra, nikla, specijalnih čelika i bronze; povezani su sa štetnim nečistoćama sumpora, fosfora, viška ugljika. U iste svrhe koriste se legure kalcija sa silicijumom, litijumom, natrijumom, borom i aluminijumom.

U industriji se kalcijum dobija na dva načina:

) Zagrevanjem briketirane mešavine CaO i Al praha na 1200°C u vakuumu od 0,01 - 0,02 mm. rt. Art.; oslobađa se reakcijom:

CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

Kalcijumova para se kondenzuje na hladnoj površini.

) Elektrolizom taline CaCl2 i KCl sa tečnom bakar-kalcijum katodom, dobija se legura Cu - Ca (65% Ca) iz koje se kalcijum destiluje na temperaturi od 950 - 1000°C u vakuumu. od 0,1 - 0,001 mm Hg.

) Takođe je razvijena metoda za dobijanje kalcijuma termičkom disocijacijom kalcijum karbida CaC2.

Kalcijum je vrlo čest u prirodi u obliku raznih jedinjenja. U zemljinoj kori zauzima peto mesto sa 3,25%, a najčešće se nalazi u obliku krečnjaka CaCO 3, dolomit CaCO 3MgCO 3, gips CaSO 42H 2O, Phosphorite Ca 3(PO 4)2 i fluorit CaF 2, ne računajući značajan udio kalcijuma u sastavu silikatnih stijena. Morska voda sadrži u proseku 0,04% (tež.) kalcijuma.

U ovom predmetnom radu proučavaju se svojstva i primena kalcijuma, kao i teorija i tehnologija vakuumsko-termalnih metoda za njegovu proizvodnju.

. Svojstva i upotreba kalcijuma

.1 Fizička svojstva

Kalcij je srebrno bijeli metal, ali tamni na zraku zbog stvaranja oksida na njegovoj površini. To je duktilni metal tvrđi od olova. Kristalna ćelija ?-oblik Ca (stabilan na običnoj temperaturi) kubni sa centrom lica, a = 5,56 Å . Atomski radijus 1,97 Å , jonski radijus Ca 2+, 1,04Å . Gustina 1,54 g/cm 3(20°C). Iznad 464 °C stabilan heksagonalni ?-obrazac. mp 851 °C, tbp 1482 °C; temperaturni koeficijent linearne ekspanzije 22 10 -6 (0-300°C); toplotna provodljivost na 20 °C 125,6 W/(m K) ili 0,3 cal/(cm s °C); specifični toplotni kapacitet (0-100 °C) 623,9 j/(kg K) ili 0,149 cal/(g °C); električna otpornost na 20 °C 4,6 10 -8ohm m ili 4,6 10 -6 ohm cm; temperaturni koeficijent električnog otpora 4,57 10-3 (20 °C). Modul elastičnosti 26 Gn/m 2(2600 kgf/mm 2); vlačna čvrstoća 60 MN/m 2(6 kgf/mm 2); granica elastičnosti 4 MN/m 2(0,4 kgf/mm 2), granica tečenja 38 MN/m 2(3,8 kgf/mm 2); izduženje 50%; Tvrdoća po Brinellu 200-300 MN/m 2(20-30 kgf/mm 2). Kalcijum dovoljno visoke čistoće je plastičan, dobro presovan, valjan i može se mašinski obrađivati.

1.2 Hemijska svojstva

Kalcijum je aktivan metal. Dakle, u normalnim uslovima, lako stupa u interakciju sa atmosferskim kiseonikom i halogenima:

Ca + O 2= 2 CaO (kalcijum oksid) (1)

Ca + Br 2= CaBr 2(kalcijum bromid). (2)

Sa vodonikom, dušikom, sumporom, fosforom, ugljikom i drugim nemetalima, kalcij reagira kada se zagrijava:

Ca + H 2= CaH 2(kalcijum hidrid) (3)

Ca + N 2= Ca 3N 2(kalcijum nitrid) (4)

Ca + S = CaS (kalcijum sulfid) (5)

Ca + 2 P \u003d Ca 3R 2(kalcijum fosfid) (6)

Ca + 2 C \u003d CaC 2 (kalcijum karbid) (7)

Kalcijum sporo reaguje sa hladnom vodom, a veoma snažno sa toplom vodom, dajući jaku bazu Ca (OH) 2 :

Ca + 2 H 2O \u003d Ca (OH) 2 + H 2 (8)

Kao energetski reduktor, kalcij može oduzeti kisik ili halogene iz oksida i halogenida manje aktivnih metala, odnosno ima redukcijska svojstva:

Ca + Nb 2O5 = CaO + 2 Nb; (9)

Ca + 2 NbCl 5= 5 CaCl2 + 2 Nb (10)

Kalcijum snažno reaguje sa kiselinama uz oslobađanje vodonika, reaguje sa halogenima, sa suvim vodonikom dajući CaH hidrid 2. Kada se kalcij zagrije sa grafitom, nastaje CaC karbid 2. Kalcijum se dobija elektrolizom rastaljenog CaCl 2ili aluminotermna redukcija u vakuumu:

6SaO + 2Al = 3Ca + 3CaO Al2 O 3 (11)

Čisti metal se koristi za redukciju spojeva Cs, Rb, Cr, V, Zr, Th, U u metale, za deoksidaciju čelika.

1.3 Primjena

Kalcijum se sve više koristi u raznim industrijama. Nedavno je dobio veliki značaj kao redukciono sredstvo u proizvodnji niza metala.

Čisti metal. Uran se dobija redukcijom uranijum fluorida metalnim kalcijumom. Titanijum oksidi, kao i oksidi cirkonija, torija, tantala, niobija i drugih retkih metala mogu se reducirati kalcijumom ili njegovim hidridima.

Kalcijum je dobar deoksidizator i degazator u proizvodnji bakra, nikla, hrom-nikl legura, specijalnih čelika, nikla i kalajne bronze; uklanja sumpor, fosfor, ugljik iz metala i legura.

Kalcijum sa bizmutom stvara vatrostalna jedinjenja, pa se koristi za prečišćavanje olova od bizmuta.

Kalcijum se dodaje raznim lakim legurama. Doprinosi poboljšanju površine ingota, finoći i smanjenju oksidabilnosti.

Legure ležajeva koje sadrže kalcij imaju široku primjenu. Legure olova (0,04% Ca) mogu se koristiti za izradu omotača kablova.

Antifrikcione legure kalcijuma sa olovom se koriste u mašinstvu. Minerali kalcijuma se široko koriste. Dakle, krečnjak se koristi u proizvodnji vapna, cementa, silikatne opeke i direktno kao građevinski materijal, u metalurgiji (fluks), u hemijskoj industriji za proizvodnju kalcijum karbida, sode, kaustične sode, izbeljivača, đubriva, u proizvodnja šećera, stakla.

Od praktične važnosti su kreda, mermer, islandski špart, gips, fluorit itd. Zbog sposobnosti vezivanja kiseonika i azota, kalcijum ili legure kalcijuma sa natrijumom i drugim metalima koriste se za prečišćavanje plemenitih gasova i kao getter u vakuum radio opremi. Kalcijum se takođe koristi za proizvodnju hidrida, koji je izvor vodonika na terenu.

2. Dobijanje kalcijuma

Postoji nekoliko načina za dobijanje kalcijuma, a to su elektrolitski, termički, vakuum termalni.

.1 Elektrolitička proizvodnja kalcijuma i njegovih legura

Suština metode leži u činjenici da katoda u početku dodiruje rastopljeni elektrolit. Na mjestu dodira nastaje tečna kap metala koja vlaži katodu, koja se, kada se katoda polako i ravnomjerno podiže, s njom uklanja iz rastopa i stvrdnjava. U ovom slučaju, očvršćavajuća kap je prekrivena čvrstim filmom elektrolita, koji štiti metal od oksidacije i nitriranja. Kontinuiranim i pažljivim podizanjem katode, kalcijum se uvlači u štapove.

2.2 Termička priprema

kalcijum hemijska elektrolitička termalna

· Hloridni proces: tehnologija se sastoji od topljenja i dehidracije kalcijum hlorida, topljenja olova, dobijanja dvostruke legure olova – natrijuma, dobijanja ternarne legure olovo – natrijum – kalcijuma, i razblaživanja ternarne legure olovom nakon uklanjanja soli. Reakcija sa kalcijum hloridom se odvija prema jednadžbi

CaCl 2 + Na 2Pb 5=2NaCl + PbCa + 2Pb (12)

· Karbidni proces: osnova za dobijanje legure olova i kalcijuma je reakcija između kalcijum karbida i rastaljenog olova prema jednačini

CaC 2+ 3Pb = Pb3 Ca+2C. (13)

2.3 Vakuumsko-termalna metoda za dobijanje kalcijuma

Sirovina za vakuum termički proces

Sirovina za termičku redukciju kalcijum oksida je vapno dobijeno pečenjem krečnjaka. Glavni zahtjevi za sirovine su sljedeći: kreč mora biti što čistiji i sadržavati minimum nečistoća koje se mogu reducirati i pretvoriti u metal zajedno sa kalcijumom, posebno alkalnim metalima i magnezijumom. Kalcinaciju vapnenca treba izvoditi dok se karbonat potpuno ne razgradi, ali ne prije nego što se sinterira, jer je reducibilnost sinterovanog materijala manja. Pečeni proizvod mora biti zaštićen od apsorpcije vlage i ugljičnog dioksida, čije oslobađanje tijekom oporavka smanjuje performanse procesa. Tehnologija spaljivanja krečnjaka i prerade spaljenog proizvoda slična je preradi dolomita za silikotermički način dobijanja magnezijuma.

.3.1 Aluminotermna metoda redukcije kalcijuma

Dijagram temperaturne ovisnosti promjene slobodne energije oksidacije određenog broja metala (slika 1) pokazuje da je kalcijev oksid jedan od najtrajnijih i teško reducirajućih oksida. Ne može se reducirati drugim metalima na uobičajen način - na relativno niskoj temperaturi i atmosferskom pritisku. Naprotiv, sam kalcij je odličan redukcijski agens za druga teško reducirajuća jedinjenja i deoksidirajući agens za mnoge metale i legure. Redukcija kalcijum oksida ugljikom je općenito nemoguća zbog stvaranja kalcijevih karbida. Međutim, zbog činjenice da kalcij ima relativno visok tlak pare, njegov oksid se može reducirati u vakuumu s aluminijem, silicijumom ili njihovim legurama prema reakciji

CaO + Me? Ca + MeO (14).

Do sada je praktičnu primjenu našla samo aluminotermna metoda dobivanja kalcija, jer je mnogo lakše reducirati CaO aluminijem nego silicijumom. Postoje različiti pogledi na hemiju redukcije kalcijum oksida aluminijumom. L. Pidgeon i I. Atkinson vjeruju da se reakcija nastavlja stvaranjem kalcijum monoaluminata:

CaO + 2Al = CaO Al 2O3 + 3Ca. (petnaest)

V. A. Pazukhin i A. Ya. Fisher ukazuju da se proces nastavlja formiranjem trikalcijevog aluminata:

CaO + 2Al = 3CaO Al 2O 3+ 3Ca. (16)

Prema A. I. Voynitsky, formiranje pentacicij trialuminata je dominantno u reakciji:

CaO + 6Al = 5CaO 3Al 2O3 + 9Ca. (17)

Najnovije istraživanje A. Yu. Taitsa i AI Voinitskyja utvrdilo je da se aluminotermna redukcija kalcija odvija postepeno. U početku, oslobađanje kalcija je praćeno stvaranjem 3CaO AI 2O 3, koji zatim reaguje sa kalcijum oksidom i aluminijumom da formira 3CaO 3AI 2O 3. Reakcija se odvija prema sljedećoj shemi:

CaO + 6Al = 2 (3CaO Al 2O 3)+ 2CaO + 2Al + 6Ca

(3CaO Al 2O 3) + 2CaO + 2Al = 5CaO 3Al 2O 3+ 3Sa

CaO + 6A1 \u003d 5CaO 3Al 2O 3+ 9Ca

Budući da se redukcija oksida događa oslobađanjem parnog kalcija, a preostali produkti reakcije su u kondenziranom stanju, moguće ga je lako odvojiti i kondenzirati u hlađenim dijelovima peći. Glavni uslovi neophodni za vakuumsko-termalnu redukciju kalcijum oksida su visoka temperatura i nizak rezidualni pritisak u sistemu. Odnos između temperature i ravnotežnog pritiska pare kalcijuma je dat u nastavku. Slobodna energija reakcije (17), izračunata za temperature 1124-1728°K, izražava se kao

F T \u003d 184820 + 6,95T-12,1 T lg T.

Otuda logaritamska zavisnost ravnotežne elastičnosti kalcijeve pare (mm Hg)

Lg p \u003d 3,59 - 4430 \ T.

L. Pidgeon i I. Atkinson su eksperimentalno odredili ravnotežni tlak pare kalcijuma. Detaljnu termodinamičku analizu reakcije redukcije kalcijum oksida sa aluminijumom izvršio je I. I. Matveenko, koji je dao sledeće temperaturne zavisnosti ravnotežnog pritiska kalcijeve pare:

lgp Ca(1) \u003d 8,64 - 12930\T mm Hg

lgp Ca(2) \u003d 8,62 - 11780\T mm Hg

lgp Ca(3 )\u003d 8,75 - 12500\T mm Hg

Proračunski i eksperimentalni podaci su upoređeni u tabeli. jedan.

Tabela 1 - Utjecaj temperature na promjenu ravnotežne elastičnosti pare kalcijuma u sistemima (1), (2), (3), (3), mm Hg.

Temperatura °S Eksperimentalni podaci Izračunati u sistemima(1)(2)(3)(3 )1401 1451 1500 1600 17000,791 1016 - - -0,37 0,55 1,2 3,9 11,01,7 3,2 5,6 18,2 492,7 3,5 4,4 6,6 9,50,66 1,4 2,5 8,5 25,7

Iz prikazanih podataka se vidi da su interakcije u sistemima (2) i (3) ili (3") pod najpovoljnijim uslovima. To je u skladu sa zapažanjima, budući da u ostacima naelektrisanja dominiraju pentakalcijum trialuminat i trikalcijum aluminat. nakon redukcije kalcijum oksida aluminijumom.

Podaci o ravnotežnoj elastičnosti pokazuju da je redukcija kalcijum oksida aluminijumom moguća na temperaturi od 1100-1150°C. Da bi se postigla praktično prihvatljiva brzina reakcije, rezidualni pritisak u Rost sistemu mora biti ispod ravnoteže P jednaki , odnosno nejednakost R jednaki >P ost , a proces se mora izvoditi na temperaturama reda veličine 1200°. Istraživanja su utvrdila da se na temperaturi od 1200-1250° postiže visoka iskorišćenost (do 70-75%) i niska specifična potrošnja aluminijuma (oko 0,6-0,65 kg po kg kalcijuma).

Prema navedenom tumačenju kemije procesa, optimalan sastav je mješavina dizajnirana za stvaranje 5CaO 3Al u ostatku 2O 3. Da bi se povećao stepen upotrebe aluminijuma, korisno je dati malo viška kalcijum oksida, ali ne previše (10-20%), inače će to negativno uticati na druge pokazatelje procesa. Sa povećanjem stepena mlevenja aluminijuma sa čestica od 0,8-0,2 mm na minus 0,07 mm (prema V. A. Pazukhinu i A. Ya. Fisheru), upotreba aluminijuma u reakciji se povećava sa 63,7 na 78%.

Na upotrebu aluminijuma utiče i način briketiranja punjenja. Mješavinu kreča i aluminijskog praha briketirati bez veziva (da bi se izbjeglo ispuštanje gasova u vakuumu) pod pritiskom od 150 kg/cm 2. Pri nižim pritiscima, upotreba aluminija se smanjuje zbog segregacije rastopljenog aluminija u previše poroznim briketima, a pri višim pritiscima zbog slabe propusnosti plina. Potpunost i brzina oporavka zavise i od gustine pakovanja briketa u retorti. Prilikom polaganja bez zazora, kada je plinopropusnost cijelog punjenja niska, upotreba aluminija je značajno smanjena.

Slika 2 - Šema za dobijanje kalcijuma vakuumsko-termalnom metodom.

Tehnologija alumino-termalnog načina

Tehnološka shema za proizvodnju kalcija aluminotermnom metodom prikazana je na sl. 2. Kao sirovina se koristi krečnjak, a kao redukciono sredstvo se koristi aluminijumski prah pripremljen od primarnog (boljeg) ili sekundarnog aluminijuma. Aluminij koji se koristi kao redukcijsko sredstvo, kao i sirovine, ne smije sadržavati nečistoće lako isparljivih metala: magnezija, cinka, alkalija itd., koji mogu ispariti i pretvoriti se u kondenzat. Ovo se mora uzeti u obzir pri odabiru razreda recikliranog aluminija.

Prema opisu S. Loomisa i P. Stauba, u SAD, u fabrici New England Lime Co. u Kanaanu (Konektikat), kalcijum se dobija aluminotermnom metodom. Koristi se vapno tipičnog sastava, %: 97,5 CaO, 0,65 MgO, 0,7 SiO 2, 0,6 Fe 2Oz + AlOz, 0,09 Na 2O+K 2Oh, 0,5 ostalo. Kalcinirani proizvod se melje u Raymond mlinu sa centrifugalnim separatorom, finoća mlevenja je (60%) minus 200 mesh. Kao redukciono sredstvo koristi se aluminijska prašina, koja je otpad u proizvodnji aluminijskog praha. Pregoreni kreč iz zatvorenih rezervoara i aluminijum iz bačvi se dovode do dozirne vage, a zatim u mikser. Nakon miješanja smjesa se briketira na suvi način. U pomenutom postrojenju kalcijum se redukuje u retortnim pećima, koje su se ranije koristile za dobijanje magnezijuma silikotermnom metodom (sl. 3). Peći se griju na generatorski plin. Svaka peć ima 20 horizontalnih retorta od vatrostalnog čelika koji sadrži 28% Cr i 15% Ni.

Slika 3 - Retortna peć za proizvodnju kalcijuma

Dužina retorte 3 m, prečnik 254 mm, debljina zida 28 mm. U zagrijanom dijelu retorte dolazi do redukcije, a na ohlađenom kraju koji strši iz govora dolazi do kondenzacije. Briketi se unose u retortu u papirnim vrećama, zatim se ubacuju kondenzatori i retorta se zatvara. Vazduh se ispumpava mehaničkim vakuum pumpama na početku ciklusa. Zatim se spajaju difuzijske pumpe i preostali pritisak se smanjuje na 20 mikrona.

Retorte se zagrevaju do 1200°. Nakon 12 sati. nakon utovara, retorte se otvaraju i istovaraju. Rezultirajući kalcij ima oblik šupljeg cilindra guste mase velikih kristala taloženih na površini čelične čahure. Glavna nečistoća u kalcijumu je magnezij, koji se prvenstveno reducira i uglavnom je koncentrisan u sloju uz rukav. Prosječan sadržaj nečistoća je; 0,5-1% Mg, oko 0,2% Al, 0,005-0,02% Mn, do 0,02% N, ostale nečistoće - Cu, Pb, Zn, Ni, Si, Fe - nalaze se u rasponu od 0,005-0,04%. A. Yu. Taits i A. I. Voinitsky koristili su polufabričku električnu vakuumsku peć sa grijačima na ugalj za dobijanje kalcijuma aluminotermnom metodom i postigli stepen iskorišćenja aluminijuma od 60%, specifičnu potrošnju aluminijuma od 0,78 kg, specifičnu potrošnju punjenja od 4,35 kg, odnosno specifična potrošnja električne energije 14 kWh po 1 kg metala.

Nastali metal, sa izuzetkom nečistoće magnezijuma, odlikovao se relativno visokom čistoćom. U proseku je sadržaj primesa u njemu bio: 0,003-0,004% Fe, 0,005-0,008% Si, 0,04-0,15% Mn, 0,0025-0,004% Cu, 0,006-0,009% N, 0,25% Al.

2.3.2 Metoda silikotermne redukcije kalcijum

Silikotermna metoda je vrlo primamljiva; redukcijski agens je ferosilicij, reagens je mnogo jeftiniji od aluminija. Međutim, silikotermni proces je teže implementirati od aluminotermnog. Redukcija kalcijum oksida silicijumom se odvija prema jednadžbi

CaO + Si = 2CaO SiO2 + 2Ca. (osamnaest)

Ravnotežna elastičnost kalcijeve pare, izračunata iz vrijednosti slobodne energije, je:

°S1300140015001600R, mm Hg st0.080.150.752.05

Dakle, u vakuumu od 0,01 mm Hg. Art. redukcija kalcijum oksida je termodinamički moguća na temperaturi od 1300°. U praksi, da bi se osigurala prihvatljiva brzina, proces treba izvoditi na temperaturi od 1400-1500°.

Reakcija redukcije kalcijevog oksida sa silikoaluminijumom teče nešto lakše, pri čemu i aluminijum i silicijum legure služe kao redukcioni agensi. Eksperimentalno je utvrđeno da na početku prevladava redukcija aluminijumom; štaviše, reakcija se nastavlja sa konačnim formiranjem bCaO 3Al 2Oz prema gore navedenoj šemi (slika 1). Smanjenje silicijuma postaje značajno na višim temperaturama kada je većina aluminijuma reagovala; reakcija se nastavlja formiranjem 2CaO SiO 2. U sažetom obliku, reakcija redukcije kalcijevog oksida sa silikoaluminijumom izražava se sljedećom jednadžbom:

mSi + n Al + (4m +2 ?) CaO \u003d m (2CaO SiO 2) + ?n(5CaO Al 2O3 ) + (2m +1, 5n) Ca.

Istraživanje A. Yu. Taitsa i A. I. Voinitskog otkrilo je da se kalcijum oksid redukuje za 75% ferosilicijuma sa prinosom metala od 50-75% na temperaturi od 1400-1450° u vakuumu od 0,01-0,03 mm Hg. Art.; silikoaluminij koji sadrži 60-30% Si i 32-58% Al (ostatak je željezo, titan, itd.) reducira kalcijev oksid sa prinosom metala od približno 70% na temperaturama od 1350-1400° u vakuumu od 0,01-0,05 mm Hg . Art. Eksperimenti u polufabričkim razmerama dokazali su fundamentalnu mogućnost dobijanja kalcijuma na kreču sa ferosilicijumom i silikoaluminijumom. Glavna hardverska poteškoća je odabir obloge koja je otporna na ovaj proces.

Prilikom rješavanja ovog problema metoda se može primijeniti u industriji. Razgradnja kalcijum karbida Proizvodnja metalnog kalcijuma razgradnjom kalcijum karbida

CaC2 = Ca + 2C

treba smatrati obećavajućim. U ovom slučaju se kao drugi proizvod dobija grafit. W. Mauderly, E. Moser i W. Treadwell, izračunavši slobodnu energiju formiranja kalcijum karbida iz termohemijskih podataka, dobili su sljedeći izraz za tlak pare kalcija nad čistim kalcijum karbidom:

ca \u003d 1,35 - 4505 \ T (1124 - 1712 ° K),

lgp ca \u003d 6,62 - 13523 \ T (1712-2000 ° K).

Očigledno, komercijalni kalcijum karbid se raspada na mnogo višim temperaturama nego što slijedi iz ovih izraza. Isti autori navode termičku razgradnju kalcijum karbida u kompaktnim komadima na 1600-1800°C u vakuumu od 1 mm Hg. Art. Prinos grafita je bio 94%, kalcijum se dobijao u obliku gustog premaza na frižideru. A. S. Mikulinsky, F. S. Morii, R. Sh. Shklyar za određivanje svojstava grafita dobivenog razgradnjom kalcijum karbida, potonji je zagrijan u vakuumu od 0,3-1 mm Hg. Art. na temperaturi od 1630-1750°. Rezultirajući grafit razlikuje se od Achesonovog po većim zrnima, višoj električnoj provodljivosti i manjoj zapreminskoj gustoći.

3. Praktični dio

Dnevni izlaz magnezijuma iz elektrolizera za struju od 100 kA bio je 960 kg kada je kupka hranjena magnezijum hloridom. Napon na ćeliji je 0,6 V. Odredite:

)Izlaz struje na katodi;

)Količina hlora dobijena dnevno, pod uslovom da je izlazna struja na anodi jednaka strujnom izlazu na kodu;

)Dnevno punjenje MgCl 2u elektrolizer, pod uslovom da gubitak MgCl 2 javljaju se uglavnom sa muljem i sublimacijom. Količina mulja 0,1 na 1 tonu Mg koji sadrži MgCl 2 u sublimaciji 50%. Količina sublimacije je 0,05 t po 1 t Mg. Sastav sipanog magnezijum hlorida, %: 92 MgCl2 i 8 NaCl.

.Odredite izlaznu struju na katodi:

m itd =I ?k mg · ?

?=m itd \I ?k mg \u003d 960000\100000 0,454 24 \u003d 0,881 ili 88,1%

.Odredite količinu Cl primljene dnevno:

x = 960000 g \ 24 g \ mol \u003d 40 000 mol

Pretvaranje u volumen:

h=126785,7 m3

3.a) Nalazimo čisti MgCl 2, za proizvodnju 960 kg Mg.

x = 95 960 \ 24,3 \u003d 3753 kg \u003d 37,53 tona.

b) gubici sa muljem. Od sastava magnezijum elektrolizera, %: 20-35 MgO, 2-5 Mg, 2-6 Fe, 2-4 SiO 2, 0,8-2 TiO 2, 0,4-1,0 C, 35 MgCl2 .

kg - 1000 kg

m shl \u003d 960 kg - masa mulja dnevno.

Dnevno 96 kg mulja: 96 0,35 (MgCl2 sa muljem).

c) gubici sa sublimatima:

kg - 1000 kg

kg sublimira: 48 0,5 = 24 kg MgCl 2 sa sublimatima.

Sve što je potrebno da popunite Mg:

33,6+24=3810,6 kg MgCl2 po danu

Bibliografija

Osnovi metalurgije III

<#"justify">metalurgija Al i Mg. Vetyukov M.M., Tsyplokov A.M.

Tutoring

Trebate pomoć u učenju teme?

Naši stručnjaci će savjetovati ili pružiti usluge podučavanja o temama koje vas zanimaju.
Pošaljite prijavu naznačivši temu upravo sada kako biste saznali o mogućnosti dobivanja konsultacija.

Kalcijum se nalazi u četvrtom velikom periodu, druga grupa, glavna podgrupa, serijski broj elementa je 20. Prema Mendeljejevom periodnom sistemu, atomska težina kalcijuma je 40,08. Formula najvišeg oksida je CaO. Kalcijum ima latinski naziv kalcijum, tako da je simbol atoma elementa Ca.

Karakterizacija kalcijuma kao jednostavne supstance

U normalnim uslovima, kalcijum je srebrno-beli metal. Imajući visoku hemijsku aktivnost, element je u stanju da formira mnoga jedinjenja različitih klasa. Element je od vrijednosti za tehničke i industrijske kemijske sinteze. Metal je široko rasprostranjen u zemljinoj kori: njegov udio je oko 1,5%. Kalcijum spada u grupu zemnoalkalnih metala: kada se rastvori u vodi, daje alkalije, ali u prirodi se javlja u obliku više minerala i. Morska voda sadrži kalcij u visokim koncentracijama (400 mg/l).

čisti natrijum

Karakteristike kalcijuma zavise od strukture njegove kristalne rešetke. Ovaj element ima dvije vrste: kubični centrični i volumenski. Vrsta veze u molekuli je metalna.

Prirodni izvori kalcijuma:

apatit;
alabaster;
gips;
kalcit;
fluorit;
dolomit.

Fizička svojstva kalcijuma i metode za proizvodnju metala

U normalnim uslovima, kalcijum je u čvrstom agregacionom stanju. Metal se topi na 842 °C. Kalcijum je dobar električni i toplotni provodnik. Kada se zagrije, prvo prelazi u tekućinu, a zatim u parno stanje i gubi svoja metalna svojstva. Metal je veoma mekan i može se rezati nožem. Vri na 1484 °C.

Pod pritiskom kalcijum gubi svoja metalna svojstva i električnu provodljivost. Ali tada se obnavljaju metalna svojstva i pojavljuju se svojstva supravodiča, nekoliko puta veća od ostalih u svojim performansama.

Dugo vremena nije bilo moguće dobiti kalcij bez nečistoća: zbog svoje visoke kemijske aktivnosti, ovaj element se u prirodi ne pojavljuje u svom čistom obliku. Element je otkriven početkom 19. stoljeća. Kalcijum kao metal prvi je sintetizirao britanski hemičar Humphrey Davy. Naučnik je otkrio karakteristike interakcije talina čvrstih minerala i soli sa električnom strujom. Danas je elektroliza kalcijumovih soli (mješavine kalcijum i kalij hlorida, mješavine kalcijum fluorida i kalcijum hlorida) i dalje najrelevantnija metoda za proizvodnju metala. Kalcijum se takođe ekstrahuje iz njegovog oksida pomoću aluminotermije, metode uobičajene u metalurgiji.

Hemijska svojstva kalcijuma

Kalcijum je aktivan metal koji ulazi u mnoge interakcije. U normalnim uslovima lako reaguje, formirajući odgovarajuća binarna jedinjenja: sa kiseonikom, halogenima. Kliknite da saznate više o spojevima kalcijuma. Kada se zagrije, kalcij reagira s dušikom, vodonikom, ugljikom, silicijumom, borom, fosforom, sumporom i drugim tvarima. Na otvorenom, trenutno stupa u interakciju s kisikom i ugljičnim dioksidom, pa se prekriva sivim premazom.

Burno reaguje sa kiselinama, ponekad se zapali. U solima, kalcij pokazuje zanimljiva svojstva. Na primjer, pećinski stalaktiti i stalagmiti su kalcijev karbonat, koji se postepeno formira od vode, ugljičnog dioksida i bikarbonata kao rezultat procesa unutar podzemnih voda.

Zbog svoje visoke aktivnosti u normalnom stanju, kalcij se pohranjuje u laboratorijama u tamnom zatvorenom staklenom sudu ispod sloja parafina ili kerozina. Kvalitativna reakcija na jon kalcija je bojenje plamena u bogatu ciglastocrvenu boju.

Kalcijum pretvara plamen u crvenu boju

Metal u sastavu jedinjenja može se identifikovati po nerastvorljivim precipitatima nekih soli elementa (fluorid, karbonat, sulfat, silikat, fosfat, sulfit).

Reakcija vode sa kalcijumom

Kalcijum se čuva u teglama ispod sloja zaštitne tečnosti. Da biste proveli, demonstrirajući kako se odvija reakcija vode i kalcija, ne možete samo dobiti metal i odsjeći željeni komad od njega. Metalni kalcij u laboratoriji je lakše koristiti u obliku strugotina.

Ako nema metalnih strugotina, a u banci su samo veliki komadi kalcija, bit će potrebna kliješta ili čekić. Gotov komad kalcija željene veličine stavlja se u tikvicu ili čašu vode. Kalcijumske strugotine stavljaju se u posudu u vrećicu od gaze.

Kalcijum tone na dno i počinje evolucija vodonika (prvo, na mestu gde se nalazi svež lom metala). Postepeno, gas se oslobađa sa površine kalcijuma. Proces nalikuje brzom ključanju, pri čemu se stvara talog kalcijum hidroksida (gašeno vapno).

gašenje vapna

Komad kalcijuma ispliva, pokupljeni mehurići vodonika. Nakon otprilike 30 sekundi, kalcij se rastvara i voda postaje mutno bijela zbog stvaranja hidroksidne kaše. Ako se reakcija ne odvija u čaši, već u epruveti, može se uočiti evolucija topline: epruveta se brzo zagrije. Reakcija kalcija s vodom ne završava se spektakularnom eksplozijom, ali interakcija dvije supstance se odvija nasilno i izgleda spektakularno. Iskustvo je sigurno.

Ako se vrećica s preostalim kalcijem izvadi iz vode i drži na zraku, nakon nekog vremena, kao rezultat tekuće reakcije, doći će do jakog zagrijavanja, a ostatak u gazi će proključati. Ako se dio zamućene otopine filtrira kroz lijevak u čašu, tada kada se ugljični monoksid CO₂ propušta kroz otopinu, formira se talog. Ovo ne zahtijeva ugljični dioksid - možete uduvati izdahnuti zrak u otopinu kroz staklenu cijev.

Početna / Predavanja 1. godina / Opšta i organska hemija / Pitanje 23. Kalcijum / 2. Fizička i hemijska svojstva

fizička svojstva. Kalcijum je srebrno-beli savitljivi metal koji se topi na 850°C. C i ključa na 1482 stepena. C. Mnogo je tvrđi od alkalnih metala.

Hemijska svojstva. Kalcijum je aktivan metal. Dakle, u normalnim uslovima, lako stupa u interakciju sa atmosferskim kiseonikom i halogenima:

2 Ca + O2 \u003d 2 CaO (kalcijum oksid);

Ca + Br2 = CaBr2 (kalcijum bromid).

Sa vodonikom, dušikom, sumporom, fosforom, ugljikom i drugim nemetalima, kalcij reagira kada se zagrijava:

Ca + H2 = CaH2 (kalcijum hidrid);

3 Ca + N2 = Ca3N2 (kalcijum nitrid);

Ca + S = CaS (kalcijum sulfid);

3 Ca + 2 P = Ca3P2 (kalcijum fosfid);

Ca + 2 C \u003d CaC2 (kalcijum karbid).

Kalcijum sporo reaguje sa hladnom vodom, a veoma energično sa toplom vodom:

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

Kalcijum može oduzeti kiseonik ili halogene oksidima i halogenidima manje aktivnih metala, odnosno ima redukciona svojstva:

5 Ca + Nb2O5 = CaO + 2 Nb;

1. Biti u prirodi
3. Račun
4. Aplikacija

www.medkurs.ru

Kalcij | vodič Pesticides.ru

Za mnoge ljude, znanje o kalcijumu je ograničeno na činjenicu da je ovaj element neophodan za zdrave kosti i zube. Gdje se to još nalazi, zašto je potrebno i koliko je potrebno, nemaju svi ideju. Međutim, kalcij se nalazi u mnogim nama poznatim spojevima, prirodnim i umjetnim. Kreda i vapno, stalaktiti i stalagmiti pećina, drevni fosili i cement, gips i alabaster, mliječni proizvodi i lijekovi protiv osteoporoze - sve to i još mnogo toga bogato je kalcijem.

Ovaj element je prvi nabavio G. Davy 1808. godine, a u početku se nije koristio baš aktivno. Ipak, sada je ovaj metal peti u svijetu po proizvodnji, a potreba za njim je iz godine u godinu sve veća. Glavno područje upotrebe kalcija je proizvodnja građevinskih materijala i mješavina. Međutim, potrebno je za izgradnju ne samo kuća, već i živih ćelija. U ljudskom tijelu kalcij je dio skeleta, omogućava kontrakcije mišića, osigurava zgrušavanje krvi, regulira aktivnost brojnih probavnih enzima i obavlja druge prilično brojne funkcije. Nije manje važno za druge žive objekte: životinje, biljke, gljive, pa čak i bakterije. Istovremeno, potreba za kalcijem je prilično visoka, što ga čini mogućim svrstavanjem u makronutrijent.

Kalcijum (Kalcijum), Ca je hemijski element glavne podgrupe grupe II periodnog sistema Mendeljejeva. Atomski broj - 20. Atomska masa - 40.08.

Kalcijum je zemnoalkalni metal. U slobodnom stanju savitljiv, prilično tvrd, bijeli. Gustina se odnosi na lake metale.

Gustina - 1,54 g/cm3,
Tačka topljenja - +842 ° C,
Tačka ključanja - +1495 ° C.

Kalcijum ima izražena metalna svojstva. U svim jedinjenjima oksidacijsko stanje je +2.

Na zraku je prekriven slojem oksida; kada se zagrije, gori crvenkastim, svijetlim plamenom. Polako reaguje sa hladnom vodom i brzo istiskuje vodonik iz tople vode i formira hidroksid. Kada reaguje sa vodonikom, formira hidride. Na sobnoj temperaturi reaguje sa azotom i formira nitride. Takođe se lako kombinuje sa halogenima i sumporom, obnavlja metalne okside kada se zagreje.

Kalcijum je jedan od najzastupljenijih elemenata u prirodi. U zemljinoj kori njegov sadržaj je 3% masenog udjela. Javlja se u obliku naslaga krede, krečnjaka, mermera (prirodna sorta kalcijum karbonata CaCO3). U velikim količinama nalaze se naslage gipsa (CaSO4 x 2h3O), fosforita (Ca3 (PO4) 2 i raznih silikata koji sadrže kalcijum.

Voda

. Kalcijumove soli su skoro uvek prisutne u prirodnoj vodi. Od njih je samo gips slabo rastvorljiv u njemu. Sa sadržajem ugljen-dioksida u vodi, kalcijum karbonat prelazi u rastvor u obliku bikarbonata Ca(HCO3)2.

tvrda voda

. Prirodna voda s velikom količinom soli kalcija ili magnezija naziva se tvrda.

mekana voda

. Uz mali sadržaj ovih soli ili njihov nedostatak, voda se naziva mekom.

Tla

. Tla su po pravilu dovoljno opskrbljena kalcijumom. A kako se kalcij nalazi u većoj masi u vegetativnom dijelu biljaka, njegovo uklanjanje s usjevom je zanemarljivo.

Gubici kalcijuma iz tla nastaju kao rezultat njegovog ispiranja padavinama. Ovaj proces zavisi od granulometrijskog sastava zemljišta, padavina, biljnih vrsta, oblika i doza vapna i mineralnih đubriva. U zavisnosti od ovih faktora, gubici kalcijuma iz obradivog sloja kreću se od nekoliko desetina do 200–400 kg/ha ili više.

Sadržaj kalcija u različitim tipovima tla

Podzolična tla sadrže 0,73% (suhe tvari tla) kalcija.

Siva šuma - 0,90% kalcijuma.

Černozemi - 1,44% kalcijuma.

Serozems - 6,04% kalcijuma.

U biljci se kalcij nalazi u obliku fosfata, sulfata, karbonata, u obliku soli pektina i oksalne kiseline. Skoro 65% kalcijuma u biljkama može se ekstrahovati vodom. Ostatak se tretira slabom sirćetnom i hlorovodoničnom kiselinom. Najviše kalcija se nalazi u stanicama koje stare.

Simptomi nedostatka kalcija prema:
kulture	simptomi nedostatka
Opšti simptomi	Izbjeljivanje apikalnog pupoljka; Izbjeljivanje mladog lišća; Vrhovi listova su savijeni prema dolje; Rubovi listova se uvijaju;
Krompir	Gornji listovi slabo cvjetaju; Tačka rasta stabljike odumire; Na rubovima listova postoji svijetla pruga, kasnije potamni; Rubovi listova su uvijeni prema gore;
Bijeli kupus i karfiol	Na listovima mladih biljaka, klorotične mrlje (mramora) ili bijele pruge duž rubova; Kod starijih biljaka listovi se uvijaju i na njima se pojavljuju opekotine; Tačka rasta umire
	Završni režnjevi lista odumiru Cvijeće pada; Na vrhu ploda pojavljuje se tamna mrlja koja se povećava kako plod raste (trulež vrha paradajza)
	Vrhunski pupoljci umiru; Rubovi mladih listova se omotavaju, kidaju, a zatim odumiru; Gornji dijelovi izdanaka odumiru; Oštećenje vrhova korijena; U pulpi ploda - smeđe mrlje (gorka rupa); Okus voća se pogoršava; Smanjena tržišnost voća

Funkcije kalcijuma

Djelovanje ovog elementa na biljke je višestrano i po pravilu pozitivno. kalcijum:

Poboljšava metabolizam;
Igra važnu ulogu u kretanju ugljikohidrata;
Utječe na metamorfozu dušičnih tvari;
Ubrzava potrošnju rezervnih proteina semena tokom klijanja;
Igra ulogu u procesu fotosinteze;
snažan antagonist drugih kationa, sprječava njihov prekomjeran ulazak u biljna tkiva;
Utiče na fizičko-hemijska svojstva protoplazme (viskoznost, propusnost, itd.), a time i na normalan tok biohemijskih procesa u biljci;
Jedinjenja kalcija sa pektinom spajaju zidove pojedinačnih ćelija;
Utječe na aktivnost enzima.

Treba napomenuti da se djelovanje spojeva kalcija (kreča) na aktivnost enzima izražava ne samo direktnim djelovanjem, već i zbog poboljšanja fizičko-hemijskih svojstava tla i njegovog režima ishrane. Osim toga, kalciranje tla značajno utječe na procese biosinteze vitamina.

Nedostatak (nedostatak) kalcijuma u biljkama

Nedostatak kalcijuma prvenstveno utiče na razvoj korijenskog sistema. Formiranje korijenskih dlačica prestaje na korijenu. Vanjske ćelije korijena su uništene.

Ovaj simptom se manifestira kako nedostatkom kalcija, tako i neravnotežom u hranljivoj otopini, odnosno prevlašću monovalentnih natrijuma, kalija i vodikovih kationa u njemu.

Osim toga, prisustvo nitratnog azota u zemljišnom rastvoru pojačava protok kalcijuma u biljna tkiva, dok ga amonijak smanjuje.

Znaci izgladnjivanja kalcijumom očekuju se kada je sadržaj kalcijuma manji od 20% kapaciteta katjonske izmjene tla.

Simptomi. Vizuelno, nedostatak kalcijuma se utvrđuje sledećim znakovima:

Na korijenu biljaka uočavaju se oštećeni smeđi vrhovi;
Tačka rasta je deformisana i umire;
Cvjetovi, jajnici i pupoljci otpadaju;
Plodovi su oštećeni nekrozom;
Listovi su hlorotični;
Vrhunski pupoljak odumire, a rast stabljike prestaje.

Kupus, lucerka, detelina su veoma osetljivi na prisustvo kalcijuma. Utvrđeno je da ove iste biljke karakteriše i povećana osjetljivost na kiselost tla.

Trovanje mineralnim kalcijumom rezultira intervenalnom hlorozom sa bjelkastim nekrotičnim mrljama. Mogu biti obojene ili imati koncentrične prstenove ispunjene vodom. Neke biljke reagiraju na višak kalcija rastućim lisnim rozetama, odumiranjem izdanaka i opadanjem lišća. Simptomi su po izgledu slični nedostatku gvožđa i magnezijuma.

Izvor nadoknade kalcijuma u tlu su vapnena gnojiva. Podijeljeni su u tri grupe:

Tvrde vapnenačke stijene;
Meke vapnenačke stijene;
Industrijski otpad sa visokim sadržajem vapna.

Tvrde krečnjačke stijene prema sadržaju CaO i MgO dijele se na:

krečnjaci (55–56% CaO i do 0,9% MgO);
dolomitski krečnjaci (42–55% CaO i do 9% MgO);
dolomiti (32–30% CaO i 18–20% MgO).

Krečnjaci

- osnovna krečna đubriva. Sadrži 75–100% Ca i Mg oksida u smislu CaCO3.

Dolomitizovani krečnjak

. Sadrži 79-100% aktivnog sastojka (a.i.) u smislu CaCO3. Preporučuje se u plodoredu sa krompirom, mahunarkama, lanom, korenastim usjevima, kao i na jako podzolizovanim zemljištima.

Lapor

. Sadrži do 25-15% CaCO3 i nečistoće u obliku gline sa pijeskom do 20-40%. Deluje polako. Preporučuje se za upotrebu na lakim zemljištima.

Kreda

. Sadrži 90–100% CaCO3. Djelovanje je brže nego kod krečnjaka. To je vrijedno krečno gnojivo u fino mljevenom obliku.

spaljeni kreč

(CaO). Sadržaj CaCO3 je preko 70%. Karakterizira se kao jak i brzodjelujući materijal za vapnenje.

Gašeno vapno

(Ca(OH)2). Sadržaj CaCO3 je 35% ili više. Takođe je jako i brzo delujuće krečno đubrivo.

Dolomitno brašno

. Sadržaj CaCO3 i MgCO3 je oko 100%. Sporije u akciji od vapnenačkih tufova. Obično se koristi tamo gde je potreban magnezijum.

krečnjački tufovi

. Sadržaj CaCO3 je 15–96%, nečistoće su do 25% gline i pijeska, 0,1% P2O5. Djelovanje je brže nego kod krečnjaka.

Blato za nuždu (defekacija)

. Sastoji se od CaCO3 i Ca(OH)2. Sadržaj vapna na CaO je do 40%. Prisutan je i azot - 0,5% i P2O5 - 1-2%. Ovo je otpad iz fabrika šećerne repe. Preporučuje se za upotrebu ne samo za smanjenje kiselosti tla, već iu područjima uzgoja repe na černozemskim tlima.

Cikloni pepela iz škriljaca

. Suvi usitnjeni materijal. Sadržaj aktivne supstance je 60-70%. Odnosi se na industrijski otpad.

Prašina iz peći i cementara

. Sadržaj CaCO3 mora biti veći od 60%. U praksi se koristi na farmama koje se nalaze u neposrednoj blizini cementara.

Metalurška šljaka

. Koristi se u regijama Urala i Sibira. Nehigroskopan, lak za prskanje. Mora sadržavati najmanje 80% CaCO3, imati sadržaj vlage ne veći od 2%. Važan je granulometrijski sastav: 70% - manje od 0,25 mm, 90% - manje od 0,5 mm.

organska đubriva. Sadržaj Ca u odnosu na CaCO3 iznosi 0,32–0,40%.

Fosfatno brašno. Sadržaj kalcija je 22% CaCO3.

Vapnena đubriva se ne koriste samo za obezbeđivanje tla i biljaka kalcijumom. Osnovna svrha njihove upotrebe je vapnenje tla. Ovo je metoda hemijske rekultivacije. Usmjeren je na neutralizaciju viška kiselosti tla, poboljšanje njegovih agrofizičkih, agrohemijskih i bioloških svojstava, snabdijevanje biljaka magnezijumom i kalcijumom, mobilizaciju i imobilizaciju makroelemenata i mikroelemenata, stvaranje optimalnih vodno-fizičkih, fizičkih i zračnih uslova za život gajenih biljaka.

Efikasnost krečenja tla

Uporedo sa zadovoljavanjem potreba biljaka za kalcijumom kao elementom mineralne ishrane, vapnenje dovodi do višestrukih pozitivnih promena u zemljištu.

Utjecaj kamenca na svojstva nekih tla

Kalcij potiče koagulaciju koloida tla i sprječava njihovo ispiranje. To dovodi do lakše obrade tla i poboljšane aeracije.

Kao rezultat kamencanja:

pješčana humusna tla povećavaju svoj kapacitet upijanja vode;
na teškim glinovitim tlima formiraju se agregati i grudve tla koji poboljšavaju vodopropusnost.

Konkretno, organske kiseline se neutraliziraju i H-joni se istiskuju iz apsorbirajućeg kompleksa. To dovodi do eliminacije razmjene i smanjenja hidrolitičke kiselosti tla. Istovremeno, dolazi do poboljšanja kationskog sastava apsorbirajućeg kompleksa tla, što nastaje zbog promjene jona vodonika i aluminija u katione kalcija i magnezija. Time se povećava stepen zasićenosti tla bazama i povećava kapacitet upijanja.

Utjecaj kamenca na snabdijevanje biljaka dušikom

Nakon vapnenja, pozitivna agrohemijska svojstva tla i njegova struktura mogu se očuvati nekoliko godina. Ovo doprinosi stvaranju povoljnih uslova za unapređenje korisnih mikrobioloških procesa za mobilizaciju nutrijenata. Pojačava se aktivnost amonifikatora, nitrifikatora, bakterija koje fiksiraju dušik koje slobodno žive u tlu.

Vapnenje pomaže u povećanju reprodukcije kvržičnih bakterija i poboljšanju opskrbe dušikom biljke domaćina. Utvrđeno je da bakterijska đubriva gube svoju efikasnost na kiselim zemljištima.

Utjecaj kamenca na opskrbu biljaka elementima pepela

Vapnenje doprinosi opskrbi biljke elementima pepela, budući da je pojačana aktivnost bakterija koje razgrađuju organske spojeve fosfora u tlu i potiču prelazak željeznih i aluminijskih fosfata u kalcijum fosfatne soli dostupne biljkama. Vapnenje kiselih tla pospješuje mikrobiološke i biokemijske procese, što zauzvrat povećava količinu nitrata, kao i asimilabilnih oblika fosfora i kalija.

Utjecaj kamenca na oblike i dostupnost makronutrijenata i elemenata u tragovima

Vapnenje povećava količinu kalcija, a kada se koristi dolomitno brašno - magnezija. Istovremeno, toksični oblici mangana i aluminija postaju netopivi i prelaze u precipitirani oblik. Dostupnost elemenata kao što su gvožđe, bakar, cink, mangan opada. Azot, sumpor, kalijum, kalcijum, magnezijum, fosfor i molibden postaju sve dostupniji.

Utjecaj kamencanja na djelovanje fiziološki kiselih gnojiva

Vapnenje povećava efikasnost fiziološki kiselih mineralnih đubriva, posebno amonijaka i potaše.

Pozitivan učinak fiziološki kiselih gnojiva blijedi bez vapna, a vremenom se može pretvoriti u negativan. Dakle, na oplođenim mestima prinosi su čak i manji nego na neđubrenim. Kombinacija kamencanja sa upotrebom đubriva povećava njihovu efikasnost za 25-50%.

Kačenjem se aktiviraju enzimski procesi u tlu, koji posredno ocjenjuju njegovu plodnost.

Sastavio: Grigorovskaya P.I.

Stranica dodana: 13.12.05. 00:40

Posljednje ažurirano: 22.05.14 16:25

Književni izvori:

Glinka N.L. Opća hemija. Udžbenik za univerzitete. Izdavač: L: Hemija, 1985, str.731

Mineev V.G. Agrohemija: Udžbenik - 2. izdanje, prerađeno i dopunjeno - M.: Izdavačka kuća MGU, Izdavačka kuća KolosS, 2004. - 720 str., L. ill.: ill. – (Klasični univerzitetski udžbenik).

Petrov B.A., Seliverstov N.F. Mineralna ishrana biljaka. Referentni priručnik za studente i baštovane. Jekaterinburg, 1998. 79 str.

Enciklopedija za djecu. Tom 17. Hemija. / Head. ed. V.A. Volodin. - M.: Avanta +, 2000. - 640 str., ilustr.

Yagodin B.A., Žukov Yu.P., Kobzarenko V.I. Agrohemija / Uredio B.A. Jagodina - M.: Kolos, 2002. - 584 str.: mulj (Udžbenici i nastavna sredstva za studente visokoškolskih ustanova).

Slike (remasterirane):

20 Ca kalcijum, pod licencom CC BY

Nedostatak kalcijuma u pšenici, CIMMYT, licenciran pod CC BY-NC-SA

www.pesticidy.ru

Kalcijum i njegova uloga za čovečanstvo - Hemija

Kalcijum i njegova uloga za čovečanstvo

Uvod

Biti u prirodi

Potvrda

Physical Properties

Hemijska svojstva

Upotreba jedinjenja kalcijuma

Biološka uloga

Zaključak

Bibliografija

Uvod

Kalcijum je element glavne podgrupe druge grupe, četvrtog perioda periodnog sistema hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva, sa atomskim brojem 20. Označava se simbolom Ca (lat. Kalcijum). Jednostavna supstanca kalcijum (CAS broj: 7440-70-2) je meki, reaktivni, srebrno-bijeli zemnoalkalni metal.

Uprkos sveprisutnosti elementa #20, čak ni hemičari nisu vidjeli elementarni kalcij. Ali ovaj metal, kako izvana tako i po ponašanju, potpuno se razlikuje od alkalnih metala, kontakt s kojima je prepun opasnosti od požara i opekotina. Može se bezbedno čuvati na vazduhu, ne pali se od vode. Mehanička svojstva elementarnog kalcijuma ga ne čine „crnom ovcom“ u porodici metala: kalcijum nadmašuje mnoge od njih po snazi i tvrdoći; može se okretati na strugu, uvlačiti u žicu, kovati, presovati.

Pa ipak, elementarni kalcij se gotovo nikada ne koristi kao strukturni materijal. Previše je aktivan za to. Kalcijum lako reaguje sa kiseonikom, sumporom, halogenima. Čak i sa azotom i vodonikom, pod određenim uslovima, reaguje. Okolina ugljikovih oksida, inertna za većinu metala, agresivna je za kalcij. Gori u atmosferi CO i CO2.

Istorijat i porijeklo imena

Naziv elementa dolazi od lat. calx (u genitivu calcis) -- "kreč", "meki kamen". Predložio ga je engleski hemičar Humphrey Davy, koji je 1808. godine izolovao metalni kalcij elektrolitičkom metodom. Davy je elektrolizirao mješavinu vlažnog gašenog vapna sa živinim oksidom HgO na platinskoj ploči, koja je bila anoda. Kao katoda služila je platinska žica uronjena u tečnu živu. Kao rezultat elektrolize, dobijen je kalcijum amalgam. Nakon što je otjerao živu iz njega, Davy je primio metal nazvan kalcijum.

Jedinjenja kalcijuma - krečnjak, mermer, gips (kao i kreč - proizvod sagorevanja krečnjaka) koriste se u građevinarstvu pre nekoliko milenijuma. Sve do kraja 18. veka, hemičari su smatrali da je kreč jednostavno telo. A. Lavoisier je 1789. godine sugerirao da su vapno, magnezijum, barit, glinica i silicijum kompleksne supstance.

Biti u prirodi

Zbog visoke hemijske aktivnosti kalcijum u slobodnom obliku u prirodi nije pronađen.

Kalcijum čini 3,38% mase zemljine kore (5. mesto po obilju posle kiseonika, silicijuma, aluminijuma i gvožđa).

Izotopi. Kalcijum se u prirodi javlja u obliku mešavine šest izotopa: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca i 48Ca, među kojima je najčešći – 40Ca – 96,97%.

Od šest prirodno prisutnih izotopa kalcijuma, pet je stabilno. Šesti izotop 48Ca, najteži od šest i vrlo rijedak (njegova izotopska zastupljenost je samo 0,187%), nedavno je otkriveno da podliježe dvostrukom beta raspadu s vremenom poluraspada od 5,3×1019 godina.

u stijenama i mineralima. Najviše kalcija sadržano je u sastavu silikata i aluminosilikata raznih stijena (granita, gnajsa, itd.), posebno u feldspatu - anortitu Ca.

U obliku sedimentnih stijena, spojevi kalcija su predstavljeni kredom i krečnjakom, koji se uglavnom sastoje od minerala kalcita (CaCO3). Kristalni oblik kalcita, mramora, mnogo je rjeđi u prirodi.

Prilično su rasprostranjeni minerali kalcijuma kao što su kalcit CaCO3, anhidrit CaSO4, alabaster CaSO4 0,5h3O i gips CaSO4 2h3O, fluorit CaF2, apatiti Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), dolomit MgCO3 CaCO3. Prisustvo soli kalcija i magnezija u prirodnoj vodi određuje njenu tvrdoću.

Kalcijum, koji snažno migrira u zemljinoj kori i akumulira se u različitim geohemijskim sistemima, formira 385 minerala (četvrti po broju minerala).

Migracije u zemljinoj kori. U prirodnoj migraciji kalcija, značajnu ulogu igra "karbonatna ravnoteža", povezana s reverzibilnom reakcijom interakcije kalcijevog karbonata s vodom i ugljičnim dioksidom s stvaranjem rastvorljivog bikarbonata:

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

(ravnoteža se pomiče lijevo ili desno ovisno o koncentraciji ugljičnog dioksida).

biogene migracije. U biosferi, jedinjenja kalcijuma se nalaze u gotovo svim životinjskim i biljnim tkivima (vidi i dole). Značajna količina kalcijuma je deo živih organizama. Dakle, hidroksiapatit Ca5 (PO4) 3OH, ili, na drugi način, 3Ca3 (PO4) 2 Ca (OH) 2 je osnova koštanog tkiva kičmenjaka, uključujući i ljude; ljuske i ljuske mnogih beskičmenjaka, ljuske jaja i dr. sastoje se od kalcijum karbonata CaCO3.U živim tkivima ljudi i životinja 1,4-2% Ca (po masenom udjelu); u ljudskom tijelu težine 70 kg, sadržaj kalcija je oko 1,7 kg (uglavnom u sastavu međućelijske tvari koštanog tkiva).

Potvrda

Slobodni metalni kalcij se dobija elektrolizom taline koja se sastoji od CaCl2 (75-80%) i KCl ili od CaCl2 i CaF2, kao i aluminotermnom redukcijom CaO na 1170-1200 °C:

4CaO + 2Al = CaAl2O4 + 3Ca.

Physical Properties

Metalni kalcijum postoji u dvije alotropske modifikacije. Do 443 °C, stabilan?-Ca sa kubičnom rešetkom usredsređenom na lice (parametar a = 0,558 nm), iznad stabilnog?-Ca sa kubičnom centriranom rešetkom tipa?-Fe (parametar a = 0,448 nm) . Standardna entalpija?H0 prijelaz? > ? je 0,93 kJ/mol.

Hemijska svojstva

Kalcijum je tipičan zemnoalkalni metal. Hemijska aktivnost kalcijuma je visoka, ali niža od svih ostalih zemnoalkalnih metala. Lako reaguje sa kiseonikom, ugljen-dioksidom i vlagom u vazduhu, zbog čega je površina metalnog kalcijuma obično mutno siva, pa se kalcijum obično skladišti u laboratoriji, kao i drugi zemnoalkalni metali, u dobro zatvorenoj tegli ispod sloja. kerozina ili tečnog parafina.

U nizu standardnih potencijala, kalcijum se nalazi lijevo od vodonika. Standardni elektrodni potencijal Ca2+/Ca0 para je ?2,84 V, tako da kalcijum aktivno reaguje sa vodom, ali bez paljenja:

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

Sa aktivnim nemetalima (kiseonik, hlor, brom), kalcij reaguje u normalnim uslovima:

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

Kada se zagrije na zraku ili kisiku, kalcij se zapali. Sa manje aktivnim nemetalima (vodikom, borom, ugljikom, silicijumom, dušikom, fosforom i drugima), kalcij stupa u interakciju kada se zagrijava, na primjer:

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

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

3Ca + 2P = Ca3P2 (

kalcijum fosfid), poznati su i kalcijum fosfidi sastava CaP i CaP5;

2Ca + Si = Ca2Si

(kalcijum silicid), poznati su i kalcijum silicidi sastava CaSi, Ca3Si4 i CaSi2.

Tijek gore navedenih reakcija u pravilu je praćen oslobađanjem velike količine topline (odnosno, ove reakcije su egzotermne). U svim jedinjenjima sa nemetalima, oksidaciono stanje kalcijuma je +2. Većina spojeva kalcija s nemetalima lako se razgrađuje vodom, na primjer:

CaH2 + 2H2O \u003d Ca (OH) 2 + 2H2 ^,

Ca3N2 + 3H2O = 3Ca(OH)2 + 2Nh4^.

Ca2+ jon je bezbojan. Kada se u plamen dodaju rastvorljive soli kalcijuma, plamen postaje cigleno crven.

Kalcijumove soli kao što su CaCl2 hlorid, CaBr2 bromid, CaI2 jodid i Ca(NO3)2 nitrat su visoko rastvorljive u vodi. CaF2 fluorid, CaCO3 karbonat, CaSO4 sulfat, Ca3(PO4)2 ortofosfat, CaC2O4 oksalat i neki drugi su nerastvorljivi u vodi.

Od velikog značaja je činjenica da je, za razliku od kalcijum karbonata CaCO3, kiseli kalcijum karbonat (hidrokarbonat) Ca(HCO3)2 rastvorljiv u vodi. U prirodi to dovodi do sljedećih procesa. Kada hladna kišnica ili riječna voda, zasićena ugljičnim dioksidom, prodre pod zemlju i padne na krečnjake, uočava se njihovo otapanje:

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

Na istim mjestima gdje voda zasićena kalcijum bikarbonatom izlazi na površinu zemlje i zagrijava se sunčevim zracima, događa se obrnuta reakcija:

Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2^ + H2O.

Dakle, u prirodi postoji prijenos velikih masa tvari. Kao rezultat toga, pod zemljom se mogu formirati ogromne praznine, a u pećinama se formiraju prekrasne kamene "leđice" - stalaktiti i stalagmiti.

Prisustvo rastvorenog kalcijum bikarbonata u vodi u velikoj meri određuje privremenu tvrdoću vode. Naziva se privremenim jer kada se voda prokuva, bikarbonat se razgrađuje, a CaCO3 taloži. Ova pojava dovodi, na primjer, do činjenice da se kamenac stvara u kotliću s vremenom.

Primjena metalnog kalcija

Glavna upotreba metalnog kalcija je kao redukciono sredstvo u proizvodnji metala, posebno nikla, bakra i nerđajućeg čelika. Kalcijum i njegov hidrid se takođe koriste za dobijanje teško obnovivih metala kao što su hrom, torijum i uranijum. Legure kalcijuma sa olovom koriste se u baterijama i legurama ležajeva. Granule kalcijuma se također koriste za uklanjanje tragova zraka iz elektrovakuum uređaja.

Metalthermy

Čisti metalni kalcij se široko koristi u metalotermiji za dobivanje rijetkih metala.

Legiranje

Čisti kalcij se koristi za legiranje olova, koje se koristi za proizvodnju ploča akumulatora, starter olovnih baterija bez održavanja i niskog samopražnjenja. Takođe, metalni kalcij se koristi za proizvodnju visokokvalitetnih kalcijumskih babbita BKA.

Nuklearna fuzija

Izotop 48Ca je najefikasniji i široko korišten materijal za proizvodnju superteških elemenata i otkrivanje novih elemenata u periodnom sistemu. Na primjer, u slučaju korištenja 48Ca jona za proizvodnju superteških elemenata u akceleratorima, jezgra ovih elemenata se formiraju stotine i hiljade puta efikasnije nego kada se koriste drugi "projektili" (joni).

Upotreba jedinjenja kalcijuma

kalcijum hidrid. Zagrevanjem kalcijuma u atmosferi vodika dobija se Cah3 (kalcijum hidrid) koji se koristi u metalurgiji (metalotermija) i u proizvodnji vodonika na terenu.

Optički i laserski materijali Kalcijum fluorid (fluorit) se koristi u obliku monokristala u optici (astronomski objektivi, sočiva, prizme) i kao laserski materijal. Kalcijum volframat (šeelit) u obliku monokristala se koristi u laserskoj tehnologiji, a takođe i kao scintilator.

kalcijum karbida. Kalcijum karbid CaC2 se široko koristi za dobijanje acetilena i redukciju metala, kao i za proizvodnju kalcijum cijanamida (zagrevanjem kalcijum karbida u azotu na 1200°C, reakcija je egzotermna, odvija se u pećima na cijanamidu).

Hemijski izvori struje. Kalcij, kao i njegove legure s aluminijem i magnezijem, koriste se u rezervnim termalnim električnim baterijama kao anoda (na primjer, kalcij-kromatni element). Kalcijum hromat se koristi u takvim baterijama kao katoda. Karakteristika ovakvih baterija je izuzetno dug vijek trajanja (decenijama) u upotrebljivom stanju, sposobnost rada u svim uvjetima (prostor, visoki pritisci), visoka specifična energija po težini i zapremini. Nedostatak je kratko trajanje. Takve baterije se koriste tamo gdje je potrebno za kratko vrijeme stvoriti kolosalnu električnu energiju (balističke rakete, neke svemirske letjelice itd.).

Vatrostalni materijali. Kalcijum oksid, kako u slobodnom obliku, tako i kao deo keramičkih mešavina, koristi se u proizvodnji vatrostalnih materijala.

Lijekovi. Jedinjenja kalcijuma se široko koriste kao antihistaminici.

Kalcijum hlorid

Kalcijum glukonat

kalcijum glicerofosfat

Osim toga, spojevi kalcija se uvode u preparate za prevenciju osteoporoze, u vitaminske komplekse za trudnice i starije osobe.

Biološka uloga

Kalcijum je uobičajen makronutrijent u biljkama, životinjama i ljudima. Kod ljudi i drugih kralježnjaka, većina se nalazi u skeletu i zubima u obliku fosfata. Skeleti većine grupa beskičmenjaka (spužve, koralni polipi, mekušci, itd.) sastavljeni su od različitih oblika kalcijum karbonata (kreč). Kalcijumovi joni su uključeni u procese zgrušavanja krvi, kao i u održavanju konstantnog osmotskog pritiska krvi. Kalcijumovi joni takođe služe kao jedan od univerzalnih sekundarnih glasnika i regulišu niz intracelularnih procesa – kontrakciju mišića, egzocitozu, uključujući lučenje hormona i neurotransmitera itd. Koncentracija kalcijuma u citoplazmi ljudskih ćelija je oko 10–7 mol, u međućelijskim tečnostima oko 10 ?3 mol.

Potreba za kalcijumom zavisi od starosti. Za odrasle potrebna dnevna doza je od 800 do 1000 miligrama (mg), a za djecu od 600 do 900 mg, što je za djecu veoma važno zbog intenzivnog rasta skeleta. Najveći dio kalcija koji s hranom ulazi u ljudski organizam nalazi se u mliječnim proizvodima, ostatak kalcijuma nalazi se u mesu, ribi i nekim biljnim namirnicama (posebno su bogate mahunarke). Apsorpcija se odvija i u debelom i u tankom crijevu, a olakšava je kiselo okruženje, vitamin D i vitamin C, laktoza i nezasićene masne kiseline. Važna je i uloga magnezijuma u metabolizmu kalcijuma, sa njegovim nedostatkom, kalcijum se „ispire“ iz kostiju i taloži u bubrezima (kamen u bubrezima) i mišićima.

Asimilaciju kalcijuma sprečavaju aspirin, oksalna kiselina, derivati estrogena. U kombinaciji s oksalnom kiselinom, kalcij daje u vodi netopiva jedinjenja koja su sastavni dio bubrežnih kamenaca.

Zbog velikog broja procesa povezanih s kalcijem, sadržaj kalcija u krvi je precizno reguliran, a pravilnom ishranom ne dolazi do manjka. Dugotrajno izostanak s ishrane može uzrokovati grčeve, bolove u zglobovima, pospanost, poremećaje u rastu i zatvor. Dublji nedostatak dovodi do trajnih grčeva mišića i osteoporoze. Zloupotreba kafe i alkohola mogu biti uzroci nedostatka kalcijuma, jer se dio izlučuje urinom.

Prevelike doze kalcijuma i vitamina D mogu uzrokovati hiperkalcemiju, praćenu intenzivnom kalcizacijom kostiju i tkiva (uglavnom zahvaćajući urinarni sistem). Produženi višak narušava rad mišićnog i nervnog tkiva, povećava zgrušavanje krvi i smanjuje apsorpciju cinka od strane koštanih stanica. Maksimalna dnevna sigurna doza za odraslu osobu je 1500 do 1800 miligrama.

Proizvodi Kalcijum, mg/100 g

Sesam 783

Kopriva 713

Sljezova šuma 505

Plantain veliki 412

Galinsoga 372

Sardine u ulju 330

Budra bršljan 289

Šipak 257

Badem 252

Plantain lanceolate. 248

lješnjak 226

Seme amaranta 214

Potočarka 214

Zrna soje suhe 201

Djeca do 3 godine - 600 mg.

Djeca od 4 do 10 godina - 800 mg.

Djeca od 10 do 13 godina - 1000 mg.

Adolescenti od 13 do 16 godina - 1200 mg.

Mladi 16 i stariji - 1000 mg.

Odrasli od 25 do 50 godina - 800 do 1200 mg.

Trudnice i dojilje - 1500 do 2000 mg.

Zaključak

Kalcijum je jedan od najzastupljenijih elemenata na zemlji. U prirodi ga ima dosta: planinski lanci i glinene stijene nastaju od kalcijevih soli, nalazi se u morskoj i riječnoj vodi, dio je biljnih i životinjskih organizama.

Kalcij stalno okružuje građane: gotovo svi glavni građevinski materijali - beton, staklo, cigla, cement, vapno - sadrže ovaj element u značajnim količinama.

Naravno, imajući takva hemijska svojstva, kalcijum se ne može naći u prirodi u slobodnom stanju. Ali spojevi kalcija - i prirodni i umjetni - postali su od najveće važnosti.

Bibliografija

1. Uredništvo: Knunyants I. L. (glavni urednik) Hemijska enciklopedija: u 5 tomova - Moskva: Sovjetska enciklopedija, 1990. - T. 2. - S. 293. - 671 str.

2. Doronin. N. A. Kaltsy, Goshimizdat, 1962. 191 stranica sa ilustracijama.

3. Dotsenko VA. - Terapeutska i preventivna ishrana. - Q. ishrana, 2001 - N1-str.21-25

4. Bilezikian J. P. Kalcij i metabolizam kostiju // U: K. L. Becker, ur.

www.e-ng.ru

svet nauke

Kalcijum je metalni element glavne podgrupe II grupe 4 perioda periodnog sistema hemijskih elemenata. Pripada porodici zemnoalkalnih metala. Vanjski energetski nivo atoma kalcija sadrži 2 uparena s-elektrona

Koje je u stanju dati energetski tokom hemijskih interakcija. Dakle, kalcijum je redukcioni agens i u svojim jedinjenjima ima oksidaciono stanje +2. U prirodi se kalcijum javlja samo u obliku soli. Maseni udio kalcijuma u zemljinoj kori je 3,6%. Glavni prirodni mineral kalcijuma je kalcit CaCO3 i njegove vrste - krečnjak, kreda, mermer. Postoje i živi organizmi (na primjer, koralji), čija se okosnica sastoji uglavnom od kalcijum karbonata. Takođe važni minerali kalcijuma su dolomit CaCO3 MgCO3, fluorit CaF2, gips CaSO4 2h3O, apatit, feldspat itd. Kalcijum igra važnu ulogu u životu živih organizama. Maseni udio kalcijuma u ljudskom tijelu je 1,4-2%. Ulazi u sastav zuba, kostiju, drugih tkiva i organa, učestvuje u procesu zgrušavanja krvi, stimuliše rad srca. Da bi organizam obezbedio dovoljnu količinu kalcijuma, neophodno je konzumirati mleko i mlečne proizvode, zeleno povrće, ribu.Prosta supstanca kalcijum je tipičan srebrno-beli metal. Prilično je tvrd, plastičan, ima gustinu 1,54 g/cm3 i tačku topljenja 842? C. Hemijski, kalcijum je veoma aktivan. U normalnim uslovima lako stupa u interakciju sa kiseonikom i vlagom u vazduhu, pa se skladišti u hermetički zatvorenim posudama. Kada se zagreje na vazduhu, kalcijum se zapali i formira oksid: 2Ca + O2 = 2CaO Kalcijum reaguje sa hlorom i bromom kada se zagreje, a sa fluorom čak i na hladnom. Produkti ovih reakcija su odgovarajući halogenidi, na primjer: Ca + Cl2 = CaCl2 Kada se kalcij zagrije sa sumporom, nastaje kalcijum sulfid: Ca + S = CaS. Kalcijum može reagirati i sa drugim nemetalima. Interakcija s vodom dovodi do stvaranja slabo rastvorljivog kalcijum hidroksida i evolucije gasovitog vodonika : Ca + 2h3O = Ca (OH) 2 + h3 Metalni kalcijum se široko koristi. Koristi se kao rozkisnik u proizvodnji čelika i legura, kao redukciono sredstvo za proizvodnju nekih vatrostalnih metala.

Kalcijum se dobija elektrolizom taline kalcijum hlorida. Tako je kalcijum prvi put nabavio 1808. Humphry Davy.

worldofscience.ru

Kalcijum je element glavne podgrupe druge grupe, četvrtog perioda periodnog sistema hemijskih elemenata, sa atomskim brojem 20. Označava se simbolom Ca (lat. Kalcijum). Jednostavna supstanca kalcijum (CAS broj: 7440-70-2) je meki, reaktivni, srebrno-bijeli zemnoalkalni metal.

Istorijat i porijeklo imena

Naziv elementa dolazi od lat. calx (u genitivu calcis) - "kreč", "meki kamen". Predložio ga je engleski hemičar Humphrey Davy, koji je 1808. godine izolovao metalni kalcij elektrolitičkom metodom. Davy je elektrolizirao mješavinu vlažnog gašenog vapna sa živinim oksidom HgO na platinskoj ploči, koja je bila anoda. Kao katoda služila je platinska žica uronjena u tečnu živu. Kao rezultat elektrolize, dobijen je kalcijum amalgam. Nakon što je otjerao živu iz njega, Davy je primio metal nazvan kalcijum.
Jedinjenja kalcijuma - krečnjak, mermer, gips (kao i kreč - proizvod sagorevanja krečnjaka) koriste se u građevinarstvu pre nekoliko milenijuma. Sve do kraja 18. veka, hemičari su smatrali da je kreč jednostavno telo. A. Lavoisier je 1789. godine sugerirao da su vapno, magnezijum, barit, glinica i silicijum kompleksne supstance.

Potvrda

Slobodni metalni kalcij se dobija elektrolizom taline koja se sastoji od CaCl 2 (75-80%) i KCl ili od CaCl 2 i CaF 2, kao i aluminotermnom redukcijom CaO na 1170-1200 °C:
4CaO + 2Al → CaAl 2 O 4 + 3Ca.

Physical Properties

Metalni kalcijum postoji u dvije alotropske modifikacije. Do 443 °C, α-Ca sa kubičnom lice-centriranom rešetkom je stabilan (parametar a = 0,558 nm), iznad β-Ca je stabilan sa kubičnom tjelesno centriranom rešetkom tipa α-Fe (parametar a = 0,448 nm). Standardna entalpija ΔH 0 prelaza α → β je 0,93 kJ/mol.
Postepenim povećanjem pritiska počinje da pokazuje svojstva poluprovodnika, ali ne postaje poluprovodnik u punom smislu te reči (više nije ni metal). Daljnjim povećanjem pritiska, vraća se u metalno stanje i počinje da ispoljava supravodljiva svojstva (temperatura supravodljivosti je šest puta viša od one kod žive, a po vodljivosti daleko nadmašuje sve ostale elemente). Jedinstveno ponašanje kalcijuma je na mnogo načina slično stroncijumu (tj. paralele u periodnom sistemu su očuvane).