U normalnim uvjetima, kalcij reagira sa. Kalcij i njegove karakteristike

Kalcij

KALCIJ-ja; m.[od lat. calx (calcis) - vapno] Kemijski element (Ca), srebrnobijeli metal koji ulazi u sastav vapnenca, mramora i dr.

◁ Kalcij, oh, oh. K soli.

kalcij

(lat. Calcium), kemijski element II skupine periodnog sustava pripada zemnoalkalijskim metalima. Naziv od lat. calx, genitiv calcis - vapno. Srebrno-bijeli metal, gustoća 1,54 g/cm 3, t pl 842ºC. Na uobičajenim temperaturama lako oksidira na zraku. Po rasprostranjenosti u zemljinoj kori nalazi se na 5. mjestu (minerali kalcit, gips, fluorit itd.). Kao aktivni redukcijski agens koristi se za dobivanje U, Th, V, Cr, Zn, Be i drugih metala iz njihovih spojeva, za dezoksidaciju čelika, bronce i dr. Ulazi u sastav antifrikcijskih materijala. Spojevi kalcija koriste se u građevinarstvu (vapno, cement), pripravci kalcija koriste se u medicini.

KALCIJ

KALCIJ (lat. Calcium), Ca (čitaj “kalcij”), kemijski element s atomskim brojem 20, nalazi se u četvrtoj periodi u skupini IIA Mendeljejevljevog periodnog sustava elemenata; atomska masa 40.08. Pripada zemnoalkalnim elementima (cm. ZEMNOALKALNIJSKI METALI).
Prirodni kalcij sastoji se od mješavine nuklida (cm. NUKLID) s masenim brojevima 40 (u smjesi maseni udio 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 gotovo svim spojevima oksidacijsko stanje kalcija je +2 (valencija II).
Polumjer neutralnog atoma kalcija je 0,1974 nm, polumjer iona Ca 2+ je od 0,114 nm (za koordinacijski broj 6) do 0,148 nm (za koordinacijski broj 12). Energije sekvencijalne ionizacije neutralnog atoma kalcija su 6,133, 11,872, 50,91, 67,27 i 84,5 eV. Prema Paulingovoj ljestvici, elektronegativnost kalcija je oko 1,0. U svom slobodnom obliku, kalcij je srebrno-bijeli metal.
Povijest otkrića
Spojevi kalcija se nalaze posvuda u prirodi, pa su čovječanstvu poznati od davnina. Vapno se od davnina koristilo u građevinarstvu (cm. VAPNO)(živo vapno i gašeno vapno), koja se dugo smatrala jednostavnom tvari, “zemljom”. Međutim, 1808. engleski znanstvenik G. Davy (cm. DAVY Humphrey) uspio iz vapna dobiti novi metal. Da bi to učinio, Davy je podvrgao elektrolizi mješavinu blago navlaženog gašenog vapna sa živinim oksidom i izolirao novi metal iz amalgama formiranog na živinoj katodi, koji je nazvao kalcijem (od latinskog calx, rod calcis - vapno). U Rusiji se neko vrijeme ovaj metal nazivao "kalciranje".
Biti u prirodi
Kalcij je jedan od najčešćih elemenata na Zemlji. Čini 3,38% mase zemljine kore (5. po zastupljenosti nakon kisika, silicija, aluminija i željeza). Zbog visoke kemijske aktivnosti, kalcij se u prirodi ne pojavljuje u slobodnom obliku. Najviše kalcija nalazi se u silikatima (cm. SILIKATI) i alumosilikati (cm. ALUMINIJEVI SILIKATI) razne stijene (graniti (cm. GRANIT), gnajsovi (cm. GNAJS) i tako dalje.). U obliku sedimentnih stijena spojevi kalcija predstavljeni su kredom i vapnencima, koji se uglavnom sastoje od minerala kalcita (cm. KALCIT)(CaCO3). Kristalni oblik kalcita - mramor - mnogo je rjeđi u prirodi.
Minerali kalcija kao što je vapnenac prilično su česti (cm. VAPNENAC) CaCO3, anhidrit (cm. ANHIDRIT) CaSO 4 i gips (cm. GIPS) CaSO 4 2H 2 O, fluorit (cm. FLUORIT) CaF 2, apatiti (cm. APATIT) Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl,OH), dolomit (cm. DOLOMIT) MgCO3 ·CaCO3. Prisutnost soli kalcija i magnezija u prirodnoj vodi određuje njezinu tvrdoću (cm. TVRDOĆA VODE). Značajna količina kalcija nalazi se u živim organizmima. Dakle, hidroksiapatit Ca 5 (PO 4) 3 (OH), ili, u drugom unosu, 3Ca 3 (PO 4) 2 ·Ca(OH) 2, osnova je koštanog tkiva kralježnjaka, uključujući ljude; Ljuske i ljuske mnogih beskralježnjaka, ljuske jaja itd. napravljene su od kalcijevog karbonata CaCO 3.
Priznanica
Metalni kalcij dobiva se elektrolizom taline koja se sastoji od CaCl 2 (75-80%) i KCl ili iz CaCl 2 i CaF 2, kao i aluminotermnom redukcijom CaO na 1170-1200 °C:
4CaO + 2Al = CaAl 2 O 4 + 3Ca.
Fizička i kemijska svojstva
Metalni kalcij postoji u dvije alotropske modifikacije (vidi Alotropija (cm. ALOTROPIJA)). Do 443 °C, a-Ca s kubičnom centriranom rešetkom (parametar a = 0,558 nm) je stabilan; stabilniji. Talište kalcija je 839 °C, vrelište 1484 °C, gustoća 1,55 g/cm3.
Kemijska aktivnost kalcija je visoka, ali niža od one svih ostalih zemnoalkalijskih metala. Lako reagira s kisikom, ugljičnim dioksidom i vlagom iz zraka, zbog čega je površina metalnog kalcija obično zagasito siva, pa se u laboratoriju kalcij obično čuva, kao i ostali zemnoalkalijski metali, u dobro zatvorenoj posudi pod slojem kerozina.
U nizu standardnih potencijala kalcij se nalazi lijevo od vodika. Standardni elektrodni potencijal para Ca 2+ /Ca 0 je –2,84 V, tako da kalcij aktivno reagira s vodom:
Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2.
Kalcij reagira s aktivnim nemetalima (kisik, klor, brom) u normalnim uvjetima:
2Ca + O 2 = 2CaO; Ca + Br 2 = CaBr 2.
Kada se zagrijava u zraku ili kisiku, kalcij se zapali. Kalcij reagira s manje aktivnim nemetalima (vodik, bor, ugljik, silicij, dušik, fosfor i drugi) kada se zagrijava, na primjer:
Ca + H 2 = CaH 2 (kalcijev hidrid),
Ca + 6B = CaB 6 (kalcijev borid),
3Ca + N 2 = Ca 3 N 2 (kalcijev nitrid)
Ca + 2C = CaC 2 (kalcijev karbid)
3Ca + 2P = Ca 3 P 2 (kalcijev fosfid), poznati su i kalcijevi fosfidi sastava CaP i CaP 5;
2Ca + Si = Ca 2 Si (kalcijev silicid); poznati su i kalcijevi silicidi sastava CaSi, Ca 3 Si 4 i CaSi 2.
Pojava gore navedenih reakcija, u pravilu, prati oslobađanje velike količine topline (tj. Ove reakcije su egzotermne). U svim spojevima s nemetalima oksidacijsko stanje kalcija je +2. Većina spojeva kalcija s nemetalima lako se razgrađuje vodom, na primjer:
CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2,
Ca3N2 + 3H2O = 3Ca(OH)2 + 2NH3.
Kalcijev oksid je tipično bazičan. U laboratoriju i tehnologiji dobiva se termičkom razgradnjom karbonata:
CaCO 3 = CaO + CO 2.
Tehnički kalcijev oksid CaO naziva se živo vapno.
Reagira s vodom stvarajući Ca(OH) 2 i oslobađa veliku količinu topline:
CaO + H 2 O = Ca(OH) 2.
Ca(OH)2 dobiven na ovaj način obično se naziva gašeno vapno ili vapneno mlijeko (cm. LIMETINO MLIJEKO) jer je topljivost kalcijevog hidroksida u vodi niska (0,02 mol/l pri 20°C), a kada se doda u vodu nastaje bijela suspenzija.
U interakciji s kiselim oksidima CaO stvara soli, na primjer:
CaO + CO 2 = CaCO 3; CaO + SO 3 = CaSO 4.
Ion Ca 2+ je bezbojan. Kada se u plamen dodaju kalcijeve soli, plamen postaje ciglastocrven.
Kalcijeve soli kao što su CaCl 2 klorid, CaBr 2 bromid, CaI 2 jodid i Ca(NO 3) 2 nitrat visoko su topljive u vodi. U vodi su netopljivi fluorid CaF 2, karbonat CaCO 3, sulfat CaSO 4, srednji ortofosfat Ca 3 (PO 4) 2, oksalat CaC 2 O 4 i neki drugi.
Važno je da je, za razliku od prosječnog kalcijevog karbonata CaCO 3, kiseli kalcijev karbonat (bikarbonat) Ca(HCO 3) 2 topiv u vodi. U prirodi to dovodi do sljedećih procesa. Kada hladna kiša ili riječna voda, zasićena ugljičnim dioksidom, prodre u podzemlje i pogodi vapnenac, opaža se njihovo otapanje:
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3) 2.
Na istim mjestima gdje voda zasićena kalcijevim bikarbonatom dolazi na površinu zemlje i zagrijava se sunčevim zrakama, događa se obrnuta reakcija:
Ca(HCO 3) 2 = CaCO 3 + CO 2 + H 2 O.
Tako se u prirodi prenose velike mase tvari. Kao rezultat toga, pod zemljom mogu nastati ogromne rupe (vidi Krš (cm. KRŠ (prirodni fenomen)), au špiljama se stvaraju prekrasne kamene ledenice - stalaktiti (cm. STALAKTITI (mineralne tvorevine) i stalagmiti (cm. STALAGMITI).
Prisutnost otopljenog kalcijevog bikarbonata u vodi uvelike određuje privremenu tvrdoću vode. (cm. TVRDOĆA VODE). Naziva se privremenim jer kada voda proključa dolazi do razgradnje bikarbonata i taloženja CaCO 3 . Ova pojava dovodi, na primjer, do toga da se u kuhalu za vodu s vremenom stvara kamenac.
Primjena kalcija i njegovih spojeva
Metalni kalcij se koristi za metalotermičku proizvodnju urana (cm. URAN (kemijski element), torij (cm. TORIJ), titan (cm. TITAN (kemijski element), cirkonij (cm. CIRKON), cezij (cm. CEZIJ) i rubidij (cm. RUBIDIJ).
Prirodni spojevi kalcija naširoko se koriste u proizvodnji veziva (cementa (cm. CEMENT), gips (cm. GIPS), vapno, itd.). Vezivni učinak gašenog vapna temelji se na činjenici da tijekom vremena kalcijev hidroksid reagira s ugljičnim dioksidom u zraku. Kao rezultat tekuće reakcije nastaju igličasti kristali kalcita CaCO3 koji urastaju u obližnje kamenje, cigle i druge građevne materijale i takoreći ih spajaju u jednu cjelinu. Kristalni kalcijev karbonat - mramor - izvrstan je završni materijal. Kreda se koristi za krečenje. Velike količine vapnenca troše se u proizvodnji lijevanog željeza, jer omogućuju pretvaranje vatrostalnih nečistoća željezne rude (na primjer, kvarcni SiO 2) u trosku s relativno niskim talištem.
Izbjeljivač je vrlo učinkovit kao dezinficijens. (cm. PRAŠAK ZA IZBJELJIVANJE)- “izbjeljivač” Ca(OCl)Cl - miješani klorid i kalcijev hipoklorid (cm. KALCIJEV HIPOKLORIT) s visokom oksidacijskom sposobnošću.
Kalcijev sulfat se također široko koristi, postoji i u obliku bezvodnog spoja i u obliku kristalnih hidrata - takozvani "poluvodeni" sulfat - alabaster (cm. ALEVIZ FRYAZIN (Milanese) CaSO 4 ·0,5H 2 O i dihidrat sulfat - gips CaSO 4 ·2H 2 O. Gips se široko koristi u građevinarstvu, u kiparstvu, za izradu štukatura i raznih umjetničkih proizvoda. Gips se također koristi u medicini za fiksiranje kostiju tijekom prijeloma.
Kalcijev klorid CaCl 2 koristi se zajedno s kuhinjskom soli za suzbijanje poledice cestovnih površina. Kalcijev fluorid CaF 2 izvrstan je optički materijal.
Kalcij u tijelu
Kalcij je biogeni element (cm. BIOGENI ELEMENTI), stalno prisutan u tkivima biljaka i životinja. Važna komponenta mineralnog metabolizma životinja i ljudi te mineralne prehrane biljaka, kalcij obavlja različite funkcije u tijelu. Sastoji se od apatita (cm. APATIT), kao i sulfat i karbonat, kalcij čini mineralnu komponentu koštanog tkiva. Ljudsko tijelo težine 70 kg sadrži oko 1 kg kalcija. Kalcij sudjeluje u funkcioniranju ionskih kanala (cm. IONSKI KANALI) prijenos tvari kroz biološke membrane u prijenosu živčanih impulsa (cm.ŽIVČANI IMPULS), u procesima zgrušavanja krvi (cm. ZGRUŠAVANJA KRVI) i oplodnja. Kalciferoli reguliraju metabolizam kalcija u tijelu (cm. KALCIFEROLI)(vitamin D). Nedostatak ili višak kalcija dovodi do raznih bolesti - rahitisa (cm. RAHITIS), kalcinoza (cm. KALCINOZA) itd. Stoga ljudska hrana mora sadržavati spojeve kalcija u potrebnim količinama (800-1500 mg kalcija dnevno). Sadržaj kalcija visok je u mliječnim proizvodima (kao što su svježi sir, sir, mlijeko), nekom povrću i drugim namirnicama. Pripravci kalcija naširoko se koriste u medicini.

enciklopedijski rječnik. 2009 .

Sinonimi:

Uvod

Svojstva i upotreba kalcija

1 Fizička svojstva

2 Kemijska svojstva

3 Primjena

Uzimanje kalcija

1 Elektrolitička proizvodnja kalcija i njegovih legura

2 Toplinska proizvodnja

3 Vakuumsko-termalna metoda dobivanja kalcija

3.1 Aluminotermna metoda redukcije kalcija

3.2 Silikotermička metoda redukcije kalcija

Praktični dio

Bibliografija

Uvod

Kemijski element skupine II periodnog sustava Mendeljejeva, atomski broj 20, atomska masa 40,08; srebrnobijeli laki metal. Prirodni element je mješavina šest stabilnih izotopa: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca i 48Ca, od kojih je najčešći 40 Ca (96, 97%).

Spojevi Ca - vapnenac, mramor, gips (kao i vapno - produkt kalcinacije vapnenca) već su se u antičko doba koristili u građevinarstvu. Sve do kraja 18. stoljeća kemičari su vapno smatrali jednostavnom krutom tvari. Godine 1789. A. Lavoisier je predložio da su vapno, magnezij, barit, glinica i silicij složene tvari. Godine 1808. G. Davy je, podvrgnuvši elektrolizi sa živinom katodom mješavinu vlažnog gašenog vapna sa živinim oksidom, pripremio Ca amalgam, te je destilacijom žive iz njega dobio metal nazvan "kalcij" (od latinskog calx, rod calcis – vapno) .

Sposobnost kalcija da veže kisik i dušik omogućila je njegovu upotrebu za pročišćavanje inertnih plinova i kao geter (Geter je tvar koja se koristi za apsorpciju plinova i stvaranje dubokog vakuuma u elektroničkim uređajima.) u vakuumskoj radio opremi.

Kalcij se također koristi u metalurgiji bakra, nikla, specijalnih čelika i bronce; vežu štetne nečistoće sumpora, fosfora i višak ugljika. U iste svrhe koriste se legure kalcija sa silicijem, litijem, natrijem, borom i aluminijem.

U industriji se kalcij dobiva na dva načina:

) Zagrijavanjem briketirane smjese CaO i Al praha na 1200 °C u vakuumu od 0,01 - 0,02 mm. Hg Umjetnost.; razlikuje se po reakciji:

CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

Para kalcija kondenzira se na hladnoj površini.

) Elektrolizom taline CaCl2 i KCl s tekućom bakar-kalcijevom katodom dobiva se legura Cu - Ca (65% Ca) iz koje se kalcij destilira na temperaturi od 950 - 1000 °C u vakuumu od 0,1 - 0,001 mmHg.

) Također je razvijena metoda za proizvodnju kalcija toplinskom disocijacijom kalcijevog karbida CaC2.

Kalcij je vrlo čest u prirodi u obliku raznih spojeva. U zemljinoj kori nalazi se na petom mjestu s udjelom od 3,25%, a najčešće se nalazi u obliku vapnenca CaCO 3, dolomit CaCO 3Mg CO 3, gips CaSO 42H 2O, fosforit Ca 3(P.O. 4)2 i fluorit CaF 2, ne računajući značajan udio kalcija u sastavu silikatnih stijena. Morska voda sadrži prosječno 0,04% (tež.) kalcija.

U ovom kolegiju proučavaju se svojstva i upotreba kalcija, te teorija i tehnologija vakuumsko-termalnih metoda za njegovu proizvodnju.

. Svojstva i upotreba kalcija

.1 Fizička svojstva

Kalcij je srebrno-bijeli metal, ali blijedi kada je izložen zraku zbog stvaranja oksida na njegovoj površini. To je duktilni metal tvrđi od olova. Kristalna ćelija ?-Ca oblik (stabilan na normalnoj temperaturi) kubik usmjeren na lice, a = 5,56 Å . Atomski radijus 1,97 Å , ionski polumjer Ca 2+, 1,04Å . Gustoća 1,54 g/cm 3(20°C). Iznad 464 °C šesterokutan ?-oblik. talište 851 °C, vrelište 1482 °C; temperaturni koeficijent linearnog rastezanja 22·10 -6 (0-300 °C); toplinska vodljivost pri 20 °C 125,6 W/(m K) ili 0,3 cal/(cm sec °C); specifični toplinski kapacitet (0-100 °C) 623,9 J/(kg K) ili 0,149 cal/(g °C); električni otpor na 20 °C 4,6 10 -8ohm m ili 4,6 10 -6 ohm cm; temperaturni koeficijent električnog otpora je 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 razvlačenja 38 MN/m 2(3,8 kgf/mm 2); relativno istezanje 50%; Tvrdoća po Brinellu 200-300 Mn/m 2(20-30 kgf/mm 2). Kalcij dovoljno visoke čistoće je plastičan, lako se preša, valja i podložan rezanju.

1.2 Kemijska svojstva

Kalcij je aktivni metal. Dakle, u normalnim uvjetima, lako stupa u interakciju s atmosferskim kisikom i halogenima:

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

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

Kalcij reagira s vodikom, dušikom, sumporom, fosforom, ugljikom i drugim nemetalima kada se zagrijava:

Ca + H 2= SaN 2(kalcijev hidrid) (3)

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

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

Ca + 2 P = Ca 3R 2(kalcijev fosfid) (6)

Ca + 2 C = CaC 2 (kalcijev karbid) (7)

Kalcij sporo reagira s hladnom vodom, ali vrlo energično s vrućom vodom, dajući jaku bazu Ca(OH)2 :

Ca + 2 H 2O = Ca(OH)2 + N 2 (8)

Kao energetski redukcijski agens, kalcij može ukloniti kisik ili halogene iz oksida i halogenida manje aktivnih metala, tj. ima redukcijska svojstva:

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

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

Kalcij snažno reagira s kiselinama oslobađajući vodik, reagira s halogenima i suhim vodikom stvarajući CaH hidrid 2. Kada se kalcij zagrijava s grafitom, nastaje CaC karbid. 2. Kalcij se dobiva elektrolizom rastaljenog CaCl 2ili aluminotermna redukcija u vakuumu:

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

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

1.3 Primjena

Kalcij se sve više koristi u raznim industrijama. Nedavno je stekao veliku važnost kao redukcijsko sredstvo u pripremi niza metala.

Čisti metal. Uran se dobiva redukcijom uranovog fluorida metalnim kalcijem. Kalcij ili njegovi hidridi mogu se koristiti za redukciju titanovih oksida, kao i oksida cirkonija, torija, tantala, niobija i drugih rijetkih metala.

Kalcij je dobar deoksidizator i otplinjavač u proizvodnji bakra, nikla, krom-nikal legura, specijalnih čelika, nikla i kositrene bronce; uklanja sumpor, fosfor i ugljik iz metala i legura.

Kalcij s bizmutom stvara vatrostalne spojeve, pa se njime pročišćava olovo iz bizmuta.

Kalcij se dodaje raznim lakim legurama. Pomaže poboljšati površinu ingota, finu veličinu zrna i smanjiti oksidaciju.

Široko se koriste legure za ležajeve koje sadrže kalcij. Za izradu plašta kabela mogu se koristiti legure olova (0,04% Ca).

U tehnici se koriste antifrikcijske legure kalcija i olova. Kalcijevi minerali naširoko se koriste. Tako se vapnenac koristi u proizvodnji vapna, cementa, vapnene opeke i neposredno kao građevinski materijal, u metalurgiji (topilo), u kemijskoj industriji za proizvodnju kalcijevog karbida, sode, kaustične sode, izbjeljivača, gnojiva, u proizvodnji šećera, stakla.

Kreda, mramor, islandski špat, gips, fluorit itd. su od praktične važnosti. Zbog sposobnosti vezanja kisika i dušika, kalcij ili legure kalcija s natrijem i drugim metalima koriste se za pročišćavanje plemenitih plinova i kao geter u vakuumskoj radio opremi. Kalcij se također koristi za proizvodnju hidrida, koji je izvor vodika u polju.

2. Dobivanje kalcija

Postoji nekoliko načina dobivanja kalcija, a to su elektrolitički, termički, vakuum-termički.

.1 Elektrolitička proizvodnja kalcija i njegovih legura

Bit metode je da katoda u početku dodiruje rastaljeni elektrolit. Na mjestu dodira nastaje tekuća kapljica metala koja dobro kvasi katodu, koja se pri polaganom i ravnomjernom podizanju katode zajedno s njom izvlači iz taline i skrućuje. U ovom slučaju, skrutnuta kap prekrivena je čvrstim filmom elektrolita, štiteći metal od oksidacije i nitriranja. Kontinuiranim i pažljivim podizanjem katode kalcij se uvlači u šipke.

2.2 Toplinska proizvodnja

kalcij kemijski elektrolitički termički

· Kloridni postupak: Tehnologija se sastoji od taljenja i dehidracije kalcijevog klorida, taljenja olova, proizvodnje dvostruke legure olovo-natrij, proizvodnje ternarne legure olovo-natrij-kalcij i razrjeđivanja ternarne legure olovom nakon uklanjanja soli. Reakcija s kalcijevim kloridom odvija se prema jednadžbi

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

· Karbidni postupak: Osnova za proizvodnju legure olova i kalcija je reakcija između kalcijevog karbida i rastaljenog olova prema jednadžbi

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

2.3 Vakuumsko-termalna metoda dobivanja kalcija

Sirovine za vakuumsko-termalnu metodu

Sirovina za toplinsku redukciju kalcijevog oksida je vapno, dobiveno kalciniranjem vapnenca. Glavni zahtjevi za sirovine su sljedeći: vapno mora biti što je moguće čišće i sadržavati minimum nečistoća koje se mogu reducirati i pretvoriti u metal zajedno s kalcijem, posebno alkalijske metale i magnezij. Vapnenac treba peći dok se karbonat potpuno ne razgradi, ali ne prije nego što se sinteruje, jer je reduktivnost sinterovanog materijala manja. Pečeni proizvod mora biti zaštićen od apsorpcije vlage i ugljičnog dioksida, čije oslobađanje tijekom oporabe smanjuje učinkovitost procesa. Tehnologija kalciniranja vapnenca i obrade kalciniranog proizvoda slična je obradi dolomita za silikotermičku metodu dobivanja magnezija.

.3.1 Aluminotermna metoda redukcije kalcija

Dijagram temperaturne ovisnosti promjene slobodne energije oksidacije niza metala (slika 1) pokazuje da je kalcijev oksid jedan od najtrajnijih i teško reduciranih oksida. Ne može se reducirati drugim metalima na uobičajen način - pri relativno niskoj temperaturi i atmosferskom tlaku. Naprotiv, sam kalcij je izvrstan redukcijski agens za druge spojeve koje je teško reducirati i deoksidacijski agens za mnoge metale i legure. Redukcija kalcijevog oksida ugljikom općenito je nemoguća zbog stvaranja kalcijevih karbida. Međutim, zbog činjenice da kalcij ima relativno visok tlak pare, njegov se oksid može reducirati u vakuumu aluminijem, silicijem ili njihovim legurama prema reakciji

CaO + ja? Ca + MeO (14).

Do sada je samo aluminotermička metoda dobivanja kalcija našla praktičnu primjenu, jer je puno lakše reducirati CaO aluminijem nego silicijem. Postoje različiti pogledi na kemiju redukcije kalcijevog oksida aluminijem. L. Pidgeon i I. Atkinson vjeruju da se reakcija odvija stvaranjem kalcijevog monoaluminata:

CaO + 2Al = CaO Al 2O3 + 3Ca. (15)

V. A. Pazukhin i A. Ya Fischer pokazuju da se proces odvija uz stvaranje trikalcijevog aluminata:

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

Prema A.I. Voinitsky, u reakciji prevladava stvaranje pentakalcijevog trialuminata:

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

Najnovija istraživanja A. Yu. Taitsa i A. I. Voinitskyja su utvrdila da se aluminotermna redukcija kalcija odvija u koracima. U početku je oslobađanje kalcija popraćeno stvaranjem 3CaO·AI 2O 3, koji zatim reagira s kalcijevim oksidom i aluminijem u obliku 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+ 3Ca

CaO+ 6A1 = 5CaO 3Al 2O 3+ 9Ca

Budući da se redukcija oksida odvija uz oslobađanje parovitog kalcija, a preostali produkti reakcije su u kondenziranom stanju, lako ga je odvojiti i kondenzirati u ohlađenim područjima peći. Glavni uvjeti potrebni za vakuumsko-termalnu redukciju kalcijevog oksida su visoka temperatura i nizak rezidualni tlak u sustavu. Ispod je odnos između temperature i ravnotežnog tlaka pare kalcija. Izražena je slobodna energija reakcije (17), izračunata za temperature 1124-1728° K

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

Stoga logaritamska ovisnost ravnotežnog tlaka pare kalcija (mm Hg)

Lg p = 3,59 - 4430\T.

L. Pidgeon i I. Atkinson eksperimentalno su odredili ravnotežni tlak pare kalcija. Detaljnu termodinamičku analizu reakcije redukcije kalcijevog oksida s aluminijem proveo je I. I. Matveenko, koji je dao sljedeće temperaturne ovisnosti ravnotežnog tlaka kalcijeve pare:

Lgp Ca(1) =8,64 - 12930\T mm Hg.

Lgp Ca(2) =8,62 - 11780\T mmHg.

Lgp Ca (3 )=8,75 - 12500\T mm Hg.

Izračunati i eksperimentalni podaci uspoređeni su u tablici. 1.

Tablica 1 - Utjecaj temperature na promjenu ravnotežne elastičnosti pare kalcija u sustavima (1), (2), (3), (3), mm Hg.

Temperatura °SEksperimentalni podaci Izračunato u sustavima(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 jasno je da su najpovoljniji uvjeti za interakcije u sustavima (2) i (3) ili (3"). To odgovara opažanjima, budući da pentakalcijev trialuminat i trikalcijev aluminat prevladavaju u ostacima naboja nakon redukcija kalcijevog oksida aluminijem.

Podaci o ravnotežnoj elastičnosti pokazuju da je redukcija kalcijevog oksida s aluminijem moguća pri temperaturi od 1100-1150 ° C. Da bi se postigla praktički prihvatljiva brzina reakcije, rezidualni tlak u sustavu rasta mora biti ispod ravnoteže P jednaki , tj. mora se poštovati nejednakost P jednaki >P ost , a proces se mora provoditi na temperaturama reda veličine 1200°. Istraživanjem je utvrđeno da se pri temperaturi od 1200-1250° postižu visoka iskoristivost (do 70-75%) i mali specifični utrošak aluminija (oko 0,6-0,65 kg po kg kalcija).

U skladu s gornjim tumačenjem kemije procesa, optimalni sastav je punjenje dizajnirano za stvaranje 5CaO 3Al u ostatku 2O 3. Da bi se povećao stupanj iskorištenja aluminija, korisno je dati neki višak kalcijevog oksida, ali ne previše (10-20%), inače će to negativno utjecati na druge pokazatelje procesa. S povećanjem stupnja mljevenja aluminija od čestica od 0,8-0,2 mm do minus 0,07 mm (prema V. A. Pazukhinu i A. Ya. Fischeru), upotreba aluminija u reakciji raste sa 63,7 na 78%.

Na upotrebu aluminija također utječe način briketiranja punjenja. Mješavina vapna i aluminija u prahu briketira se bez veziva (kako bi se izbjeglo razvijanje plina u vakuumu) pod tlakom od 150 kg/cm3. 2. Pri nižim tlakovima smanjuje se upotreba aluminija zbog izdvajanja rastaljenog aluminija u prekomjerno porozne brikete, a pri visokim tlakovima - zbog slabe propusnosti plina. Potpunost i brzina oporabe također ovisi o gustoći briketa u retorti. Kada ih polažete bez razmaka, kada je plinopropusnost cijelog kaveza niska, upotreba aluminija je značajno smanjena.

Slika 2 - Shema za dobivanje kalcija vakuumsko-termalnom metodom.

Tehnologija aluminotermalne metode

Tehnološka shema za proizvodnju kalcija aluminotermnom metodom prikazana je na sl. 2. Kao početni materijal koristi se vapnenac, a kao redukcijsko sredstvo aluminijski prah izrađen od primarnog (boljeg) ili sekundarnog aluminija. Aluminij koji se koristi kao redukcijsko sredstvo, kao i sirovine, ne smiju sadržavati nečistoće vrlo hlapljivih metala: magnezija, cinka, lužina itd., koji mogu ispariti i pretvoriti se u kondenzat. To se mora uzeti u obzir pri odabiru vrsta recikliranog aluminija.

Prema opisu S. Loomisa i P. Stauba, u SAD-u, u tvornici New England Lime Co. u Canaanu (Connecticut), kalcij se proizvodi aluminotermičkom metodom. Koristi se vapno sljedećeg 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 je ostalo. Kalcinirani proizvod se melje u Raymond mlinu sa centrifugalnim separatorom, finoća mljevenja je (60%) minus 200 mesh. Kao redukcijsko sredstvo koristi se aluminijska prašina, koja je otpadni produkt proizvodnje aluminijeva praha. Žgano vapno iz zatvorenih posuda i aluminij iz bačvi dovodi se do vaga za doziranje, a zatim u mješalicu. Nakon miješanja smjesa se briketira suhom metodom. U navedenom postrojenju kalcij se reducira u retortnim pećima, koje su se ranije koristile za dobivanje magnezija silikotermičkom metodom (slika 3). Peći se griju generatorskim plinom. Svaka peć ima 20 vodoravnih retorta izrađenih od čelika otpornog na toplinu koji sadrži 28% Cr i 15% Ni.

Slika 3 - Retortna peć za proizvodnju kalcija

Dužina retorte 3 m, promjer 254 mm, debljina stijenke 28 mm. U zagrijanom dijelu retorte dolazi do redukcije, a u ohlađenom kraju koji strši iz govora dolazi do kondenzacije. Briketi se unose u retortu u papirnatim vrećicama, potom se ubacuju kondenzatori i retorta se zatvara. Zrak se ispumpava mehaničkim vakuumskim pumpama na početku ciklusa. Zatim se spajaju difuzijske pumpe i rezidualni tlak se smanjuje na 20 mikrona.

Retorte se zagrijavaju na 1200°. Za 12 sati. Nakon punjenja, retorte se otvaraju i istovaraju. Dobiveni kalcij je u obliku šupljeg cilindra guste mase velikih kristala nataloženih na površini čeličnog rukavca. Glavna nečistoća u kalciju je magnezij, koji se prvi reducira i uglavnom koncentrira u sloju uz košuljicu. Prosječni 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 - javljaju se u rasponu od 0,005-0,04%. A. Yu. Taits i A. I. Voinitsky koristili su polutvorničku električnu vakuumsku peć s grijačima na ugljen za proizvodnju kalcija aluminotermičnom metodom i postigli stupanj iskorištenja aluminija od 60%, specifičnu potrošnju aluminija od 0,78 kg, specifičnu potrošnju šarže od 4,35 kg, a specifični utrošak električne energije 14 kW/h po 1 kg metala.

Dobiveni metal, s izuzetkom primjese magnezija, odlikovao se relativno visokom čistoćom. U prosjeku je sadržaj nečistoća 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 Silikotermička metoda oporabe kalcij

Silikotermička metoda vrlo je primamljiva; redukcijsko sredstvo je ferosilicij, reagens koji je mnogo jeftiniji od aluminija. Međutim, silikotermički postupak je teže provesti od aluminotermičkog. Redukcija kalcijeva oksida silicijem odvija se prema jednadžbi

CaO + Si = 2CaO SiO2 + 2Ca. (18)

Ravnotežni tlak pare kalcija, izračunat iz vrijednosti slobodne energije, je:

°S1300140015001600R, mm Hg. st0.080.150.752.05

Dakle, u vakuumu reda veličine 0,01 mmHg. Umjetnost. redukcija kalcijevog oksida je termodinamički moguća na temperaturi od 1300°. U praksi, da bi se osigurala prihvatljiva brzina, proces treba provoditi na temperaturi od 1400-1500°.

Nešto je lakša reakcija redukcije kalcijevog oksida silikoaluminijem, u kojoj kao redukcijsko sredstvo služe i aluminij i silicij. Pokusima je utvrđeno da u početku prevladava redukcija aluminijem; a reakcija se odvija uz konačno stvaranje bCaO 3Al 2Oz prema gore navedenoj shemi (slika 1). Redukcija silicija postaje značajna na višim temperaturama kada većina aluminija reagira; reakcija se odvija stvaranjem 2CaO SiO 2. Ukratko, reakcija redukcije kalcijevog oksida sa silikoaluminijem izražena je sljedećom jednadžbom:

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

Istraživanja A. Yu. Taitsa i A. I. Voinitskog utvrdila su da se kalcijev oksid reducira za 75% ferosilicija s prinosom metala od 50-75% pri temperaturi od 1400-1450° u vakuumu od 0,01-0,03 mm Hg. Umjetnost.; silikoaluminij koji sadrži 60-30% Si i 32-58% Al (ostatak je željezo, titan, itd.), reducira kalcijev oksid s prinosom metala od približno 70% na temperaturama od 1350-1400° u vakuumu od 0,01-0,05 mm Hg. Umjetnost. Pokusi u polutvorničkim razmjerima dokazali su temeljnu mogućnost proizvodnje kalcija iz vapna pomoću ferosilicija i silikoaluminija. Glavna hardverska poteškoća je odabir stalka u uvjetima ovog postupka oblaganja.

Pri rješavanju ovog problema metoda se može implementirati u industriji. Razgradnja kalcijevog karbida Dobivanje metalnog kalcija razgradnjom kalcijevog karbida

CaC2 = Ca + 2C

treba smatrati metodom koja obećava. U ovom slučaju grafit se dobiva kao drugi proizvod. V. Mauderli, E. Moser i V. Treadwell, izračunavši slobodnu energiju stvaranja kalcijevog karbida iz termokemijskih podataka, dobili su sljedeći izraz za tlak pare kalcija nad čistim kalcijevim karbidom:

ca = 1,35 - 4505\T (1124-1712° K),

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

Očigledno, komercijalni kalcijev karbid se raspada na mnogo višim temperaturama nego što proizlazi iz ovih izraza. Isti autori navode toplinsku razgradnju kalcijevog karbida u kompaktnim komadima pri 1600-1800° u vakuumu od 1 mm Hg. Umjetnost. Iskorištenje grafita bilo je 94%, kalcij je dobiven u obliku guste prevlake na hladnjaku. A. S. Mikulinsky, F. S. Morii, R. Shklyar za određivanje svojstava grafita dobivenog razgradnjom kalcijevog karbida, potonji je zagrijavan u vakuumu od 0,3-1 mm Hg. Umjetnost. na temperaturi od 1630-1750°. Dobiveni grafit razlikuje se od Achesonovog grafita po tome što ima veća zrna, veću električnu vodljivost i manju volumetrijsku težinu.

3. Praktični dio

Dnevno ispuštanje magnezija iz elektrolizera pri struji od 100 kA iznosilo je 960 kg pri punjenju kupelji s magnezijevim kloridom. Napon na elektrolizeru je 0,6 V. Odredite:

)Izlaz struje na katodi;

)Količina proizvedenog klora po danu, pod uvjetom da je izlazna struja na anodi jednaka izlaznoj struji na anodi;

)Dnevno punjenje MgCl 2u elektrolizator pod uvjetom da gubitak MgCl 2 javljaju se uglavnom s muljem i sublimacijom. Količina mulja je 0,1 na 1t Mg koji sadrži MgCl 2 u sublimatu 50%. Količina sublimacije je 0,05 t na 1 t Mg. Sastav magnezijevog klorida koji se ulijeva,%: 92 MgCl2 i 8 NaCl.

.Odredite izlaznu struju na katodi:

m itd = ja ?·k Mg · ?

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

.Odredite količinu Cl primljenu po danu:

x=960000g\24g\mol=40000 mol

Pretvaranje u volumen:

x=126785.7 m3

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

x=95·960\24,3=3753 kg=37,53 t.

b) gubitke s muljem. Iz sastava elektrolizatora magnezija, %: 20-35 MgO, 2-5 Mg, 2-6 Fe, 2-4 SiO 20,8-2 TiO 20,4-1,0 C, 35 MgCl2 .

kg - 1000 kg

m vau =960 kg - masa mulja po danu.

Po danu 96 kg mulja: 96·0,35 (MgCl2 s muljem).

c) gubici sa sublimatima:

kg - 1000 kg

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

Ukupni Mg koji trebate popuniti:

33,6+24=3810,6 kg MgCl2 dnevno

Bibliografija

Osnove metalurgije III

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

Podučavanje

Trebate li pomoć u proučavanju teme?

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

Kalcij se nalazi u četvrtoj velikoj periodi, druga grupa, glavna podskupina, redni broj elementa je 20. Prema periodnom sustavu Mendeljejeva, atomska težina kalcija je 40,08. Formula najvišeg oksida je CaO. Kalcij ima latinski naziv kalcij, pa je simbol atoma elementa Ca.

Obilježja kalcija kao jednostavne tvari

U normalnim uvjetima kalcij je srebrnobijeli metal. Imajući visoku kemijsku aktivnost, element je sposoban formirati mnoge spojeve različitih klasa. Element je vrijedan za tehničke i industrijske kemijske sinteze. Metal je široko rasprostranjen u zemljinoj kori: njegov udio je oko 1,5%. Kalcij spada u skupinu zemnoalkalijskih metala: otopljen u vodi stvara lužine, ali u prirodi se javlja u obliku više minerala i. Morska voda sadrži kalcij u visokim koncentracijama (400 mg/l).

Čisti natrij

Svojstva kalcija ovise o strukturi njegove kristalne rešetke. Ovaj element ima dvije vrste: kubični usmjeren na lice i usmjeren na volumen. Vrsta veze u molekuli je metalna.

Prirodni izvori kalcija:

• apatiti;
• alabaster;
• gips;
• kalcit;
• fluorit;
• dolomit.

Fizikalna svojstva kalcija i metode dobivanja metala

U normalnim uvjetima kalcij je u čvrstom agregatnom stanju. Metal se tali na 842 °C. Kalcij je dobar električni i toplinski vodič. Zagrijavanjem prvo prelazi u tekuće, a zatim u parovito stanje i gubi svoja metalna svojstva. Metal je vrlo mekan i može se rezati nožem. Vri na 1484 °C.

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

Dugo vremena nije bilo moguće dobiti kalcij bez nečistoća: zbog svoje visoke kemijske aktivnosti, ovaj element se u prirodi ne pojavljuje u čistom obliku. Element je otkriven početkom 19. stoljeća. Kalcij kao metal prvi je sintetizirao britanski kemičar Humphry Davy. Znanstvenik je otkrio osobitosti interakcije talina čvrstih minerala i soli s električnom strujom. Danas je elektroliza kalcijevih soli (mješavina kalcijevih i kalijevih klorida, mješavina fluorida i kalcijevog klorida) i dalje najrelevantnija metoda za proizvodnju metala. Kalcij se također ekstrahira iz svog oksida pomoću aluminotermije, uobičajene metode u metalurgiji.

Kemijska svojstva kalcija

Kalcij je aktivan metal koji ulazi u brojne interakcije. U normalnim uvjetima, lako reagira, tvoreći odgovarajuće binarne spojeve: s kisikom, halogenima. Kliknite da biste saznali više o spojevima kalcija. Kada se zagrijava, kalcij reagira s dušikom, vodikom, ugljikom, silicijem, borom, fosforom, sumporom i drugim tvarima. Na otvorenom, odmah stupa u interakciju s kisikom i ugljičnim dioksidom i stoga se prekriva sivim premazom.

Burno reagira s kiselinama i ponekad se zapali. U solima, kalcij pokazuje zanimljiva svojstva. Na primjer, špiljski stalaktiti i stalagmiti su kalcijev karbonat, postupno formiran iz vode, ugljičnog dioksida i bikarbonata kao rezultat procesa unutar podzemnih voda.

Zbog svoje visoke aktivnosti u normalnom stanju, kalcij se u laboratorijima čuva u tamnim, zatvorenim staklenim posudama pod slojem parafina ili kerozina. Kvalitativna reakcija na kalcijev ion je bojanje plamena u bogatu ciglastocrvenu boju.

Kalcij postaje plamen crven

Metal u sastavu spojeva može se prepoznati po netopljivim talozima nekih soli elementa (fluorida, karbonata, sulfata, silikata, fosfata, sulfita).

Reakcija vode s kalcijem

Kalcij se čuva u staklenkama pod slojem zaštitne tekućine. Da biste demonstrirali kako dolazi do reakcije vode i kalcija, ne možete jednostavno izvaditi metal i odrezati željeni komad od njega. Lakše je koristiti metalni kalcij u laboratoriju u obliku strugotine.

Ako nema metalnih strugotina iu staklenci su samo veliki komadi kalcija, trebat će vam kliješta ili čekić. Gotov komad kalcija potrebne veličine stavi se u tikvicu ili čašu vode. Strugotine kalcija stavljaju se u posudu u vrećicu od gaze.

Kalcij tone na dno, a počinje oslobađanje vodika (najprije na mjestu gdje se nalazi svježi lom metala). Postupno se oslobađa plin s površine kalcija. Proces nalikuje snažnom vrenju, a pritom se stvara talog kalcijevog hidroksida (gašeno vapno).

Gašenje vapna

Komad kalcija lebdi, uhvaćen u mjehurićima vodika. Nakon otprilike 30 sekundi kalcij se otapa i voda postaje zamućeno bijela zbog stvaranja suspenzije hidroksida. Ako se reakcija ne provodi u čaši, već u epruveti, možete promatrati oslobađanje topline: epruveta se brzo zagrije. Reakcija kalcija s vodom ne završava spektakularnom eksplozijom, ali interakcija dviju tvari odvija se snažno i izgleda spektakularno. Iskustvo je sigurno.

Ako se vrećica s preostalim kalcijem izvadi iz vode i drži na zraku, tada će nakon nekog vremena, kao rezultat reakcije koja je u tijeku, doći do jakog zagrijavanja i preostali kalcij u gazi će prokuhati. Ako se dio zamućene otopine filtrira kroz lijevak u čašu, kada se ugljikov monoksid CO₂ propusti kroz otopinu, nastat će talog. Ovo ne zahtijeva ugljični dioksid - izdahnuti zrak možete upuhati u otopinu kroz staklenu cijev.

Početna / Predavanja 1. godina / Opća i organska kemija / Pitanje 23. Kalcij / 2. Fizikalna i kemijska svojstva

Fizička svojstva. Kalcij je srebrno-bijeli kovni metal koji se tali na temperaturi od 850 stupnjeva. C i vrije na 1482 stupnja. C. Znatno je tvrđi od alkalnih metala.

Kemijska svojstva. Kalcij je aktivni metal. Dakle, u normalnim uvjetima, lako stupa u interakciju s atmosferskim kisikom i halogenima:

2 Ca + O2 = 2 CaO (kalcijev oksid);

Ca + Br2 = CaBr2 (kalcijev bromid).

Kalcij reagira s vodikom, dušikom, sumporom, fosforom, ugljikom i drugim nemetalima kada se zagrijava:

Ca + H2 = CaH2 (kalcijev hidrid);

3 Ca + N2 = Ca3N2 (kalcijev nitrid);

Ca + S = CaS (kalcijev sulfid);

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

Ca + 2 C = CaC2 (kalcijev karbid).

Kalcij sporo reagira s hladnom vodom, ali vrlo snažno s vrućom vodom:

Ca + 2 H2O = Ca(OH)2 + H2.

Kalcij može ukloniti kisik ili halogene iz oksida i halogenida manje aktivnih metala, tj. ima redukcijska svojstva:

5 Ca + Nb2O5 = CaO + 2 Nb;

• 1. Boravak u prirodi
• 3. Prijem
• 4. Primjena

www.medkurs.ru

Kalcij | direktorij Pesticides.ru

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

Ovaj element prvi je dobio G. Davy 1808. godine, a isprva nije bio osobito aktivno korišten. Međutim, ovaj je metal danas peti po proizvodnji u svijetu, a potreba za njim iz godine u godinu sve je veća. Glavno područje uporabe kalcija je proizvodnja građevinskih materijala i mješavina. Međutim, potrebno je graditi ne samo kuće, već i žive stanice. U ljudskom tijelu kalcij je dio kostura, omogućuje kontrakcije mišića, osigurava zgrušavanje krvi, regulira aktivnost niza probavnih enzima i obavlja brojne druge funkcije. Nije manje važan za druge žive objekte: životinje, biljke, gljive, pa čak i bakterije. Istovremeno, potrebe za kalcijem su dosta velike, što ga čini mogućim svrstavanjem u makronutrijente.

Kalcij, Ca je kemijski element glavne podskupine II skupine Mendeljejeva periodnog sustava. Atomski broj – 20. Atomska masa – 40,08.

Kalcij je zemnoalkalijski metal. Kada je slobodan, savitljiv, prilično tvrd, bijel. Po gustoći spada u lake metale.

• Gustoća – 1,54 g/cm3,
• Talište – +842 °C,
• Vrelište – +1495 °C.

Kalcij ima izražena metalna svojstva. U svim spojevima oksidacijsko stanje je +2.

Na zraku se prekriva slojem oksida, a zagrijavanjem gori crvenkastim, svijetlim plamenom. Sporo reagira s hladnom vodom, ali brzo istiskuje vodik iz vruće vode i stvara hidroksid. U interakciji s vodikom stvara hidride. Na sobnoj temperaturi reagira s dušikom, stvarajući nitride. Također se lako spaja s halogenima i sumporom, a zagrijavanjem reducira metalne okside.

Kalcij je jedan od najzastupljenijih elemenata u prirodi. U zemljinoj kori njegov sadržaj je 3% mase. Javlja se u obliku naslaga krede, vapnenca i mramora (prirodna vrsta kalcijevog karbonata CaCO3). Postoje velike količine naslaga gipsa (CaSO4 x 2h3O), fosforita (Ca3(PO4)2 i raznih silikata koji sadrže kalcij.

Voda

. Kalcijeve soli su gotovo uvijek prisutne u prirodnoj vodi. Od njih je samo gips slabo topljiv u njemu. Kada voda sadrži ugljikov dioksid, kalcijev karbonat prelazi u otopinu u obliku bikarbonata Ca(HCO3)2.

Teška voda

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

Meka voda

. Kada je sadržaj ovih soli nizak ili ga nema, voda se naziva mekom.

tla

. Tla su u pravilu dovoljno opskrbljena kalcijem. A budući da je kalcij u većoj masi sadržan u vegetativnom dijelu biljaka, njegovo uklanjanje berbom je beznačajno.

Gubitak kalcija iz tla nastaje kao posljedica njegovog ispiranja oborinama. Taj proces ovisi o granulometrijskom sastavu tla, količini padalina, vrsti biljaka, oblicima i dozama vapnenog i mineralnog gnojiva. Ovisno o tim čimbenicima, gubici kalcija iz obradivog sloja kreću se od nekoliko desetaka do 200 – 400 kg/ha ili više.

Sadržaj kalcija u različitim tipovima tala

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

Siva šuma – 0,90% kalcija.

Černozemi – 1,44% kalcija.

Serozemi – 6,04% kalcija.

U biljci se kalcij nalazi u obliku fosfata, sulfata, karbonata, te u obliku soli pektinske i oksalne kiseline. Gotovo do 65% kalcija u biljkama može se ekstrahirati vodom. Ostatak se tretira slabom octenom i klorovodičnom kiselinom. Najviše kalcija nalazi se u stanicama koje stare.

Simptomi nedostatka kalcija prema:
Kultura	Simptomi nedostatka
Opći simptomi	Izbjeljivanje apikalnog pupoljka; Izbjeljivanje mladog lišća; Vrhovi lišća su zakrivljeni prema dolje; Rubovi lišća uvijaju se prema gore;
Krumpir	Gornji listovi slabo cvjetaju; Točka rasta stabljike odumire; Na rubovima lišća nalazi se svijetla pruga, koja kasnije potamni; Rubovi lišća su uvijeni prema gore;
Bijeli i cvjetački kupus	Listovi mladih biljaka imaju klorotične mrlje (mramoriranje) ili bijele pruge duž rubova; U starim biljkama lišće se uvija i na njima se pojavljuju opekline; Točka rasta odumire
	Završni režnjevi lišća odumiru Cvijeće pada; Na plodu se u vršnom dijelu pojavljuje tamna mrlja koja se povećava rastom ploda (trulež krajnjeg cvjetanja rajčice)
	Apikalni pupoljci odumiru; Rubovi mladog lišća su uvijeni, imaju neravan izgled i nakon toga odumiru; Gornji dijelovi izdanaka odumiru; Oštećenje vrhova korijena; U pulpi voća nalaze se smeđe mrlje (gorka koštica); Okus voća se pogoršava; Tržišnost voća se smanjuje

Funkcije kalcija

Učinak ovog elementa na biljke je višestruk i, u pravilu, pozitivan. Kalcij:

• Jača metabolizam;
• Igra važnu ulogu u kretanju ugljikohidrata;
• Utječe na metamorfozu dušičnih tvari;
• Ubrzava potrošnju rezervnih proteina sjemena tijekom klijanja;
• Igra ulogu u procesu fotosinteze;
• snažan antagonist drugih kationa, sprječava njihov prekomjerni ulazak u biljna tkiva;
• Utječe na fizikalno-kemijska svojstva protoplazme (viskoznost, propusnost i dr.), a time i na normalan tijek biokemijskih procesa u biljci;
• Kalcijevi spojevi s pektinskim tvarima lijepe stijenke pojedinih stanica;
• Utječe na aktivnost enzima.

Treba napomenuti da se utjecaj spojeva kalcija (vapna) na aktivnost enzima izražava ne samo u izravnom djelovanju, već i zbog poboljšanja fizikalno-kemijskih svojstava tla i njegovog režima ishrane. Osim toga, kalcizacija tla značajno utječe na procese biosinteze vitamina.

Nedostatak (nedostatak) kalcija u biljkama

Nedostatak kalcija prije svega utječe na razvoj korijenskog sustava. Prestaje stvaranje korijenovih dlačica na korijenu. Vanjske stanice korijena su uništene.

Ovaj se simptom očituje i s nedostatkom kalcija i s neravnotežom u hranjivoj otopini, odnosno prevlasti monovalentnih kationa natrija, kalija i vodika u njemu.

Osim toga, prisutnost nitratnog dušika u otopini tla povećava opskrbu biljnih tkiva kalcijem, a smanjuje opskrbu amonijakom.

Znakovi nedostatka kalcija očekuju se kada je sadržaj kalcija manji od 20% kapaciteta kationske izmjene tla.

Simptomi. Vizualno, nedostatak kalcija određen je sljedećim znakovima:

• Korijeni biljaka imaju oštećene vrhove smeđe boje;
• Točka rasta postaje deformirana i umire;
• Otpadaju cvjetovi, jajnici i pupoljci;
• Plodovi su oštećeni nekrozom;
• Listovi su klorotični;
• Vršni pupoljak odumire i rast stabljike prestaje.

Kupus, lucerna i djetelina vrlo su osjetljivi na prisutnost kalcija. Utvrđeno je da te iste biljke karakterizira i povećana osjetljivost na kiselost tla.

Otrovanje mineralnim kalcijem dovodi do intervenalne kloroze s bjelkastim nekrotičnim mrljama. Mogu biti obojeni ili imati koncentrične prstenove ispunjene vodom. Neke biljke reagiraju na višak kalcija rastom lisnih rozeta, odumiranjem mladica i opadanjem lišća. Simptomi su izgledom slični nedostatku željeza i magnezija.

Izvor nadoknade kalcija u tlu su vapnena gnojiva. Podijeljeni su u tri skupine:

• Tvrde vapnenačke stijene;
• Meke vapnenačke stijene;
• Industrijski otpad s visokim sadržajem vapna.

Prema sadržaju CaO i MgO tvrde vapnenačke stijene dijele se na:

• vapnenci (55–56% CaO i do 0,9% MgO);
• dolomitizirani vapnenci (42–55% CaO i do 9% MgO);
• dolomiti (32-30% CaO i 18-20% MgO).

Vapnenci

– osnovna vapnena gnojiva. Sadrži 75–100% Ca i Mg oksida preračunato kao CaCO3.

Dolomitizirani vapnenac

. Sadrži 79–100% aktivne tvari (a.i.) preračunato kao CaCO3. Preporuča se u plodoredu s krumpirom, mahunarkama, lanom, okopavinama, kao i na jako podzoliziranim tlima.

lapor

. Sadrži do 25-15% CaCO3 i nečistoće u obliku gline i pijeska do 20-40%. Djeluje polako. Preporuča se za upotrebu na lakim tlima.

Kreda

. Sadrži 90–100% CaCO3. Djelovanje je brže od vapnenca. Dragocjeno je vapneno gnojivo u fino mljevenom obliku.

Paljeno vapno

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

Gašeno vapno

(Ca(OH)2). Sadržaj CaCO3 - ​​35% ili više. Također je snažno i brzo djelujuće vapneno gnojivo.

Dolomitno brašno

. Sadržaj CaCO3 i MgCO3 je oko 100%. Njegovo djelovanje je sporije od djelovanja vapnenastih tufova. Obično se koristi tamo gdje je potreban magnezij.

Vapnenački tufovi

. Sadržaj CaCO3 - 15-96%, nečistoća - do 25% gline i pijeska, 0,1% P2O5. Djelovanje je brže od vapnenca.

Prljavština defekacije (defekacija)

. Sastoji se od CaCO3 i Ca(OH)2. Sadržaj vapna CaO je do 40%. Prisutan je i dušik - 0,5% i P2O5 - 1-2%. Ovo je otpad iz tvornica šećera od repe. Preporuča se koristiti ne samo za smanjenje kiselosti tla, već iu područjima uzgoja repe na tlima černozema.

Cikloni pepela od škriljevca

. Suhi prašnjavi materijal. Sadržaj aktivne tvari je 60-70%. Odnosi se na industrijski otpad.

Prašina iz peći i tvornica cementa

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

Metalurške troske

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

Organska gnojiva. Sadržaj Ca u CaCO3 je 0,32-0,40%.

Fosforno brašno. Sadržaj kalcija – ​​22% CaCO3.

Vapnena gnojiva koriste se ne samo za opskrbu tla i biljaka kalcijem. Glavna svrha njihove upotrebe je kalcizacija tla. Ovo je metoda kemijskog obnavljanja. Usmjerena je na neutralizaciju prekomjerne kiselosti tla, poboljšanje njegovih agrofizičkih, agrokemijskih i bioloških svojstava, opskrbu biljaka magnezijem i kalcijem, mobilizaciju i imobilizaciju makroelemenata i mikroelemenata, stvaranje optimalnih vodno-fizičkih, fizikalnih, zračnih uvjeta za život kulturnih biljaka.

Učinkovitost kalcizacije tla

Istovremeno sa zadovoljenjem potreba biljaka za kalcijem kao elementom mineralne ishrane, kalcizacija dovodi do višestrukih pozitivnih promjena u tlima.

Utjecaj kalcizacije na svojstva nekih tala

Kalcij pospješuje koagulaciju koloida tla i sprječava njihovo ispiranje. To dovodi do lakše obrade tla i boljeg prozračivanja.

Kao rezultat vapnenca:

• pjeskovito humusno tlo povećava sposobnost upijanja vode;
• Na teškim glinastim tlima stvaraju se agregati tla i grudvice koji poboljšavaju vodopropusnost.

Konkretno, organske kiseline se neutraliziraju i H-ioni se istiskuju iz apsorbirajućeg kompleksa. To dovodi do eliminacije metaboličke kiselosti i smanjenja hidrolitičke kiselosti tla. Istodobno se uočava poboljšanje kationskog sastava apsorpcijskog kompleksa tla, do čega dolazi zbog zamjene iona vodika i aluminija kationima kalcija i magnezija. Time se povećava stupanj zasićenosti tla bazama i povećava sposobnost upijanja.

Utjecaj kalcizacije na opskrbu biljaka dušikom

Nakon kalciranja pozitivna agrokemijska svojstva tla i njegova struktura mogu se održati nekoliko godina. To pomaže u stvaranju povoljnih uvjeta za poboljšanje korisnih mikrobioloških procesa za mobilizaciju hranjivih tvari. Povećava se aktivnost amonifikatora, nitrifikatora i bakterija koje fiksiraju dušik koje slobodno žive u tlu.

Vapčenje pomaže povećati proliferaciju kvržičnih bakterija i poboljšati opskrbu biljke domaćina dušikom. Utvrđeno je da bakterijska gnojiva gube svoju učinkovitost na kiselim tlima.

Utjecaj kalcizacije na opskrbu biljaka elementima pepela

Vapčenje pomaže u opskrbi biljke elementima pepela, jer povećava aktivnost bakterija koje razgrađuju organske fosforne spojeve u tlu i pospješuju prijelaz željeznih i aluminijevih fosfata u kalcijeve fosfatne soli dostupne biljkama. Vapčenjem kiselih tala pospješuju se mikrobiološki i biokemijski procesi, čime se povećava količina nitrata, kao i probavljivih oblika fosfora i kalija.

Utjecaj kalcizacije na oblike i dostupnost makroelemenata i mikroelemenata

Kalciranjem se povećava količina kalcija, a pri korištenju dolomitnog brašna - magnezija. Istodobno, toksični oblici mangana i aluminija postaju netopljivi i prelaze u taloženi oblik. Dostupnost elemenata poput željeza, bakra, cinka, mangana je sve manja. Dušik, sumpor, kalij, kalcij, magnezij, fosfor i molibden postaju dostupniji.

Utjecaj kalcizacije na djelovanje fiziološki kiselih gnojiva

Vapčenjem se povećava učinkovitost fiziološki kiselih mineralnih gnojiva, osobito amonijaka i potaše.

Pozitivan učinak fiziološki kiselih gnojiva bez dodatka vapna blijedi, a s vremenom može postati negativan. Dakle, na gnojenim površinama prinosi su još manji nego na negnojenim površinama. Kombinacija kalcizacije s upotrebom gnojiva povećava njihovu učinkovitost za 25–50%.

Prilikom kalcizacije aktiviraju se enzimski procesi u tlu po kojima se posredno prosuđuje njegova plodnost.

Sastavio: Grigorovskaya P.I.

Stranica dodana: 05.12.13 00:40

Zadnja izmjena: 22.05.14 16:25

Literarni izvori:

Glinka N.L. Opća kemija. Udžbenik za sveučilišta. Izdavač: Lenjingrad: Kemija, 1985, str

Mineev V.G. Agrokemija: Udžbenik – 2. izdanje, prerađeno i prošireno – M.: Izdavačka kuća Moskovskog državnog sveučilišta, Izdavačka kuća Kolos, 2004. – 720 str., l. ilustr.: ilustr. – (Klasični sveučilišni udžbenik).

Petrov B.A., Seliverstov N.F. Mineralna ishrana biljaka. Referentni vodič za studente i vrtlare. Ekaterinburg, 1998. 79 str.

Enciklopedija za djecu. Svezak 17. Kemija. / Glava. izd. V.A. Volodin. – M.: Avanta +, 2000. – 640 str., ilustr.

Yagodin B.A., Zhukov Yu.P., Kobzarenko V.I. Agrokemija / Uredio B.A. Yagodina – M.: Kolos, 2002. – 584 str.: ilustr. (Udžbenici i nastavna sredstva za studente visokoškolskih ustanova).

Slike (prerađene):

20 Ca Calcium, licenciran pod CC BY

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

www.pesticidy.ru

Kalcij i njegova uloga za čovječanstvo - Kemija

Kalcij i njegova uloga za čovječanstvo

Uvod

Biti u prirodi

Priznanica

Fizička svojstva

Kemijska svojstva

Primjena kalcijevih spojeva

Biološka uloga

Zaključak

Bibliografija

Uvod

Kalcij je element glavne podskupine druge skupine, četvrte periode periodnog sustava kemijskih elemenata D.I. Mendeljejeva, s atomskim brojem 20. Označava se simbolom Ca (lat. Calcium). Jednostavna tvar kalcij (CAS broj: 7440-70-2) je mekani, reaktivni zemnoalkalijski metal srebrno-bijele boje.

Unatoč sveprisutnosti elementa br. 20, čak ni kemičari nisu svi vidjeli elementarni kalcij. Ali ovaj metal, kako izgledom tako i ponašanjem, potpuno se razlikuje od alkalnih metala, čiji je kontakt prepun opasnosti od požara i opeklina. Može se sigurno skladištiti na zraku; ne zapali se od vode. Mehanička svojstva elementarnog kalcija ne čine ga "crnom ovcom" u obitelji metala: kalcij nadmašuje mnoge od njih u čvrstoći i tvrdoći; može se tokariti na strugu, izvlačiti u žicu, kovati, prešati.

Pa ipak, elementarni kalcij se gotovo nikada ne koristi kao strukturni materijal. Previše je aktivan za to. Kalcij lako reagira s kisikom, sumporom i halogenima. Čak i s dušikom i vodikom, pod određenim uvjetima, reagira. Okolina ugljikovih oksida, inertna za većinu metala, agresivna je za kalcij. Gori u atmosferi CO i CO2.

Povijest i porijeklo imena

Naziv elementa dolazi od lat. calx (u genitivu calcis) -- “vapno”, “meki kamen”. Predložio ga je engleski kemičar Humphry Davy, koji je izolirao metalni kalcij elektrolitičkom metodom 1808. godine. Davy je elektrolizirao smjesu vlažnog gašenog vapna i živinog oksida HgO na platinastoj ploči, koja je služila kao anoda. Katoda je bila platinasta žica uronjena u tekuću živu. Kao rezultat elektrolize dobiven je kalcijev amalgam. Nakon što je iz njega destilirao živu, Davy je dobio metal koji se zove kalcij.

Spojevi kalcija - vapnenac, mramor, gips (kao i vapno - produkt kalcinacije vapnenca) koriste se u graditeljstvu prije nekoliko tisuća godina. Sve do kraja 18. stoljeća kemičari su vapno smatrali jednostavnom krutom tvari. Godine 1789. A. Lavoisier je predložio da su vapno, magnezij, barit, glinica i silicij složene tvari.

Biti u prirodi

Zbog visoke kemijske aktivnosti, kalcij se u prirodi ne pojavljuje u slobodnom obliku.

Kalcij čini 3,38% mase zemljine kore (5. po zastupljenosti nakon kisika, silicija, aluminija i željeza).

Izotopi. Kalcij se u prirodi pojavljuje kao mješavina šest izotopa: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca i 48Ca, među kojima je najčešći - 40Ca - 96,97%.

Od šest prirodnih izotopa kalcija, pet ih je stabilno. Nedavno je otkriveno da je šesti izotop, 48Ca, najteži od šest i vrlo rijedak (njegova izotopska zastupljenost je samo 0,187%), podvrgnut dvostrukom beta raspadu s vremenom poluraspada od 5,3 x 1019 godina.

U stijenama i mineralima. Najviše kalcija sadrže silikati i alumosilikati raznih stijena (graniti, gnajsovi i dr.), osobito glinenac - Ca anortit.

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

Dosta su rašireni minerali kalcija kao što su kalcit CaCO3, anhidrit CaSO4, alabaster CaSO4 0,5h3O i gips CaSO4 2h3O, fluorit CaF2, apatit Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), dolomit MgCO3 CaCO3. Prisutnost soli kalcija i magnezija u prirodnoj vodi određuje njezinu tvrdoću.

Kalcij, snažno migrirajući u zemljinoj kori i nakupljajući se u različitim geokemijskim sustavima, tvori 385 minerala (četvrti najveći broj 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 uz stvaranje topljivog bikarbonata:

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

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

Biogene migracije. U biosferi se spojevi kalcija nalaze u gotovo svim životinjskim i biljnim tkivima (vidi također dolje). Značajna količina kalcija nalazi se u živim organizmima. Dakle, hidroksiapatit Ca5(PO4)3OH, ili, u drugom unosu, 3Ca3(PO4)2·Ca(OH)2, osnova je koštanog tkiva kralježnjaka, uključujući i ljude; Ljuske i ljuske mnogih beskralježnjaka, ljuske jajeta i dr. izgrađene su od kalcijevog karbonata CaCO3. U živim tkivima ljudi i životinja ima 1,4-2% Ca (masenog udjela); u ljudskom tijelu težine 70 kg, sadržaj kalcija je oko 1,7 kg (uglavnom u međustaničnoj tvari koštanog tkiva).

Priznanica

Slobodni metalni kalcij dobiva se 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.

Fizička svojstva

Metalni kalcij postoji u dvije alotropske modifikacije. Do 443 °C stabilan je ?-Ca s kubično centriranom rešetkom (parametar a = 0,558 nm); nm). Standardna entalpija?H0 prijelaz? > ? iznosi 0,93 kJ/mol.

Kemijska svojstva

Kalcij je tipičan zemnoalkalijski metal. Kemijska aktivnost kalcija je visoka, ali niža od one svih ostalih zemnoalkalijskih metala. Lako reagira s kisikom, ugljičnim dioksidom i vlagom iz zraka, zbog čega je površina metalnog kalcija obično zagasito siva, pa se u laboratoriju kalcij obično čuva, kao i ostali zemnoalkalijski metali, u dobro zatvorenoj posudi pod slojem kerozina ili tekućeg parafina.

U nizu standardnih potencijala kalcij se nalazi lijevo od vodika. Standardni elektrodni potencijal para Ca2+/Ca0 je ?2,84 V, tako da kalcij aktivno reagira s vodom, ali bez paljenja:

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2^ + Q.

Kalcij reagira s aktivnim nemetalima (kisik, klor, brom) u normalnim uvjetima:

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

Kada se zagrijava u zraku ili kisiku, kalcij se zapali. Kalcij reagira s manje aktivnim nemetalima (vodik, bor, ugljik, silicij, dušik, fosfor i drugi) kada se zagrijava, na primjer:

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

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

3Ca + 2P = Ca3P2 (

kalcijev fosfid), također su poznati kalcijevi fosfidi sastava CaP i CaP5;

2Ca + Si = Ca2Si

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

Pojava gore navedenih reakcija, u pravilu, prati oslobađanje velike količine topline (to jest, ove reakcije su egzotermne). U svim spojevima s nemetalima oksidacijsko stanje kalcija je +2. Većina spojeva kalcija s nemetalima lako se razgrađuje vodom, na primjer:

CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2^,

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

Ion Ca2+ je bezbojan. Kada se u plamen dodaju topive kalcijeve soli, plamen postaje ciglastocrven.

Kalcijeve soli kao što su CaCl2 klorid, CaBr2 bromid, CaI2 jodid i Ca(NO3)2 nitrat visoko su topljive u vodi. U vodi su netopljivi fluorid CaF2, karbonat CaCO3, sulfat CaSO4, ortofosfat Ca3(PO4)2, oksalat CaC2O4 i neki drugi.

Važno je da je, za razliku od kalcijevog karbonata CaCO3, kiseli kalcijev karbonat (bikarbonat) Ca(HCO3)2 topiv u vodi. U prirodi to dovodi do sljedećih procesa. Kada hladna kiša ili riječna voda, zasićena ugljičnim dioksidom, prodre u podzemlje i pogodi vapnenac, opaža se njihovo otapanje:

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

Na istim mjestima gdje voda zasićena kalcijevim bikarbonatom dolazi na površinu zemlje i zagrijava se sunčevim zrakama, događa se obrnuta reakcija:

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

Tako se u prirodi prenose velike mase tvari. Kao rezultat toga, pod zemljom se mogu stvoriti ogromne praznine, au špiljama se stvaraju prekrasne kamene "ledenice" - stalaktiti i stalagmiti.

Prisutnost otopljenog kalcijevog bikarbonata u vodi uvelike određuje privremenu tvrdoću vode. Naziva se privremenim jer kada voda zavrije dolazi do razgradnje bikarbonata i taloženja CaCO3. Ova pojava dovodi, na primjer, do toga da se u kuhalu za vodu s vremenom stvara kamenac.

Primjena metalnog kalcija

Glavna upotreba metalnog kalcija je kao redukcijsko sredstvo u proizvodnji metala, posebno nikla, bakra i nehrđajućeg čelika. Kalcij i njegov hidrid također se koriste za proizvodnju metala koje je teško reducirati kao što su krom, torij i uran. Legure kalcija i olova koriste se u baterijama i legurama za ležajeve. Granule kalcija također se koriste za uklanjanje tragova zraka iz vakuumskih uređaja.

Metalotermija

Čisti metalni kalcij naširoko se koristi u metalotermiji za proizvodnju rijetkih metala.

Legiranje legura

Čisti kalcij se koristi za legiranje olova koje se koristi za proizvodnju baterijskih ploča i starter olovnih baterija bez održavanja s niskim samopražnjenjem. Također, metalni kalcij se koristi za proizvodnju visokokvalitetnih kalcijevih babita BKA.

Nuklearna fuzija

Izotop 48Ca najučinkovitiji je i najčešće korišten materijal za proizvodnju superteških elemenata i otkrivanje novih elemenata u periodnom sustavu. Na primjer, u slučaju korištenja iona 48Ca za proizvodnju superteških elemenata u akceleratorima, jezgre tih elemenata formiraju se stotinama i tisućama puta učinkovitije nego kod korištenja drugih "projektila" (iona).

Primjena kalcijevih spojeva

Kalcij hidrid. Zagrijavanjem kalcija u atmosferi vodika dobiva se Cah3 (kalcijev hidrid) koji se koristi u metalurgiji (metalotermija) iu proizvodnji vodika na terenu.

Optički i laserski materijali Kalcijev fluorid (fluorit) koriste se u obliku monokristala u optici (astronomski objektivi, leće, prizme) i kao laserski materijal. Kalcijev volframat (šeelit) u obliku monokristala koristi se u laserskoj tehnici, a također i kao scintilator.

Kalcijev karbid. Kalcijev karbid CaC2 naširoko se koristi za proizvodnju acetilena i za redukciju metala, kao i u proizvodnji kalcijevog cijanamida (zagrijavanjem kalcijevog karbida u dušiku na 1200 °C, reakcija je egzotermna, odvija se u pećima za cijanamid) .

Kemijski izvori struje. Kalcij, kao i njegove legure s aluminijem i magnezijem, koriste se u pomoćnim toplinskim električnim baterijama kao anoda (na primjer, element kalcij-kromat). Kalcijev kromat se u takvim baterijama koristi kao katoda. Posebnost ovakvih baterija je izuzetno dug vijek trajanja (desetljećima) u prikladnom stanju, mogućnost rada u bilo kojim uvjetima (prostor, visoki pritisci), visoka specifična energija u odnosu na težinu i volumen. Nedostatak: kratak vijek trajanja. Takve baterije se koriste tamo gdje je potrebno stvoriti kolosalnu električnu energiju za kratko vrijeme (balističke rakete, neke svemirske letjelice itd.).

Vatrootporni materijali. Kalcijev oksid, kako u slobodnom obliku tako iu sastavu keramičkih smjesa, koristi se u proizvodnji vatrostalnih materijala.

Lijekovi. Spojevi kalcija naširoko se koriste kao antihistaminici.

Kalcijev klorid

Kalcijev glukonat

Kalcijev glicerofosfat

Osim toga, spojevi kalcija uključeni su u lijekove za prevenciju osteoporoze iu vitaminske komplekse za trudnice i starije osobe.

Biološka uloga

Kalcij je čest makronutrijent u tijelu biljaka, životinja i ljudi. Kod ljudi i drugih kralježnjaka najveći dio nalazi se u kosturu i zubima u obliku fosfata. Kosturi većine skupina beskralješnjaka (spužve, koraljni polipi, mekušci itd.) sastoje se od raznih oblika kalcijeva karbonata (vapna). Ioni kalcija sudjeluju u procesima zgrušavanja krvi, kao iu osiguravanju stalnog osmotskog tlaka krvi. Kalcijevi ioni također služe kao jedan od univerzalnih sekundarnih glasnika i reguliraju niz unutarstaničnih procesa - kontrakciju mišića, egzocitozu, uključujući lučenje hormona i neurotransmitera itd. Koncentracija kalcija u citoplazmi ljudskih stanica je oko 10?7 mol, u međustaničnim tekućinama oko 10 ?3 mol.

Potrebe za kalcijem ovise o dobi. Za odrasle je potreban dnevni unos od 800 do 1000 miligrama (mg), a za djecu od 600 do 900 mg, što je vrlo važno za djecu zbog intenzivnog rasta kostura. Većina kalcija koji ulazi u ljudsko tijelo s hranom nalazi se u mliječnim proizvodima; preostali kalcij dolazi iz mesa, ribe i nekih biljnih proizvoda (osobito mahunarki). Apsorpcija se odvija iu debelom i u tankom crijevu, a olakšavaju je kiseli okoliš, vitamin D i vitamin C, laktoza i nezasićene masne kiseline. Uloga magnezija u metabolizmu kalcija je važna; njegovim nedostatkom kalcij se “ispire” iz kostiju i taloži u bubrezima (bubrežni kamenci) i mišićima.

Aspirin, oksalna kiselina i derivati ​​estrogena ometaju apsorpciju kalcija. U kombinaciji s oksalnom kiselinom, kalcij proizvodi spojeve netopljive u vodi koji su sastavni dijelovi bubrežnih kamenaca.

Zbog velikog broja procesa koji su uz njega povezani, sadržaj kalcija u krvi je precizno reguliran, a pravilnom prehranom ne dolazi do nedostatka. Dugotrajna odsutnost s prehrane može uzrokovati grčeve, bolove u zglobovima, pospanost, smetnje u rastu i zatvor. Dublji nedostatak dovodi do stalnih grčeva mišića i osteoporoze. Zlouporaba kave i alkohola može uzrokovati nedostatak kalcija, jer se dio kalcija izlučuje urinom.

Prevelike doze kalcija i vitamina D mogu uzrokovati hiperkalcijemiju, praćenu intenzivnom kalcifikacijom kostiju i tkiva (zahvaćajući uglavnom mokraćni sustav). Dugotrajna prekomjernost remeti funkcioniranje mišićnog i živčanog tkiva, povećava zgrušavanje krvi i smanjuje apsorpciju cinka u stanicama kostiju. Najveća dnevna sigurna doza za odraslu osobu je 1500 do 1800 miligrama.

Proizvodi Kalcij, mg/100 g

Sezam 783

kopriva 713

Šumski sljez 505

Veliki trputac 412

Galinsoga 372

Sardine u ulju 330

Bršljan budra 289

Šipak 257

Badem 252

Trputac lanceolist. 248

lješnjak 226

Sjeme amaranta 214

Potočarka 214

Suho zrno soje 201

Djeca mlađa od 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 od 16 godina i stariji - 1000 mg.

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

Trudnice i dojilje - od 1500 do 2000 mg.

Zaključak

Kalcij je jedan od najzastupljenijih elemenata na Zemlji. U prirodi ga ima mnogo: planinski lanci i glinene stijene nastaju od kalcijevih soli, ima ga u morskoj i riječnoj vodi, a ulazi u sastav biljnih i životinjskih organizama.

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

Naravno, s takvim kemijskim svojstvima kalcij ne može postojati u prirodi u slobodnom stanju. Ali spojevi kalcija - prirodni i umjetni - stekli su iznimnu važnost.

Bibliografija

1. Urednički odbor: Knunyants I. L. (glavni urednik) Kemijska enciklopedija: u 5 svezaka - Moskva: Sovjetska enciklopedija, 1990. - T. 2. - P. 293. - 671 str.

2. Doronin. N.A. Calcium, Goskhimizdat, 1962. 191 str. s ilustracijama.

3. Dotsenko VA. - Terapijska i preventivna prehrana. - Pitanje. prehrana, 2001 - N1-p.21-25

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

www.e-ng.ru

Svijet znanosti

Kalcij je metalni element glavne podskupine II 4. skupine periodnog sustava kemijskih elemenata. Pripada obitelji zemnoalkalijskih metala. Vanjska energetska razina atoma kalcija sadrži 2 uparena s-elektrona

Koje je u stanju energetski odati tijekom kemijskih interakcija. Dakle, kalcij je redukcijsko sredstvo i u svojim spojevima ima oksidacijski stupanj +2. U prirodi se kalcij nalazi samo u obliku soli. Maseni udio kalcija u zemljinoj kori iznosi 3,6%. Glavni prirodni mineral kalcija je kalcit CaCO3 i njegove vrste - vapnenac, kreda, mramor. Postoje i živi organizmi (na primjer, koralji), čija se okosnica sastoji uglavnom od kalcijevog karbonata. Važni minerali kalcija su i dolomit CaCO3 MgCO3, fluorit CaF2, gips CaSO4 2h3O, apatit, feldspat itd. Kalcij ima važnu ulogu u životu živih organizama. Maseni udio kalcija u ljudskom tijelu je 1,4-2%. Ulazi u sastav zuba, kostiju, drugih tkiva i organa, sudjeluje u procesu zgrušavanja krvi, potiče rad srca. Da biste organizmu osigurali dovoljnu količinu kalcija, svakako treba konzumirati mlijeko i mliječne proizvode, zeleno povrće, a kalcij je tipičan srebrno-bijeli metal. Dosta je tvrd, plastičan, ima gustoću 1,54 g/cm3 i talište 842? C. Kemijski je kalcij vrlo aktivan. U normalnim uvjetima lako dolazi u interakciju s kisikom i vlagom u zraku, pa se čuva u hermetički zatvorenim spremnicima. Zagrijavanjem na zraku kalcij se zapali i stvara oksid: 2Ca + O2 = 2CaO Zagrijavanjem kalcij reagira s klorom i bromom, a čak i na hladnoći s fluorom. Produkti ovih reakcija su odgovarajući halogenidi, na primjer: Ca + Cl2 = CaCl2. Pri zagrijavanju kalcija sa sumporom nastaje kalcijev sulfid: Ca + S = CaS. Kalcij može reagirati i s drugim nemetalima dovodi do stvaranja slabo topljivog kalcijevog hidroksida i oslobađanja plinovitog vodika :Ca + 2h3O = Ca (OH) 2 + h3 Metalni kalcij se široko koristi. Koristi se kao rozeta u proizvodnji čelika i legura, te kao redukcijsko sredstvo za proizvodnju nekih vatrostalnih metala.

Kalcij se dobiva elektrolizom rastaljenog kalcijevog klorida. Tako je kalcij prvi dobio 1808. godine Humphry Davy.

worldofscience.ru

Kalcij je element glavne podskupine druge skupine, četvrte periode periodnog sustava kemijskih elemenata, s atomskim brojem 20. Označava se simbolom Ca (lat. Calcium). Jednostavna tvar kalcij (CAS broj: 7440-70-2) je mekani, reaktivni zemnoalkalijski metal srebrno-bijele boje.

Povijest i porijeklo imena

Naziv elementa dolazi od lat. calx (u genitivnom slučaju calcis) - "vapno", "mekani kamen". Predložio ga je engleski kemičar Humphry Davy, koji je izolirao metalni kalcij elektrolitičkom metodom 1808. godine. Davy je elektrolizirao smjesu vlažnog gašenog vapna i živinog oksida HgO na platinastoj ploči, koja je služila kao anoda. Katoda je bila platinasta žica uronjena u tekuću živu. Kao rezultat elektrolize dobiven je kalcijev amalgam. Nakon što je iz njega destilirao živu, Davy je dobio metal koji se zove kalcij.
Spojevi kalcija - vapnenac, mramor, gips (kao i vapno - produkt kalcinacije vapnenca) koriste se u graditeljstvu prije nekoliko tisuća godina. Sve do kraja 18. stoljeća kemičari su vapno smatrali jednostavnom krutom tvari. Godine 1789. A. Lavoisier je predložio da su vapno, magnezij, barit, glinica i silicij složene tvari.

Priznanica

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

Fizička svojstva

Metalni kalcij postoji u dvije alotropske modifikacije. Do 443 °C, α-Ca s kubičnom centriranom rešetkom (parametar a = 0,558 nm) je stabilan; stabilniji. Standardna entalpija ΔH 0 prijelaza α → β je 0,93 kJ/mol.
Postupnim povećanjem tlaka počinje pokazivati ​​svojstva poluvodiča, ali ne postaje poluvodič u punom smislu riječi (više nije ni metal). Daljnjim povećanjem tlaka vraća se u metalno stanje i počinje pokazivati ​​supravodljiva svojstva (temperatura supravodljivosti je šest puta viša od temperature žive, a po vodljivosti daleko nadmašuje sve ostale elemente). Jedinstveno ponašanje kalcija na mnogo je načina slično stronciju (tj. paralele u periodnom sustavu ostaju).

Kemijska svojstva

Kalcij je tipičan zemnoalkalijski metal. Kemijska aktivnost kalcija je visoka, ali niža od one svih ostalih zemnoalkalijskih metala. Lako reagira s kisikom, ugljičnim dioksidom i vlagom iz zraka, zbog čega je površina metalnog kalcija obično zagasito siva, pa se u laboratoriju kalcij obično čuva, kao i ostali zemnoalkalijski metali, u dobro zatvorenoj posudi pod slojem kerozina ili tekućeg parafina.