Кальцій

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
(Перенаправлено з Ca)
Перейти до: навігація, пошук
Кальцій (Ca)
Атомний номер 20
Зовнішній вигляд
простої речовини
помірно-твердий,
сріблясто-білий метал
Властивості атома
Атомна маса
(молярна маса)
40,078 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 197 пм
Енергія іонізації
(перший електрон)
589,4(6,11) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація [Ar] 4s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 174 пм
Радіус іона (+2e)99 пм
Електронегативність
(за Полінгом)
1,00
Електродний потенціал
Ступені окиснення 2
Термодинамічні властивості
Густина 1,55 г/см³
Питома теплоємність 0,653 Дж/(K моль)
Теплопровідність (201) Вт/(м К)
Температура плавлення 1112 K
Теплота плавлення 9,20 кДж/моль
Температура кипіння 1757 K
Теплота випаровування 153,6 кДж/моль
Молярний об'єм 29,9 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки кубічна об'ємноцентрована
Період ґратки 5,580 Å
Відношення c/a n/a
Температура Дебая 230,00 K
Періодична система елементів
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Елементарний Кальцій

Ка́льцій, також ва́пень, ва́пник або вап[Джерело?] (Ca) — хімічний елемент з атомним номером 20 та його проста речовина, що належить до лужноземельних металів, сріблясто-білий м'який метал, хімічно активний, легко окиснюється. Густина 1,55, температура плавлення 842 °C, температура кипіння 1491 °C. Твердість кальцію за Брінеллем 200–300 МПа.

Походження назви[ред.ред. код]

Назва елементу «кальцій» походить від лат. calx, calcis — вапно («м'який камінь»). Вона була запропонована англійським хіміком Гемфрі Деві, в 1808 р. що виділив металевий кальцій електролізом. Деві змішував вологе гашене вапно з оксидом ртуті HgO на платиновій пластині, яка була анодом. Катодом служив платиновий дріт, занурений в рідку ртуть. В результаті електролізу виходила амальгама кальцію.

Звідси ж походить і стара українська назва елементу, «вапень».

Поширення в природі[ред.ред. код]

За поширеністю в природі кальцій посідає п'яте місце серед хімічних елементів (3,6% маси земної кори). У зв'язку з високою хімічною активністю у вільному стані він не зустрічається. Найпоширенішими його сполуками є вапняк, крейда та мармур, які мають однаковий хімічний склад CaCO3, але різну кристалічну будову.

Кларк К. в кам'яних метеоритах 1,4%, ультраосновних — 0,7%, основних — 6,72%, середніх — 4,65%, кислих породах — 1,58%.

К. входить до складу багатьох мінералів (силікати, алюмосилікати, боросилікати, карбонати, сульфати, фосфати, ванадати, вольфрамати, молібдати, титанати, ніобати, флуориди, хлориди та ін.). Складова частина вапняків, мармуру тощо. Ці мінерали часто утворюють цілі гірські масиви. У великих кількостях зустрічаються також апатити і фосфорити, основою яких є фосфат кальцію Са3(РО4)2. Досить поширеним є мінерал гіпс CaSO4 · 2Н2О.

Крім того, значні кількості сполук вапню містяться в ґрунті і природних водах, а також входять до складу тваринних і рослинних організмів. Так, наприклад, мінеральна маса кісток і зубів тварин містить близько 80% фосфату кальцію Са3(РО4)2, а шкаралупа яєць майже повністю складається з карбонату кальцію СаСО3.

Фізичні властивості[ред.ред. код]

У вільному стані кальцій — сріблясто-білий легкий метал. Густина його 1,55 г/см³. Температура плавлення 851°С. Твердість кальцію невелика, він лише трохи твердіший за свинець та натрій. Пластичність досить висока: кальцій легко можна пресувати і розкатувати в тоненькі листочки.

Хімічні властивості[ред.ред. код]

Кальцій належить до головної підгрупи другої групи періодичної системи Менделєєва. Його атоми на зовнішньому енергетичному рівні мають по два електрони. Ці електрони він легко втрачає і перетворюється в позитивно заряджені іони Са2+. У всіх своїх сполуках кальцій буває лише двовалентний. Кальцій належить до найактивніших металів і за своєю хімічною активністю поступається лише перед лужними металами.

При звичайній температурі кальцій легко взаємодіє з киснем і вологою повітря, тому його зберігають під шаром гасу, вазеліну або в герметично закритій посудині. При нагріванні він легко запалюється, утворюючи оксид кальцію:

  • 2Са + О2 (повітря) = 2СаО (300–450 °С)

Вапень легко взаємодіє також з водою, особливо при нагріванні, а з кислотами реагує дуже бурхливо:

  • Са + 2Н2О = Ca(ОН)2 + Н2
  • Са + 2HCl = CaCl2 + Н2

З вологим бромом і хлором кальцій взаємодіє вже при звичайній температурі, а при нагріванні безпосередньо реагує з сіркою, азотом і іншими речовинами, а також відновлює майже всі метали з їх оксидів:

  • Са + Cl2 = CaCl2 (200–250 °С)
  • Са + S = CaS (150 °С)
  • Ca + 2C(графіт) =нагрівання CaC2 — карбід кальцію (550 °С)
  • 3Са + N2 (повітря) = Са3N2 нітрид (200–450 °С)

Одержання[ред.ред. код]

Металічний вапень добувають електролізом розплавленого хлориду кальцію при температурі 800–850°С. Процес електролізу можна зобразити такими рівняннями:

                 CaCl2
                  ↑↓
— Катод <-   Са2+ + 2Cl-   -> Анод +
 Са2+ + 2е = Са°          2Cl — 2е = 2Cl° = Cl2

Застосування[ред.ред. код]

Металічний кальцій застосовують головним чином у металургії для одержання деяких металів з їх оксидів, які важко відновлюються, наприклад ванадію, хрому і ін.

  • V2O5 + 5Ca = 2V + 5CaO
  • Cr2O3 + 3Ca = 2Cr + 3CaO

Кальцій використовують також для розкиснення сталі і бронзи при їх виплавці, а також для виготовлення деяких сплавів. Так, сплав свинцю з невеликою добавкою кальцію служить для заливки підшипників залізничних вагонів.

Крім того, кальцій застосовують для зневоднення деяких органічних рідин і інших цілей.

Використовують у металургії для виготовлення сплавів і як відновник. Широко застосовують природні солі кальцію.

Лікарські засоби[ред.ред. код]

З'єднання кальцію широко застосовуються як антигістамінні засоби.

З'єднання кальцію входять в склад препаратів для профілактики остеопорозу, у вітамінні комплекси.

Біологічна роль[ред.ред. код]

Кальцій найбільш розповсюджений макроелемент в організмі людини, більша його частина міститься в скелеті і зубах у вигляді фосфатів. Іони кальцію беруть участь в процесах згортання крові, м'язових і нейронних реакціях, забезпечують осмотичний тиск крові. Потреба в кальцію залежить від віку. Для дорослих необхідна добова норма становить від 800 до 1000 міліграм, для дітей — від 600 до 900 міліграм, що дуже важливо внаслідок інтенсивного росту скелета дитини. Зловживання кавою та алкоголем може призводити до дефіциту вапню.

Кальцій належить до лужноземельних металів і володіє високою біохімічною активністю. В організмі знаходиться близько 1,5 кг кальцію. Він є основним структурним елементом кісток і зубів, входить до складу нігтів, волосся, м'яких тканин, позаклітинної рідини і плазми крові. Кальцій є також важливим компонентом системи згортання крові, він підтримує правильне співвідношення солей в організмі людини.

До числа найбільш важливих функцій в живому організмі відноситься його участь в роботі різних ферментних систем, в тому числі забезпечують скорочення м'язів і передавальних нервові імпульси, що змінюють активність гормонів і так далі. Кальцій також впливає на проникність клітин тканин для калію і натрію, надає стабілізуючий вплив на мембрани нервових клітин.

Джерелом кальцію є харчові продукти. З їжею доросла людина може отримати близько 10 г кальцію, вагітні жінки — до 15 г, матері-годувальниці — до 20 г. Кальцій, надходить з їжею в основному у вигляді нерозчинних солей, які розчиняються в шлунку людини за допомогою шлункового соку, потім піддаються впливу жовчних кислот, переводять його в засвоювану форму.

Література[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

Див. також[ред.ред. код]