Кальций является химическим элементом периодической таблицы Д.И. Менделеева с атомным номером 20 и условным обозначением Ca. Кальций в свободном виде представляет собой легкий высокореактивный щелочноземельный металл серебристо-белого цвета.
Открытие
Такой химический элемент как кальций был известен человечеству с древнейших времен. Еще в седьмом тысячелетии до Нашей Эры известь использовалась в качестве строительного материала, а гипс — для изготовления фигур. Только в конце XVIII века французский химик и исследователь предположил, что известь может быть оксидом принципиально нового химического элемента.
Выделить новый элемент удалось только в 1808 году английскому химику Хэмфри Дэви методом выпаривания ртути из амальгамы кальция, полученной электролитическим способом. Данный метод получения кальция не используется в промышленных масштабах, а пригоден только в качестве лабораторного метода. Промышленный метод извлечения чистого химического элемента был открыт только спустя столетие. Само название «кальций» происходит от латинского слова «calx». Еще во времена римлян этим словом называли известь, известняк, мел и растворы изготовленные из извести.
Интересное:
Характеристики
| Физические характеристики | |
|---|---|
| Состояние при Н.У. | Твердое |
| Температура плавления | 842 ° С |
| Точка кипения | 1484 °С |
| Плотность при Н.У. | 1,526 г/см 3 |
| Твердость по шкале Мооса | 1.75 |
| Критическая точка | — |
| Мол. теплота плавления | 8,54 кДж/моль |
| Мол. теплота испарения | 153 кДж/моль |
| Мол. теплоемкость | 647,3 Дж/(кг·К) |
| Молярный объем | 26,20 · 10 -6 м 3 ·моль -1 |
| Химические характеристики | |
|---|---|
| Атомный номер(Z) | 20 |
| Атомная масса | 40,078 |
| Электронная конфигурация | 4s² |
| Радиус атома | 197 пм |
| Ковалентный радиус | 174 пм |
| Степени окисления | +1, +2 |
| Радиус иона | 99 пм |
| Электроотрицательность | 1.0 (шкала Полинга) |
| Энергия ионизации | 589,4 кДж/моль |
| Изотопы | ⁴⁰Ca; ⁴¹Ca; ⁴²Ca; ⁴³Ca; ⁴⁴Ca; ⁴⁵Ca; ⁴⁶Ca; ⁴⁷Ca; ⁴⁸Ca |
Интересное:
Добыча и производство
Такой химический элемент как кальций является достаточно распространенным. По распространенности среди химических элементов в земной коре он занимает пятую позицию и третью среди металлов после алюминия и железа. В природе кальций встречается только в связанной форме из-за его высокой реакционной способности в виде минералов и других кальцийсодержащих соединений. Наиболее значимыми минералами являются кальцит, арагонит, доломит, ангидрит, флюорит и апатит. В числе важных коммерческих кальцийсодержащих соединений можно отметить известняк, гипс, мрамор и мел.
Получение кальция в чистом виде на сегодняшний день доступно многими способами. В числе наиболее распространенных химических реакций можно выделить электролиз жидкого хлорида кальция и восстановление негашеной извести алюминиевым порошком.
Химическая реакция электролиза хлорида кальция:
CaCl2 → Ca↓ + Cl2
Химическая реакция восстановления негашенной извести:
4CaO + 2Al –1200°C→ CaAl2O4 + Ca↑
Основными мировыми производителями кальция являются Китай, Россия и США. Общий годовой объем производства кальция составляет около 25 000 тонн. При этом в среднем на долю производства Китая приходится около 12 тысяч тонн, России – 8 тысяч тонн и США около 4 тысяч тонн. Все остальное производство сосредоточено среди второстепенных производителей.
Интересное:
Применение
Такой химический элемент как кальций имеет очень широкое применение в разных областях жизнедеятельности человека как в чистом виде так и в виде соединений. В частности его применяют в металлургии, промышленности, медицине, фармакалогии, энергетике и сельском хозяйстве.
Для металлургии данный химический элемент представляет ценность при производстве различных видов стали, а так же при производстве тория, ванадия, циркония, иттрия и других тяжелых редкоземельных металлов. В конкретном случае реакционная способность ионов кальция используется в качестве восстановителя. Помимо металлургии, реакционная способность кальция используется для удаления азота из газообразного аргона высокой чистоты, а также в качестве газопоглотителя кислорода и азота.
Многие кальциевые соединения используются в пищевой промышленности, фармацевтических препаратах и медицине. Кальций включен в список основных лекарственных средств Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ). Кальций и фосфор добавляются в пищу за счет добавления лактата кальция, дифосфата кальция и трикальцийфосфата. Последний также используется в качестве полирующего агента в зубной пасте и антацидах. Лактобионат кальция представляет собой белый порошок, который используется в качестве суспендирующего агента в фармацевтических препаратах. В выпечке фосфат кальция используется в качестве разрыхлителя.
Помимо всего вышеперечисленного, сульфит кальция используется в качестве отбеливателя при производстве бумаги и в качестве дезинфицирующего средства, силикат кальция используется в качестве армирующего агента в резине, а ацетат кальция входит в состав известковой канифоли и используется для изготовления металлического мыла и синтетических смол. Мелко измельченная известь или доломит используется в качестве удобрения в сельском и лесном хозяйстве или в качестве кормовой извести в животноводстве.
Интересное:
Безопасность
Кальций является распространённым макроэлементом в организме растений, животных и человека. В организме человека и других позвоночных большая его часть находится в скелете и зубах. В костях кальций содержится в виде гидроксиапатита. Ионы кальция участвуют в процессах свертывания крови, а также служат одним из универсальных вторичных посредников внутри клеток и регулируют самые разные внутриклеточные процессы — мышечное сокращение, экзоцитоз, в том числе секрецию гормонов и нейромедиаторов. Концентрация кальция в цитоплазме клеток человека составляет около 10−4 ммоль/л, в межклеточных жидкостях около 2,5 ммоль/л.
Не смотря на все вышеперечисленное, кальций экзотермически реагирует с водой и кислотами. Контакт металлического кальция с влагой тела приводит к сильному коррозионному раздражению. При проглатывании металлический кальций оказывает такое же воздействие на ротовую полость, пищевод и желудок, что способно привести к летальному исходу. Кроме того некоторые исследования показали, что суточное потребление кальция более 2000 мг продолжительный период времени может способствовать риску развития рака простаты.