kalsium. Kalsium nədir, kalsiumun oksigenlə reaksiyası Kalsiumun kimyəvi birləşmələri

TƏrif

kalsium- dövri cədvəlin iyirminci elementi. Təyinat - Latın "kalsium" dan Ca. Dördüncü dövrdə, qrup IIA yerləşir. Metallara aiddir. Əsas ödəniş 20 manatdır.

Kalsium təbiətdə ən çox yayılmış elementlərdən biridir. Yer qabığında təxminən 3% (ağırlıq) var. Çoxsaylı əhəngdaşı və təbaşir yataqlarında, eləcə də kalsium karbonat CaCO 3-ün təbii növləri olan mərmərdə baş verir. Gips CaSO 4 × 2H 2 O, fosforit Ca 3 (PO 4) 2 və nəhayət, müxtəlif kalsium tərkibli silikatlar da böyük miqdarda olur.

Sadə bir maddə şəklində kalsium elastik, kifayət qədər sərt, ağ metaldır (şək. 1). Havada tez bir oksid təbəqəsi ilə örtülür və qızdırıldıqda parlaq qırmızımtıl alovla yanır. Kalsium soyuq su ilə nisbətən yavaş reaksiya verir, lakin hidrogeni tez bir zamanda isti sudan çıxararaq hidroksid əmələ gətirir.

düyü. 1. Kalsium. Görünüş.

Kalsiumun atom və molekulyar kütləsi

Maddənin nisbi molekulyar kütləsi (M r) müəyyən bir molekulun kütləsinin karbon atomunun kütləsinin 1/12-dən neçə dəfə çox olduğunu və elementin nisbi atom kütləsinin (A r) neçə dəfə çox olduğunu göstərən rəqəmdir. kimyəvi elementin atomlarının orta kütləsi karbon atomunun 1/12 kütləsindən neçə dəfə böyükdür.

Sərbəst vəziyyətdə kalsium monatomik Ca molekulları şəklində mövcud olduğundan, onun atom və molekulyar kütlələrinin dəyərləri üst-üstə düşür. Onlar 40.078-ə bərabərdir.

Kalsiumun izotopları

Məlumdur ki, təbiətdə kalsium 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca və 48 Ca olan dörd sabit izotop şəklində, 40 Ca izotopunun (99,97%) aydın üstünlüyü ilə tapıla bilər. Onların kütlə nömrələri müvafiq olaraq 40, 42, 43, 44, 46 və 48-dir. 40 Ca kalsium izotopunun bir atomunun nüvəsi iyirmi proton və iyirmi neytrondan ibarətdir və qalan izotoplar ondan yalnız neytronların sayına görə fərqlənir.

Kütləvi nömrələri 34 ilə 57 arasında olan süni kalsium izotopları var, onların arasında ən sabiti 102 min il yarım ömrü olan 41 Ca-dır.

Kalsium ionları

Kalsium atomunun xarici enerji səviyyəsində valentlik olan iki elektron var:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 .

Kimyəvi qarşılıqlı təsir nəticəsində kalsium valentlik elektronlarından imtina edir, yəni. onların donorudur və müsbət yüklü iona çevrilir:

Ca 0 -2e → Ca 2+ .

Kalsium molekulu və atomu

Sərbəst vəziyyətdə kalsium monoatomik Ca molekulları şəklində mövcuddur. Kalsium atomu və molekulunu xarakterizə edən bəzi xüsusiyyətlər bunlardır:

Kalsium ərintiləri

Kalsium bəzi qurğuşun ərintilərində alaşımlı komponent kimi xidmət edir.

Problemin həlli nümunələri

NÜMUNƏ 1

Məşq edin

Aşağıdakı çevrilmələri həyata keçirmək üçün istifadə edilə bilən reaksiya tənliklərini yazın: Ca → Ca(OH) 2 → CaCO 3 → Ca(HCO 3) 2.

Cavab verin

Kalsiumu suda həll etməklə, "əhəng südü" kimi tanınan bir birləşmənin buludlu bir həllini əldə edə bilərsiniz - kalsium hidroksid: Ca+ 2H 2 O→ Ca(OH) 2 + H 2. Karbon dioksidi kalsium hidroksid məhlulundan keçirərək kalsium karbonat əldə edirik: 2Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O. Kalsium karbonata su əlavə edərək və bu qarışıqdan karbon dioksidi keçirməyə davam etməklə kalsium bikarbonat əldə edirik: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 → Ca(HCO 3) 2.

Giriş

Kalsiumun xüsusiyyətləri və istifadəsi

1 Fiziki xassələri

2 Kimyəvi xassələri

3 Ərizə

Kalsium almaq

1 Kalsium və onun ərintilərinin elektrolitik istehsalı

2 İstilik istehsalı

3 Kalsiumun alınması üçün vakuum-termik üsul

3.1 Kalsiumun azaldılması üçün alüminotermik üsul

3.2 Kalsiumun azaldılması üçün silikotermik üsul

Praktik hissə

Biblioqrafiya

Giriş

Mendeleyevin dövri sisteminin II qrupunun kimyəvi elementi, atom nömrəsi 20, atom kütləsi 40,08; gümüşü-ağ yüngül metal. Təbii element altı sabit izotopun qarışığıdır: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca və 48Ca, bunlardan ən çox yayılmışı 40-dır Ca (96, 97%).

Ca birləşmələri - əhəngdaşı, mərmər, gips (eləcə də əhəng - əhəng daşının kalsinasiya məhsulu) qədim zamanlarda tikintidə istifadə edilmişdir. 18-ci əsrin sonlarına qədər kimyaçılar əhəngi sadə bərk maddə hesab edirdilər. 1789-cu ildə A.Lavoisier əhəng, maqnezium, barit, alüminium oksidi və silisiumun mürəkkəb maddələr olduğunu irəli sürdü. 1808-ci ildə G. Davy civə oksidi ilə yaş sönmüş əhəng qarışığını civə katodu ilə elektrolizə məruz qoyaraq Ca amalqamı hazırladı və ondan civəni distillə edərək “Kalsium” (latınca calx, cinsi kalcis - əhəng).

Kalsiumun oksigen və azotu bağlamaq qabiliyyəti onu inert qazların təmizlənməsi üçün və qəbuledici (Getter qazları udmaq və elektron cihazlarda dərin vakuum yaratmaq üçün istifadə olunan maddədir.) kimi vakuum radio avadanlıqlarında istifadə etməyə imkan vermişdir.

Kalsium mis, nikel, xüsusi polad və bürünclərin metallurgiyasında da istifadə olunur; kükürdün, fosforun və artıq karbonun zərərli çirklərini birləşdirir. Eyni məqsədlər üçün silikon, litium, natrium, bor və alüminium ilə kalsium ərintiləri istifadə olunur.

Sənayedə kalsium iki yolla əldə edilir:

) CaO və Al tozunun briketlənmiş qarışığını 0,01 - 0,02 mm vakuumda 1200 °C-də qızdırmaqla. Hg İncəsənət.; reaksiya ilə fərqlənir:

CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

Kalsium buxarı soyuq bir səthdə kondensasiya olunur.

) CaCl2 və KCl əriməsinin maye mis-kalsium katodu ilə elektrolizi ilə Cu - Ca ərintisi (65% Ca) hazırlanır, ondan kalsium 950 - 1000 ° C temperaturda vakuumda distillə edilir. 0,1 - 0,001 mmHg.

) Kalsium karbid CaC2-nin termik dissosiasiyası ilə kalsiumun alınması üsulu da işlənib hazırlanmışdır.

Kalsium təbiətdə müxtəlif birləşmələr şəklində çox yayılmışdır. Yer qabığında 3,25% təşkil edərək beşinci yeri tutur və ən çox əhəngdaşı CaCO şəklində olur. 3, dolomit CaCO 3Mg CO 3, gips CaSO 42H 2O, fosforit Ca 3(P.O. 4)2 və flüorspat CaF 2, silikat süxurlarının tərkibində kalsiumun əhəmiyyətli nisbətini nəzərə almadan. Dəniz suyunda orta hesabla 0,04% (ağırlıq) kalsium var.

Bu kurs işində kalsiumun xassələri və istifadəsi, həmçinin onun alınmasının vakuum-termik üsullarının nəzəriyyəsi və texnologiyası öyrənilir.

. Kalsiumun xüsusiyyətləri və istifadəsi

.1 Fiziki xassələri

Kalsium gümüşü-ağ metaldır, lakin səthində oksid əmələ gəlməsi səbəbindən havaya məruz qaldıqda solur. Qurğuşundan daha sərt çevik metaldır. Kristal hüceyrə ?-Ca forması (adi temperaturda sabit) üz mərkəzli kub, a = 5.56 Å . Atom radiusu 1.97 Å , ion radiusu Ca 2+, 1,04Å . Sıxlıq 1,54 q/sm 3(20°C). 464 °C-dən yuxarı altıbucaqlı ?-forma. ərimə nöqtəsi 851 °C, qaynama nöqtəsi 1482 °C; xətti genişlənmənin temperatur əmsalı 22·10 -6 (0-300 °C); istilik keçiriciliyi 20 °C 125,6 W/(m K) və ya 0,3 kal/(sm san °C); xüsusi istilik tutumu (0-100 °C) 623,9 J/(kq K) və ya 0,149 kal/(g °C); 20 °C-də elektrik müqaviməti 4.6 10 -8ohm m və ya 4,6 10 -6 ohm sm; elektrik müqavimətinin temperatur əmsalı 4,57·10-3 (20 °C) təşkil edir. Elastik modul 26 Gn/m 2(2600 kqf/mm 2); dartılma gücü 60 MN/m 2(6 kqf/mm 2); elastik həddi 4 MN/m 2(0,4 kqf/mm 2), çıxma gücü 38 MN/m 2(3,8 kqf/mm 2); nisbi uzanma 50%; Brinell sərtliyi 200-300 Mn/m 2(20-30 kqf/mm 2). Kifayət qədər yüksək təmizlikdə olan kalsium plastikdir, asanlıqla preslənir, yuvarlanır və kəsilə bilər.

1.2 Kimyəvi xassələri

Kalsium aktiv metaldır. Beləliklə, normal şəraitdə atmosfer oksigeni və halogenləri ilə asanlıqla qarşılıqlı təsir göstərir:

Ca + O 2= 2 CaO (kalsium oksidi) (1)

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

Kalsium qızdırıldıqda hidrogen, azot, kükürd, fosfor, karbon və digər qeyri-metallarla reaksiya verir:

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

Ca + N 2= Ca 3N 2(kalsium nitridi) (4)

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

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

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

Kalsium soyuq su ilə yavaş-yavaş, lakin isti su ilə çox enerjili reaksiya verir və güclü əsas Ca(OH)2 verir. :

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

Enerjili azaldıcı maddə olan kalsium oksigeni və ya halogenləri daha az aktiv metalların oksidləri və halidlərindən təmizləyə bilər, yəni reduksiya xüsusiyyətlərinə malikdir:

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

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

Kalsium hidrogeni buraxmaq üçün turşularla güclü reaksiya verir, CaH hidrid yaratmaq üçün halogenlər və quru hidrogenlə reaksiya verir. 2. Kalsiumu qrafitlə qızdırdıqda CaC karbid əmələ gəlir. 2. Kalsium ərimiş CaCl-nin elektrolizi ilə əldə edilir 2və ya vakuumda alüminotermik azalma:

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

Saf metaldan Cs, Rb, Cr, V, Zr, Th, U birləşmələrinin metallara çevrilməsi və poladların oksidləşməsi üçün istifadə olunur.

1.3 Tətbiq

Kalsium getdikcə müxtəlif sənaye sahələrində istifadə olunur. Son zamanlar bir sıra metalların hazırlanmasında reduksiyaedici kimi böyük əhəmiyyət qazanmışdır.

Təmiz metal. Uran uranın ftoridini kalsium metalı ilə reduksiya etməklə əldə edilir. Kalsium və ya onun hidridləri titan oksidlərini, həmçinin sirkonium, torium, tantal, niobium və digər nadir metalların oksidlərini azaltmaq üçün istifadə edilə bilər.

Kalsium mis, nikel, xrom-nikel ərintiləri, xüsusi poladlar, nikel və qalay bürünclərinin istehsalında yaxşı deoksidləşdirici və qazsızlaşdırıcıdır; metallardan və ərintilərdən kükürd, fosfor və karbonu çıxarır.

Kalsium vismutla odadavamlı birləşmələr əmələ gətirir, ona görə də qurğuşunu vismutdan təmizləmək üçün istifadə olunur.

Kalsium müxtəlif yüngül ərintilərə əlavə olunur. Bu külçə səthini, incə taxıl ölçüsünü yaxşılaşdırmağa və oksidləşməni azaltmağa kömək edir.

Kalsium tərkibli daşıyıcı ərintilər geniş istifadə olunur. Qurğuşun ərintiləri (0,04% Ca) kabel örtükləri hazırlamaq üçün istifadə edilə bilər.

Texnologiyada kalsium və qurğuşunun sürtünmə əleyhinə ərintiləri istifadə olunur. Kalsium mineralları geniş istifadə olunur. Belə ki, əhəngdaşı əhəng, sement, qum-əhəng kərpicinin istehsalında və bilavasitə tikinti materialı kimi, metallurgiyada (flüks), kimya sənayesində kalsium karbid, soda, kaustik soda, ağartma, gübrə, şəkər, şüşə istehsalında.

Təbaşir, mərmər, İslandiya şpatı, gips, flüorit və s. praktiki əhəmiyyət kəsb edir. Oksigen və azotu bağlamaq qabiliyyətinə görə, kalsium və ya kalsium ərintiləri natrium və digər metallarla nəcib qazların təmizlənməsi üçün və vakuum radio avadanlıqlarında alıcı kimi istifadə olunur. Kalsium da tarlada hidrogen mənbəyi olan hidrid istehsalında istifadə olunur.

2. Kalsiumun alınması

Kalsium əldə etməyin bir neçə yolu var, bunlar elektrolitik, termal, vakuum-termaldır.

.1 Kalsium və onun ərintilərinin elektrolitik istehsalı

Metodun mahiyyəti ondan ibarətdir ki, katod əvvəlcə ərimiş elektrolitə toxunur. Təmas nöqtəsində katodu yaxşı isladan metalın maye damcısı əmələ gəlir ki, bu da katod yavaş-yavaş və bərabər qaldırıldıqda onunla birlikdə ərimədən çıxarılır və bərkiyir. Bu vəziyyətdə, bərkimiş damcı metalı oksidləşmədən və nitridləşmədən qoruyan möhkəm bir elektrolit filmi ilə örtülür. Davamlı və diqqətlə katodu qaldıraraq, kalsium çubuqlara çəkilir.

2.2 İstilik istehsalı

kalsium kimyəvi elektrolitik termal

· Xlorid prosesi: Texnologiya kalsium xloridin əridilməsi və susuzlaşdırılmasından, qurğuşunun əridilməsindən, ikiqat qurğuşun-natrium ərintisinin alınmasından, üçlü qurğuşun-natrium-kalsium ərintisinin alınmasından və duzları çıxardıqdan sonra üçlü ərintinin qurğuşun ilə seyreltilməsindən ibarətdir. Kalsium xlorid ilə reaksiya tənliyə uyğun olaraq davam edir

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

· Karbid prosesi: Qurğuşun-kalsium ərintisi istehsalı üçün əsas tənliyə uyğun olaraq kalsium karbid və ərimiş qurğuşun arasındakı reaksiyadır.

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

2.3 Kalsiumun alınması üçün vakuum-termik üsul

Vakuum-termik üsul üçün xammal

Kalsium oksidinin termal reduksiyasının xammalı əhəng daşının kalsifikasiyası nəticəsində əldə edilən əhəngdir. Xammala qoyulan əsas tələblər aşağıdakılardır: əhəng mümkün qədər saf olmalıdır və tərkibində kalsium, xüsusilə qələvi metallar və maqneziumla birlikdə azaldıla və metala çevrilə bilən minimum çirkləri olmalıdır. Əhəngdaşı karbonat tamamilə parçalanana qədər yandırılmalıdır, lakin sinterdən əvvəl deyil, çünki sinterlənmiş materialın azaldılması daha aşağıdır. Yandırılmış məhsul nəm və karbon qazının udulmasından qorunmalıdır, bərpa zamanı buraxılması prosesin performansını azaldır. Əhəng daşının kalsifikasiyası və kalsine edilmiş məhsulun emalı texnologiyası maqnezium istehsalının silikotermik üsulu üçün dolomit emalına bənzəyir.

.3.1 Kalsiumun azaldılması üçün alüminotermik üsul

Bir sıra metalların oksidləşməsinin sərbəst enerjisinin dəyişməsinin temperaturdan asılılığının diaqramı (şəkil 1) göstərir ki, kalsium oksidi ən davamlı və çətin azaldılan oksidlərdən biridir. Digər metallarla adi şəkildə - nisbətən aşağı temperaturda və atmosfer təzyiqində azaldıla bilməz. Əksinə, kalsiumun özü digər çətin reduksiya olunan birləşmələr üçün əla reduksiyaedici və bir çox metal və ərintilər üçün deoksidləşdirici agentdir. Kalsium oksidinin karbonla azaldılması kalsium karbidlərinin əmələ gəlməsi səbəbindən ümumiyyətlə mümkün deyil. Lakin kalsiumun nisbətən yüksək buxar təzyiqinə malik olması səbəbindən onun oksidi reaksiyaya uyğun olaraq alüminium, silikon və ya onların ərintiləri ilə vakuumda azaldıla bilər.

CaO + Mən? Ca + MeO (14).

İndiyə qədər kalsium istehsalı üçün yalnız alüminotermik üsul praktik tətbiq tapmışdır, çünki alüminium ilə CaO azaltmaq silikondan daha asandır. Kalsium oksidinin alüminiumla reduksiyasının kimyasına dair müxtəlif fikirlər mövcuddur. L.Pidceon və İ.Atkinson hesab edirlər ki, reaksiya kalsium monoalüminatın əmələ gəlməsi ilə gedir:

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

V. A. Pazuxin və A. Ya Fişer prosesin trikalsium alüminatın əmələ gəlməsi ilə baş verdiyini göstərir:

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

A.I.Voynitskinin fikrincə, reaksiyada pentakalsium trialüminatın əmələ gəlməsi üstünlük təşkil edir:

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

A. Yu Taits və A. I. Voinitsky tərəfindən aparılan son tədqiqatlar müəyyən etdi ki, kalsiumun alüminotermik reduksiyası mərhələlərlə baş verir. İlkin olaraq kalsiumun sərbəst buraxılması 3CaO·AI əmələ gəlməsi ilə müşayiət olunur. 2O 3, sonra kalsium oksidi və alüminium ilə reaksiyaya girərək 3CaO 3AI əmələ gətirir 2O 3. Reaksiya aşağıdakı sxemə uyğun gedir:

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

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

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

Oksidin azaldılması buxar kalsiumun ayrılması ilə baş verdiyindən və qalan reaksiya məhsulları qatılaşdırılmış vəziyyətdə olduğundan, sobanın soyudulmuş yerlərində onu ayırmaq və sıxlaşdırmaq asandır. Kalsium oksidinin vakuum-termik azaldılması üçün zəruri olan əsas şərtlər sistemdə yüksək temperatur və aşağı qalıq təzyiqdir. Aşağıda temperatur və tarazlıq kalsium buxar təzyiqi arasındakı əlaqədir. 1124-1728° K temperaturlar üçün hesablanmış reaksiyanın sərbəst enerjisi (17) ifadə edilir.

F T = 184820 + 6.95T-12.1 T lg T.

Beləliklə, tarazlıq kalsium buxar təzyiqinin loqarifmik asılılığı (mm Hg)

Lg p = 3,59 - 4430\T.

L. Pidceon və İ. Atkinson kalsiumun tarazlıq buxar təzyiqini eksperimental olaraq təyin etdilər. Kalsium oksidinin alüminiumla reduksiyasının reaksiyasının ətraflı termodinamik təhlili kalsium buxarının tarazlıq təzyiqinin aşağıdakı temperatur asılılıqlarını verən I. I. Matveenko tərəfindən aparılmışdır:

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

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

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

Hesablanmış və eksperimental məlumatlar Cədvəldə müqayisə edilir. 1.

Cədvəl 1 - (1), (2), (3), (3), mm Hg sistemlərində kalsium buxarının tarazlıq elastikliyinin dəyişməsinə temperaturun təsiri.

Temperatur °СEksperimental məlumatlarSistemlərdə hesablanmış(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

Təqdim olunan məlumatlardan aydın olur ki, ən əlverişli şərtlər (2) və (3) və ya (3") sistemlərdə qarşılıqlı təsirdir. Bu müşahidələrə uyğundur, çünki yükün qalıqlarında pentakalsium trialüminat və trikalsium alüminat üstünlük təşkil edir. kalsium oksidinin alüminiumla azaldılması.

Tarazlıq elastikliyinə dair məlumatlar göstərir ki, kalsium oksidinin alüminiumla azaldılması 1100-1150 ° C temperaturda mümkündür. Praktik olaraq məqbul reaksiya sürətinə nail olmaq üçün Artım sistemindəki qalıq təzyiq P tarazlığından aşağı olmalıdır. bərabərdir , yəni P bərabərsizliyi müşahidə edilməlidir bərabərdir >P ost , və proses 1200° temperaturda aparılmalıdır. Tədqiqatlar müəyyən etmişdir ki, 1200-1250° temperaturda yüksək utilizasiyaya (70-75%-ə qədər) və alüminiumdan aşağı xüsusi sərfə (kalsiumun hər kq-ı üçün təxminən 0,6-0,65 kq) nail olunur.

Prosesin kimyasının yuxarıdakı şərhinə əsasən, optimal tərkib qalıqda 5CaO 3Al əmələ gətirmək üçün nəzərdə tutulmuş yükdür. 2O 3. Alüminiumdan istifadə dərəcəsini artırmaq üçün kalsium oksidinin bir qədər çoxunu vermək faydalıdır, lakin çox deyil (10-20%), əks halda prosesin digər göstəricilərinə mənfi təsir göstərəcəkdir. Alüminiumun üyüdülmə dərəcəsinin 0,8-0,2 mm hissəciklərdən mənfi 0,07 mm-ə qədər artması ilə (V. A. Pazuxin və A. Ya. Fişerə görə) reaksiyada alüminiumdan istifadə 63,7-dən 78% -ə qədər artır.

Alüminiumun istifadəsi yük briketləmə rejimindən də təsirlənir. Əhəng və toz halında alüminium qarışığı 150 kq/sm3 təzyiqdə bağlayıcılar olmadan (vakuumda qazın çıxmaması üçün) briketlənməlidir. 2. Daha aşağı təzyiqlərdə alüminiumun istifadəsi həddindən artıq məsaməli briketlərdə ərimiş alüminiumun ayrılması, yüksək təzyiqlərdə isə qaz keçiriciliyinin zəif olması səbəbindən azalır. Bərpanın tamlığı və sürəti həm də retortdakı briketlərin sıxlığından asılıdır. Onları boşluqlar olmadan qoyarkən, bütün qəfəsin qaz keçiriciliyi aşağı olduqda, alüminiumun istifadəsi əhəmiyyətli dərəcədə azalır.

Şəkil 2 - Kalsiumun vakuum-termik üsulla alınması sxemi.

Alüminium-termik üsul texnologiyası

Alüminotermik üsulla kalsium istehsalının texnoloji sxemi Şəkildə göstərilmişdir. 2. Başlanğıc material kimi əhəngdaşı, azaldıcı kimi isə ilkin (daha yaxşı) və ya ikinci dərəcəli alüminiumdan hazırlanmış alüminium tozu istifadə olunur. Azaldıcı maddə kimi istifadə edilən alüminium, eləcə də xammalda yüksək uçucu metalların çirkləri olmamalıdır: buxarlanaraq kondensata çevrilə bilən maqnezium, sink, qələvilər və s. Təkrar emal edilmiş alüminiumun növlərini seçərkən bu nəzərə alınmalıdır.

ABŞ-da S. Loomis və P. Staubun təsvirinə görə, Kənandakı (Konnektikut) New England Lime Co. zavodunda kalsium alüminotermik üsulla istehsal olunur. Aşağıdakı tipik tərkibli əhəng istifadə olunur,%: 97,5 CaO, 0,65 MgO, 0,7 SiO 2, 0.6 Fe 2Oz + AlOz, 0.09 Na 2O+K 2Oh, 0,5 qalandır. Kalsine edilmiş məhsul mərkəzdənqaçma separatoru olan Raymond dəyirmanında üyüdülür, üyüdülmə incəliyi (60%) minus 200 mesh təşkil edir. Alüminium tozu istehsalının tullantı məhsulu olan alüminium tozu azaldıcı vasitə kimi istifadə olunur. Bağlı qablardan yanmış əhəng və barabanlardan alüminium dozaj tərəzisinə, sonra isə qarışdırıcıya verilir. Qarışdırıldıqdan sonra qarışıq quru üsulla briketlənir. Sözügedən zavodda əvvəllər silikotermik üsulla maqnezium hasil etmək üçün istifadə edilən retort sobalarında kalsium azaldılır (şək. 3). Sobalar generator qazı ilə qızdırılır. Hər bir sobada 28% Cr və 15% Ni olan istiliyədavamlı poladdan hazırlanmış 20 üfüqi retort var.

Şəkil 3 - Kalsium istehsalı üçün retort sobası

Retortun uzunluğu 3 m, diametri 254 mm, divar qalınlığı 28 mm. Retortun qızdırılan hissəsində reduksiya, nitqdən çıxan soyudulmuş ucunda isə kondensasiya baş verir. Briketlər kağız torbalarda retorta daxil edilir, sonra kondansatörlər daxil edilir və retort bağlanır. Dövrün əvvəlində mexaniki vakuum nasoslarından istifadə edərək hava çıxarılır. Sonra diffuziya nasosları birləşdirilir və qalıq təzyiq 20 mikrona endirilir.

Retortlar 1200°-ə qədər qızdırılır. 12 saat ərzində. Yükləndikdən sonra retortlar açılır və boşaldılır. Nəticədə yaranan kalsium polad kolun səthinə yığılmış böyük kristalların sıx kütləsinin içi boş silindr şəklindədir. Kalsiumun əsas çirkləri maqneziumdur, ilk növbədə azalır və əsasən astarın yanında olan təbəqədə cəmlənir. Orta çirklilik miqdarı; 0,5-1% Mg, təxminən 0,2% Al, 0,005-0,02% Mn, 0,02%-ə qədər N, digər çirklər - Cu, Pb, Zn, Ni, Si, Fe - 0,005-0,04% aralığında baş verir. A. Yu. Taits və A. I. Voinitsky, alüminium istilik üsulu ilə kalsium istehsal etmək üçün kömür qızdırıcıları olan yarımfabrik elektrik vakuum sobasından istifadə etdilər və alüminiumdan istifadə dərəcəsi 60%, xüsusi alüminium istehlakı 0,78 kq, xüsusi yük istehlakı əldə etdilər. 4,35 kq, xüsusi elektrik enerjisi isə 1 kq metal üçün 14 kVt/saatdır.

Yaranan metal, maqnezium qarışığı istisna olmaqla, nisbətən yüksək təmizliyi ilə fərqlənirdi. Orta hesabla onun tərkibindəki çirklərin miqdarı: 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 Silikotermik bərpa üsulu kalsium

Silikotermik üsul çox cazibədardır; reduksiya agenti ferrosilikondur, reagent alüminiumdan xeyli ucuzdur. Bununla belə, silikotermik prosesi həyata keçirmək alüminotermik prosesdən daha çətindir. Kalsium oksidinin silikonla azaldılması tənliyə uyğun olaraq davam edir

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

Sərbəst enerji dəyərlərindən hesablanan kalsiumun tarazlıq buxar təzyiqi:

°С1300140015001600Р, mm Hg. st0.080.150.752.05

Buna görə də, 0,01 mm Hg sifarişi bir vakuumda. İncəsənət. kalsium oksidinin azaldılması 1300° temperaturda termodinamik olaraq mümkündür. Praktikada məqbul sürəti təmin etmək üçün proses 1400-1500° temperaturda aparılmalıdır.

Həm alüminium, həm də silisium ərintilərinin azaldıcı maddələr kimi xidmət etdiyi kalsium oksidinin silisiumuminium ilə reduksiyasının reaksiyası bir qədər asandır. Təcrübələr müəyyən etdi ki, əvvəlcə alüminiumla reduksiya üstünlük təşkil edir; və reaksiya bCaO 3Al-ın son əmələ gəlməsi ilə davam edir 2Oz yuxarıda göstərilən sxemə görə (şəkil 1). Alüminiumun çoxu reaksiya verdikdə daha yüksək temperaturda silikonun azalması əhəmiyyətli olur; reaksiya 2CaO SiO əmələ gəlməsi ilə davam edir 2. Xülasə, kalsium oksidin silisiumum ilə reduksiya reaksiyası aşağıdakı tənliklə ifadə edilir:

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

A. Yu Taits və A. İ. Voinitsky tərəfindən aparılan tədqiqatlar müəyyən etmişdir ki, 0,01-0,03 mm Hg vakuumda 1400-1450° temperaturda kalsium oksidi 50-75% metal çıxımı ilə 75% ferrosilikon azalır. İncəsənət.; 60-30% Si və 32-58% Al (qalanları dəmir, titan və s.) olan silikoalüminium 0,01-0,05 vakuumda 1350-1400 ° temperaturda təxminən 70% metal məhsuldarlığı ilə kalsium oksidini azaldır. mm Hg. İncəsənət. Yarımfabrik miqyasında aparılan təcrübələr ferrosilikon və silisiuminiumdan istifadə edərək əhəngdən kalsium əldə etməyin əsas imkanlarını sübut etdi. Əsas hardware çətinliyi bu astar prosesinin şərtləri altında stend seçimidir.

Bu problemi həll edərkən, üsul sənayedə tətbiq oluna bilər. Kalsium karbidinin parçalanması Kalsium karbidinin parçalanması ilə kalsium metalının alınması

CaC2 = Ca + 2C

perspektivli üsul hesab edilməlidir. Bu zaman ikinci məhsul kimi qrafit alınır. V. Mauderli, E. Moser və V. Tredvel termokimyəvi məlumatlardan kalsium karbidinin əmələ gəlməsinin sərbəst enerjisini hesablayaraq, təmiz kalsium karbid üzərində kalsium buxarının təzyiqi üçün aşağıdakı ifadəni əldə etdilər:

təxminən = 1,35 - 4505\T (1124-1712° K),

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

Göründüyü kimi, kommersiya kalsium karbid bu ifadələrdən irəli gələndən daha yüksək temperaturda parçalanır. Eyni müəlliflər kalsium karbidinin 1 mm Hg vakuumda 1600-1800 ° temperaturda yığcam parçalarda termal parçalanmasını bildirirlər. İncəsənət. Qrafitin məhsuldarlığı 94% təşkil etdi, soyuducuda sıx örtük şəklində kalsium əldə edildi. A. S. Mikulinsky, F. S. Morii, R. Şklyar kalsium karbidinin parçalanması ilə əldə edilən qrafitin xüsusiyyətlərini təyin etmək üçün sonuncunu 0,3-1 mm Hg vakuumda qızdırdılar. İncəsənət. 1630-1750° temperaturda. Yaranan qrafit Acheson qrafitindən daha böyük taxıllara, daha böyük elektrik keçiriciliyinə və aşağı həcmli çəkiyə malik olması ilə fərqlənir.

3. Praktiki hissə

Hamamı maqnezium xlorid ilə qidalandırarkən 100 kA cərəyanda bir elektrolizatordan gündəlik maqnezium boşalması 960 kq idi. Elektrolizatorda gərginlik 0,6 V-dir. Müəyyən edin:

)Katodda cərəyan çıxışı;

)Anodda cərəyan çıxışı anodda cərəyan çıxışına bərabər olması şərti ilə gündə hasil edilən xlorun miqdarı;

)MgCl-in gündəlik doldurulması 2elektrolizatorun içinə MgCl itkisi şərti ilə 2 əsasən lil və sublimasiya ilə baş verir. Şlamın miqdarı tərkibində MgCl olan 1t Mq üçün 0,1-dir 2 sublimatda 50%. Sublimasiyanın miqdarı 1 t Mq üçün 0,05 t təşkil edir. Dökülən maqnezium xloridin tərkibi,%: 92 MgCl2 və 8 NaCl.

.Katodda cərəyan çıxışını təyin edin:

m və s =I ?·k Mg · ?

?=m və s \mən· ?k Mg =960000\100000·0,454·24=0,881 və ya 88,1%

.Gündə alınan Cl miqdarını təyin edin:

x=960000q\24q\mol=40000 mol

Həcmə çevrilir:

x=126785,7 m3

3.a) Saf MgCl tapın 2, 960 kq Mg istehsal etmək.

x=95·960\24,3=3753 kq=37,53 t.

b) lil ilə itkilər. Maqnezium elektrolizatorlarının tərkibindən, %: 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 .

kq - 1000 kq

m Heyrət! Vay =960 kq - sutkada lilin kütləsi.

Gündə 96 kq lil: 96·0,35 (MgCl2 lil ilə).

c) sublimatlar ilə itkilər:

kq - 1000 kq

kq sublimatlar: 48·0,5=24 kq MgCl 2 sublimatlar ilə.

Ümumilikdə Mg doldurmalısınız:

33,6+24=3810,6 kq MgCl2 gündə

Biblioqrafiya

Metallurgiyanın əsasları III

<#"justify">Al və Mg metallurgiyası. Vetyukov M.M., Tsyplokov A.M.

Repetitorluq

Mövzunu öyrənmək üçün kömək lazımdır?

Mütəxəssislərimiz sizi maraqlandıran mövzularda məsləhət və ya repetitorluq xidmətləri göstərəcək.
Ərizənizi təqdim edin konsultasiya əldə etmək imkanını öyrənmək üçün mövzunu indi göstərərək.

Elektromənfilik 1.00 (Paulinq şkalası) Elektrod potensialı −2,76 Oksidləşmə halları 2 İonlaşma enerjisi
(ilk elektron) 589,4 (6,11) kJ/mol (eV) Sadə maddənin termodinamik xassələri Sıxlıq (normal şəraitdə) 1,55 q/sm³ Ərimə temperaturu 1112 K; 838.85 °C Qaynama temperaturu 1757 K; 1483.85 °C Ud. birləşmə istiliyi 9,20 kJ/mol Ud. buxarlanma istiliyi 153,6 kJ/mol Molar istilik tutumu 25,9 J/(K mol) Molar həcm 29,9 sm³/mol Sadə bir maddənin kristal qəfəsi Şəbəkə quruluşu kub üz mərkəzli Şəbəkə parametrləri 5,580 Debye temperaturu 230 Digər xüsusiyyətlər İstilikkeçirmə (300 K) (201) Vt/(m K) CAS nömrəsi 7440-70-2 Emissiya spektri

Adın tarixi və mənşəyi

Elementin adı lat dilindən gəlir. calx (genitiv vəziyyətdə calcis) - "əhəng", "yumşaq daş". 1808-ci ildə elektrolitik üsulla kalsium metalını təcrid edən ingilis kimyaçısı Humphry Davy tərəfindən təklif edilmişdir. Davy anod kimi xidmət edən platin boşqabda yaş sönmüş əhəng qarışığını elektrolizə məruz qoydu. Katod mayeyə batırılmış platin məftil idi. Elektroliz nəticəsində kalsium amalgam əldə edilmişdir. Ondan civə distillə edərək Davy kalsium adlı bir metal əldə etdi.

İzotoplar

Kalsium təbiətdə altı izotopun qarışığı şəklində olur: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca və 48 Ca, bunlardan ən çox yayılmışı - 40 Ca - 96,97% təşkil edir. Kalsium nüvələrində sehrli sayda proton var: Z= 20. İzotoplar 40
20 Ca20
Və 48
20 Ca28
təbiətdə mövcud olan beş ikiqat sehrli nüvədən ikisidir.

Kalsiumun altı təbii izotopundan beşi sabitdir. Altıncı izotop 48 Ca, altının ən ağırı və çox nadirdir (onun izotopik bolluğu cəmi 0,187%), yarımparçalanma müddəti (4,39 ± 0,58)⋅10 19 il olan ikiqat beta parçalanmasına məruz qalır.

Daşlarda və minerallarda

Yer qabığında güclü şəkildə miqrasiya edən və müxtəlif geokimyəvi sistemlərdə toplanan kalsium 385 mineral əmələ gətirir (mineralların sayına görə dördüncüdür).

Kalsiumun çox hissəsi müxtəlif süxurların (qranitlər, qneyslər və s.) silikatlarında və alüminosilikatlarında, xüsusən də feldispatda - anortit Ca-da olur.

Kalsit CaCO 3 , anhidrit CaSO 4 , alebastr CaSO 4 ·0,5H 2 O və gips CaSO 4 ·2H 2 O, flüorit CaF 2 , apatit Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl, OH), dolomit kimi kalsium mineralları MgCO 3 · CaCO 3 . Təbii suda kalsium və maqnezium duzlarının olması onun sərtliyini müəyyən edir.

Əsasən kriptokristal kalsitdən ibarət çöküntü süxuru əhəngdaşıdır (növlərindən biri təbaşirdir). Regional metamorfizm əhəng daşını mərmərə çevirir.

Yer qabığında miqrasiya

Kalsiumun təbii miqrasiyasında, həll olunan bikarbonatın meydana gəlməsi ilə kalsium karbonatın su və karbon qazı ilə qarşılıqlı təsirinin geri dönən reaksiyası ilə əlaqəli "karbonat tarazlığı" mühüm rol oynayır:

C a C O 3 + H 2 O + C O 2 ⇄ C a (H C O 3) 2 ⇄ C a 2 + + 2 H C O 3 − (\displaystyle (\mathsf (CaCO_(3)+H_(2)O+CO_(2) )\sağa doğru Ca(HCO_(3))_(2)\sağsol Ca^(2+)+2HCO_(3)^(-))))

(karbon qazının konsentrasiyasından asılı olaraq tarazlıq sola və ya sağa sürüşür).

Biogen miqrasiya böyük rol oynayır.

Biosferdə

Kalsium birləşmələri demək olar ki, bütün heyvan və bitki toxumalarında olur (aşağıya bax). Əhəmiyyətli miqdarda kalsium canlı orqanizmlərdə olur. Beləliklə, hidroksiapatit Ca 5 (PO 4) 3 OH və ya başqa bir qeyddə 3Ca 3 (PO 4) 2 · Ca(OH) 2 onurğalıların, o cümlədən insanların sümük toxumasının əsasını təşkil edir; Bir çox onurğasızların, yumurta qabığının və s. qabıqları və qabıqları kalsium karbonat CaCO 3-dən ibarətdir. İnsan və heyvanların canlı toxumalarında 1,4-2% Ca (kütləvi payla) olur; 70 kq ağırlığında bir insan bədənində kalsiumun miqdarı təxminən 1,7 kq təşkil edir (əsasən sümük toxumasının hüceyrələrarası maddəsində).

Qəbz

Sərbəst metal kalsium CaCl 2 (75-80%) və KCl və ya CaCl 2 və CaF 2-dən ibarət ərimənin elektrolizi, eləcə də CaO-nun 1170-1200 ° C-də alüminotermik reduksiyası yolu ilə əldə edilir. 4 C a O + 2 A l → C a A l 2 O 4 + 3 C a (\displaystyle (\mathsf (4CaO+2Al\sağ arrow CaAl_(2)O_(4)+3Ca))

Fiziki xassələri

Kalsium metalı iki allotropik modifikasiyada mövcuddur. 443 °C-ə qədər sabitdir α-Ca kub üz mərkəzli qəfəs ilə (parametr A= 0,558 nm), daha sabitdir β-Ca kub bədən mərkəzli qəfəs növü ilə α-Fe(parametr a= 0,448 nm). Standart entalpiya Δ H 0 (\displaystyle \Delta H^(0)) keçid α → β 0,93 kJ/mol təşkil edir.

Təzyiqin tədricən artması ilə o, yarımkeçiricinin xüsusiyyətlərini nümayiş etdirməyə başlayır, lakin sözün tam mənasında yarımkeçiriciyə çevrilmir (o da artıq metal deyil). Təzyiqin daha da artması ilə o, metal vəziyyətinə qayıdır və super keçiricilik xüsusiyyətlərini nümayiş etdirməyə başlayır (süperkeçiriciliyin temperaturu civənin temperaturundan altı dəfə yüksəkdir və keçiricilikdə bütün digər elementləri xeyli üstələyir). Kalsiumun unikal davranışı bir çox cəhətdən stronsiuma bənzəyir (yəni dövri cədvəldə paralellər qorunub saxlanılır).

Kimyəvi xassələri

Standart potensiallar silsiləsində kalsium hidrogenin solunda yerləşir. Ca 2+ /Ca 0 cütünün standart elektrod potensialı −2,84 V-dir, belə ki, kalsium su ilə aktiv şəkildə reaksiya verir, lakin alovlanmadan:

C a + 2 H 2 O → C a (OH) 2 + H 2. (\displaystyle (\mathsf (Ca+2H_(2)O\sağ ox Ca(OH)_(2)+H_(2)\yuxarı ox.)))

Suda həll olunmuş kalsium bikarbonatın olması suyun müvəqqəti sərtliyini böyük ölçüdə müəyyən edir. Bu müvəqqəti adlanır, çünki su qaynayanda bikarbonat parçalanır və CaCO 3 çökür. Bu fenomen, məsələn, zamanla çaydanda miqyas meydana gəlməsinə səbəb olur.

Ərizə

Kalsium metalının əsas istifadəsi metalların, xüsusən nikel, mis və paslanmayan polad istehsalında azaldıcı maddə kimi istifadə olunur. Kalsium və onun hidridindən xrom, torium və uran kimi çətin reduksiya olunan metalların istehsalı üçün də istifadə olunur. Kalsium-qurğuşun ərintiləri bəzi növ akkumulyatorlarda və podşipniklərin istehsalında istifadə olunur. Kalsium qranulları vakuum cihazlarından hava izlərini çıxarmaq üçün də istifadə olunur. Saf kalsium metal nadir torpaq elementlərinin istehsalı üçün metallotermiyada geniş istifadə olunur.

Kalsium metalurgiyada poladın deoksidləşməsi üçün alüminiumla birlikdə və ya onunla birlikdə geniş istifadə olunur. Kalsium tərkibli naqillərlə sobadankənar emal, kalsiumun əridin fiziki-kimyəvi vəziyyətinə, metalın makro və mikro strukturuna, metal məmulatlarının keyfiyyətinə və xassələrinə multifaktorial təsiri səbəbindən aparıcı mövqe tutur və ayrılmaz bir elementdir. polad istehsalı texnologiyasının bir hissəsidir. Müasir metallurgiyada kalsiumu əriməyə daxil etmək üçün inyeksiya məftilindən istifadə olunur ki, bu da kalsium (bəzən silikokalsium və ya alüminokalsium) polad qabığında toz və ya preslənmiş metal şəklindədir. Deoksidləşmə (poladda həll olunmuş oksigenin çıxarılması) ilə yanaşı, kalsiumun istifadəsi təbiəti, tərkibi və forması baxımından əlverişli olan və sonrakı texnoloji əməliyyatlar zamanı məhv edilməyən qeyri-metal daxilolmaları əldə etməyə imkan verir.

48 Ca izotopu superağır elementlərin istehsalı və dövri sistemin yeni elementlərinin kəşfi üçün effektiv və tez-tez istifadə olunan materiallardan biridir. Çünki kalsium-48 ikiqat sehrli nüvədir, ona görə də onun sabitliyi onun yüngül nüvə üçün kifayət qədər neytronla zəngin olmasına imkan verir; super ağır nüvələrin sintezi üçün artıq neytron tələb olunur.

Bioloji rol

Qanda kalsiumun konsentrasiyası çox sayda həyati proseslər üçün əhəmiyyətinə görə dəqiq tənzimlənir və düzgün bəslənmə və az yağlı süd məhsulları və D vitamininin adekvat istehlakı ilə çatışmazlıq yaranmır. Qidada kalsium və/və ya D vitamininin uzun müddət çatışmazlığı osteoporoz riskini artırır, körpəlikdə isə raxit xəstəliyinə səbəb olur.

Qeydlər

1. Brinell sərtliyi 200-300 MPa
2. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Qlenda O'Konnor, Tomas Uolçik, Şiqe Yoneda, Xiang-Kun Çju. Elementlərin atom çəkiləri 2011 (IUPAC Texniki Hesabatı) // Saf və Tətbiqi Kimya. - 2013. - Cild. 85, yox. 5 . - S. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
3. Redaksiya heyəti: Knunyants I. L. (baş redaktor). Kimya ensiklopediyası: 5 cilddə - Moskva: Sovet Ensiklopediyası, 1990. - T. 2. - S. 293. - 671 s. - 100.000 nüsxə.
4. Riley J.P. və Skirrow G. Kimyəvi Okeanoqrafiya V. 1, 1965.
5. Pritychenko B.İkiqat beta çürüməsinin qiymətləndirilmiş yarım ömrünün sistematikası // Nüvə məlumat vərəqləri. - 2014. - İyun (cild 120). - səh. 102-105. - ISSN 0090-3752. - DOI:10.1016/j.nds.2014.07.018.[düzəltmək]
6. Pritychenko B. Qəbul edilmiş İkiqat Beta (ββ) Tənəzzül Dəyərlərinin Siyahısı (müəyyən edilməmiş) . Milli Nüvə Məlumat Mərkəzi, Brookhaven Milli Laboratoriyası. 6 dekabr 2015-ci ildə alınıb.
7. Kimyaçının kitabçası / Redaksiya Şurası: Nikolsky B.P. - 2-ci nəşr, yenidən işlənmiş. - M.-L.: Kimya, 1966. - T. 1. - 1072 s.
8. Qəzet. RU: Təzyiq elementləri
9. Kalsium // Böyük Sovet Ensiklopediyası: [30 cilddə] / ç. red. A. M. Proxorov. - 3-cü nəşr. - M.: Sovet Ensiklopediyası, 1969-1978.
10. Dyudkin D.A., Kisilenko V.V. Mürəkkəb doldurucu SK40 (Rus) ilə axıcı nüvəli teldən kalsiumun udulmasına müxtəlif amillərin təsiri // Elektrometallurgiya: jurnal. - 2009. - May (No5). - S. 2-6.
11. Mixaylov G. G., Chernova L. A. Poladın kalsium və alüminium ilə deoksidləşməsi proseslərinin termodinamik təhlili (rus) // Elektrometallurgiya: jurnal. - 2008. - Mart (No3). - S. 6-8.
12. Nüvənin qabıq modeli
13. Tibb İnstitutu (ABŞ) Vitamin D və Kalsium üçün Pəhriz İstinad Qəbullarını Nəzərdən keçirmək Komitəsi; Ross AC, Taylor CL, Yaktine AL, Del Valle HB, redaktorlar (2011).

Kalsium dövri sistemdə Ca (lat. Kalsium) simvolu ilə işarələnmiş, atom nömrəsi 20 olan II qrupun kimyəvi elementidir. Kalsium gümüşü-boz rəngli yumşaq qələvi torpaq metalıdır.

Dövri cədvəlin 20-ci elementi Elementin adı lat hərfindən gəlir. calx (genitiv halda calcis) - "əhəng", "yumşaq daş". 1808-ci ildə kalsium metalını təcrid edən ingilis kimyaçısı Humphry Davy tərəfindən təklif edilmişdir.
Kalsium birləşmələri - əhəngdaşı, mərmər, gips (eləcə də əhəng - əhəngdaşı yandırma məhsulu) bir neçə min il əvvəl tikintidə istifadə edilmişdir.
Kalsium yer üzündə ən çox yayılmış elementlərdən biridir. Kalsium birləşmələri demək olar ki, bütün heyvan və bitki toxumalarında olur. Yer qabığının kütləsinin 3,38%-ni təşkil edir (oksigen, silisium, alüminium və dəmirdən sonra 5-ci yerdədir).

Təbiətdə kalsiumun tapılması

Yüksək kimyəvi aktivliyə görə kalsium təbiətdə sərbəst formada olmur.
Kalsium yer qabığının kütləsinin 3,38%-ni təşkil edir (oksigen, silisium, alüminium və dəmirdən sonra 5-ci yerdədir). Dəniz suyunda elementin miqdarı 400 mq/l-dir.

İzotoplar

Kalsium təbiətdə altı izotopun qarışığı şəklində olur: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca və 48Ca, bunlardan ən çox yayılmış 40Ca 96,97% təşkil edir. Kalsium nüvələri protonların sehrli sayını ehtiva edir: Z = 20. İzotoplar
40
20
Ca20 və
48
20
Ca28 iki dəfə sehrli sayı ilə təbiətdə mövcud olan beş nüvədən ikisidir.
Kalsiumun altı təbii izotopundan beşi sabitdir. Altıncı izotop 48Ca, altının ən ağırı və çox nadir (onun izotopik bolluğu cəmi 0,187%), 1,6 1017 il yarımparçalanma dövrü ilə ikiqat beta parçalanmasına məruz qalır.

Daşlarda və minerallarda

Kalsiumun çox hissəsi müxtəlif süxurların (qranitlər, qneyslər və s.) silikatlarında və alüminosilikatlarında, xüsusən də feldispatda - Ca anortitində olur.
Çöküntü süxurları şəklində kalsium birləşmələri əsasən mineral kalsitdən (CaCO3) ibarət olan təbaşir və əhəngdaşları ilə təmsil olunur. Kalsitin kristal forması - mərmər - təbiətdə daha az yayılmışdır.
Kalsit CaCO3, anhidrit CaSO4, alebastr CaSO4 0,5H2O və gips CaSO4 2H2O, flüorit CaF2, apatit Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), dolomit MgCO3 CaCO3 kimi kalsium mineralları kifayət qədər geniş yayılmışdır. Təbii suda kalsium və maqnezium duzlarının olması onun sərtliyini müəyyən edir.
Yer qabığında güclü şəkildə miqrasiya edən və müxtəlif geokimyəvi sistemlərdə toplanan kalsium 385 mineral əmələ gətirir (mineralların sayına görə dördüncüdür).

Kalsiumun bioloji rolu

Kalsium bitkilərin, heyvanların və insanların orqanizmində ümumi makronutrientdir. İnsanlarda və digər onurğalılarda onun çox hissəsi skelet və dişlərdə olur. Kalsium sümüklərdə hidroksiapatit şəklində olur. Onurğasızların əksər qruplarının (süngərlər, mərcan polipləri, mollyuskalar və s.) “skeletləri” müxtəlif formalarda olan kalsium karbonatından (əhəng) hazırlanır. Kalsium ionları qanın laxtalanması proseslərində iştirak edir, həmçinin hüceyrə daxilində universal ikinci xəbərçilərdən biri kimi xidmət edir və müxtəlif hüceyrədaxili prosesləri - əzələlərin daralmasını, ekzositozu, o cümlədən hormonların və neyrotransmitterlərin ifrazını tənzimləyir. İnsan hüceyrələrinin sitoplazmasında kalsiumun konsentrasiyası təqribən 10−4 mmol/l, hüceyrələrarası mayelərdə isə təxminən 2,5 mmol/l-dir.

Kalsiuma ehtiyac yaşdan asılıdır. 19-50 yaşlı böyüklər və 4-8 yaş daxil olmaqla uşaqlar üçün gündəlik tələbat (RDA) 1000 mq (təxminən 1% yağlı süddə 790 ml) və 9 yaşdan 18 yaşa qədər olan uşaqlar üçün - Gündə 1300 mq (yağ tərkibi 1% olan təxminən 1030 ml süddə olur). Yetkinlik dövründə skeletin sürətli böyüməsi səbəbindən kifayət qədər kalsium istehlakı çox vacibdir. Bununla belə, ABŞ-da aparılan araşdırmalara görə, 12-19 yaşlı qızların yalnız 11%-i, oğlanların isə 31%-i ehtiyaclarına nail olur. Balanslaşdırılmış bir pəhrizdə kalsiumun çoxu (təxminən 80%) uşağın bədəninə süd məhsulları ilə daxil olur. Qalan kalsium taxıllardan (bütün taxıl çörəyi və qarabaşaq yarması daxil olmaqla), paxlalılar, portağallar, göyərti və qoz-fındıqlardan gəlir. Süd yağına əsaslanan “süd” məhsullarında (yağ, qaymaq, xama, qaymaqlı dondurma) demək olar ki, kalsium yoxdur. Süd məhsulunun tərkibində nə qədər çox süd yağı varsa, o qədər az kalsium var. Bağırsaqda kalsiumun sorulması iki yolla baş verir: hüceyrələrarası (hüceyrələrarası) və hüceyrələrarası (parasellüler). Birinci mexanizm D vitamininin aktiv formasının (kalsitriol) və onun bağırsaq reseptorlarının təsiri ilə həyata keçirilir. Az və orta səviyyədə kalsium qəbulunda böyük rol oynayır. Pəhrizdə daha yüksək kalsium miqdarı ilə hüceyrələrarası udma böyük rol oynamağa başlayır, bu da kalsium konsentrasiyasının böyük bir gradienti ilə əlaqələndirilir. Hüceyrələrarası mexanizm sayəsində kalsium daha çox onikibarmaq bağırsaqda sorulur (orada kalsitriol reseptorlarının ən yüksək konsentrasiyasına görə). Hüceyrələrarası passiv köçürmə səbəbindən kalsiumun sorulması nazik bağırsağın hər üç hissəsində ən aktivdir. Kalsiumun parasellüler udulması laktoza (süd şəkəri) tərəfindən təşviq edilir.

Kalsiumun udulması bəzi heyvan mənşəli yağlar (inək südü və mal əti yağı daxil olmaqla, donuz yağı deyil) və palma yağı ilə maneə törədir. Belə yağların tərkibində olan palmitik və stearik yağ turşuları həzm zamanı bağırsaqlarda parçalanır və sərbəst formada kalsiumu möhkəm bağlayır, kalsium palmitatı və kalsium stearatını (həllməyən sabunlar) əmələ gətirir. Bu sabun şəklində nəcisdə həm kalsium, həm də yağ itir. Bu mexanizm xurma yağı (palma olein) əsaslı körpə formulalarından istifadə edən körpələrdə kalsiumun udulmasının azalmasına, sümük minerallaşmasının azalmasına və dolayı yolla sümük gücünün ölçülməsinə cavabdehdir. Belə uşaqlarda bağırsaqlarda kalsium sabunlarının əmələ gəlməsi nəcisin sərtləşməsi, onun tezliyinin azalması, həmçinin daha tez-tez regurgitasiya və kolik ilə əlaqələndirilir.

Qanda kalsiumun konsentrasiyası çox sayda həyati proseslər üçün əhəmiyyətinə görə dəqiq tənzimlənir və düzgün bəslənmə və az yağlı süd məhsulları və D vitamininin adekvat istehlakı ilə çatışmazlıq yaranmır. Qidada uzun müddətli kalsium və/və ya D vitamini çatışmazlığı osteoporoz riskini artırır və körpəlikdə raxit xəstəliyinə səbəb olur.

Həddindən artıq kalsium və D vitamini dozası hiperkalsemiyaya səbəb ola bilər. 19 yaşdan 50 yaşa qədər olan böyüklər üçün maksimum təhlükəsiz doza gündə 2500 mq (təxminən 340 q Edam pendiri) təşkil edir.

İstilikkeçirmə

Dövri cədvəlin bütün elementləri arasında bir neçəsini müəyyən etmək olar, bunlar olmadan canlı orqanizmlərdə nəinki müxtəlif xəstəliklər inkişaf edir, həm də normal yaşamaq və böyümək ümumiyyətlə mümkün deyil. Bunlardan biri kalsiumdur.

Maraqlıdır ki, bu metaldan sadə bir maddə kimi danışanda onun insanlara heç bir faydası, hətta zərəri belə yoxdur. Ancaq Ca 2+ ionlarını qeyd edən kimi, onların əhəmiyyətini xarakterizə edən bir çox nöqtə dərhal ortaya çıxır.

Dövri cədvəldə kalsiumun yeri

Kalsiumun xarakteristikası, hər hansı digər element kimi, onun dövri cədvəldəki yerini göstərməklə başlayır. Axı, bu, müəyyən bir atom haqqında çox şey öyrənməyə imkan verir:

• nüvə yükü;
• elektronların və protonların, neytronların sayı;
• oksidləşmə vəziyyəti, ən yüksək və ən aşağı;
• elektron konfiqurasiya və digər vacib şeylər.

Nəzərdən keçirdiyimiz element ikinci qrupun, əsas yarımqrupun dördüncü böyük dövründə yerləşir və seriya nömrəsi 20-dir. Həmçinin dövri kimyəvi cədvəldə kalsiumun atom çəkisi - 40,08 göstərilir ki, bu da onun orta qiymətidir. müəyyən bir atomun mövcud izotopları.

Oksidləşmə vəziyyəti birdir, həmişə sabitdir, +2-yə bərabərdir. Formula CaO. Elementin Latın adı kalsiumdur, buna görə də Ca atomunun simvolu.

Sadə bir maddə kimi kalsiumun xüsusiyyətləri

Normal şəraitdə bu element metal, gümüşü-ağ rəngdədir. Sadə bir maddə kimi kalsiumun formulu Ca-dır. Yüksək kimyəvi aktivliyə görə müxtəlif siniflərə aid çoxlu birləşmələr əmələ gətirməyə qadirdir.

Möhkəm birləşmə vəziyyətində insan bədəninin bir hissəsi deyil, buna görə də sənaye və texniki ehtiyaclar (əsasən kimyəvi sintezlər) üçün vacibdir.

Yer qabığında ən çox yayılmış metallardan biridir, təxminən 1,5%. O, qələvi torpaq qrupuna aiddir, çünki suda həll edildikdə qələvilər əmələ gətirir, lakin təbiətdə çoxlu minerallar və duzlar şəklində olur. Dəniz suyunun tərkibində çoxlu kalsium (400 mq/l) var.

Kristal hüceyrə

Kalsiumun xüsusiyyətləri iki növ ola bilən kristal şəbəkənin quruluşu ilə izah olunur (çünki alfa və beta forması var):

• kub üz mərkəzli;
• həcm mərkəzli.

Molekuldakı bağ növü metaldir, bütün metallar kimi, atom ionları var.

Təbiətdə olmaq

Təbiətdə bu elementi ehtiva edən bir neçə əsas maddə var.

1. Dəniz suyu.
2. Daşlar və minerallar.
3. Canlı orqanizmlər (qabıqlar və qabıqlar, sümük toxuması və s.).
4. Yer qabığında yeraltı sular.

Aşağıdakı növ süxurlar və minerallar kalsiumun təbii mənbələri kimi müəyyən edilə bilər.

1. Dolomit kalsium və maqnezium karbonatın qarışığıdır.
2. Flüorit kalsium floriddir.
3. Gips - CaSO 4 2H 2 O.
4. Kalsit - təbaşir, əhəngdaşı, mərmər - kalsium karbonat.
5. Alabaster - CaSO 4 ·0,5H 2 O.
6. Apatiya.

Ümumilikdə, tərkibində kalsium olan təxminən 350 müxtəlif mineral və süxur var.

Alma üsulları

Uzun müddətdir ki, metalı sərbəst formada təcrid etmək mümkün deyildi, çünki onun kimyəvi aktivliyi yüksəkdir və təbiətdə təmiz formada tapıla bilməz. Buna görə də, 19-cu əsrə qədər (1808) sözügedən element dövri cədvəlin yaratdığı başqa bir sirr idi.

İngilis kimyaçısı Humphry Davy kalsiumu metal kimi sintez etməyi bacardı. Bərk mineralların və duzların ərimələrinin elektrik cərəyanı ilə qarşılıqlı təsirinin xüsusiyyətlərini ilk dəfə məhz o kəşf etmişdir. Bu gün bu metalı əldə etməyin ən uyğun yolu onun duzlarının elektrolizidir, məsələn:

• kalsium və kalium xloridlərin qarışığı;
• florid və kalsium xlorid qarışığı.

Metallurgiyada geniş yayılmış üsul olan alüminotermiyadan istifadə etməklə onun oksidindən kalsiumu çıxarmaq da mümkündür.

Fiziki xassələri

Fiziki parametrlərə görə kalsiumun xüsusiyyətləri bir neçə nöqtədə təsvir edilə bilər.

1. Aqreqasiya vəziyyəti normal şəraitdə möhkəmdir.
2. Ərimə nöqtəsi - 842 0 C.
3. Metal yumşaqdır və bıçaqla kəsilə bilər.
4. Rəng - gümüşü-ağ, parlaq.
5. Yaxşı keçirici və istilik keçirici xüsusiyyətlərə malikdir.
6. Uzun müddət qızdırıldıqda, metal xüsusiyyətlərini itirərək mayeyə, sonra buxar vəziyyətinə çevrilir. Qaynama nöqtəsi 1484 0 C.

Kalsiumun fiziki xüsusiyyətlərinin bir xüsusiyyəti var. Metala təzyiq tətbiq edildikdə, müəyyən bir nöqtədə metal xüsusiyyətlərini və elektrik keçirmə qabiliyyətini itirir. Bununla birlikdə, məruz qalmanın daha da artması ilə yenidən bərpa olunur və bu göstəricilərdə digər elementlərdən bir neçə dəfə yüksək olan bir superkeçirici kimi özünü göstərir.

Kimyəvi xassələri

Bu metalın aktivliyi çox yüksəkdir. Buna görə kalsiumun daxil olduğu bir çox qarşılıqlı əlaqə var. Bütün qeyri-metallarla reaksiyalar onun üçün adi haldır, çünki reduksiyaedici kimi o, çox güclüdür.

1. Normal şəraitdə o, asanlıqla reaksiyaya girərək müvafiq ikili birləşmələri əmələ gətirir: halogenlər, oksigen.
2. Qızdırıldıqda: hidrogen, azot, karbon, silikon, fosfor, bor, kükürd və s.
3. Açıq havada dərhal karbon qazı və oksigenlə qarşılıqlı əlaqəyə girir və buna görə də boz örtüklə örtülür.
4. Turşularla şiddətlə reaksiya verir, bəzən iltihaba səbəb olur.

Kalsiumun maraqlı xüsusiyyətləri duzlara gəldikdə ortaya çıxır. Deməli, tavanda və divarlarda bitən gözəl mağaralar yeraltı sularda gedən proseslərin təsiri ilə su, karbon qazı və bikarbonatdan zamanla əmələ gəlməkdən başqa bir şey deyil.

Metalın normal vəziyyətdə nə qədər aktiv olduğunu nəzərə alsaq, qələvi metallar kimi laboratoriyalarda saxlanılır. Qaranlıq bir şüşə qabda, sıx qapaqlı və kerosin və ya parafin təbəqəsi altında.

Kalsium ionuna keyfiyyətli reaksiya, alovun gözəl, zəngin bir kərpic-qırmızı rəngə boyanmasıdır. Siz həmçinin birləşmələrin tərkibindəki metalı onun bəzi duzlarının (kalsium karbonat, ftorid, sulfat, fosfat, silikat, sulfit) həll olunmayan çöküntüləri ilə də müəyyən edə bilərsiniz.

Metal birləşmələr

Metal birləşmələrin növləri aşağıdakılardır:

• oksid;
• hidroksid;
• kalsium duzları (orta, turşu, əsas, ikiqat, kompleks).

CaO kimi tanınan kalsium oksidi tikinti materialı (əhəng) yaratmaq üçün istifadə olunur. Oksidi su ilə söndürsəniz, qələvi xüsusiyyətlərini nümayiş etdirən müvafiq hidroksid alırsınız.

İqtisadiyyatın müxtəlif sahələrində istifadə olunan müxtəlif kalsium duzlarının böyük praktik əhəmiyyəti vardır. Hansı duzların mövcud olduğunu yuxarıda qeyd etdik. Bu əlaqələrin növlərinə misallar verək.

1. Orta duzlar - karbonat CaCO 3, fosfat Ca 3 (PO 4) 2 və başqaları.
2. Turşu - hidrogen sulfat CaHSO 4.
3. Əsas olanlar bikarbonatdır (CaOH) 3 PO 4.
4. Kompleks - Cl 2.
5. İkiqat - 5Ca(NO 3) 2 *NH 4 NO 3 *10H 2 O.

Məhz bu sinifin birləşmələri şəklində kalsium bioloji sistemlər üçün vacibdir, çünki duzlar orqanizm üçün ionların mənbəyidir.

Bioloji rol

Niyə kalsium insan orqanizmi üçün vacibdir? Bunun bir neçə səbəbi var.

1. Hüceyrələrarası maddənin və toxuma mayesinin bir hissəsi olan, həyəcan mexanizmlərinin tənzimlənməsində, hormonların və neyrotransmitterlərin istehsalında iştirak edən bu elementin ionlarıdır.
2. Kalsium sümüklərdə və diş minasında ümumi bədən çəkisinin təxminən 2,5%-i həcmində toplanır. Bu, kifayət qədər çoxdur və bu strukturların möhkəmləndirilməsində, onların möhkəmliyinin və sabitliyinin qorunmasında mühüm rol oynayır. Bu olmadan bədənin böyüməsi mümkün deyil.
3. Qanın laxtalanması da sözügedən ionlardan asılıdır.
4. O, ürək əzələsinin bir hissəsidir, onun həyəcanlanmasında və daralmasında iştirak edir.
5. Ekzositoz və digər hüceyrədaxili dəyişikliklər proseslərinin iştirakçısıdır.

İstehlak olunan kalsiumun miqdarı kifayət deyilsə, o zaman xəstəliklər:

• raxit;
• osteoporoz;
• qan xəstəlikləri.

Yetkinlər üçün gündəlik qəbul 1000 mq, 9 yaşdan yuxarı uşaqlar üçün isə 1300 mq-dır. Bədəndə bu elementin artıqlığının qarşısını almaq üçün müəyyən edilmiş dozanı aşmamalısınız. Əks halda bağırsaq xəstəlikləri inkişaf edə bilər.

Bütün digər canlılar üçün kalsium heç də az əhəmiyyət kəsb etmir. Məsələn, bir çoxlarının skeleti olmasa da, onların xarici gücləndirmə vasitələri də bu metalın birləşmələridir. Onların arasında:

• qabıqlı balıqlar;
• midye və istiridyə;
• süngərlər;
• mərcan polipləri.

Hamısı öz arxalarında gəzdirir və ya, prinsipcə, həyat prosesində onları xarici təsirlərdən və yırtıcılardan qoruyan müəyyən bir xarici skelet təşkil edir. Onun əsas komponenti kalsium duzlarıdır.

Onurğalılar da insanlar kimi normal böyümə və inkişaf üçün bu ionlara ehtiyac duyur və onları qidadan alırlar.

Bədəndə çatışmayan elementi doldurmaq üçün bir çox variant var. Ən yaxşısı, əlbəttə ki, təbii üsullardır - istənilən atomu ehtiva edən məhsullar. Ancaq nədənsə bu kifayət deyilsə və ya mümkün deyilsə, tibbi marşrut da məqbuldur.

Beləliklə, tərkibində kalsium olan qidaların siyahısı belədir:

• süd və fermentləşdirilmiş süd məhsulları;
• balıq;
• yaşıllıq;
• taxıllar (qarabaşaq, düyü, tam taxıl unundan hazırlanmış bişmiş məmulatlar);
• bəzi sitrus meyvələri (portağal, naringi);
• paxlalılar;
• bütün qoz-fındıq (xüsusilə badam və qoz).

Bəzi qidalara alerjiniz varsa və ya başqa səbəbdən yeyə bilmirsinizsə, kalsium tərkibli preparatlar bədəndə lazımi elementin səviyyəsini doldurmağa kömək edəcəkdir.

Hamısı bu metalın orqanizm tərəfindən asanlıqla sorulmaq qabiliyyətinə malik duzlarıdır, qana və bağırsaqlara tez sorulur. Onların arasında ən populyar və istifadə olunanlar aşağıdakılardır.

1. Kalsium xlorid - böyüklər və uşaqlar üçün inyeksiya və ya ağızdan tətbiq üçün məhlul. Tərkibindəki duzun konsentrasiyası ilə fərqlənir, "isti inyeksiya" üçün istifadə olunur, çünki inyeksiya zamanı məhz bu hissi yaradır. Ağızdan qəbulu asanlaşdırmaq üçün meyvə şirəsi olan formalar var.
2. Hər iki tabletdə (0,25 və ya 0,5 q) və venadaxili inyeksiya üçün məhlullarda mövcuddur. Tez-tez tablet şəklində müxtəlif meyvə əlavələrini ehtiva edir.
3. Kalsium laktat - 0,5 q tabletlərdə mövcuddur.