Kalcijum. Šta je kalcijum, reakcija kalcijuma sa kiseonikom Hemijska jedinjenja kalcijuma

DEFINICIJA

Kalcijum- dvadeseti element periodnog sistema. Oznaka - Ca od latinskog "kalcijum". Smješten u četvrtom periodu, grupa IIA. Odnosi se na metale. Punjenje jezgra je 20.

Kalcijum je jedan od najčešćih elemenata u prirodi. Zemljina kora sadrži približno 3% (tež.). Nalazi se u brojnim naslagama krečnjaka i krede, kao i mermera, koji su prirodne varijante kalcijum karbonata CaCO 3 . U velikim količinama nalaze se i gips CaSO 4 × 2H 2 O, fosforit Ca 3 (PO 4) 2 i, konačno, razni silikati koji sadrže kalcij.

U obliku jednostavne supstance, kalcijum je savitljiv, prilično tvrd, bijeli metal (slika 1). Na zraku se brzo prekriva slojem oksida, a kada se zagrije gori svijetlim crvenkastim plamenom. Kalcijum reaguje relativno sporo sa hladnom vodom, ali brzo istiskuje vodonik iz tople vode, formirajući hidroksid.

Rice. 1. Kalcijum. Izgled.

Atomska i molekulska masa kalcijuma

Relativna molekulska masa supstance (M r) je broj koji pokazuje koliko je puta masa date molekule veća od 1/12 mase atoma ugljika, a relativna atomska masa elementa (A r) je koliko je puta prosječna masa atoma nekog kemijskog elementa veća od 1/12 mase atoma ugljika.

Budući da u slobodnom stanju kalcij postoji u obliku monoatomskih molekula Ca, vrijednosti njegove atomske i molekularne mase se poklapaju. One su jednake 40,078.

Izotopi kalcijuma

Poznato je da se u prirodi kalcij može naći u obliku četiri stabilna izotopa 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca i 48 Ca, sa jasnom prevlašću izotopa 40 Ca (99,97%). Njihovi maseni brojevi su 40, 42, 43, 44, 46 i 48, respektivno. Jezgro atoma izotopa kalcija 40 Ca sadrži dvadeset protona i dvadeset neutrona, a preostali izotopi se od njega razlikuju samo po broju neutrona.

Postoje umjetni izotopi kalcija s masenim brojevima od 34 do 57, među kojima je najstabilniji 41 Ca sa vremenom poluraspada od 102 hiljade godina.

Kalcijumovi joni

Na vanjskom energetskom nivou atoma kalcija nalaze se dva elektrona, koji su valentni:

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

Kao rezultat hemijske interakcije, kalcij odustaje od svojih valentnih elektrona, tj. je njihov donor, i pretvara se u pozitivno nabijeni ion:

Ca 0 -2e → Ca 2+ .

Molekul i atom kalcijuma

U slobodnom stanju, kalcijum postoji u obliku monoatomskih molekula Ca. Evo nekih svojstava koja karakteriziraju atom i molekulu kalcija:

Legure kalcijuma

Kalcijum služi kao legirajuća komponenta u nekim legurama olova.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježbajte

Napišite jednadžbe reakcije koje se mogu koristiti za izvođenje sljedećih transformacija: Ca → Ca(OH) 2 → CaCO 3 → Ca(HCO 3) 2.

Odgovori

Otapanjem kalcijuma u vodi, možete dobiti zamućeni rastvor jedinjenja poznatog kao “vapneno mleko” - kalcijum hidroksida: Ca+ 2H 2 O→ Ca(OH) 2 + H 2. Propuštanjem ugljen-dioksida kroz rastvor kalcijum hidroksida dobijamo kalcijum karbonat: 2Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O. Dodavanjem vode u kalcijum karbonat i nastavljanjem propuštanja ugljičnog dioksida kroz ovu smjesu, dobijamo kalcijum bikarbonat: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 → Ca(HCO 3) 2.

Uvod

Svojstva i upotreba kalcijuma

1 Fizička svojstva

2 Hemijska svojstva

3 Aplikacija

Dobijanje kalcijuma

1 Elektrolitička proizvodnja kalcijuma i njegovih legura

2 Termička proizvodnja

3 Vakuumsko-termalna metoda za dobijanje kalcijuma

3.1 Aluminotermna metoda za redukciju kalcijuma

3.2 Silikotermna metoda za redukciju kalcijuma

Praktični dio

Bibliografija

Uvod

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

Jedinjenja Ca - krečnjak, mermer, gips (kao i kreč - proizvod kalcinacije krečnjaka) već su se koristili u građevinarstvu u antičko doba. Sve do kraja 18. veka, hemičari su smatrali da je kreč jednostavna čvrsta supstanca. A. Lavoisier je 1789. godine sugerirao da su vapno, magnezijum, barit, glinica i silicijum kompleksne supstance. Godine 1808. G. Davy je, podvrgavajući mješavinu vlažnog gašenog vapna sa živinim oksidom elektrolizi sa živinom katodom, pripremio Ca amalgam i destilacijom žive iz njega dobio metal nazvan „Kalcij“ (od latinskog calx, rod calcis - kreč) .

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

Kalcijum se takođe koristi u metalurgiji bakra, nikla, specijalnih čelika i bronze; vezuju štetne nečistoće sumpora, fosfora i viška ugljenika. U iste svrhe koriste se legure kalcija sa silicijumom, litijumom, natrijumom, borom i aluminijumom.

U industriji se kalcijum dobija na dva načina:

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

CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

Kalcijumova para se kondenzuje na hladnoj površini.

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

) Takođe je razvijena metoda za proizvodnju kalcija termičkom disocijacijom kalcijum karbida CaC2.

Kalcijum je vrlo čest u prirodi u obliku raznih jedinjenja. U zemljinoj kori zauzima peto mjesto sa 3,25%, a najčešće se nalazi u obliku krečnjaka 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 u proseku 0,04% (tež.) kalcijuma.

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

. Svojstva i upotreba kalcijuma

.1 Fizička svojstva

Kalcij je srebrno-bijeli metal, ali blijedi kada je izložen zraku zbog stvaranja oksida na njegovoj površini. To je duktilni metal tvrđi od olova. Kristalna ćelija ?-Ca oblik (stabilan na običnoj temperaturi) kubni centriran na lice, a = 5,56 Å . Atomski radijus 1,97 Å , jonski radijus Ca 2+, 1,04Å . Gustina 1,54 g/cm 3(20°C). Iznad 464 °C heksagonalno ?-formu. tačka topljenja 851 °C, tačka ključanja 1482 °C; temperaturni koeficijent linearne ekspanzije 22·10 -6 (0-300 °C); toplotna provodljivost na 20 °C 125,6 W/(m K) ili 0,3 cal/(cm sec °C); specifični toplotni kapacitet (0-100 °C) 623,9 J/(kg K) ili 0,149 cal/(g °C); električna otpornost na 20 °C 4,6 10 -8ohm m ili 4,6 10 -6 ohm cm; temperaturni koeficijent električnog otpora 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 tečenja 38 MN/m 2(3,8 kgf/mm 2); relativno izduženje 50%; Tvrdoća po Brinellu 200-300 Mn/m 2(20-30 kgf/mm 2). Kalcijum dovoljno visoke čistoće je plastičan, lako se presuje, valja i podložan rezanju.

1.2 Hemijska svojstva

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Kao energetski redukcioni agens, kalcij može ukloniti kiseonik ili halogene iz oksida i halogenida manje aktivnih metala, odnosno ima redukciona svojstva:

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

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

Kalcijum snažno reaguje sa kiselinama i oslobađa vodonik, reaguje sa halogenima i suvim vodonikom da bi formirao CaH hidrid 2. Kada se kalcij zagrije sa grafitom, nastaje CaC karbid. 2. Kalcijum se dobija elektrolizom rastaljenog CaCl 2ili aluminotermna redukcija u vakuumu:

6CaO + 2Al = 3Ca + 3CaO Al2 O 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

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

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

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

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

Kalcijum se dodaje raznim lakim legurama. Pomaže poboljšati površinu ingota, fino zrno i smanjiti oksidaciju.

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

U tehnici se koriste antifrikcione legure kalcijuma i olova. Minerali kalcijuma se široko koriste. Tako se krečnjak koristi u proizvodnji vapna, cementa, pješčano-vapnenačke opeke i direktno kao građevinski materijal, u metalurgiji (fluks), u hemijskoj industriji za proizvodnju kalcijum karbida, sode, kaustične sode, izbjeljivača, gnojiva, u proizvodnji šećera, stakla.

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

2. Dobijanje kalcijuma

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

.1 Elektrolitička proizvodnja kalcijuma i njegovih legura

Suština metode je da katoda u početku dodiruje rastopljeni elektrolit. Na mjestu dodira nastaje kaplja tečnosti metala koja dobro vlaži katodu, koja se, kada se katoda polako i ravnomjerno podigne, zajedno s njom uklanja iz taline i stvrdnjava. U tom slučaju, očvrsnuta kap je prekrivena čvrstim filmom elektrolita, štiteći metal od oksidacije i nitriranja. Kontinuiranim i pažljivim podizanjem katode, kalcijum se uvlači u štapiće.

2.2 Termička proizvodnja

kalcijum hemijska elektrolitička termalna

· Hloridni proces: Tehnologija se sastoji od topljenja i dehidracije kalcijum hlorida, topljenja olova, proizvodnje dvostruke legure olovo-natrijum, proizvodnje trostruke legure olovo-natrijum-kalcijum i razblaživanja trojne legure olovom nakon uklanjanja soli. Reakcija sa kalcijum hloridom se odvija prema jednadžbi

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

· Karbidni proces: Osnova za proizvodnju olovo-kalcijum legure je reakcija između kalcijum karbida i rastaljenog olova prema jednadžbi

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

2.3 Vakuumsko-termalna metoda za proizvodnju kalcijuma

Sirovine za vakuumsko-termalnu metodu

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

.3.1 Aluminotermna metoda za redukciju kalcijuma

Dijagram temperaturne ovisnosti promjene slobodne energije oksidacije određenog broja metala (slika 1) pokazuje da je kalcijev oksid jedan od najtrajnijih i teško reducirajućih oksida. Drugi metali ga ne mogu reducirati na uobičajen način - na relativno niskim temperaturama i atmosferskom pritisku. Naprotiv, sam kalcij je odličan redukcijski agens za druga teško reducirajuća jedinjenja i deoksidirajući agens za mnoge metale i legure. Redukcija kalcijum oksida ugljenikom je generalno nemoguća zbog stvaranja kalcijum karbida. Međutim, zbog činjenice da kalcij ima relativno visok tlak pare, njegov oksid se može reducirati u vakuumu pomoću aluminija, silicija ili njihovih legura prema reakciji

CaO + Me? Ca + MeO (14).

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

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

V. A. Pazukhin i A. Ya. Fischer ukazuju da se proces odvija formiranjem trikalcijum aluminata:

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

Prema A.I. Voinitsky, formiranje pentakalcij trialuminata je dominantno u reakciji:

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

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

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

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

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

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

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

Otuda logaritamska zavisnost ravnotežnog pritiska pare kalcijuma (mm Hg)

Lg p = 3,59 - 4430\T.

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

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

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

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

Proračunski i eksperimentalni podaci su upoređeni u tabeli. 1.

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

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

Iz prikazanih podataka jasno je da su najpovoljniji uslovi za interakcije u sistemima (2) i (3) ili (3"). To odgovara zapažanjima, budući da pentakalcijum trialuminat i trikalcijum aluminat dominiraju u ostacima naelektrisanja nakon redukcija kalcijum oksida aluminijumom.

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

Prema gornjoj interpretaciji kemije procesa, optimalan sastav je naboj dizajniran da formira 5CaO 3Al u ostatku 2O 3. Da bi se povećao stepen iskorišćenja aluminijuma, korisno je dati nešto viška kalcijum oksida, ali ne previše (10-20%), inače će negativno uticati na druge pokazatelje procesa. Sa povećanjem stepena mlevenja aluminijuma sa čestica od 0,8-0,2 mm na minus 0,07 mm (prema V. A. Pazukhinu i A. Ya. Fischeru), upotreba aluminijuma u reakciji se povećava sa 63,7 na 78%.

Na upotrebu aluminijuma takođe utiče način briketiranja punjenja. Mešavina kreča i aluminijuma u prahu treba da se briketira bez veziva (da se izbegne razvijanje gasa u vakuumu) pod pritiskom od 150 kg/cm3 2. Pri nižim pritiscima, upotreba aluminijuma se smanjuje zbog segregacije rastopljenog aluminijuma u prekomerno poroznim briketima, a pri visokim pritiscima - zbog slabe propusnosti gasa. Potpunost i brzina oporavka zavise i od gustine briketa u retorti. Prilikom polaganja bez razmaka, kada je plinopropusnost cijelog kaveza niska, upotreba aluminija je značajno smanjena.

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

Tehnologija alumino-termalne metode

Tehnološka shema za proizvodnju kalcija aluminotermnom metodom prikazana je na Sl. 2. Kao polazni materijal koristi se krečnjak, a kao redukciono sredstvo se koristi aluminijumski prah od primarnog (boljeg) ili sekundarnog aluminijuma. Aluminij koji se koristi kao redukcijsko sredstvo, kao i sirovine, ne bi smjeli sadržavati nečistoće vrlo hlapljivih metala: magnezija, cinka, lužina itd., koje mogu ispariti i pretvoriti se u kondenzat. Ovo se mora uzeti u obzir pri odabiru razreda recikliranog aluminija.

Prema opisu S. Loomisa i P. Stauba, u SAD-u, u fabrici New England Lime Co. u Kanaanu (Konektikat), kalcijum se proizvodi aluminotermnom metodom. Koristi se kreč sledećeg 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. Aluminijumska prašina, koja je otpadni proizvod proizvodnje aluminijumskog praha, koristi se kao redukciono sredstvo. Izgoreli kreč iz zatvorenih kanti i aluminijum iz bubnjeva se ubacuju u dozirne vage, a zatim u mikser. Nakon miješanja smjesa se briketira suvom metodom. U pomenutom pogonu kalcijum se redukuje u retortnim pećima, koje su se ranije koristile za dobijanje magnezijuma silikotermnom metodom (slika 3). Peći se griju na generatorski plin. Svaka peć ima 20 horizontalnih retorta od čelika otpornog na toplinu koji sadrži 28% Cr i 15% Ni.

Slika 3 - Retortna peć za proizvodnju kalcijuma

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

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

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

2.3.2 Metoda silikotermnog oporavka kalcijum

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

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

Ravnotežni pritisak pare kalcijuma, izračunat iz vrijednosti slobodne energije, je:

°S1300140015001600R, mm Hg. st0.080.150.752.05

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

Reakcija redukcije kalcijevog oksida sa silikoaluminijumom, u kojoj i aluminijum i legure silicijuma služe kao redukcioni agensi, je nešto lakša. Eksperimenti su utvrdili da redukcija sa aluminijumom u početku preovlađuje; i reakcija se nastavlja sa konačnim stvaranjem bCaO 3Al 2Oz prema gore navedenoj šemi (slika 1). Smanjenje silicijuma postaje značajno na višim temperaturama kada je većina aluminijuma reagovala; reakcija se nastavlja formiranjem 2CaO SiO 2. Ukratko, reakcija redukcije kalcijum oksida sa silikoaluminijumom izražava se sljedećom jednadžbom:

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

Istraživanje A. Yu. Taitsa i A. I. Voinitskyja utvrdilo je da se kalcijum oksid redukuje za 75% ferosilicijuma sa prinosom metala od 50-75% na temperaturi od 1400-1450° u vakuumu od 0,01-0,03 mm Hg. Art.; silikoaluminijum koji sadrži 60-30% Si i 32-58% Al (ostatak je gvožđe, titan, itd.), redukuje kalcijum oksid sa prinosom metala od približno 70% na temperaturama od 1350-1400° u vakuumu od 0,01-0,05 mm Hg. Art. Eksperimenti u polufabričkim razmjerima dokazali su fundamentalnu mogućnost proizvodnje kalcija iz vapna koristeći ferosilicij i silikoaluminij. Glavna hardverska poteškoća je odabir postolja u uvjetima ovog procesa oblaganja.

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

CaC2 = Ca + 2C

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

ca = 1,35 - 4505\T (1124-1712° K),

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

Očigledno, komercijalni kalcijum karbid se raspada na mnogo višim temperaturama nego što slijedi iz ovih izraza. Isti autori navode termičku razgradnju kalcijum karbida u kompaktnim komadima na 1600-1800° u vakuumu od 1 mm Hg. Art. Prinos grafita je bio 94%, kalcijum se dobijao u obliku gustog premaza na frižideru. A. S. Mikulinsky, F. S. Morii, R. Sh. Shklyar za određivanje svojstava grafita dobijenog razgradnjom kalcijum karbida, potonji je zagrijan u vakuumu od 0,3-1 mm Hg. Art. na temperaturi od 1630-1750°. Dobijeni grafit razlikuje se od Acheson grafita po tome što ima veća zrna, veću električnu provodljivost i manju zapreminsku težinu.

3. Praktični dio

Dnevno pražnjenje magnezijuma iz elektrolizera pri struji od 100 kA iznosilo je 960 kg pri hranjenju kupke magnezijum hloridom. Napon na elektrolizeru je 0,6 V. Odredite:

)Izlaz struje na katodi;

)Količina proizvedenog hlora dnevno, pod uslovom da je izlazna struja na anodi jednaka izlaznoj struji na anodi;

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

.Odredite izlaznu struju na katodi:

m itd =I ?·k Mg · ?

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

.Odredite količinu Cl primljene dnevno:

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

kg - 1000 kg

m wow =960 kg - masa mulja dnevno.

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

c) gubici sa sublimatima:

kg - 1000 kg

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

Ukupan Mg koji trebate popuniti:

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

Bibliografija

Osnovi metalurgije III

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

Tutoring

Trebate pomoć u proučavanju teme?

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

Elektronegativnost 1.00 (Paulingova skala) Potencijal elektrode −2,76 Stanja oksidacije 2 Energija jonizacije
(prvi elektron) 589,4 (6,11) kJ/mol (eV) Termodinamička svojstva jednostavne supstance Gustina (u normalnim uslovima) 1,55 g/cm³ Temperatura topljenja 1112 K; 838,85 °C Temperatura ključanja 1757 K; 1483,85 °C Ud. toplota fuzije 9,20 kJ/mol Ud. toplota isparavanja 153,6 kJ/mol Molarni toplotni kapacitet 25,9 J/(K mol) Molarni volumen 29,9 cm³/mol Kristalna rešetka jednostavne supstance Rešetkasta struktura kubično lice centriran Parametri rešetke 5,580 Debye temperatura 230 Ostale karakteristike Toplotna provodljivost (300 K) (201) W/(m K) CAS broj 7440-70-2 Emisioni spektar

Istorijat i porijeklo imena

Naziv elementa dolazi od lat. calx (u genitivu calcis) - „kreč“, „meki kamen“. Predložio ga je engleski hemičar Humphry Davy, koji je izolovao metalni kalcij elektrolitičkom metodom 1808. Davy je podvrgao mješavinu vlažnog gašenog vapna elektrolizi na platinskoj ploči, koja je služila kao anoda. Katoda je bila platinasta žica uronjena u tečnost. Kao rezultat elektrolize, dobijen je kalcijum amalgam. Destilirajući živu iz nje, Davy je dobio metal nazvan kalcijum.

Izotopi

Kalcijum se u prirodi javlja kao mešavina šest izotopa: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca i 48 Ca, među kojima je najčešći – 40 Ca – 96,97%. Kalcijumova jezgra sadrže magični broj protona: Z= 20 . Izotopi 40
20Ca20
I 48
20 Ca28
su dva od pet dvostruko magičnih jezgara koje postoje u prirodi.

Od šest prirodnih izotopa kalcijuma, pet je stabilno. Šesti izotop 48 Ca, najteži od šest i vrlo rijedak (njegova izotopska zastupljenost je samo 0,187%), prolazi kroz dvostruki beta raspad sa poluživotom od (4,39 ± 0,58)⋅10 19 godina.

U stijenama i mineralima

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

Najveći dio kalcija se nalazi u silikatima i aluminosilikatima raznih stijena (graniti, gnajsi, itd.), posebno u feldspat - anortitu Ca.

Minerali kalcijuma kao što su kalcit CaCO 3 , anhidrit CaSO 4 , alabaster CaSO 4 ·0,5H 2 O i gips CaSO 4 ·2H 2 O, fluorit CaF 2 , apatiti Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl, OH), dolomit MgCO 3 ·CaCO 3 . Prisustvo soli kalcija i magnezija u prirodnoj vodi određuje njenu tvrdoću.

Sedimentna stijena koja se sastoji uglavnom od kriptokristalnog kalcita je krečnjak (jedna od njegovih sorti je kreda). Regionalni metamorfizam pretvara krečnjak u mermer.

Migracije u zemljinoj kori

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

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) )\rightleftarrows Ca(HCO_(3))_(2)\rightleftarrows Ca^(2+)+2HCO_(3)^(-))))

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

Biogene migracije igraju veliku ulogu.

U biosferi

Jedinjenja kalcijuma nalaze se u gotovo svim životinjskim i biljnim tkivima (vidi dolje). Značajna količina kalcijuma 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, je osnova koštanog tkiva kičmenjaka, uključujući ljude; Ljuske i ljuske mnogih beskičmenjaka, ljuske jaja i dr. su napravljene od kalcijum karbonata CaCO 3. U živim tkivima ljudi i životinja ima 1,4-2% Ca (po masenom udjelu); u ljudskom tijelu težine 70 kg, sadržaj kalcija je oko 1,7 kg (uglavnom u međućelijskoj tvari koštanog tkiva).

Potvrda

Slobodni metalni kalcij se dobija elektrolizom taline koja se sastoji od CaCl 2 (75-80%) i KCl ili od CaCl 2 i CaF 2, kao i aluminotermnom redukcijom CaO na 1170-1200 °C 4 C a O + 2 A l → C a A l 2 O 4 + 3 C a (\displaystyle (\mathsf (4CaO+2Al\rightarrow CaAl_(2)O_(4)+3Ca)))

Fizička svojstva

Metalni kalcijum postoji u dvije alotropske modifikacije. Postojano do 443 °C α-Ca s kubičnom rešetkom usmjerenom na lice (parametar A= 0,558 nm), stabilniji β-Ca sa kubičnim tijelom centriranim tipom rešetke α-Fe(parametar a= 0,448 nm). Standardna entalpija Δ H 0 (\displaystyle \Delta H^(0)) tranzicija α → β je 0,93 kJ/mol.

Postepenim povećanjem pritiska počinje da ispoljava svojstva poluprovodnika, ali ne postaje poluprovodnik u punom smislu te reči (više nije ni metal). Daljnjim povećanjem tlaka, vraća se u metalno stanje i počinje pokazivati ​​supravodljiva svojstva (temperatura supravodljivosti je šest puta viša od one žive, a po vodljivosti daleko nadmašuje sve ostale elemente). Jedinstveno ponašanje kalcijuma je na mnogo načina slično stroncijumu (odnosno, paralele u periodnom sistemu su očuvane).

Hemijska svojstva

U nizu standardnih potencijala, kalcijum se nalazi lijevo od vodonika. Standardni elektrodni potencijal para Ca 2+ /Ca 0 je -2,84 V, tako da kalcijum aktivno reaguje sa vodom, ali bez paljenja:

C a + 2 H 2 O → C a (OH) 2 + H 2 . (\displaystyle (\mathsf (Ca+2H_(2)O\rightarrow Ca(OH)_(2)+H_(2)\uparrow .)))

Prisustvo rastvorenog kalcijum bikarbonata u vodi u velikoj meri određuje privremenu tvrdoću vode. Naziva se privremenim jer kada voda proključa, bikarbonat se razgrađuje i taloži CaCO 3. Ova pojava dovodi, na primjer, do činjenice da se kamenac stvara u kotliću s vremenom.

Aplikacija

Glavna upotreba metalnog kalcija je kao redukciono sredstvo u proizvodnji metala, posebno nikla, bakra i nerđajućeg čelika. Kalcijum i njegov hidrid se takođe koriste za proizvodnju metala koji se teško redukuju kao što su hrom, torijum i uranijum. Legure kalcijuma i olova koriste se u nekim vrstama baterija i u proizvodnji ležajeva. Granule kalcijuma se takođe koriste za uklanjanje tragova vazduha iz vakuum uređaja. Čisti metalni kalcijum se široko koristi u metalotermiji za proizvodnju rijetkih zemnih elemenata.

Kalcij se široko koristi u metalurgiji za deoksidaciju čelika, zajedno s aluminijem ili u kombinaciji s njim. Vanpećna obrada žicama koje sadrže kalcij zauzima vodeću poziciju zbog višefaktorskog utjecaja kalcija na fizičko-hemijsko stanje taline, makro- i mikrostrukturu metala, kvalitet i svojstva metalnih proizvoda i sastavni je dio dio tehnologije proizvodnje čelika. U modernoj metalurgiji, žica za injektiranje se koristi za uvođenje kalcija u talinu, a to je kalcij (ponekad silikokalcij ili aluminokalcij) u obliku praha ili presovanog metala u čeličnom omotaču. Uz deoksidaciju (uklanjanje kisika otopljenog u čeliku), korištenje kalcija omogućava dobivanje nemetalnih inkluzija koje su povoljne prirode, sastava i oblika i koje se ne uništavaju u daljnjim tehnološkim operacijama.

Izotop 48 Ca je jedan od efikasnih i često korišćenih materijala za proizvodnju superteških elemenata i otkrivanje novih elemenata periodnog sistema. To je zato što je kalcijum-48 dvostruko magično jezgro, tako da njegova stabilnost omogućava da bude dovoljno bogat neutronima za lako jezgro; za sintezu superteških jezgara potreban je višak neutrona.

Biološka uloga

Koncentracija kalcijuma u krvi, zbog njegovog značaja za veliki broj vitalnih procesa, precizno je regulisana, a pravilnom ishranom i adekvatnom konzumacijom nemasnih mlečnih proizvoda i vitamina D ne dolazi do manjka. Dugotrajni nedostatak kalcijuma i/ili vitamina D u ishrani povećava rizik od osteoporoze, a u dojenačkoj dobi uzrokuje rahitis.

Bilješke

1. Tvrdoća po Brinellu 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, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Atomske težine elemenata 2011 (IUPAC Technical Report) // Pure and Applied Chemistry. - 2013. - Vol. 85, br. 5 . - P. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
3. Urednički tim: Knunyants I. L. (glavni urednik). Hemijska enciklopedija: u 5 tomova - Moskva: Sovjetska enciklopedija, 1990. - T. 2. - P. 293. - 671 str. - 100.000 primeraka.
4. Riley J.P. i Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965.
5. Pritychenko B. Sistematika procijenjenog poluživota dvostrukog beta raspada // Nuclear Data Sheets. - 2014. - jun (sv. 120). - str. 102-105. - ISSN 0090-3752. - DOI:10.1016/j.nds.2014.07.018.[ispraviti]
6. Pritychenko B. Lista usvojenih vrednosti dvostrukog beta (ββ) raspada (nedefinirano) . Nacionalni centar za nuklearne podatke, Nacionalna laboratorija Brookhaven. Pristupljeno 6. decembra 2015.
7. Hemičarski priručnik/Uređivački odbor: Nikolsky B.P. et al. - 2. izdanje, revidirano. - M.-L.: Hemija, 1966. - T. 1. - 1072 str.
8. Novine. RU: Elementi pritiska
9. Kalcijum // Velika sovjetska enciklopedija: [u 30 tomova] / pogl. ed. A. M. Prokhorov. - 3. izd. - M.: Sovjetska enciklopedija, 1969-1978.
10. Dyudkin D. A., Kisilenko V. V. Utjecaj različitih faktora na apsorpciju kalcija iz punjene žice sa kompleksnim punilom SK40 (ruski) // Elektrometalurgija: časopis. - 2009. - Maj (br. 5). - str. 2-6.
11. Mihailov G. G., Černova L. A. Termodinamička analiza procesa deoksidacije čelika kalcijumom i aluminijem (ruski) // Elektrometalurgija: časopis. - 2008. - Mart (br. 3). - str. 6-8.
12. Shell Model Nucleus
13. Komitet Instituta za medicinu (SAD) za reviziju referentnog unosa vitamina D i kalcijuma iz ishrane; Ross AC, Taylor CL, Yaktine AL, Del Valle HB, urednici (2011).

Kalcijum je hemijski element grupe II sa atomskim brojem 20 u periodnom sistemu, označen simbolom Ca (lat. Kalcijum). Kalcijum je meki zemnoalkalni metal srebrno-sive boje.

Element 20 periodnog sistema Naziv elementa dolazi od lat. calx (u genitivu calcis) - „kreč“, „meki kamen“. Predložio ga je engleski hemičar Humphry Davy, koji je izolovao metalni kalcij 1808.
Jedinjenja kalcijuma - krečnjak, mermer, gips (kao i kreč - proizvod kalcinacije krečnjaka) koriste se u građevinarstvu pre nekoliko hiljada godina.
Kalcijum je jedan od najčešćih elemenata na Zemlji. Jedinjenja kalcijuma nalaze se u gotovo svim životinjskim i biljnim tkivima. On čini 3,38% mase zemljine kore (5. najzastupljeniji nakon kiseonika, silicijuma, aluminijuma i gvožđa).

Pronalaženje kalcijuma u prirodi

Zbog svoje visoke hemijske aktivnosti, kalcijum se u prirodi ne pojavljuje u slobodnom obliku.
Kalcijum čini 3,38% mase zemljine kore (5. najzastupljeniji nakon kiseonika, silicijuma, aluminijuma i gvožđa). Sadržaj elementa u morskoj vodi je 400 mg/l.

Izotopi

Kalcijum se u prirodi javlja kao mešavina šest izotopa: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca i 48Ca, od kojih najčešći, 40Ca, čini 96,97%. Kalcijumova jezgra sadrže magični broj protona: Z = 20. Izotopi
40
20
Ca20 i
48
20
Ca28 su dva od pet jezgara koja postoje u prirodi sa dvostruko većim magičnim brojem.
Od šest prirodnih izotopa kalcijuma, pet je stabilno. Šesti izotop 48Ca, najteži od šest i vrlo rijedak (njegova izotopska zastupljenost je samo 0,187%), prolazi kroz dvostruki beta raspad s vremenom poluraspada od 1,6 1017 godina.

U stijenama i mineralima

Najveći dio kalcija se nalazi u silikatima i aluminosilikatima raznih stijena (graniti, gnajsi, itd.), posebno u feldspatu - Ca anortitu.
U obliku sedimentnih stijena, spojevi kalcija su predstavljeni kredom i krečnjacima, koji se uglavnom sastoje od minerala kalcita (CaCO3). Kristalni oblik kalcita - mermer - mnogo je rjeđi u prirodi.
Prilično su rasprostranjeni minerali kalcijuma kao što su kalcit CaCO3, anhidrit CaSO4, alabaster CaSO4 0,5H2O i gips CaSO4 2H2O, fluorit CaF2, apatit Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), dolomit MgCO3 CaCO3. Prisustvo soli kalcija i magnezija u prirodnoj vodi određuje njenu tvrdoću.
Kalcijum, koji snažno migrira u zemljinoj kori i akumulira se u različitim geohemijskim sistemima, formira 385 minerala (četvrti najveći broj minerala).

Biološka uloga kalcijuma

Kalcijum je uobičajen makronutrijent u organizmu biljaka, životinja i ljudi. Kod ljudi i drugih kičmenjaka, većina se nalazi u skeletu i zubima. Kalcijum se nalazi u kostima u obliku hidroksiapatita. „Kosturi“ većine grupa beskičmenjaka (spužve, koralni polipi, mekušci, itd.) napravljeni su od različitih oblika kalcijum karbonata (kreč). Kalcijumovi joni su uključeni u procese zgrušavanja krvi, a služe i kao jedan od univerzalnih sekundarnih glasnika unutar ćelija i regulišu niz intracelularnih procesa – kontrakciju mišića, egzocitozu, uključujući lučenje hormona i neurotransmitera. Koncentracija kalcijuma u citoplazmi ljudskih ćelija je oko 10-4 mmol/l, u međućelijskim tečnostima je oko 2,5 mmol/l.

Potrebe za kalcijumom zavise od starosti. Za odrasle od 19-50 godina i decu od 4-8 godina uključujući, dnevna potreba (RDA) je 1000 mg (sadržano u približno 790 ml mleka sa 1% sadržaja masti), a za decu uzrasta od 9 do 18 godina - 1300 mg dnevno (sadržano u približno 1030 ml mlijeka sa sadržajem masti od 1%). Tokom adolescencije, unos dovoljno kalcijuma je veoma važan zbog brzog rasta skeleta. Međutim, prema istraživanjima u Sjedinjenim Državama, samo 11% djevojčica i 31% dječaka u dobi od 12-19 godina ostvaruje svoje potrebe. U uravnoteženoj prehrani većina kalcijuma (oko 80%) ulazi u djetetov organizam s mliječnim proizvodima. Preostali kalcij dolazi iz žitarica (uključujući hljeb od cjelovitog zrna i heljde), mahunarki, narandže, zelenila i orašastih plodova. “Mliječni” proizvodi na bazi mliječne masti (maslac, kajmak, pavlaka, sladoled na bazi pavlake) praktički ne sadrže kalcij. Što više mlečne masti sadrži mlečni proizvod, sadrži manje kalcijuma. Apsorpcija kalcijuma u crijevima se odvija na dva načina: transcelularni (transcelularni) i međućelijski (paracelularni). Prvi mehanizam je posredovan djelovanjem aktivnog oblika vitamina D (kalcitriol) i njegovih intestinalnih receptora. Ima veliku ulogu u niskom do umjerenom unosu kalcija. Sa većim sadržajem kalcija u ishrani, međućelijska apsorpcija počinje igrati glavnu ulogu, što je povezano s velikim gradijentom koncentracije kalcija. Zbog transcelularnog mehanizma, kalcij se u većoj mjeri apsorbira u duodenumu (zbog najveće koncentracije kalcitriolnih receptora tamo). Zbog međućelijskog pasivnog prijenosa, apsorpcija kalcija je najaktivnija u sva tri dijela tankog crijeva. Paracelularnu apsorpciju kalcijuma podstiče laktoza (mliječni šećer).

Apsorpciju kalcijuma inhibiraju neke životinjske masti (uključujući mast od kravljeg mlijeka i goveđe masti, ali ne i mast) i palmino ulje. Palmitinske i stearinske masne kiseline sadržane u takvim mastima se odvajaju tokom probave u crijevima i u svom slobodnom obliku čvrsto vezuju kalcij, formirajući kalcijum palmitat i kalcijum stearat (nerastvorljive sapune). U obliku ovog sapuna, i kalcijum i mast se gube u stolici. Ovaj mehanizam je odgovoran za smanjenu apsorpciju kalcija, smanjenu mineralizaciju kostiju i smanjene indirektne mjere čvrstoće kosti kod dojenčadi koja koriste formule za dojenčad na bazi palminog ulja (palminog oleina). Kod takve djece stvaranje kalcijevih sapuna u crijevima povezano je sa stvrdnjavanjem stolice, smanjenjem njene učestalosti, kao i češćom regurgitacijom i kolikama.

Koncentracija kalcijuma u krvi, zbog njegovog značaja za veliki broj vitalnih procesa, precizno je regulisana, a pravilnom ishranom i adekvatnom konzumacijom nemasnih mlečnih proizvoda i vitamina D ne dolazi do nedostatka. Dugotrajni nedostatak kalcija i/ili vitamina D u ishrani povećava rizik od osteoporoze i uzrokuje rahitis u dojenčadi.

Prevelike doze kalcija i vitamina D mogu uzrokovati hiperkalcemiju. Maksimalna sigurna doza za odrasle u dobi od 19 do 50 godina je 2500 mg dnevno (oko 340 g sira Edam).

Toplotna provodljivost

Među svim elementima periodnog sistema može se identificirati nekoliko, bez kojih ne samo da se u živim organizmima razvijaju razne bolesti, već je općenito nemoguće normalno živjeti i rasti. Jedan od njih je kalcijum.

Zanimljivo je da kada govorimo o ovom metalu kao jednostavnoj supstanci, on nema nikakve koristi za ljude, čak ni štete. Međutim, čim pomenete Ca 2+ jone, odmah se nameće puno tačaka koje karakterišu njihov značaj.

Položaj kalcijuma u periodnom sistemu

Karakterizacija kalcija, kao i svakog drugog elementa, počinje navođenjem njegove lokacije u periodnom sistemu. Na kraju krajeva, omogućava da se nauči mnogo o datom atomu:

• nuklearno punjenje;
• broj elektrona i protona, neutrona;
• oksidacijsko stanje, najviše i najniže;
• elektronska konfiguracija i druge važne stvari.

Element koji razmatramo nalazi se u četvrtom velikom periodu druge grupe, glavne podgrupe, i ima redni broj 20. Takođe, periodična hemijska tabela pokazuje atomsku težinu kalcijuma - 40,08, što je prosečna vrednost postojećih izotopa datog atoma.

Oksidacijsko stanje je jedan, uvijek konstantno, jednako +2. Formula CaO. Latinski naziv za element je kalcijum, pa otuda i simbol za atom Ca.

Karakteristike kalcijuma kao jednostavne supstance

U normalnim uslovima, ovaj element je metal, srebrno-bele boje. Formula kalcijuma kao jednostavne supstance je Ca. Zbog svoje visoke hemijske aktivnosti, sposoban je da formira mnoga jedinjenja koja pripadaju različitim klasama.

U čvrstom agregacijskom stanju nije dio ljudskog tijela, stoga je važan za industrijske i tehničke potrebe (uglavnom hemijske sinteze).

To je jedan od najčešćih metala u zemljinoj kori, oko 1,5%. Spada u zemnoalkalnu grupu, jer kada se rastvori u vodi stvara alkalije, ali se u prirodi nalazi u obliku više minerala i soli. U morskoj vodi nalazi se dosta kalcijuma (400 mg/l).

Kristalna ćelija

Karakteristike kalcija se objašnjavaju strukturom kristalne rešetke, koja može biti dva tipa (pošto postoji alfa i beta oblik):

• kubično lice-centrično;
• volume-centric.

Vrsta veze u molekuli je metalna; na mjestima rešetke, kao i kod svih metala, postoje atomski joni.

Biti u prirodi

U prirodi postoji nekoliko glavnih tvari koje sadrže ovaj element.

1. Morska voda.
2. Stene i minerali.
3. Živi organizmi (školjke i školjke, koštano tkivo itd.).
4. Podzemne vode u zemljinoj kori.

Sljedeće vrste stijena i minerala mogu se identificirati kao prirodni izvori kalcija.

1. Dolomit je mješavina kalcijum i magnezijum karbonata.
2. Fluorit je kalcijum fluorid.
3. Gips - CaSO 4 2H 2 O.
4. Kalcit - kreda, krečnjak, mermer - kalcijum karbonat.
5. Alabaster - CaSO 4 ·0,5H 2 O.
6. Apatity.

Ukupno postoji oko 350 različitih minerala i stijena koje sadrže kalcij.

Metode dobijanja

Dugo vremena nije bilo moguće izolovati metal u slobodnom obliku, jer je njegova hemijska aktivnost visoka i ne može se naći u prirodi u svom čistom obliku. Stoga je do 19. vijeka (1808.) predmetni element bio još jedna misterija koju je postavljao periodni sistem.

Engleski hemičar Humphry Davy uspio je sintetizirati kalcijum kao metal. On je prvi otkrio osobitosti interakcije talina čvrstih minerala i soli s električnom strujom. Danas je najrelevantniji način dobijanja ovog metala elektroliza njegovih soli, kao što su:

• mješavina kalcijevih i kalijevih hlorida;
• mješavina fluorida i kalcijum hlorida.

Također je moguće ekstrahirati kalcij iz njegovog oksida pomoću aluminotermije, uobičajene metode u metalurgiji.

Fizička svojstva

Karakteristike kalcija prema fizičkim parametrima mogu se opisati u nekoliko tačaka.

1. Agregatno stanje je solidno u normalnim uslovima.
2. Tačka topljenja - 842 0 C.
3. Metal je mekan i može se rezati nožem.
4. Boja - srebrno-bijela, sjajna.
5. Ima dobre provodne i toplotne osobine.
6. Pri dugotrajnom zagrijavanju prelazi u tečno, a zatim u parno stanje, gubeći svoja metalna svojstva. Tačka ključanja 1484 0 C.

Fizička svojstva kalcijuma imaju jednu posebnost. Kada se na metal izvrši pritisak, on u nekom trenutku gubi svoja metalna svojstva i sposobnost električnog vođenja. Međutim, s daljnjim povećanjem izloženosti, ponovo se obnavlja i manifestira se kao supravodnik, nekoliko puta viši u ovim pokazateljima od ostalih elemenata.

Hemijska svojstva

Aktivnost ovog metala je veoma visoka. Stoga postoje mnoge interakcije u koje kalcijum ulazi. Reakcije sa svim nemetalima su mu uobičajene, jer je kao redukciono sredstvo veoma jak.

1. U normalnim uslovima, lako reaguje i formira odgovarajuća binarna jedinjenja sa: halogenima, kiseonikom.
2. Kada se zagreju: vodonik, azot, ugljenik, silicijum, fosfor, bor, sumpor i dr.
3. Na otvorenom odmah stupa u interakciju s ugljičnim dioksidom i kisikom i stoga postaje prekriven sivim premazom.
4. Burno reaguje sa kiselinama, ponekad izazivajući upalu.

Zanimljiva svojstva kalcijuma pojavljuju se kada su u pitanju soli. Dakle, prekrasne špilje koje rastu na stropu i zidovima nisu ništa drugo nego nastale tokom vremena od vode, ugljičnog dioksida i bikarbonata pod utjecajem procesa unutar podzemnih voda.

S obzirom na to koliko je metal aktivan u svom normalnom stanju, on se skladišti u laboratorijama, baš kao i alkalni metali. U posudi od tamnog stakla, sa dobro zatvorenim poklopcem i ispod sloja kerozina ili parafina.

Kvalitativna reakcija na jon kalcija je bojenje plamena u prekrasnu, bogatu ciglanocrvenu boju. Metal u sastavu jedinjenja možete identifikovati i po nerastvorljivim precipitatima nekih njegovih soli (kalcijum karbonat, fluorid, sulfat, fosfat, silikat, sulfit).

Metalni priključci

Vrste metalnih spojeva su sljedeće:

• oksid;
• hidroksid;
• kalcijeve soli (srednje, kisele, bazične, dvostruke, kompleksne).

Kalcijum oksid poznat kao CaO koristi se za stvaranje građevinskog materijala (kreč). Ako oksid ugasite vodom, dobijete odgovarajući hidroksid, koji pokazuje svojstva lužine.

Različite soli kalcijuma, koje se koriste u različitim sektorima privrede, imaju veliki praktični značaj. Već smo spomenuli koje vrste soli postoje. Navedimo primjere vrsta ovih veza.

1. Srednje soli - karbonat CaCO 3, fosfat Ca 3 (PO 4) 2 i druge.
2. Kiselina - hidrogen sulfat CaHSO 4.
3. Glavni su bikarbonat (CaOH) 3 PO 4.
4. Kompleks - Cl 2.
5. Dvostruki - 5Ca(NO 3) 2 *NH 4 NO 3 *10H 2 O.

Upravo u obliku jedinjenja ove klase kalcijum je važan za biološke sisteme, jer su soli izvor jona za organizam.

Biološka uloga

Zašto je kalcijum važan za ljudski organizam? Postoji nekoliko razloga.

1. Upravo su joni ovog elementa dio međućelijske tvari i tkivne tekućine, sudjelujući u regulaciji mehanizama ekscitacije, proizvodnji hormona i neurotransmitera.
2. Kalcijum se akumulira u kostima i zubnoj caklini u količini od oko 2,5% ukupne telesne težine. Ovo je dosta i igra važnu ulogu u jačanju ovih struktura, održavanju njihove snage i stabilnosti. Rast tijela bez toga je nemoguć.
3. Zgrušavanje krvi zavisi i od jona u pitanju.
4. Dio je srčanog mišića, sudjeluje u njegovoj ekscitaciji i kontrakciji.
5. Učesnik je procesa egzocitoze i drugih intracelularnih promjena.

Ako količina unesenog kalcija nije dovoljna, onda se javljaju bolesti kao što su:

• rahitis;
• osteoporoza;
• bolesti krvi.

Dnevni unos za odraslu osobu je 1000 mg, a za djecu stariju od 9 godina 1300 mg. Kako biste spriječili višak ovog elementa u tijelu, ne smijete prekoračiti navedenu dozu. U suprotnom se mogu razviti crijevne bolesti.

Za sva druga živa bića kalcijum nije ništa manje važan. Na primjer, iako mnogi nemaju kostur, njihovo vanjsko sredstvo za jačanje su također formacije ovog metala. Među njima:

• školjke;
• dagnje i kamenice;
• spužve;
• koralni polipi.

Svi oni nose na leđima ili, u principu, u procesu života formiraju određeni vanjski kostur koji ih štiti od vanjskih utjecaja i grabežljivaca. Njegova glavna komponenta su kalcijeve soli.

Kičmenjacima, kao i ljudima, ovi joni trebaju za normalan rast i razvoj i primaju ih hranom.

Postoji mnogo opcija pomoću kojih je moguće nadoknaditi element koji nedostaje u tijelu. Najbolje su, naravno, prirodne metode - proizvodi koji sadrže željeni atom. Međutim, ako je iz nekog razloga to nedovoljno ili nemoguće, medicinski put je također prihvatljiv.

Dakle, lista namirnica koje sadrže kalcijum je otprilike ovako:

• mliječni i fermentirani mliječni proizvodi;
• riba;
• zelenilo;
• žitarice (heljda, pirinač, pekarski proizvodi od integralnog brašna);
• neki agrumi (narandže, mandarine);
• mahunarke;
• svi orasi (posebno bademi i orasi).

Ako ste alergični na neke namirnice ili ih ne možete jesti iz nekog drugog razloga, tada će preparati koji sadrže kalcij pomoći da nadoknadite nivo potrebnog elementa u tijelu.

Sve su to soli ovog metala, koje imaju sposobnost da ih tijelo lako apsorbira, brzo se apsorbiraju u krv i crijeva. Među njima, najpopularniji i korišteni su sljedeći.

1. Kalcijum hlorid - rastvor za injekcije ili za oralnu primenu kod odraslih i dece. Razlikuje se po koncentraciji soli u sastavu, koristi se za „vruće injekcije“, jer pri ubrizgavanju izaziva upravo takav osjećaj. Postoje oblici sa voćnim sokom za lakšu oralnu primjenu.
2. Dostupan u tabletama (0,25 ili 0,5 g) i rastvorima za intravenske injekcije. Često u obliku tableta sadrži razne voćne dodatke.
3. Kalcijum laktat - dostupan u tabletama od 0,5 g.