კალციუმი. რა არის კალციუმი, კალციუმის რეაქცია ჟანგბადთან კალციუმის ქიმიური ნაერთები

განმარტება

კალციუმი- პერიოდული ცხრილის მეოცე ელემენტი. აღნიშვნა - Ca ლათინური "კალციუმიდან". მეოთხე პერიოდში განლაგებულია ჯგუფი IIA. ეხება ლითონებს. ძირითადი გადასახადი არის 20.

კალციუმი ბუნებაში ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ელემენტია. დედამიწის ქერქი შეიცავს დაახლოებით 3%-ს (ტ.). ის გვხვდება კირქვისა და ცარცის, აგრეთვე მარმარილოს მრავალრიცხოვან საბადოებში, რომლებიც კალციუმის კარბონატის CaCO 3 ბუნებრივი ჯიშებია. ასევე დიდი რაოდენობით გვხვდება თაბაშირი CaSO 4 × 2H 2 O, ფოსფორიტი Ca 3 (PO 4) 2 და ბოლოს, სხვადასხვა კალციუმის შემცველი სილიკატები.

მარტივი ნივთიერების სახით კალციუმი არის დრეკადი, საკმაოდ მყარი, თეთრი ლითონი (ნახ. 1). ჰაერში ის სწრაფად იფარება ოქსიდის ფენით და გაცხელებისას იწვის კაშკაშა მოწითალო ალით. კალციუმი შედარებით ნელა რეაგირებს ცივ წყალთან, მაგრამ სწრაფად ანაცვლებს წყალბადს ცხელი წყლისგან და წარმოქმნის ჰიდროქსიდს.

ბრინჯი. 1. კალციუმი. გარეგნობა.

კალციუმის ატომური და მოლეკულური მასა

ნივთიერების ფარდობითი მოლეკულური მასა (M r) არის რიცხვი, რომელიც გვიჩვენებს, რამდენჯერ აღემატება მოცემული მოლეკულის მასას ნახშირბადის ატომის მასის 1/12-ზე, ხოლო ელემენტის (A r) ფარდობითი ატომური მასა არის რამდენჯერ მეტია ქიმიური ელემენტის ატომების საშუალო მასა ნახშირბადის ატომის 1/12 მასაზე.

ვინაიდან თავისუფალ მდგომარეობაში კალციუმი არსებობს Ca-ს მოლეკულების სახით, მისი ატომური და მოლეკულური მასების მნიშვნელობები ემთხვევა ერთმანეთს. ისინი უდრის 40.078-ს.

კალციუმის იზოტოპები

ცნობილია, რომ ბუნებაში კალციუმი გვხვდება ოთხი სტაბილური იზოტოპების სახით 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca და 48 Ca, 40 Ca იზოტოპის აშკარა უპირატესობით (99,97%). მათი მასობრივი რიცხვია 40, 42, 43, 44, 46 და 48, შესაბამისად. კალციუმის იზოტოპის 40 Ca ატომის ბირთვი შეიცავს ოცი პროტონს და ოცი ნეიტრონს, ხოლო დარჩენილი იზოტოპები მისგან განსხვავდება მხოლოდ ნეიტრონების რაოდენობით.

არსებობს კალციუმის ხელოვნური იზოტოპები მასობრივი რიცხვებით 34-დან 57-მდე, რომელთა შორის ყველაზე სტაბილურია 41 Ca, ნახევარგამოყოფის პერიოდით 102 ათასი წელი.

კალციუმის იონები

კალციუმის ატომის გარე ენერგეტიკულ დონეზე არის ორი ელექტრონი, რომლებიც ვალენტურია:

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

ქიმიური ურთიერთქმედების შედეგად კალციუმი თმობს თავის ვალენტურ ელექტრონებს, ე.ი. არის მათი დონორი და იქცევა დადებითად დამუხტულ იონად:

Ca 0 -2e → Ca 2+.

კალციუმის მოლეკულა და ატომი

თავისუფალ მდგომარეობაში კალციუმი არსებობს Ca მონოატომური მოლეკულების სახით. აქ მოცემულია რამდენიმე თვისება, რომელიც ახასიათებს კალციუმის ატომს და მოლეკულას:

კალციუმის შენადნობები

კალციუმი ემსახურება როგორც შენადნობი კომპონენტი ტყვიის ზოგიერთ შენადნობში.

პრობლემის გადაჭრის მაგალითები

მაგალითი 1

ვარჯიში

დაწერეთ რეაქციის განტოლებები, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას შემდეგი გარდაქმნების შესასრულებლად: Ca → Ca(OH) 2 → CaCO 3 → Ca(HCO 3) 2.

უპასუხე

წყალში კალციუმის გახსნით, შეგიძლიათ მიიღოთ ნაერთის მოღრუბლული ხსნარი, რომელიც ცნობილია როგორც "ცაცხვის რძე" - კალციუმის ჰიდროქსიდი: Ca+ 2H 2 O→ Ca(OH) 2 + H 2. ნახშირორჟანგის გავლისას კალციუმის ჰიდროქსიდის ხსნარში ვიღებთ კალციუმის კარბონატს: 2Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O. კალციუმის კარბონატში წყლის დამატებით და ამ ნარევში ნახშირორჟანგის გადაცემის გაგრძელებით, მივიღებთ კალციუმის ბიკარბონატს: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 → Ca(HCO 3) 2.

შესავალი

კალციუმის თვისებები და გამოყენება

1 ფიზიკური თვისებები

2 ქიმიური თვისებები

3 აპლიკაცია

კალციუმის მიღება

1 კალციუმის და მისი შენადნობების ელექტროლიტური წარმოება

2 თერმული წარმოება

3 კალციუმის მიღების ვაკუუმ-თერმული მეთოდი

3.1 კალციუმის შემცირების ალუმოთერმული მეთოდი

3.2 კალციუმის შემცირების სილიკოთერმული მეთოდი

პრაქტიკული ნაწილი

ბიბლიოგრაფია

შესავალი

მენდელეევის პერიოდული სისტემის II ჯგუფის ქიმიური ელემენტი, ატომური ნომერი 20, ატომური მასა 40,08; ვერცხლისფერ-თეთრი ღია ლითონი. ბუნებრივი ელემენტი არის ექვსი სტაბილური იზოტოპის ნაზავი: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca და 48Ca, რომელთაგან ყველაზე გავრცელებულია 40 Ca (96, 97%).

კალიუმის ნაერთები - კირქვა, მარმარილო, თაბაშირი (ისევე, ცაცხვი - კირქვის კალციაციის პროდუქტი) ძველად უკვე იყენებდნენ მშენებლობაში. მე-18 საუკუნის ბოლომდე ქიმიკოსები ცაცხვს უბრალო მყარ ნივთიერებად თვლიდნენ. 1789 წელს ა. ლავუაზიემ თქვა, რომ ცაცხვი, მაგნეზია, ბარიტი, ალუმინა და სილიციუმი რთული ნივთიერებებია. 1808 წელს გ. დევიმ, ვერცხლისწყლის ოქსიდთან ერთად სველი ჩამქრალი კირის ნარევი ელექტროლიზს ვერცხლისწყლის კათოდით, მოამზადა Ca ამალგამი და მისგან ვერცხლისწყლის გამოხდით მიიღო ლითონი სახელად „კალციუმი“ (ლათინური calx, სქესი კალცი - ცაცხვი) .

კალციუმის ჟანგბადისა და აზოტის შეკავშირების უნარმა შესაძლებელი გახადა მისი გამოყენება ინერტული აირების გასაწმენდად და როგორც გამტარი (Getter არის ნივთიერება, რომელიც გამოიყენება აირების შთანთქმისთვის და ღრმა ვაკუუმის შესაქმნელად ელექტრონულ მოწყობილობებში.) ვაკუუმურ რადიო აღჭურვილობაში.

კალციუმი ასევე გამოიყენება სპილენძის, ნიკელის, სპეციალური ფოლადებისა და ბრინჯაოს მეტალურგიაში; ისინი აკავშირებენ გოგირდის, ფოსფორის და ჭარბი ნახშირბადის მავნე მინარევებს. ამავე მიზნებისათვის გამოიყენება კალციუმის შენადნობები სილიციუმთან, ლითიუმთან, ნატრიუმთან, ბორით და ალუმინისთან.

ინდუსტრიაში კალციუმი მიიღება ორი გზით:

) CaO და Al ფხვნილის ბრიკეტირებული ნარევის გაცხელებით 1200 °C-ზე 0,01 - 0,02 მმ ვაკუუმში. Hg Ხელოვნება.; რეაქციით გამოირჩევა:

CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

კალციუმის ორთქლი კონდენსირდება ცივ ზედაპირზე.

CaCl2-ისა და KCl-ის დნობის ელექტროლიზით თხევადი სპილენძ-კალციუმის კათოდით, მზადდება Cu-Ca შენადნობი (65% Ca), საიდანაც კალციუმი გამოიხდება 950-1000 °C ტემპერატურაზე ვაკუუმში. 0,1 - 0,001 მმ Hg.

) ასევე შემუშავებულია კალციუმის კარბიდის CaC2 თერმული დისოციაციის გზით კალციუმის წარმოების მეთოდი.

კალციუმი ბუნებაში ძალიან გავრცელებულია სხვადასხვა ნაერთების სახით. დედამიწის ქერქში მეხუთე ადგილს იკავებს, 3,25%-ს შეადგენს და ყველაზე ხშირად გვხვდება კირქვის CaCO-ს სახით. 3, დოლომიტი CaCO 3MgCO 3, თაბაშირი CaSO 42სთ 2O, ფოსფორიტი Ca 3(P.O. 4)2 და ფტორსპარ CaF 2სილიკატური ქანების შემადგენლობაში კალციუმის მნიშვნელოვანი წილი არ ჩავთვლით. ზღვის წყალი შეიცავს საშუალოდ 0,04% (წონა) კალციუმს.

ამ საკურსო ნაშრომში შესწავლილია კალციუმის თვისებები და გამოყენება, აგრეთვე მისი წარმოების ვაკუუმ-თერმული მეთოდების თეორია და ტექნოლოგია.

. კალციუმის თვისებები და გამოყენება

.1 ფიზიკური თვისებები

კალციუმი მოვერცხლისფრო-თეთრი ლითონია, მაგრამ ჰაერში ზემოქმედების დროს ქრება მის ზედაპირზე ოქსიდის წარმოქმნის გამო. ის ტყვიაზე უფრო მყარი ლითონია. კრისტალური უჯრედი ?-Ca ფორმა (სტაბილური ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე) სახეზე ორიენტირებული კუბური, a = 5.56 Å . ატომური რადიუსი 1,97 Å , იონური რადიუსი Ca 2+, 1,04Å . სიმკვრივე 1,54 გ/სმ 3(20°C). 464 °C-ზე ექვსკუთხა ?-ფორმა. დნობის წერტილი 851 °C, დუღილის წერტილი 1482 °C; წრფივი გაფართოების ტემპერატურული კოეფიციენტი 22·10 -6 (0-300 °C); თბოგამტარობა 20 °C ტემპერატურაზე 125.6 W/(m K) ან 0.3 cal/(cm sec °C); სპეციფიკური თბოტევადობა (0-100 °C) 623,9 ჯ/(კგ K) ან 0,149 კალ/(გ °C); ელექტრული წინაღობა 20 °C-ზე 4.6 10 -8ohm m ან 4.6 10 -6 ohm სმ; ელექტრული წინააღმდეგობის ტემპერატურული კოეფიციენტია 4,57·10-3 (20 °C). ელასტიურობის მოდული 26 გნ/მ 2(2600 კგფ/მმ 2); ჭიმვის სიმტკიცე 60 მნ/მ 2(6 კგფ/მმ 2); ელასტიური ლიმიტი 4 MN/m 2(0,4 კგფ/მმ 2), გამტარუნარიანობა 38 მნ/მ 2(3.8 კგფ/მმ 2); ფარდობითი დრეკადობა 50%; ბრინელის სიმტკიცე 200-300 მნ/მ 2(20-30 კგფ/მმ 2). საკმარისად მაღალი სისუფთავის კალციუმი არის პლასტიკური, ადვილად დაწნეხილი, ნაგლინი და ექვემდებარება ჭრის.

1.2 ქიმიური თვისებები

კალციუმი აქტიური ლითონია. ასე რომ, ნორმალურ პირობებში, ის ადვილად ურთიერთქმედებს ატმოსფერულ ჟანგბადთან და ჰალოგენებთან:

Ca + O 2= 2 CaO (კალციუმის ოქსიდი) (1)

Ca + Br 2= CaBr 2(კალციუმის ბრომიდი). (2)

გაცხელებისას კალციუმი რეაგირებს წყალბადთან, აზოტთან, გოგირდთან, ფოსფორთან, ნახშირბადთან და სხვა არალითონებთან:

Ca + H 2= SaN 2(კალციუმის ჰიდრიდი) (3)

Ca + N 2= დაახ 3ნ 2(კალციუმის ნიტრიდი) (4)

Ca + S = CaS (კალციუმის სულფიდი) (5)

Ca + 2 P = Ca 3რ 2(კალციუმის ფოსფიდი) (6)

Ca + 2 C = CaC 2 (კალციუმის კარბიდი) (7)

კალციუმი რეაგირებს ნელა ცივ წყალთან, მაგრამ ძალიან ენერგიულად ცხელ წყალთან, რაც იძლევა ძლიერ ფუძეს Ca(OH)2. :

Ca + 2 H 2O = Ca(OH)2 + ნ 2 (8)

როგორც ენერგეტიკული შემცირების აგენტი, კალციუმს შეუძლია ჟანგბადის ან ჰალოგენების ამოღება ნაკლებად აქტიური ლითონების ოქსიდებიდან და ჰალოგენებიდან, ანუ მას აქვს შემცირების თვისებები:

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

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

კალციუმი ენერგიულად რეაგირებს მჟავებთან წყალბადის გასათავისუფლებლად, რეაგირებს ჰალოგენებთან და მშრალ წყალბადთან CaH ჰიდრიდის წარმოქმნით. 2. როდესაც კალციუმი თბება გრაფიტით, წარმოიქმნება CaC კარბიდი. 2. კალციუმი მიიღება გამდნარი CaCl-ის ელექტროლიზით 2ან ვაკუუმის ალუმოთერმული შემცირება:

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

სუფთა ლითონი გამოიყენება Cs, Rb, Cr, V, Zr, Th, U ნაერთების ლითონებამდე დასაყვანად და ფოლადების დეოქსიდაციისთვის.

1.3 განაცხადი

კალციუმი სულ უფრო ხშირად გამოიყენება სხვადასხვა ინდუსტრიაში. ბოლო დროს მან მოიპოვა დიდი მნიშვნელობა, როგორც შემამცირებელი აგენტი რიგი ლითონების მომზადებაში.

სუფთა ლითონი. ურანი მიიღება ურანის ფტორიდის კალციუმის მეტალთან შემცირებით. კალციუმი ან მისი ჰიდრიდები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ტიტანის ოქსიდების, აგრეთვე ცირკონიუმის, თორიუმის, ტანტალის, ნიობიუმის და სხვა იშვიათი ლითონების ოქსიდების შესამცირებლად.

კალციუმი არის კარგი დეოქსიდიზატორი და დეგაზატორი სპილენძის, ნიკელის, ქრომ-ნიკელის შენადნობების, სპეციალური ფოლადების, ნიკელის და კალის ბრინჯაოს წარმოებაში; ის შლის გოგირდს, ფოსფორს და ნახშირბადს ლითონებიდან და შენადნობებიდან.

კალციუმი წარმოქმნის ცეცხლგამძლე ნაერთებს ბისმუტთან, ამიტომ გამოიყენება ტყვიის გასაწმენდად ბისმუტისგან.

კალციუმს ემატება სხვადასხვა მსუბუქი შენადნობები. ეს ხელს უწყობს ინგოტის ზედაპირის გაუმჯობესებას, წვრილ მარცვლის ზომას და ამცირებს დაჟანგვას.

ფართოდ გამოიყენება კალციუმის შემცველი ტარების შენადნობები. ტყვიის შენადნობები (0,04% Ca) შეიძლება გამოყენებულ იქნას საკაბელო გარსების დასამზადებლად.

ტექნოლოგიაში გამოიყენება კალციუმის და ტყვიის ანტიფრიქციული შენადნობები. კალციუმის მინერალები ფართოდ გამოიყენება. ამრიგად, კირქვა გამოიყენება ცაცხვის, ცემენტის, ქვიშა-ცაცხვის აგურის წარმოებაში და უშუალოდ სამშენებლო მასალად, მეტალურგიაში (ნაკადად), ქიმიურ მრეწველობაში კალციუმის კარბიდის, სოდა, კაუსტიკური სოდა, მათეთრებელი, სასუქების წარმოებისთვის. შაქრის, მინის წარმოებაში.

პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს ცარცი, მარმარილო, ისლანდიური სპარი, თაბაშირი, ფლუორიტი და სხვ. ჟანგბადისა და აზოტის შეერთების უნარის გამო, კალციუმის ან კალციუმის შენადნობები ნატრიუმთან და სხვა ლითონებთან გამოიყენება კეთილშობილი აირების გასაწმენდად და როგორც გამტარი ვაკუუმური რადიო მოწყობილობებისთვის. კალციუმი ასევე გამოიყენება ჰიდრიდის წარმოებისთვის, რომელიც წყალბადის წყაროა მინდორში.

2. კალციუმის მიღება

კალციუმის მიღების რამდენიმე გზა არსებობს, ეს არის ელექტროლიტური, თერმული, ვაკუუმ-თერმული.

.1 კალციუმის და მისი შენადნობების ელექტროლიტური წარმოება

მეთოდის არსი იმაში მდგომარეობს, რომ კათოდი თავდაპირველად ეხება გამდნარ ელექტროლიტს. შეხების ადგილას წარმოიქმნება ლითონის თხევადი წვეთი, რომელიც კარგად ასველებს კათოდს, რომელიც კათოდის ნელა და თანაბრად აწევისას მასთან ერთად იშლება დნობიდან და მყარდება. ამ შემთხვევაში, გამაგრებული წვეთი დაფარულია ელექტროლიტის მყარი ფილმით, რომელიც იცავს ლითონს დაჟანგვისა და აზოტირებისგან. კათოდის მუდმივი და ფრთხილად აწევით, კალციუმი ღეროებად იჭრება.

2.2 თერმული წარმოება

კალციუმის ქიმიური ელექტროლიტური თერმული

· ქლორიდის პროცესი: ტექნოლოგია შედგება კალციუმის ქლორიდის დნობისა და დეჰიდრატაციისგან, ტყვიის დნობისგან, ორმაგი ტყვია-ნატრიუმის შენადნობის წარმოქმნისგან, სამჯერადი ტყვიის-ნატრიუმ-კალციუმის შენადნობის წარმოებასა და სამიანი შენადნობის ტყვიით განზავებისგან მარილების ამოღების შემდეგ. კალციუმის ქლორიდთან რეაქცია მიმდინარეობს განტოლების მიხედვით

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

· კარბიდის პროცესი: ტყვია-კალციუმის შენადნობის წარმოების საფუძველი არის რეაქცია კალციუმის კარბიდსა და გამდნარ ტყვიას შორის განტოლების მიხედვით.

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

2.3 კალციუმის წარმოქმნის ვაკუუმ-თერმული მეთოდი

ნედლეული ვაკუუმ-თერმული მეთოდისთვის

კალციუმის ოქსიდის თერმული შემცირების ნედლეული არის კირქვა, რომელიც მიიღება კირქვის კალცინით. ნედლეულის ძირითადი მოთხოვნები შემდეგია: კირი უნდა იყოს მაქსიმალურად სუფთა და შეიცავდეს მინიმუმ მინარევებს, რომლებიც შეიძლება შემცირდეს და გარდაიქმნას მეტალად კალციუმთან ერთად, განსაკუთრებით ტუტე ლითონებსა და მაგნიუმთან ერთად. კირქვა უნდა იწვებოდეს მანამ, სანამ კარბონატი მთლიანად არ დაიშლება, მაგრამ არა მის ადუღებამდე, ვინაიდან აგლომერირებული მასალის შემცირების უნარი უფრო დაბალია. გამომწვარი პროდუქტი დაცული უნდა იყოს ტენისა და ნახშირორჟანგის შთანთქმისგან, რომლის გამოყოფა აღდგენისას ამცირებს პროცესის შესრულებას. კირქვის კალცინისა და კალცინირებული პროდუქტის დამუშავების ტექნოლოგია მსგავსია დოლომიტის დამუშავების მაგნიუმის წარმოების სილიკოთერმული მეთოდით.

.3.1 კალციუმის შემცირების ალუმოთერმული მეთოდი

რიგი ლითონების დაჟანგვის თავისუფალი ენერგიის ცვლილების ტემპერატურული დამოკიდებულების დიაგრამა (ნახ. 1) გვიჩვენებს, რომ კალციუმის ოქსიდი ერთ-ერთი ყველაზე გამძლე და რთულად შესამცირებელი ოქსიდია. მისი შემცირება სხვა ლითონებით არ შეიძლება ჩვეულებრივი გზით - შედარებით დაბალ ტემპერატურაზე და ატმოსფერულ წნევაზე. პირიქით, კალციუმი თავისთავად არის შესანიშნავი შემცირების საშუალება სხვა რთულად შემცირებული ნაერთებისთვის და დეოქსიდირებადი აგენტი მრავალი ლითონისა და შენადნობისთვის. ნახშირბადის მიერ კალციუმის ოქსიდის შემცირება ზოგადად შეუძლებელია კალციუმის კარბიდების წარმოქმნის გამო. თუმცა, იმის გამო, რომ კალციუმს აქვს შედარებით მაღალი ორთქლის წნევა, მისი ოქსიდი შეიძლება შემცირდეს ვაკუუმში ალუმინის, სილიციუმის ან მათი შენადნობების რეაქციის მიხედვით.

CaO + მე? Ca + MeO (14).

ჯერჯერობით, კალციუმის წარმოქმნის მხოლოდ ალუმოთერმული მეთოდმა იპოვა პრაქტიკული გამოყენება, რადგან CaO-ს შემცირება ალუმინის ბევრად უფრო ადვილია, ვიდრე სილიკონით. კალციუმის ოქსიდის ალუმინთან შემცირების ქიმიის შესახებ განსხვავებული შეხედულებები არსებობს. ლ. პიჯონი და ი. ატკინსონი თვლიან, რომ რეაქცია მიმდინარეობს კალციუმის მონოალუმინატის წარმოქმნით:

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

V.A. Pazukhin და A. Ya. Fischer მიუთითებენ, რომ პროცესი ხდება ტრიკალციუმის ალუმინატის წარმოქმნით:

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

A.I. ვოინიცკის თქმით, რეაქციაში ჭარბობს პენტაკალციუმის ტრიალუმინატის წარმოქმნა:

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

A. Yu. Taits-ისა და A. I. Voinitsky-ის უახლესმა კვლევამ დაადგინა, რომ კალციუმის ალუმოთერმული შემცირება ხდება ეტაპობრივად. თავდაპირველად კალციუმის გამოყოფას თან ახლავს 3CaO·AI წარმოქმნა 2ო 3, რომელიც შემდეგ რეაგირებს კალციუმის ოქსიდთან და ალუმინთან და წარმოქმნის 3CaO 3AI-ს 2ო 3. რეაქცია მიმდინარეობს შემდეგი სქემის მიხედვით:

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

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

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

ვინაიდან ოქსიდის შემცირება ხდება ორთქლოვანი კალციუმის გამოყოფით, ხოლო რეაქციის დარჩენილი პროდუქტები შედედებულ მდგომარეობაშია, ადვილია მისი გამოყოფა და კონდენსირება ღუმელის გაცივებულ ადგილებში. კალციუმის ოქსიდის ვაკუუმ-თერმული შემცირებისთვის აუცილებელი ძირითადი პირობებია სისტემაში მაღალი ტემპერატურა და დაბალი ნარჩენი წნევა. ქვემოთ მოცემულია კავშირი ტემპერატურასა და წონასწორულ კალციუმის ორთქლის წნევას შორის. რეაქციის თავისუფალი ენერგია (17), გამოითვლება 1124-1728° K ტემპერატურაზე, გამოხატულია

ფ თ = 184820 + 6.95T-12.1 T lg T.

აქედან გამომდინარეობს წონასწორული კალციუმის ორთქლის წნევის ლოგარითმული დამოკიდებულება (მმ Hg)

Lg p = 3.59 - 4430\T.

ლ. პიჯონმა და ი. ატკინსონმა ექსპერიმენტულად განსაზღვრეს კალციუმის წონასწორული ორთქლის წნევა. კალციუმის ოქსიდის ალუმინთან შემცირების რეაქციის დეტალური თერმოდინამიკური ანალიზი ჩაატარა I.I. Matveenko-მ, რომელმაც მისცა კალციუმის ორთქლის წონასწორული წნევის შემდეგი ტემპერატურული დამოკიდებულება:

Lgp Ca(1) =8.64 - 12930\T მმ Hg.

Lgp Ca(2) =8,62 - 11780\T მმ Hg.

Lgp Ca(3 )=8.75 - 12500\T მმ Hg.

გამოთვლილი და ექსპერიმენტული მონაცემები შედარებულია ცხრილში. 1.

ცხრილი 1 - ტემპერატურის გავლენა კალციუმის ორთქლის წონასწორობის ელასტიურობის ცვლილებაზე (1), (2), (3), (3), მმ Hg სისტემებში.

ტემპერატურა °С ექსპერიმენტული მონაცემები გამოთვლილია სისტემებში(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

წარმოდგენილი მონაცემებიდან ირკვევა, რომ ყველაზე ხელსაყრელი პირობებია (2) და (3) ან (3") სისტემებში ურთიერთქმედება. კალციუმის ოქსიდის შემცირება ალუმინთან ერთად.

წონასწორული ელასტიურობის შესახებ მონაცემები აჩვენებს, რომ კალციუმის ოქსიდის დაქვეითება ალუმინთან შესაძლებელია 1100-1150 ° C ტემპერატურაზე. რეაქციის პრაქტიკულად მისაღები სიჩქარის მისაღწევად, ზრდის სისტემაში ნარჩენი წნევა უნდა იყოს P-ზე დაბალ წონასწორობაზე. უდრის , ანუ უტოლობა P უნდა იყოს დაცული უდრის >პ ost და პროცესი უნდა ჩატარდეს 1200°-ის ტემპერატურებზე. კვლევამ დაადგინა, რომ 1200-1250° ტემპერატურაზე მიიღწევა ალუმინის მაღალი უტილიზაცია (70-75%) და დაბალი სპეციფიკური მოხმარება (დაახლოებით 0,6-0,65 კგ კგ კალციუმზე).

პროცესის ქიმიის ზემოაღნიშნული ინტერპრეტაციის მიხედვით, ოპტიმალური შემადგენლობა არის მუხტი, რომელიც შექმნილია ნარჩენში 5CaO 3Al-ის წარმოქმნისთვის. 2ო 3. ალუმინის უტილიზაციის ხარისხის გასაზრდელად სასარგებლოა კალციუმის ოქსიდის გარკვეული ჭარბი მიცემა, მაგრამ არა ძალიან ბევრი (10-20%), წინააღმდეგ შემთხვევაში ეს უარყოფითად იმოქმედებს პროცესის სხვა მაჩვენებლებზე. ალუმინის დაფქვის ხარისხის ზრდით 0,8-0,2 მმ ნაწილაკებიდან მინუს 0,07 მმ-მდე (ვ. ა. პაზუხინის და ა. ია. ფიშერის მიხედვით), რეაქციაში ალუმინის გამოყენება იზრდება 63,7-დან 78%-მდე.

ალუმინის გამოყენებაზე ასევე გავლენას ახდენს დამუხტვის ბრიკეტირების რეჟიმი. კირისა და ალუმინის ფხვნილის ნარევი უნდა იყოს ბრიკეტირებული შემკვრელების გარეშე (ვაკუუმში გაზის წარმოქმნის თავიდან ასაცილებლად) 150 კგ/სმ3 წნევით. 2. დაბალ წნევაზე, ალუმინის გამოყენება მცირდება ზედმეტად ფოროვან ბრიკეტებში გამდნარი ალუმინის გამოყოფის გამო, ხოლო მაღალი წნევის დროს - ცუდი გაზის გამტარიანობის გამო. აღდგენის სისრულე და სიჩქარე ასევე დამოკიდებულია რეტოროში ბრიკეტების სიმკვრივეზე. მათი ხარვეზების გარეშე დაგებისას, როდესაც მთელი გალიის გაზის გამტარიანობა დაბალია, მნიშვნელოვნად მცირდება ალუმინის გამოყენება.

სურათი 2 - კალციუმის მიღების სქემა ვაკუუმ-თერმული მეთოდით.

ალუმინის თერმული მეთოდის ტექნოლოგია

ალუმოთერმული მეთოდით კალციუმის წარმოების ტექნოლოგიური სქემა ნაჩვენებია ნახ. 2. საწყის მასალად გამოიყენება კირქვა, ხოლო შემცირების საშუალებად გამოიყენება პირველადი (უკეთესი) ან მეორადი ალუმინისგან დამზადებული ალუმინის ფხვნილი. შემცირების აგენტად გამოყენებული ალუმინი, ისევე როგორც ნედლეული, არ უნდა შეიცავდეს ძლიერ აქროლადი ლითონების მინარევებს: მაგნიუმს, თუთიას, ტუტეებს და ა.შ., რომლებიც შეიძლება აორთქლდეს და გადაიზარდოს კონდენსატად. ეს მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული გადამუშავებული ალუმინის კლასის არჩევისას.

S. Loomis-ისა და P. Staub-ის აღწერის მიხედვით, აშშ-ში, New England Lime Co.-ის ქარხანაში ქანაანში (კონექტიკუტი), კალციუმი იწარმოება ალუმოთერმული მეთოდით. გამოიყენება შემდეგი ტიპიური შემადგენლობის კირი,%: 97,5 CaO, 0,65 MgO, 0,7 SiO 2, 0,6 Fe 2Oz + AlOz, 0.09 Na 2O+K 2ოჰ, 0.5 არის დანარჩენი. კალცინირებული პროდუქტი იფქვება რაიმონდის წისქვილში ცენტრიდანული გამყოფით, დაფქვა არის (60%) მინუს 200 mesh. ალუმინის მტვერი, რომელიც წარმოადგენს ალუმინის ფხვნილის წარმოების ნარჩენ პროდუქტს, გამოიყენება როგორც შემცირების აგენტი. დამწვარი ცაცხვი დახურული ურნებიდან და ალუმინი დოზებიდან იკვებება დოზირების სასწორებში და შემდეგ მიქსერში. შერევის შემდეგ, ნარევი ბრიკეტდება მშრალი მეთოდით. აღნიშნულ ქარხანაში კალციუმი მცირდება სარეზერვო ღუმელებში, რომლებიც ადრე გამოიყენებოდა მაგნიუმის მისაღებად სილიკოთერმული მეთოდით (სურ. 3). ღუმელები თბება გენერატორის გაზით. თითოეულ ღუმელს აქვს 20 ჰორიზონტალური ღუმელი, რომელიც დამზადებულია სითბოს მდგრადი ფოლადისგან, რომელიც შეიცავს 28% Cr და 15% Ni.

სურათი 3 - სარეზერვო ღუმელი კალციუმის წარმოებისთვის

რეტორტის სიგრძე 3 მ, დიამეტრი 254 მმ, კედლის სისქე 28 მმ. რედუქცია ხდება რეტორტის გაცხელებულ ნაწილში, ხოლო კონდენსაცია ხდება გაციებულ ბოლოში, რომელიც გამოდის მეტყველებიდან. ბრიკეტები რეტორტში შეჰყავთ ქაღალდის ჩანთებში, შემდეგ ჩასმულია კონდენსატორები და რეტორტი იხურება. ჰაერის ამოტუმბვა ხდება მექანიკური ვაკუუმური ტუმბოების გამოყენებით ციკლის დასაწყისში. შემდეგ უერთდება დიფუზიური ტუმბოები და ნარჩენი წნევა მცირდება 20 მიკრონამდე.

რეტორები თბება 1200°-მდე. 12 საათში. ჩატვირთვის შემდეგ რეტორები იხსნება და იხსნება. შედეგად მიღებული კალციუმი არის ფოლადის ყდის ზედაპირზე დეპონირებული დიდი კრისტალების მკვრივი მასის ღრუ ცილინდრის სახით. კალციუმში მთავარი მინარევები არის მაგნიუმი, რომელიც ჯერ მცირდება და ძირითადად კონცენტრირებულია ყდის მიმდებარე ფენაში. მინარევების საშუალო შემცველობა არის; 0,5-1% Mg, დაახლოებით 0,2% Al, 0,005-0,02% Mn, მდე 0,02% N, სხვა მინარევები - Cu, Pb, Zn, Ni, Si, Fe - გვხვდება 0,005-0,04% დიაპაზონში. ა.იუ.ტაიტსმა და ა.ი.ვოინიცკიმ გამოიყენეს ნახევრად ქარხნული ელექტრო ვაკუუმური ღუმელი ნახშირის გამათბობლებით კალციუმის წარმოებისთვის ალუმოთერმული მეთოდით და მიაღწიეს ალუმინის გამოყენების ხარისხს 60%, ალუმინის სპეციფიკური მოხმარება 0.78 კგ, მუხტის სპეციფიკური მოხმარება. 4,35 კგ, ხოლო ელექტროენერგიის სპეციფიკური მოხმარება 14 კვტ/სთ 1 კგ მეტალზე.

მიღებული ლითონი, გარდა მაგნიუმის ნაზავისა, გამოირჩეოდა შედარებით მაღალი სისუფთავით. საშუალოდ მასში მინარევების შემცველობა იყო: 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% ალ.

2.3.2 სილიკოთერმული აღდგენის მეთოდი კალციუმი

სილიკოთერმული მეთოდი ძალიან მაცდურია; შემცირების აგენტი არის ფეროსილიციუმი, რეაგენტი, რომელიც გაცილებით იაფია ვიდრე ალუმინი. თუმცა, სილიკოთერმული პროცესის განხორციელება უფრო რთულია, ვიდრე ალუმოთერმული. კალციუმის ოქსიდის შემცირება სილიციუმით მიმდინარეობს განტოლების მიხედვით

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

კალციუმის წონასწორული ორთქლის წნევა, რომელიც გამოითვლება თავისუფალი ენერგიის მნიშვნელობებით, არის:

°С1300140015001600Р, mm Hg. st0.080.150.752.05

მაშასადამე, 0,01 მმ Hg რიგის ვაკუუმში. Ხელოვნება. კალციუმის ოქსიდის შემცირება თერმოდინამიკურად შესაძლებელია 1300° ტემპერატურაზე. პრაქტიკაში მისაღები სიჩქარის უზრუნველსაყოფად პროცესი უნდა განხორციელდეს 1400-1500° ტემპერატურაზე.

კალციუმის ოქსიდის შემცირების რეაქცია სილიკოალუმინთან, რომელშიც როგორც ალუმინი, ასევე სილიციუმის შენადნობები შემცირების აგენტად მოქმედებს, გარკვეულწილად ადვილია. ექსპერიმენტებმა დაადგინა, რომ თავიდან ალუმინით შემცირება ჭარბობს; და რეაქცია მიმდინარეობს bCaO 3Al-ის საბოლოო წარმოქმნით 2Oz ზემოთ მოყვანილი სქემის მიხედვით (ნახ. 1). სილიციუმის შემცირება ხდება მნიშვნელოვანი მაღალ ტემპერატურაზე, როდესაც ალუმინის უმეტესობა რეაგირებს; რეაქცია მიმდინარეობს 2CaO SiO-ს წარმოქმნით 2. მოკლედ, კალციუმის ოქსიდის შემცირების რეაქცია სილიკოალუმინთან გამოიხატება შემდეგი განტოლებით:

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

A. Yu. Taits-ისა და A. I. Voinitsky-ის მიერ ჩატარებულმა კვლევებმა დაადგინა, რომ კალციუმის ოქსიდი მცირდება 75% ფეროსილიციუმით, ლითონის გამოსავლით 50-75% 1400-1450° ტემპერატურაზე 0,01-0,03 მმ ვწყ.სვ. ვაკუუმში. Ხელოვნება.; სილიკოალუმინი, რომელიც შეიცავს 60-30% Si და 32-58% Al (დანარჩენი არის რკინა, ტიტანი და ა. მმ Hg. Ხელოვნება. ნახევრად ქარხნული მასშტაბის ექსპერიმენტებმა დაადასტურა კირისგან კალციუმის წარმოების ფუნდამენტური შესაძლებლობა ფეროსილიციუმის და სილიკოალუმინის გამოყენებით. ძირითადი ტექნიკის სირთულე არის სტენდის შერჩევა ამ უგულებელყოფის პროცესის პირობებში.

ამ პრობლემის გადაჭრისას მეთოდი შეიძლება დანერგოს ინდუსტრიაში. კალციუმის კარბიდის დაშლა ლითონის კალციუმის მიღება კალციუმის კარბიდის დაშლით

CaC2 = Ca + 2C

უნდა ჩაითვალოს პერსპექტიულ მეთოდად. ამ შემთხვევაში მეორე პროდუქტის სახით მიიღება გრაფიტი. ვ. მაუდერლიმ, ე. მოზერმა და ვ. ტრედველმა, რომლებმაც გამოთვალეს კალციუმის კარბიდის წარმოქმნის თავისუფალი ენერგია თერმოქიმიური მონაცემებით, მიიღეს შემდეგი გამოხატულება კალციუმის ორთქლის წნევისთვის სუფთა კალციუმის კარბიდზე:

დაახლ = 1,35 - 4505\T (1124-1712° K),

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

როგორც ჩანს, კომერციული კალციუმის კარბიდი იშლება ბევრად მაღალ ტემპერატურაზე, ვიდრე ეს გამონათქვამებია. იგივე ავტორები იუწყებიან კალციუმის კარბიდის თერმული დაშლას კომპაქტურ ნაჭრებად 1600-1800°-ზე 1 მმ Hg ვაკუუმში. Ხელოვნება. გრაფიტის გამოსავლიანობა იყო 94%, კალციუმი მიიღეს მაცივარზე მკვრივი საფარის სახით. A. S. Mikulinsky, F. S. Morii, R. Sh. Shklyar კალციუმის კარბიდის დაშლის შედეგად მიღებული გრაფიტის თვისებების დასადგენად, ეს უკანასკნელი თბებოდა ვაკუუმში 0,3-1 მმ Hg. Ხელოვნება. 1630-1750° ტემპერატურაზე. მიღებული გრაფიტი აჩესონის გრაფიტისგან განსხვავდება უფრო დიდი მარცვლებით, დიდი ელექტრული გამტარობით და დაბალი მოცულობითი წონით.

3. პრაქტიკული ნაწილი

მაგნიუმის ყოველდღიური გამონადენი ელექტროლიზატორიდან 100 კA დენით იყო 960 კგ აბაზანის მაგნიუმის ქლორიდით კვებისას. ელექტროლიზატორზე ძაბვა არის 0,6 ვ. განსაზღვრეთ:

)დენის გამომავალი კათოდზე;

)დღეში გამომუშავებული ქლორის რაოდენობა, იმ პირობით, რომ ანოდზე მიმდინარე გამომავალი უდრის ანოდზე მიმდინარე გამომავალს;

)ყოველდღიური შევსება MgCl 2ელექტროლიზატორში იმ პირობით, რომ MgCl დაიკარგება 2 წარმოიქმნება ძირითადად ლამისა და სუბლიმაციის დროს. შლამის რაოდენობაა 0,1 1 ტ Mg-ზე, რომელიც შეიცავს MgCl-ს 2 სუბლიმაციაში 50%. სუბლიმაციის რაოდენობაა 0,05 ტ 1 ტ მგ-ზე. ჩასხმული მაგნიუმის ქლორიდის შემადგენლობა: 92 MgCl2 და 8 NaCl.

.განსაზღვრეთ დენის გამომავალი კათოდზე:

მ და ა.შ = მე ?·კ მგ · ?

?=მ და ა.შ \ᲛᲔ· ?კ მგ =960000\100000·0.454·24=0.881 ან 88.1%

.განსაზღვრეთ დღეში მიღებული Cl-ის რაოდენობა:

x=960000g\24g\mol=40000 მოლი

მოცულობაზე გადაყვანა:

x=126785.7 მ3

3.ა) იპოვეთ სუფთა MgCl 2960 კგ მგ.

x=95·960\24,3=3753 კგ=37,53 ტ.

ბ) დანაკარგები შლამით. მაგნიუმის ელექტროლიზატორების შემადგენლობიდან %: 20-35 MgO, 2-5 Mg, 2-6 Fe, 2-4 SiO 2, 0,8-2 TiO 20,4-1,0 C, 35 MgCl2 .

კგ - 1000 კგ

მ ვაუ =960 კგ - ლამის მასა დღეში.

დღეში 96 კგ შლამი: 96·0.35 (MgCl2 შლამით).

გ) დანაკარგები სუბლიმატებით:

კგ - 1000 კგ

კგ სუბლიმატები: 48·0,5=24 კგ MgCl 2 სუბლიმატებით.

სულ Mg თქვენ უნდა შეავსოთ:

33,6+24=3810,6 კგ MgCl2 თითოეულ დღეს

ბიბლიოგრაფია

მეტალურგიის საფუძვლები III

<#"justify">Al და Mg-ის მეტალურგია. Vetyukov M.M., Tsyplokov A.M.

რეპეტიტორობა

გჭირდებათ დახმარება თემის შესწავლაში?

ჩვენი სპეციალისტები გაგიწევენ კონსულტაციას ან გაგიწევენ რეპეტიტორულ მომსახურებას თქვენთვის საინტერესო თემებზე.
გაგზავნეთ თქვენი განაცხადითემის მითითება ახლავე, რათა გაიგოთ კონსულტაციის მიღების შესაძლებლობის შესახებ.

ელექტრონეგატიურობა 1.00 (პოლინგის მასშტაბი) ელექტროდის პოტენციალი −2,76 ჟანგვის მდგომარეობები 2 იონიზაციის ენერგია
(პირველი ელექტრონი) 589.4 (6.11) კჯ/მოლი (eV) მარტივი ნივთიერების თერმოდინამიკური თვისებები სიმკვრივე (ნორმალურ პირობებში) 1,55 გ/სმ³ დნობის ტემპერატურა 1112 კ; 838,85 °C დუღილის ტემპერატურა 1757 კ; 1483,85 °C უდ. შერწყმის სითბო 9,20 კჯ/მოლ უდ. აორთქლების სითბო 153,6 კჯ/მოლ მოლური სითბოს ტევადობა 25.9 ჯ/(კმოლი) მოლური მოცულობა 29,9 სმ³/მოლ მარტივი ნივთიერების კრისტალური გისოსი გისოსების სტრუქტურა კუბური სახეზე ორიენტირებული გისოსების პარამეტრები 5,580 დებაი ტემპერატურა 230 სხვა მახასიათებლები თბოგამტარობა (300 კ) (201) ვ/(მ კ) CAS ნომერი 7440-70-2 ემისიის სპექტრი

სახელის ისტორია და წარმოშობა

ელემენტის სახელწოდება მომდინარეობს ლათ. calx (გენიტალურ შემთხვევაში კალცისი) - "ცაცხვი", "რბილი ქვა". იგი შემოგვთავაზა ინგლისელმა ქიმიკოსმა ჰამფრი დევისმა, რომელმაც 1808 წელს ელექტროლიტური მეთოდით გამოყო კალციუმის ლითონი. დევიმ სველი ჩამქრალი კირის ნარევს ელექტროლიზი გაუკეთა პლატინის ფირფიტაზე, რომელიც ანოდის ფუნქციას ასრულებდა. კათოდი იყო პლატინის მავთული, რომელიც ჩაეფლო სითხეში. ელექტროლიზის შედეგად მიიღეს კალციუმის ამალგამი. მისგან ვერცხლისწყლის გამოხდის შემდეგ დევიმ მიიღო ლითონი, რომელსაც კალციუმი ჰქვია.

იზოტოპები

კალციუმი ბუნებაში გვხვდება ექვსი იზოტოპის ნარევის სახით: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca და 48 Ca, რომელთა შორის ყველაზე გავრცელებული - 40 Ca - არის 96,97%. კალციუმის ბირთვები შეიცავს პროტონების ჯადოსნურ რაოდენობას: ზ= 20. იზოტოპები 40
20Ca20
და 48
20Ca28
არის ბუნებაში არსებული ხუთი ორმაგად მაგიური ბირთვიდან ორი.

კალციუმის ექვსი ბუნებრივი იზოტოპიდან ხუთი სტაბილურია. მეექვსე იზოტოპი 48 Ca, ექვსიდან ყველაზე მძიმე და ძალიან იშვიათი (მისი იზოტოპური სიმრავლე მხოლოდ 0,187%), განიცდის ორმაგ ბეტა დაშლას, ნახევარგამოყოფის პერიოდით (4,39 ± 0,58)⋅10 19 წელი.

ქანებსა და მინერალებში

კალციუმი, რომელიც ენერგიულად მიგრირებს დედამიწის ქერქში და გროვდება სხვადასხვა გეოქიმიურ სისტემაში, აყალიბებს 385 მინერალს (მინერალების სიდიდით მეოთხე ადგილი).

კალციუმის უმეტეს ნაწილს შეიცავს სხვადასხვა ქანების (გრანიტები, გნეისები და სხვ.) სილიკატები და ალუმინოსილიკატები, განსაკუთრებით ფელდსპარში - ანორტიტი Ca.

კალციუმის მინერალები, როგორიცაა კალციტი CaCO 3, ანჰიდრიტი CaSO 4, ალაბასტრი CaSO 4 · 0.5H 2 O და თაბაშირი CaSO 4 · 2H 2 O, ფლუორიტი CaF 2, აპატიტები Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl, OH), დოლომიტი MgCO 3 · CaCO 3 . კალციუმის და მაგნიუმის მარილების არსებობა ბუნებრივ წყალში განსაზღვრავს მის სიმტკიცეს.

დანალექი კლდე, რომელიც ძირითადად შედგება კრიპტოკრისტალური კალციტისაგან, არის კირქვა (მისი ერთ-ერთი სახეობაა ცარცი). რეგიონული მეტამორფიზმი კირქვას მარმარილოდ გარდაქმნის.

მიგრაცია დედამიწის ქერქში

კალციუმის ბუნებრივ მიგრაციაში მნიშვნელოვან როლს ასრულებს "კარბონატის წონასწორობა", რომელიც დაკავშირებულია კალციუმის კარბონატის წყალთან და ნახშირორჟანგის ურთიერთქმედების შექცევად რეაქციასთან ხსნადი ბიკარბონატის წარმოქმნით:

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 )\მარჯვნივ მარცხნივ Ca(HCO_(3))_(2)\მარჯვნივ მარცხნივ Ca^(2+)+2HCO_(3)^(-))))

(ბალანსი გადადის მარცხნივ ან მარჯვნივ ნახშირორჟანგის კონცენტრაციის მიხედვით).

ბიოგენური მიგრაცია დიდ როლს თამაშობს.

ბიოსფეროში

კალციუმის ნაერთები გვხვდება თითქმის ყველა ცხოველურ და მცენარეულ ქსოვილში (იხ. ქვემოთ). კალციუმის მნიშვნელოვანი რაოდენობა გვხვდება ცოცხალ ორგანიზმებში. ამრიგად, ჰიდროქსიაპატიტი Ca 5 (PO 4) 3 OH, ან სხვა ჩანაწერში, 3Ca 3 (PO 4) 2 ·Ca(OH) 2 ხერხემლიანების, მათ შორის ადამიანების, ძვლოვანი ქსოვილის საფუძველია; მრავალი უხერხემლო, კვერცხის ნაჭუჭი და ა.შ. დამზადებულია კალციუმის კარბონატით CaCO 3. ადამიანისა და ცხოველის ცოცხალ ქსოვილებში არის 1,4-2% Ca (მასობრივი წილის მიხედვით); ადამიანის სხეულში, რომლის წონაა 70 კგ, კალციუმის შემცველობა არის დაახლოებით 1,7 კგ (ძირითადად ძვლოვანი ქსოვილის უჯრედშორის ნივთიერებაში).

ქვითარი

თავისუფალი მეტალის კალციუმი მიიღება დნობის ელექტროლიზით, რომელიც შედგება CaCl 2 (75-80%) და KCl ან CaCl 2 და CaF 2-ისგან, აგრეთვე CaO-ს ალუმოთერმული შემცირებით 1170-1200 °C ტემპერატურაზე. 4 C a O + 2 A l → C a A l 2 O 4 + 3 C a (\displaystyle (\mathsf (4CaO+2Al\მარჯვენა ისარი CaAl_(2)O_(4)+3Ca)))

ფიზიკური თვისებები

კალციუმის მეტალი არსებობს ორი ალოტროპული მოდიფიკაციით. სტაბილურია 443 °C-მდე α-Caკუბური სახეზე ორიენტირებული გისოსით (პარამეტრი ა= 0,558 ნმ), უფრო სტაბილური β-Caკუბურ სხეულზე ორიენტირებული გისოსებით α-Fe(პარამეტრი ა= 0,448 ნმ). სტანდარტული ენთალპია Δ H 0 (\displaystyle \Delta H^(0))გარდამავალი α → β არის 0,93 კჯ/მოლი.

წნევის თანდათანობითი მატებით ის იწყებს ნახევარგამტარის თვისებების გამოვლენას, მაგრამ არ ხდება ნახევარგამტარი სიტყვის სრული გაგებით (აღარც მეტალია). წნევის შემდგომი მატებასთან ერთად ის უბრუნდება მეტალურ მდგომარეობას და იწყებს ზეგამტარობის თვისებების გამოვლენას (ზეგამტარობის ტემპერატურა ექვსჯერ მეტია ვერცხლისწყლის ტემპერატურაზე და ბევრად აღემატება გამტარობის ყველა სხვა ელემენტს). კალციუმის უნიკალური ქცევა მრავალი თვალსაზრისით ჰგავს სტრონციუმს (ანუ პერიოდულ სისტემაში პარალელებია დაცული).

ქიმიური თვისებები

სტანდარტული პოტენციალების სერიაში კალციუმი მდებარეობს წყალბადის მარცხნივ. Ca 2+ /Ca 0 წყვილის სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი არის −2,84 ვ, ასე რომ კალციუმი აქტიურად რეაგირებს წყალთან, მაგრამ აალების გარეშე:

C a + 2 H 2 O → C a (OH) 2 + H 2 . (\displaystyle (\mathsf (Ca+2H_(2)O\მარჯვენა ისარი Ca(OH)_(2)+H_(2)\ზედა .)))

წყალში გახსნილი კალციუმის ბიკარბონატის არსებობა დიდწილად განსაზღვრავს წყლის დროებით სიმტკიცეს. მას უწოდებენ დროებითს, რადგან როდესაც წყალი ადუღდება, ბიკარბონატი იშლება და CaCO 3 ნალექი ხდება. ეს ფენომენი მივყავართ, მაგალითად, იქამდე, რომ დროთა განმავლობაში ქვაბში ქერქი იქმნება.

განაცხადი

კალციუმის ლითონის ძირითადი გამოყენება არის როგორც შემცირების აგენტი ლითონების, განსაკუთრებით ნიკელის, სპილენძის და უჟანგავი ფოლადის წარმოებაში. კალციუმი და მისი ჰიდრიდი ასევე გამოიყენება რთულად შესამცირებელი ლითონების წარმოებისთვის, როგორიცაა ქრომი, თორიუმი და ურანი. კალციუმის და ტყვიის შენადნობები გამოიყენება ზოგიერთი ტიპის ბატარეებში და საკისრების წარმოებაში. კალციუმის გრანულები ასევე გამოიყენება ვაკუუმური მოწყობილობებიდან ჰაერის კვალის მოსაშორებლად. სუფთა კალციუმის მეტალი ფართოდ გამოიყენება მეტალოთერმიაში იშვიათი მიწიერი ელემენტების წარმოებისთვის.

კალციუმი ფართოდ გამოიყენება მეტალურგიაში ფოლადის დეოქსიდაციისთვის, ალუმინისთან ერთად ან მასთან ერთად. კალციუმის შემცველი მავთულებით ექსტრაღუმელური დამუშავება წამყვან პოზიციას იკავებს კალციუმის მრავალფაქტორული გავლენის გამო დნობის ფიზიკურ-ქიმიურ მდგომარეობაზე, ლითონის მაკრო და მიკროსტრუქტურაზე, ლითონის პროდუქტების ხარისხსა და თვისებებზე და წარმოადგენს განუყოფელ ნაწილს. ფოლადის წარმოების ტექნოლოგიის ნაწილი. თანამედროვე მეტალურგიაში საინექციო მავთულს იყენებენ კალციუმის დნობაში შესატანად, რომელიც არის კალციუმი (ზოგჯერ სილიკოკალციუმი ან ალუმინოკალციუმი) ფხვნილის სახით ან დაპრესილი ლითონის სახით ფოლადის გარსში. დეოქსიდაციასთან ერთად (ფოლადში გახსნილი ჟანგბადის მოცილება), კალციუმის გამოყენება შესაძლებელს ხდის არალითონური ჩანართების მიღებას, რომლებიც ხელსაყრელია ბუნებით, შემადგენლობით და ფორმით და არ ნადგურდება შემდგომი ტექნოლოგიური ოპერაციების დროს.

იზოტოპი 48 Ca არის ერთ-ერთი ეფექტური და ხშირად გამოყენებული მასალა სუპერმძიმე ელემენტების წარმოებისთვის და პერიოდული ცხრილის ახალი ელემენტების აღმოჩენისთვის. ეს იმიტომ ხდება, რომ კალციუმი-48 არის ორმაგად ჯადოსნური ბირთვი, ამიტომ მისი სტაბილურობა საშუალებას აძლევს მას იყოს საკმარისად ნეიტრონით მდიდარი მსუბუქი ბირთვისთვის; ზემძიმე ბირთვების სინთეზისთვის საჭიროა ნეიტრონების ჭარბი რაოდენობა.

ბიოლოგიური როლი

კალციუმის კონცენტრაცია სისხლში, დიდი რაოდენობით სასიცოცხლო პროცესებისთვის მისი მნიშვნელობის გამო, ზუსტად რეგულირდება და სათანადო კვებით და უცხიმო რძის პროდუქტებისა და D ვიტამინის ადეკვატური მოხმარებით, დეფიციტი არ ხდება. რაციონში კალციუმის და/ან D ვიტამინის ხანგრძლივი დეფიციტი ზრდის ოსტეოპოროზის რისკს, ხოლო ჩვილ ასაკში იწვევს რაქიტს.

შენიშვნები

1. ბრინელის სიმტკიცე 200-300 მპა
2. მაიკლ ე. ვისერი, ნორმან ჰოლდენი, ტაილერ ბ. კოპლენი, ჯონ კ. ბოლკე, მაიკლ ბერგლუნდი, უილი ა. ბრენდი, პოლ დე ბიევრი, მანფრედ გრონინგი, რობერტ დ. ლოსი, იურის მეია, ტაფაუმი ჰირატა, თომას პროჰასკა, რონი შონბერგი, გლენდა ო'კონორი, თომას ვალჩიკი, შიგე იონედა, სიანგ-კუნ ჟუ.ელემენტების ატომური წონა 2011 (IUPAC ტექნიკური ანგარიში) // სუფთა და გამოყენებითი ქიმია. - 2013. - ტ. 85, No. 5 . - გვ 1047-1078 წწ. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
3. სარედაქციო გუნდი: Knunyants I. L. (მთავარი რედაქტორი).ქიმიური ენციკლოპედია: 5 ტომად - მოსკოვი: საბჭოთა ენციკლოპედია, 1990. - T. 2. - P. 293. - 671 გვ. - 100000 ეგზემპლარი.
4. რაილი ჯ.პ. და სკიროუ გ. Chemical Oceanography V. 1, 1965 წ.
5. პრიტიჩენკო ბ.ორმაგი ბეტა დაშლის შეფასებული ნახევარგამოყოფის სისტემატიკა // ბირთვული მონაცემების ცხრილები. - 2014. - ივნისი (ტ. 120). - გვ.102-105. - ISSN 0090-3752. - DOI:10.1016/j.nds.2014.07.018.[შესწორება]
6. პრიტიჩენკო ბ. მიღებული ორმაგი ბეტა (ββ) დაშლის მნიშვნელობების სია (განუსაზღვრელი) . ეროვნული ბირთვული მონაცემთა ცენტრი, ბრუკჰავენის ეროვნული ლაბორატორია. წაკითხვის თარიღი: 2015 წლის 6 დეკემბერი.
7. ქიმიკოსის სახელმძღვანელო / სარედაქციო კოლეგია: Nikolsky B. P. et al. - 2nd ed., შესწორებული. - M.-L.: Chemistry, 1966. - T. 1. - 1072 გვ.
8. გაზეთი. RU: წნევის ელემენტები
9. კალციუმი // დიდი საბჭოთა ენციკლოპედია: [30 ტომად] / წ. რედ. A.M. პროხოროვი. - მე-3 გამოცემა. - მ.: საბჭოთა ენციკლოპედია, 1969-1978 წწ.
10. დიუდკინი D.A., Kisilenko V.V.სხვადასხვა ფაქტორების გავლენა კალციუმის შეწოვაზე ნაკადის ბირთვიანი მავთულიდან რთული შემავსებლით SK40 (რუსული) // ელექტრომეტალურგია: ჟურნალი. - 2009. - მაისი (No5). - გვ. 2-6.
11. მიხაილოვი გ.გ., ჩერნოვა ლ.ა.კალციუმით და ალუმინით ფოლადის დეოქსიდაციის პროცესების თერმოდინამიკური ანალიზი (რუსული) // ელექტრომეტალურგია: ჟურნალი. - 2008. - მარტი (No3). - გვ. 6-8.
12. ბირთვის ჭურვის მოდელი
13. მედიცინის ინსტიტუტის (აშშ) კომიტეტი, რომელიც განიხილავს D ვიტამინისა და კალციუმის დიეტური რეფერენციების მიღებას; Ross AC, Taylor CL, Yaktine AL, Del Valle HB, რედაქტორები (2011).

კალციუმი II ჯგუფის ქიმიური ელემენტია პერიოდულ სისტემაში ატომური ნომრით 20, რომელიც აღინიშნება სიმბოლოთი Ca (ლათ. კალციუმი). კალციუმი არის რბილი ტუტე მიწის მეტალი ვერცხლისფერი ნაცრისფერი შეფერილობით.

პერიოდული ცხრილის მე-20 ელემენტი ელემენტის სახელწოდება მომდინარეობს ლათ. calx (გენიტიურ შემთხვევაში calcis) - "ცაცხვი", "რბილი ქვა". იგი შემოგვთავაზა ინგლისელმა ქიმიკოსმა ჰამფრი დევისმა, რომელმაც კალციუმის ლითონი გამოყო 1808 წელს.
კალციუმის ნაერთები - კირქვა, მარმარილო, თაბაშირი (ასევე ცაცხვი - კირქვის კალციაციის პროდუქტი) მშენებლობაში გამოიყენება რამდენიმე ათასი წლის წინ.
კალციუმი დედამიწაზე ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ელემენტია. კალციუმის ნაერთები გვხვდება თითქმის ყველა ცხოველურ და მცენარეულ ქსოვილში. იგი შეადგენს დედამიწის ქერქის მასის 3,38%-ს (მეხუთე ყველაზე უხვი ჟანგბადის, სილიციუმის, ალუმინის და რკინის შემდეგ).

ბუნებაში კალციუმის აღმოჩენა

მაღალი ქიმიური აქტივობის გამო კალციუმი ბუნებაში თავისუფალი სახით არ გვხვდება.
კალციუმი შეადგენს დედამიწის ქერქის მასის 3,38%-ს (მეხუთე ყველაზე უხვი ჟანგბადის, სილიციუმის, ალუმინის და რკინის შემდეგ). ელემენტის შემცველობა ზღვის წყალში არის 400 მგ/ლ.

იზოტოპები

კალციუმი ბუნებაში გვხვდება ექვსი იზოტოპის ნარევის სახით: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca და 48Ca, რომელთაგან ყველაზე გავრცელებული, 40Ca, შეადგენს 96,97%-ს. კალციუმის ბირთვები შეიცავს პროტონების მაგიურ რაოდენობას: Z = 20. იზოტოპები
40
20
Ca20 და
48
20
Ca28 არის ბუნებაში არსებული ხუთი ბირთვიდან ორი ორჯერ მეტი ჯადოსნური რიცხვით.
კალციუმის ექვსი ბუნებრივი იზოტოპიდან ხუთი სტაბილურია. მეექვსე იზოტოპი 48Ca, ექვსიდან ყველაზე მძიმე და ძალიან იშვიათი (მისი იზოტოპური სიმრავლე მხოლოდ 0,187%), განიცდის ორმაგ ბეტა დაშლას, ნახევარგამოყოფის პერიოდით 1,6 1017 წელი.

ქანებსა და მინერალებში

კალციუმის უმეტეს ნაწილს შეიცავს სხვადასხვა ქანების (გრანიტები, გნეისები და სხვ.) სილიკატები და ალუმინოსილიკატები, განსაკუთრებით ფელდსპარში - Ca ანორტიტი.
დანალექი ქანების სახით კალციუმის ნაერთები წარმოდგენილია ცარცით და კირქვებით, რომლებიც ძირითადად შედგება მინერალური კალციტისაგან (CaCO3). კალციტის კრისტალური ფორმა - მარმარილო - ბუნებაში გაცილებით ნაკლებად არის გავრცელებული.
საკმაოდ გავრცელებულია კალციუმის მინერალები, როგორიცაა კალციტი CaCO3, ანჰიდრიტი CaSO4, ალაბასტრი CaSO4 0.5H2O და თაბაშირი CaSO4 2H2O, ფლუორიტი CaF2, აპატიტი Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), დოლომიტი MgCO3 CaCO3. კალციუმის და მაგნიუმის მარილების არსებობა ბუნებრივ წყალში განსაზღვრავს მის სიმტკიცეს.
კალციუმი, რომელიც ენერგიულად მიგრირებს დედამიწის ქერქში და გროვდება სხვადასხვა გეოქიმიურ სისტემაში, აყალიბებს 385 მინერალს (მინერალების სიდიდით მეოთხე ადგილი).

კალციუმის ბიოლოგიური როლი

კალციუმი ჩვეულებრივი მაკროელემენტია მცენარეების, ცხოველებისა და ადამიანების ორგანიზმში. ადამიანებში და სხვა ხერხემლიანებში მისი უმეტესობა გვხვდება ჩონჩხსა და კბილებში. კალციუმი გვხვდება ძვლებში ჰიდროქსიაპატიტის სახით. უხერხემლო ცხოველთა უმრავლესობის ჯგუფის "ჩონჩხები" (სპონგები, მარჯნის პოლიპები, მოლუსკები და ა.შ.) დამზადებულია კალციუმის კარბონატის (ცაცხვის) სხვადასხვა ფორმისგან. კალციუმის იონები მონაწილეობენ სისხლის შედედების პროცესებში და ასევე ემსახურებიან როგორც ერთ-ერთ უნივერსალურ მეორე მესინჯერს უჯრედებში და არეგულირებენ მრავალუჯრედოვან პროცესებს - კუნთების შეკუმშვას, ეგზოციტოზს, მათ შორის ჰორმონების და ნეიროტრანსმიტერების სეკრეციას. კალციუმის კონცენტრაცია ადამიანის უჯრედების ციტოპლაზმაში არის დაახლოებით 10−4 მმოლ/ლ, უჯრედშორის სითხეებში დაახლოებით 2,5 მმოლ/ლ.

კალციუმის საჭიროება დამოკიდებულია ასაკზე. 19-50 წლის მოზრდილებისთვის და 4-8 წლის ჩათვლით ბავშვებისთვის დღიური მოთხოვნილება (RDA) არის 1000 მგ (შეიცავს დაახლოებით 790 მლ რძეს 1% ცხიმის შემცველობით), ხოლო 9-დან 18 წლამდე ასაკის ბავშვებისთვის - 1300 მგ დღეში (შეიცავს დაახლოებით 1030 მლ რძეში ცხიმის შემცველობით 1%). მოზარდობის პერიოდში კალციუმის საკმარისი მოხმარება ძალიან მნიშვნელოვანია ჩონჩხის სწრაფი ზრდის გამო. თუმცა, შეერთებულ შტატებში ჩატარებული კვლევის მიხედვით, 12-19 წლის ასაკის გოგონების მხოლოდ 11% და ბიჭების 31% აღწევს თავის საჭიროებებს. დაბალანსებულ დიეტაში კალციუმის უმეტესი ნაწილი (დაახლოებით 80%) ბავშვის ორგანიზმში რძის პროდუქტებით შედის. დარჩენილი კალციუმი მოდის მარცვლეულისგან (მათ შორის მარცვლეულის პურის და წიწიბურას), პარკოსნები, ფორთოხალი, მწვანილი და თხილი. რძის ცხიმზე დაფუძნებული "რძის" პროდუქტები (კარაქი, ნაღები, არაჟანი, ნაღების ნაყინი) პრაქტიკულად არ შეიცავს კალციუმს. რაც უფრო მეტ რძის ცხიმს შეიცავს რძის პროდუქტი, მით ნაკლებ კალციუმს შეიცავს. ნაწლავში კალციუმის შეწოვა ხდება ორი გზით: უჯრედშორისი (ტრანსუჯრედული) და უჯრედშორისი (პარაუჯრედული). პირველი მექანიზმი განპირობებულია D ვიტამინის (კალციტრიოლი) აქტიური ფორმისა და მისი ნაწლავური რეცეპტორების მოქმედებით. ის დიდ როლს თამაშობს კალციუმის დაბალ და ზომიერ მიღებაში. რაციონში კალციუმის მაღალი შემცველობით, უჯრედშორისი შეწოვა იწყებს მთავარ როლს, რაც დაკავშირებულია კალციუმის კონცენტრაციის დიდ გრადიენტთან. ტრანსუჯრედული მექანიზმის გამო, კალციუმი უფრო მეტად შეიწოვება თორმეტგოჯა ნაწლავში (აქ კალციტრიოლის რეცეპტორების უმაღლესი კონცენტრაციის გამო). უჯრედშორისი პასიური გადაცემის გამო, კალციუმის შეწოვა ყველაზე აქტიურია წვრილი ნაწლავის სამივე განყოფილებაში. კალციუმის პარაცელულარული შეწოვას ხელს უწყობს ლაქტოზა (რძის შაქარი).

კალციუმის შეწოვას აფერხებს ზოგიერთი ცხოველური ცხიმი (მათ შორის ძროხის რძის ცხიმი და ძროხის ცხიმი, მაგრამ არა ქონი) და პალმის ზეთი. ასეთ ცხიმებში შემავალი პალმიტური და სტეარინის ცხიმოვანი მჟავები იშლება ნაწლავებში მონელების დროს და მათი თავისუფალი სახით მყარად აკავშირებს კალციუმს, წარმოქმნის კალციუმის პალმიტატს და კალციუმის სტეარატს (უხსნადი საპნები). ამ საპნის სახით განავალში იკარგება კალციუმიც და ცხიმიც. ეს მექანიზმი პასუხისმგებელია კალციუმის შეწოვის დაქვეითებაზე, ძვლის მინერალიზაციის დაქვეითებაზე და ჩვილებში ძვლის სიძლიერის არაპირდაპირი ზომების დაქვეითებაზე, პალმის ზეთის (პალმის ოლეინზე) დაფუძნებული ჩვილის ფორმულების გამოყენებით. ასეთ ბავშვებში ნაწლავებში კალციუმის საპნების წარმოქმნა დაკავშირებულია განავლის გამკვრივებასთან, მისი სიხშირის დაქვეითებასთან, ასევე გახშირებულ რეგურგიტაციასთან და კოლიკთან.

კალციუმის კონცენტრაცია სისხლში, დიდი რაოდენობით სასიცოცხლო პროცესებისთვის მისი მნიშვნელობის გამო, ზუსტად რეგულირდება და სათანადო კვებით და უცხიმო რძის პროდუქტებისა და D ვიტამინის ადეკვატური მოხმარებით, დეფიციტი არ ხდება. რაციონში კალციუმის და/ან D ვიტამინის ხანგრძლივი დეფიციტი ზრდის ოსტეოპოროზის რისკს და იწვევს რაქიტს ჩვილებში.

კალციუმის და D ვიტამინის გადაჭარბებულმა დოზებმა შეიძლება გამოიწვიოს ჰიპერკალციემია. მაქსიმალური უსაფრთხო დოზა მოზრდილებში 19-დან 50 წლამდე ჩათვლით არის 2500 მგ დღეში (დაახლოებით 340 გრ ედამის ყველი).

თბოგამტარობა

პერიოდული ცხრილის ყველა ელემენტს შორის შეიძლება გამოვყოთ რამდენიმე, რომელთა გარეშე არა მხოლოდ სხვადასხვა დაავადება ვითარდება ცოცხალ ორგანიზმებში, არამედ საერთოდ შეუძლებელია ნორმალურად ცხოვრება და ზრდა. ერთ-ერთი მათგანია კალციუმი.

საინტერესოა, რომ როდესაც ვსაუბრობთ ამ ლითონზე, როგორც უბრალო ნივთიერებაზე, მას არავითარი სარგებელი არ მოაქვს ადამიანისთვის, თუნდაც ზიანი. თუმცა, როგორც კი ახსენებთ Ca 2+ იონებს, მაშინვე ჩნდება უამრავი წერტილი, რომელიც ახასიათებს მათ მნიშვნელობას.

კალციუმის მდებარეობა პერიოდულ სისტემაში

კალციუმის დახასიათება, ისევე როგორც ნებისმიერი სხვა ელემენტი, იწყება პერიოდულ სისტემაში მისი პოზიციის მითითებით. ყოველივე ამის შემდეგ, ეს შესაძლებელს ხდის ბევრი რამის სწავლა მოცემული ატომის შესახებ:

• ბირთვული მუხტი;
• ელექტრონებისა და პროტონების რაოდენობა, ნეიტრონები;
• ჟანგვის მდგომარეობა, უმაღლესი და ყველაზე დაბალი;
• ელექტრონული კონფიგურაცია და სხვა მნიშვნელოვანი რამ.

ელემენტი, რომელსაც განვიხილავთ, მდებარეობს მეორე ჯგუფის, მთავარი ქვეჯგუფის მეოთხე ძირითად პერიოდში და აქვს სერიული ნომერი 20. ასევე პერიოდულ ქიმიურ ცხრილში ნაჩვენებია კალციუმის ატომური წონა - 40,08, რაც არის საშუალო მნიშვნელობა. მოცემული ატომის არსებული იზოტოპები.

ჟანგვის მდგომარეობა არის ერთი, ყოველთვის მუდმივი, +2-ის ტოლი. ფორმულა CaO. ელემენტის ლათინური სახელწოდებაა კალციუმი, აქედან გამომდინარე Ca ატომის სიმბოლო.

კალციუმის, როგორც მარტივი ნივთიერების მახასიათებლები

ნორმალურ პირობებში ეს ელემენტი არის მეტალი, ვერცხლისფერი თეთრი ფერის. კალციუმის, როგორც მარტივი ნივთიერების ფორმულა არის Ca. მისი მაღალი ქიმიური აქტივობის გამო, მას შეუძლია შექმნას მრავალი ნაერთი, რომლებიც მიეკუთვნება სხვადასხვა კლასს.

აგრეგაციის მყარ მდგომარეობაში ის არ არის ადამიანის სხეულის ნაწილი, ამიტომ მნიშვნელოვანია სამრეწველო და ტექნიკური საჭიროებებისთვის (ძირითადად ქიმიური სინთეზებისთვის).

ეს არის ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ლითონი დედამიწის ქერქში, დაახლოებით 1,5%. იგი მიეკუთვნება ტუტე დედამიწის ჯგუფს, რადგან წყალში გახსნისას წარმოქმნის ტუტეებს, მაგრამ ბუნებაში გვხვდება მრავალი მინერალისა და მარილის სახით. ბევრი კალციუმი (400 მგ/ლ) შედის ზღვის წყალში.

კრისტალური უჯრედი

კალციუმის მახასიათებლები აიხსნება კრისტალური მედის სტრუქტურით, რომელიც შეიძლება იყოს ორი ტიპის (რადგან არსებობს ალფა და ბეტა ფორმა):

• კუბური სახე-ცენტრული;
• მოცულობაზე ორიენტირებული.

მოლეკულაში ბმის ტიპი მეტალია; გისოსების ადგილებში, ისევე როგორც ყველა ლითონი, არის ატომის იონები.

ბუნებაში ყოფნა

ბუნებაში არსებობს რამდენიმე ძირითადი ნივთიერება, რომელიც შეიცავს ამ ელემენტს.

1. Ზღვის წყალი.
2. ქანები და მინერალები.
3. ცოცხალი ორგანიზმები (ჭურვები და ჭურვები, ძვლოვანი ქსოვილი და ა.შ.).
4. მიწისქვეშა წყლები დედამიწის ქერქში.

კალციუმის ბუნებრივ წყაროდ შეიძლება განისაზღვროს შემდეგი ტიპის ქანები და მინერალები.

1. დოლომიტი არის კალციუმის და მაგნიუმის კარბონატის ნარევი.
2. ფლუორიტი არის კალციუმის ფტორიდი.
3. თაბაშირი - CaSO 4 2H 2 O.
4. კალციტი - ცარცი, კირქვა, მარმარილო - კალციუმის კარბონატი.
5. ალაბასტერი - CaSO 4 · 0,5H 2 O.
6. აპატიურობა.

საერთო ჯამში, დაახლოებით 350 სხვადასხვა მინერალი და ქვაა, რომლებიც კალციუმს შეიცავს.

მოპოვების მეთოდები

დიდი ხნის განმავლობაში შეუძლებელი იყო ლითონის თავისუფალ ფორმაში გამოყოფა, რადგან მისი ქიმიური აქტივობა მაღალია და ბუნებაში მისი სუფთა სახით ვერ მოიპოვება. მაშასადამე, მე-19 საუკუნემდე (1808 წ.) განსახილველი ელემენტი პერიოდული ცხრილის მიერ წამოჭრილი კიდევ ერთი საიდუმლო იყო.

ინგლისელმა ქიმიკოსმა ჰამფრი დევიმ მოახერხა კალციუმის ლითონად სინთეზირება. პირველად მან აღმოაჩინა მყარი მინერალებისა და მარილების დნობის ელექტრულ დენთან ურთიერთქმედების თავისებურებები. დღეს ამ ლითონის მისაღებად ყველაზე აქტუალური გზაა მისი მარილების ელექტროლიზი, როგორიცაა:

• კალციუმის და კალიუმის ქლორიდების ნარევი;
• ფტორის და კალციუმის ქლორიდის ნარევი.

ასევე შესაძლებელია კალციუმის ამოღება მისი ოქსიდიდან ალუმინოთერმიის გამოყენებით, რომელიც მეტალურგიაში გავრცელებული მეთოდია.

ფიზიკური თვისებები

კალციუმის მახასიათებლები ფიზიკური პარამეტრების მიხედვით შეიძლება რამდენიმე პუნქტში იყოს აღწერილი.

1. ნორმალურ პირობებში აგრეგაციის მდგომარეობა მყარია.
2. დნობის წერტილი - 842 0 C.
3. ლითონი რბილია და შეიძლება დანით დაიჭრა.
4. ფერი - ვერცხლისფერი თეთრი, მბზინავი.
5. მას აქვს კარგი გამტარი და თბოგამტარი თვისებები.
6. დიდი ხნის განმავლობაში გაცხელებისას ის გადაიქცევა თხევად, შემდეგ ორთქლად, კარგავს მეტალის თვისებებს. დუღილის წერტილი 1484 0 C.

კალციუმის ფიზიკურ თვისებებს ერთი თავისებურება აქვს. როდესაც მეტალზე ზეწოლა ხდება, დროის გარკვეულ მომენტში ის კარგავს თავის მეტალურ თვისებებს და ელექტრული გამტარობის უნარს. თუმცა, ექსპოზიციის შემდგომი ზრდით, ის კვლავ აღდგება და ვლინდება როგორც სუპერგამტარი, რამდენჯერმე აღემატება ამ მაჩვენებლებს, ვიდრე სხვა ელემენტებს.

ქიმიური თვისებები

ამ ლითონის აქტივობა ძალიან მაღალია. აქედან გამომდინარე, არსებობს მრავალი ურთიერთქმედება, რომელშიც შედის კალციუმი. ყველა არამეტალთან რეაქცია მისთვის ჩვეულებრივია, რადგან როგორც შემცირების აგენტი ის ძალიან ძლიერია.

1. ნორმალურ პირობებში ის ადვილად რეაგირებს და წარმოქმნის შესაბამის ორობით ნაერთებს: ჰალოგენებთან, ჟანგბადთან.
2. გაცხელებისას: წყალბადი, აზოტი, ნახშირბადი, სილიციუმი, ფოსფორი, ბორი, გოგირდი და სხვა.
3. ღია ცის ქვეშ ის დაუყოვნებლივ ურთიერთქმედებს ნახშირორჟანგთან და ჟანგბადთან და, შესაბამისად, დაფარულია ნაცრისფერი საფარით.
4. მძაფრად რეაგირებს მჟავებთან, ზოგჯერ იწვევს ანთებას.

კალციუმის საინტერესო თვისებები ჩნდება, როდესაც საქმე მარილებს ეხება. ასე რომ, ჭერზე და კედლებზე მზარდი ლამაზი გამოქვაბულები სხვა არაფერია, თუ არა დროთა განმავლობაში ჩამოყალიბებული წყლის, ნახშირორჟანგისა და ბიკარბონატისგან მიწისქვეშა წყლებში მიმდინარე პროცესების გავლენის ქვეშ.

იმის გათვალისწინებით, თუ რამდენად აქტიურია ლითონი ნორმალურ მდგომარეობაში, ის ინახება ლაბორატორიებში, ისევე როგორც ტუტე ლითონები. მუქი შუშის კონტეინერში, მჭიდროდ დახურული სახურავით და ნავთის ან პარაფინის ფენის ქვეშ.

თვისებრივი რეაქცია კალციუმის იონზე არის ალის შეღებვა ლამაზ, მდიდარ აგურის-წითელ ფერში. თქვენ ასევე შეგიძლიათ ნაერთების შემადგენლობაში შემავალი ლითონის იდენტიფიცირება მისი ზოგიერთი მარილის უხსნადი ნალექებით (კალციუმის კარბონატი, ფტორი, სულფატი, ფოსფატი, სილიკატი, სულფიტი).

ლითონის კავშირები

ლითონის ნაერთების ტიპები შემდეგია:

• ოქსიდი;
• ჰიდროქსიდი;
• კალციუმის მარილები (საშუალო, მჟავე, ძირითადი, ორმაგი, რთული).

კალციუმის ოქსიდი, რომელიც ცნობილია როგორც CaO, გამოიყენება სამშენებლო მასალის (ცაცხვი) შესაქმნელად. თუ ოქსიდს წყლით ჩაქრებთ, მიიღებთ შესაბამის ჰიდროქსიდს, რომელიც ავლენს ტუტეს თვისებებს.

კალციუმის სხვადასხვა მარილებს, რომლებიც გამოიყენება ეკონომიკის სხვადასხვა სექტორში, დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს. რა სახის მარილები არსებობს, ზემოთ უკვე აღვნიშნეთ. მოდით მოვიყვანოთ ამ კავშირების ტიპების მაგალითები.

1. საშუალო მარილები - კარბონატი CaCO 3, ფოსფატი Ca 3 (PO 4) 2 და სხვა.
2. მჟავე - წყალბადის სულფატი CaHSO 4.
3. მთავარია ბიკარბონატი (CaOH) 3 PO 4.
4. კომპლექსი - Cl 2.
5. ორმაგი - 5Ca(NO 3) 2 *NH 4 NO 3 *10H 2 O.

სწორედ ამ კლასის ნაერთების სახითაა კალციუმი მნიშვნელოვანი ბიოლოგიური სისტემებისთვის, ვინაიდან მარილები ორგანიზმისთვის იონების წყაროა.

ბიოლოგიური როლი

რატომ არის კალციუმი მნიშვნელოვანი ადამიანის ორგანიზმისთვის? რამდენიმე მიზეზი არსებობს.

1. სწორედ ამ ელემენტის იონებია უჯრედშორისი ნივთიერებისა და ქსოვილის სითხის ნაწილი, რომლებიც მონაწილეობენ აგზნების მექანიზმების რეგულირებაში, ჰორმონების და ნეიროტრანსმიტერების გამომუშავებაში.
2. კალციუმი გროვდება ძვლებში და კბილის მინანქარში სხეულის მთლიანი წონის დაახლოებით 2,5%-ის ოდენობით. ეს საკმაოდ ბევრია და მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ამ სტრუქტურების გაძლიერებაში, მათი სიძლიერისა და სტაბილურობის შენარჩუნებაში. ამის გარეშე სხეულის ზრდა შეუძლებელია.
3. სისხლის შედედება ასევე დამოკიდებულია კონკრეტულ იონებზე.
4. ეს არის გულის კუნთის ნაწილი, მონაწილეობს მის აგზნებასა და შეკუმშვაში.
5. ის მონაწილეა ეგზოციტოზის და სხვა უჯრედშიდა ცვლილებების პროცესებში.

თუ მოხმარებული კალციუმის რაოდენობა არ არის საკმარისი, მაშინ ისეთი დაავადებები, როგორიცაა:

• რაქიტი;
• ოსტეოპოროზი;
• სისხლის დაავადებები.

ზრდასრულთათვის დღიური დოზაა 1000 მგ, ხოლო 9 წელზე უფროსი ასაკის ბავშვებისთვის 1300 მგ. ორგანიზმში ამ ელემენტის გადაჭარბების თავიდან ასაცილებლად, არ უნდა გადააჭარბოთ მითითებულ დოზას. წინააღმდეგ შემთხვევაში შეიძლება განვითარდეს ნაწლავის დაავადებები.

ყველა სხვა ცოცხალი არსებისთვის კალციუმი არანაკლებ მნიშვნელოვანია. მაგალითად, მიუხედავად იმისა, რომ ბევრს არ აქვს ჩონჩხი, მათი გამაგრების გარეგანი საშუალებები ასევე ამ ლითონის წარმონაქმნებია. Მათ შორის:

• მოლუსკები;
• მიდიები და ხამანწკები;
• ღრუბლები;
• მარჯნის პოლიპები.

ისინი ყველა ატარებენ ზურგზე ან, პრინციპში, ცხოვრების პროცესში ქმნიან გარკვეულ გარე ჩონჩხს, რომელიც იცავს მათ გარე გავლენისა და მტაცებლებისგან. მისი ძირითადი კომპონენტია კალციუმის მარილები.

ხერხემლიანებს, ისევე როგორც ადამიანებს, ეს იონები სჭირდებათ ნორმალური ზრდისა და განვითარებისთვის და იღებენ მათ საკვებიდან.

არსებობს მრავალი ვარიანტი, რომლითაც შესაძლებელია ორგანიზმში დაკარგული ელემენტის შევსება. საუკეთესო, რა თქმა უნდა, ბუნებრივი მეთოდებია – სასურველი ატომის შემცველი პროდუქტები. თუმცა, თუ რაიმე მიზეზით ეს არასაკმარისი ან შეუძლებელია, სამედიცინო მარშრუტიც მისაღებია.

ასე რომ, კალციუმის შემცველი საკვების სია ასეთია:

• რძის და ფერმენტირებული რძის პროდუქტები;
• თევზი;
• გამწვანება;
• მარცვლეული (წიწიბურა, ბრინჯი, ცომეული მთელი მარცვლეულის ფქვილისგან);
• ზოგიერთი ციტრუსის ხილი (ფორთოხალი, მანდარინი);
• პარკოსნები;
• ყველა თხილი (განსაკუთრებით ნუში და ნიგოზი).

თუ ალერგიული ხართ ზოგიერთ საკვებზე ან სხვა მიზეზის გამო არ შეგიძლიათ მათი ჭამა, მაშინ კალციუმის შემცველი პრეპარატები დაგეხმარებათ ორგანიზმში საჭირო ელემენტის დონის შევსებაში.

ყველა მათგანი ამ ლითონის მარილებია, რომლებსაც აქვთ ორგანიზმის მიერ ადვილად შეწოვის უნარი, სწრაფად შეიწოვება სისხლში და ნაწლავებში. მათ შორის ყველაზე პოპულარული და გამოყენებული შემდეგია.

1. კალციუმის ქლორიდი - ხსნარი საინექციო ან პერორალური მიღებისთვის მოზრდილებში და ბავშვებში. იგი განსხვავდება შემადგენლობით მარილის კონცენტრაციით, გამოიყენება „ცხელი ინექციებისთვის“, რადგან ინექციისას სწორედ ამ შეგრძნებას იწვევს. არსებობს ხილის წვენის ფორმები უფრო ადვილი პერორალური მიღებისთვის.
2. ხელმისაწვდომია როგორც ტაბლეტებში (0,25 ან 0,5 გ) და ინტრავენური საინექციო ხსნარებში. ხშირად ტაბლეტის სახით შეიცავს სხვადასხვა ხილის დანამატებს.
3. კალციუმის ლაქტატი - ხელმისაწვდომია ტაბლეტებში 0,5 გ.