kalcij. Kaj je kalcij, reakcija kalcija s kisikom Kemične spojine kalcija

OPREDELITEV

kalcij- dvajseti element periodnega sistema. Oznaka - Ca iz latinskega "kalcij". Nahaja se v četrtem obdobju, skupina IIA. Nanaša se na kovine. Jedrni naboj je 20.

Kalcij je eden najpogostejših elementov v naravi. Zemeljska skorja vsebuje približno 3 % (mas.). Pojavlja se v številnih nahajališčih apnenca in krede ter marmorja, ki so naravne različice kalcijevega karbonata CaCO 3 . V velikih količinah najdemo tudi sadre CaSO 4 × 2H 2 O, fosforit Ca 3 (PO 4) 2 in končno različne silikate, ki vsebujejo kalcij.

V obliki enostavne snovi je kalcij kovka, precej trda, bela kovina (slika 1). Na zraku se hitro prekrije s plastjo oksida, pri segrevanju pa gori s svetlo rdečkastim plamenom. Kalcij relativno počasi reagira s hladno vodo, vendar hitro izpodriva vodik iz vroče vode in tvori hidroksid.

riž. 1. Kalcij. Videz.

Atomska in molekulska masa kalcija

Relativna molekulska masa snovi (M r) je število, ki kaže, kolikokrat je masa dane molekule večja od 1/12 mase ogljikovega atoma, relativna atomska masa elementa (A r) pa je kolikokrat je povprečna masa atomov kemičnega elementa večja od 1/12 mase ogljikovega atoma.

Ker v prostem stanju kalcij obstaja v obliki monoatomskih molekul Ca, vrednosti njegovih atomskih in molekulskih mas sovpadajo. Enaka sta 40,078.

Izotopi kalcija

Znano je, da se kalcij v naravi nahaja v obliki štirih stabilnih izotopov 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca in 48 Ca, pri čemer izrazito prevladuje izotop 40 Ca (99,97 %). Njihova masna števila so 40, 42, 43, 44, 46 oziroma 48. Jedro atoma kalcijevega izotopa 40 Ca vsebuje dvajset protonov in dvajset nevtronov, preostali izotopi pa se od njega razlikujejo le po številu nevtronov.

Obstajajo umetni izotopi kalcija z masnimi števili od 34 do 57, med katerimi je najbolj stabilen 41 Ca z razpolovno dobo 102 tisoč let.

Kalcijevi ioni

Na zunanji energijski ravni kalcijevega atoma sta dva elektrona, ki sta valentna:

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

Zaradi kemijske interakcije kalcij odda svoje valenčne elektrone, tj. je njihov donor in se spremeni v pozitivno nabit ion:

Ca 0 -2e → Ca 2+ .

Molekula in atom kalcija

V prostem stanju kalcij obstaja v obliki enoatomskih molekul Ca. Tukaj je nekaj lastnosti, ki označujejo atom in molekulo kalcija:

Kalcijeve zlitine

Kalcij služi kot legirna komponenta v nekaterih svinčevih zlitinah.

Primeri reševanja problemov

PRIMER 1

telovadba

Napišite reakcijske enačbe, s katerimi lahko izvedete naslednje transformacije: Ca → Ca(OH) 2 → CaCO 3 → Ca(HCO 3) 2.

Odgovori

Z raztapljanjem kalcija v vodi lahko dobite motno raztopino spojine, znane kot "apneno mleko" - kalcijev hidroksid: Ca+ 2H 2 O→ Ca(OH) 2 + H 2. S prehajanjem ogljikovega dioksida skozi raztopino kalcijevega hidroksida dobimo kalcijev karbonat: 2Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O. Z dodajanjem vode kalcijevemu karbonatu in nadaljnjim prehajanjem ogljikovega dioksida skozi to mešanico dobimo kalcijev bikarbonat: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 → Ca(HCO 3) 2.

Uvod

Lastnosti in uporaba kalcija

1 Fizikalne lastnosti

2 Kemijske lastnosti

3 Aplikacija

Pridobivanje kalcija

1 Elektrolitska proizvodnja kalcija in njegovih zlitin

2 Toplotna proizvodnja

3 Vakuumsko-termična metoda pridobivanja kalcija

3.1 Aluminotermična metoda za redukcijo kalcija

3.2 Silikotermična metoda za redukcijo kalcija

Praktični del

Bibliografija

Uvod

Kemijski element skupine II periodnega sistema Mendelejeva, atomsko število 20, atomska masa 40,08; srebrno bela lahka kovina. Naravni element je mešanica šestih stabilnih izotopov: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca in 48Ca, med katerimi je najpogostejši 40 Ca (96, 97%).

Ca spojine - apnenec, marmor, sadra (pa tudi apno - produkt žganja apnenca) so se v gradbeništvu uporabljale že v pradavnini. Do konca 18. stoletja so kemiki apno smatrali za preprosto trdno snov. Leta 1789 je A. Lavoisier predlagal, da so apno, magnezij, barit, aluminijev oksid in silicijev dioksid kompleksne snovi. Leta 1808 je G. Davy, ki je elektrolizo z živosrebrovo katodo izpostavil mešanici mokrega gašenega apna z živosrebrovim oksidom, pripravil Ca amalgam in z destilacijo živega srebra iz njega dobil kovino, imenovano "kalcij" (iz latinskega calx, spol calcis - apno) .

Sposobnost kalcija, da veže kisik in dušik, je omogočila njegovo uporabo za čiščenje inertnih plinov in kot getter (Getter je snov, ki se uporablja za absorpcijo plinov in ustvarjanje globokega vakuuma v elektronskih napravah.) v vakuumski radijski opremi.

Kalcij se uporablja tudi v metalurgiji bakra, niklja, posebnih jekel in bronov; nase vežejo škodljive primesi žvepla, fosforja in odvečnega ogljika. Za iste namene se uporabljajo kalcijeve zlitine s silicijem, litijem, natrijem, borom in aluminijem.

V industriji se kalcij pridobiva na dva načina:

) S segrevanjem briketirane mešanice prahu CaO in Al pri 1200 °C v vakuumu 0,01 - 0,02 mm. rt. Umetnost.; odlikuje reakcija:

CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

Kalcijeve pare kondenzirajo na hladni površini.

) Z elektrolizo taline CaCl2 in KCl s tekočo bakrovo-kalcijevo katodo pripravimo zlitino Cu - Ca (65% Ca), iz katere oddestiliramo kalcij pri temperaturi 950 - 1000 ° C v vakuumu 0,1 - 0,001 mmHg.

) Razvita je bila tudi metoda za pridobivanje kalcija s toplotno disociacijo kalcijevega karbida CaC2.

Kalcij je v naravi zelo razširjen v obliki različnih spojin. V zemeljski skorji je na petem mestu s 3,25 % in se najpogosteje nahaja v obliki apnenca CaCO 3, dolomit CaCO 3MgCO 3, mavec CaSO 42H 2O, fosforit Ca 3(P.O. 4)2 in fluorit CaF 2, ne da bi upoštevali pomemben delež kalcija v sestavi silikatnih kamnin. Morska voda vsebuje povprečno 0,04 % (mas.) kalcija.

V tem tečaju se preučujejo lastnosti in uporaba kalcija ter teorija in tehnologija vakuumsko-termičnih metod za njegovo proizvodnjo.

. Lastnosti in uporaba kalcija

.1 Fizikalne lastnosti

Kalcij je srebrno bela kovina, vendar zbledi, ko je izpostavljen zraku zaradi tvorbe oksida na njegovi površini. Je nodularna kovina, trša od svinca. Kristalna celica ?-Oblika Ca (stabilna pri običajni temperaturi) kubična s središčem ploskve, a = 5,56 Å . Atomski polmer 1,97 Å , ionski polmer Ca 2+, 1,04Å . Gostota 1,54 g/cm 3(20°C). Nad 464 °C šesterokoten ?-oblika. tališče 851 °C, vrelišče 1482 °C; temperaturni koeficient linearne ekspanzije 22·10 -6 (0-300 °C); toplotna prevodnost pri 20 °C 125,6 W/(m K) ali 0,3 cal/(cm sec °C); specifična toplotna kapaciteta (0-100 °C) 623,9 J/(kg K) ali 0,149 cal/(g °C); električna upornost pri 20 °C 4,6 10 -8ohm m ali 4,6 10 -6 ohm cm; temperaturni koeficient električnega upora je 4,57·10-3 (20 °C). Modul elastičnosti 26 Gn/m 2(2600 kgf/mm 2); natezna trdnost 60 MN/m 2(6 kgf/mm 2); meja elastičnosti 4 MN/m 2(0,4 kgf/mm 2), meja tečenja 38 MN/m 2(3,8 kgf/mm 2); relativni raztezek 50 %; Trdota po Brinellu 200-300 Mn/m 2(20-30 kgf / mm 2). Kalcij dovolj visoke čistosti je plastičen, zlahka stisnjen, valjan in primeren za rezanje.

1.2 Kemijske lastnosti

Kalcij je aktivna kovina. Torej v normalnih pogojih zlahka komunicira z atmosferskim kisikom in halogeni:

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

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

Kalcij pri segrevanju reagira z vodikom, dušikom, žveplom, fosforjem, ogljikom in drugimi nekovinami:

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

Ca + N 2= pribl 3n 2(kalcijev nitrid) (4)

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

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

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

Kalcij reagira počasi s hladno vodo, vendar zelo energično z vročo vodo, pri čemer nastane močna baza Ca(OH)2 :

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

Kot energijsko redukcijsko sredstvo lahko kalcij odstrani kisik ali halogene iz oksidov in halogenidov manj aktivnih kovin, kar pomeni, da ima redukcijske lastnosti:

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

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

Kalcij burno reagira s kislinami, da sprosti vodik, reagira s halogeni in suhim vodikom, da nastane CaH hidrid 2. Pri segrevanju kalcija z grafitom nastane CaC karbid. 2. Kalcij pridobivamo z elektrolizo staljenega CaCl 2ali aluminotermična redukcija v vakuumu:

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

Čista kovina se uporablja za redukcijo spojin Cs, Rb, Cr, V, Zr, Th, U v kovine in za deoksidacijo jekel.

1.3 Uporaba

Kalcij se vedno bolj uporablja v različnih panogah. V zadnjem času je pridobil velik pomen kot redukcijsko sredstvo pri pripravi številnih kovin.

Čista kovina. Uran pridobivajo z redukcijo uranovega fluorida s kovinskim kalcijem. Kalcij ali njegove hidride lahko uporabimo za redukcijo titanovih oksidov, pa tudi oksidov cirkonija, torija, tantala, niobija in drugih redkih kovin.

Kalcij je dober dezoksidant in razplinjevalec pri proizvodnji bakra, niklja, krom-nikljevih zlitin, posebnih jekel, nikljevih in kositrnih bronov; odstranjuje žveplo, fosfor in ogljik iz kovin in zlitin.

Kalcij tvori z bizmutom ognjevzdržne spojine, zato se uporablja za čiščenje svinca iz bizmuta.

Različnim lahkim zlitinam dodajajo kalcij. Pomaga izboljšati površino ingota, fino velikost zrn in zmanjšati oksidacijo.

Ležajne zlitine, ki vsebujejo kalcij, se pogosto uporabljajo. Svinčeve zlitine (0,04% Ca) se lahko uporabljajo za izdelavo kabelskih plaščev.

V tehnologiji se uporabljajo antifrikcijske zlitine kalcija in svinca. Kalcijevi minerali se pogosto uporabljajo. Tako se apnenec uporablja pri proizvodnji apna, cementa, apneno-peščene opeke in neposredno kot gradbeni material, v metalurgiji (fluks), v kemični industriji za proizvodnjo kalcijevega karbida, sode, kavstične sode, belila, gnojil, pri proizvodnji sladkorja, stekla.

Praktičnega pomena so kreda, marmor, islandski špat, sadra, fluorit itd. Zaradi sposobnosti vezave kisika in dušika se kalcij ali kalcijeve zlitine z natrijem in drugimi kovinami uporabljajo za čiščenje žlahtnih plinov in kot geter v vakuumski radijski opremi. Kalcij se uporablja tudi za proizvodnjo hidrida, ki je vir vodika na polju.

2. Pridobivanje kalcija

Obstaja več načinov pridobivanja kalcija, to so elektrolitski, termični, vakuumsko-termični.

.1 Elektrolitska proizvodnja kalcija in njegovih zlitin

Bistvo metode je, da se katoda najprej dotakne staljenega elektrolita. Na mestu stika nastane tekoča kapljica kovine, ki dobro zmoči katodo, ki se ob počasnem in enakomernem dvigovanju katode skupaj z njo odstrani iz taline in strdi. V tem primeru je strjena kapljica prekrita s trdnim filmom elektrolita, ki ščiti kovino pred oksidacijo in nitriranjem. S stalnim in pazljivim dvigovanjem katode se kalcij vleče v palice.

2.2 Toplotna proizvodnja

kalcijev kemični elektrolitski termični

· Kloridni postopek: Tehnologija je sestavljena iz taljenja in dehidracije kalcijevega klorida, taljenja svinca, proizvodnje dvojne zlitine svinec-natrij, proizvodnje trikomponentne zlitine svinec-natrij-kalcij in redčenja trojne zlitine s svincem po odstranitvi soli. Reakcija s kalcijevim kloridom poteka po enačbi

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

· Karbidni postopek: Osnova za proizvodnjo svinčevo-kalcijeve zlitine je reakcija med kalcijevim karbidom in staljenim svincem po enačbi

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

2.3 Vakuumsko-termična metoda pridobivanja kalcija

Surovine za vakuumsko-termično metodo

Surovina za termično redukcijo kalcijevega oksida je apno, pridobljeno z žganjem apnenca. Glavne zahteve za surovine so naslednje: apno mora biti čim bolj čisto in vsebovati najmanj nečistoč, ki jih je mogoče zmanjšati in skupaj s kalcijem pretvoriti v kovine, zlasti alkalijske kovine in magnezij. Apnenec je treba žgati do popolne razgradnje karbonata, vendar ne pred sintranjem, saj je reduktivnost sintranega materiala manjša. Žgani produkt je treba zaščititi pred vpijanjem vlage in ogljikovega dioksida, katerega sproščanje med rekuperacijo zmanjša učinkovitost procesa. Tehnologija žganja apnenca in predelave žganega produkta je podobna predelavi dolomita za silikotermično metodo pridobivanja magnezija.

.3.1 Aluminotermična metoda za redukcijo kalcija

Diagram temperaturne odvisnosti spremembe proste energije oksidacije številnih kovin (slika 1) kaže, da je kalcijev oksid eden najtrpežnejših in težko redukcijskih oksidov. Z drugimi kovinami ga ni mogoče zmanjšati na običajen način - pri relativno nizkih temperaturah in atmosferskem tlaku. Ravno nasprotno, sam kalcij je odlično redukcijsko sredstvo za druge težko redukcijske spojine in deoksidacijsko sredstvo za številne kovine in zlitine. Redukcija kalcijevega oksida z ogljikom je na splošno nemogoča zaradi tvorbe kalcijevih karbidov. Ker pa ima kalcij sorazmerno visok parni tlak, lahko njegov oksid reduciramo v vakuumu z aluminijem, silicijem ali njihovimi zlitinami glede na reakcijo

CaO + jaz? Ca + MeO (14).

Doslej je le aluminotermična metoda pridobivanja kalcija našla praktično uporabo, saj je veliko lažje zmanjšati CaO z aluminijem kot s silicijem. Obstajajo različni pogledi na kemijo redukcije kalcijevega oksida z aluminijem. L. Pidgeon in I. Atkinson menita, da reakcija poteka s tvorbo kalcijevega monoaluminata:

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

V. A. Pazukhin in A. Ya. Fischer navajata, da se proces pojavi s tvorbo trikalcijevega aluminata:

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

Po A. I. Voinitskyju je v reakciji prevladujoča tvorba pentakalcijevega trialuminata:

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

Najnovejša raziskava A. Yu. Taitsa in A. I. Voinitskyja je pokazala, da aluminotermična redukcija kalcija poteka v korakih. Sprva sproščanje kalcija spremlja tvorba 3CaO·AI 2O 3, ki nato reagira s kalcijevim oksidom in aluminijem, da nastane 3CaO 3AI 2O 3. Reakcija poteka po naslednji shemi:

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

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

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

Ker pride do redukcije oksida s sproščanjem hlapnega kalcija, preostali reakcijski produkti pa so v kondenziranem stanju, ga je enostavno ločiti in kondenzirati v ohlajenih predelih peči. Glavni pogoji, potrebni za vakuumsko-termično redukcijo kalcijevega oksida, so visoka temperatura in nizek preostali tlak v sistemu. Spodaj je razmerje med temperaturo in ravnovesnim parnim tlakom kalcija. Izražena je prosta energija reakcije (17), izračunana za temperature 1124-1728 ° K

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

Od tod logaritemska odvisnost ravnotežnega parnega tlaka kalcija (mm Hg)

Lg p = 3,59 - 4430\T.

L. Pidgeon in I. Atkinson sta eksperimentalno določila ravnotežni parni tlak kalcija. Podrobno termodinamično analizo reakcije redukcije kalcijevega oksida z aluminijem je izvedel I. I. Matveenko, ki je podal naslednje temperaturne odvisnosti ravnotežnega tlaka kalcijevih hlapov:

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

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

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

Izračunski in eksperimentalni podatki so primerjani v tabeli. 1.

Tabela 1 - Vpliv temperature na spremembo ravnotežne elastičnosti kalcijeve pare v sistemih (1), (2), (3), (3), mm Hg.

Temperatura °С Eksperimentalni podatki Izračunano v sistemih(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 predstavljenih podatkov je razvidno, da so najugodnejši pogoji za interakcije v sistemih (2) in (3) ali (3"). To ustreza opažanjem, saj v ostankih naboja po naboju prevladujeta pentakalcijev trialuminat in trikalcijev aluminat. redukcija kalcijevega oksida z aluminijem.

Podatki o ravnotežni elastičnosti kažejo, da je redukcija kalcijevega oksida z aluminijem možna pri temperaturi 1100-1150 ° C. Za doseganje praktično sprejemljive hitrosti reakcije mora biti preostali tlak v sistemu za rast pod ravnovesjem P enako , tj. upoštevati je treba neenakost P enako >P ost , postopek pa je treba izvesti pri temperaturah reda 1200°. Raziskave so pokazale, da pri temperaturi 1200-1250° dosežemo visok izkoristek (do 70-75%) in nizko specifično porabo aluminija (približno 0,6-0,65 kg na kg kalcija).

V skladu z zgornjo razlago kemije procesa je optimalna sestava naboj, ki je zasnovan za tvorbo 5CaO 3Al v ostanku 2O 3. Za povečanje stopnje izkoristka aluminija je koristno dati nekaj presežka kalcijevega oksida, vendar ne preveč (10-20%), sicer bo to negativno vplivalo na druge kazalnike procesa. S povečanjem stopnje mletja aluminija z delcev 0,8-0,2 mm na minus 0,07 mm (po V. A. Pazukhinu in A. Ya. Fischerju) se uporaba aluminija v reakciji poveča s 63,7 na 78%.

Na uporabo aluminija vpliva tudi način briketiranja polnila. Mešanico apna in aluminija v prahu briketiramo brez veziv (da se izognemo nastajanju plina v vakuumu) pri tlaku 150 kg/cm3. 2. Pri nižjih tlakih se poraba aluminija zmanjša zaradi segregacije staljenega aluminija v preveč poroznih briketih, pri visokih tlakih pa zaradi slabe prepustnosti plinov. Popolnost in hitrost predelave sta odvisni tudi od gostote briketov v retorti. Pri polaganju brez rež, ko je plinoprepustnost celotne kletke nizka, se uporaba aluminija znatno zmanjša.

Slika 2 - Shema za pridobivanje kalcija z vakuumsko-termično metodo.

Tehnologija aluminijsko-termične metode

Tehnološka shema za proizvodnjo kalcija z aluminotermično metodo je prikazana na sl. 2. Kot začetni material se uporablja apnenec, kot reducent pa aluminijev prah iz primarnega (boljšega) ali sekundarnega aluminija. Aluminij, ki se uporablja kot redukcijsko sredstvo, pa tudi surovine ne smejo vsebovati nečistoč zelo hlapnih kovin: magnezija, cinka, alkalij itd., Ki lahko izhlapijo in se spremenijo v kondenzat. To je treba upoštevati pri izbiri kakovosti recikliranega aluminija.

Po opisu S. Loomisa in P. Stauba v ZDA, v tovarni New England Lime Co. v Canaanu (Connecticut), se kalcij proizvaja z aluminotermično metodo. Uporabljeno je apno naslednje tipične sestave, %: 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. Žgani produkt zmeljemo v mlinu Raymond s centrifugalnim separatorjem, finost mletja je (60 %) minus 200 mesh. Kot reducent se uporablja aluminijev prah, ki je odpadek pri proizvodnji aluminijevega prahu. Žgano apno iz zaprtih zalogovnikov in aluminij iz sodov se dovaja na dozirne tehtnice in nato v mešalnik. Po mešanju se mešanica briketira po suhi metodi. V omenjenem obratu se kalcij reducira v retortnih pečeh, ki so jih prej uporabljali za pridobivanje magnezija po silikotermični metodi (slika 3). Peči se ogrevajo z generatorskim plinom. Vsaka peč ima 20 vodoravnih retort iz toplotno odpornega jekla, ki vsebuje 28 % Cr in 15 % Ni.

Slika 3 - Retortna peč za proizvodnjo kalcija

Dolžina retorte 3 m, premer 254 mm, debelina stene 28 mm. V segretem delu retorte pride do redukcije, v ohlajenem koncu, ki štrli iz govora, pa do kondenzacije. Brikete vnesemo v retorto v papirnatih vrečkah, nato vstavimo kondenzatorje in retorto zapremo. Zrak se na začetku cikla izčrpa z mehanskimi vakuumskimi črpalkami. Nato priključimo difuzijske črpalke in preostali tlak zmanjšamo na 20 mikronov.

Retorte segrejemo na 1200°. Čez 12 ur. Po nalaganju se retorte odprejo in raztovorijo. Nastali kalcij je v obliki votlega valja iz goste mase velikih kristalov, odloženih na površini jeklenega tulca. Glavna nečistoča v kalciju je magnezij, ki se najprej reducira in se večinoma koncentrira v plasti, ki meji na tulec. Povprečna vsebnost nečistoč je; 0,5-1% Mg, približno 0,2% Al, 0,005-0,02% Mn, do 0,02% N, druge nečistoče - Cu, Pb, Zn, Ni, Si, Fe - se pojavljajo v območju 0,005-0,04%. A. Yu. Taits in A. I. Voinitsky sta uporabila poltovarniško električno vakuumsko peč z grelci na premog za proizvodnjo kalcija z aluminotermično metodo in dosegla stopnjo izkoristka aluminija 60 %, specifično porabo aluminija 0,78 kg, specifično porabo polnila 4,35 kg, specifična poraba električne energije pa 14 kW/h na 1 kg kovine.

Nastala kovina se je z izjemo primesi magnezija odlikovala z relativno visoko čistostjo. V povprečju je bila vsebnost nečistoč v njem: 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 silikotermične predelave kalcij

Silikotermična metoda je zelo mamljiva; redukcijsko sredstvo je ferosilicij, reagent, ki je veliko cenejši od aluminija. Silikotermični postopek pa je težje izvesti kot aluminotermični. Redukcija kalcijevega oksida s silicijem poteka po enačbi

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

Ravnotežni parni tlak kalcija, izračunan iz vrednosti proste energije, je:

°С1300140015001600Р, mm Hg. st0.080.150.752.05

Zato v vakuumu reda 0,01 mm Hg. Umetnost. redukcija kalcijevega oksida je termodinamično možna pri temperaturi 1300°. V praksi je treba za zagotovitev sprejemljive hitrosti postopek izvajati pri temperaturi 1400-1500 °.

Nekoliko lažja je reakcija redukcije kalcijevega oksida s silicijevim aluminijem, pri kateri kot reducenti služita tako aluminijeve kot silicijeve zlitine. Poskusi so ugotovili, da najprej prevladuje redukcija z aluminijem; in reakcija poteka s končno tvorbo bCaO 3Al 2Oz po zgornji shemi (slika 1). Zmanjšanje silicija postane pomembno pri višjih temperaturah, ko večina aluminija reagira; reakcija poteka s tvorbo 2CaO SiO 2. Če povzamemo, je reakcija redukcije kalcijevega oksida s silicijevim aluminijem izražena z naslednjo enačbo:

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

Raziskave A. Yu. Taitsa in A. I. Voinitskyja so pokazale, da se kalcijev oksid reducira s 75% ferosilicija z izkoristkom kovine 50-75% pri temperaturi 1400-1450 ° v vakuumu 0,01-0,03 mm Hg. Umetnost.; silikoaluminij, ki vsebuje 60-30% Si in 32-58% Al (ostalo je železo, titan itd.), reducira kalcijev oksid s približno 70-odstotnim izkoristkom kovine pri temperaturah 1350-1400 ° v vakuumu 0,01-0,05 mm Hg. Umetnost. Poskusi v poltovarniškem obsegu so dokazali temeljno možnost proizvodnje kalcija iz apna z uporabo ferosilicija in silicij-aluminija. Glavna težava strojne opreme je izbira stojala v pogojih tega postopka obloge.

Pri reševanju tega problema se metoda lahko implementira v industriji. Razgradnja kalcijevega karbida Pridobivanje kovinskega kalcija z razgradnjo kalcijevega karbida

CaC2 = Ca + 2C

je treba obravnavati kot obetavno metodo. V tem primeru dobimo grafit kot drugi produkt. V. Mauderli, E. Moser in V. Treadwell so po izračunu proste energije tvorbe kalcijevega karbida iz termokemičnih podatkov dobili naslednji izraz za parni tlak kalcija nad čistim kalcijevim karbidom:

ca = 1,35 - 4505\T (1124-1712° K),

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

Očitno se komercialni kalcijev karbid razgradi pri veliko višjih temperaturah, kot izhaja iz teh izrazov. Isti avtorji poročajo o termični razgradnji kalcijevega karbida v kompaktnih kosih pri 1600-1800° v vakuumu 1 mm Hg. Umetnost. Izkoristek grafita je bil 94 %, kalcij smo dobili v obliki gostega premaza na hladilniku. A. S. Mikulinsky, F. S. Morii, R. Sh. Shklyar za določitev lastnosti grafita, pridobljenega z razgradnjo kalcijevega karbida, je bil slednji segret v vakuumu 0,3-1 mm Hg. Umetnost. pri temperaturi 1630-1750 °. Nastali grafit se od Achesonovega grafita razlikuje po večjih zrnih, večji električni prevodnosti in manjši volumetrični teži.

3. Praktični del

Dnevni izpust magnezija iz elektrolizerja pri toku 100 kA je bil 960 kg pri polnjenju kopeli z magnezijevim kloridom. Napetost v elektrolizatorju je 0,6 V. Določite:

)Izhodni tok na katodi;

)Količina proizvedenega klora na dan, pod pogojem, da je moč toka na anodi enaka moči toka na anodi;

)Dnevno polnjenje MgCl 2v elektrolizator pod pogojem, da izguba MgCl 2 pojavljajo predvsem z blatom in sublimacijo. Količina blata je 0,1 na 1 t Mg, ki vsebuje MgCl 2 v sublimatu 50%. Količina sublimacije je 0,05 t na 1 t Mg. Sestava magnezijevega klorida, ki se vlije,%: 92 MgCl2 in 8 NaCl.

.Določite izhodni tok na katodi:

m itd =jaz ?·k Mg · ?

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

.Določite količino prejetega Cl na dan:

x=960000g\24g\mol=40000 mol

Pretvorba v obseg:

x=126785,7 m3

3.a) Poiščite čisti MgCl 2, za proizvodnjo 960 kg Mg.

x=95·960\24,3=3753 kg=37,53 t.

b) izgube z blatom. Iz sestave magnezijevih elektrolizatorjev, %: 20-35 MgO, 2-5 Mg, 2-6 Fe, 2-4 SiO 20,8-2 TiO 20,4-1,0 C, 35 MgCl2 .

kg - 1000 kg

m vau =960 kg - masa blata na dan.

Na dan 96 kg blata: 96·0,35 (MgCl2 z blatom).

c) izgube s sublimati:

kg - 1000 kg

kg sublimira: 48·0,5=24 kg MgCl 2 s sublimati.

Skupni Mg, ki ga morate zapolniti:

33,6+24=3810,6 kg MgCl2 na dan

Bibliografija

Osnove metalurgije III

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

mentorstvo

Potrebujete pomoč pri študiju teme?

Naši strokovnjaki vam bodo svetovali ali nudili mentorske storitve o temah, ki vas zanimajo.
Oddajte prijavo navedite temo prav zdaj, da izveste o možnosti pridobitve posvetovanja.

Elektronegativnost 1,00 (Paulingova lestvica) Potencial elektrode −2,76 Oksidacijska stanja 2 Ionizacijska energija
(prvi elektron) 589,4 (6,11) kJ/mol (eV) Termodinamične lastnosti enostavne snovi Gostota (pri normalnih pogojih) 1,55 g/cm³ Temperatura taljenja 1112 K; 838,85 °C Temperatura vrelišča 1757 K; 1483,85 °C Ud. talilna toplota 9,20 kJ/mol Ud. toplota uparjanja 153,6 kJ/mol Molarna toplotna kapaciteta 25,9 J/(K mol) Molarna prostornina 29,9 cm³/mol Kristalna mreža enostavne snovi Mrežasta struktura kubična ploskev v središču Parametri mreže 5,580 Debyejeva temperatura 230 Druge značilnosti Toplotna prevodnost (300 K) (201) W/(m K) številka CAS 7440-70-2 Emisijski spekter

Zgodovina in izvor imena

Ime elementa izvira iz lat. calx (v rodilniku kalcis) - "apno", "mehak kamen". Predlagal ga je angleški kemik Humphry Davy, ki je leta 1808 z elektrolitsko metodo izoliral kovinski kalcij. Davy je mešanico mokrega gašenega apna podvrgel elektrolizi na platinasti plošči, ki je služila kot anoda. Katoda je bila platinasta žica, potopljena v tekočino. Kot rezultat elektrolize je bil pridobljen kalcijev amalgam. Po destilaciji živega srebra iz njega je Davy dobil kovino, imenovano kalcij.

Izotopi

Kalcij se v naravi pojavlja kot mešanica šestih izotopov: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca in 48 Ca, med katerimi je najpogostejši - 40 Ca - 96,97 %. Kalcijeva jedra vsebujejo magično število protonov: Z= 20. Izotopi 40
20Ca20
in 48
20Ca28
sta dve od petih dvojno čarobnih jeder, ki obstajajo v naravi.

Od šestih naravnih izotopov kalcija jih je pet stabilnih. Šesti izotop 48 Ca, najtežji od šestih in zelo redek (njegova izotopska številčnost je le 0,187 %), je podvržen dvojnemu beta razpadu z razpolovno dobo (4,39 ± 0,58)⋅10 19 let.

V kamninah in mineralih

Kalcij, ki se močno seli v zemeljski skorji in kopiči v različnih geokemičnih sistemih, tvori 385 mineralov (četrto največje število mineralov).

Največ kalcija vsebujejo silikati in aluminosilikati različnih kamnin (graniti, gnajsi itd.), predvsem glinenec - anortit Ca.

Kalcijevi minerali, kot so kalcit CaCO 3 , anhidrit CaSO 4 , alabaster CaSO 4 ·0,5H 2 O in sadra CaSO 4 ·2H 2 O, fluorit CaF 2 , apatiti Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl, OH), dolomit MgCO3 ·CaCO3. Prisotnost kalcijevih in magnezijevih soli v naravni vodi določa njeno trdoto.

Sedimentna kamnina, sestavljena predvsem iz kriptokristalnega kalcita, je apnenec (ena od njegovih različic je kreda). Regionalni metamorfozem spremeni apnenec v marmor.

Migracije v zemeljski skorji

Pri naravni migraciji kalcija ima pomembno vlogo "karbonatno ravnovesje", povezano z reverzibilno reakcijo interakcije kalcijevega karbonata z vodo in ogljikovim dioksidom s tvorbo topnega 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)^(-))))

(ravnovesje se premakne v levo ali desno glede na koncentracijo ogljikovega dioksida).

Biogene migracije igrajo veliko vlogo.

V biosferi

Kalcijeve spojine najdemo v skoraj vseh živalskih in rastlinskih tkivih (glej spodaj). Precejšnje količine kalcija najdemo v živih organizmih. Tako je hidroksiapatit Ca 5 (PO 4) 3 OH ali v drugem zapisu 3Ca 3 (PO 4) 2 ·Ca(OH) 2 osnova kostnega tkiva vretenčarjev, vključno s človekom; Lupine in oklepi mnogih nevretenčarjev, jajčne lupine itd. so iz kalcijevega karbonata CaCO 3. V živih tkivih ljudi in živali je 1,4-2% Ca (masni delež); v človeškem telesu, ki tehta 70 kg, je vsebnost kalcija približno 1,7 kg (predvsem v medcelični snovi kostnega tkiva).

potrdilo o prejemu

Prosti kovinski kalcij pridobivamo z elektrolizo taline, sestavljene iz CaCl 2 (75-80 %) in KCl ali iz CaCl 2 in CaF 2, ter z aluminotermično redukcijo CaO pri 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)))

Fizične lastnosti

Kovina kalcija obstaja v dveh alotropskih modifikacijah. Stabilen do 443 °C α-Ca s kubično mrežo s središčem ploskve (parameter A= 0,558 nm), bolj stabilen β-Ca s kubično mrežo s središčem telesa α-Fe(parameter a= 0,448 nm). Standardna entalpija Δ H 0 (\displaystyle \Delta H^(0)) prehod α → β je 0,93 kJ/mol.

S postopnim naraščanjem tlaka začne kazati lastnosti polprevodnika, vendar ne postane polprevodnik v polnem pomenu besede (tudi ni več kovina). Z nadaljnjim naraščanjem tlaka se vrne v kovinsko stanje in začne kazati superprevodne lastnosti (temperatura superprevodnosti je šestkrat višja od temperature živega srebra, po prevodnosti pa daleč presega vse druge elemente). Edinstveno obnašanje kalcija je v mnogih pogledih podobno stronciju (to pomeni, da so vzporednice v periodnem sistemu ohranjene).

Kemijske lastnosti

V nizu standardnih potencialov se kalcij nahaja levo od vodika. Standardni elektrodni potencial para Ca 2+ /Ca 0 je −2,84 V, tako da kalcij aktivno reagira z vodo, vendar brez vžiga:

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 .)))

Prisotnost raztopljenega kalcijevega bikarbonata v vodi v veliki meri določa začasno trdoto vode. Imenuje se začasno, ker ko voda zavre, bikarbonat razpade in CaCO 3 se obori. Ta pojav vodi na primer do tega, da se v kotličku sčasoma tvori vodni kamen.

Aplikacija

Glavna uporaba kovinskega kalcija je kot redukcijsko sredstvo pri proizvodnji kovin, zlasti niklja, bakra in nerjavnega jekla. Kalcij in njegov hidrid se uporabljata tudi za proizvodnjo kovin, ki jih je težko reducirati, kot so krom, torij in uran. Zlitine kalcija in svinca se uporabljajo v nekaterih vrstah baterij in pri proizvodnji ležajev. Kalcijeve granule se uporabljajo tudi za odstranjevanje sledi zraka iz vakuumskih naprav. Čista kalcijeva kovina se pogosto uporablja v metalotermiji za proizvodnjo elementov redkih zemelj.

Kalcij se pogosto uporablja v metalurgiji za deoksidacijo jekla, skupaj z aluminijem ali v kombinaciji z njim. Izvenpečna obdelava z žicami, ki vsebujejo kalcij, zavzema vodilno mesto zaradi večfaktorskega vpliva kalcija na fizikalno-kemijsko stanje taline, makro- in mikrostrukturo kovine, kakovost in lastnosti kovinskih izdelkov in je sestavni del del tehnologije proizvodnje jekla. V sodobni metalurgiji se za vnašanje kalcija v talino uporablja injekcijska žica, ki je kalcij (včasih silikokalcij ali aluminokalcij) v obliki prahu ali stisnjene kovine v jeklenem plašču. Skupaj z dezoksidacijo (odstranitev kisika, raztopljenega v jeklu), uporaba kalcija omogoča pridobivanje nekovinskih vključkov, ki so po naravi, sestavi in ​​obliki ugodni in se med nadaljnjimi tehnološkimi operacijami ne uničijo.

Izotop 48 Ca je eden od učinkovitih in pogosto uporabljenih materialov za proizvodnjo super težkih elementov in odkrivanje novih elementov periodnega sistema. To je zato, ker je kalcij-48 dvojno čarobno jedro, zato njegova stabilnost omogoča, da je dovolj bogat z nevtroni za lahko jedro; sinteza supertežkih jeder zahteva presežek nevtronov.

Biološka vloga

Koncentracija kalcija v krvi je zaradi njegovega pomena za številne vitalne procese natančno uravnavana in ob pravilnem prehranjevanju ter zadostnem uživanju manj mastnih mlečnih izdelkov in vitamina D do pomanjkanja ne pride. Dolgotrajno pomanjkanje kalcija in/ali vitamina D v prehrani poveča tveganje za osteoporozo, v otroštvu pa povzroči rahitis.

Opombe

1. Brinellova trdota 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 teže elementov 2011 (tehnično poročilo IUPAC) // Pure and Applied Chemistry. - 2013. - Letn. 85, št. 5. - Str. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
3. Uredništvo: Knunyants I. L. (glavni urednik). Kemijska enciklopedija: v 5 zvezkih - Moskva: Sovjetska enciklopedija, 1990. - T. 2. - P. 293. - 671 str. - 100.000 izvodov.
4. Riley J.P. in Skirrow G. Kemijska oceanografija V. 1, 1965.
5. Pritičenko B. Sistematika ovrednotenih razpolovnih časov dvojnega beta razpada // Nuclear Data Sheets. - 2014. - Junij (zv. 120). - strani 102-105. - ISSN 0090-3752. - DOI:10.1016/j.nds.2014.07.018.[popraviti]
6. Pritičenko B. Seznam sprejetih razpadnih vrednosti dvojne bete (ββ). (nedoločeno) . Nacionalni jedrski podatkovni center, Nacionalni laboratorij Brookhaven. Pridobljeno 6. decembra 2015.
7. Chemist's Handbook / Uredniški odbor: Nikolsky B. P. in drugi - 2. izdaja, revidirana. - M.-L.: Kemija, 1966. - T. 1. - 1072 str.
8. Časopis. RU: Tlačni elementi
9. Kalcij // Velika sovjetska enciklopedija: [v 30 zvezkih] / pog. izd. A. M. Prohorov. - 3. izd. - M.: Sovjetska enciklopedija, 1969-1978.
10. Dyudkin D. A., Kisilenko V. V. Vpliv različnih dejavnikov na absorpcijo kalcija iz polnjene žice s kompleksnim polnilom SK40 (rusko) // Elektrometalurgija: revija. - 2009. - Maj (št. 5). - Str. 2-6.
11. Mihajlov G. G., Černova L. A. Termodinamična analiza procesov deoksidacije jekla s kalcijem in aluminijem (rusko) // Elektrometalurgija: revija. - 2008. - Marec (št. 3). - Str. 6-8.
12. Lupinasti model jedra
13. Odbor Medicinskega inštituta (ZDA) za pregled referenčnih vnosov vitamina D in kalcija s hrano; Ross AC, Taylor CL, Yaktine AL, Del Valle HB, uredniki (2011).

Kalcij je kemijski element II. skupine z atomskim številom 20 v periodnem sistemu, označen s simbolom Ca (lat. Calcium). Kalcij je mehka zemeljsko alkalijska kovina srebrno sive barve.

Element 20 periodnega sistema Ime elementa izhaja iz lat. calx (v rodilniku calcis) - "apno", "mehak kamen". Predlagal ga je angleški kemik Humphry Davy, ki je leta 1808 izoliral kovinski kalcij.
Kalcijeve spojine - apnenec, marmor, sadra (pa tudi apno - produkt žganja apnenca) so se v gradbeništvu uporabljale že pred več tisoč leti.
Kalcij je eden najpogostejših elementov na Zemlji. Kalcijeve spojine najdemo v skoraj vseh živalskih in rastlinskih tkivih. Predstavlja 3,38 % mase zemeljske skorje (5. najpogostejši za kisikom, silicijem, aluminijem in železom).

Iskanje kalcija v naravi

Zaradi visoke kemijske aktivnosti se kalcij v naravi ne pojavlja v prosti obliki.
Kalcij predstavlja 3,38 % mase zemeljske skorje (5. najpogostejši za kisikom, silicijem, aluminijem in železom). Vsebnost elementa v morski vodi je 400 mg/l.

Izotopi

Kalcij se v naravi pojavlja kot mešanica šestih izotopov: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca in 48Ca, od katerih najpogostejši, 40Ca, predstavlja 96,97 %. Kalcijeva jedra vsebujejo magično število protonov: Z = 20. Izotopi
40
20
Ca20 in
48
20
Ca28 sta dve od petih jeder, ki obstajajo v naravi z dvakratnim magičnim številom.
Od šestih naravnih izotopov kalcija jih je pet stabilnih. Šesti izotop 48Ca, najtežji od šestih in zelo redek (njegova izotopska številčnost je le 0,187 %), je podvržen dvojnemu beta razpadu z razpolovno dobo 1,6 1017 let.

V kamninah in mineralih

Največ kalcija je v silikatih in aluminosilikatih različnih kamnin (graniti, gnajsi itd.), predvsem v glinencu - Ca anortitu.
V obliki sedimentnih kamnin so kalcijeve spojine predstavljene s kredo in apnenci, sestavljenimi predvsem iz minerala kalcita (CaCO3). Kristalna oblika kalcita – marmor – je v naravi veliko manj pogosta.
Kalcijevi minerali, kot so kalcit CaCO3, anhidrit CaSO4, alabaster CaSO4 0,5H2O in sadra CaSO4 2H2O, fluorit CaF2, apatit Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), dolomit MgCO3 CaCO3 so precej razširjeni. Prisotnost kalcijevih in magnezijevih soli v naravni vodi določa njeno trdoto.
Kalcij, ki se močno seli v zemeljski skorji in kopiči v različnih geokemičnih sistemih, tvori 385 mineralov (četrto največje število mineralov).

Biološka vloga kalcija

Kalcij je pogosto makrohranilo v telesu rastlin, živali in ljudi. Pri ljudeh in drugih vretenčarjih se ga največ nahaja v okostju in zobeh. Kalcij se nahaja v kosteh v obliki hidroksiapatita. »Okestja« večine skupin nevretenčarjev (spužev, koralnih polipov, mehkužcev itd.) so zgrajena iz različnih oblik kalcijevega karbonata (apna). Kalcijevi ioni so vključeni v procese strjevanja krvi, služijo pa tudi kot eden od univerzalnih sekundarnih prenašalcev sporočil znotraj celic in uravnavajo različne znotrajcelične procese - krčenje mišic, eksocitozo, vključno z izločanjem hormonov in nevrotransmiterjev. Koncentracija kalcija v citoplazmi človeških celic je okoli 10-4 mmol/l, v medceličnih tekočinah pa okoli 2,5 mmol/l.

Potrebe po kalciju so odvisne od starosti. Za odrasle, stare od 19 do 50 let, in otroke, stare od 4 do vključno 8 let, je dnevna potreba (RDA) 1000 mg (vsebovano v približno 790 ml mleka z 1% vsebnostjo maščobe), za otroke, stare od 9 do vključno 18 let - 1300 mg na dan (v približno 1030 ml mleka z vsebnostjo maščobe 1%). V adolescenci je zaradi hitre rasti okostja zelo pomembno uživanje zadostne količine kalcija. Vendar pa po raziskavah v ZDA samo 11 % deklet in 31 % fantov, starih od 12 do 19 let, zadovolji svoje potrebe. Pri uravnoteženi prehrani večina kalcija (približno 80%) vstopi v otrokovo telo z mlečnimi izdelki. Preostali kalcij prihaja iz žit (vključno s polnozrnatim kruhom in ajdo), stročnic, pomaranč, zelenjave in oreščkov. "Mlečni" izdelki na osnovi mlečne maščobe (maslo, smetana, kisla smetana, sladoled na osnovi smetane) praktično ne vsebujejo kalcija. Več mlečne maščobe vsebuje mlečni izdelek, manj kalcija vsebuje. Absorpcija kalcija v črevesju poteka na dva načina: transcelularno (transcelularno) in medcelično (paracelularno). Prvi mehanizem je posredovan z delovanjem aktivne oblike vitamina D (kalcitriola) in njegovih črevesnih receptorjev. Ima pomembno vlogo pri nizkem do zmernem vnosu kalcija. Z večjo vsebnostjo kalcija v prehrani začne pomembno vlogo igrati medcelična absorpcija, ki je povezana z velikim gradientom koncentracije kalcija. Zaradi transceličnega mehanizma se kalcij v večji meri absorbira v dvanajstniku (zaradi tam največje koncentracije receptorjev za kalcitriol). Zaradi medceličnega pasivnega prenosa je absorpcija kalcija najbolj aktivna v vseh treh delih tankega črevesa. Paracelularno absorpcijo kalcija spodbuja laktoza (mlečni sladkor).

Absorpcijo kalcija zavirajo nekatere živalske maščobe (vključno maščoba kravjega mleka in goveja maščoba, vendar ne mast) in palmovo olje. Palmitinska in stearinska maščobna kislina, ki ju vsebujejo takšne maščobe, se med prebavo v črevesju odcepita in v prosti obliki trdno vežeta kalcij ter tvorita kalcijev palmitat in kalcijev stearat (netopna mila). V obliki tega mila se tako kalcij kot maščoba izgubita z blatom. Ta mehanizem je odgovoren za zmanjšano absorpcijo kalcija, zmanjšano mineralizacijo kosti in zmanjšano posredno merjenje trdnosti kosti pri dojenčkih, ki uporabljajo formule za dojenčke na osnovi palmovega olja (palmovega oleina). Pri takšnih otrocih je nastajanje kalcijevih mila v črevesju povezano s strjevanjem blata, zmanjšanjem njegove frekvence, pa tudi s pogostejšim regurgitacijo in kolikami.

Koncentracija kalcija v krvi je zaradi njegovega pomena za številne vitalne procese natančno uravnavana in ob pravilnem prehranjevanju ter zadostnem uživanju manj mastnih mlečnih izdelkov in vitamina D do pomanjkanja ne pride. Dolgotrajno pomanjkanje kalcija in/ali vitamina D v prehrani poveča tveganje za osteoporozo in povzroči rahitis v otroštvu.

Prekomerni odmerki kalcija in vitamina D lahko povzročijo hiperkalcemijo. Največji varni odmerek za odrasle, stare od 19 do vključno 50 let, je 2500 mg na dan (približno 340 g edamskega sira).

Toplotna prevodnost

Med vsemi elementi periodnega sistema je mogoče prepoznati več, brez katerih se v živih organizmih ne le razvijajo različne bolezni, ampak je na splošno nemogoče normalno živeti in rasti. Eden od teh je kalcij.

Zanimivo je, da ko govorimo o tej kovini kot o enostavni snovi, za človeka nima nobene koristi, celo škode. Vendar pa takoj, ko omeniš ione Ca 2+, se takoj pojavi veliko točk, ki označujejo njihov pomen.

Položaj kalcija v periodnem sistemu

Karakterizacija kalcija, kot katerega koli drugega elementa, se začne z navedbo njegovega položaja v periodnem sistemu. Konec koncev omogoča, da se veliko naučimo o danem atomu:

• jedrski naboj;
• število elektronov in protonov, nevtronov;
• oksidacijsko stanje, najvišje in najnižje;
• elektronsko konfiguracijo in druge pomembne stvari.

Element, ki ga obravnavamo, se nahaja v četrti veliki periodi druge skupine, glavne podskupine, in ima zaporedno številko 20. Tudi periodni kemijski sistem prikazuje atomsko težo kalcija - 40,08, kar je povprečna vrednost obstoječih izotopov danega atoma.

Oksidacijsko stanje je ena, vedno konstantna, enaka +2. Formula CaO. Latinsko ime za element je kalcij, od tod tudi simbol za atom Ca.

Značilnosti kalcija kot enostavne snovi

V normalnih pogojih je ta element kovina, srebrno bele barve. Formula kalcija kot enostavne snovi je Ca. Zaradi visoke kemijske aktivnosti je sposoben tvoriti številne spojine, ki pripadajo različnim razredom.

V trdnem agregatnem stanju ni del človeškega telesa, zato je pomemben za industrijske in tehnične potrebe (predvsem kemične sinteze).

Je ena najpogostejših kovin v zemeljski skorji, približno 1,5 %. Spada v zemeljsko alkalijsko skupino, saj ob raztopljenem v vodi tvori alkalije, v naravi pa ga najdemo v obliki številnih mineralov in soli. Veliko kalcija (400 mg/l) vsebuje morska voda.

Kristalna celica

Značilnosti kalcija so razložene s strukturo kristalne mreže, ki je lahko dveh vrst (ker obstaja alfa in beta oblika):

• kubična ploskev s središčem;
• prostorsko osredotočen.

Vrsta vezi v molekuli je kovinska, na mrežnih mestih so, kot pri vseh kovinah, atomski ioni.

Biti v naravi

V naravi obstaja več glavnih snovi, ki vsebujejo ta element.

1. Morska voda.
2. Kamnine in minerali.
3. Živi organizmi (lupine in školjke, kostno tkivo itd.).
4. Podzemna voda v zemeljski skorji.

Naslednje vrste kamnin in mineralov lahko opredelimo kot naravne vire kalcija.

1. Dolomit je mešanica kalcijevega in magnezijevega karbonata.
2. Fluorit je kalcijev fluorid.
3. Sadra - CaSO 4 2H 2 O.
4. Kalcit - kreda, apnenec, marmor - kalcijev karbonat.
5. Alabaster - CaSO 4 ·0,5 H 2 O.
6. Apatiti.

Skupno je približno 350 različnih mineralov in kamnin, ki vsebujejo kalcij.

Metode pridobivanja

Dolgo časa ni bilo mogoče izolirati kovine v prosti obliki, saj je njena kemična aktivnost visoka in je v naravi ni mogoče najti v čisti obliki. Zato je bil do 19. stoletja (1808) zadevni element še ena skrivnost, ki jo je predstavljal periodni sistem.

Angleškemu kemiku Humphryju Davyju je uspelo sintetizirati kalcij kot kovino. On je prvi odkril posebnosti interakcije talin trdnih mineralov in soli z električnim tokom. Danes je najbolj relevanten način pridobivanja te kovine elektroliza njenih soli, kot so:

• mešanica kalcijevih in kalijevih kloridov;
• mešanica fluorida in kalcijevega klorida.

Prav tako je možno ekstrahirati kalcij iz njegovega oksida z aluminotermijo, običajno metodo v metalurgiji.

Fizične lastnosti

Značilnosti kalcija glede na fizikalne parametre lahko opišemo v več točkah.

1. Agregatno stanje je v normalnih pogojih trdno.
2. Tališče - 842 0 C.
3. Kovina je mehka in jo je mogoče rezati z nožem.
4. Barva - srebrno bela, sijoča.
5. Ima dobre prevodne in toplotno prevodne lastnosti.
6. Pri daljšem segrevanju se spremeni v tekoče, nato v parno stanje in izgubi svoje kovinske lastnosti. Vrelišče 1484 0 C.

Fizikalne lastnosti kalcija imajo eno posebnost. Ko na kovino deluje pritisk, ta v določenem trenutku izgubi svoje kovinske lastnosti in sposobnost električnega prevoda. Vendar pa se z nadaljnjim povečanjem izpostavljenosti ponovno obnovi in ​​se manifestira kot superprevodnik, ki je v teh indikatorjih nekajkrat višji od drugih elementov.

Kemijske lastnosti

Aktivnost te kovine je zelo visoka. Zato obstaja veliko interakcij, v katere vstopa kalcij. Reakcije z vsemi nekovinami so zanj običajne, saj je kot reducent zelo močan.

1. V normalnih pogojih zlahka reagira v ustrezne binarne spojine s: halogeni, kisikom.
2. Pri segrevanju: vodik, dušik, ogljik, silicij, fosfor, bor, žveplo in drugi.
3. Na prostem takoj stopi v interakcijo z ogljikovim dioksidom in kisikom, zato se prekrije s sivo prevleko.
4. Burno reagira s kislinami, včasih povzroči vnetje.

Zanimive lastnosti kalcija se pokažejo, ko gre za soli. Čudovite jame, ki rastejo na stropu in stenah, torej niso nič drugega kot nastale skozi čas iz vode, ogljikovega dioksida in bikarbonata pod vplivom procesov v podzemnih vodah.

Glede na to, kako aktivna je kovina v normalnem stanju, jo tako kot alkalne kovine hranimo v laboratorijih. V temni stekleni posodi, s tesno zaprtim pokrovom in pod plastjo kerozina ali parafina.

Kvalitativna reakcija na kalcijev ion je obarvanje plamena v lepo, bogato opečnato rdečo barvo. Kovino v sestavi spojin lahko prepoznate tudi po netopnih oborinah nekaterih njenih soli (kalcijev karbonat, fluorid, sulfat, fosfat, silikat, sulfit).

Kovinske povezave

Vrste kovinskih spojin so naslednje:

• oksid;
• hidroksid;
• kalcijeve soli (srednje, kisle, bazične, dvojne, kompleksne).

Kalcijev oksid, znan kot CaO, se uporablja za izdelavo gradbenega materiala (apno). Če oksid pogasimo z vodo, dobimo ustrezen hidroksid, ki ima lastnosti alkalije.

Različne kalcijeve soli, ki se uporabljajo v različnih sektorjih gospodarstva, so velikega praktičnega pomena. Zgoraj smo že omenili, kakšne vrste soli obstajajo. Navedimo primere vrst teh povezav.

1. Srednje soli - karbonat CaCO 3, fosfat Ca 3 (PO 4) 2 in druge.
2. Kislo - vodikov sulfat CaHSO 4.
3. Glavni so bikarbonat (CaOH) 3 PO 4.
4. Kompleks - Cl 2.
5. Dvojno - 5Ca(NO 3) 2 *NH 4 NO 3 *10H 2 O.

Prav v obliki spojin tega razreda je kalcij pomemben za biološke sisteme, saj so soli vir ionov za telo.

Biološka vloga

Zakaj je kalcij pomemben za človeško telo? Razlogov je več.

1. Ioni tega elementa so del medcelične snovi in ​​tkivne tekočine, sodelujejo pri uravnavanju mehanizmov vzbujanja, proizvodnji hormonov in nevrotransmiterjev.
2. Kalcij se kopiči v kosteh in zobni sklenini v količini približno 2,5 % celotne telesne teže. To je precej in igra pomembno vlogo pri krepitvi teh struktur, ohranjanju njihove moči in stabilnosti. Brez tega je rast telesa nemogoča.
3. Strjevanje krvi je odvisno tudi od zadevnih ionov.
4. Je del srčne mišice, sodeluje pri njenem vzbujanju in krčenju.
5. Je udeleženec v procesih eksocitoze in drugih znotrajceličnih sprememb.

Če količina zaužitega kalcija ni dovolj, potem bolezni, kot so:

• rahitis;
• osteoporoza;
• bolezni krvi.

Dnevni vnos za odraslo osebo je 1000 mg, za otroke nad 9 let pa 1300 mg. Da bi preprečili presežek tega elementa v telesu, ne smete preseči navedenega odmerka. V nasprotnem primeru se lahko razvijejo črevesne bolezni.

Za vsa ostala živa bitja pa kalcij ni nič manj pomemben. Na primer, čeprav mnogi nimajo okostja, so njihova zunanja sredstva krepitve tudi tvorbe te kovine. Med njimi:

• lupinar;
• školjke in ostrige;
• gobice;
• koralni polipi.

Vsi nosijo na hrbtu ali načeloma v procesu življenja tvorijo določeno zunanje okostje, ki jih ščiti pred zunanjimi vplivi in ​​plenilci. Njegova glavna sestavina so kalcijeve soli.

Vretenčarji, tako kot ljudje, potrebujejo te ione za normalno rast in razvoj in jih prejemajo s hrano.

Obstaja veliko možnosti, s katerimi je mogoče dopolniti manjkajoči element v telesu. Najboljše so seveda naravne metode - izdelki, ki vsebujejo želeni atom. Če pa je to iz nekega razloga nezadostno ali nemogoče, je sprejemljiva tudi medicinska pot.

Torej, seznam živil, ki vsebujejo kalcij, je nekako takole:

• mlečni in fermentirani mlečni izdelki;
• ribe;
• zelenje;
• žita (ajda, riž, pecivo iz polnozrnate moke);
• nekaj citrusov (pomaranče, mandarine);
• stročnice;
• vsi oreščki (zlasti mandlji in orehi).

Če ste alergični na nekatera živila ali jih ne morete jesti iz drugega razloga, bodo pripravki, ki vsebujejo kalcij, pomagali obnoviti raven potrebnega elementa v telesu.

Vse so soli te kovine, ki imajo sposobnost, da jih telo zlahka absorbira, hitro absorbira v kri in črevesje. Med njimi so najbolj priljubljeni in uporabljeni naslednji.

1. Kalcijev klorid - raztopina za injiciranje ali za peroralno uporabo pri odraslih in otrocih. Razlikuje se po koncentraciji soli v sestavi, uporablja se za "vroče injekcije", saj ob injiciranju povzroči točno ta občutek. Obstajajo oblike s sadnim sokom za lažjo peroralno uporabo.
2. Na voljo v obliki tablet (0,25 ali 0,5 g) in raztopin za intravensko injiciranje. Pogosto v obliki tablet vsebuje različne sadne dodatke.
3. Kalcijev laktat - na voljo v tabletah po 0,5 g.