20 Кальцій

Історія відкриття:

Природні сполуки кальцію (крейда, мармур, вапняк, гіпс) і продукти їх найпростішої переробки (вапно) були відомі людям з давніх часів. У 1808 р англійський хімік Хемфрі Деві піддав електролізу вологу гашене вапно (гідроксид кальцію) з ртутним катодом і отримав амальгаму кальцію (сплав кальцію з ртуттю). З цього сплаву, відігнавши ртуть Деві отримав чистий кальцій.
Він же запропонував назву нового хімічного елемента, від латинського "сalx" так називали назву вапняку, крейди та інших м'яких каменів.

Знаходження в природі і отримання:

Кальцій - п'ятий за поширеністю елемент в земній корі (більше 3%), утворює безліч порід, в основі багатьох з яких - карбонат кальцію. Деякі з цих порід мають органічне походження (черепашник), що показує важливу роль кальцію в живій природі. Природний кальцій - суміш 6 ізотопів з масовими числами від 40 до 48, причому на 40 Ca припадає 97% загальної кількості. Ядерними реакціями отримані й інші ізотопи кальцію, наприклад радіоактивний 45 Ca.
Для отримання простого речовини кальцію використовується електроліз розплавів його солей або алюмотермія:
4CaO + 2Al = Ca (AlO2) 2 + 3Ca

Фізичні властивості:

Сріблясто-сірий метал з кубічної гранецентрированной гратами, значно жорсткіший, ніж лужні метали. Температура плавлення 842 ° C, кипіння 1484 ° C, щільність 1,55 г / см 3. При високому тиску і температурах близько 20K переходить в стан надпровідника.

Хімічні властивості:

Кальцій не настільки активний як лужні метали, проте його доводиться зберігати під шаром мінерального масла або в щільно запаяних металевих барабанах. Вже при звичайній температурі він реагує з киснем і азотом повітря, а також з водяними парами. При нагріванні згоряє на повітрі червоно-оранжевим полум'ям, утворюючи оксид з домішкою нітридів. Подібно магнію кальцій продовжує горіти в атмосфері вуглекислого газу. При нагріванні реагує з іншими неметалами, утворюють не завжди очевидні за складом з'єднання, наприклад:
Ca + 6B = CaB6 або Ca + P => Ca3 P2 (а також CaP або CaP5)
У всіх своїх сполуках кальцій має ступінь окислення +2.

Найважливіші сполуки:

Оксид кальцію CaO - ( "негашене вапно") речовина білого кольору, лужної оксид, енергійно реагує з водою ( "гаситься") переходячи в гідроксид. Отримують термічним розкладанням карбонату кальцію.

Гідроксид кальцію Ca (OH) 2 - ( "гашене вапно") білий порошок, мало розчинний у воді (0,16г / 100г), сильний луг. Розчин ( "вапняна вода") використовується для виявлення вуглекислого газу.

Карбонат кальцію CaCO3 - основа більшості природних мінералів кальцію (крейда, мармур, вапняк, черепашник, кальцит, ісландський шпат). У чистому вигляді речовина білого кольору або безбарвні. кристали, При нагріванні (900-1000 С) розкладається, утворюючи оксид кальцію. Чи не р-рим, реагує з кислотами, здатний розчинятися у воді, насиченою вуглекислим газом, переходячи в гідрокарбонат: CaCO3 + CO2 + H2 O = Ca (HCO3) 2. Зворотний процес призводить до появи відкладень карбонату кальцію, зокрема таких утворень, як сталактити і сталагміти
Зустрічається в природі також в складі доломіту CaCO3 * MgCO3

Сульфат кальцію CaSO4 - речовина білого кольору, в природі CaSO4 * 2H2 O ( "гіпс", "селенит"). Останній при обережному нагріванні (180 С) переходить в CaSO4 * 0,5H2 O ( "палений гіпс", "алебастр") - білий порошок, при замішуванні з водою знову утворює CaSO4 * 2H2 O у вигляді твердого, досить міцного матеріалу. Мало розчинний у воді, в надлишку сірчаної кислоти здатний розчинятися, утворюючи гидросульфат.

Фосфат кальцію Ca3 (PO4) 2 - ( "фосфорит"), не розчиняється, під дією сильних кислот переходить в більш розчинні гідро- і дигідрофосфат кальцію. Вихідна сировина для отримання фосфору, фосфорної кислоти, фосфорних добрив. Фосфати кальцію входять також до складу апатитів, природних сполук з приблизною формулою Са5 [PO4] 3 Y, де Y = F, Cl, або ОН, відповідно фтор, хлор, або гідроксиапатит. Поряд з фосфоритом апатити входять до складу кісткового скелета багатьох живих організмів, в т.ч. і людини.

Фторид кальцію CaF2 - (природні п .: "флюорит", "плавиковий шпат"), нерозчинний в-во білого кольору. Природні мінерали мають різноманітні забарвлення, обумовлені домішками. Світиться в темряві при нагріванні і при УФ-опроміненні. Збільшує плинність ( "плавкість") шлаків при отриманні металів, ніж обумовлено його застосування в якості флюсу.

Хлорид кальцію CaCl2 - бесцв. крист. в-во добре р-рімое в воді. Утворює кристаллогидрат CaCl2 * 6H2 O. Безводний ( "плавлений") хлорид кальцію - хороший осушувач.

Нітрат кальцію Ca (NO3) 2 - ( "кальцієва селітра") бесцв. крист. в-во добре р-рімое в воді. Складова частина піротехнічних складів, що додає полум'я червоно-помаранчевий колір.

Карбід кальцію CaС2 - реагує з водою, к-тами утворюючи ацетилен, напр. CaС2 + H2 O = С2 H2 + Ca (OH) 2

застосування:

Металевий кальцій використовується як сильний відновник при отриманні деяких трудновосстанавліевих металів ( "кальціетермія"): хром, РЗЕ, торій, уран і ін. В металургії міді, нікелю, спеціальних сталей і бронз кальцій і його сплави використовується для видалення шкідливих домішок сірки, фосфору, надлишкового вуглецю.
Кальцій використовується також для зв'язування малих кількостей кисню та азоту при отриманні глибокого вакууму та очищення інертних газів.
Нейтрон-надлишкові іони 48 Ca використовуються для синтезу нових хімічних елементів, наприклад елемента №114, Флерова >>. Інший ізотоп кальцію, 45 Ca. використовується як радіоактивна мітка при дослідженнях біологічної ролі кальцію і його міграції в навколишньому середовищі.

Основною областю застосування численних з'єднань кальцію є виробництво будівельних матеріалів (цемент, будівельні суміші, гіпсокартон і т.д.).