Қандай заттардың құрамында кальций бар? Кальций химиялық элемент ретінде, оның рөлі

Кальций—екінші топтың негізгі топшасының элементі, төртінші кезең мерзімді кестеД.И.Менделеевтің химиялық элементтері, атомдық нөмірі 20. Ca таңбасымен белгіленеді (лат. Кальций). Кальцийдің қарапайым заты (CAS нөмірі: 7440-70-2) жұмсақ, химиялық белсенді сілтілі жер металы, күміс- ақ.

Атаудың шығу тарихы мен шығу тегі

Элементтің аты лат тілінен шыққан. calx (генитивтік жағдайда calcis) - «әк», «жұмсақ тас». Оны 1808 жылы электролиттік әдіспен кальций металын бөліп алған ағылшын химигі Хамфри Дэви ұсынған. Дэви дымқыл сөнген әк пен сынап оксиді HgO қоспасын анод қызметін атқарған платина пластинасында электролиздеді. Катод сұйық сынапқа батырылған платина сымы болды. Электролиз нәтижесінде кальций амальгамасы алынды. Одан сынапты тазартып, Дэви кальций деп аталатын металды алды. Кальций қосылыстары – әктас, мәрмәр, гипс (сонымен қатар әк – әктастың күйдіру өнімі) құрылыста бірнеше мың жыл бұрын қолданылған. 18 ғасырдың аяғына дейін химиктер әкті қарапайым қатты зат деп есептеді. 1789 жылы А.Лавуазье әк, магнезия, барит, глинозем және кремний диоксиді күрделі заттарға жатады.

Табиғатта болу

Химиялық белсенділігі жоғары болғандықтан, кальций табиғатта бос күйінде кездеспейді.

Кальций жер қыртысының массасының 3,38% құрайды (оттегі, кремний, алюминий және темірден кейінгі 5-ші орын).

Изотоптар

Кальций табиғатта алты изотоптың қоспасы ретінде кездеседі: 40 Са, 42 Са, 43 Са, 44 Са, 46 Са және 48 Са, олардың ішінде ең көп таралғаны 40 Са және 96,97% құрайды.

Кальцийдің алты табиғи изотоптарының бесеуі тұрақты. Алтыншы изотоп 48 Ca, алтауының ішіндегі ең ауыры және өте сирек (оның изотоптық молдығы тек 0,187%), жартылай ыдырау кезеңі 5,3 x 10 19 жыл болатын қос бета ыдырауына ұшырайтыны жақында ашылды.

Тау жыныстары мен минералдарда

Кальцийдің көп бөлігі әртүрлі тау жыныстарының (граниттер, гнейстер және т.б.) силикаттар мен алюмосиликаттарда, әсіресе дала шпаты – анортит Сада болады.

Шөгінді жыныстар түрінде кальций қосылыстары негізінен минералды кальциттен (CaCO 3) тұратын бор және әктастармен ұсынылған. Кальциттің кристалдық түрі - мәрмәр табиғатта әлдеқайда аз кездеседі.

Кальций минералдары, мысалы, кальцит CaCO 3 , ангидрит CaSO 4 , алебастр CaSO 4 ·0,5H 2 O және гипс CaSO 4 ·2H 2 O, флюорит CaF 2, апатиттер Са 5 (PO 4) 3 (F,Cl, OH), доломит MgCO 3 · CaCO 3 . Табиғи суда кальций мен магний тұздарының болуы оның кермектігін анықтайды.

Кальций жер қыртысында қарқынды қоныс аударып, әртүрлі геохимиялық жүйелерде жинақталады, 385 минералды құрайды (минералдардың саны бойынша төртінші).

Жер қыртысындағы миграция

Кальцийдің табиғи миграциясында кальций карбонатының сумен және көмірқышқыл газымен әрекеттесуінің еритін бикарбонаттың түзілуімен қайтымды реакциясымен байланысты «карбонатты тепе-теңдік» маңызды рөл атқарады:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ↔ Ca (HCO 3) 2 ↔ Ca 2+ + 2HCO 3 -

(көмірқышқыл газының концентрациясына байланысты тепе-теңдік солға немесе оңға ығысады).

Биогенді миграция үлкен рөл атқарады.

Биосферада

Кальций қосылыстары жануарлар мен өсімдіктердің барлық дерлік ұлпаларында кездеседі (сонымен қатар төменде қараңыз). Кальцийдің едәуір мөлшері тірі организмдерде кездеседі. Сонымен, гидроксиапатит Ca 5 (PO 4) 3 OH, немесе басқа жазбада 3Ca 3 (PO 4) 2 ·Ca(OH) 2, омыртқалы жануарлардың, соның ішінде адамның сүйек тінінің негізі болып табылады; Көптеген омыртқасыздардың, жұмыртқа қабықтарының және т.б. қабықтары мен қабықтары кальций карбонаты СаСО 3. Адам мен жануарлардың тірі ұлпаларында 1,4-2% Са (массалық үлес бойынша) болады; Салмағы 70 кг адам ағзасында кальций мөлшері шамамен 1,7 кг құрайды (негізінен сүйек тінінің жасушааралық затында).

Түбіртек

Еркін металл кальцийді CaCl 2 (75-80%) және KCl немесе CaCl 2 және CaF 2 тұратын балқыманы электролиздеу, сонымен қатар 1170-1200 °C температурада СаО алюминотермиялық тотықсыздандыру арқылы алады:

4CaO + 2Al = CaAl 2 O 4 + 3Ca.

Қасиеттер

Физикалық қасиеттері

Кальций металы екі аллотроптық модификацияда болады. 443 °C-қа дейін, текше беті орталықтандырылған торы бар α-Ca (параметр a = 0,558 нм) тұрақты, α-Fe типті текше денеге бағытталған торы бар β-Ca (параметр a = 0,448 нм) неғұрлым тұрақты. Стандартты энтальпия Δ Х 0 өту α → β 0,93 кДж/моль.

Химиялық қасиеттері

Стандартты потенциалдар қатарында кальций сутегінің сол жағында орналасқан. Ca 2+ /Ca 0 жұбының стандартты электродтық потенциалы -2,84 В, сондықтан кальций сумен белсенді әрекеттеседі, бірақ тұтанусыз:

Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2 + Q.

Суда еріген кальций бикарбонатының болуы судың уақытша кермектігін анықтайды. Оны уақытша деп атайды, өйткені су қайнағанда бикарбонат ыдырап, СаСО 3 тұнбаға түседі. Бұл құбылыс, мысалы, шәйнекте уақыт өте келе қақ пайда болуына әкеледі.

Қолдану

Кальций металының қолданылуы

Металлотермия

Таза металдық кальций сирек металдарды алу үшін металлотермияда кеңінен қолданылады.

Қорытпаларды легірлеу

Қорғасынды легирлеу үшін таза кальций пайдаланылады, ол аккумуляторлық пластиналарды және техникалық қызмет көрсетпейтін стартерлік қорғасын-қышқылды аккумуляторларды өздігінен разрядтауы аз. Сондай-ақ металдық кальций жоғары сапалы кальций баббит BKA өндіру үшін пайдаланылады.

Ядролық синтез

48 Са изотопы аса ауыр элементтерді алу және периодтық жүйеде жаңа элементтерді ашу үшін ең тиімді және жиі қолданылатын материал болып табылады. Мысалы, үдеткіштерде аса ауыр элементтерді алу үшін 48 Са иондарын пайдаланған жағдайда, бұл элементтердің ядролары басқа «снарядтарды» (иондарды) пайдаланған кездегіге қарағанда жүздеген және мыңдаған есе тиімдірек түзіледі. металдарды тотықсыздандыру үшін, сондай-ақ цианамидті кальций алу үшін (кальций карбидін 1200 ° C азотта қыздыру арқылы реакция экзотермиялық, цианамидті пештерде жүргізіледі).

Кальций, сондай-ақ оның алюминий және магний бар қорытпалары анод ретінде резервтік жылу электр батареяларында қолданылады (мысалы, кальций-хроматты элемент). Кальций хроматы катод сияқты батареяларда қолданылады. Мұндай аккумуляторлардың ерекшелігі - жарамды күйде өте ұзақ сақтау мерзімі (онжылдықтар), кез келген жағдайда (кеңістікте, жоғары қысымда) жұмыс істеу мүмкіндігі және салмағы мен көлемі бойынша жоғары меншікті энергия. Кемшілігі: қысқа қызмет ету мерзімі. Мұндай батареялар қысқа уақыт ішінде орасан зор электр қуатын жасау қажет болған жағдайда қолданылады (баллистикалық зымырандар, кейбір ғарыш кемесіжәне т.б.).

Сонымен қатар, кальций қосылыстары остеопороздың алдын алуға арналған дәрі-дәрмектерге және жүкті әйелдер мен қарт адамдарға арналған витаминдік кешендерге кіреді.-

Кальцийдің биологиялық рөлі

Кальций өсімдіктердің, жануарлардың және адам ағзасындағы кең таралған макронутриент болып табылады. Адамдарда және басқа омыртқалы жануарларда оның көп бөлігі қаңқада және тістерде фосфаттар түрінде болады. Омыртқасыздардың көпшілігінің қаңқасы (губкалар, маржан полиптері, ұлулар және т.б.). Кальций иондары қанның ұю процестеріне, сондай-ақ қанның тұрақты осмостық қысымын қамтамасыз етуге қатысады. Кальций иондары сонымен қатар әмбебап екінші хабаршылардың бірі ретінде қызмет етеді және әртүрлі жасушаішілік процестерді реттейді - бұлшықет жиырылуын, экзоцитозды, оның ішінде гормондар мен нейротрансмиттерлердің секрециясын және т.б. Адам жасушаларының цитоплазмасында кальций концентрациясы шамамен 10−7 моль, жасушааралық сұйықтықтарда шамамен 10− 3 моль.

Кальцийдің қажеттілігі жасына байланысты. Ересектер үшін қажетті тәуліктік қабылдау 800-ден 1000 миллиграмға дейін (мг), ал балалар үшін 600-ден 900 мг-ға дейін, бұл қаңқаның қарқынды өсуіне байланысты балалар үшін өте маңызды. Адам ағзасына тамақпен бірге түсетін кальцийдің көп бөлігі сүт өнімдерінде, қалған кальций ет, балық және кейбір өсімдік өнімдерінде (әсіресе бұршақ дақылдарында) болады. Сіңуі тоқ және аш ішекте жүреді және қышқыл орта, D және С витамині, лактоза және қанықпаған май қышқылдары арқылы жеңілдетіледі. Кальций алмасуындағы магнийдің рөлі маңызды, оның жетіспеушілігімен кальций сүйектерден «жуылады» және бүйректе (бүйрек тастарында) және бұлшықеттерде сақталады.

Аспирин, қымыздық қышқылы және эстроген туындылары кальцийдің сіңуіне кедергі келтіреді. Қымыздық қышқылымен үйлескенде кальций бүйрек тастарының құрамдас бөлігі болып табылатын суда ерімейтін қосылыстар шығарады.

Қандағы кальций деңгейіне байланысты үлкен мөлшеронымен байланысты процестер нақты реттеледі және дұрыс тамақтану кезінде тапшылық болмайды. Диетадан ұзақ уақыт қалмау құрысуларды, буындардағы ауырсынуды, ұйқышылдықты, өсу ақауларын және іш қатуды тудыруы мүмкін. Тереңірек жетіспеушілік тұрақты бұлшықет спазмы мен остеопорозға әкеледі. Кофе мен алкогольді теріс пайдалану кальций тапшылығын тудыруы мүмкін, өйткені оның бір бөлігі несеппен шығарылады.

Кальций мен D витаминінің шамадан тыс дозалары гиперкальциемияны тудыруы мүмкін, содан кейін сүйектер мен тіндердің қарқынды кальцинациясы (негізінен зәр шығару жүйесіне әсер етеді). Ұзақ мерзімді артық бұлшықет және жүйке тіндерінің жұмысын бұзады, қанның ұюын арттырады және сүйек жасушаларының мырыштың сіңуін азайтады. Ересектер үшін ең жоғары тәуліктік қауіпсіз доза 1500-ден 1800 миллиграмға дейін.

Жүкті және бала емізетін әйелдер - 1500-ден 2000 мг-ға дейін.

Табиғи кальций қосылыстары (бор, мәрмәр, әктас, гипс) және оларды қарапайым өңдеуден алынған өнімдер (әк) адамдарға ежелден белгілі. 1808 жылы ағылшын химигі Хамфри Дэви дымқыл сөндірілген әкті (кальций гидроксиді) сынап катодымен электролиздеп, кальций амальгамасын (кальций мен сынап қорытпасы) алды. Осы қорытпадан сынапты тазартып, Дэви таза кальций алды.
Ол сондай-ақ әктас, бор және басқа да жұмсақ тастардың атын білдіретін латынның «calx» сөзінен жаңа химиялық элементтің атауын ұсынды.

Табиғатта табу және алу:

Кальций жер қыртысындағы бесінші элемент (3%-дан астам), көптеген тау жыныстарын құрайды, олардың көпшілігі кальций карбонатына негізделген. Бұл тау жыныстарының кейбіреулері тірі табиғатта кальцийдің маңызды рөлін көрсететін органикалық текті (қабық жыныс) болып табылады. Табиғи кальций массалық саны 40-тан 48-ге дейінгі 6 изотоптың қоспасы, 40 Са жалпы массаның 97% құрайды. Ядролық реакциялар кальцийдің басқа изотоптарын да түзді, мысалы, радиоактивті 45 Са.
Алу үшін қарапайым заткальций, балқытылған тұздардың электролизі немесе алюминотермия қолданылады:
4CaO + 2Al = Ca(AlO 2) 2 + 3Ca

Физикалық қасиеттері:

Күміс-сұр металл, текше беті орталықтандырылған торы бар, әлдеқайда қаттырақ сілтілік металдар. Балқу температурасы 842°С, қайнау температурасы 1484°С, тығыздығы 1,55 г/см3. Жоғары қысымда және шамамен 20 К температурада ол асқын өткізгіш күйге өтеді.

Химиялық қасиеттері:

Кальций сілтілі металдар сияқты белсенді емес, бірақ оны минералды май қабатының астында немесе тығыз жабылған металл барабандарда сақтау керек. Қазірдің өзінде қалыпты температурада ол ауадағы оттегімен және азотпен, сондай-ақ су буымен әрекеттеседі. Қыздырған кезде ол қызыл-қызғылт сары жалынмен ауада жанады, нитридтер қоспасы бар оксид түзеді. Магний сияқты, кальций де көмірқышқыл газы атмосферасында жануды жалғастырады. Қыздырған кезде ол басқа бейметалдармен әрекеттесіп, құрамында әрқашан айқын бола бермейтін қосылыстар түзеді, мысалы:
Ca + 6B = CaB 6 немесе Ca + P => Ca 3 P 2 (сонымен қатар CaP немесе CaP 5)
Барлық қосылыстарда кальцийдің тотығу дәрежесі +2.

Ең маңызды байланыстар:

Кальций оксиді СаО- («тез әк») ақ зат, сілтілі оксид, ол сумен күшті әрекеттеседі («сөндірген») гидроксидке айналады. Кальций карбонатының термиялық ыдырауы арқылы алынады.

Кальций гидроксиді Са(ОН) 2- («сөндірген әк») ақ ұнтақ, суда аз еритін (0,16г/100г), күшті сілті. Көмірқышқыл газын анықтау үшін ерітінді («әк суы») қолданылады.

Кальций карбонаты CaCO 3- табиғи кальций минералдарының көпшілігінің негізі (бор, мәрмәр, әктас, ұлутас, кальцит, Исландия шпаты). Таза түрінде зат ақ немесе түссіз. кристалдар.Қыздырғанда (900-1000 С) кальций оксидін түзіп ыдырайды. Р-жиек емес, қышқылдармен әрекеттеседі, көмірқышқыл газымен қаныққан суда ериді, бикарбонатқа айналады: CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2. Кері процесс кальций карбонаты шөгінділерінің, атап айтқанда сталактиттер мен сталагмиттер сияқты түзілімдердің пайда болуына әкеледі.
Ол сонымен қатар табиғатта доломит СаСО 3 * MgCO 3 құрамында кездеседі

Кальций сульфаты CaSO 4- ақ зат, табиғатта CaSO 4 * 2H 2 O («гипс», «селенит»). Соңғысы абайлап қыздырғанда (180 С) CaSO 4 *0,5H 2 O («күйдірілген гипс», «алебастр») – ақ ұнтаққа айналады, ол сумен араласқанда қайтадан CaSO 4 *2H 2 O түзеді. қатты, жеткілікті берік материал түрінде. Суда аздап ериді, күкірт сутегін түзе отырып, артық күкірт қышқылында ери алады.

Кальций фосфаты Ca 3 (PO 4) 2- («фосфорит»), ерімейтін, әсерінен күшті қышқылдареритін кальций гидро- және дигидроген фосфаттарына өтеді. Фосфор, фосфор қышқылы, фосфор тыңайтқыштарын өндіруге арналған шикізат. Кальций фосфаттары апатиттерге, шамамен Ca 5 3 Y формуласы бар табиғи қосылыстарға кіреді, мұндағы Y = F, Cl немесе OH, сәйкесінше, фтор, хлор немесе гидроксиапатит. Фосфоритпен қатар апатиттер көптеген тірі организмдердің сүйек қаңқасының бөлігі болып табылады, соның ішінде. және адам.

Кальций фториді CaF 2 - (табиғи:«флюорит», «фтор шпаты»), ақ түсті ерімейтін зат. Табиғи минералдар қоспаларға байланысты әртүрлі түстерге ие. Қыздыру кезінде және ультракүлгін сәулелену кезінде қараңғыда жарқырайды. Ол металдарды өндіру кезінде шлактардың өтімділігін («ерігіштігін») арттырады, бұл оның флюс ретінде қолданылуын түсіндіреді.

Кальций хлориді CaCl 2- түссіз христиан. Ол суда жақсы ериді. Кристалдық гидрат CaCl 2 *6H 2 O түзеді. Сусыз («балқытылған») кальций хлориді жақсы құрғатқыш болып табылады.

Кальций нитраты Са(NO 3) 2- («кальций нитраты») түссіз. христиан. Ол суда жақсы ериді. Жалынға қызыл-қызғылт сары түс беретін пиротехникалық композициялардың құрамдас бөлігі.

Кальций карбиді CaС 2- сумен әрекеттесіп, ацетилен түзеді, мысалы: CaС 2 + H 2 O = С 2 H 2 + Ca(OH) 2

Қолдану:

Металл кальций күшті тотықсыздандырғыш ретінде кейбір қиын тотықсыздандырылатын металдарды («кальциотермия»): хром, сирек жер элементтері, торий, уран және т.б. алуда қолданылады. Мыс, никель, арнайы болаттар мен қола металлургиясында , кальций және оның қорытпалары күкірттің, фосфордың, артық көміртегінің зиянды қоспаларын жою үшін қолданылады.
Кальций сонымен қатар жоғары вакуумды алу және инертті газдарды тазарту кезінде аз мөлшерде оттегі мен азотты байланыстыру үшін қолданылады.
Нейтрон-артық 48 Са иондары жаңа химиялық элементтерді синтездеу үшін қолданылады, мысалы, № 114 элемент, . Кальцийдің тағы бір изотопы, 45Са, кальцийдің биологиялық рөлін және оның қоршаған ортаға миграциясын зерттеуде радиоактивті іздеу құралы ретінде қолданылады.

Көптеген кальций қосылыстарын қолданудың негізгі саласы құрылыс материалдарын (цемент, құрылыс қоспалары, гипсокартон және т.б.) өндіру болып табылады.

Кальций омыртқалылардың ішкі қаңқасын да, көптеген омыртқасыздардың сыртқы қаңқасын да, жұмыртқа қабығын да құруға қажетті қосылыстар түзетін тірі ағзалардағы макроэлементтердің бірі. Кальций иондары жасушаішілік процестерді реттеуге де қатысады және қанның ұюын анықтайды. Балалық шақта кальцийдің жетіспеушілігі рахитке, егде жаста остеопорозға әкеледі. Кальцийдің көзі сүт өнімдері, қарақұмық, жаңғақтар, оның сіңуін Д витамині жеңілдетеді.Кальций жетіспесе, әртүрлі дәрілер қолданылады: кальцекс, кальций хлоридінің ерітіндісі, кальций глюконаты т.б.
Адам ағзасындағы кальцийдің массалық үлесі 1,4-1,7%, тәуліктік қажеттілігі 1-1,3 г (жасқа байланысты). Кальцийді шамадан тыс қабылдау гиперкальциемияға әкелуі мүмкін - оның қосылыстарының ішкі органдарда тұндырылуы, қан тамырларында қан ұйығыштарының пайда болуы. Дереккөздер:
Кальций (элемент) // Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Calcium (кіру күні: 3/01/2014).
Химиялық элементтердің танымал кітапханасы: Кальций. // URL: http://n-t.ru/ri/ps/pb020.htm (3/01/2014).

Уфа мемлекеттік мұнай техникалық университеті

Жалпы және аналитикалық химия кафедрасы

тақырыбы бойынша: «Кальций элементі. Қасиеттер, өндіріс, қолдану»

Дайындаған БТС-11-01 тобының студенті Прокаев Г.Л.

Доцент Краско С.А.

Кіріспе

Атаудың шығу тарихы мен шығу тегі

Табиғатта болу

Түбіртек

Физикалық қасиеттері

Химиялық қасиеттері

Кальций металының қолданылуы

Кальций қосылыстарын қолдану

Биологиялық рөл

Қорытынды

Әдебиеттер тізімі

Кіріспе

Кальций – екінші топтың негізгі топшасының элементі, Д.И.Менделеевтің химиялық элементтерінің периодтық жүйесінің төртінші периодының атомдық нөмірі 20. Ол Ca (лат. Кальций) белгісімен белгіленеді. Кальцийдің қарапайым заты (CAS нөмірі: 7440-70-2) - күмістей ақ түсті жұмсақ, реакцияға қабілетті сілтілі жер металы.

Кальций сілтілі жер металы деп аталады және S элементі ретінде жіктеледі. Сыртқы электрондық деңгейде кальцийдің екі электроны бар, сондықтан ол қосылыстар береді: CaO, Ca(OH)2, CaCl2, CaSO4, CaCO3 және т.б. Кальций типтік метал болып табылады - оның оттегіге жоғары жақындығы бар, олардың оксидтерінен барлық дерлік металдарды қалпына келтіреді және жеткілікті күшті Ca(OH)2 негізін құрайды.

№20 элементтің барлық жерде таралғанына қарамастан, тіпті химиктер де қарапайым кальцийді көрмеген. Бірақ бұл металл сыртқы түрі бойынша да, мінез-құлқы жағынан да сілтілі металдарға мүлдем ұқсамайды, олармен жанасу өрт пен күйіп қалу қаупі бар. Оны ауада қауіпсіз сақтауға болады, ол судан тұтанбайды.

Элементтік кальций ешқашан құрылымдық материал ретінде қолданылмайды. Ол бұл үшін тым белсенді. Кальций оттегімен, күкіртпен және галогендермен оңай әрекеттеседі. Тіпті азот пен сутекпен белгілі бір жағдайларда әрекеттеседі. Көптеген металдар үшін инертті көміртегі оксидтерінің ортасы кальций үшін агрессивті. Ол СО және СО2 атмосферасында жанады.

Атаудың шығу тарихы мен шығу тегі

Кальций қосылыстары – әктас, мәрмәр, гипс (сонымен қатар әк – әктастың күйдіру өнімі) құрылыста бірнеше мың жыл бұрын қолданылған. 18 ғасырдың аяғына дейін химиктер әкті қарапайым қатты зат деп есептеді. 1789 жылы А.Лавуазье әк, магнезия, барит, глинозем және кремний диоксиді күрделі заттарға жатады.

Табиғатта болу

Химиялық белсенділігі жоғары болғандықтан, кальций табиғатта бос күйінде кездеспейді.

Кальций жер қыртысының массасының 3,38% құрайды (оттегі, кремний, алюминий және темірден кейінгі 5-ші орын).

Изотоптар. Кальций табиғатта алты изотоптың қоспасы ретінде кездеседі: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca және 48Ca, олардың ішінде ең көп таралғаны - 40Ca - 96,97% құрайды.

Кальцийдің алты табиғи изотоптарының бесеуі тұрақты. Жақында алтыншы изотоп, 48Са, алтауының ең ауыры және өте сирек (оның изотоптық молдығы небәрі 0,187%), жартылай ыдырау периоды 5,3 болатын қос бета ыдырауына ұшырайтыны жақында ашылды. ×1019 жылдар.

Тау жыныстары мен минералдарда. Кальцийдің көп бөлігі әртүрлі тау жыныстарының (граниттер, гнейстер және т.б.) силикаттары мен алюминосиликаттарында, әсіресе дала шпаты – Са анортитінде болады.

Шөгінді жыныстар түрінде кальций қосылыстары негізінен минералды кальциттен (CaCO3) тұратын бор және әктастармен ұсынылған. Кальциттің кристалдық түрі - мәрмәр табиғатта әлдеқайда аз кездеседі.

Кальций минералдары кальцит CaCO3, ангидрит CaSO4, алебастр CaSO4 0,5H2O және гипс CaSO4 2H2O, флюорит CaF2, апатит Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), доломит MgCO3 CaCO3 жеткілікті кең таралған. Табиғи суда кальций мен магний тұздарының болуы оның кермектігін анықтайды.

Жер қыртысындағы миграция. Кальцийдің табиғи миграциясында кальций карбонатының сумен және көмірқышқыл газымен әрекеттесуінің еритін бикарбонаттың түзілуімен қайтымды реакциясымен байланысты «карбонатты тепе-теңдік» маңызды рөл атқарады:

CaCO3 + H2O + CO2 ↔ Ca (HCO3)2 ↔ Ca2+ + 2HCO3ˉ

(көмірқышқыл газының концентрациясына байланысты тепе-теңдік солға немесе оңға ығысады).

Биогенді миграция. Биосферада кальций қосылыстары барлық дерлік жануарлар мен өсімдіктер ұлпаларында кездеседі (сонымен қатар төменде қараңыз). Кальцийдің едәуір мөлшері тірі организмдерде кездеседі. Осылайша, гидроксиапатит Ca5(PO4)3OH, немесе, басқа жазбада, 3Ca3(PO4)2·Ca(OH)2, омыртқалы жануарлардың, соның ішінде адамның сүйек тінінің негізі болып табылады; Көптеген омыртқасыздардың, жұмыртқа қабықтарының және т.б. қабықтары мен қабықтары кальций карбонатын СаСО3 құрайды.Адам мен жануарлардың тірі ұлпаларында Са 1,4-2% (массалық үлес бойынша); салмағы 70 кг адам ағзасында кальций мөлшері шамамен 1,7 кг құрайды (негізінен сүйек тінінің жасушааралық затында).

Түбіртек

Бос металдық кальцийді CaCl2 (75-80%) және KCl немесе CaCl2 және CaF2-ден тұратын балқыманы электролиздеу, сонымен қатар 1170-1200 °C температурада СаО алюминотермиялық тотықсыздандыру арқылы алады:

CaO + 2Al = CaAl2O4 + 3Ca.

Кальций карбидінің CaC2 термиялық диссоциациясы арқылы кальций алу әдісі де әзірленді.

Физикалық қасиеттері

Кальций металы екі аллотроптық модификацияда болады. 443°C дейін тұрақты α -Са текше торлы, тұрақтылығы жоғары β-Ca текше денеге бағытталған тор түрімен α -Фе. Стандартты энтальпия ΔH0 өту α → β 0,93 кДж/моль құрайды.

Кальций – жеңіл металл (d = 1,55), түсі күміс-ақ. Ол периодтық жүйеде оның жанында орналасқан натриймен салыстырғанда қаттырақ және жоғары температурада (851 ° C) балқиды. Бұл металда бір кальций ионында екі электронның болуымен түсіндіріледі. Сондықтан химиялық байланысОл натрийге қарағанда иондар мен электронды газ арасында күшті байланысқа ие. Сағат химиялық реакцияларКальцийдің валенттілік электрондары басқа элементтердің атомдарына ауысады. Бұл жағдайда қос зарядты иондар түзіледі.

Химиялық қасиеттері

Кальций – әдеттегі сілтілі жер металы. Кальцийдің химиялық белсенділігі жоғары, бірақ барлық басқа сілтілі жер металдарынан төмен. Ол ауадағы оттегімен, көмірқышқыл газымен және ылғалмен оңай әрекеттеседі, сондықтан кальций металының беті әдетте күңгірт сұр болады, сондықтан зертханада кальций әдетте басқа сілтілі жер металдары сияқты, тығыз жабылған банкада қабат астында сақталады. керосин немесе сұйық парафин.

Стандартты потенциалдар қатарында кальций сутегінің сол жағында орналасқан. Ca2+/Ca0 жұбының стандартты электродтық потенциалы -2,84 В, сондықтан кальций сумен белсенді әрекеттеседі, бірақ тұтанусыз:

2H2O = Ca(OH)2 + H2 + Q.

Кальций қалыпты жағдайда белсенді бейметалдармен (оттегі, хлор, бром) әрекеттеседі:

Ca + O2 = 2CaO, Ca + Br2 = CaBr2.

Ауада немесе оттегіде қыздырғанда кальций тұтанады. Кальций қыздырғанда белсенділігі аз бейметалдармен (сутегі, бор, көміртек, кремний, азот, фосфор және т.б.) әрекеттеседі, мысалы:

Са + Н2 = СаН2, Са + 6В = СаВ6,

Ca + N2 = Ca3N2, Ca + 2C = CaC2,

Ca + 2P = Ca3P2 (кальций фосфиді),

CaP және CaP5 композицияларының кальций фосфидтері де белгілі;

Ca + Si = Ca2Si (кальций силициді),

CaSi, Ca3Si4 және CaSi2 құрамдарының кальций силицидтері де белгілі.

Жоғарыда аталған реакциялардың пайда болуы, әдетте, көп мөлшерде жылудың бөлінуімен бірге жүреді (яғни, бұл реакциялар экзотермиялық). Бейметалдары бар барлық қосылыстарда кальцийдің тотығу дәрежесі +2. Бейметалдары бар кальций қосылыстарының көпшілігі сумен оңай ыдырайды, мысалы:

CaH2+ 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2,N2 + 3H2O = 3Ca(OH)2 + 2NH3.

Са2+ ионы түссіз. Жалынға еритін кальций тұздарын қосқанда жалын кірпіштей қызыл түске боялады.

CaCl2 хлориді, CaBr2 бромид, CaI2 йодид және Са(NO3)2 нитраты сияқты кальций тұздары суда жақсы ериді. Суда ерімейтін фторидтер CaF2, карбонат СаСО3, сульфат CaSO4, ортофосфат Са3(PO4)2, оксалат СаС2О4 және т.б.

Кальций карбонатының CaCO3-тен айырмашылығы, қышқыл кальций карбонаты (бикарбонат) Ca(HCO3) 2 суда еритін болуы маңызды. Табиғатта бұл келесі процестерге әкеледі. Көмірқышқыл газына қаныққан суық жаңбыр немесе өзен суы жер астына еніп, әктасқа түскенде олардың еруі байқалады:

CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2.

Дәл сол жерлерде кальций гидрокарбонатымен қаныққан су жер бетіне шығып, қызады. күн сәулелері, кері реакция жүреді:

Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2 + H2O.

Табиғатта заттардың үлкен массалары осылай тасымалданады. Нәтижесінде жер астында үлкен саңылаулар пайда болуы мүмкін, ал үңгірлерде әдемі тас «мұздықтар» - сталактиттер мен сталагмиттер пайда болады.

Суда еріген кальций бикарбонатының болуы судың уақытша кермектігін анықтайды. Оны уақытша деп атайды, өйткені су қайнағанда бикарбонат ыдырап, СаСО3 тұнбаға түседі. Бұл құбылыс, мысалы, шәйнекте уақыт өте келе қақ пайда болуына әкеледі.

кальций металлы химиялық физикалық

Кальций металының негізгі қолданылуы металдар, әсіресе никель, мыс және тот баспайтын болат өндірісінде тотықсыздандырғыш ретінде. Кальций мен оның гидриді хром, торий және уран сияқты қиын тотықсыздандырылатын металдарды алу үшін де қолданылады. Кальций-қорғасын қорытпалары аккумуляторлар мен мойынтіректер қорытпаларында қолданылады. Кальций түйіршіктері вакуумдық құрылғылардағы ауа іздерін жою үшін де қолданылады. Еритін кальций мен магний тұздары судың жалпы кермектігін тудырады. Егер олар суда аз мөлшерде болса, онда су жұмсақ деп аталады. Бұл тұздардың мөлшері көп болса, су қатты деп саналады. Қаттылық қайнау арқылы жойылады, суды толығымен жою үшін оны кейде тазартады.

Металлотермия

Таза металдық кальций сирек металдарды алу үшін металлотермияда кеңінен қолданылады.

Қорытпаларды легірлеу

Таза кальций аккумуляторлық пластиналарды және техникалық қызмет көрсетуді қажет етпейтін өздігінен разряды төмен стартерлік қорғасын-қышқылды аккумуляторларды өндіру үшін қолданылатын қорғасынды легирлеу үшін қолданылады. Сондай-ақ металдық кальций жоғары сапалы кальций баббит BKA өндіру үшін пайдаланылады.

Ядролық синтез

Кальций қосылыстарын қолдану

Кальций гидриді. Кальцийді сутегі атмосферасында қыздыру арқылы металлургияда (металлотермия) және кен орнында сутегі өндірісінде қолданылатын CaH2 (кальций гидриді) алынады.

Оптикалық және лазерлік материалдар. Кальций фториді (фторит) монокристалдар түрінде оптикада (астрономиялық объективтер, линзалар, призмалар) және лазерлік материал ретінде қолданылады. Монокристалдар түріндегі кальций вольфрамы (шеелит) лазерлік технологияда, сонымен қатар сцинтиллятор ретінде қолданылады.

Кальций карбиді. Кальций карбиді CaC2 ацетилен алу үшін және металдарды тотықсыздандыру үшін, сондай-ақ кальций цианамидін алу үшін кеңінен қолданылады (кальций карбидін 1200 ° C азотта қыздыру арқылы реакция экзотермиялық, цианамидті пештерде жүргізіледі) .

Химиялық ток көздері. Кальций, сондай-ақ оның алюминий және магний бар қорытпалары анод ретінде резервтік жылу электр батареяларында қолданылады (мысалы, кальций-хроматты элемент). Кальций хроматы катод сияқты батареяларда қолданылады. Мұндай аккумуляторлардың ерекшелігі - жарамды күйде өте ұзақ жарамдылық мерзімі (онжылдықтар), кез келген жағдайда жұмыс істеу мүмкіндігі (кеңістік, жоғары қысым), салмағы мен көлемі бойынша жоғары меншікті энергия. Кемшілігі: қысқа қызмет ету мерзімі. Мұндай батареялар қысқа уақыт ішінде орасан зор электр қуатын жасау қажет болған жағдайда қолданылады (баллистикалық зымырандар, кейбір ғарыш аппараттары және т.б.).

Отқа төзімді материалдар. Кальций оксиді бос күйінде де, керамикалық қоспалардың бөлігі ретінде де отқа төзімді материалдар өндірісінде қолданылады.

Дәрілер. Медицинада Са препараттары организмде Са иондарының жетіспеушілігімен байланысты бұзылуларды жояды (тетания, спазмофилия, рахит). Са препараттары аллергендерге жоғары сезімталдықты төмендетеді және аллергиялық ауруларды емдеу үшін қолданылады (сарысу ауруы, ұйқы безі және т.б.). Ca препараттары тамырлардың өткізгіштігін жоғарылатады және қабынуға қарсы әсерге ие. Олар геморрагиялық васкулит, сәуле ауруы, қабыну процестері (пневмония, плеврит және т.б.) және кейбір тері аурулары үшін қолданылады. Гемостатикалық агент ретінде, жүрек бұлшықетінің белсенділігін жақсарту және digitis препараттарының әсерін күшейту үшін, магний тұздарымен улану үшін антидот ретінде тағайындалады. Босануды ынталандыру үшін басқа препараттармен бірге Са препараттары қолданылады. Са хлориді ауызша және көктамыр ішіне енгізіледі.

Ca препараттарына хирургияда қолданылатын гипс (CaSO4) кіреді гипс құймалары, және бор (CaCO3), асқазан сөлінің қышқылдығын арттыру және тіс ұнтағын дайындау үшін ауызша тағайындалады.

Биологиялық рөл

Кальций өсімдіктердің, жануарлардың және адам ағзасындағы кең таралған макронутриент болып табылады. Адамдарда және басқа омыртқалы жануарларда оның көп бөлігі қаңқада және тістерде фосфаттар түрінде болады. Омыртқасыздар тобының көпшілігінің қаңқасы (губкалар, маржан полиптері, моллюскалар және т.б.) әртүрлі формадағы кальций карбонатынан (әк) тұрады. Кальций иондары қанның ұю процестеріне, сондай-ақ қанның тұрақты осмостық қысымын қамтамасыз етуге қатысады. Кальций иондары сонымен қатар әмбебап екінші хабаршылардың бірі ретінде қызмет етеді және әртүрлі жасушаішілік процестерді реттейді - бұлшықет жиырылуын, экзоцитозды, оның ішінде гормондар мен нейротрансмиттерлердің секрециясын және т.б. Адам жасушаларының цитоплазмасында кальций концентрациясы шамамен 10−7 моль, жасушааралық сұйықтықтарда шамамен 10− 3 моль.

Адам ағзасына тамақпен бірге түсетін кальцийдің көп бөлігі сүт өнімдерінде, қалған кальций ет, балық және кейбір өсімдік өнімдерінде (әсіресе бұршақ дақылдарында) болады. Сіңуі тоқ және аш ішекте жүреді және қышқыл орта, D және С витамині, лактоза және қанықпаған май қышқылдары арқылы жеңілдетіледі. Кальций алмасуындағы магнийдің рөлі маңызды, оның жетіспеушілігімен кальций сүйектерден «жуылады» және бүйректе (бүйрек тастарында) және бұлшықеттерде сақталады.

Онымен байланысты процестердің көп болуына байланысты қандағы кальций мөлшері дәл реттеледі және дұрыс тамақтану кезінде тапшылық болмайды. Диетадан ұзақ уақыт қалмау құрысуларды, буындардағы ауырсынуды, ұйқышылдықты, өсу ақауларын және іш қатуды тудыруы мүмкін. Тереңірек жетіспеушілік тұрақты бұлшықет спазмы мен остеопорозға әкеледі. Кофе мен алкогольді теріс пайдалану кальций тапшылығын тудыруы мүмкін, өйткені оның бір бөлігі несеппен шығарылады.

Өнімдер Кальций, мг/100 г

Күнжіт 783

Қалақай 713

Үлкен жолжелкен 412

Майдағы сардина 330

Шырмауық будра 289

Ит раушан 257

Бадам 252

Жолжелкен ланцеолисті. 248

Жаңғақ 226

Су кресі 214

Соя бұршақтары құрғақ 201

3 жасқа дейінгі балалар - 600 мг.

4 жастан 10 жасқа дейінгі балалар - 800 мг.

10 жастан 13 жасқа дейінгі балалар - 1000 мг.

13 жастан 16 жасқа дейінгі жасөспірімдер - 1200 мг.

16 жастан асқан жастар - 1000 мг.

25 жастан 50 жасқа дейінгі ересектер - 800-ден 1200 мг-ға дейін.

Жүкті және бала емізетін әйелдер - 1500-ден 2000 мг-ға дейін.

Қорытынды

Кальций - жер бетіндегі ең көп таралған элементтердің бірі. Табиғатта оның көп мөлшері бар: тау жоталары мен сазды тау жыныстары кальций тұздарынан түзілген, ол теңіз және өзен суларында кездеседі, өсімдік және жануарлар ағзаларының құрамына кіреді.

Кальций үнемі қала тұрғындарын қоршап тұрады: барлық дерлік негізгі құрылыс материалдары - бетон, шыны, кірпіш, цемент, әк бұл элементті айтарлықтай мөлшерде қамтиды.

Әрине, мұндай химиялық қасиеттерге ие кальций табиғатта бос күйде бола алмайды. Бірақ кальций қосылыстары - табиғи және жасанды - басты мәнге ие болды.

Әдебиеттер тізімі

1.Редакциялық алқа: Кнунянц И.Л.(бас редактор) Химиялық энциклопедия: 5 томда – Мәскеу: Совет энциклопедиясы, 1990. – Т. 2. – Б. 293. – 671 б.

2.Доронин. Н.А.Кальций, Госхимизат, 1962. Суреттермен 191 б.

.Доценко В.А. - емдік және профилактикалық тамақтану. - Сұрақ. тамақтану, 2001 - N1-б.21-25

4.Bilezikian J. P. Кальций және сүйек метаболизмі // In: K. L. Becker, ed.

5.М.Х. Карапетянц, С.И. Дракин - Жалпы және бейорганикалық химия, 2000. 592 б. иллюстрациялармен.

Кальций табиғатта әртүрлі қосылыстар түрінде өте кең таралған. Жер қыртысында ол бесінші орында, 3,25% құрайды және көбінесе әктас CaCO3, доломит CaCO3*MgCO3, гипс CaSO4*2H2O, фосфорит Са3(PO4)2 және фторшпаты CaF2 түрінде кездеседі, айтарлықтай мөлшерде емес. силикатты жыныстар құрамындағы кальцийдің үлесі. Теңіз суында орта есеппен 0,04% (масса) кальций бар

Физикалық және Химиялық қасиеттерікальций

Кальций элементтердің периодтық жүйесінің II тобындағы сілтілі жер металдарының кіші тобында; реттік нөмір 20, атомдық салмағы 40,08, валенттілігі 2, атомдық көлемі 25,9. Кальций изотоптары: 40 (97%), 42 (0,64%), 43 (0,15%), 44 (2,06%), 46 (0,003%), 48 (0,185%). Кальций атомының электрондық құрылымы: 1s2, 2s2p6, 3s2p6, 4s2. Атом радиусы 1,97 А, ион радиусы 1,06 А. 300°-қа дейін, кальций кристалдары центрленген беттері бар текше пішінді және бүйір өлшемі 5,53 А, 450°-тан жоғары алтыбұрышты пішінге ие. Кальцийдің меншікті салмағы 1,542, балқу температурасы 851°, қайнау температурасы 1487°, балқу жылуы 2,23 ккал/моль, булану жылуы 36,58 ккал/моль. Қатты кальцийдің атомдық жылу сыйымдылығы 298-673° К үшін Ср = 5,24 + 3,50*10В-3 Т және 673-1124° К үшін Cp = 6,29+1,40*10В-3Т; сұйық кальций үшін Cp = 7,63. Қатты кальцийдің энтропиясы 9,95 ± 1, газ тәріздес 25° 37,00 ± 0,01.
Қатты кальцийдің бу серпімділігін Ю.А. Приселков пен А.Н. Несмеянов, П.Дуглас және Д.Томлин. Кальцийдің қаныққан бу қысымының мәндері кестеде келтірілген. 1.

Жылу өткізгіштігі бойынша кальций натрий мен калийге жақындайды, 20-100° температурада сызықтық кеңею коэффициенті 25*10в-6, 20°-та электрлік кедергі 3,43 мк Ом/см3, 0-ден 100°-қа дейін. электр кедергісінің температуралық коэффициенті 0,0036. Электрохимиялық эквивалент 0,74745 г/а*сағ. Кальцийдің созылу беріктігі 4,4 кг/мм2, Бринелл қаттылығы 13, ұзаруы 53%, салыстырмалы жиырылуы 62%.
Кальций күмістей ақ түске ие және сынған кезде жарқырайды. Ауада металл нитрид, оксид және ішінара кальций асқын тотығы бар жұқа көкшіл-сұр қабықпен жабылған. Кальций икемді және иілгіш; оны токарь станогында өңдеуге, бұрғылауға, кесуге, аралауға, престеуге, тартуға және т.б. Металл неғұрлым таза болса, соғұрлым оның иілгіштігі жоғары болады.
Кернеу қатарында кальций ең электртеріс металдар арасында орналасқан, бұл оның жоғары химиялық белсенділігін түсіндіреді. Бөлме температурасында кальций құрғақ ауамен әрекеттеспейді, 300° және одан жоғары температурада қарқынды тотығады, ал қатты қыздырғанда ашық қызғылт сары-қызыл жалынмен жанады. Ылғалды ауада кальций бірте-бірте тотығады, гидроксидке айналады; Ол суық сумен салыстырмалы түрде баяу әрекеттеседі, бірақ сутегін ыстық судан қарқынды түрде ығыстырып, гидроксид түзеді.
Азот кальциймен 300° температурада айтарлықтай әрекеттеседі және 900° өте қарқынды түрде Ca3N2 нитриді түзеді. Сутегімен 400° температурада кальций CaH2 гидридін түзеді. Кальций бөлме температурасында фторды қоспағанда, құрғақ галогендермен байланыспайды; галогенидтердің қарқынды түзілуі 400° және одан жоғары температурада жүреді.
Күшті күкірт (65-60° Be) және азот қышқылдары таза кальцийге әлсіз әсер етеді. Минералды қышқылдардың сулы ерітінділерінің ішінде тұз қышқылы өте күшті, азот қышқылы күшті, күкірт қышқылы әлсіз. Концентрлі NaOH ерітінділерінде және сода ерітінділерінде кальций дерлік жойылмайды.

Қолдану

Кальций барған сайын әртүрлі салаларда қолданылады. Жақында ол сатып алды үлкен мәнбірқатар металдарды өндіруде тотықсыздандырғыш ретінде. Таза уран металын уран фторидін кальций металымен тотықсыздандыру арқылы алады. Кальций немесе оның гидридтері титан оксидтерін, сондай-ақ цирконий, торий, тантал, ниобий және басқа да сирек металдардың оксидтерін азайту үшін пайдаланылуы мүмкін. Кальций мыс, никель, хром-никель қорытпалары, арнайы болаттар, никель және қалайы қолаларын өндіруде жақсы тотықсыздандырғыш және газсыздандырғыш болып табылады, металдар мен қорытпалардан күкіртті, фосфорды, көміртекті кетіреді.
Кальций висмутпен отқа төзімді қосылыстар түзеді, сондықтан ол қорғасынды висмуттан тазарту үшін қолданылады.
Кальций әртүрлі жеңіл қорытпаларға қосылады. Ол құйма бетін жақсартуға, ұсақ түйіршік мөлшерін жақсартуға және тотығуды азайтуға көмектеседі. Құрамында кальций бар подшипник қорытпалары кеңінен қолданылады. Кабель қабықшаларын жасау үшін қорғасын қорытпаларын (0,04% Са) пайдалануға болады.
Кальций спирттерді сусыздандыруға және мұнай өнімдерін күкіртсіздендіруге арналған еріткіштерге қолданылады. Жоғары сапалы кеуекті бетон алу үшін кальцийдің мырышпен немесе мырышпен және магниймен (70% Са) қорытпалары қолданылады. Кальций антифрикционды қорытпалардың (қорғасын-кальций баббит) құрамына кіреді.
Оттегі мен азотты байланыстыру қабілетіне байланысты кальций немесе кальций қорытпалары натриймен және басқа металдармен асыл газдарды тазарту үшін және вакуумдық радиоаппаратурада гитер ретінде қолданылады. Кальций егістікте сутегінің көзі болып табылатын гидридті алу үшін де қолданылады. Көміртекпен кальций кальций карбиді CaC2 түзеді, ол ацетилен С2Н2 алу үшін көп мөлшерде қолданылады.

Даму тарихы

Дьюи алғаш рет 1808 жылы дымқыл әкті сынап катодымен электролиздеу арқылы амальгам түрінде кальций алды. 1852 жылы Бунсен кальций хлоридінің тұз қышқылы ерітіндісін электролиздеу арқылы құрамында кальцийі жоғары амальгам алды. 1855 жылы Бунсен мен Маттиссен CaCl2 электролизі арқылы таза кальцийді, ал СаФ2 электролизі арқылы Муассан алды. 1893 жылы Борчерс катодты салқындату арқылы кальций хлоридінің электролизін айтарлықтай жақсартты; Арндт 1902 жылы электролиз арқылы құрамында 91,3% Са болатын металды алды. Раф пен Плата электролиз температурасын төмендету үшін CaCl2 және CaF2 қоспасын пайдаланды; Борчерс пен Стокхэм кальцийдің балқу температурасынан төмен температурада губка алды.
Кальцийдің электролиттік өндірісі мәселесін Ратенау мен Сутер шешіп, жанасу катодымен электролиз әдісін ұсынды, ол көп ұзамай өнеркәсіптік сипатқа ие болды. Кальций қорытпаларын электролиз арқылы, әсіресе сұйық катодта алу бойынша көптеген ұсыныстар мен талпыныстар болды. Ф.О. Банзель, кальций қорытпаларын басқа металдардың тұздарын немесе фтороксидтерін қосу арқылы CaF2 электролизі арқылы алуға болады. Пулен мен Мелан сұйық алюминий катодында Ca-Al қорытпасын дайындады; Кюгельген мен Сьюард мырыш катодында Ca-Zn қорытпасын алды. Са-Zn қорытпаларының өндірісін 1913 жылы В.Молденгауэр мен Дж.Андерсен зерттеді, сонымен қатар олар қорғасын катодында Pb-Ca қорытпаларын дайындады. Коба, Симкинс және Гире 2000 А қорғасынның катодты электролизерін қолданып, ток тиімділігі 20% болғанда 2% Са қорытпаны алды. И.Целиков пен В.Васингер натриймен қорытпа алу үшін электролитке NaCl қосты; Р.Р. Сыромятников қорытпаны араластырып, 40-68% ток шығуына қол жеткізді. Қорғасын, мырыш және мыс қосылған кальций қорытпалары өнеркәсіптік масштабта электролиз арқылы алынады
Кальций алудың термиялық әдісі үлкен қызығушылық тудырды. Оксидтердің алюминотермиялық тотықсыздануын 1865 жылы Х.Х. Бекетов. 1877 жылы Малет кальций, барий және стронций оксидтері қоспасының қыздырғанда алюминиймен әрекеттесуін ашты.Винклер сол оксидтерді магниймен тотықсыздандыруға тырысты; Бильц пен Вагнер вакуумда кальций оксидін алюминиймен тотықсыздандырып, металдың төмен шығымдылығын алды.1929 жылы Гунц жақсы нәтижелерге қол жеткізді. А.И. Войницкий 1938 жылы лабораторияда кальций оксидін алюминий және кремний қорытпаларымен тотықсыздандырды. Әдіс 1938 жылы патенттелген. Екінші дүниежүзілік соғыстың соңында термиялық әдіс өнеркәсіптік қолдануды алды.
1859 жылы Карон сілтілі жер металдарымен натрий қорытпаларын олардың хлоридтеріне металдық натрийдің әсері арқылы алу әдісін ұсынды. Бұл әдісті қолдана отырып, кальцийді (және баринді) қорғасынмен қорытпада алады.Екінші дүниежүзілік соғысқа дейін кальцийді электролиз арқылы өнеркәсіптік өндіру Германияда және Фракцияда жүргізілді. Битерфельдте (Германия) 1934-1939 жылдар аралығында жылына 5-10 т кальций өндірілді.АҚШ-тың кальцийге деген қажеттілігі импорт есебінен жабылды, ол 1920-1940 жылдар аралығында жылына 10-25 г құрады. 1940 жылдан бастап, Франциядан импорттау тоқтатылған кезде, Америка Құрама Штаттары электролиз арқылы кальцийді айтарлықтай мөлшерде өндіре бастады; соғыстың соңында олар кальцийді вакуумды-термиялық әдіспен ала бастады; С.Лумистің айтуынша, оның өнімі тәулігіне 4,5 тоннаға жетті. Minerale Yarbook мәліметтері бойынша Канададағы доминиум магний жылына кальций өндіреді:

Кальцийдің бөліну шкаласы туралы ақпарат Соңғы жылдарыжоқ.

17.12.2019

Far Cry сериясы өз ойыншыларын тұрақтылықпен қуантуды жалғастыруда. Осынша уақыт өткеннен кейін бұл ойында не істеу керек екені белгілі болады. Аң аулау, тірі қалу, басып алу ...

16.12.2019

Тұрғын үй дизайнын жасау кезінде, ерекше назарқонақ бөлменің интерьеріне берілуі керек - ол сіздің «ғаламның» орталығына айналады....

15.12.2019

Үйдің құрылысын тіректерді пайдаланбай елестету мүмкін емес. Мұндай құрылымдар экономикалық қызметтің басқа салаларында да қолданылады. МЕН...

14.12.2019

Дәнекерлеу металл бұйымдарын тұрақты біріктіру әдісі ретінде бір ғасырдан сәл астам уақыт бұрын пайда болды. Сонымен қатар, қазіргі уақытта оның маңыздылығын асыра бағалау мүмкін емес. IN...

14.12.2019

Айналадағы кеңістікті оңтайландыру шағын қоймалар үшін де, үлкен қоймалар үшін де өте маңызды. Бұл жұмысты айтарлықтай жеңілдетеді және...

13.12.2019

Металл плиткалар металл шатыр материалдары болып табылады. Парақтардың беті полимерлі материалдармен және мырышпен қапталған. Табиғи тақтайшалар материалға еліктейді...

13.12.2019

Сынақ жабдықтары әртүрлі салаларда кеңінен қолданылды. Оның сапасы мінсіз болуы керек. Осы мақсатқа жету үшін құрылғылар жабдықталған...

Кальций(кальций), ca, химиялық элементМенделеев периодтық жүйесінің II тобы, атомдық нөмірі 20, атомдық массасы 40,08; күміс ақ түсті жеңіл металл. Табиғи элемент алты тұрақты изотоптардың қоспасы: 40 ca, 42 ca, 43 ca, 44 ca, 46 ca және 48 ca, оның ішінде 40 ca ең көп таралған (96,97%).

Са қосылыстары – әктас, мәрмәр, гипс (сондай-ақ әк – әктастың күйдіру өнімі) ежелгі уақытта құрылыста қолданылған. 18 ғасырдың соңына дейін. химиктер әкті қарапайым қатты зат деп есептеді. 1789 жылы А. Лавуазьеәк, магнезия, барит, глинозем және кремний диоксиді күрделі заттар болып табылады деп ұсынды. 1808 жылы ДэвиЫлғалды сөндірілген әк пен сынап оксиді қоспасын сынап катодымен электролизге түсіріп, амальгаманы дайындады, одан сынапты айдау арқылы «кальций» (латын тілінен calx, genitive calcis - әк) деп аталатын металды алды. .

Табиғатта таралуы. Жер қыртысында таралуы бойынша ca 5-ші орында (O, si, al және fe-ден кейін); мазмұны салмағы бойынша 2,96%. Ол қарқынды қоныс аударады және әртүрлі геохимиялық жүйелерде жинақталып, 385 минералды құрайды (пайдалы қазбалар саны бойынша 4 орын). Жер мантиясында аз, ал жер ядросында одан да аз (темірде метеориттер 0,02%). ca жер қыртысының төменгі бөлігінде басым, негізгі жыныстарда жинақталады; ca көп бөлігі дала шпаты анортит ca құрамында болады; негізгі таужыныстардағы мөлшері 6,72%, қышқылды жыныстарда (граниттер және т.б.) 1,58%. Биосферада негізінен «карбонатты тепе-теңдікпен» байланысты ca ерекше күрт дифференциация жүреді: көмірқышқыл газы како 3 карбонатымен әрекеттескенде еритін бикарбонат Ca (HCO 3) 2 түзіледі:

CaCO 3 + h 2 o + co 2<=>Ca (HCO 3) 2<=>шамамен 2+ + 2hco 3 -.

Бұл реакция қайтымды және ca қайта бөлу үшін негіз болып табылады. Судағы CO2 мөлшері жоғары болса, онда ерітіндіде ca болады, ал CO2 аз болса, минералды кальцит СаСО3 шөгіп, әктастың, бордың және мәрмәрдің қалың шөгінділерін құрайды.

Биогендік көші-қон да шамамен тарихта үлкен рөл атқарады. Элементтердің тірі затында - металдар - ca негізгі болып табылады. Құрамында 10%-дан астам ca (көміртегі көбірек), қаңқасын негізінен CaCO 3 қосылыстарынан (әкті балдырлар, көптеген моллюскалар, эхинодермалар, маржандар, тамырлар және т.б.) құрайтын организмдер белгілі. Теңіз жануарлары мен өсімдіктерінің қаңқаларының жерленуі балдырлардың, маржандардың және басқа да әктастардың орасан зор массаларының жиналуымен байланысты, олар жер қойнауына еніп, минералданып, әртүрлі мәрмәр түріне айналады.

Ылғалды климаты бар кең аумақтар (орман аймақтары, тундралар) ca тапшылығымен сипатталады - мұнда ол топырақтан оңай шайылады. Бұл топырақтың құнарлылығының төмендігімен, үй жануарларының өнімділігінің төмендігімен, олардың кішкентай мөлшерімен, жиі сүйек ауруларымен байланысты. Сондықтан топырақты әктеу, үй жануарлары мен құстарды азықтандыру және т.б. Керісінше, құрғақ климатта СаСО 3 қиын ериді, сондықтан далалар мен шөлдердің ландшафттары шамамен шамамен бай. Созды батпақтар мен тұзды көлдерде жиі жиналады гипс caso 4 · 2сағ 2 o.

Өзендер мұхитқа көп ca әкеледі, бірақ ол мұхит суында қалмайды (орташа мөлшері 0,04%), бірақ организмдердің қаңқаларында шоғырланған және олар өлгеннен кейін түбіне негізінен СаСО түрінде шөгеді. 3. Әкті тұнбалар барлық мұхиттардың түбінде 4000-нан аспайтын тереңдікте таралған. м(Үлкен тереңдікте СаСО 3 ериді; ондағы организмдер Саның тапшылығын жиі сезінеді).

Жер асты сулары миграцияда маңызды рөл атқарады. Әктас массивтерінде кейбір жерлерде олар CaCO 3-ті қарқынды түрде шаймалайды, бұл игерумен байланысты. карст, үңгірлердің, сталактиттердің және сталагмиттердің пайда болуы. Өткен геологиялық дәуірлердің теңіздерінде кальциттен басқа фосфаттардың ca (мысалы, Қазақстандағы Қаратау фосфорит кен орындары), доломит СаСО 3 · мгко 3, ал булану кезінде лагуналарда гипстің кең шөгуі байқалды.

Геологиялық тарих барысында биогендік карбонат түзілуі артып, кальциттің химиялық жауын-шашыны азайған. Кембрийге дейінгі теңіздерде (600 миллион жылдан астам бұрын) қаңқасы бар жануарлар болмаған; олар кембрий дәуірінен бастап кең тарады (маржандар, губкалар, т.б.). Бұл кембрийге дейінгі атмосферада co 2 жоғары болуымен байланысты.

Физикалық және химиялық қасиеттері. a-тәрізді ca кристалдық торы (қарапайым температурада тұрақты), бет центрленген текше А= 5,56 å. Атом радиусы 1,97 å, иондық радиусы ca 2+, 1,04 å. Тығыздығы 1,54 г/см 3(20 °C). 464 °C-тан жоғары, алтыбұрышты b пішіні тұрақты. тп. 851°c, ткип 1482 ° c; сызықтық кеңеюдің температуралық коэффициенті 22? 10 -6 (0-300 ° c); жылу өткізгіштік 20 °C 125,6 Вт/(м? K) немесе 0,3 кал/(см? сек° C); меншікті жылу сыйымдылығы (0-100 °С) 623,9 j/(кг? TO) немесе 0,149 кал/(Г? °c); электр кедергісі 20°c 4,6? 10 -8 ом? мнемесе 4,6? 10 -6 ом? см; электр кедергісінің температуралық коэффициенті 4,57? 10 -3 (20 °c). Серпімділік модулі 26 Гн/м 2 (2600 кгс/мм 2); созылу күші 60 Мн/м 2 (6 кгс/мм 2); серпімділік шегі 4 Мн/м 2 (0,4 кгс/мм 2), аққыштық күші 38 Мн/м 2 (3,8 кгс/мм 2); салыстырмалы ұзару 50%; Бринелл қаттылығы 200-300 Мн/м 2 (20-30 кгс/мм 2). Жеткілікті жоғары тазалықтағы К. пластик, оңай престелетін, илемделген және кесуге жарамды.

Атомның сыртқы электрондық қабатының конфигурациясы ca 4s 2, соған сәйкес қосылыстардағы ca 2 валентті. Химиялық тұрғыдан ca өте белсенді. Қалыпты температурада CA ауадағы оттегімен және ылғалмен оңай әрекеттеседі, сондықтан ол герметикалық жабық контейнерлерде немесе минералды майдың астында сақталады. Ауада немесе оттегіде қыздырғанда ол жанады, негізгі оксид cao береді. ca - cao 2 және CaO 4 пероксидтері де белгілі. Ca алдымен суық сумен тез әрекеттеседі, содан кейін ca (oh) 2 қабықшасының пайда болуына байланысты реакция баяулайды. ca ыстық сумен және қышқылдармен қатты әрекеттеседі, h 2 (концентрлі hno 3 қоспағанда) бөледі. Ол суықта фтормен, ал хлормен және броммен - 400°С жоғары температурада әрекеттеседі, сәйкесінше caf 2, cacl 2 және cabr 2 береді.Бұл галогенидтер балқыған күйде ca - caf, caci, и. қай ca формальды бір валентті. Қыздырғанда күкірт бар ca шығады кальций сульфиді cas, соңғысы күкіртті қосады, полисульфидтер түзеді (cas 2, cas 4 және т.б.). 300-400 °C құрғақ сутекпен әрекеттесе отырып, гидрид cah 2 түзеді - сутегі анион болып табылатын иондық қосылыс. 500 °C ca және азот нитриді ca 3 n 2 береді; суықта ca-ның аммиакпен әрекеттесуі күрделі аммиак ca 6-ға әкеледі. Графитпен, кремниймен немесе фосформен ауаға қол жеткізбей қыздырғанда, сәйкесінше ca береді кальций карбиді cac 2, силицидтер casi 2 және фосфид ca 3 p 2. ca al, ag, au, cu, li, mg, pb, sn және т.б. металдар аралық қосылыстар түзеді.

Қолхат және өтініш. Өнеркәсіпте ca екі жолмен алынады: 1) као мен ал ұнтағының брикеттелген қоспасын 0,01-0,02 вакуумда 1200°С қыздыру арқылы. мм сын.бағ ст.; реакция арқылы бөлінеді: 6cao +2al = 3 CaO? l 2 o 3 + 3Ca булары суық бетке конденсацияланады; 2) балқыманың cacl 2 және kcl сұйық мыс-кальций катодымен электролизі арқылы cu - ca (65 % ca) қорытпасы дайындалады, одан ca вакуумде 950-1000 ° C температурада дистилденеді. 0,1-0,001 мм сын.бағ ст.

Таза металл түрінде ca u, th, cr, v, zr, cs, rb және олардың қосылыстарынан кейбір сирек жер металдары үшін қалпына келтіргіш ретінде қолданылады. Ол сондай-ақ болаттарды, қолаларды және басқа қорытпаларды тотықсыздандыру үшін, мұнай өнімдерінен күкіртті тазарту үшін, органикалық сұйықтықтарды сусыздандыру үшін, аргонды азот қоспаларынан тазарту үшін және электр вакуумдық құрылғыларда газ сіңіргіш ретінде қолданылады. Технологияда кеңінен қолданылады үйкеліске қарсы материалдар pb-na-ca жүйелері, сондай-ақ электр кабелінің қабықшаларын жасау үшін пайдаланылатын pb-ca қорытпалары. Ca-si-ca (кремний-кальций) қорытпасы жоғары сапалы болаттар өндірісінде тотықсыздандырғыш және газсыздандырғыш ретінде қолданылады. K қосылыстарын пайдалану туралы ақпаратты тиісті мақалалардан қараңыз.

А.Я.Фишер, А.И.Перельман.

Денедегі кальций . ca - біреуі қоректік заттарөмірлік процестердің қалыпты жүруі үшін қажет. Ол жануарлар мен өсімдіктердің барлық ұлпаларында және сұйықтықтарында болады. Ca жоқ ортада сирек организмдер ғана дами алады, кейбір организмдерде ca мөлшері 38% жетеді; адамдарда - 1,4-2%. Өсімдіктер мен жануарлар организмдерінің жасушалары жасушадан тыс ортада ca 2+, na+ және K+ иондарының қатаң анықталған арақатынастарын қажет етеді. Өсімдіктер CA-ды топырақтан алады. Ca қатынасына қарай өсімдіктер бөлінеді кальцифилдерЖәне калцефобтар. Жануарлар Ca-ны тамақ пен судан алады. ca бірқатар жасушалық құрылымдардың қалыптасуына, сыртқы жасуша мембраналарының қалыпты өткізгіштігін сақтауға, балықтар мен басқа жануарлардың жұмыртқаларын ұрықтандыруға және бірқатар ферменттерді белсендіруге қажет. Са 2+ иондары қозуды бұлшықет талшығына өткізіп, оның жиырылуын тудырады, жүректің жиырылу күшін арттырады, лейкоциттердің фагоцитарлық қызметін арттырады, қанның қорғаныш белоктары жүйесін белсендіреді, оның ұюына қатысады. Жасушаларда ca барлық дерлік ақуыздармен қосылыстар түрінде кездеседі, нуклеин қышқылдары, фосфолипидтер, бейорганикалық фосфаттармен және органикалық қышқылдармен комплекстерде. Адамдардың және жоғары сатыдағы жануарлардың қан плазмасында тек 20-40% ca ақуыздармен байланысуы мүмкін. Қаңқасы бар жануарларда барлық ca 97-99% дейін құрылыс материалы ретінде пайдаланылады: омыртқасыздарда негізінен како 3 түрінде (моллюскалар, маржандар), омыртқалыларда - фосфаттар түрінде. Көптеген омыртқасыздар жаңа қаңқа құру немесе қолайсыз жағдайларда өмірлік маңызды функцияларды қамтамасыз ету үшін құйылғанға дейін ca сақтайды.

Адамдардың және жоғары сатыдағы жануарлардың қанындағы ca мөлшері қалқанша маңы және қалқанша безінің гормондарымен реттеледі. Бұл процестерде D витамині маңызды рөл атқарады. Саның сіңірілуі аш ішектің алдыңғы бөлігінде жүреді. Саның сіңірілуі ішектегі қышқылдықтың төмендеуімен нашарлайды және тағамдағы ca, P және майдың қатынасына байланысты. Сиыр сүтіндегі оңтайлы ca/p қатынасы шамамен 1,3 (картопта 0,15, үрме бұршақтарда 0,13, етте 0,016). Азық-түлікте P немесе қымыздық қышқылының артық болуымен Ca сіңуі нашарлайды, өт қышқылдары оның сіңуін тездетеді. Адам тағамындағы Ca/майдың оңтайлы қатынасы 0,04-0,08 құрайды Гшамамен 1 Гмай Саның шығарылуы негізінен ішек арқылы жүреді. Кезеңдегі сүтқоректілер лактациясүтпен көп мөлшерде кальций жоғалтады. Жас жануарлар мен балалардағы фосфор-кальций алмасуының бұзылуымен, рахит, ересек жануарларда - қаңқаның құрамы мен құрылымының өзгеруі ( остеомаляция).

И.А.Скульский.

Медицинада ca препараттарын қолдану организмде ca 2+ иондарының жетіспеушілігімен байланысты бұзылыстарды жояды (тетания, спазмофилия, рахит). CA препараттары аллергендерге жоғары сезімталдықты төмендетеді және аллергиялық ауруларды емдеу үшін қолданылады (сарысу ауруы, есекжем, ангионевротикалық ісіну, шөп безгегі және т.б.). CA препараттары тамырлардың өткізгіштігін жоғарылатады және қабынуға қарсы әсерге ие. Олар геморрагиялық васкулит, сәуле ауруы, қабыну және экссудативті процестер (пневмония, плеврит, эндометрит және т.б.) және кейбір тері аурулары үшін қолданылады. Жүрек бұлшықетінің белсенділігін жақсарту және Digitalis препараттарының әсерін күшейту үшін гемостатикалық агенттер ретінде тағайындалады; әлсіз диуретиктер және магний тұздарымен улану үшін антидоттар ретінде. Басқа препараттармен бірге босануды ынталандыру үшін ca препараттары қолданылады. Кальций хлориді ішке және көктамыр ішіне енгізіледі. Тіндік терапия үшін оссокальцинол (шабдалы майындағы арнайы дайындалған сүйек ұнтағының 15% стерильді суспензиясы) ұсынылды. Са-дәрілік заттарға сондай-ақ хирургияда гипс жабындары үшін қолданылатын гипс (caso 4) және асқазан сөлінің қышқылдығын арттыру және тіс ұнтағын дайындау үшін ішке тағайындалған бор (CaCO 3) жатады.

Лит.:Қысқаша химиялық энциклопедия, 2-том, М., 1963, б. 370-75; Родякин В.В., Кальций, оның қосылыстары мен қорытпалары, М., 1967; Капланский С.Я., Минералды биржасы, М. - Л., 1938; Вишняков С.И., Ауыл шаруашылығы жануарларындағы макроэлементтердің метаболизмі, М., 1967 ж.