КАЛЦИЙ: СВОЙСТВА, СТРУКТУРА, ПОЛУЧАВАНЕ, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На калций е алкалоземен метал, принадлежащ към 2 (н Becambara) група периодичната таблица. Този метал заема петото място по изобилие сред елементите, присъстващи в земната кора; зад желязо и алуминий. Той е представен с химическия символ Са, а атомният му номер е 20.

Калцият представлява 3,64% от земната кора и е най-разпространеният метал в човешкото тяло, представляващ 2% от теглото му. Той не е свободен по природа; но е част от множество минерали и химични съединения.

Метален калций с висока чистота, съхраняван в минерално масло, за да го предпази от кислород и влага. Източник: 2 × 910

Например, той се намира в минерала калцит, който от своя страна е част от варовик. Калциевият карбонат присъства в земята като мрамор, доломит, яйчена черупка, корали, перли, сталактити, сталагмити, както и в черупките на много морски животни или охлюви.

В допълнение, калцият е част от други минерали, като гипс, анхидрит, флуорит и апатит. Тогава не е изненадващо, че това е синоним на кости на културно ниво.

Когато е изложен на въздух, калцият се покрива с жълтеникаво покритие, продукт на смес от калциев оксид, нитрид и хидроксид. Въпреки това, прясно нарязана, повърхността е лъскава, сребристо-белезникава. Той е мек с твърдост по скалата на Моос 1.75.

Калцият изпълнява множество функции при живи същества, сред тях той е част от съединения, които определят структурата и функционирането на костната система; тя се намесва в каскадата на коагулацията чрез активиране на няколко коагулационни фактора, идентифицирани като фактор IV.

Освен това калцият участва в свиването на мускулите, което позволява съединението на контрактилни протеини (актин и миозин); и улеснява освобождаването на някои невротрансмитери, включително ацетилхолин.

Химически той почти винаги участва в неговите органични или неорганични съединения като двувалентния катион Са ²⁺. Той е един от катионите с най-голям координационен брой, тоест може да взаимодейства с няколко молекули или йони едновременно.

история

В древни времена

Калциевите съединения като вар (CaO) или гипс (CaSO ₄) са били използвани от човека от хилядолетия, игнорирайки химическата им структура. Варовикът като строителен материал и мазилка за направата на скулптурите са използвани 7 000 години пр. Н. Е

В Месопотамия е открита варова пещ, която е използвана 2500 г. пр. Н. Е. В близък период от време мазилката е била използвана по време на строителството на Голямата пирамида в Гиза.

Идентификация и изолация

Джоузеф Блек (1755) обясни, че вар е по-лек от варовика (калциев карбонат), който му дава произход. Това е така, защото по време на нагряване той губи въглероден диоксид.

Антоан Лавоазер (1787 г.) заключава, че варовикът трябва да е оксид на неизвестен химичен елемент.

Сър Хъмфри Дейви (1808) точно през годината, когато откри бора, направи същото с калция, използвайки техниката на електролиза, използвана от Джакар Берцелиус и Магнус Мартин.

Дейви изолира калций и магнезий, използвайки същия експериментален дизайн. Той смеси калциевия оксид с живачния (II) оксид на платинена плоча, използвана като анод (+), докато катодът (-) беше платинена жица, частично потопена в живак.

Електролизата произвежда амалгама от калций и живак. За пречистване на калция амалгамата се подлага на дестилация. Чист калций обаче не се получи.

Имоти

Физическо описание

Сребристо-белезникав метал, се променя в сивкаво бял при излагане на въздух. Във влажен въздух поема облачно синьо-сиво. Твърд или сух прах. Кристална структура, съсредоточена върху лицето.

Атомно тегло

40.078 g / mol.

Точка на топене

842 ° С.

Точка на кипене

1,484 ° C.

плътност

-1,55 гр / см ³ при стайна температура.

-1.378 g / cm ³ в течно състояние при температура на топене.

Топлина от синтез

8,54 kJ / mol.

Топлина от изпаряване

154,7 kJ / mol.

Моларен калоричен капацитет

25.929 J / (mol · K).

Специфична калоричност

0,63 J / gK

Електроотрицателност

1.0 по скалата на Полинг

Йонизационна енергия

-Първа йонизация 589,8 kJ / mol

-Второ йонизиране 1,145 kJ / mol

-Трета йонизация 4.912 kJ / mol

-Четвърта йонизация 6,490,57 kJ / mol и има още 4 йонизационни енергии.

Атомно радио

197 вечерта

Ковалентен радиус

176 ± 10 вечерта

Термично разширение

22,3 µm / m · K при 20 ° C.

Топлопроводимост

201 W / m K

Електрическо съпротивление

336 nΩ · m при 20 ° C.

твърдост

1,75 по скалата на Моос.

Изотопи

Калцият има 6 естествени изотопа: ⁴⁰ Ca, ⁴² Ca, ⁴³ Ca, ⁴⁴ Ca, ⁴⁶ Ca и ⁴⁸ Ca, и 19 радиоактивни синтетични изотопи. Най-разпространените изотопи са ⁴⁰ Ca (96.94%), ⁴⁴ Ca (2.086%) и ⁴² Ca (0.647%).

реактивност

Калцият реагира спонтанно с вода, като произвежда калциев хидроксид и водороден газ. Реагира с кислород и азот във въздуха, произвеждайки съответно калциев оксид и калциев нитрид. При разцепване спонтанно изгаря във въздуха.

Когато калция се нагрява, той реагира с водород и образува халид. Той също така реагира с всички халогени, образувайки халиди. Той също така реагира с бор, сяра, въглерод и фосфор.

Структура и електронна конфигурация на калция

Калциевите атоми се съединяват с метални връзки, допринасяйки двата им валентни електрона за прилива на електрони. По този начин взаимодействието между Сатовите атоми и получените електронни ленти завършва с дефиниране на кристал с кубична структура, ориентирана към лицето (ccc, на испански; или fcc, на английски, за кубика, насочена към лицето).

Ако този кристал на калциев куб.см се нагрява до температура около 450 ° С, той преминава към hcp фаза (компактен шестоъгълен или най-близкият опакован шестоъгълник). С други думи, структурата става по-плътна, сякаш движението на електрони и вибрациите на атомите свиват разстоянието, което ги разделя.

Калциевият атом има следната електронна конфигурация:

4s ²

Което би обяснило, че двата валентни електрона за този метал идват от най-външната му 4s орбитала. Когато ги загуби, се образува двувалентният катион Са ²⁺, изоелектронно към благородния газов аргон; т. е. и Ar, и Ca ²⁺ имат еднакъв брой електрони.

Именно 4-те орбитали на калция се комбинират, за да се установи валентната лента на тези кристали. Същото се случва и с празните 4p орбитали, които установяват диапазон на проводимост.

Получаване

Калцият се произвежда търговски чрез електролиза на разтопен калциев хлорид. Следните реакции се появяват при електродите:

В анода: 2Cl ^- (L) => Cl ₂ (г) + 2е ^-

Калцият се отлага като метал върху катода чрез улавяне на електрони от йонния калций.

В катода: Ca ²⁺ (l) + 2 e ^- => Ca (s)

В малък мащаб калцият може да бъде получен чрез намаляване на калциев оксид с алуминий или калциев хлорид с метален натрий.

6 CaO + 2 Al => 3 Ca + Ca ₃ Al ₂ O ₆

CaCl ₂ + 2 Na => Ca + NaCl

Приложения

Елементарен калций

Калцият се използва като добавка при производството на стъклени крушки, като се добавя към крушката по време на началния етап на производство. Освен това се добавя в края, така че да се комбинира с газовете, останали вътре в крушката.

Използва се като дезинтегратор при производството на метали като мед и стомана. Сплавта на калций и цезий се използва в гънките на запалките за генериране на искри. Калцият е редуциращ агент, но също така има приложения за разкисляване и разкисляване.

Калцият се използва при получаването на метали като хром, торий, уран, цирконий и други от техните оксиди. Използва се като легиращ агент за алуминий, мед, олово, магнезий и други основни метали; и като деоксидатор за някои високотемпературни сплави.

Калций в сплав с олово (0,04%) служи като обвивка за телефонни кабели. Използва се в сплав с магнезий в ортопедични импланти, за да удължи живота им.

Калциев карбонат

Това е пълнителен материал в керамиката, стъклото, пластмасата и боите, както и суровина за производството на вар. Синтетичният карбонат с висока чистота се използва лекарствено като антиацидна и хранителна добавка за калций. Използва се и като добавка в храната.

Калциев оксид

Калциевият оксид се използва в строителната индустрия, като се използва при облицоване на стените. Включва се и в бетон. През 19 век блокове от калциев оксид са изгорени, за да осветяват сцените с интензивна бяла светлина.

Варовикът (отново калциев оксид) се използва за отстраняване на нежелани компоненти като силициев диоксид (SiO ₂), присъстващ в железен материал от стомана. Продуктът на реакцията е калциев силикат (CASIO ₃), наречена "шлака".

Лаймът се комбинира с вода за образуване на калциев хидроксид; Това съединение флокулира и потъва, като влачи примеси към дъното на резервоарите.

Вътрешността на комина е облицована с вар за отстраняване на изпарения от фабриките. Например, той улавя серен диоксид (SO ₂), който допринася за киселинния дъжд, и го превръща в калциев сулфит (CaSO ₃).

Калциев хлорид

Калциевият хлорид се използва за контрол на леда по пътищата; балсам за домати, присъстващи в консерви; производство на каросерии за автомобили и камиони.

Калциев сулфат

Обикновено се представя като CaSO ₄ · 2H ₂ O (гипс), като се използва като почвен балсам. Калцинираният гипс се използва при производството на плочки, дъски и летви. Използва се и за обездвижване на костни фрактури.

Калциеви фосфати

Калциевите фосфати се срещат в различни форми в природата и се използват като торове. Киселата калциева сол (CaH ₂ PO ₄) се използва като тор и стабилизатор за пластмаси. Калциевият фосфат се намира като част от костната тъкан, особено като хидроксиапатит.

Други калциеви съединения

Има многобройни калциеви съединения с различни приложения. Например, калциевият карбид се използва за получаване на ацетилен, използван в горелки. Калциевият алгинат се използва като сгъстител в хранителни продукти като сладолед.

Калциевият хипохлорит се използва като избелващо средство, дезодорант, фунгицид и алгаецид.

Калциевият перманганат е ракетно гориво. Използва се и като средство за пречистване на вода и в текстилното производство.

Биологична функция

Калцият изпълнява множество функции в живите същества:

-Вмесва се в коагулационната каскада като Фактор IV.

-Той е необходим за активирането на няколко фактора на коагулация, включително тромбин.

-В скелетните мускули калцият освобождава инхибиращото действие на протеиновата система върху мускулната контракция, което позволява да се образуват актино-миозинови мостове, което причинява свиване.

-Стабилизира йонните канали на възбудимите клетки. При хипокалциемия натриевите канали се активират, което кара натрия да навлезе в клетките, генерирайки трайно свиване (тетания), което може да бъде смъртоносно.

-В допълнение, калция благоприятства освобождаването на невротрансмитер ацетилхолин в пресинаптичните терминали.

Рискове и предпазни мерки

Реагира екзотермично с вода. Поради това може да причини сериозно нараняване на устата, хранопровода или стомаха веднъж погълнато.

Работниците са изложени на този риск на места, където се произвежда елементът калций или такива, където се прилага метал. Предпазните мерки са да се предпазвате с маски, които избягват дишането на прах, дрехи и подходяща вентилация.

Хиперкалциемията е изключително опасна и може да бъде причинена главно от прекомерна секреция на паращитовиден хормон или прекомерен прием на витамин D. Прекомерният прием на калций, например по-голям от 2,5 g / ден, рядко е причина за хиперкалциемия, Излишъкът от калций се натрупва в бъбреците, причинявайки камъни в бъбреците и бъбречна нефроза. В допълнение, натрупването на калций в стените на кръвоносните съдове променя тяхната еластичност, което може да бъде причина за хипертония, забавен кръвоток и тромбоза.

Основна предпазна мярка е включването на калкемия сред лабораторните изследвания, когато лекарят наблюдава характеристики в симптомите на пациента, които го карат да подозира хиперкалциемия и да започне подходящо лечение.

Препратки

1. У. Хъл. (1921). Кристалната структура на калция. doi.org/10.1103/PhysRev.17.42
2. Wikipedia. (2019). Калций. Възстановено от: en.wikipedia.org
3. Advameg, Inc. (2019). Калций. Химия обяснено. Възстановена от: chemistryexplained.com
4. Тимотей П. Хануса. (11 януари 2019 г.). Калций. Encyclopædia Britannica. Възстановено от: britannica.com
5. Национален център за информация за биотехнологиите. (2019). Калций. PubChem база данни. CID = 5460341. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. WebElements. (2019). Калций: най-важното. Възстановени от: webelements.com