Kalsium
KALSIUM-saya; m.[dari lat. calx (calcis) - kapur] Unsur kimia (Ca), logam perak-putih yang merupakan sebahagian daripada batu kapur, marmar, dsb.
◁ Kalsium, oh, oh. garam K.
kalsium(lat. Kalsium), unsur kimia kumpulan II jadual berkala, tergolong dalam logam alkali tanah. Nama daripada lat. calx, genitive calcis - kapur. Logam perak-putih, ketumpatan 1.54 g/cm 3, t pl 842ºC. Pada suhu biasa ia mudah teroksida di udara. Dari segi kelaziman dalam kerak bumi, ia berada di kedudukan ke-5 (mineral kalsit, gipsum, fluorit, dll.). Sebagai agen penurunan aktif, ia digunakan untuk mendapatkan U, Th, V, Cr, Zn, Be dan logam lain daripada sebatiannya, untuk menyahoksida keluli, gangsa, dll. Ia adalah sebahagian daripada bahan anti geseran. Sebatian kalsium digunakan dalam pembinaan (kapur, simen), persediaan kalsium digunakan dalam perubatan.
KALSIUMKALSIUM (lat. Kalsium), Ca (baca "kalsium"), unsur kimia dengan nombor atom 20, terletak dalam tempoh keempat dalam kumpulan IIA sistem berkala unsur Mendeleev; jisim atom 40.08. Kepunyaan unsur alkali tanah (cm. LOGAM BUMI BERALKALI).
Kalsium semulajadi terdiri daripada campuran nuklida (cm. NUKLID) dengan nombor jisim 40 (dalam campuran dengan jisim 96.94%), 44 (2.09%), 42 (0.667%), 48 (0.187%), 43 (0.135%) dan 46 (0.003%). Konfigurasi lapisan elektron luar 4 s 2
. Dalam hampir semua sebatian keadaan pengoksidaan kalsium ialah +2 (valens II).
Jejari atom kalsium neutral ialah 0.1974 nm, jejari ion Ca 2+ ialah dari 0.114 nm (untuk nombor koordinasi 6) hingga 0.148 nm (untuk nombor koordinasi 12).
Tenaga pengionan berjujukan bagi atom kalsium neutral adalah, masing-masing, 6.133, 11.872, 50.91, 67.27 dan 84.5 eV. Menurut skala Pauling, keelektronegatifan kalsium adalah kira-kira 1.0. Dalam bentuk bebasnya, kalsium adalah logam putih keperakan.
Sejarah penemuan (cm. Sebatian kalsium terdapat di mana-mana di alam semula jadi, jadi manusia telah mengenalinya sejak zaman purba. Kapur telah lama digunakan dalam pembinaan LIME) (cm.(kapur cepat dan slaked), yang telah lama dianggap sebagai bahan mudah, "bumi." Walau bagaimanapun, pada tahun 1808 saintis Inggeris G. Davy berjaya mendapatkan logam baru daripada kapur. Untuk melakukan ini, Davy tertakluk kepada elektrolisis campuran kapur yang dibasahi sedikit dengan oksida merkuri dan mengasingkan logam baru daripada amalgam yang terbentuk pada katod merkuri, yang dipanggilnya kalsium (dari bahasa Latin calx, genus calcis - kapur). Di Rusia untuk beberapa waktu logam ini dipanggil "pengapuran".
Berada di alam semula jadi
Kalsium adalah salah satu unsur yang paling biasa di Bumi. Ia menyumbang 3.38% daripada jisim kerak bumi (kelima paling banyak selepas oksigen, silikon, aluminium dan besi). Oleh kerana aktiviti kimianya yang tinggi, kalsium tidak berlaku dalam bentuk bebas di alam semula jadi. Kebanyakan kalsium terdapat dalam silikat (cm. SILIKAT) dan aluminosilikat (cm. SILIKAT ALUMINIUM) pelbagai batuan (granit (cm. GRANIT), gneises (cm. GNISS) dll.). Dalam bentuk batuan sedimen, sebatian kalsium diwakili oleh kapur dan batu kapur, yang terdiri terutamanya daripada mineral kalsit. (cm. CALCITE)(CaCO 3). Bentuk kristal kalsit - marmar - adalah kurang biasa dalam alam semula jadi.
Mineral kalsium seperti batu kapur adalah perkara biasa (cm. batu kapur) CaCO3, anhidrit (cm. ANHIDRIT) CaSO 4 dan gipsum (cm. GYPSUM) CaSO 4 2H 2 O, fluorit (cm. FLUORITE) CaF 2, apatit (cm. APATITE) Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl,OH), dolomit (cm. DOLOMIT) MgCO 3 ·CaCO 3 . Kehadiran garam kalsium dan magnesium dalam air semula jadi menentukan kekerasannya (cm. KEKERASAN AIR). Sebilangan besar kalsium ditemui dalam organisma hidup. Oleh itu, hidroksiapatit Ca 5 (PO 4) 3 (OH), atau, dalam entri lain, 3Ca 3 (PO 4) 2 ·Ca(OH) 2, ialah asas tisu tulang vertebrata, termasuk manusia; Cangkerang dan cengkerang banyak invertebrata, kulit telur, dll. diperbuat daripada kalsium karbonat CaCO 3.
resit
Kalsium logam diperoleh melalui elektrolisis leburan yang terdiri daripada CaCl 2 (75-80%) dan KCl atau daripada CaCl 2 dan CaF 2, serta pengurangan aluminotermik CaO pada 1170-1200 °C:
4CaO + 2Al = CaAl 2 O 4 + 3Ca.
Sifat fizikal dan kimia
Logam kalsium wujud dalam dua pengubahsuaian alotropik (lihat Alotropi (cm. ALLOTROPI)). Sehingga 443 °C, a-Ca dengan kekisi berpusat muka padu (parameter a = 0.558 nm) adalah stabil; b-Ca dengan kekisi berpusat badan padu jenis a-Fe (parameter a = 0.448 nm) adalah; lebih stabil. Takat lebur kalsium ialah 839 °C, takat didih ialah 1484 °C, ketumpatan ialah 1.55 g/cm3.
Aktiviti kimia kalsium adalah tinggi, tetapi lebih rendah daripada semua logam alkali tanah yang lain. Ia mudah bertindak balas dengan oksigen, karbon dioksida dan kelembapan di udara, itulah sebabnya permukaan logam kalsium biasanya berwarna kelabu kusam, jadi di makmal kalsium biasanya disimpan, seperti logam alkali tanah yang lain, dalam balang tertutup rapat di bawah lapisan. daripada minyak tanah.
Dalam siri potensi piawai, kalsium terletak di sebelah kiri hidrogen. Potensi elektrod piawai pasangan Ca 2+ /Ca 0 ialah –2.84 V, supaya kalsium bertindak balas secara aktif dengan air:
Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2.
Kalsium bertindak balas dengan bukan logam aktif (oksigen, klorin, bromin) dalam keadaan normal:
2Ca + O 2 = 2CaO; Ca + Br 2 = CaBr 2.
Apabila dipanaskan di udara atau oksigen, kalsium menyala. Kalsium bertindak balas dengan bukan logam yang kurang aktif (hidrogen, boron, karbon, silikon, nitrogen, fosforus dan lain-lain) apabila dipanaskan, contohnya:
Ca + H 2 = CaH 2 (kalsium hidrida),
Ca + 6B = CaB 6 (kalsium borida),
3Ca + N 2 = Ca 3 N 2 (kalsium nitrida)
Ca + 2C = CaC 2 (kalsium karbida)
3Ca + 2P = Ca 3 P 2 (kalsium fosfida), kalsium fosfida bagi komposisi CaP dan CaP 5 juga diketahui;
2Ca + Si = Ca 2 Si (kalsium silisid kalsium daripada komposisi CaSi, Ca 3 Si 4 dan CaSi 2 juga dikenali.
Kejadian tindak balas di atas, sebagai peraturan, disertai dengan pembebasan sejumlah besar haba (iaitu, tindak balas ini adalah eksotermik). Dalam semua sebatian dengan bukan logam, keadaan pengoksidaan kalsium ialah +2. Kebanyakan sebatian kalsium dengan bukan logam mudah terurai oleh air, contohnya:
CaH 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 2,
Ca 3 N 2 + 3H 2 O = 3Ca(OH) 2 + 2NH 3.
Kalsium oksida biasanya asas. Di makmal dan teknologi ia diperoleh dengan penguraian haba karbonat:
CaCO 3 = CaO + CO 2.
Kalsium oksida CaO teknikal dipanggil kapur cepat.
Ia bertindak balas dengan air untuk membentuk Ca(OH) 2 dan membebaskan sejumlah besar haba:
CaO + H 2 O = Ca(OH) 2.
Ca(OH)2 yang diperoleh dengan cara ini biasanya dipanggil kapur slaked atau susu kapur (cm. SUSU LIMAU) disebabkan oleh fakta bahawa keterlarutan kalsium hidroksida dalam air adalah rendah (0.02 mol/l pada 20°C), dan apabila ia ditambah kepada air, ampaian putih terbentuk.
Apabila berinteraksi dengan oksida berasid, CaO membentuk garam, contohnya:
CaO + CO 2 = CaCO 3; CaO + SO 3 = CaSO 4.
Ion Ca 2+ tidak berwarna. Apabila garam kalsium ditambah ke dalam nyalaan, nyalaan menjadi merah bata.
Garam kalsium seperti CaCl 2 klorida, CaBr 2 bromida, CaI 2 iodide dan Ca(NO 3) 2 nitrat sangat larut dalam air. Tidak larut dalam air ialah fluorida CaF 2, karbonat CaCO 3, sulfat CaSO 4, purata ortofosfat Ca 3 (PO 4) 2, oksalat CaC 2 O 4 dan beberapa yang lain.
Adalah penting, tidak seperti purata kalsium karbonat CaCO 3, kalsium karbonat berasid (bikarbonat) Ca(HCO 3) 2 larut dalam air. Secara semula jadi, ini membawa kepada proses berikut. Apabila hujan sejuk atau air sungai, tepu dengan karbon dioksida, menembusi bawah tanah dan jatuh pada batu kapur, pembubarannya diperhatikan:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2.
Di tempat yang sama di mana air tepu dengan kalsium bikarbonat datang ke permukaan bumi dan dipanaskan oleh sinar matahari, tindak balas terbalik berlaku:
Ca(HCO 3) 2 = CaCO 3 + CO 2 + H 2 O.
Ini adalah bagaimana jisim besar bahan dipindahkan dalam alam semula jadi. Akibatnya, lubang besar boleh terbentuk di bawah tanah (lihat Karst (cm. KARST (fenomena semula jadi))), dan batu yang indah "aikel" - stalaktit - terbentuk di dalam gua (cm. STALAKTIT (pembentukan mineral)) dan stalagmit (cm. STALAGMIT).
Kehadiran kalsium bikarbonat terlarut dalam air sebahagian besarnya menentukan kekerasan sementara air. (cm. KEKERASAN AIR). Ia dipanggil sementara kerana apabila air mendidih, bikarbonat terurai dan CaCO 3 memendakan. Fenomena ini membawa, sebagai contoh, kepada fakta bahawa skala terbentuk dalam cerek dari semasa ke semasa.
Penggunaan kalsium dan sebatiannya
Logam kalsium digunakan untuk penghasilan metalotermik uranium (cm. URANIUM (unsur kimia)), torium (cm. TORIUM), titanium (cm. TITANIUM (unsur kimia)), zirkonium (cm. ZIRKONIUM), cesium (cm. CESIUM) dan rubidium (cm. RUBIDIUM).
Sebatian kalsium semulajadi digunakan secara meluas dalam penghasilan bahan pengikat (simen (cm. SIMEN), gipsum (cm. GYPSUM), kapur, dll.). Kesan pengikatan kapur slaked adalah berdasarkan fakta bahawa dari masa ke masa, kalsium hidroksida bertindak balas dengan karbon dioksida di udara. Hasil daripada tindak balas yang berterusan, kristal berbentuk jarum kalsit CaCO3 terbentuk, yang tumbuh menjadi batu, bata, dan bahan binaan yang berdekatan dan, seolah-olah, mengimpalnya menjadi satu keseluruhan. Kalsium karbonat kristal - marmar - adalah bahan kemasan yang sangat baik. Kapur digunakan untuk pemutihan. Sebilangan besar batu kapur digunakan dalam pengeluaran besi tuang, kerana ia memungkinkan untuk menukar kekotoran refraktori bijih besi (contohnya, kuarza SiO 2) kepada sanga lebur yang agak rendah.
Peluntur sangat berkesan sebagai pembasmi kuman. (cm. peluntur)- "peluntur" Ca(OCl)Cl - campuran klorida dan kalsium hipoklorida (cm. KALSIUM HIPOKLORIT), dengan keupayaan pengoksidaan yang tinggi.
Kalsium sulfat juga digunakan secara meluas, sedia ada dalam bentuk sebatian kontang dan dalam bentuk hidrat kristal - yang dipanggil sulfat "separa akueus" - alabaster (cm. ALEVIZ FRYAZIN (Milan)) CaSO 4 ·0.5H 2 O dan dihidrat sulfat - gipsum CaSO 4 ·2H 2 O. Gipsum digunakan secara meluas dalam pembinaan, dalam arca, untuk pembuatan pengacuan stuko dan pelbagai produk artistik. Plaster juga digunakan dalam perubatan untuk membaiki tulang semasa patah tulang.
Kalsium klorida CaCl 2 digunakan bersama dengan garam meja untuk memerangi aising permukaan jalan. Kalsium fluorida CaF 2 adalah bahan optik yang sangat baik.
Kalsium dalam badan
Kalsium adalah unsur biogenik (cm. ELEMEN BIOGENIK), sentiasa terdapat dalam tisu tumbuhan dan haiwan. Komponen penting dalam metabolisme mineral haiwan dan manusia dan pemakanan mineral tumbuhan, kalsium melakukan pelbagai fungsi dalam badan. Terdiri daripada apatit (cm. APATITE), serta sulfat dan karbonat, kalsium membentuk komponen mineral tisu tulang. Badan manusia seberat 70 kg mengandungi kira-kira 1 kg kalsium. Kalsium mengambil bahagian dalam fungsi saluran ion (cm. SALURAN ION) mengangkut bahan melalui membran biologi dalam penghantaran impuls saraf (cm. IMPULSI SARAF), dalam proses pembekuan darah (cm. pembekuan darah) dan persenyawaan. Calciferols mengawal metabolisme kalsium dalam badan (cm. KALSIFEROL)(vitamin D). Kekurangan atau lebihan kalsium membawa kepada pelbagai penyakit - riket (cm. RICKET), kalsinosis (cm. CALCINOSIS) dan lain-lain. Oleh itu, makanan manusia mesti mengandungi sebatian kalsium dalam kuantiti yang diperlukan (800-1500 mg kalsium sehari). Kandungan kalsium tinggi dalam produk tenusu (seperti keju kotej, keju, susu), sesetengah sayur-sayuran dan makanan lain. Persediaan kalsium digunakan secara meluas dalam perubatan.
Kamus Ensiklopedia. 2009 .
sinonim:Kalsium (Latin Calcium, dilambangkan Ca) ialah unsur dengan nombor atom 20 dan jisim atom 40.078. Ia adalah unsur subkumpulan utama kumpulan kedua, tempoh keempat jadual berkala unsur kimia Dmitry Ivanovich Mendeleev. Di bawah keadaan biasa, bahan ringkas kalsium adalah logam alkali tanah yang ringan (1.54 g/cm3) mudah ditempa, lembut, aktif secara kimia berwarna perak-putih.
Secara semula jadi, kalsium dibentangkan sebagai campuran enam isotop: 40Ca (96.97%), 42Ca (0.64%), 43Ca (0.145%), 44Ca (2.06%), 46Ca (0.0033%) dan 48Ca ( 0.185%). Isotop utama unsur kedua puluh - yang paling biasa - ialah 40Ca, kelimpahan isotopnya adalah kira-kira 97%. Daripada enam isotop semulajadi kalsium, lima adalah stabil, isotop keenam 48Ca, yang paling berat daripada enam dan agak jarang (kelimpahan isotopnya hanya 0.185%), baru-baru ini didapati mengalami pereputan β berganda dengan separuh hayat 5.3∙1019 tahun. Isotop yang diperoleh secara buatan dengan nombor jisim 39, 41, 45, 47 dan 49 adalah radioaktif. Selalunya ia digunakan sebagai penunjuk isotop dalam kajian proses metabolisme mineral dalam organisma hidup. 45Ca, yang diperoleh dengan menyinari kalsium logam atau sebatiannya dengan neutron dalam reaktor uranium, memainkan peranan penting dalam kajian proses metabolik yang berlaku dalam tanah dan dalam kajian proses penyerapan kalsium oleh tumbuhan. Terima kasih kepada isotop yang sama, adalah mungkin untuk mengesan sumber pencemaran pelbagai jenis keluli dan besi ultra-tulen dengan sebatian kalsium semasa proses peleburan.
Sebatian kalsium - marmar, gipsum, batu kapur dan kapur (hasil pembakaran batu kapur) telah diketahui sejak zaman purba dan digunakan secara meluas dalam pembinaan dan perubatan. Orang Mesir purba menggunakan sebatian kalsium dalam pembinaan piramid mereka, dan penduduk Rom besar mencipta konkrit - menggunakan campuran batu hancur, kapur dan pasir. Sehingga akhir abad ke-18, ahli kimia yakin bahawa kapur adalah pepejal yang mudah. Hanya pada tahun 1789 Lavoisier mencadangkan bahawa kapur, alumina dan beberapa sebatian lain adalah bahan kompleks. Pada tahun 1808, logam kalsium diperolehi oleh G. Davy melalui elektrolisis.
Penggunaan logam kalsium dikaitkan dengan aktiviti kimianya yang tinggi. Ia digunakan untuk pemulihan daripada sebatian logam tertentu, contohnya, torium, uranium, kromium, zirkonium, sesium, rubidium; untuk mengeluarkan oksigen dan sulfur daripada keluli dan beberapa aloi lain; untuk dehidrasi cecair organik; untuk menyerap gas sisa dalam peranti vakum. Selain itu, logam kalsium berfungsi sebagai komponen pengaloian dalam beberapa aloi. Sebatian kalsium digunakan dengan lebih meluas - ia digunakan dalam pembinaan, piroteknik, pengeluaran kaca, perubatan dan banyak bidang lain.
Kalsium adalah salah satu unsur biogenik yang paling penting ia diperlukan untuk kebanyakan organisma hidup untuk proses kehidupan yang normal. Tubuh dewasa mengandungi sehingga satu setengah kilogram kalsium. Ia terdapat dalam semua tisu dan cecair organisma hidup. Unsur kedua puluh diperlukan untuk pembentukan tisu tulang, mengekalkan denyutan jantung, pembekuan darah, mengekalkan kebolehtelapan normal membran sel luar, dan pembentukan sejumlah enzim. Senarai fungsi yang dilakukan oleh kalsium dalam badan tumbuhan dan haiwan adalah sangat panjang. Cukuplah untuk mengatakan bahawa hanya organisma yang jarang dapat berkembang dalam persekitaran tanpa kalsium, dan organisma lain terdiri daripada 38% unsur ini (badan manusia hanya mengandungi kira-kira 2% kalsium).
Sifat biologi
Kalsium adalah salah satu unsur biogenik; sebatiannya terdapat dalam hampir semua organisma hidup (beberapa organisma dapat berkembang dalam persekitaran tanpa kalsium), memastikan proses kehidupan yang normal. Unsur kedua puluh terdapat dalam semua tisu dan cecair haiwan dan tumbuhan (dalam organisma vertebrata, termasuk manusia) terkandung dalam rangka dan gigi dalam bentuk fosfat (contohnya, hidroksiapatit Ca5(PO4)3OH atau 3Ca3; (PO4)2Ca (OH)2). Penggunaan unsur kedua puluh sebagai bahan binaan untuk tulang dan gigi adalah disebabkan oleh fakta bahawa ion kalsium tidak digunakan dalam sel. Kepekatan kalsium dikawal oleh hormon khas, tindakan gabungan mereka memelihara dan mengekalkan struktur tulang. Rangka kebanyakan kumpulan invertebrata (moluska, karang, span dan lain-lain) dibina daripada pelbagai bentuk kalsium karbonat CaCO3 (limau). Banyak invertebrata menyimpan kalsium sebelum molting untuk membina rangka baru atau untuk memastikan fungsi penting dalam keadaan yang tidak menguntungkan. Haiwan memperoleh kalsium daripada makanan dan air, dan tumbuhan daripada tanah dan, berhubung dengan unsur ini, dibahagikan kepada calciphiles dan calcephobes.
Ion unsur mikro penting ini terlibat dalam proses pembekuan darah, serta dalam memastikan tekanan osmotik darah yang berterusan. Di samping itu, kalsium diperlukan untuk pembentukan beberapa struktur selular, mengekalkan kebolehtelapan normal membran sel luar, untuk persenyawaan telur ikan dan haiwan lain, dan pengaktifan beberapa enzim (mungkin keadaan ini disebabkan oleh fakta bahawa kalsium menggantikan ion magnesium). Ion kalsium menghantar pengujaan kepada serat otot, menyebabkan ia mengecut, meningkatkan kekuatan kontraksi jantung, meningkatkan fungsi fagosit leukosit, mengaktifkan sistem protein darah pelindung, mengawal eksositosis, termasuk rembesan hormon dan neurotransmitter. Kalsium menjejaskan kebolehtelapan saluran darah - tanpa unsur ini, lemak, lipid dan kolesterol akan mengendap di dinding saluran darah. Kalsium menggalakkan pembebasan garam logam berat dan radionuklid daripada badan dan melaksanakan fungsi antioksidan. Kalsium menjejaskan sistem pembiakan, mempunyai kesan anti-tekanan dan mempunyai kesan anti-alergi.
Kandungan kalsium dalam badan orang dewasa (berat 70 kg) ialah 1.7 kg (terutamanya dalam bahan antara sel tisu tulang). Keperluan untuk elemen ini bergantung pada umur: untuk orang dewasa pengambilan harian yang diperlukan adalah dari 800 hingga 1,000 miligram, untuk kanak-kanak dari 600 hingga 900 miligram. Bagi kanak-kanak, adalah amat penting untuk mengambil dos yang diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangan tulang yang intensif. Sumber utama kalsium dalam badan adalah susu dan produk tenusu; selebihnya kalsium berasal dari daging, ikan, dan beberapa produk tumbuhan (terutama kekacang). Penyerapan kation kalsium berlaku dalam usus besar dan kecil penyerapan dipermudahkan oleh persekitaran berasid, vitamin C dan D, laktosa (asid laktik), dan asid lemak tak tepu. Sebaliknya, aspirin, asid oksalat, dan derivatif estrogen dengan ketara mengurangkan kebolehcernaan unsur kedua puluh. Oleh itu, apabila digabungkan dengan asid oksalik, kalsium menghasilkan sebatian tidak larut air yang merupakan komponen batu karang. Peranan magnesium dalam metabolisme kalsium adalah hebat - dengan kekurangannya, kalsium "dicuci" dari tulang dan disimpan di dalam buah pinggang (batu ginjal) dan otot. Secara umum, badan mempunyai sistem yang kompleks untuk menyimpan dan melepaskan unsur kedua puluh untuk sebab ini, kandungan kalsium dalam darah dikawal dengan tepat, dan dengan pemakanan yang betul, kekurangan atau lebihan tidak berlaku. Diet kalsium jangka panjang boleh menyebabkan kekejangan, sakit sendi, sembelit, keletihan, mengantuk, dan pertumbuhan terencat. Kekurangan kalsium yang berpanjangan dalam diet membawa kepada perkembangan osteoporosis. Nikotin, kafein dan alkohol adalah beberapa punca kekurangan kalsium dalam badan, kerana ia menyumbang kepada perkumuhan intensifnya dalam air kencing. Walau bagaimanapun, lebihan unsur kedua puluh (atau vitamin D) membawa kepada akibat negatif - hiperkalsemia berkembang, akibatnya adalah kalsifikasi tulang dan tisu yang sengit (terutamanya menjejaskan sistem kencing). Lebihan kalsium jangka panjang mengganggu fungsi otot dan tisu saraf, meningkatkan pembekuan darah dan mengurangkan penyerapan zink oleh sel tulang. Osteoartritis, katarak, dan masalah tekanan darah mungkin berlaku. Daripada perkara di atas, kita boleh membuat kesimpulan bahawa sel-sel organisma tumbuhan dan haiwan memerlukan nisbah ion kalsium yang ditentukan dengan ketat.
Dalam farmakologi dan perubatan, sebatian kalsium digunakan untuk pembuatan vitamin, tablet, pil, suntikan, antibiotik, serta untuk pembuatan ampul dan peralatan perubatan.
Ternyata punca ketidaksuburan lelaki yang agak biasa adalah kekurangan kalsium dalam badan! Hakikatnya adalah bahawa kepala sperma mempunyai pembentukan berbentuk anak panah, yang terdiri sepenuhnya daripada kalsium dengan jumlah unsur ini yang mencukupi, sperma dapat mengatasi membran dan menyuburkan telur jika jumlahnya tidak mencukupi; berlaku.
Para saintis Amerika telah mendapati bahawa kekurangan ion kalsium dalam darah menyebabkan daya ingatan yang lemah dan kecerdasan menurun. Sebagai contoh, dari majalah terkenal AS Science News, ia diketahui tentang eksperimen yang mengesahkan bahawa kucing mengalami refleks terkondisi hanya jika sel otak mereka mengandungi lebih banyak kalsium daripada darah.
Kompaun kalsium cyanamide, sangat bernilai dalam pertanian, digunakan bukan sahaja sebagai baja nitrogen dan sumber urea - baja berharga dan bahan mentah untuk pengeluaran resin sintetik, tetapi juga sebagai bahan yang memungkinkan untuk mekanisasi penuaian ladang kapas. Hakikatnya ialah selepas rawatan dengan sebatian ini, tumbuhan kapas serta-merta menggugurkan daunnya, yang membolehkan orang ramai meninggalkan pemetik kapas kepada mesin.
Apabila bercakap tentang makanan yang kaya dengan kalsium, produk tenusu selalu disebut, tetapi susu itu sendiri mengandungi dari 120 mg (lembu) hingga 170 mg (biri-biri) kalsium setiap 100 g; keju kotej lebih miskin - hanya 80 mg setiap 100 gram. Daripada produk tenusu, hanya keju mengandungi daripada 730 mg (Gouda) hingga 970 mg (Emmenthal) kalsium setiap 100 g produk. Walau bagaimanapun, pemegang rekod kandungan unsur kedua puluh ialah popi - 100 gram biji popi mengandungi hampir 1,500 mg kalsium!
Kalsium klorida CaCl2, yang digunakan, sebagai contoh, dalam unit penyejukan, adalah hasil buangan daripada banyak proses kimia, khususnya pengeluaran soda berskala besar. Walau bagaimanapun, walaupun penggunaan meluas kalsium klorida dalam pelbagai bidang, penggunaannya jauh lebih rendah daripada pengeluarannya. Atas sebab ini, sebagai contoh, berhampiran kilang soda, seluruh tasik air garam kalsium klorida terbentuk. Kolam simpanan sebegini bukan perkara biasa.
Untuk memahami berapa banyak sebatian kalsium yang digunakan, adalah wajar memberikan beberapa contoh sahaja. Dalam pengeluaran keluli, kapur digunakan untuk mengeluarkan fosforus, silikon, mangan dan sulfur dalam proses penukar oksigen, 75 kilogram kapur digunakan setiap tan keluli! Contoh lain datang dari kawasan yang sama sekali berbeza - industri makanan. Dalam pengeluaran gula, sirap gula mentah bertindak balas dengan kapur untuk memendakan kalsium sukrosa. Jadi, gula tebu biasanya memerlukan kira-kira 3-5 kg kapur setiap tan, dan gula bit - seratus kali lebih banyak, iaitu kira-kira setengah tan kapur setiap tan gula!
"Kekerasan" air ialah sejumlah sifat yang dilarutkan oleh garam kalsium dan magnesium di dalamnya memberikan air. Kekakuan dibahagikan kepada sementara dan kekal. Kekerasan sementara atau karbonat disebabkan oleh kehadiran hidrokarbonat terlarut Ca(HCO3)2 dan Mg(HCO3)2 dalam air. Sangat mudah untuk menyingkirkan kekerasan karbonat - apabila air direbus, bikarbonat bertukar menjadi kalsium dan magnesium karbonat yang tidak larut air, memendakan. Kekerasan kekal dicipta oleh sulfat dan klorida logam yang sama, tetapi menyingkirkannya adalah lebih sukar. Air keras berbahaya bukan kerana ia menghalang pembentukan buih sabun dan oleh itu mencuci pakaian lebih teruk lagi ialah ia membentuk lapisan skala dalam dandang stim dan sistem dandang, dengan itu mengurangkan kecekapannya dan membawa kepada situasi kecemasan. Apa yang menarik ialah mereka tahu cara menentukan kekerasan air di Rom Purba. Wain merah digunakan sebagai reagen - bahan pewarnanya membentuk mendakan dengan ion kalsium dan magnesium.
Proses penyediaan kalsium untuk penyimpanan sangat menarik. Logam kalsium disimpan untuk masa yang lama dalam bentuk kepingan seberat 0.5 hingga 60 kg. "Jingot" ini dibungkus dalam beg kertas, kemudian diletakkan di dalam bekas besi tergalvani dengan jahitan yang dipateri dan dicat. Bekas bertutup rapat diletakkan di dalam kotak kayu. Kepingan yang beratnya kurang daripada setengah kilogram tidak boleh disimpan untuk masa yang lama - apabila teroksida, ia cepat berubah menjadi oksida, hidroksida dan kalsium karbonat.
cerita
Logam kalsium diperolehi agak baru-baru ini - pada tahun 1808, tetapi manusia telah biasa dengan sebatian logam ini untuk masa yang lama. Sejak zaman purba, orang telah menggunakan batu kapur, kapur, marmar, alabaster, gipsum dan sebatian lain yang mengandungi kalsium dalam pembinaan dan perubatan. Batu kapur CaCO3 kemungkinan besar merupakan bahan binaan pertama yang digunakan oleh manusia. Ia digunakan dalam pembinaan piramid Mesir dan Tembok Besar China. Banyak kuil dan gereja di Rus', serta kebanyakan bangunan Moscow purba, dibina menggunakan batu kapur - batu putih. Malah pada zaman purba, seseorang, dengan membakar batu kapur, menerima kapur cepat (CaO), seperti yang dibuktikan oleh karya Pliny the Elder (abad ke-1 M) dan Dioscorides, seorang doktor dalam tentera Rom, yang kepadanya dia memperkenalkan kalsium oksida dalam bukunya. esei "Mengenai Ubat-ubatan." nama "kapur cepat", yang telah bertahan hingga ke hari ini. Dan semua ini walaupun fakta bahawa kalsium oksida tulen pertama kali diterangkan oleh ahli kimia Jerman I. Kemudian hanya pada tahun 1746, dan pada tahun 1755, ahli kimia J. Black, mengkaji proses penembakan, mendedahkan bahawa kehilangan jisim batu kapur semasa penembakan berlaku disebabkan kepada pembebasan gas karbon dioksida:
CaCO3 ↔ CO2 + CaO
Mortar Mesir yang digunakan dalam piramid Giza adalah berasaskan gipsum CaSO4 2H2O yang terdehidrasi separa atau, dengan kata lain, alabaster 2CaSO4∙H2O. Ia juga merupakan asas kepada semua plaster di makam Tutankhamun. Orang Mesir menggunakan gipsum (alabaster) yang dibakar sebagai pengikat dalam pembinaan struktur pengairan. Dengan membakar gipsum semulajadi pada suhu tinggi, pembina Mesir mencapai dehidrasi separa, dan bukan sahaja air, tetapi juga anhidrida sulfurik dipisahkan daripada molekul. Kemudian, apabila dicairkan dengan air, jisim yang sangat kuat diperolehi yang tidak takut air dan turun naik suhu.
Orang Rom berhak dipanggil pencipta konkrit, kerana di bangunan mereka mereka menggunakan salah satu jenis bahan binaan ini - campuran batu hancur, pasir dan kapur. Terdapat huraian oleh Pliny the Elder mengenai pembinaan tangki daripada konkrit sedemikian: “Untuk membina tangki, ambil lima bahagian pasir kerikil tulen, dua bahagian kapur slaked terbaik dan serpihan silex (lava keras) seberat tidak lebih daripada satu tumbuk setiap satu, selepas sebati, padatkan bahagian bawah dan permukaan sisi dengan pukulan rammer besi" Dalam iklim lembap Itali, konkrit adalah bahan yang paling berdaya tahan.
Ternyata manusia telah lama menyedari sebatian kalsium, yang mereka makan secara meluas. Walau bagaimanapun, sehingga akhir abad ke-18, ahli kimia menganggap kapur sebagai pepejal mudah; hanya pada ambang abad baru kajian tentang sifat kapur dan sebatian kalsium lain bermula. Jadi Stahl mencadangkan bahawa kapur adalah badan yang kompleks yang terdiri daripada prinsip tanah dan berair, dan Black menetapkan perbezaan antara kapur kaustik dan kapur berkarbonat, yang mengandungi "udara tetap." Antoine Laurent Lavoisier mengklasifikasikan tanah berkapur (CaO) sebagai unsur, iaitu, sebagai bahan ringkas, walaupun pada tahun 1789 beliau mencadangkan bahawa kapur, magnesia, barit, alumina dan silika adalah bahan kompleks, tetapi ia akan dapat dibuktikan hanya dengan menguraikan "tanah degil" (kalsium oksida). Dan orang pertama yang berjaya ialah Humphry Davy. Selepas kejayaan penguraian kalium dan natrium oksida melalui elektrolisis, ahli kimia memutuskan untuk mendapatkan logam alkali tanah dengan cara yang sama. Walau bagaimanapun, percubaan pertama tidak berjaya - orang Inggeris itu cuba menguraikan kapur dengan elektrolisis di udara dan di bawah lapisan minyak, kemudian mengkalsinkan kapur dengan kalium logam dalam tiub dan menjalankan banyak eksperimen lain, tetapi tidak berjaya. Akhirnya, dalam peranti dengan katod merkuri, dia memperoleh amalgam melalui elektrolisis kapur, dan daripadanya kalsium logam. Tidak lama kemudian, kaedah mendapatkan logam ini telah diperbaiki oleh I. Berzelius dan M. Pontin.
Unsur baru menerima namanya dari perkataan Latin "calx" (dalam kes genitif calcis) - kapur, batu lembut. Calx ialah nama yang diberikan kepada kapur, batu kapur, umumnya batu kerikil, tetapi selalunya mortar berasaskan kapur. Konsep ini juga digunakan oleh pengarang purba (Vitruvius, Pliny the Elder, Dioscorides), menggambarkan pembakaran batu kapur, menyaring kapur dan menyediakan mortar. Kemudian, dalam kalangan ahli alkimia, "calx" menandakan hasil tembakan secara umum - khususnya logam. Sebagai contoh, oksida logam dipanggil kapur logam, dan proses pembakaran itu sendiri dipanggil pengkalsinan. Dalam kesusasteraan preskripsi Rusia kuno perkataan kal (kotoran, tanah liat) ditemui, jadi dalam koleksi Trinity-Sergius Lavra (abad XV) dikatakan: "cari najis, daripadanya mereka mencipta emas dari mangkuk pijar." Kemudian barulah perkataan najis, yang sudah pasti berkaitan dengan perkataan "calx", menjadi sinonim dengan perkataan tahi. Dalam kesusasteraan Rusia pada awal abad ke-19, kalsium kadang-kadang dipanggil asas bumi berkapur, pengapuran (Shcheglov, 1830), kalsifikasi (Iovsky), kalsium, kalsium (Hess).
Berada di alam semula jadi
Kalsium adalah salah satu unsur yang paling biasa di planet kita - yang kelima dalam kandungan kuantitatif dalam alam semula jadi (bukan logam, hanya oksigen lebih biasa - 49.5% dan silikon - 25.3%) dan ketiga di kalangan logam (hanya aluminium lebih biasa - 7.5% dan besi - 5.08%). Clarke (kandungan purata dalam kerak bumi) kalsium, mengikut pelbagai anggaran, berkisar antara 2.96% jisim hingga 3.38%, kita pasti boleh mengatakan bahawa angka ini adalah kira-kira 3%. Cangkang luar atom kalsium mempunyai dua elektron valensi, yang sambungannya dengan nukleus agak lemah. Atas sebab ini, kalsium sangat reaktif secara kimia dan tidak berlaku dalam bentuk bebas dalam alam semula jadi. Walau bagaimanapun, ia secara aktif berhijrah dan terkumpul dalam pelbagai sistem geokimia, membentuk kira-kira 400 mineral: silikat, aluminosilikat, karbonat, fosfat, sulfat, borosilikat, molibdat, klorida dan lain-lain, menduduki tempat keempat dalam penunjuk ini. Apabila magma basaltik cair, kalsium terkumpul dalam leburan dan termasuk dalam komposisi mineral pembentuk batu utama, semasa pecahan yang kandungannya berkurangan semasa pembezaan magma daripada batuan asas kepada berasid. Untuk sebahagian besar, kalsium terletak di bahagian bawah kerak bumi, terkumpul di dalam batuan asas (6.72%); terdapat sedikit kalsium dalam mantel bumi (0.7%) dan, mungkin, lebih sedikit dalam teras bumi (dalam meteorit besi yang serupa dengan teras, unsur kedua puluh hanya 0.02%).
Benar, clarke kalsium dalam meteorit berbatu adalah 1.4% (kalsium sulfida yang jarang ditemui), dalam batu bersaiz sederhana ia adalah 4.65%, dan batu berasid mengandungi 1.58% kalsium mengikut berat. Bahagian utama kalsium terkandung dalam silikat dan aluminosilikat pelbagai batu (granit, gneisses, dll.), terutamanya dalam feldspar - anorthite Ca, serta diopside CaMg, wollastonite Ca3. Dalam bentuk batuan sedimen, sebatian kalsium diwakili oleh kapur dan batu kapur, yang terdiri terutamanya daripada mineral kalsit (CaCO3).
Kalsium karbonat CaCO3 adalah salah satu sebatian yang paling banyak di Bumi - mineral kalsium karbonat meliputi kira-kira 40 juta kilometer persegi permukaan bumi. Di banyak bahagian permukaan bumi terdapat deposit sedimen kalsium karbonat yang ketara, yang terbentuk daripada sisa organisma laut purba - kapur, marmar, batu kapur, batu cangkang - semua ini adalah CaCO3 dengan kekotoran kecil, dan kalsit adalah CaCO3 tulen. Mineral yang paling penting adalah batu kapur, atau lebih tepatnya batu kapur - kerana setiap deposit berbeza dalam ketumpatan, komposisi dan jumlah kekotoran. Sebagai contoh, batu cengkerang ialah batu kapur yang berasal dari organik, dan kalsium karbonat, yang mempunyai lebih sedikit kekotoran, membentuk kristal lutsinar batu kapur atau Iceland spar. Kapur adalah satu lagi jenis kalsium karbonat yang biasa, tetapi marmar, bentuk kristal kalsit, adalah kurang biasa dalam alam semula jadi. Secara umum diterima bahawa marmar terbentuk daripada batu kapur pada zaman geologi purba. Apabila kerak bumi bergerak, deposit individu batu kapur tertimbus di bawah lapisan batuan lain. Di bawah pengaruh tekanan dan suhu tinggi, proses penghabluran semula berlaku, dan batu kapur berubah menjadi batu kristal yang lebih padat - marmar. Stalaktit dan stalagmit yang pelik ialah aragonit mineral, yang merupakan satu lagi jenis kalsium karbonat. Aragonit ortorombik terbentuk di laut yang hangat - lapisan besar kalsium karbonat dalam bentuk aragonit terbentuk di Bahamas, Florida Keys dan lembangan Laut Merah. Juga agak meluas ialah mineral kalsium seperti fluorit CaF2, dolomit MgCO3 CaCO3, anhidrit CaSO4, fosforit Ca5(PO4)3(OH,CO3) (dengan pelbagai kekotoran) dan apatit Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) - bentuk kalsium fosfat, alabaster CaSO4 0.5H2O dan gipsum CaSO4 2H2O (bentuk kalsium sulfat) dan lain-lain. Mineral yang mengandungi kalsium mengandungi unsur kekotoran yang menggantikan isomorfik (contohnya, natrium, strontium, nadir bumi, radioaktif dan unsur lain).
Sebilangan besar unsur kedua puluh ditemui di perairan semula jadi kerana kewujudan "keseimbangan karbonat" global antara CaCO3 yang tidak larut dengan baik, Ca(HCO3)2 yang sangat larut dan CO2 yang terdapat dalam air dan udara:
CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2 = Ca2+ + 2HCO3-
Tindak balas ini boleh diterbalikkan dan merupakan asas untuk pengagihan semula unsur kedua puluh - dengan kandungan karbon dioksida yang tinggi dalam perairan, kalsium berada dalam larutan, dan dengan kandungan CO2 yang rendah, mineral kalsit CaCO3 mendakan, membentuk endapan tebal batu kapur, kapur. , dan marmar.
Sebilangan besar kalsium adalah sebahagian daripada organisma hidup, contohnya, hidroksiapatit Ca5(PO4)3OH, atau, dalam entri lain, 3Ca3(PO4)2 Ca(OH)2 - asas tisu tulang vertebrata, termasuk manusia. Kalsium karbonat CaCO3 adalah komponen utama cengkerang dan cengkerang banyak invertebrata, kulit telur, karang dan juga mutiara.
Permohonan
Logam kalsium digunakan agak jarang. Pada asasnya, logam ini (serta hidridanya) digunakan dalam penghasilan metalotermik logam yang sukar dikurangkan - uranium, titanium, torium, zirkonium, cesium, rubidium dan beberapa logam nadir bumi daripada sebatiannya (oksida atau halida). ). Kalsium digunakan sebagai agen pengurangan dalam pengeluaran nikel, kuprum dan keluli tahan karat. Unsur kedua puluh juga digunakan untuk penyahoksidaan keluli, gangsa dan aloi lain, untuk mengeluarkan sulfur daripada produk petroleum, untuk penyahhidratan pelarut organik, untuk menulenkan argon daripada kekotoran nitrogen dan sebagai penyerap gas dalam peranti vakum elektrik. Logam kalsium digunakan dalam pengeluaran aloi anti geseran sistem Pb-Na-Ca (digunakan dalam galas), serta aloi Pb-Ca yang digunakan untuk pembuatan sarung kabel elektrik. Aloi silikokalsium (Ca-Si-Ca) digunakan sebagai agen penyahoksida dan agen penyahgas dalam penghasilan keluli berkualiti. Kalsium digunakan sebagai unsur pengaloian untuk aloi aluminium dan sebagai bahan tambahan pengubahsuaian untuk aloi magnesium. Sebagai contoh, pengenalan kalsium meningkatkan kekuatan galas aluminium. Kalsium tulen juga digunakan untuk mengaloi plumbum, yang digunakan untuk pengeluaran plat bateri dan bateri asid plumbum pemula tanpa penyelenggaraan dengan nyahcas sendiri yang rendah. Juga, kalsium logam digunakan untuk penghasilan kalsium babbits BKA berkualiti tinggi. Dengan bantuan kalsium, kandungan karbon dalam besi tuang dikawal dan bismut dikeluarkan daripada plumbum, dan keluli disucikan daripada oksigen, sulfur dan fosforus. Kalsium, serta aloinya dengan aluminium dan magnesium, digunakan dalam bateri sandaran elektrik haba sebagai anod (contohnya, unsur kalsium kromat).
Walau bagaimanapun, sebatian unsur kedua puluh digunakan dengan lebih meluas. Dan pertama sekali kita bercakap tentang sebatian kalsium semulajadi. Salah satu sebatian kalsium yang paling biasa di Bumi ialah CaCO3 karbonat. Kalsium karbonat tulen ialah kalsit mineral, dan batu kapur, kapur, marmar, dan batu tempurung ialah CaCO3 dengan kekotoran kecil. Campuran kalsium dan magnesium karbonat dipanggil dolomit. Batu kapur dan dolomit digunakan terutamanya sebagai bahan binaan, permukaan jalan, atau penyahasid tanah. Kalsium karbonat CaCO3 diperlukan untuk penghasilan kalsium oksida (kapur cepat) CaO dan kalsium hidroksida (kapur berslak) Ca(OH)2. Sebaliknya, CaO dan Ca(OH)2 adalah bahan utama dalam banyak bidang industri kimia, metalurgi dan kejuruteraan mekanikal - kalsium oksida, kedua-duanya dalam bentuk bebas dan sebagai sebahagian daripada campuran seramik, digunakan dalam pengeluaran bahan refraktori; Jumlah besar kalsium hidroksida diperlukan oleh industri pulpa dan kertas. Selain itu, Ca(OH)2 digunakan dalam penghasilan peluntur (pemutihan dan pembasmi kuman yang baik), garam Berthollet, soda, dan beberapa racun perosak untuk mengawal perosak tumbuhan. Sejumlah besar kapur digunakan dalam pengeluaran keluli - untuk mengeluarkan sulfur, fosforus, silikon dan mangan. Satu lagi peranan kapur dalam metalurgi ialah pengeluaran magnesium. Kapur juga digunakan sebagai pelincir dalam melukis dawai keluli dan meneutralkan cecair penjerukan sisa yang mengandungi asid sulfurik. Di samping itu, kapur adalah reagen kimia yang paling biasa dalam rawatan air minuman dan perindustrian (bersama-sama dengan garam tawas atau besi, ia membekukan ampaian dan menghilangkan sedimen, dan juga melembutkan air dengan mengeluarkan sementara - bikarbonat - kekerasan). Dalam kehidupan seharian dan perubatan, mendakan kalsium karbonat digunakan sebagai peneutral asid, pelelas ringan dalam ubat gigi, sumber kalsium tambahan dalam diet, komponen gula-gula getah dan pengisi dalam kosmetik. CaCO3 juga digunakan sebagai pengisi dalam getah, lateks, cat dan enamel, serta dalam plastik (kira-kira 10% mengikut berat) untuk meningkatkan rintangan haba, kekakuan, kekerasan dan kebolehkerjaannya.
Kalsium fluorida CaF2 amat penting, kerana dalam bentuk mineral (fluorit) ia adalah satu-satunya sumber fluorin yang penting dalam industri! Kalsium fluorida (fluorit) digunakan dalam bentuk kristal tunggal dalam optik (objektif astronomi, kanta, prisma) dan sebagai bahan laser. Hakikatnya ialah cermin mata yang hanya diperbuat daripada kalsium fluorida adalah telap ke seluruh julat spektrum. Kalsium tungstate (scheelite) dalam bentuk kristal tunggal digunakan dalam teknologi laser dan juga sebagai scintillator. Tidak kurang pentingnya kalsium klorida CaCl2 - komponen air garam untuk unit penyejukan dan untuk mengisi tayar traktor dan kenderaan lain. Dengan bantuan kalsium klorida, jalan raya dan laluan pejalan kaki dibersihkan daripada salji dan ais; CaCl2 digunakan dalam campuran konkrit untuk mempercepatkan permulaan penetapan dan meningkatkan kekuatan awal dan akhir konkrit.
Kalsium karbida yang dihasilkan secara buatan CaC2 (dengan pengkalsinan kalsium oksida dengan kok dalam relau elektrik) digunakan untuk menghasilkan asetilena dan untuk mengurangkan logam, serta untuk menghasilkan kalsium sianamida, yang seterusnya, membebaskan ammonia di bawah tindakan wap air. Di samping itu, kalsium sianamida digunakan untuk menghasilkan urea - baja berharga dan bahan mentah untuk pengeluaran resin sintetik. Dengan memanaskan kalsium dalam atmosfera hidrogen, CaH2 (kalsium hidrida) diperoleh, yang digunakan dalam metalurgi (metallothermy) dan dalam pengeluaran hidrogen di lapangan (lebih daripada satu meter padu hidrogen boleh diperoleh daripada 1 kilogram kalsium hidrida. ), yang digunakan untuk mengisi belon, contohnya. Dalam amalan makmal, kalsium hidrida digunakan sebagai agen pengurangan bertenaga. Insektisida kalsium arsenat, yang diperoleh dengan meneutralkan asid arsenik dengan kapur, digunakan secara meluas untuk memerangi kumbang kapas, rama-rama codling, cacing tembakau, dan kumbang kentang Colorado. Racun kulat yang penting ialah semburan kapur sulfat dan campuran Bordeaux, yang diperbuat daripada kuprum sulfat dan kalsium hidroksida.
Pengeluaran
Orang pertama yang memperoleh logam kalsium ialah ahli kimia Inggeris Humphry Davy. Pada tahun 1808, beliau mengelektrolisis campuran kapur basah Ca(OH)2 dengan merkuri oksida HgO pada plat platinum yang berfungsi sebagai anod (dawai platinum yang direndam dalam merkuri bertindak sebagai katod), akibatnya Davy memperoleh kalsium amalgam dengan mengeluarkan merkuri daripadanya, ahli kimia memperoleh logam baru, yang dipanggilnya kalsium.
Dalam industri moden, kalsium logam bebas diperoleh melalui elektrolisis leburan kalsium klorida CaCl2, bahagiannya adalah 75-85%, dan kalium klorida KCl (boleh digunakan campuran CaCl2 dan CaF2) atau dengan pengurangan aluminotermik. kalsium oksida CaO pada suhu 1,170-1,200 °C. Kalsium klorida kontang tulen yang diperlukan untuk elektrolisis diperoleh dengan mengklorinasikan kalsium oksida apabila dipanaskan dengan kehadiran arang batu atau dengan menyahhidrat CaCl2∙6H2O yang diperolehi melalui tindakan asid hidroklorik pada batu kapur. Proses elektrolitik berlaku dalam mandi elektrolisis, di mana garam kalsium klorida kering, bebas daripada kekotoran, dan kalium klorida, yang diperlukan untuk menurunkan takat lebur campuran, diletakkan. Blok grafit diletakkan di atas tab mandi - anod, mandi besi tuang atau keluli yang diisi dengan aloi tembaga-kalsium, bertindak sebagai katod. Semasa proses elektrolisis, kalsium masuk ke dalam aloi kuprum-kalsium, memperkayakannya dengan ketara sebahagian daripada aloi yang diperkaya sebaliknya, aloi yang habis dalam kalsium (30-35% Ca) ditambah, pada masa yang sama klorin; campuran klorin-udara (gas anod), yang kemudiannya pergi ke pengklorinan susu kapur. Aloi kuprum-kalsium yang diperkaya boleh digunakan secara langsung sebagai aloi atau dihantar untuk penulenan (penyulingan), di mana kalsium logam ketulenan nuklear diperoleh daripadanya melalui penyulingan dalam vakum (pada suhu 1,000-1,080 ° C dan tekanan baki sebanyak 13-20 kPa). Untuk mendapatkan kalsium ketulenan tinggi, ia disuling dua kali. Proses elektrolisis dijalankan pada suhu 680-720 °C. Hakikatnya ialah ini adalah suhu yang paling optimum untuk proses elektrolitik - pada suhu yang lebih rendah, aloi yang diperkaya kalsium terapung ke permukaan elektrolit, dan pada suhu yang lebih tinggi, kalsium larut dalam elektrolit dengan pembentukan CaCl. Semasa elektrolisis dengan katod cecair daripada aloi kalsium dan plumbum atau kalsium dan zink, aloi kalsium dengan plumbum (untuk galas) dan dengan zink (untuk menghasilkan konkrit busa - apabila aloi bertindak balas dengan lembapan, hidrogen dilepaskan dan struktur berliang dicipta ) diperolehi secara langsung. Kadang-kadang proses itu dijalankan dengan katod besi yang disejukkan, yang hanya bersentuhan dengan permukaan elektrolit cair. Apabila kalsium dibebaskan, katod dinaikkan secara beransur-ansur, sebatang (50-60 cm) kalsium, dilindungi daripada oksigen atmosfera oleh lapisan elektrolit pepejal, ditarik keluar dari cair. "Kaedah sentuhan" menghasilkan kalsium yang sangat tercemar dengan kalsium klorida, besi, aluminium, dan penulenan natrium dilakukan dengan mencairkan dalam suasana argon.
Kaedah lain untuk menghasilkan kalsium - metallotermik - secara teorinya dibenarkan pada tahun 1865 oleh ahli kimia Rusia terkenal N. N. Beketov. Kaedah aluminotermik adalah berdasarkan tindak balas:
6CaO + 2Al → 3CaO Al2O3 + 3Ca
Briket ditekan daripada campuran kalsium oksida dan serbuk aluminium, ia diletakkan dalam retort keluli kromium-nikel dan kalsium yang terhasil disuling pada 1,170-1,200 °C dan tekanan baki 0.7-2.6 Pa. Kalsium diperolehi dalam bentuk wap, yang kemudiannya terpeluwap pada permukaan sejuk. Kaedah aluminotermik untuk menghasilkan kalsium digunakan di China, Perancis dan beberapa negara lain. Amerika Syarikat adalah yang pertama menggunakan kaedah metalotermik untuk menghasilkan kalsium pada skala perindustrian semasa Perang Dunia Kedua. Dengan cara yang sama, kalsium boleh diperolehi dengan mengurangkan CaO dengan ferrosilicon atau silicoaluminum. Kalsium dihasilkan dalam bentuk jongkong atau kepingan dengan ketulenan 98-99%.
Kebaikan dan keburukan wujud dalam kedua-dua kaedah. Kaedah elektrolitik adalah pelbagai operasi, intensif tenaga (40-50 kWj tenaga digunakan setiap 1 kg kalsium), dan juga tidak mesra alam, memerlukan sejumlah besar reagen dan bahan. Walau bagaimanapun, hasil kalsium dengan kaedah ini adalah 70-80%, manakala dengan kaedah aluminotermik hasil hanya 50-60%. Di samping itu, dengan kaedah metallotermik untuk mendapatkan kalsium, kelemahannya ialah perlu untuk menjalankan penyulingan berulang, dan kelebihannya ialah penggunaan tenaga yang rendah dan ketiadaan pelepasan gas dan cecair yang berbahaya.
Tidak lama dahulu, kaedah baru untuk menghasilkan logam kalsium telah dibangunkan - ia berdasarkan pemisahan haba kalsium karbida: karbida yang dipanaskan dalam vakum hingga 1,750 °C terurai untuk membentuk wap kalsium dan grafit pepejal.
Sehingga pertengahan abad ke-20, logam kalsium dihasilkan dalam kuantiti yang sangat kecil, kerana hampir tiada penggunaannya. Sebagai contoh, di Amerika Syarikat semasa Perang Dunia Kedua, tidak lebih daripada 25 tan kalsium digunakan, dan di Jerman hanya 5-10 tan. Hanya pada separuh kedua abad ke-20, apabila menjadi jelas bahawa kalsium adalah agen pengurangan aktif untuk banyak logam yang jarang ditemui dan refraktori, peningkatan pesat dalam penggunaan (kira-kira 100 tan setahun) dan, sebagai akibatnya, pengeluaran logam ini. bermula. Dengan perkembangan industri nuklear, di mana kalsium digunakan sebagai komponen pengurangan metalotermik uranium daripada uranium tetrafluorida (kecuali di Amerika Syarikat, di mana magnesium digunakan dan bukannya kalsium), permintaan (kira-kira 2,000 tan setahun) untuk elemen nombor dua puluh, serta pengeluarannya, telah meningkat berlipat ganda. Pada masa ini, China, Rusia, Kanada dan Perancis boleh dianggap sebagai pengeluar utama logam kalsium. Dari negara-negara ini, kalsium dihantar ke Amerika Syarikat, Mexico, Australia, Switzerland, Jepun, Jerman, dan UK. Harga untuk logam kalsium meningkat secara berterusan sehingga China mula mengeluarkan logam itu dalam kuantiti sedemikian sehingga terdapat lebihan unsur kedua puluh di pasaran dunia, menyebabkan harga menjunam.
Sifat fizikal
Apakah logam kalsium? Apakah sifat unsur ini, yang diperoleh pada tahun 1808 oleh ahli kimia Inggeris Humphry Davy, mempunyai, logam yang jisimnya dalam badan orang dewasa boleh mencapai sehingga 2 kilogram?
Bahan ringkas kalsium ialah logam ringan berwarna putih keperakan. Ketumpatan kalsium hanya 1.54 g/cm3 (pada suhu 20 °C), yang jauh lebih rendah daripada ketumpatan besi (7.87 g/cm3), plumbum (11.34 g/cm3), emas (19.3 g/cm3). ) atau platinum (21.5 g/cm3). Kalsium adalah lebih ringan daripada logam "tanpa berat" seperti aluminium (2.70 g/cm3) atau magnesium (1.74 g/cm3). Beberapa logam boleh "megah" ketumpatan yang lebih rendah daripada unsur kedua puluh - natrium (0.97 g/cm3), kalium (0.86 g/cm3), litium (0.53 g/cm3). Ketumpatan kalsium sangat mirip dengan rubidium (1.53 g/cm3). Takat lebur kalsium ialah 851 °C, takat didih ialah 1,480 °C. Logam alkali tanah yang lain mempunyai takat lebur yang serupa (walaupun lebih rendah sedikit) dan takat didih: strontium (770 °C dan 1,380 °C) dan barium (710 °C dan 1,640 °C).
Kalsium logam wujud dalam dua pengubahsuaian alotropik: pada suhu normal sehingga 443 ° C, α-kalsium stabil dengan kekisi berpusat muka padu seperti kuprum, dengan parameter: a = 0.558 nm, z = 4, kumpulan ruang Fm3m, jejari atom 1.97 A, jejari Ca2+ ionik 1.04 A; dalam julat suhu 443-842 °C, β-kalsium dengan kekisi padu berpusat badan jenis α-besi adalah stabil, dengan parameter a = 0.448 nm, z = 2, kumpulan ruang Im3m. Entalpi piawai peralihan daripada pengubahsuaian α kepada pengubahsuaian β ialah 0.93 kJ/mol. Pekali suhu pengembangan linear untuk kalsium dalam julat suhu 0-300 °C ialah 22 10-6. Kekonduksian terma unsur kedua puluh pada 20 °C ialah 125.6 W/(m K) atau 0.3 kal/(cm saat °C). Muatan haba tentu kalsium dalam julat dari 0 hingga 100 ° C ialah 623.9 J/(kg K) atau 0.149 kal/(g °C). Kerintangan elektrik kalsium pada suhu 20° C ialah 4.6 10-8 ohm m atau 4.6 10-6 ohm cm; pekali suhu rintangan elektrik unsur nombor dua puluh ialah 4.57 10-3 (pada 20 °C). Modulus elastik kalsium 26 H/m2 atau 2600 kgf/mm2; kekuatan tegangan 60 MN/m2 (6 kgf/mm2); had keanjalan untuk kalsium ialah 4 MN/m2 atau 0.4 kgf/mm2, kekuatan hasil ialah 38 MN/m2 (3.8 kgf/mm2); pemanjangan relatif unsur kedua puluh 50%; Kekerasan kalsium menurut Brinell ialah 200-300 MN/m2 atau 20-30 kgf/mm2. Dengan peningkatan tekanan secara beransur-ansur, kalsium mula menunjukkan sifat semikonduktor, tetapi tidak menjadi satu dalam erti kata penuh (pada masa yang sama, ia bukan lagi logam). Dengan peningkatan tekanan selanjutnya, kalsium kembali ke keadaan logam dan mula menunjukkan sifat superkonduktiviti (suhu superkonduktiviti adalah enam kali lebih tinggi daripada merkuri, dan jauh melebihi semua unsur lain dalam kekonduksian). Tingkah laku unik kalsium adalah serupa dalam banyak cara dengan strontium (iaitu, persamaan dalam jadual berkala kekal).
Sifat mekanikal unsur kalsium tidak berbeza dengan sifat ahli keluarga logam yang lain, yang merupakan bahan struktur yang sangat baik: logam kalsium ketulenan tinggi adalah mulur, mudah ditekan dan digulung, ditarik ke dalam dawai, ditempa dan boleh dipotong - ia boleh dihidupkan mesin pelarik. Walau bagaimanapun, walaupun semua kualiti bahan binaan yang sangat baik ini, kalsium tidak begitu - sebab untuk ini adalah aktiviti kimia yang tinggi. Benar, kita tidak boleh lupa bahawa kalsium adalah bahan struktur tisu tulang yang tidak boleh ditukar ganti, dan mineralnya telah menjadi bahan binaan selama beribu-ribu tahun.
Sifat kimia
Konfigurasi kulit elektron luar atom kalsium ialah 4s2, yang menentukan valensi 2 unsur kedua puluh dalam sebatian. Dua elektron lapisan luar agak mudah dipisahkan daripada atom, yang bertukar menjadi ion bercas berganda positif. Atas sebab ini, dari segi aktiviti kimia, kalsium hanya lebih rendah sedikit daripada logam alkali (kalium, natrium, litium). Seperti yang terakhir, kalsium, walaupun pada suhu bilik biasa, mudah berinteraksi dengan oksigen, karbon dioksida dan udara lembap, menjadi ditutup dengan filem kelabu kusam campuran CaO oksida dan Ca(OH)2 hidroksida. Oleh itu, kalsium disimpan dalam bekas tertutup rapat di bawah lapisan minyak mineral, parafin cecair atau minyak tanah. Apabila dipanaskan dalam oksigen dan udara, kalsium menyala, terbakar dengan nyalaan merah terang, membentuk oksida asas CaO, iaitu bahan putih yang sangat tahan api dengan takat lebur kira-kira 2,600 °C. Kalsium oksida juga dikenali dalam kejuruteraan sebagai kapur cepat atau kapur hangus. Kalsium peroksida - CaO2 dan CaO4 - juga diperolehi. Kalsium bertindak balas dengan air untuk membebaskan hidrogen (dalam satu siri potensi piawai, kalsium terletak di sebelah kiri hidrogen dan mampu menyesarkannya daripada air) dan pembentukan kalsium hidroksida Ca(OH)2, dan dalam air sejuk tindak balas kadar secara beransur-ansur berkurangan (disebabkan oleh pembentukan lapisan yang kurang larut pada permukaan logam kalsium hidroksida):
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2 + Q
Kalsium bertindak balas dengan lebih bertenaga dengan air panas, menyesarkan hidrogen dengan cepat dan membentuk Ca(OH)2. Kalsium hidroksida Ca(OH)2 ialah bes kuat, sedikit larut dalam air. Larutan tepu kalsium hidroksida dipanggil air kapur dan bersifat alkali. Di udara, air kapur cepat menjadi keruh disebabkan oleh penyerapan karbon dioksida dan pembentukan kalsium karbonat yang tidak larut. Walaupun proses ganas sedemikian berlaku semasa interaksi unsur kedua puluh dengan air, namun, tidak seperti logam alkali, tindak balas antara kalsium dan air berjalan dengan kurang bertenaga - tanpa letupan atau kebakaran. Secara amnya, aktiviti kimia kalsium adalah lebih rendah daripada logam alkali tanah yang lain.
Kalsium secara aktif bergabung dengan halogen, membentuk sebatian jenis CaX2 - ia bertindak balas dengan fluorin dalam keadaan sejuk, dan dengan klorin dan bromin pada suhu melebihi 400 ° C, masing-masing memberikan CaF2, CaCl2 dan CaBr2. Halida ini dalam keadaan cair terbentuk dengan kalsium monohalida jenis CaX - CaF, CaCl, di mana kalsium secara formal monovalen. Sebatian ini hanya stabil di atas suhu lebur dihalid (ia tidak seimbang apabila disejukkan untuk membentuk Ca dan CaX2). Di samping itu, kalsium secara aktif berinteraksi, terutamanya apabila dipanaskan, dengan pelbagai bukan logam: dengan sulfur, apabila dipanaskan, kalsium sulfida CaS diperoleh, yang terakhir menambah sulfur, membentuk polysulfides (CaS2, CaS4 dan lain-lain); berinteraksi dengan hidrogen kering pada suhu 300-400 °C, kalsium membentuk hidrida CaH2 - sebatian ionik di mana hidrogen adalah anion. Kalsium hidrida CaH2 ialah bahan seperti garam putih yang bertindak balas dengan kuat dengan air untuk membebaskan hidrogen:
CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2
Apabila dipanaskan (kira-kira 500° C) dalam atmosfera nitrogen, kalsium menyala dan membentuk nitrida Ca3N2, yang dikenali dalam dua bentuk kristal - suhu tinggi α dan suhu rendah β. Nitrida Ca3N4 juga diperoleh dengan memanaskan kalsium amida Ca(NH2)2 dalam vakum. Apabila dipanaskan tanpa akses udara dengan grafit (karbon), silikon atau fosforus, kalsium masing-masing memberikan kalsium karbida CaC2, silisid Ca2Si, Ca3Si4, CaSi, CaSi2 dan fosfida Ca3P2, CaP dan CaP3. Kebanyakan sebatian kalsium dengan bukan logam mudah terurai oleh air:
CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2
Ca3N2 + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2NH3
Dengan boron, kalsium membentuk kalsium borida CaB6, dengan chalcogens - chalcogenides CaS, CaSe, CaTe. Polychalcogenides CaS4, CaS5, Ca2Te3 juga dikenali. Kalsium membentuk sebatian antara logam dengan pelbagai logam - aluminium, emas, perak, kuprum, plumbum dan lain-lain. Sebagai agen penurunan yang bertenaga, kalsium menyesarkan hampir semua logam daripada oksida, sulfida dan halida apabila dipanaskan. Kalsium larut dengan baik dalam ammonia cecair NH3 untuk membentuk larutan biru, apabila penyejatan ammonia [Ca(NH3)6] dibebaskan - sebatian pepejal berwarna emas dengan kekonduksian logam. Garam kalsium biasanya diperoleh melalui interaksi oksida asid dengan kalsium oksida, tindakan asid pada Ca(OH)2 atau CaCO3, dan pertukaran tindak balas dalam larutan akueus elektrolit. Banyak garam kalsium sangat larut dalam air (CaCl2 chloride, CaBr2 bromide, CaI2 iodide dan Ca(NO3)2 nitrate), mereka hampir selalu membentuk hidrat kristal. Tidak larut dalam air ialah fluorida CaF2, karbonat CaCO3, sulfat CaSO4, ortofosfat Ca3(PO4)2, oksalat CaC2O4 dan beberapa yang lain.
pengenalan
Sifat dan kegunaan kalsium
1 Sifat fizikal
2 Sifat kimia
3 Permohonan
Mendapat kalsium
1 Penghasilan elektrolitik kalsium dan aloinya
2 Pengeluaran haba
3 Kaedah vakum-terma untuk mendapatkan kalsium
3.1 Kaedah aluminotermik untuk pengurangan kalsium
3.2 Kaedah silikotermik untuk pengurangan kalsium
Bahagian praktikal
Senarai sastera terpakai
pengenalan
Unsur kimia kumpulan II sistem berkala Mendeleev, nombor atom 20, jisim atom 40.08; logam ringan perak-putih. Unsur semula jadi ialah campuran enam isotop stabil: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca dan 48Ca, yang mana yang paling biasa ialah 40 Ca (96, 97%).
Sebatian Ca - batu kapur, marmar, gipsum (serta kapur - hasil pengkalsinan batu kapur) telah digunakan dalam pembinaan pada zaman dahulu. Sehingga akhir abad ke-18, ahli kimia menganggap kapur sebagai pepejal mudah. Pada tahun 1789, A. Lavoisier mencadangkan bahawa kapur, magnesia, barit, alumina dan silika adalah bahan kompleks. Pada tahun 1808, G. Davy, menundukkan campuran kapur basah dengan merkuri oksida kepada elektrolisis dengan katod merkuri, menyediakan amalgam Ca, dan dengan menyuling merkuri daripadanya, dia memperoleh logam yang dipanggil "Kalsium" (dari bahasa Latin calx, jantina calcis - kapur) .
Keupayaan kalsium untuk mengikat oksigen dan nitrogen telah memungkinkan untuk menggunakannya untuk penulenan gas lengai dan sebagai pengambil (Getter ialah bahan yang digunakan untuk menyerap gas dan mencipta vakum dalam dalam peranti elektronik.) dalam peralatan radio vakum.
Kalsium juga digunakan dalam metalurgi kuprum, nikel, keluli khas dan gangsa; mereka mengikat kekotoran berbahaya sulfur, fosforus, dan karbon berlebihan. Untuk tujuan yang sama, aloi kalsium dengan silikon, litium, natrium, boron, dan aluminium digunakan.
Dalam industri, kalsium diperoleh dengan dua cara:
) Dengan memanaskan campuran briket serbuk CaO dan Al pada 1200 °C dalam vakum 0.01 - 0.02 mm. Hg Seni.; dibezakan dengan tindak balas:
CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca
Wap kalsium terpeluwap pada permukaan sejuk.
) Dengan elektrolisis leburan CaCl2 dan KCl dengan katod kuprum-kalsium cecair, aloi Cu - Ca (65% Ca) disediakan, dari mana kalsium disuling pada suhu 950 - 1000 ° C dalam vakum 0.1 - 0.001 mm Hg.
) Kaedah untuk menghasilkan kalsium melalui pemisahan haba kalsium karbida CaC2 juga telah dibangunkan.
Kalsium sangat biasa dalam alam semula jadi dalam bentuk pelbagai sebatian. Dalam kerak bumi ia menduduki tempat kelima, menyumbang 3.25%, dan paling kerap dijumpai dalam bentuk batu kapur CaCO. 3, dolomit CaCO 3Mg CO 3, gipsum CaSO 42H 2O, fosforit Ca 3(P.O. 4)2 dan fluorspar CaF 2, tidak mengira bahagian kalsium yang ketara dalam komposisi batuan silikat. Air laut mengandungi purata 0.04% (berat) kalsium.
Dalam kerja kursus ini, sifat dan kegunaan kalsium dikaji, serta teori dan teknologi kaedah vakum-terma untuk penghasilannya.
. Sifat dan kegunaan kalsium
.1 Sifat fizikal
Kalsium ialah logam berwarna putih keperakan, tetapi luntur apabila terdedah kepada udara akibat pembentukan oksida pada permukaannya. Ia adalah logam mulur yang lebih keras daripada plumbum. Kekisi kristal ?-Bentuk Ca (stabil pada suhu biasa) padu berpusat muka, a = 5.56 Å . Jejari atom 1.97 Å , jejari ion Ca 2+, 1,04Å . Ketumpatan 1.54 g/cm 3(20°C). Di atas 464 °C heksagon ?-bentuk. takat lebur 851 °C, takat didih 1482 °C; pekali suhu pengembangan linear 22·10 -6 (0-300 °C); kekonduksian terma pada 20 °C 125.6 W/(m K) atau 0.3 kal/(cm saat °C); kapasiti haba tentu (0-100 °C) 623.9 J/(kg K) atau 0.149 kal/(g °C); kerintangan elektrik pada 20 °C 4.6 10 -8ohm m atau 4.6 10 -6 ohm cm; pekali suhu rintangan elektrik ialah 4.57·10-3 (20 °C). Modulus keanjalan 26 Gn/m 2(2600 kgf/mm 2); kekuatan tegangan 60 MN/m 2(6 kgf/mm 2); had keanjalan 4 MN/m 2(0.4 kgf/mm 2), kekuatan hasil 38 MN/m 2(3.8 kgf/mm 2); pemanjangan relatif 50%; Kekerasan Brinell 200-300 Mn/m 2(20-30 kgf/mm 2). Kalsium dengan ketulenan yang cukup tinggi adalah plastik, mudah ditekan, digulung dan boleh dipotong.
1.2 Sifat kimia
Kalsium adalah logam aktif. Jadi, dalam keadaan biasa, ia mudah berinteraksi dengan oksigen dan halogen atmosfera:
Ca + O 2= 2 CaO (kalsium oksida) (1)
Ca + Br 2= CaBr 2(kalsium bromida). (2)
Kalsium bertindak balas dengan hidrogen, nitrogen, sulfur, fosforus, karbon dan bukan logam lain apabila dipanaskan:
Ca + H 2= SaN 2(kalsium hidrida) (3)
Ca + N 2= Ca 3N 2(kalsium nitrida) (4)
Ca + S = CaS (kalsium sulfida) (5)
Ca + 2 P = Ca 3R 2(kalsium fosfida) (6)
Ca + 2 C = CaC 2 (kalsium karbida) (7)
Kalsium bertindak balas perlahan dengan air sejuk, tetapi sangat bertenaga dengan air panas, memberikan asas kuat Ca(OH)2 :
Ca + 2 H 2O = Ca(OH)2 + N 2 (8)
Sebagai agen penurunan yang bertenaga, kalsium boleh mengeluarkan oksigen atau halogen daripada oksida dan halida logam kurang aktif, iaitu ia mempunyai sifat mengurangkan:
Ca + Nb 2O5 = CaO + 2 Nb; (9)
Ca + 2 NbCl 5= 5 CaCl2 + 2 Nb (10)
Kalsium bertindak balas dengan kuat dengan asid untuk membebaskan hidrogen, bertindak balas dengan halogen dan hidrogen kering untuk membentuk CaH hidrida 2. Apabila kalsium dipanaskan dengan grafit, CaC karbida terbentuk. 2. Kalsium diperoleh melalui elektrolisis CaCl cair 2atau pengurangan aluminotermik dalam vakum:
6CaO + 2Al = 3Ca + 3CaO Al2 TENTANG 3 (11)
Logam tulen digunakan untuk mengurangkan sebatian Cs, Rb, Cr, V, Zr, Th, U kepada logam, dan untuk penyahoksidaan keluli.
1.3 Permohonan
Kalsium semakin digunakan dalam pelbagai industri. Baru-baru ini, ia telah mendapat kepentingan yang besar sebagai agen pengurangan dalam penyediaan beberapa logam.
Logam tulen. Uranium diperoleh dengan mengurangkan uranium fluorida dengan logam kalsium. Kalsium atau hidridanya boleh digunakan untuk mengurangkan oksida titanium, serta oksida zirkonium, torium, tantalum, niobium, dan logam lain yang jarang ditemui.
Kalsium ialah penyahoksida dan degasser yang baik dalam pengeluaran kuprum, nikel, aloi kromium-nikel, keluli khas, nikel dan gangsa timah; ia menghilangkan sulfur, fosforus, dan karbon daripada logam dan aloi.
Kalsium membentuk sebatian refraktori dengan bismut, jadi ia digunakan untuk membersihkan plumbum daripada bismut.
Kalsium ditambah kepada pelbagai aloi ringan. Ia membantu memperbaiki permukaan jongkong, saiz butiran halus dan mengurangkan pengoksidaan.
Aloi galas yang mengandungi kalsium digunakan secara meluas. Aloi plumbum (0.04% Ca) boleh digunakan untuk membuat sarung kabel.
Aloi anti geseran kalsium dan plumbum digunakan dalam teknologi. Mineral kalsium digunakan secara meluas. Oleh itu, batu kapur digunakan dalam pengeluaran kapur, simen, batu bata pasir-kapur dan secara langsung sebagai bahan binaan, dalam metalurgi (fluks), dalam industri kimia untuk pengeluaran kalsium karbida, soda, soda kaustik, peluntur, baja, dalam pengeluaran gula, kaca.
Kapur, marmar, Iceland spar, gipsum, fluorit, dan lain-lain adalah kepentingan praktikal. Oleh kerana keupayaan untuk mengikat oksigen dan nitrogen, aloi kalsium atau kalsium dengan natrium dan logam lain digunakan untuk penulenan gas mulia dan sebagai penyambung dalam peralatan radio vakum. Kalsium juga digunakan untuk menghasilkan hidrida, yang merupakan sumber hidrogen di lapangan.
2. Mendapat kalsium
Terdapat beberapa cara untuk mendapatkan kalsium, ini adalah elektrolitik, haba, vakum-terma.
.1 Penghasilan elektrolitik kalsium dan aloinya
Intipati kaedah adalah bahawa katod pada mulanya menyentuh elektrolit cair. Pada titik sentuhan, titisan cecair logam terbentuk yang membasahi katod dengan baik, yang, apabila katod dinaikkan secara perlahan dan sekata, dikeluarkan daripada cair bersama-sama dengannya dan menjadi pejal. Dalam kes ini, titisan pepejal ditutup dengan filem pepejal elektrolit, melindungi logam daripada pengoksidaan dan nitriding. Dengan mengangkat katod secara berterusan dan berhati-hati, kalsium ditarik ke dalam rod.
2.2 Pengeluaran haba
terma elektrolitik kimia kalsium
· Proses klorida: Teknologi ini terdiri daripada mencairkan dan menyahhidrat kalsium klorida, mencairkan plumbum, menghasilkan aloi plumbum-natrium berganda, menghasilkan aloi plumbum-natrium-kalsium terner dan mencairkan aloi terner dengan plumbum selepas mengeluarkan garam. Tindak balas dengan kalsium klorida berjalan mengikut persamaan
CaCl 2 +Na 2Pb 5=2NaCl + PbCa + 2Pb (12)
· Proses karbida: Asas untuk menghasilkan aloi plumbum-kalsium ialah tindak balas antara kalsium karbida dan plumbum cair mengikut persamaan
CaC 2+ 3Pb = Pb3 Ca+2C. (13)
2.3 Kaedah vakum-terma untuk menghasilkan kalsium
Bahan mentah untuk kaedah vakum-terma
Bahan mentah untuk pengurangan haba kalsium oksida adalah kapur, yang diperolehi dengan mengkalsinkan batu kapur. Keperluan utama untuk bahan mentah adalah seperti berikut: kapur mestilah sesuci yang mungkin dan mengandungi minimum kekotoran yang boleh dikurangkan dan ditukar kepada logam bersama-sama dengan kalsium, terutamanya logam alkali dan magnesium. Batu kapur hendaklah dibakar sehingga karbonat terurai sepenuhnya, tetapi tidak sebelum ia disinter, kerana kebolehurangan bahan tersinter adalah lebih rendah. Produk yang dibakar mesti dilindungi daripada penyerapan lembapan dan karbon dioksida, pelepasan yang semasa pemulihan mengurangkan prestasi proses. Teknologi pengkalsinan batu kapur dan pemprosesan produk yang dikalsinkan adalah serupa dengan pemprosesan dolomit untuk kaedah silikotermik untuk menghasilkan magnesium.
.3.1 Kaedah aluminotermik untuk pengurangan kalsium
Gambar rajah pergantungan suhu perubahan tenaga bebas pengoksidaan sebilangan logam (Rajah 1) menunjukkan bahawa kalsium oksida adalah salah satu yang paling tahan lama dan sukar untuk mengurangkan oksida. Ia tidak boleh dikurangkan oleh logam lain dengan cara biasa - pada suhu yang agak rendah dan tekanan atmosfera. Sebaliknya, kalsium sendiri adalah agen penurun yang sangat baik untuk sebatian lain yang sukar dikurangkan dan agen penyahoksidaan untuk banyak logam dan aloi. Pengurangan kalsium oksida oleh karbon secara amnya adalah mustahil disebabkan oleh pembentukan kalsium karbida. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh fakta bahawa kalsium mempunyai tekanan wap yang agak tinggi, oksidanya boleh dikurangkan dalam vakum oleh aluminium, silikon atau aloi mereka mengikut tindak balas.
CaO + Saya? Ca + MeO (14).
Setakat ini, hanya kaedah aluminotermik untuk menghasilkan kalsium telah menemui aplikasi praktikal, kerana lebih mudah untuk mengurangkan CaO dengan aluminium berbanding dengan silikon. Terdapat pandangan yang berbeza mengenai kimia pengurangan kalsium oksida dengan aluminium. L. Pidgeon dan I. Atkinson percaya bahawa tindak balas diteruskan dengan pembentukan kalsium monoaluminat:
CaO + 2Al = CaO Al 2O3 + 3Ca. (15)
V. A. Pazukhin dan A. Ya Fischer menunjukkan bahawa proses itu berlaku dengan pembentukan trikalsium aluminat:
CaO + 2Al = 3CaO Al 2O 3+ 3Ca. (16)
Menurut A.I. Voinitsky, pembentukan pentacalcium trialuminate adalah utama dalam tindak balas:
CaO + 6Al = 5CaO 3Al 2O3 + 9Ca. (17)
Penyelidikan terkini oleh A. Yu Taits dan A. I. Voinitsky telah menetapkan bahawa pengurangan aluminotermik kalsium berlaku dalam langkah-langkah. Pada mulanya, pembebasan kalsium disertai dengan pembentukan 3CaO·AI 2O 3, yang kemudiannya bertindak balas dengan kalsium oksida dan aluminium untuk membentuk 3CaO 3AI 2O 3. Reaksi berjalan mengikut skema berikut:
CaO + 6Al = 2 (3CaO Al 2O 3)+ 2CaO + 2Al + 6Ca
(3CaO Al 2O 3) + 2CaO + 2Al = 5CaO 3Al 2O 3+ 3Ca
CaO+ 6A1 = 5CaO 3Al 2O 3+ 9Ca
Oleh kerana pengurangan oksida berlaku dengan pembebasan kalsium wap, dan produk tindak balas yang tinggal berada dalam keadaan terkondensasi, mudah untuk memisahkan dan memekatkannya di kawasan relau yang disejukkan. Syarat utama yang diperlukan untuk pengurangan vakum-terma kalsium oksida ialah suhu tinggi dan tekanan sisa yang rendah dalam sistem. Di bawah ialah hubungan antara suhu dan tekanan wap kalsium keseimbangan. Tenaga bebas tindak balas (17), dikira untuk suhu 1124-1728° K dinyatakan
F T = 184820 + 6.95T-12.1 T lg T.
Oleh itu pergantungan logaritma tekanan wap kalsium keseimbangan (mm Hg)
Lg p = 3.59 - 4430\T.
L. Pidgeon dan I. Atkinson menentukan secara eksperimen tekanan wap keseimbangan kalsium. Analisis termodinamik terperinci mengenai tindak balas pengurangan kalsium oksida dengan aluminium telah dijalankan oleh I. I. Matveenko, yang memberikan pergantungan suhu berikut terhadap tekanan keseimbangan wap kalsium:
LGp Ca(1) =8.64 - 12930\T mmHg.
LGp Ca(2) =8.62 - 11780\T mmHg.
LGp Ca(3 )=8.75 - 12500\T mmHg.
Data yang dikira dan eksperimen dibandingkan dalam Jadual. 1.
Jadual 1 - Kesan suhu ke atas perubahan keanjalan keseimbangan wap kalsium dalam sistem (1), (2), (3), (3), mm Hg.
Suhu °СData eksperimenDikira dalam sistem(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
Daripada data yang dibentangkan adalah jelas bahawa keadaan yang paling baik adalah untuk interaksi dalam sistem (2) dan (3) atau (3"). Ini sepadan dengan pemerhatian, kerana pentacalcium trialuminate dan tricalcium aluminate mendominasi dalam sisa-sisa cas selepas pengurangan kalsium oksida dengan aluminium.
Data keanjalan keseimbangan menunjukkan bahawa pengurangan kalsium oksida dengan aluminium adalah mungkin pada suhu 1100-1150 ° C. Untuk mencapai kadar tindak balas yang boleh diterima secara praktikal, tekanan baki dalam sistem Pertumbuhan mestilah di bawah keseimbangan P sama , iaitu ketaksamaan P mesti diperhatikan sama >P ost , dan proses mesti dijalankan pada suhu tertib 1200°. Penyelidikan telah membuktikan bahawa pada suhu 1200-1250°, penggunaan tinggi (sehingga 70-75%) dan penggunaan khusus aluminium yang rendah (kira-kira 0.6-0.65 kg per kg kalsium) dicapai.
Menurut tafsiran kimia proses di atas, komposisi optimum ialah cas yang direka bentuk untuk membentuk 5CaO 3Al dalam sisa. 2O 3. Untuk meningkatkan tahap penggunaan aluminium, adalah berguna untuk memberikan lebihan kalsium oksida, tetapi tidak terlalu banyak (10-20%), jika tidak, ia akan menjejaskan penunjuk lain proses secara negatif. Dengan peningkatan tahap pengisaran aluminium dari zarah 0.8-0.2 mm hingga tolak 0.07 mm (menurut V. A. Pazukhin dan A. Ya. Fischer), penggunaan aluminium dalam tindak balas meningkat daripada 63.7 hingga 78%.
Penggunaan aluminium juga dipengaruhi oleh mod briket cas. Campuran kapur dan serbuk aluminium hendaklah dibriket tanpa pengikat (untuk mengelakkan evolusi gas dalam vakum) pada tekanan 150 kg/cm3 2. Pada tekanan yang lebih rendah, penggunaan aluminium berkurangan disebabkan oleh pengasingan aluminium cair dalam briket berliang berlebihan, dan pada tekanan tinggi - disebabkan oleh kebolehtelapan gas yang lemah. Kesempurnaan dan kelajuan pemulihan juga bergantung kepada ketumpatan briket dalam retort. Apabila meletakkannya tanpa jurang, apabila kebolehtelapan gas seluruh sangkar rendah, penggunaan aluminium dikurangkan dengan ketara.
Rajah 2 - Skim untuk mendapatkan kalsium melalui kaedah vakum-terma.
Teknologi kaedah alumino-terma
Skim teknologi untuk penghasilan kalsium dengan kaedah aluminotermik ditunjukkan dalam Rajah. 2. Batu kapur digunakan sebagai bahan mentah permulaan, dan serbuk aluminium yang diperbuat daripada aluminium primer (lebih baik) atau sekunder digunakan sebagai agen pengurangan. Aluminium yang digunakan sebagai agen pengurangan, serta bahan mentah, tidak boleh mengandungi kekotoran logam yang sangat tidak menentu: magnesium, zink, alkali, dll., yang boleh menguap dan bertukar menjadi kondensat. Ini mesti diambil kira apabila memilih gred aluminium kitar semula.
Menurut keterangan S. Loomis dan P. Staub, di Amerika Syarikat, di kilang New England Lime Co. di Canaan (Connecticut), kalsium dihasilkan melalui kaedah aluminotermik. Kapur daripada komposisi biasa berikut digunakan,%: 97.5 CaO, 0.65 MgO, 0.7 SiO 2, 0.6 Fe 2Oz + AlOz, 0.09 Na 2O+K 2Oh, 0.5 adalah selebihnya. Produk terkalsin dikisar dalam kilang Raymond dengan pemisah emparan, kehalusan pengisaran adalah (60%) tolak 200 mesh. Debu aluminium, yang merupakan bahan buangan daripada pengeluaran serbuk aluminium, digunakan sebagai agen pengurangan. Kapur terbakar dari tong tertutup dan aluminium dari dram disuap ke penimbang dos dan kemudian ke pengadun. Selepas sebati, adunan dibriket menggunakan kaedah kering. Di loji yang disebutkan, kalsium dikurangkan dalam relau retort, yang sebelum ini digunakan untuk menghasilkan magnesium melalui kaedah silikotermik (Rajah 3). Relau dipanaskan dengan gas penjana. Setiap relau mempunyai 20 retort mendatar diperbuat daripada keluli tahan haba yang mengandungi 28% Cr dan 15% Ni.
Rajah 3 - Relau retort untuk penghasilan kalsium
Panjang retort 3 m, diameter 254 mm, ketebalan dinding 28 mm. Pengurangan berlaku pada bahagian retort yang dipanaskan, dan pemeluwapan berlaku pada hujung sejuk yang menonjol dari pertuturan. Briket dimasukkan ke dalam retort dalam beg kertas, kemudian kapasitor dimasukkan dan retort ditutup. Udara dipam keluar menggunakan pam vakum mekanikal pada permulaan kitaran. Kemudian pam resapan disambungkan dan tekanan sisa dikurangkan kepada 20 mikron.
Retort dipanaskan hingga 1200°. Dalam 12 jam. Selepas memuatkan, retort dibuka dan dipunggah. Kalsium yang terhasil adalah dalam bentuk silinder berongga jisim padat kristal besar yang dimendapkan pada permukaan lengan keluli. Kekotoran utama dalam kalsium ialah magnesium, yang dikurangkan terlebih dahulu dan terutamanya tertumpu pada lapisan bersebelahan dengan pelapik. Purata kandungan kekotoran ialah; 0.5-1% Mg, kira-kira 0.2% Al, 0.005-0.02% Mn, sehingga 0.02% N, kekotoran lain - Cu, Pb, Zn, Ni, Si, Fe - berlaku dalam julat 0.005-0.04%. A. Yu. Taits dan A. I. Voinitsky menggunakan relau vakum elektrik separuh kilang dengan pemanas arang batu untuk menghasilkan kalsium dengan kaedah aluminotermik dan mencapai tahap penggunaan aluminium sebanyak 60%, penggunaan aluminium tertentu sebanyak 0.78 kg, penggunaan cas tertentu sebanyak 4.35 kg, dan penggunaan elektrik tertentu 14 kW/j setiap 1 kg logam.
Logam yang terhasil, dengan pengecualian campuran magnesium, dibezakan oleh ketulenan yang agak tinggi. Secara purata, kandungan kekotoran di dalamnya ialah: 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 Kaedah pemulihan silikotermik kalsium
Kaedah silikotermik sangat menggoda; agen pengurangan adalah ferrosilicon, reagen yang jauh lebih murah daripada aluminium. Walau bagaimanapun, proses silikotermik adalah lebih sukar untuk dilaksanakan daripada yang aluminotermik. Pengurangan kalsium oksida oleh silikon berlaku mengikut persamaan
CaO + Si = 2CaO SiO2 + 2Ca. (18)
Tekanan wap keseimbangan kalsium, dikira daripada nilai tenaga bebas, ialah:
°С1300140015001600Р, mm Hg. st0.080.150.752.05
Oleh itu, dalam vakum urutan 0.01 mm Hg. Seni. pengurangan kalsium oksida secara termodinamik mungkin pada suhu 1300°. Dalam amalan, untuk memastikan kelajuan yang boleh diterima, proses mesti dijalankan pada suhu 1400-1500 °.
Tindak balas pengurangan kalsium oksida dengan silicoaluminum berlaku agak lebih mudah, di mana kedua-dua aloi aluminium dan silikon berfungsi sebagai agen pengurangan. Eksperimen telah membuktikan bahawa pengurangan dengan aluminium mendominasi pada mulanya; dan tindak balas diteruskan dengan pembentukan akhir bCaO 3Al 2Oz mengikut skema yang digariskan di atas (Rajah 1). Pengurangan oleh silikon menjadi ketara pada suhu yang lebih tinggi apabila kebanyakan aluminium telah bertindak balas; tindak balas diteruskan dengan pembentukan 2CaO SiO 2. Secara ringkasnya, tindak balas pengurangan kalsium oksida dengan silicoaluminum dinyatakan dengan persamaan berikut:
mSi + n Al + (4m +2 ?) CaO = m(2CaO ·SiO 2) + ?n(5CaO Al 2O3 ) + (2m +1, 5n) Ca.
Penyelidikan oleh A. Yu. Taits dan A. I. Voinitsky telah menetapkan bahawa kalsium oksida dikurangkan sebanyak 75% ferrosilicon dengan hasil logam 50-75% pada suhu 1400-1450 ° dalam vakum 0.01-0.03 mm Hg. Seni.; silicoaluminum yang mengandungi 60-30% Si dan 32-58% Al (selebihnya adalah besi, titanium, dll.), mengurangkan kalsium oksida dengan hasil logam kira-kira 70% pada suhu 1350-1400° dalam vakum 0.01-0.05 mm Hg . Seni. Eksperimen pada skala separa kilang telah membuktikan kemungkinan asas untuk menghasilkan kalsium daripada kapur menggunakan ferrosilicon dan silicoaluminum. Kesukaran perkakasan utama ialah pemilihan pendirian di bawah keadaan proses pelapik ini.
Apabila menyelesaikan masalah ini, kaedah itu boleh dilaksanakan dalam industri. Penguraian kalsium karbida Penyediaan logam kalsium melalui penguraian kalsium karbida
CaC2 = Ca + 2C
harus dianggap sebagai kaedah yang menjanjikan. Dalam kes ini, grafit diperoleh sebagai produk kedua. V. Mauderli, E. Moser, dan V. Treadwell, setelah mengira tenaga bebas pembentukan kalsium karbida daripada data termokimia, memperoleh ungkapan berikut untuk tekanan wap kalsium ke atas kalsium karbida tulen:
ca = 1.35 - 4505\T (1124-1712° K),
lgp ca = 6.62 - 13523\T (1712-2000° K).
Nampaknya, kalsium karbida komersial terurai pada suhu yang lebih tinggi daripada yang berikut daripada ungkapan ini. Penulis yang sama melaporkan penguraian terma kalsium karbida dalam kepingan padat pada 1600-1800° dalam vakum 1 mm Hg. Seni. Hasil grafit adalah 94%, kalsium diperolehi dalam bentuk salutan padat pada peti sejuk. A. S. Mikulinsky, F. S. Morii, R. Shklyar untuk menentukan sifat grafit yang diperolehi oleh penguraian kalsium karbida, yang terakhir dipanaskan dalam vakum 0.3-1 mm Hg. Seni. pada suhu 1630-1750°. Grafit yang terhasil berbeza daripada grafit Acheson kerana mempunyai butiran yang lebih besar, kekonduksian elektrik yang lebih besar dan berat isipadu yang lebih rendah.
3. Bahagian praktikal
Pelepasan harian magnesium daripada elektrolisis pada arus 100 kA ialah 960 kg apabila menyuap mandian dengan magnesium klorida. Voltan merentasi elektrolisis ialah 0.6 V. Tentukan:
)Keluaran semasa di katod;
)Jumlah klorin yang dihasilkan setiap hari, dengan syarat output semasa di anod adalah sama dengan output semasa di anod;
)Pengisian harian MgCl 2ke dalam elektrolisis dengan syarat kehilangan MgCl 2 berlaku terutamanya dengan enapcemar dan pemejalwapan. Jumlah enap cemar ialah 0.1 setiap 1t Mg yang mengandungi MgCl 2 dalam sublimat 50%. Jumlah pemejalwapan ialah 0.05 t setiap 1 t Mg. Komposisi magnesium klorida yang dituangkan,%: 92 MgCl2 dan 8 NaCl.
.Tentukan keluaran semasa di katod:
m pr =I ?·k Mg · ?
?=m pr \saya· ?k Mg =960000\100000·0.454·24=0.881 atau 88.1%
.Tentukan jumlah Cl yang diterima setiap hari:
x=960000g\24g\mol=40000 mol
Menukar kepada volum:
x=126785.7 m3
3.a) Cari MgCl tulen 2, untuk menghasilkan 960 kg Mg.
x=95·960\24.3=3753 kg=37.53 t.
b) kerugian dengan enap cemar. Daripada komposisi elektrolisis magnesium, %: 20-35 MgO, 2-5 Mg, 2-6 Fe, 2-4 SiO 2, 0.8-2 TiO 2, 0.4-1.0 C, 35 MgCl2 .
kg - 1000 kg
m wow =960 kg - jisim enap cemar setiap hari.
Sehari 96 kg enapcemar: 96·0.35 (MgCl2 dengan enap cemar).
c) kerugian dengan sublimat:
kg - 1000 kg
kg sublimat: 48·0.5=24 kg MgCl 2 dengan sublimat.
Jumlah Mg yang perlu anda isi:
33.6+24=3810.6 kg MgCl2 setiap hari
Senarai sastera terpakai
Asas Metalurgi III
<#"justify">metalurgi Al dan Mg. Vetyukov M.M., Tsyplokov A.M.
Bimbingan
Perlukan bantuan mempelajari topik?
Pakar kami akan menasihati atau menyediakan perkhidmatan tunjuk ajar mengenai topik yang menarik minat anda.
Hantar permohonan anda menunjukkan topik sekarang untuk mengetahui tentang kemungkinan mendapatkan perundingan.
Sebatian kalsium.
SaO– kalsium oksida atau kapur cepat, diperoleh melalui penguraian batu kapur: CaCO 3 = CaO + CO 2 ialah oksida logam alkali tanah, jadi ia berinteraksi secara aktif dengan air: CaO + H 2 O = Ca (OH) 2
Ca(OH) 2 – kalsium hidroksida atau kapur slaked, oleh itu tindak balas CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 dipanggil slaking kapur. Jika larutan ditapis, hasilnya adalah air kapur - ini adalah larutan alkali, jadi ia menukar warna fenolftalein kepada merah.
Limau serai digunakan secara meluas dalam pembinaan. Campurannya dengan pasir dan air adalah bahan pengikat yang baik. Di bawah pengaruh karbon dioksida, campuran mengeras Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO3 + H 2 O.
Pada masa yang sama, sebahagian daripada pasir dan campuran bertukar menjadi silikat Ca(OH) 2 + SiO 2 = CaSiO 3 + H 2 O.
Persamaan Ca (OH) 2 + CO 2 = CaCO 2 + H 2 O dan CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca (HCO 3) 2 memainkan peranan yang besar dalam alam semula jadi dan dalam membentuk rupa planet kita. Karbon dioksida dalam bentuk pengukir dan arkitek mencipta istana bawah tanah dalam strata batu karbonat. Ia mampu memindahkan ratusan dan ribuan tan batu kapur ke bawah tanah. Melalui retakan dalam batu, air yang mengandungi karbon dioksida yang terlarut di dalamnya memasuki lapisan batu kapur, membentuk rongga - gua kastor. Kalsium bikarbonat hanya wujud dalam larutan. Air bawah tanah bergerak dalam kerak bumi, menyejat air dalam keadaan yang sesuai: Ca(HCO3) 2 = CaCO3 + H2O + CO 2 , Ini adalah bagaimana stalaktit dan stalagmit terbentuk, skema pembentukan yang dicadangkan oleh ahli geokimia terkenal A.E. Fersman. Terdapat banyak gua castrum di Crimea. Sains mengkaji mereka speleologi.
Kalsium karbonat digunakan dalam pembinaan CaCO3- kapur, batu kapur, marmar. Anda semua telah melihat stesen kereta api kami: ia dihiasi dengan marmar putih yang dibawa dari luar negara.
pengalaman: tiup melalui tiub ke dalam larutan air kapur, ia menjadi keruh .
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + N 2 TENTANG
Asid asetik ditambah kepada mendakan yang terbentuk, mendidih diperhatikan, kerana karbon dioksida dibebaskan.
CaCO 3 +2CH 3 COOH = Ca(CH 3 SOO) 2 +H 2 O + CO 2
KISAH SAUDARA KARBONAT.
Tiga bersaudara tinggal di bumi
Daripada keluarga Karbonat.
Si abang adalah marmar yang kacak,
Mulia dalam nama Karara,
Seorang arkitek yang cemerlang. Dia
Membina Rom dan Parthenon.
Semua orang tahu LIMESTONE,
Sebab itu dinamakan begitu.
Terkenal dengan karyanya
Membina rumah di belakang rumah.
Kedua-duanya berkemampuan dan berkemampuan
Adik lembut MEL.
Lihat bagaimana dia melukis,
CaCO 3 ini!
Adik-beradik suka bermain-main
Panaskan dalam ketuhar panas,
CaO dan CO 2 kemudiannya terbentuk.
Ini adalah karbon dioksida
Anda masing-masing mengenalinya,
Kami menghembuskannya.
Nah, ini SaO -
Limau cepat hangus panas.
Tambahkan air padanya,
Gaul sebati
Supaya tidak ada masalah,
Kami melindungi tangan kami
LIMAU yang diuli dengan baik, tetapi DITERANG!
Susu kapur
Dindingnya bercat putih dengan mudah.
Rumah yang terang menjadi ceria,
Menukar kapur menjadi kapur.
Hocus Pocus untuk Rakyat:
Anda hanya perlu meniup air,
Betapa mudahnya
Berubah menjadi susu!
Dan kini ia cukup bijak
Saya mendapat soda:
Susu ditambah cuka. Ay!
Buih mencurah-curah di tepi!
Semuanya dalam kebimbangan, semuanya dalam kerja
Dari subuh hingga subuh -
Saudara berkarbonat ini,
CaCO 3 ini!
Pengulangan:
CaO– kalsium oksida, kapur;
Ca(OH) 2
– kalsium hidroksida (kapur salut, air kapur, susu kapur bergantung kepada kepekatan larutan).
Perkara umum ialah formula kimia yang sama Ca(OH) 2. Perbezaan: air kapur ialah larutan tepu lutsinar Ca(OH) 2, dan susu kapur ialah ampaian putih Ca(OH) 2 dalam air.
CaCl 2
- kalsium klorida, kalsium klorida;
CaCO 3
– kalsium karbonat, kapur, marmar kulit, batu kapur.
L/R: koleksi. Seterusnya, kami menunjukkan koleksi mineral yang terdapat di makmal sekolah: batu kapur, kapur, marmar, batu tempurung.
CaS0 4
∙ 2H 2
0
- hidrat kristal kalsium sulfat, gipsum;
CaCO 3
- kalsit, kalsium karbonat adalah sebahagian daripada banyak mineral yang meliputi 30 juta km 2 di bumi.
Yang paling penting daripada mineral ini ialah batu kapur. Batu kerang, batu kapur asal organik. Ia digunakan dalam pengeluaran simen, kalsium karbida, soda, semua jenis kapur, dan dalam metalurgi. Batu kapur adalah asas industri pembinaan banyak bahan binaan dibuat daripadanya.
kapur Bukan setakat serbuk gigi dan kapur sekolah. Ia juga merupakan bahan tambahan yang berharga dalam pengeluaran kertas (bersalut - kualiti terbaik) dan getah; dalam pembinaan dan pengubahsuaian bangunan - sebagai kapur.
Marmar ialah batu kristal yang padat. Terdapat yang berwarna - putih, tetapi selalunya pelbagai kekotoran mewarnai dalam warna yang berbeza. Marmar putih tulen jarang berlaku dan digunakan terutamanya oleh pengukir (patung oleh Michelangelo, Rodin. Dalam pembinaan, marmar berwarna digunakan sebagai bahan menghadap (Moscow Metro) atau bahkan sebagai bahan binaan utama istana (Taj Mahal).
Dalam dunia perkara yang menarik "MAUSOLEUM Taj Mahal"
Shah Jahan dari dinasti Mughal yang besar menyebabkan hampir seluruh Asia dalam ketakutan dan ketaatan. Pada tahun 1629, Mumzat Mahal, isteri tercinta Shah Jahan, meninggal dunia pada usia 39 tahun semasa melahirkan anak dalam kempen (ini adalah anak ke-14 mereka, semuanya lelaki). Dia luar biasa cantik, cerah, pintar, maharaja mematuhinya dalam segala hal. Sebelum kematiannya, dia meminta suaminya membina kubur, menjaga anak-anak, dan tidak berkahwin. Raja yang sedih menghantar utusannya ke semua kota besar, ibu kota negara jiran - ke Bukhara, Samarkand, Baghdad, Damsyik, untuk mencari dan menjemput tukang-tukang yang terbaik - untuk mengenang isterinya, raja memutuskan untuk mendirikan bangunan terbaik di dunia. Pada masa yang sama, utusan menghantar rancangan untuk semua bangunan terbaik di Asia dan bahan binaan terbaik ke Agra (India). Mereka juga membawa malachite dari Rusia dan Ural. Ketua tukang batu datang dari Delhi dan Kandahar; arkitek - dari Istanbul, Samarkand; penghias - dari Bukhara; tukang kebun - dari Bengal; para seniman berasal dari Damsyik dan Baghdad, dan guru terkenal Ustad-Isa bertanggungjawab.
Bersama-sama, lebih 25 tahun, struktur marmar kapur telah dibina dikelilingi oleh taman hijau, air pancut biru dan masjid batu pasir merah. 20,000 hamba mendirikan keajaiban 75 m (bangunan 25 tingkat) ini. Berdekatan saya ingin membina makam kedua marmar hitam untuk diri saya sendiri, tetapi saya tidak mempunyai masa. Dia digulingkan dari takhta oleh anaknya sendiri (yang ke-2, dan dia juga membunuh semua saudaranya).
Penguasa dan tuan Agra menghabiskan tahun-tahun terakhir hidupnya melihat keluar dari tingkap sempit penjaranya. Selama 7 tahun ayah mengagumi ciptaannya. Apabila bapa menjadi buta, anak lelaki itu menjadikan dia sistem cermin supaya bapa dapat mengagumi makam itu. Dia dikebumikan di Taj Mahal, bersebelahan dengan Mumtaznya.
Mereka yang memasuki mausoleum melihat cenotaphs - kubur palsu. Tempat peristirahatan abadi Khan Agung dan isterinya terletak di tingkat bawah di ruang bawah tanah. Segala-galanya di sana bertatahkan dengan batu permata yang bercahaya seolah-olah mereka hidup, dan dahan-dahan pohon dongeng, yang dijalin dengan bunga, menghiasi dinding makam dengan corak yang rumit. Dihasilkan oleh pengukir terbaik, lapis lazuli biru pirus, jed hijau-hitam dan batu kecubung merah meraikan cinta Shah Jahal dan Mumzat Mahal.
Setiap hari pelancong bergegas ke Agra, ingin melihat yang sebenarnya keajaiban dunia - makam Taj Mahal, seolah-olah terapung di atas tanah.
CaCO 3 adalah bahan binaan untuk exoskeleton moluska, karang, cengkerang, dll., dan cangkerang telur. (ilustrasi atau Haiwan biocenosis karang” dan paparan koleksi karang laut, span, batu tempurung).
Sebatian kalsium semulajadi (kapur, marmar, batu kapur, gipsum) dan hasil pemprosesannya yang paling mudah (kapur) telah diketahui orang sejak zaman purba. Pada tahun 1808, ahli kimia Inggeris Humphry Davy mengelektrolisis kapur slaked basah (kalsium hidroksida) dengan katod merkuri dan memperoleh kalsium amalgam (aloi kalsium dan merkuri). Daripada aloi ini, setelah menyuling merkuri, Davy memperoleh kalsium tulen.
Beliau juga mencadangkan nama unsur kimia baru, dari bahasa Latin "calx" yang menandakan nama batu kapur, kapur dan batu lembut lain.
Mencari dalam alam semula jadi dan memperoleh:
Kalsium ialah unsur kelima paling banyak dalam kerak bumi (lebih daripada 3%), membentuk banyak batuan, kebanyakannya berasaskan kalsium karbonat. Sebahagian daripada batuan ini berasal dari organik (batu cangkang), menunjukkan peranan penting kalsium dalam alam semula jadi. Kalsium semulajadi adalah campuran 6 isotop dengan nombor jisim dari 40 hingga 48, dengan 40 Ca menyumbang 97% daripada jumlah keseluruhan. Tindak balas nuklear juga telah menghasilkan isotop kalsium lain, contohnya radioaktif 45 Ca.
Untuk mendapatkan bahan kalsium ringkas, elektrolisis garam kalsium cair atau aluminothermy digunakan:
4CaO + 2Al = Ca(AlO 2) 2 + 3Ca
Sifat fizikal:
Logam kelabu perak dengan kekisi berpusat muka kubik, jauh lebih keras daripada logam alkali. Takat lebur 842°C, takat didih 1484°C, ketumpatan 1.55 g/cm3. Pada tekanan tinggi dan suhu kira-kira 20 K ia masuk ke dalam keadaan superkonduktor.
Sifat kimia:
Kalsium tidak seaktif logam alkali, tetapi ia mesti disimpan di bawah lapisan minyak mineral atau dalam dram logam yang tertutup rapat. Sudah pada suhu biasa ia bertindak balas dengan oksigen dan nitrogen di udara, serta dengan wap air. Apabila dipanaskan, ia terbakar di udara dengan nyalaan merah-oren, membentuk oksida dengan campuran nitrida. Seperti magnesium, kalsium terus terbakar dalam suasana karbon dioksida. Apabila dipanaskan, ia bertindak balas dengan bukan logam lain, membentuk sebatian yang tidak selalu jelas dalam komposisi, contohnya:
Ca + 6B = CaB 6 atau Ca + P => Ca 3 P 2 (juga CaP atau CaP 5)
Dalam semua sebatiannya, kalsium mempunyai keadaan pengoksidaan +2.
Sambungan yang paling penting:
Kalsium oksida CaO- ("kapur cepat") bahan putih, oksida beralkali, yang bertindak balas dengan kuat dengan air ("dipadamkan") bertukar menjadi hidroksida. Diperolehi oleh penguraian terma kalsium karbonat.
Kalsium hidroksida Ca(OH) 2- (“kapur berslak”) serbuk putih, sedikit larut dalam air (0.16g/100g), alkali kuat. Larutan (“air kapur”) digunakan untuk mengesan karbon dioksida.
Kalsium karbonat CaCO3- asas kebanyakan mineral kalsium semulajadi (kapur, marmar, batu kapur, batu kerang, kalsit, Iceland spar). Dalam bentuk tulen, bahan itu berwarna putih atau tidak berwarna. hablur apabila dipanaskan (900-1000 C) terurai, membentuk kalsium oksida. Bukan p-rim, bertindak balas dengan asid, mampu larut dalam air tepu dengan karbon dioksida, bertukar menjadi bikarbonat: CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2. Proses sebaliknya membawa kepada kemunculan mendapan kalsium karbonat, khususnya pembentukan seperti stalaktit dan stalagmit
Ia juga terdapat di alam semula jadi sebagai sebahagian daripada dolomit CaCO 3 * MgCO 3
Kalsium sulfat CaSO4- bahan putih, dalam alam semula jadi CaSO 4 * 2H 2 O (“gipsum”, “selenite”). Yang terakhir, apabila dipanaskan dengan teliti (180 C), bertukar menjadi CaSO 4 *0.5H 2 O ("gipsum terbakar", "alabaster") - serbuk putih, yang, apabila dicampur dengan air, sekali lagi membentuk CaSO 4 *2H 2 O dalam bentuk bahan pepejal yang agak tahan lama. Ia sedikit larut dalam air, tetapi boleh larut dalam asid sulfurik berlebihan, membentuk hidrogen sulfat.
Kalsium fosfat Ca 3 (PO 4) 2- ("fosforit"), tidak larut, di bawah pengaruh asid kuat ia bertukar menjadi kalsium hidro- dan dihidrogen fosfat yang lebih larut. Bahan suapan untuk pengeluaran fosforus, asid fosforik, baja fosfat. Kalsium fosfat juga termasuk dalam apatit, sebatian semula jadi dengan formula anggaran Ca 5 3 Y, di mana Y = F, Cl, atau OH, masing-masing, fluorin, klorin, atau hidroksiapatit. Bersama-sama dengan fosforit, apatit adalah sebahagian daripada rangka tulang banyak organisma hidup, termasuk. dan lelaki.
Kalsium fluorida CaF 2 - (semula jadi:"fluorit", "fluorspar"), bahan tidak larut berwarna putih. Mineral semulajadi mempunyai pelbagai warna kerana kekotoran. Bercahaya dalam gelap apabila dipanaskan dan di bawah penyinaran UV. Ia meningkatkan kecairan ("lebur") sanga apabila menghasilkan logam, yang menerangkan penggunaannya sebagai fluks.
Kalsium klorida CaCl 2- tidak berwarna kristus. Ia larut dengan baik dalam air. Membentuk hidrat kristal CaCl 2 *6H 2 O. Kalsium klorida kontang ("bercantum") ialah bahan pengering yang baik.
Kalsium nitrat Ca(NO 3) 2- ("kalsium nitrat") tidak berwarna. kristus. Ia larut dengan baik dalam air. Bahagian penting dalam komposisi piroteknik yang memberikan nyalaan warna merah-oren.
Kalsium karbida CaС 2- bertindak balas dengan air, membentuk asetilena, contohnya: CaС 2 + H 2 O = С 2 H 2 + Ca(OH) 2
Permohonan:
Kalsium logam digunakan sebagai agen penurunan yang kuat dalam pengeluaran beberapa logam yang sukar dikurangkan (“kalsiotermi”): kromium, unsur nadir bumi, torium, uranium, dll. Dalam metalurgi kuprum, nikel, keluli khas dan gangsa , kalsium dan aloinya digunakan untuk membuang kekotoran berbahaya sulfur, fosforus, karbon berlebihan.
Kalsium juga digunakan untuk mengikat sejumlah kecil oksigen dan nitrogen apabila mendapatkan vakum tinggi dan membersihkan gas lengai.
Neutron-lebihan 48 ion Ca digunakan untuk sintesis unsur kimia baru, contohnya unsur No. 114, . Satu lagi isotop kalsium, 45Ca, digunakan sebagai pengesan radioaktif dalam kajian tentang peranan biologi kalsium dan penghijrahannya dalam alam sekitar.
Bidang utama permohonan untuk banyak sebatian kalsium ialah pengeluaran bahan binaan (simen, campuran bangunan, eternit, dll.).
Kalsium adalah salah satu unsur makro dalam organisma hidup, membentuk sebatian yang diperlukan untuk pembinaan kedua-dua rangka dalaman vertebrata dan rangka luaran banyak invertebrata, cangkang telur.
Ion kalsium juga mengambil bahagian dalam pengawalseliaan proses intraselular dan menentukan pembekuan darah. Kekurangan kalsium pada zaman kanak-kanak membawa kepada riket, pada usia tua - kepada osteoporosis. Sumber kalsium adalah produk tenusu, soba, kacang, dan penyerapannya difasilitasi oleh vitamin D. Sekiranya terdapat kekurangan kalsium, pelbagai ubat digunakan: calcex, larutan kalsium klorida, kalsium glukonat, dll.
Pecahan jisim kalsium dalam tubuh manusia ialah 1.4-1.7%, keperluan harian ialah 1-1.3 g (bergantung kepada umur). Pengambilan kalsium yang berlebihan boleh menyebabkan hiperkalsemia - pemendapan sebatiannya dalam organ dalaman, dan pembentukan bekuan darah dalam saluran darah. Sumber:
Kalsium (unsur) // Wikipedia. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Calcium (tarikh capaian: 01/3/2014).