En önemli kalsiyum bileşikleri, anlamları ve kullanım alanları. Kalsiyum (Ca, Kalsiyum)

Kalsiyum

KALSİYUM-BEN; M.[lat. calx (calcis) - kireç] Kimyasal element (Ca), kireçtaşı, mermer vb.nin bir parçası olan gümüş-beyaz bir metal.

◁ Kalsiyum, ah, ah. K tuzları.

kalsiyum

Periyodik tablonun II. Grubunun kimyasal bir elementi olan (lat. Kalsiyum), alkali toprak metallerine aittir. Lat'tan isim. calx, genetik kalsis - kireç. Gümüş-beyaz metal, yoğunluk 1,54 g/cm3, T pl 842°C. Normal sıcaklıklarda havada kolayca oksitlenir. Yer kabuğundaki yaygınlık açısından 5. sırada yer almaktadır (mineraller kalsit, alçı, florit vb.). Aktif bir indirgeyici madde olarak U, Th, V, Cr, Zn, Be ve diğer metalleri bileşiklerinden elde etmek, çelikleri, bronzları vb. oksitleri gidermek için kullanılır. Sürtünme önleyici malzemelerin bir parçasıdır. Kalsiyum bileşikleri inşaatta (kireç, çimento), kalsiyum preparatları ise tıpta kullanılır.

KALSİYUM

Atom numarası 20 olan kimyasal bir element olan KALSİYUM (enlem. Kalsiyum), Ca ("kalsiyum" olarak okunur), Mendeleev'in periyodik element sisteminin IIA grubundaki dördüncü periyotta bulunur; atom kütlesi 40.08. Alkali toprak elementlerine aittir (santimetre. ALKALİ TOPRAK METALLERİ).
Doğal kalsiyum bir nüklid karışımından oluşur (santimetre. NÜKLİD) kütle sayıları 40 (kütlece %96,94 olan bir karışımda), 44 (%2,09), 42 (%0,667), 48 (%0,187), 43 (%0,135) ve 46 (%0,003). Dış elektron katmanı 4 konfigürasyonu S 2 . Hemen hemen tüm bileşiklerde kalsiyumun oksidasyon durumu +2'dir (değerlik II).
Nötr kalsiyum atomunun yarıçapı 0,1974 nm'dir, Ca2+ iyonunun yarıçapı 0,114 nm (koordinasyon numarası 6 için) ila 0,148 nm (koordinasyon numarası 12 için) arasındadır.
Nötr bir kalsiyum atomunun sıralı iyonizasyon enerjileri sırasıyla 6.133, 11.872, 50.91, 67.27 ve 84.5 eV'dir. Pauling ölçeğine göre kalsiyumun elektronegatifliği yaklaşık 1,0'dır. Serbest formunda kalsiyum gümüşi beyaz bir metaldir.
Keşif tarihi (santimetre. Kalsiyum bileşikleri doğada her yerde bulunur, dolayısıyla insanlık onlara eski çağlardan beri aşinadır. Kireç uzun zamandır inşaatlarda kullanılıyor KİREÇ) (santimetre.(sönmemiş kireç ve sönmüş), uzun zamandır basit bir madde olarak kabul edilen "toprak". Ancak 1808'de İngiliz bilim adamı G. Davy kireçten yeni bir metal elde etmeyi başardı. Bunu yapmak için Davy, hafif nemlendirilmiş sönmüş kireç ile cıva oksit karışımını elektrolize tabi tuttu ve cıva katotunda oluşan amalgamdan kalsiyum adını verdiği (Latince calx, calcis - kireç cinsinden) yeni bir metal izole etti. Rusya'da bir süre bu metale "kireçleme" adı verildi.
Doğada olmak
Kalsiyum dünyadaki en yaygın elementlerden biridir. Yer kabuğunun kütlesinin %3,38'ini oluşturur (oksijen, silikon, alüminyum ve demirden sonra en çok bulunan 5. madde). Yüksek kimyasal aktivitesi nedeniyle kalsiyum doğada serbest formda oluşmaz. Kalsiyumun çoğu silikatlarda bulunur (santimetre. SİLİSATLAR) ve alüminosilikatlar (santimetre. ALÜMİNYUM SİLİKATLAR)çeşitli kayalar (granitler (santimetre. GRANİT), gnayslar (santimetre. GNAYS) vesaire.). Tortul kayaçlar formundaki kalsiyum bileşikleri, esas olarak kalsit mineralinden oluşan tebeşir ve kireçtaşlarıyla temsil edilir. (santimetre. KALSİT)(CaCO3). Kalsitin kristal formu - mermer - doğada çok daha az yaygındır.
Kireçtaşı gibi kalsiyum mineralleri oldukça yaygındır (santimetre. KİREÇ TAŞI) CaCO3, anhidrit (santimetre. ANHİDRİT) CaSO 4 ve alçı (santimetre. ALÇI) CaS04 2H20, florit (santimetre. FLORİT) CaF 2, apatit (santimetre. APATİT) Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl,OH), dolomit (santimetre. DOLOMİT) MgCO3 ·CaCO3 . Doğal sudaki kalsiyum ve magnezyum tuzlarının varlığı suyun sertliğini belirler. (santimetre. SU SERTLİK). Canlı organizmalarda önemli miktarda kalsiyum bulunur. Dolayısıyla, hidroksiapatit Ca5(PO4)3(OH) veya başka bir girişte 3Ca3(PO4)2 ·Ca(OH)2, insanlar dahil omurgalıların kemik dokusunun temelini oluşturur; Pek çok omurgasız hayvanın, yumurta kabuğunun vb. kabukları ve kabukları kalsiyum karbonat CaCO3'ten yapılır.
Fiş
Metalik kalsiyum, CaCl2 (%75-80) ve KCl'den veya CaCl2 ve CaF2'den oluşan bir eriyiğin elektrolizi ve ayrıca 1170-1200 °C'de CaO'nun alüminotermik indirgenmesiyle elde edilir:
4CaO + 2Al = CaAl204 + 3Ca.
Fiziksel ve kimyasal özellikler
Kalsiyum metali iki allotropik modifikasyonda mevcuttur (bkz. Allotropi (santimetre. ALLOTROPİ)). 443 °C'ye kadar, kübik yüz merkezli kafesli a-Ca (parametre a = 0,558 nm) stabildir; a-Fe tipi kübik vücut merkezli kafesli b-Ca (parametre a = 0,448 nm) daha kararlı. Kalsiyumun erime noktası 839 °C, kaynama noktası 1484 °C, yoğunluğu 1,55 g/cm3'tür.
Kalsiyumun kimyasal aktivitesi yüksektir, ancak diğer tüm alkalin toprak metallerinden daha düşüktür. Havadaki oksijen, karbondioksit ve nem ile kolayca reaksiyona girer, bu nedenle kalsiyum metalinin yüzeyi genellikle donuk gridir, bu nedenle laboratuvarda kalsiyum genellikle diğer alkali toprak metalleri gibi bir katmanın altında sıkıca kapatılmış bir kavanozda depolanır. gazyağı.
Standart potansiyeller serisinde kalsiyum, hidrojenin solunda bulunur. Ca 2+ /Ca 0 çiftinin standart elektrot potansiyeli –2,84 V'tur, böylece kalsiyum suyla aktif olarak reaksiyona girer:
Ca + 2H20 = Ca(OH)2 + H2.
Kalsiyum normal koşullar altında aktif metal olmayanlarla (oksijen, klor, brom) reaksiyona girer:
2Ca + O2 = 2CaO; Ca + Br2 = CaBr2.
Havada veya oksijende ısıtıldığında kalsiyum tutuşur. Kalsiyum ısıtıldığında daha az aktif metal olmayan maddelerle (hidrojen, bor, karbon, silikon, nitrojen, fosfor ve diğerleri) reaksiyona girer, örneğin:
Ca + H2 = CaH2 (kalsiyum hidrit),
Ca + 6B = CaB 6 (kalsiyum borür),
3Ca + N2 = Ca3N2 (kalsiyum nitrür)
Ca + 2C = CaC2 (kalsiyum karbür)
3Ca + 2P = Ca3P2 (kalsiyum fosfit), CaP ve CaP5 bileşimlerinin kalsiyum fosfitleri de bilinmektedir;
2Ca + Si = Ca2Si (kalsiyum silisit); CaSi, Ca3Si4 ve CaSi2 bileşimlerinin kalsiyum silisitleri de bilinmektedir.
Yukarıdaki reaksiyonların oluşumuna, kural olarak, büyük miktarda ısının salınması eşlik eder (yani, bu reaksiyonlar ekzotermiktir). Metal olmayan tüm bileşiklerde kalsiyumun oksidasyon durumu +2'dir. Metal olmayan kalsiyum bileşiklerinin çoğu su ile kolayca ayrışır, örneğin:
CaH2 + 2H20 = Ca(OH)2 + 2H2,
Ca3N2 + 3H20 = 3Ca(OH)2 + 2NH3.
Kalsiyum oksit tipik olarak baziktir. Laboratuvarda ve teknolojide karbonatların termal ayrışmasıyla elde edilir:
CaCO3 = CaO + CO2.
Teknik kalsiyum oksit CaO'ya sönmemiş kireç denir.
Su ile reaksiyona girerek Ca(OH)2 oluşturur ve büyük miktarda ısı açığa çıkarır:
CaO + H20 = Ca(OH)2.
Bu şekilde elde edilen Ca(OH)2'ye genellikle sönmüş kireç veya kireç sütü adı verilir. (santimetre. KİREÇ SÜTÜ) kalsiyum hidroksitin sudaki çözünürlüğünün düşük olması (20°C'de 0,02 mol/l) ve suya eklendiğinde beyaz bir süspansiyon oluşması nedeniyle.
Asidik oksitlerle etkileşime girdiğinde CaO tuzlar oluşturur, örneğin:
CaO + C02 = CaC03; CaO + S03 = CaS04.
Ca2+ iyonu renksizdir. Aleve kalsiyum tuzları eklendiğinde alev tuğla kırmızısına döner.
CaCl2 klorür, CaBr2 bromür, CaI2 iyodür ve Ca(NO3)2 nitrat gibi kalsiyum tuzları suda oldukça çözünür. Suda çözünmeyenler florür CaF2, karbonat CaC03, sülfat CaS04, ortalama ortofosfat Ca3 (PO4)2, oksalat CaC204 ve diğerleridir.
Ortalama kalsiyum karbonat CaCO3'ün aksine, asidik kalsiyum karbonat (bikarbonat) Ca(HCO3)2'nin suda çözünür olması önemlidir. Doğada bu, aşağıdaki süreçlere yol açar. Karbondioksitle doyurulmuş soğuk yağmur veya nehir suyu yeraltına girip kireçtaşının üzerine düştüğünde çözünmeleri gözlenir:
CaC03 + C02 + H20 = Ca(HCO3)2.
Kalsiyum bikarbonatla doyurulmuş suyun yeryüzüne çıktığı ve güneş ışınlarıyla ısıtıldığı yerlerde ters bir reaksiyon meydana gelir:
Ca(HCO3)2 = CaC03 + C02 + H20.
Doğada büyük miktarda madde bu şekilde aktarılır. Sonuç olarak yeraltında devasa delikler oluşabilir (bkz. Karst (santimetre. KARST (doğal fenomen))) ve mağaralarda güzel taş “buz sarkıtları” - sarkıtlar - oluşur (santimetre. SARKITLAR (mineral oluşumları)) ve dikitler (santimetre. dikitler).
Suda çözünmüş kalsiyum bikarbonatın varlığı büyük ölçüde suyun geçici sertliğini belirler. (santimetre. SU SERTLİK). Geçici olarak adlandırılır çünkü su kaynadığında bikarbonat ayrışır ve CaCO3 çöker. Bu fenomen, örneğin zamanla su ısıtıcısında kireç oluşmasına yol açar.
Kalsiyum ve bileşiklerinin uygulanması
Kalsiyum metali, uranyumun metalotermik üretiminde kullanılır (santimetre. URANYUM (kimyasal element)) toryum (santimetre. TORYUM), titanyum (santimetre. TİTANYUM (kimyasal element)), zirkonyum (santimetre. ZİRKONYUM) sezyum (santimetre. SEZYUM) ve rubidyum (santimetre. RUBİDYUM).
Doğal kalsiyum bileşikleri bağlayıcıların (çimento) üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. (santimetre.ÇİMENTO), alçı (santimetre. ALÇI), kireç vb.). Sönmüş kirecin bağlayıcı etkisi, kalsiyum hidroksitin zamanla havadaki karbondioksit ile reaksiyona girmesine dayanmaktadır. Devam eden reaksiyonun bir sonucu olarak, yakındaki taşlara, tuğlalara ve diğer yapı malzemelerine dönüşen ve onları tek bir bütün halinde kaynaklayan iğne şeklindeki kalsit CaCO3 kristalleri oluşur. Kristal kalsiyum karbonat - mermer - mükemmel bir kaplama malzemesidir. Badana yıkamak için tebeşir kullanılır. Dökme demir üretiminde büyük miktarlarda kireçtaşı tüketilir, çünkü bunlar demir cevherinin refrakter safsızlıklarını (örneğin kuvars Si02) nispeten düşük erime noktalı cüruflara dönüştürmeyi mümkün kılar.
Çamaşır suyu dezenfektan olarak çok etkilidir. (santimetre.ÇAMAŞIR SUYU)- “ağartıcı” Ca(OCl)Cl - karışık klorür ve kalsiyum hipoklorür (santimetre. KALSİYUM HİPOKLORİT) yüksek oksitleme kabiliyetine sahip.
Hem susuz bir bileşik formunda hem de "yarı sulu" sülfat olarak adlandırılan kristal hidratlar formunda bulunan kalsiyum sülfat da yaygın olarak kullanılır - kaymaktaşı (santimetre. ALEVİZ FRYAZİN (Milanolu)) CaSO 4 ·0,5H 2 O ve dihidrat sülfat - alçı CaSO 4 ·2H 2 O. Alçı, inşaatta, heykelde, sıva kalıplama ve çeşitli sanatsal ürünlerin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Alçı ayrıca tıpta kırıklar sırasında kemikleri sabitlemek için de kullanılır.
Kalsiyum klorür CaCl2, yol yüzeylerinin buzlanmasıyla mücadele etmek için sofra tuzu ile birlikte kullanılır. Kalsiyum florür CaF 2 mükemmel bir optik malzemedir.
Vücuttaki kalsiyum
Kalsiyum biyojenik bir elementtir (santimetre. BİYOJENİK ELEMANLAR) Bitki ve hayvanların dokularında sürekli olarak bulunur. Hayvanların ve insanların mineral metabolizmasının ve bitkilerin mineral beslenmesinin önemli bir bileşeni olan kalsiyum, vücutta çeşitli işlevler yerine getirir. Apatitten oluşur (santimetre. APATİT) Sülfat ve karbonatın yanı sıra kalsiyum da kemik dokusunun mineral bileşenini oluşturur. 70 kg ağırlığındaki insan vücudunda yaklaşık 1 kg kalsiyum bulunur. Kalsiyum iyon kanallarının işleyişine katılır (santimetre.İYON KANALLARI) Sinir uyarılarının iletilmesinde maddelerin biyolojik zarlardan taşınması (santimetre. SİNİR DÜRTÜSÜ), kanın pıhtılaşma süreçlerinde (santimetre. KAN Pıhtılaşması) ve gübreleme. Kalsiferoller vücuttaki kalsiyum metabolizmasını düzenler (santimetre. KALSİFEROLLER)(D vitamini). Kalsiyum eksikliği veya fazlalığı çeşitli hastalıklara yol açar - raşitizm (santimetre. RAŞİTİZM), kalsinozis (santimetre. KALSİNOZ) vb. Bu nedenle insan gıdasının gerekli miktarlarda (günde 800-1500 mg kalsiyum) kalsiyum bileşikleri içermesi gerekir. Süt ürünlerinde (süzme peynir, peynir, süt gibi), bazı sebzelerde ve diğer gıdalarda kalsiyum içeriği yüksektir. Kalsiyum preparatları tıpta yaygın olarak kullanılmaktadır.

Ansiklopedik Sözlük. 2009 .

Eş anlamlılar:

Kalsiyum (Latince Kalsiyum, Ca olarak sembolize edilir), atom numarası 20 ve atom kütlesi 40.078 olan bir elementtir. Dmitry Ivanovich Mendeleev'in kimyasal elementlerinin periyodik tablosunun dördüncü periyodu olan ikinci grubun ana alt grubunun bir elementidir. Normal koşullar altında, basit bir madde olan kalsiyum, gümüş-beyaz renkte, hafif (1,54 g/cm3) dövülebilir, yumuşak, kimyasal olarak aktif bir alkalin toprak metalidir.

Doğada kalsiyum altı izotopun bir karışımı olarak sunulur: 40Ca (%96,97), 42Ca (%0,64), 43Ca (%0,145), 44Ca (%2,06), 46Ca (%0,0033) ve 48Ca (%0,185). Yirminci elementin ana izotopu - en yaygın olanı - 40Ca'dır, izotop bolluğu yaklaşık% 97'dir. Kalsiyumun altı doğal izotopundan beşi stabildir; altı izotopun en ağırı olan ve oldukça nadir olan (izotopik bolluğu yalnızca %0,185'tir) altıncı izotop 48Ca'nın, yakın zamanda yarılanma ömrüyle çift β-bozunmasına uğradığı bulunmuştur. 5,3∙1019 yıl. Kütle numaraları 39, 41, 45, 47 ve 49 olan yapay olarak elde edilen izotoplar radyoaktiftir. Çoğu zaman canlı bir organizmadaki mineral metabolizma süreçlerinin incelenmesinde izotopik bir gösterge olarak kullanılırlar. Metalik kalsiyumun veya bileşiklerinin bir uranyum reaktöründe nötronlarla ışınlanmasıyla elde edilen 45Ca, topraklarda meydana gelen metabolik süreçlerin incelenmesinde ve bitkiler tarafından kalsiyum emilimi süreçlerinin araştırılmasında önemli bir rol oynar. Aynı izotop sayesinde, eritme işlemi sırasında çeşitli çelik türlerinin ve ultra saf demirin kalsiyum bileşikleriyle kirlenme kaynaklarını tespit etmek mümkün oldu.

Kalsiyum bileşikleri - mermer, alçıtaşı, kireçtaşı ve kireç (kireçtaşı pişirme ürünü) eski çağlardan beri bilinmektedir ve inşaat ve tıpta yaygın olarak kullanılmaktadır. Eski Mısırlılar piramitlerinin yapımında kalsiyum bileşiklerini kullandılar ve büyük Roma'nın sakinleri kırma taş, kireç ve kum karışımı kullanarak betonu icat ettiler. 18. yüzyılın sonuna kadar kimyagerler kirecin basit bir katı olduğuna inanıyorlardı. Lavoisier ancak 1789'da kireç, alümina ve diğer bazı bileşiklerin karmaşık maddeler olduğunu öne sürdü. 1808 yılında G. Davy tarafından elektroliz yoluyla kalsiyum metali elde edildi.

Kalsiyum metalinin kullanımı yüksek kimyasal aktivitesi ile ilişkilidir. Toryum, uranyum, krom, zirkonyum, sezyum, rubidyum gibi belirli metallerin bileşiklerinin geri kazanılmasında kullanılır; çelikten ve diğer bazı alaşımlardan oksijen ve kükürtün uzaklaştırılması için; organik sıvıların dehidrasyonu için; Vakum cihazlarında kalan gazların emilmesi için. Ayrıca kalsiyum metali bazı alaşımlarda alaşım bileşeni olarak görev yapar. Kalsiyum bileşikleri çok daha yaygın olarak kullanılmaktadır - inşaat, piroteknik, cam üretimi, tıp ve diğer birçok alanda kullanılmaktadırlar.

Kalsiyum en önemli biyojenik elementlerden biridir; çoğu canlı organizmanın normal yaşam süreçleri için gereklidir. Yetişkin vücudu bir buçuk kilograma kadar kalsiyum içerir. Canlı organizmaların tüm doku ve sıvılarında bulunur. Yirminci element, kemik dokusunun oluşumu, kalp atış hızının sürdürülmesi, kanın pıhtılaşması, dış hücre zarlarının normal geçirgenliğinin sürdürülmesi ve bir dizi enzimin oluşumu için gereklidir. Kalsiyumun bitki ve hayvanların vücudunda gerçekleştirdiği işlevlerin listesi çok uzundur. Kalsiyumun bulunmadığı bir ortamda yalnızca nadir organizmaların gelişebildiğini ve diğer organizmaların bu elementin %38'ini (insan vücudunda yalnızca %2 civarında kalsiyum içerir) oluşturduğunu söylemek yeterli olacaktır.

Biyolojik özellikler

Kalsiyum biyojenik elementlerden biridir; bileşikleri hemen hemen tüm canlı organizmalarda bulunur (kalsiyumdan yoksun bir ortamda çok az organizma gelişebilir), yaşam süreçlerinin normal seyrini sağlar. Yirminci element, hayvanların ve bitkilerin tüm dokularında ve sıvılarında bulunur; çoğu (insanlar dahil omurgalı organizmalarda) iskelette ve dişlerde fosfatlar (örneğin, hidroksiapatit Ca5(PO4)3OH veya 3Ca3) halinde bulunur. (P04)2Ca(OH)2). Yirminci elementin kemikler ve dişler için yapı malzemesi olarak kullanılması, hücrede kalsiyum iyonlarının kullanılmamasından kaynaklanmaktadır. Kalsiyum konsantrasyonu özel hormonlar tarafından kontrol edilir; bunların birleşik etkisi kemik yapısını korur ve korur. Çoğu omurgasız grubunun (yumuşakçalar, mercanlar, süngerler ve diğerleri) iskeletleri, çeşitli kalsiyum karbonat CaCO3 (kireç) formlarından yapılmıştır. Pek çok omurgasız hayvan, yeni bir iskelet oluşturmak veya olumsuz koşullarda hayati fonksiyonlarını sürdürmek için tüy dökmeden önce kalsiyum depolar. Hayvanlar kalsiyumu yiyeceklerden ve sudan, bitkiler ise topraktan alırlar ve bu elemente göre kalsifiller ve kalsefoblara ayrılırlar.

Bu önemli mikro elementin iyonları kanın pıhtılaşma süreçlerinde ve ayrıca kanın sabit ozmotik basıncının sağlanmasında rol oynar. Ek olarak, bir dizi hücresel yapının oluşumu, dış hücre zarlarının normal geçirgenliğinin korunması, balık ve diğer hayvanların yumurtalarının döllenmesi ve bir dizi enzimin aktivasyonu için kalsiyum gereklidir (belki de bu durum, Kalsiyumun magnezyum iyonlarının yerini alması gerçeği). Kalsiyum iyonları kas lifine uyarımı ileterek kasılmasına neden olur, kalp kasılmalarının gücünü arttırır, lökositlerin fagositik fonksiyonunu arttırır, koruyucu kan proteinleri sistemini aktive eder, hormonların ve nörotransmitterlerin salgılanması dahil ekzositozu düzenler. Kalsiyum kan damarlarının geçirgenliğini etkiler; bu element olmadan yağlar, lipitler ve kolesterol kan damarlarının duvarlarına yerleşir. Kalsiyum, ağır metal tuzlarının ve radyonüklidlerin vücuttan salınmasını teşvik eder ve antioksidan işlevleri yerine getirir. Kalsiyum üreme sistemini etkiler, anti-stres etkisine sahiptir ve anti-alerjik etkiye sahiptir.

Bir yetişkinin vücudundaki (70 kg ağırlığında) kalsiyum içeriği 1,7 kg'dır (esas olarak kemik dokusunun hücreler arası maddesinde). Bu elemente duyulan ihtiyaç yaşa bağlıdır: yetişkinler için gerekli günlük alım miktarı 800 ila 1.000 miligram, çocuklar için ise 600 ila 900 miligramdır. Çocuklarda yoğun kemik büyümesi ve gelişimi için gerekli dozu tüketmek özellikle önemlidir. Vücuttaki kalsiyumun ana kaynağı süt ve süt ürünleridir; kalsiyumun geri kalanı et, balık ve bazı bitkisel ürünlerden (özellikle baklagillerden) gelir. Kalsiyum katyonlarının emilimi kalın ve ince bağırsaklarda meydana gelir; emilimi asidik bir ortam, C ve D vitaminleri, laktoz (laktik asit) ve doymamış yağ asitleri ile kolaylaştırılır. Buna karşılık aspirin, oksalik asit ve östrojen türevleri yirminci elementin sindirilebilirliğini önemli ölçüde azaltır. Böylece kalsiyum oksalik asitle birleştirildiğinde böbrek taşlarının bileşenleri olan suda çözünmeyen bileşikler üretir. Magnezyumun kalsiyum metabolizmasındaki rolü büyüktür - eksikliği ile kalsiyum kemiklerden "yıkanır" ve böbreklerde (böbrek taşları) ve kaslarda birikir. Genel olarak vücutta yirminci elementin depolanması ve salınması konusunda karmaşık bir sistem vardır; bu nedenle kandaki kalsiyum içeriği hassas bir şekilde düzenlenir ve doğru beslenmeyle eksiklik veya fazlalık oluşmaz. Uzun süreli kalsiyum diyeti kramplara, eklem ağrısına, kabızlığa, yorgunluğa, uyuşukluğa ve büyüme geriliğine neden olabilir. Diyette uzun süreli kalsiyum eksikliği osteoporozun gelişmesine yol açar. Nikotin, kafein ve alkol, idrarla yoğun atılımına katkıda bulundukları için vücuttaki kalsiyum eksikliğinin nedenlerinden bazılarıdır. Bununla birlikte, yirminci elementin (veya D vitamininin) fazlalığı olumsuz sonuçlara yol açar - hiperkalsemi gelişir, bunun sonucu kemiklerin ve dokuların yoğun kireçlenmesidir (esas olarak idrar sistemini etkiler). Uzun süreli kalsiyum fazlalığı kas ve sinir dokularının işleyişini bozar, kanın pıhtılaşmasını artırır ve çinkonun kemik hücreleri tarafından emilimini azaltır. Osteoartrit, katarakt ve tansiyon sorunları ortaya çıkabilir. Yukarıdakilerden, bitki ve hayvan organizmalarının hücrelerinin kesin olarak tanımlanmış kalsiyum iyonu oranlarına ihtiyaç duyduğu sonucuna varabiliriz.

Farmakoloji ve tıpta kalsiyum bileşikleri vitaminlerin, tabletlerin, hapların, enjeksiyonların, antibiyotiklerin yanı sıra ampul ve tıbbi gereçlerin üretiminde kullanılır.

Erkek kısırlığının oldukça yaygın bir nedeninin vücutta kalsiyum eksikliği olduğu ortaya çıktı! Gerçek şu ki, spermin başı tamamen kalsiyumdan oluşan ok şeklinde bir yapıya sahiptir; bu elementin yeterli miktarda olması durumunda sperm, zarın üstesinden gelebilir ve yumurtayı dölleyebilir; meydana gelmek.

Amerikalı bilim adamları, kandaki kalsiyum iyonu eksikliğinin hafızanın zayıflamasına ve zekanın azalmasına yol açtığını bulmuşlardır. Örneğin, ünlü ABD dergisi Science News'den, kedilerin ancak beyin hücrelerinde kandan daha fazla kalsiyum bulunması durumunda şartlı bir refleks geliştirdiğini doğrulayan deneyler biliniyordu.

Tarımda oldukça değerli olan kalsiyum siyanamid bileşiği, yalnızca nitrojen gübresi ve üre kaynağı olarak değil, sentetik reçinelerin üretimi için değerli bir gübre ve hammadde olarak da kullanılır, aynı zamanda reçinelerin mekanize edilmesinin mümkün olduğu bir madde olarak da kullanılır. pamuk tarlalarının hasadı. Gerçek şu ki, bu bileşikle muamele edildikten sonra pamuk bitkisi anında yapraklarını döküyor ve bu da insanların pamuk toplama işini makinelere bırakmasına olanak tanıyor.

Kalsiyum açısından zengin besinlerden bahsederken her zaman süt ürünlerinden bahsedilir, ancak sütün kendisi 100 g'da 120 mg (inek) ila 170 mg (koyun) kalsiyum içerir; Süzme peynir daha da fakirdir - 100 gramda yalnızca 80 mg. Süt ürünlerinden sadece peynir, 100 g ürün başına 730 mg (Gouda) ila 970 mg (Emmenthal) kalsiyum içerir. Bununla birlikte, yirminci elementin içeriği açısından rekorun sahibi haşhaştır - 100 gram haşhaş tohumu neredeyse 1.500 mg kalsiyum içerir!

Örneğin soğutma ünitelerinde kullanılan kalsiyum klorür CaCl2, birçok kimyasal teknolojik prosesin, özellikle de büyük ölçekli soda üretiminin atık ürünüdür. Ancak kalsiyum klorürün çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmasına rağmen tüketimi, üretimine göre oldukça düşüktür. Bu nedenle, örneğin soda fabrikalarının yakınında, bütün kalsiyum klorür tuzlu su gölleri oluşur. Bu tür depolama havuzları nadir değildir.

Kalsiyum bileşiklerinin ne kadar tüketildiğini anlamak için birkaç örnek vermekte fayda var. Çelik üretiminde kireç, fosfor, silikon, manganez ve kükürtün uzaklaştırılmasında kullanılır; oksijen dönüştürücü proseste ise bir ton çelik başına 75 kilogram kireç tüketilir! Başka bir örnek ise tamamen farklı bir alandan, gıda endüstrisinden geliyor. Şeker üretiminde ham şeker şurubu kireçle reaksiyona sokularak kalsiyum sakkaroz çökeltilir. Bu nedenle, şeker kamışı genellikle ton başına yaklaşık 3-5 kg ​​​​kireç ve pancar şekeri gerektirir - yüz kat daha fazla, yani bir ton şeker başına yaklaşık yarım ton kireç!

Suyun "sertliği", içinde çözünmüş kalsiyum ve magnezyum tuzlarının suya verdiği bir takım özelliklerdir. Sertlik geçici ve kalıcı olarak ikiye ayrılır. Geçici veya karbonat sertliği, suda çözünebilir hidrokarbonatlar Ca(HCO3)2 ve Mg(HCO3)2'nin varlığından kaynaklanır. Karbonat sertliğinden kurtulmak çok kolaydır - su kaynatıldığında bikarbonatlar suda çözünmeyen kalsiyum ve magnezyum karbonatlara dönüşerek çöker. Kalıcı sertlik aynı metallerin sülfatları ve klorürleri tarafından oluşturulur, ancak bundan kurtulmak çok daha zordur. Sert su çok tehlikeli değildir çünkü sabun köpüğü oluşumunu engeller ve dolayısıyla çamaşırları daha kötü yıkar; daha da kötüsü buhar kazanlarında ve kazan sistemlerinde kireç tabakası oluşturarak bunların verimliliğini azaltır ve acil durumlara yol açar. İlginç olan, Antik Roma'da suyun sertliğinin nasıl belirleneceğini biliyor olmalarıydı. Reaktif olarak kırmızı şarap kullanıldı - renklendirici maddeleri kalsiyum ve magnezyum iyonlarıyla bir çökelti oluşturur.

Kalsiyumun depolamaya hazırlanma süreci çok ilginçtir. Kalsiyum metali, ağırlığı 0,5 ila 60 kg arasında değişen parçalar halinde uzun süre depolanır. Bu "külçeler" kağıt torbalara paketlenir, daha sonra lehimli ve boyalı dikişli galvanizli demir kaplara yerleştirilir. Sıkıca kapatılmış kaplar ahşap kutulara yerleştirilir. Yarım kilogramdan daha hafif olan parçalar uzun süre saklanamaz - oksitlendiğinde hızla oksit, hidroksit ve kalsiyum karbonata dönüşürler.

Hikaye

Kalsiyum metali nispeten yakın zamanda elde edildi - 1808'de, ancak insanlık bu metalin bileşiklerine çok uzun zamandır aşinadır. Antik çağlardan beri insanlar inşaat ve tıpta kireçtaşı, tebeşir, mermer, kaymaktaşı, alçıtaşı ve diğer kalsiyum içeren bileşikleri kullanmışlardır. Kireçtaşı CaCO3 büyük olasılıkla insanlar tarafından kullanılan ilk yapı malzemesiydi. Mısır piramitlerinin ve Çin Seddi'nin yapımında kullanılmıştır. Rusya'daki birçok tapınak ve kilisenin yanı sıra eski Moskova'daki binaların çoğu, beyaz bir taş olan kireçtaşı kullanılarak inşa edilmiştir. Antik çağda bile, bir kişi kireç taşını yakarak sönmemiş kireç (CaO) aldı; bu, Yaşlı Pliny'nin (MS 1. yüzyıl) ve Roma ordusunda doktor olan ve kendisine kalsiyum oksit kattığı Dioscorides'in çalışmalarının kanıtladığı gibi. "İlaçlar Üzerine" makalesi günümüze kadar ulaşan "sönmemiş kireç" adıdır. Ve tüm bunlar, saf kalsiyum oksidin ilk olarak Alman kimyager I tarafından tanımlanmasına rağmen. Daha sonra yalnızca 1746'da ve 1755'te pişirme sürecini inceleyen kimyager J. Black, pişirme sırasında kireçtaşı kütlesi kaybının, nedeniyle meydana geldiğini ortaya çıkardı. karbondioksit gazının salınmasına:

CaCO3 ↔ CO2 + CaO

Giza piramitlerinde kullanılan Mısır havanları, kısmen kurutulmuş alçı taşı CaSO4∙H2O'ya veya başka bir deyişle kaymaktaşı 2CaSO4∙H2O'ya dayanıyordu. Aynı zamanda Tutankhamun'un mezarındaki tüm sıvaların da temelidir. Mısırlılar sulama yapılarının yapımında bağlayıcı olarak yanmış alçıtaşı (kaymaktaşı) kullandılar. Mısırlı inşaatçılar, doğal alçıtaşını yüksek sıcaklıklarda yakarak kısmi dehidrasyonu başardılar ve molekülden sadece su değil, aynı zamanda sülfürik anhidrit de ayrıldı. Daha sonra su ile seyreltildiğinde sudan ve sıcaklık dalgalanmalarından korkmayan çok güçlü bir kütle elde edildi.

Romalılar haklı olarak betonun mucitleri olarak adlandırılabilir, çünkü binalarında bu yapı malzemesinin çeşitlerinden birini - kırma taş, kum ve kireç karışımı - kullandılar. Yaşlı Plinius'un bu tür betondan sarnıç yapımına ilişkin bir açıklaması var: “Sarnıçlar inşa etmek için beş parça saf çakıl kumu, iki parça en iyi sönmüş kireç ve ağırlığı en fazla bir kilogram olan silex (sert lav) parçaları alın. her birini dövün, karıştırdıktan sonra alt ve yan yüzeyleri demir tokmak darbeleriyle sıkıştırın " İtalya'nın nemli ikliminde beton en dayanıklı malzemeydi.

İnsanlığın yaygın olarak tükettiği kalsiyum bileşiklerinin uzun zamandır farkında olduğu ortaya çıktı. Bununla birlikte, 18. yüzyılın sonuna kadar kimyagerler kirecin basit bir katı olduğunu düşünüyorlardı; kireç ve diğer kalsiyum bileşiklerinin doğası üzerine araştırmalar ancak yeni yüzyılın eşiğinde başladı. Böylece Stahl, kirecin toprak ve sulu prensiplerden oluşan karmaşık bir cisim olduğunu öne sürdü ve Black, kostik kireç ile "sabit hava" içeren karbonatlı kireç arasındaki farkı ortaya koydu. Antoine Laurent Lavoisier, 1789'da kireç, magnezya, barit, alümina ve silikanın karmaşık maddeler olduğunu öne sürmesine rağmen kireçli toprağı (CaO) bir element yani basit bir madde olarak sınıflandırdı, ancak bunu ancak kanıtlayarak mümkün olacaktır. “inatçı toprağı” (kalsiyum oksit) parçalıyor. Ve bunu başaran ilk kişi Humphry Davy'ydi. Potasyum ve sodyum oksitlerin elektroliz yoluyla başarılı bir şekilde ayrıştırılmasının ardından kimyager, aynı şekilde alkali toprak metalleri elde etmeye karar verdi. Bununla birlikte, ilk girişimler başarısız oldu - İngiliz, kireci havada ve bir yağ tabakası altında elektroliz yoluyla ayrıştırmaya çalıştı, ardından kireci bir tüpte metalik potasyum ile kalsine etti ve başka birçok deney gerçekleştirdi, ancak işe yaramadı. Son olarak, cıva katotlu bir cihazda, kirecin ve ondan metalik kalsiyumun elektrolizi yoluyla bir amalgam elde etti. Çok geçmeden metal elde etmenin bu yöntemi I. Berzelius ve M. Pontin tarafından geliştirildi.

Yeni element adını Latince "calx" kelimesinden (genitif durumda calcis) - kireç, yumuşak taştan almıştır. Calx, tebeşir, kireçtaşı, genellikle çakıl taşı, ancak çoğunlukla kireç bazlı harca verilen isimdi. Bu kavram aynı zamanda eski yazarlar (Vitruvius, Yaşlı Pliny, Dioscorides) tarafından da kireçtaşının yakılması, kirecin söndürülmesi ve harç hazırlanması gibi konularda kullanılmıştı. Daha sonra simyacılar çemberinde "calx" genel olarak ateşleme ürününü, özellikle de metalleri ifade etti. Örneğin, metal oksitlere metalik kireç adı verildi ve pişirme işleminin kendisine kalsinasyon adı verildi. Eski Rus reçete literatüründe kal (kir, kil) kelimesi bulunur, bu nedenle Trinity-Sergius Lavra'nın (XV. Yüzyıl) koleksiyonunda şöyle denir: "dışkı bulun, ondan potanın altını yaratırlar." Şüphesiz "calx" kelimesiyle ilişkili olan dışkı kelimesi, ancak daha sonra gübre kelimesiyle eşanlamlı hale geldi. 19. yüzyılın başlarındaki Rus edebiyatında, kalsiyuma bazen kireçli toprağın temeli, kireçleme (Shcheglov, 1830), kireçlenme (Iovsky), kalsiyum, kalsiyum (Hess) deniyordu.

Doğada olmak

Kalsiyum gezegenimizdeki en yaygın elementlerden biridir - doğadaki niceliksel içerik bakımından beşinci (metal olmayanlardan yalnızca oksijen daha yaygındır -% 49,5 ve silikon -% 25,3) ve metaller arasında üçüncü (yalnızca alüminyum daha yaygındır - %7,5 ve demir - %5,08. Clarke (yerkabuğunun ortalama içeriği) kalsiyumun çeşitli tahminlere göre kütlece %2,96 ila %3,38 arasında değiştiğini, bu rakamın %3 civarında olduğunu kesinlikle söyleyebiliriz. Kalsiyum atomunun dış kabuğu, çekirdekle bağlantısı oldukça zayıf olan iki değerlik elektronuna sahiptir. Bu nedenle kalsiyum kimyasal olarak oldukça reaktiftir ve doğada serbest halde bulunmaz. Bununla birlikte, çeşitli jeokimyasal sistemlerde aktif olarak göç eder ve birikerek yaklaşık 400 mineral oluşturur: silikatlar, alüminosilikatlar, karbonatlar, fosfatlar, sülfatlar, borosilikatlar, molibdatlar, klorürler ve diğerleri, bu göstergede dördüncü sırada yer alır. Bazaltik magmalar eridiğinde, kalsiyum eriyikte birikir ve magmanın bazik kayalardan asidik kayalara farklılaşması sırasında içeriği azalan fraksiyonlama sırasında ana kaya oluşturucu minerallerin bileşimine dahil edilir. Kalsiyum çoğunlukla yer kabuğunun alt kısmında bulunur ve temel kayalarda birikir (%6,72); dünyanın mantosunda çok az kalsiyum vardır (%0,7) ve muhtemelen dünyanın çekirdeğinde daha da az kalsiyum vardır (çekirdeğe benzer demir meteorlarda yirminci element yalnızca %0,02'dir).

Doğru, taşlı göktaşlarındaki kalsiyum clarke'si% 1,4'tür (nadir kalsiyum sülfür bulunur), orta büyüklükteki kayalarda% 4,65 ve asidik kayalar ağırlıkça% 1,58 kalsiyum içerir. Kalsiyumun ana kısmı, çeşitli kayaların (granitler, gnayslar vb.) silikatlarında ve alüminosilikatlarında, özellikle feldispat - anortit Ca'da ve ayrıca diyopsit CaMg, wollastonit Ca3'te bulunur. Sedimanter kayaçlar formundaki kalsiyum bileşikleri, esas olarak kalsit mineralinden (CaCO3) oluşan tebeşir ve kireçtaşlarıyla temsil edilir.

Kalsiyum karbonat CaCO3 Dünya üzerinde en bol bulunan bileşiklerden biridir; kalsiyum karbonat mineralleri dünya yüzeyinin yaklaşık 40 milyon kilometre karesini kaplar. Dünya yüzeyinin birçok yerinde, eski deniz organizmalarının (tebeşir, mermer, kireçtaşı, kabuk kayaları) kalıntılarından oluşan önemli tortul kalsiyum karbonat birikintileri vardır; bunların hepsi küçük safsızlıklara sahip CaCO3'tür ve kalsit saf CaCO3'tür. Bu minerallerin en önemlisi kireçtaşı veya daha doğrusu kireçtaşlarıdır; çünkü her birikinti yoğunluğu, bileşimi ve yabancı maddelerin miktarı bakımından farklılık gösterir. Örneğin, kabuk kayası organik kökenli kireçtaşıdır ve daha az safsızlık içeren kalsiyum karbonat, şeffaf kireçtaşı veya İzlanda spar kristalleri oluşturur. Tebeşir, kalsiyum karbonatın başka bir yaygın türüdür, ancak kalsitin kristalli bir formu olan mermer, doğada çok daha az yaygındır. Antik jeolojik çağlarda mermerin kireçtaşından oluştuğu genel olarak kabul edilmektedir. Yer kabuğu hareket ettikçe, tek tek kireçtaşı birikintileri diğer kaya katmanlarının altına gömüldü. Yüksek basınç ve sıcaklığın etkisi altında yeniden kristalleşme süreci meydana geldi ve kireçtaşı daha yoğun kristalli bir kaya mermerine dönüştü. Tuhaf sarkıt ve dikitler, başka bir kalsiyum karbonat türü olan aragonit mineralidir. Ortorombik aragonit ılık denizlerde oluşur - Bahamalar, Florida Keys ve Kızıldeniz havzasında aragonit formunda büyük kalsiyum karbonat katmanları oluşur. Ayrıca florit CaF2, dolomit MgCO3 CaCO3, anhidrit CaSO4, fosforit Ca5(PO4)3(OH,CO3) (çeşitli safsızlıklarla birlikte) gibi kalsiyum mineralleri ve apatit Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) formları da oldukça yaygındır. kalsiyum fosfat, kaymaktaşı CaSO4 · 0.5H2O ve alçıtaşı CaSO4 · 2H2O (kalsiyum sülfat formları) ve diğerleri. Kalsiyum içeren mineraller, safsızlık elementlerinin (örneğin, sodyum, stronsiyum, nadir toprak, radyoaktif ve diğer elementler) izomorfik olarak değiştirilmesini içerir.

Yirminci elementin büyük bir kısmı, suda ve havada bulunan az çözünen CaCO3, yüksek oranda çözünür Ca(HCO3)2 ve CO2 arasında küresel bir “karbonat dengesinin” varlığı nedeniyle doğal sularda bulunur:

CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2 = Ca2+ + 2HCO3-

Bu reaksiyon tersine çevrilebilir ve yirminci elementin yeniden dağıtımının temelini oluşturur - sularda yüksek karbondioksit içeriğiyle kalsiyum çözelti halindedir ve düşük CO2 içeriğiyle mineral kalsit CaCO3 çökelerek kalın kireçtaşı, tebeşir birikintileri oluşturur. ve mermer.

Önemli miktarda kalsiyum canlı organizmaların bir parçasıdır, örneğin hidroksiapatit Ca5(PO4)3OH veya başka bir girdide 3Ca3(PO4)2 Ca(OH)2 - insanlar dahil omurgalıların kemik dokusunun temeli. Kalsiyum karbonat CaCO3 birçok omurgasız hayvanın, yumurta kabuğunun, mercanların ve hatta incilerin kabuklarının ve kabuklarının ana bileşenidir.

Başvuru

Kalsiyum metali oldukça nadir kullanılır. Temel olarak, bu metal (ve hidrürü), indirgenmesi zor metallerin - uranyum, titanyum, toryum, zirkonyum, sezyum, rubidyum ve bunların bileşiklerinden (oksitler veya halojenürler) bir dizi nadir toprak metalinin metalotermik üretiminde kullanılır. ). Kalsiyum nikel, bakır ve paslanmaz çelik üretiminde indirgeyici madde olarak kullanılır. Yirminci element ayrıca çeliklerin, bronzların ve diğer alaşımların deoksidasyonu için, petrol ürünlerinden kükürtün uzaklaştırılması için, organik çözücülerin dehidrasyonu için, argonun nitrojen safsızlıklarından arındırılması için ve elektrikli vakum cihazlarında gaz emici olarak kullanılır. Kalsiyum metali, Pb-Na-Ca sisteminin (rulmanlarda kullanılan) sürtünme önleyici alaşımlarının üretiminde ve ayrıca elektrik kablosu kılıflarının üretiminde kullanılan Pb-Ca alaşımında kullanılır. Silikokalsiyum alaşımı (Ca-Si-Ca), kaliteli çeliklerin üretiminde oksit giderici madde ve gaz giderici madde olarak kullanılır. Kalsiyum hem alüminyum alaşımları için alaşım elementi hem de magnezyum alaşımları için değiştirici katkı maddesi olarak kullanılır. Örneğin kalsiyumun eklenmesi alüminyum yatakların gücünü arttırır. Saf kalsiyum aynı zamanda akü plakalarının ve bakım gerektirmeyen, kendi kendine deşarjı düşük marş kurşun-asit akülerinin üretiminde kullanılan kurşun alaşımında da kullanılır. Ayrıca, yüksek kaliteli kalsiyum bebekleri BKA'nın üretiminde metalik kalsiyum kullanılır. Kalsiyum yardımıyla dökme demirdeki karbon içeriği düzenlenir ve bizmut kurşundan arındırılır, çelik oksijen, kükürt ve fosfordan arındırılır. Kalsiyumun yanı sıra alüminyum ve magnezyum alaşımları termal elektrik yedek pillerinde anot olarak kullanılır (örneğin kalsiyum kromat elemanı).

Ancak yirminci elementin bileşikleri çok daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Ve her şeyden önce doğal kalsiyum bileşiklerinden bahsediyoruz. Dünyadaki en yaygın kalsiyum bileşiklerinden biri CaCO3 karbonattır. Saf kalsiyum karbonat kalsit mineralidir ve kireçtaşı, tebeşir, mermer ve kabuk kayası küçük safsızlıklara sahip CaCO3'tür. Kalsiyum ve magnezyum karbonatın karışımına dolomit denir. Kireçtaşı ve dolomit esas olarak inşaat malzemesi, yol yüzeyi veya toprağın asitliğini giderici olarak kullanılır. Kalsiyum karbonat CaCO3, kalsiyum oksit (sönmemiş kireç) CaO ve kalsiyum hidroksit (sönmüş kireç) Ca(OH)2 üretimi için gereklidir. Buna karşılık, CaO ve Ca(OH)2 kimya, metalurji ve makine mühendisliği endüstrilerinin birçok alanındaki ana maddelerdir - hem serbest formda hem de seramik karışımların bir parçası olarak kalsiyum oksit, refrakter malzemelerin üretiminde kullanılır; Kağıt hamuru ve kağıt endüstrisi devasa miktarlarda kalsiyum hidroksite ihtiyaç duyuyor. Ayrıca Ca(OH)2, ağartıcı (iyi bir ağartma ve dezenfektan), Berthollet tuzu, soda ve bitki zararlılarını kontrol etmek için bazı pestisitlerin üretiminde kullanılır. Çelik üretiminde kükürt, fosfor, silikon ve manganezin uzaklaştırılması için büyük miktarda kireç tüketilir. Kirecin metalurjideki bir diğer rolü de magnezyum üretimidir. Kireç aynı zamanda çelik telin çekilmesinde ve sülfürik asit içeren atık dekapaj sıvılarının nötrleştirilmesinde yağlayıcı olarak da kullanılır. Ayrıca kireç, içme ve sanayi suyunun arıtımında en yaygın kimyasal reaktiftir (şap veya demir tuzlarıyla birlikte süspansiyonları pıhtılaştırır ve tortuları giderir ve ayrıca geçici - bikarbonat - sertliği gidererek suyu yumuşatır). Günlük yaşamda ve tıpta çökeltilmiş kalsiyum karbonat, asit nötrleştirici, diş macunlarında hafif bir aşındırıcı, diyetlerde ek kalsiyum kaynağı, sakız bileşeni ve kozmetikte dolgu maddesi olarak kullanılır. CaCO3 ayrıca kauçuklarda, latekslerde, boyalarda ve emayelerde ve ayrıca plastiklerde (ağırlıkça yaklaşık %10) ısı direncini, sertliğini, sertliğini ve işlenebilirliğini geliştirmek için dolgu maddesi olarak kullanılır.

Kalsiyum florür CaF2 özellikle önemlidir, çünkü bir mineral (florit) formunda endüstriyel açıdan önemli tek flor kaynağıdır! Kalsiyum florür (florit), optikte (astronomik objektifler, mercekler, prizmalar) ve lazer malzemesi olarak tek kristal formunda kullanılır. Gerçek şu ki, yalnızca kalsiyum florürden yapılmış camlar spektrumun tüm aralığını geçirgendir. Tek kristal formundaki kalsiyum tungstat (şeelit), lazer teknolojisinde ve ayrıca sintilatör olarak kullanılır. Soğutma üniteleri ve traktör ve diğer araçların lastiklerini doldurmak için kullanılan tuzlu suların bir bileşeni olan kalsiyum klorür CaCl2 de daha az önemli değildir. Kalsiyum klorür yardımıyla yollar ve kaldırımlar kar ve buzdan arındırılır; bu bileşik, taşıma ve depolama sırasında kömür ve cevherin donmasını önlemek için kullanılır; ahşap, yangına dayanıklı hale getirilmesi için solüsyonu ile emprenye edilir. CaCl2, beton karışımlarında prizin başlangıcını hızlandırmak ve betonun başlangıç ​​ve son mukavemetini arttırmak için kullanılır.

Yapay olarak üretilen kalsiyum karbür CaC2 (kalsiyum oksidin elektrikli fırınlarda kok ile kalsinasyonuyla), asetilen üretmek ve metalleri azaltmak ve ayrıca su buharı etkisi altında amonyak açığa çıkaran kalsiyum siyanamid üretmek için kullanılır. Ayrıca, sentetik reçinelerin üretimi için değerli bir gübre ve hammadde olan üre üretmek için kalsiyum siyanamid kullanılır. Kalsiyumun hidrojen atmosferinde ısıtılmasıyla metalurjide (metalotermi) ve sahada hidrojen üretiminde kullanılan CaH2 (kalsiyum hidrit) elde edilir (1 kilogram kalsiyum hidritten bir metreküpten fazla hidrojen elde edilebilir) ), örneğin balonları doldurmak için kullanılır. Laboratuvar uygulamalarında kalsiyum hidrit enerjik bir indirgeyici madde olarak kullanılır. Arsenik asidin kireçle nötrleştirilmesiyle elde edilen böcek ilacı kalsiyum arsenat, pamuk kurdu, morina güvesi, tütün kurdu ve Colorado patates böceğiyle mücadelede yaygın olarak kullanılıyor. Önemli fungisitler, bakır sülfat ve kalsiyum hidroksitten yapılan kireç sülfat spreyleri ve Bordeaux karışımlarıdır.

Üretme

Kalsiyum metalini ilk elde eden kişi İngiliz kimyager Humphry Davy'dir. 1808'de, anot görevi gören bir platin plaka üzerinde ıslak sönmüş kireç Ca(OH)2 ile cıva oksit HgO karışımını elektrolize etti (cıvaya batırılmış bir platin tel katot görevi görüyordu), bunun sonucunda Davy kalsiyum elde etti. Kimyager amalgamdan cıvayı çıkararak kalsiyum adını verdiği yeni bir metal elde etti.

Modern endüstride, serbest metalik kalsiyum, payı% 75-85 olan bir kalsiyum klorür CaCl2 eriyiğinin ve potasyum klorür KCl'nin (CaCl2 ve CaF2 karışımını kullanmak mümkündür) veya alüminotermik indirgeme ile elektrolizi ile elde edilir. 1.170-1.200 °C sıcaklıkta kalsiyum oksit CaO. Elektroliz için gereken saf susuz kalsiyum klorür, kalsiyum oksidin kömür varlığında ısıtıldığında klorlanmasıyla veya hidroklorik asidin kireçtaşı üzerindeki etkisiyle elde edilen CaCl2∙6H2O'nun dehidrasyonuyla elde edilir. Elektrolitik işlem, içine yabancı madde içermeyen kuru kalsiyum klorür tuzunun ve karışımın erime noktasını düşürmek için gerekli olan potasyum klorürün yerleştirildiği bir elektroliz banyosunda gerçekleşir. Grafit bloklar banyonun üzerine yerleştirilir - bakır-kalsiyum alaşımıyla doldurulmuş bir dökme demir veya çelik banyo olan anot, katot görevi görür. Elektroliz işlemi sırasında, kalsiyum bakır-kalsiyum alaşımına geçerek onu önemli ölçüde zenginleştirir; zenginleştirilmiş alaşımın bir kısmı sürekli olarak çıkarılır, bunun yerine kalsiyum bakımından fakir bir alaşım (% 30-35 Ca) eklenir, aynı zamanda klor oluşur; daha sonra kireç sütünün klorlanmasına giden bir klor-hava karışımı (anot gazları). Zenginleştirilmiş bakır-kalsiyum alaşımı doğrudan bir alaşım olarak kullanılabilir veya saflaştırma (damıtma) için gönderilebilir; burada nükleer saflıkta metalik kalsiyum, vakumda (1.000-1.080 ° C sıcaklıkta ve artık basınçta) damıtma yoluyla elde edilir. 13-20kPa). Yüksek saflıkta kalsiyum elde etmek için iki kez damıtılır. Elektroliz işlemi 680-720 °C sıcaklıkta gerçekleştirilir. Gerçek şu ki, bu, elektrolitik işlem için en uygun sıcaklıktır - daha düşük bir sıcaklıkta, kalsiyumla zenginleştirilmiş alaşım, elektrolitin yüzeyine doğru yüzer ve daha yüksek bir sıcaklıkta, kalsiyum, CaCl2 oluşumuyla elektrolit içinde çözünür. Kalsiyum ve kurşun veya kalsiyum ve çinko alaşımlarından, kurşunlu kalsiyum alaşımlarından (rulmanlar için) ve çinkodan (köpük beton üretmek için - alaşım nemle reaksiyona girdiğinde hidrojen açığa çıkar ve gözenekli bir yapı oluşturulur) sıvı katotlarla elektroliz sırasında ) doğrudan elde edilir. Bazen işlem, yalnızca erimiş elektrolitin yüzeyiyle temas eden soğutulmuş bir demir katotla gerçekleştirilir. Kalsiyum salındıkça, katot yavaş yavaş yükseltilir, katılaşmış bir elektrolit tabakası tarafından atmosferik oksijenden korunan bir kalsiyum çubuğu (50-60 cm) eriyikten dışarı çekilir. "Dokunma yöntemi", kalsiyum klorür, demir, alüminyum ve sodyum ile yoğun şekilde kirlenmiş kalsiyum üretir; saflaştırma, argon atmosferinde eritilerek gerçekleştirilir.

Kalsiyum üretmenin başka bir yöntemi - metalotermik - 1865 yılında ünlü Rus kimyager N. N. Beketov tarafından teorik olarak doğrulandı. Alüminotermik yöntem reaksiyona dayanmaktadır:

6CaO + 2Al → 3CaO Al2O3 + 3Ca

Briketler kalsiyum oksit ve toz alüminyum karışımından preslenir, krom-nikel çelikten bir imbiğe yerleştirilir ve elde edilen kalsiyum 1,170-1,200 °C'de ve 0,7-2,6 Pa'lık bir artık basınçta damıtılır. Kalsiyum buhar formunda elde edilir ve daha sonra soğuk bir yüzeyde yoğunlaştırılır. Kalsiyum üretimine yönelik alüminotermik yöntem Çin, Fransa ve diğer bazı ülkelerde kullanılmaktadır. ABD, İkinci Dünya Savaşı sırasında endüstriyel ölçekte kalsiyum üretimi için metalotermik yöntemi kullanan ilk ülke oldu. Aynı şekilde CaO'nun ferrosilikon veya silikoalüminyum ile indirgenmesiyle kalsiyum elde edilebilir. Kalsiyum %98-99 saflıkta külçe veya tabaka halinde üretilir.

Her iki yöntemin de artıları ve eksileri mevcuttur. Elektrolitik yöntem çok işlemlidir, enerji yoğundur (1 kg kalsiyum başına 40-50 kWh enerji tüketilir) ve aynı zamanda çevre dostu değildir, büyük miktarda reaktif ve malzeme gerektirir. Ancak bu yöntemle kalsiyum verimi %70-80 iken alüminotermik yöntemle verim yalnızca %50-60'tır. Ek olarak, metalotermik kalsiyum elde etme yönteminin dezavantajı, tekrar tekrar damıtma yapılmasının gerekli olmasıdır ve avantajı, düşük enerji tüketimi ve zararlı gaz ve sıvı emisyonlarının olmamasıdır.

Kısa bir süre önce, kalsiyum metali üretmek için yeni bir yöntem geliştirildi; bu yöntem, kalsiyum karbürün termal ayrışmasına dayanıyor: vakumda 1.750 °C'ye ısıtılan karbür, kalsiyum buharı ve katı grafit oluşturmak üzere ayrışıyor.

20. yüzyılın ortalarına kadar kalsiyum metali neredeyse hiç uygulama alanı bulamadığı için çok küçük miktarlarda üretiliyordu. Örneğin, İkinci Dünya Savaşı sırasında Amerika Birleşik Devletleri'nde 25 tondan fazla kalsiyum tüketilmiyordu, Almanya'da ise sadece 5-10 ton tüketiliyordu. Ancak 20. yüzyılın ikinci yarısında, kalsiyumun birçok nadir ve refrakter metal için aktif bir indirgeyici ajan olduğu anlaşıldığında, tüketimde hızlı bir artış (yılda yaklaşık 100 ton) ve bunun sonucunda bu metalin üretimi arttı. başlamak. Kalsiyumun, uranyum tetraflorürden uranyumun metalotermik indirgenmesinin bir bileşeni olarak kullanıldığı nükleer endüstrinin gelişmesiyle birlikte (kalsiyum yerine magnezyumun kullanıldığı Amerika Birleşik Devletleri hariç), talep (yılda yaklaşık 2.000 ton) yirmi numaralı element ve üretimi çok arttı. Şu anda Çin, Rusya, Kanada ve Fransa ana kalsiyum metal üreticileri olarak kabul edilebilir. Bu ülkelerden kalsiyum ABD, Meksika, Avustralya, İsviçre, Japonya, Almanya ve İngiltere'ye gönderiliyor. Kalsiyum metali fiyatları, Çin'in dünya pazarında yirminci elementin fazlasını oluşturacak miktarlarda metal üretmeye başlamasına kadar istikrarlı bir şekilde yükseldi ve bu da fiyatın düşmesine neden oldu.

Fiziksel özellikler

Kalsiyum metali nedir? 1808 yılında İngiliz kimyager Humphry Davy tarafından elde edilen bu element, bir yetişkinin vücudundaki kütlesi 2 kilograma kadar çıkabilen bir metalin özellikleri nelerdir?

Basit madde kalsiyum gümüşi beyaz bir hafif metaldir. Kalsiyumun yoğunluğu yalnızca 1,54 g/cm3'tür (20 °C sıcaklıkta), bu da demirin (7,87 g/cm3), kurşunun (11,34 g/cm3), altının (19,3 g/cm3) yoğunluğundan önemli ölçüde daha düşüktür. ) veya platin (21,5 g/cm3). Kalsiyum, alüminyum (2,70 g/cm3) veya magnezyum (1,74 g/cm3) gibi "ağırlıksız" metallerden bile daha hafiftir. Çok az metal yirminci elementin yoğunluğundan daha düşük bir yoğunluğa sahip olabilir: sodyum (0,97 g/cm3), potasyum (0,86 g/cm3), lityum (0,53 g/cm3). Kalsiyumun yoğunluğu rubidyuma çok benzer (1,53 g/cm3). Kalsiyumun erime noktası 851 °C, kaynama noktası 1.480 °C'dir. Diğer alkali toprak metaller de benzer erime noktalarına (biraz daha düşük olsa da) ve kaynama noktalarına sahiptir: stronsiyum (770 °C ve 1.380 °C) ve baryum (710 °C ve 1.640 °C).

Metalik kalsiyum iki allotropik modifikasyonda bulunur: 443 ° C'ye kadar normal sıcaklıklarda, α-kalsiyum, bakır gibi kübik yüz merkezli bir kafes ile stabildir ve parametrelerle: a = 0,558 nm, z = 4, uzay grubu Fm3m, atom yarıçapı 1,97 A, iyonik Ca2+ yarıçapı 1,04 A; 443-842 °C sıcaklık aralığında, a-demir tipinin vücut merkezli kübik kafesine sahip β-kalsiyum stabildir, a = 0,448 nm, z = 2, uzay grubu Im3m parametreleriyle. α-modifikasyonundan β-modifikasyonuna geçişin standart entalpisi 0,93 kJ/mol'dür. 0-300 °C sıcaklık aralığında kalsiyumun doğrusal genleşme sıcaklık katsayısı 22 10-6'dır. Yirminci elementin 20 °C'deki ısıl iletkenliği 125,6 W/(m·K) veya 0,3 cal/(cm sn °C)'dir. Kalsiyumun 0 ila 100 °C aralığındaki özgül ısı kapasitesi 623,9 J/(kg K) veya 0,149 cal/(g °C)'dir. Kalsiyumun 20° C sıcaklıkta elektriksel direnci 4,6 x 10-8 ohm m veya 4,6 x 10-6 ohm cm'dir; Yirmi numaralı elemanın elektrik direncinin sıcaklık katsayısı 4,57 ± 10-3'tür (20 °C'de). Kalsiyum elastik modülü 26 H/m2 veya 2600 kgf/mm2; çekme mukavemeti 60 MN/m2 (6 kgf/mm2); kalsiyum için elastik limit 4 MN/m2 veya 0,4 kgf/mm2'dir, akma mukavemeti 38 MN/m2'dir (3,8 kgf/mm2); yirminci elemanın bağıl uzaması %50; Brinell'e göre kalsiyum sertliği 200-300 MN/m2 veya 20-30 kgf/mm2'dir. Basınçta kademeli bir artışla kalsiyum, yarı iletken özelliklerini sergilemeye başlar, ancak kelimenin tam anlamıyla bir hale gelmez (aynı zamanda artık bir metal değildir). Basıncın daha da artmasıyla kalsiyum metalik duruma geri döner ve süperiletken özellikler sergilemeye başlar (süperiletkenliğin sıcaklığı cıvanınkinden altı kat daha yüksektir ve iletkenlik açısından diğer tüm elementlerin çok üzerindedir). Kalsiyumun benzersiz davranışı birçok yönden stronsiyuma benzer (yani periyodik tablodaki paralellikler kalır).

Elementel kalsiyumun mekanik özellikleri, mükemmel yapısal malzemeler olan metal ailesinin diğer üyelerinin özelliklerinden farklı değildir: yüksek saflıkta kalsiyum metali sünektir, kolayca preslenir ve haddelenir, tel haline getirilir, dövülür ve kesilmeye uygundur - bir torna tezgahında çalıştırılabilir. Ancak bir inşaat malzemesinin tüm bu mükemmel niteliklerine rağmen kalsiyum öyle değildir - bunun nedeni yüksek kimyasal aktivitesidir. Doğru, kalsiyumun kemik dokusunun yeri doldurulamaz bir yapısal malzemesi olduğunu ve minerallerinin binlerce yıldır bir yapı malzemesi olduğunu unutmamalıyız.

Kimyasal özellikler

Kalsiyum atomunun dış elektron kabuğunun konfigürasyonu 4s2'dir ve bu, bileşiklerdeki yirminci elementin 2 değerlik değerini belirler. Dış katmanın iki elektronu atomlardan nispeten kolay bir şekilde ayrılarak pozitif çift yüklü iyonlara dönüşür. Bu nedenle kimyasal aktivite açısından kalsiyum, alkali metallerden (potasyum, sodyum, lityum) yalnızca biraz daha düşüktür. İkincisi gibi, kalsiyum da normal oda sıcaklığında bile oksijen, karbon dioksit ve nemli hava ile kolayca etkileşime girer ve CaO oksit ve Ca(OH)2 hidroksit karışımından oluşan donuk gri bir filmle kaplanır. Bu nedenle kalsiyum, bir mineral yağ, sıvı parafin veya kerosen tabakası altında hava geçirmez şekilde kapatılmış bir kapta depolanır. Kalsiyum, oksijen ve havada ısıtıldığında parlak kırmızı bir alevle yanarak tutuşur ve erime noktası yaklaşık 2.600 °C olan beyaz, ateşe oldukça dayanıklı bir madde olan bazik oksit CaO'yu oluşturur. Kalsiyum oksit mühendislikte sönmemiş kireç veya yanmış kireç olarak da bilinir. Kalsiyum peroksitler - CaO2 ve CaO4 - de elde edildi. Kalsiyum suyla reaksiyona girerek hidrojen açığa çıkarır (bir dizi standart potansiyelde, kalsiyum hidrojenin solunda bulunur ve onu sudan uzaklaştırma kapasitesine sahiptir) ve kalsiyum hidroksit Ca(OH)2 oluşumu ve soğuk suda reaksiyon oran yavaş yavaş azalır (metal yüzey kalsiyum hidroksit üzerinde az çözünen bir tabakanın oluşması nedeniyle):

Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2 + Q

Kalsiyum sıcak suyla daha enerjik bir şekilde reaksiyona girerek hidrojenin yerini hızla alır ve Ca(OH)2 oluşturur. Kalsiyum hidroksit Ca(OH)2 güçlü bir bazdır ve suda az çözünür. Doymuş bir kalsiyum hidroksit çözeltisine kireç suyu denir ve alkalidir. Havada kireçli su, karbondioksitin emilmesi ve çözünmeyen kalsiyum karbonatın oluşması nedeniyle hızla bulanıklaşır. Yirminci elementin suyla etkileşimi sırasında meydana gelen bu tür şiddetli süreçlere rağmen, alkali metallerin aksine, kalsiyum ve su arasındaki reaksiyon, patlama veya yangın olmadan daha az enerjiyle ilerler. Genel olarak kalsiyumun kimyasal aktivitesi diğer alkali toprak metallerininkinden daha düşüktür.

Kalsiyum aktif olarak halojenlerle birleşerek CaX2 tipi bileşikler oluşturur - soğukta flor ile ve 400 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda klor ve brom ile reaksiyona girerek sırasıyla CaF2, CaCl2 ve CaBr2 verir. Erimiş haldeki bu halojenürler, kalsiyumun resmi olarak tek değerlikli olduğu CaX - CaF, CaCl tipi kalsiyum monohalojenürlerle oluşur. Bu bileşikler yalnızca dihalojenürlerin erime sıcaklığının üzerinde stabildir (soğutulduğunda Ca ve CaX2 oluşturacak şekilde orantısız hale gelirler). Ek olarak, kalsiyum, özellikle ısıtıldığında çeşitli metal olmayanlarla aktif olarak etkileşime girer: kükürt ile ısıtıldığında kalsiyum sülfür CaS elde edilir, ikincisi kükürt ekleyerek polisülfitler (CaS2, CaS4 ve diğerleri) oluşturur; 300-400 °C sıcaklıkta kuru hidrojen ile etkileşime giren kalsiyum, hidrojenin bir anyon olduğu iyonik bir bileşik olan hidrit CaH2'yi oluşturur. Kalsiyum hidrit CaH2, suyla şiddetli reaksiyona girerek hidrojen açığa çıkaran beyaz tuz benzeri bir maddedir:

CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2

Nitrojen atmosferinde ısıtıldığında (yaklaşık 500° C), kalsiyum tutuşur ve iki kristal formda (yüksek sıcaklık α ve düşük sıcaklık β) bilinen nitrür Ca3N2'yi oluşturur. Nitrür Ca3N4 ayrıca kalsiyum amid Ca(NH2)2'nin vakumda ısıtılmasıyla da elde edildi. Grafit (karbon), silikon veya fosfor ile hava erişimi olmadan ısıtıldığında kalsiyum, sırasıyla kalsiyum karbür CaC2, silisitler Ca2Si, Ca3Si4, CaSi, CaSi2 ve fosfitler Ca3P2, CaP ve CaP3 verir. Metal olmayan kalsiyum bileşiklerinin çoğu su ile kolaylıkla ayrışır:

CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2

Ca3N2 + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2NH3

Bor ile kalsiyum, kalkojenler - kalkojenitler CaS, CaSe, CaTe ile kalsiyum borür CaB6'yı oluşturur. Polikalkojenitler CaS4, CaS5, Ca2Te3 de bilinmektedir. Kalsiyum, çeşitli metallerle (alüminyum, altın, gümüş, bakır, kurşun ve diğerleri) intermetalik bileşikler oluşturur. Enerjik bir indirgeyici madde olan kalsiyum, ısıtıldığında hemen hemen tüm metalleri oksitlerinden, sülfitlerinden ve halojenürlerinden uzaklaştırır. Kalsiyum, sıvı amonyak NH3 içinde iyice çözünür ve mavi bir çözelti oluşturur; bunun buharlaşması üzerine, metalik iletkenliğe sahip altın renkli bir katı bileşik olan amonyak [Ca(NH3)6] açığa çıkar. Kalsiyum tuzları genellikle asit oksitlerin kalsiyum oksitle etkileşimi, asitlerin Ca(OH)2 veya CaCO3 üzerindeki etkisi ve elektrolitlerin sulu çözeltilerindeki değişim reaksiyonları yoluyla elde edilir. Birçok kalsiyum tuzu suda yüksek oranda çözünür (CaCl2 klorür, CaBr2 bromür, CaI2 iyodür ve Ca(NO3)2 nitrat), neredeyse her zaman kristal hidratlar oluştururlar. Suda çözünmeyenler florür CaF2, karbonat CaCO3, sülfat CaSO4, ortofosfat Ca3(PO4)2, oksalat CaC2O4 ve diğerleridir.

giriiş

Kalsiyumun özellikleri ve kullanımları

1 Fiziksel özellikler

2 Kimyasal özellikler

3 Uygulama

Kalsiyum almak

1 Kalsiyum ve alaşımlarının elektrolitik üretimi

2 Termal üretim

3 Kalsiyum elde etmek için vakum-termal yöntem

3.1 Kalsiyum azaltımı için alüminotermik yöntem

3.2 Kalsiyumun azaltılması için silikotermik yöntem

Pratik kısım

Kullanılmış literatür listesi

giriiş

Mendeleev periyodik sisteminin II. Grubunun kimyasal elementi, atom numarası 20, atom kütlesi 40.08; gümüş-beyaz hafif metal. Doğal element altı kararlı izotopun bir karışımıdır: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca ve 48Ca, en yaygın olanı 40'dır Ca (%96, %97).

Ca bileşikleri - kireçtaşı, mermer, alçı (ayrıca kireç - kireçtaşının kalsinasyonunun bir ürünü) eski zamanlarda inşaatta zaten kullanılıyordu. 18. yüzyılın sonuna kadar kimyagerler kireci basit bir katı madde olarak görüyorlardı. 1789'da A. Lavoisier kireç, magnezya, barit, alümina ve silikanın karmaşık maddeler olduğunu öne sürdü. 1808 yılında G. Davy, ıslak sönmüş kireç ve cıva oksit karışımını cıva katodu ile elektrolize tabi tutarak bir Ca amalgamı hazırladı ve bundan cıvayı damıtarak “Kalsiyum” adlı bir metal (Latince calx'tan, cinsiyet kalsisi - kireç).

Kalsiyumun oksijen ve nitrojeni bağlama yeteneği, onun inert gazların saflaştırılmasında ve vakumlu radyo ekipmanlarında alıcı olarak (Getter, elektronik cihazlarda gazları absorbe etmek ve derin bir vakum oluşturmak için kullanılan bir maddedir) kullanılmasını mümkün kılmıştır.

Kalsiyum ayrıca bakır, nikel, özel çelikler ve bronzların metalurjisinde de kullanılır; kükürt, fosfor ve aşırı karbonun zararlı safsızlıklarını bağlarlar. Aynı amaçlar için silikon, lityum, sodyum, bor ve alüminyum içeren kalsiyum alaşımları kullanılır.

Endüstride kalsiyum iki şekilde elde edilir:

) Briketlenmiş CaO ve Al tozu karışımının 1200 °C'de 0,01 - 0,02 mm'lik bir vakumda ısıtılmasıyla. Hg Sanat.; reaksiyonla ayırt edilir:

CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

Kalsiyum buharı soğuk bir yüzeyde yoğunlaşır.

) CaCl2 ve KCl eriyiğinin sıvı bakır-kalsiyum katot ile elektrolizi ile, kalsiyumun 950 - 1000 ° C sıcaklıkta vakumda damıtıldığı bir Cu - Ca alaşımı (% 65 Ca) hazırlanır. 0,1 - 0,001 mmHg.

) Kalsiyum karbür CaC2'nin termal ayrışmasıyla kalsiyum üretmeye yönelik bir yöntem de geliştirilmiştir.

Kalsiyum doğada çeşitli bileşikler halinde çok yaygındır. Yer kabuğunda %3,25 ile beşinci sırada yer alır ve çoğunlukla kireçtaşı CaCO3 formunda bulunur. 3, dolomit CaCO 3MgCO 3, alçı CaSO 42 saat 2O, fosforit Ca 3(P.Ö. 4)2 ve fluorspar CaF 2silikat kayalarının bileşiminde önemli miktarda kalsiyum sayılmaz. Deniz suyu ortalama %0,04 (ağırlık) kalsiyum içerir.

Bu ders çalışmasında, kalsiyumun özellikleri ve kullanımlarının yanı sıra üretimi için vakum-termal yöntemlerin teorisi ve teknolojisi de incelenmektedir.

. Kalsiyumun özellikleri ve kullanımları

.1 Fiziksel özellikler

Kalsiyum gümüşi beyaz bir metaldir, ancak yüzeyinde oksit oluşumu nedeniyle havaya maruz kaldığında rengi solar. Kurşundan daha sert, sünek bir metaldir. Kristal kafes ?-Ca şekli (normal sıcaklıkta stabil) yüzey merkezli kübik, a = 5,56 Å . Atom yarıçapı 1,97 Å , iyon yarıçapı Ca 2+, 1,04Å . Yoğunluk 1,54 g/cm 3(20°C). 464 °C'nin üstünde altıgen ?-biçim. erime noktası 851 °C, kaynama noktası 1482 °C; doğrusal genleşme sıcaklık katsayısı 22·10 -6 (0-300°C); 20 °C'de termal iletkenlik 125,6 W/(m·K) veya 0,3 cal/(cm sn °C); özgül ısı kapasitesi (0-100 °C) 623,9 J/(kg K) veya 0,149 cal/(g °C); 20 °C'de elektriksel direnç 4,6 10 -8ohm m veya 4,6 10 -6 ohm santimetre; elektriksel direncin sıcaklık katsayısı 4,57·10-3'tür (20 °C). Elastik modül 26 Gn/m 2(2600 kgf/mm 2); çekme mukavemeti 60 MN/m 2(6 kgf/mm 2); elastik limit 4 MN/m 2(0,4 kgf/mm 2), akma dayanımı 38 MN/m 2(3,8 kgf/mm 2); bağıl uzama %50; Brinell sertliği 200-300 Mn/m 2(20-30 kgf/mm 2). Yeterince yüksek saflıkta kalsiyum plastiktir, kolayca preslenir, yuvarlanır ve kesilmeye uygundur.

1.2 Kimyasal özellikler

Kalsiyum aktif bir metaldir. Yani normal koşullar altında atmosferik oksijen ve halojenlerle kolayca etkileşime girer:

Ca + O 2= 2 CaO (kalsiyum oksit) (1)

Ca + Br 2= CaBr 2(kalsiyum bromür). (2)

Kalsiyum ısıtıldığında hidrojen, nitrojen, kükürt, fosfor, karbon ve diğer metal olmayan maddelerle reaksiyona girer:

Ca + H 2=SaN 2(kalsiyum hidrit) (3)

Ca + N 2= Ca 3N 2(kalsiyum nitrür) (4)

Ca + S = CaS (kalsiyum sülfür) (5)

Ca + 2 P = Ca 3R 2(kalsiyum fosfit) (6)

Ca + 2 C = CaC 2 (kalsiyum karbür) (7)

Kalsiyum soğuk suyla yavaş, sıcak suyla ise çok enerjik bir şekilde reaksiyona girerek güçlü Ca(OH)2 bazını verir. :

Ca + 2 H 2Ö = Ca(OH)2 + N 2 (8)

Enerjik bir indirgeyici madde olan kalsiyum, daha az aktif metallerin oksitlerinden ve halojenürlerinden oksijeni veya halojenleri uzaklaştırabilir, yani indirgeyici özelliklere sahiptir:

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

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

Kalsiyum asitlerle kuvvetli reaksiyona girerek hidrojeni açığa çıkarır, halojenlerle ve kuru hidrojenle reaksiyona girerek CaH hidrit oluşturur 2. Kalsiyum grafit ile ısıtıldığında CaC karbür oluşur. 2. Kalsiyum, erimiş CaCl2'nin elektrolizi ile elde edilir 2veya vakumda alüminotermik azalma:

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

Saf metal, Cs, Rb, Cr, V, Zr, Th, U bileşiklerini metallere indirgemek ve çeliklerin deoksidasyonu için kullanılır.

1.3 Uygulama

Kalsiyumun çeşitli endüstrilerde kullanımı giderek artmaktadır. Son zamanlarda birçok metalin hazırlanmasında indirgeyici ajan olarak büyük önem kazanmıştır.

Saf metal. Uranyum, uranyum florürün kalsiyum metali ile indirgenmesiyle elde edilir. Kalsiyum veya hidritleri, titanyum oksitlerin yanı sıra zirkonyum, toryum, tantal, niyobyum ve diğer nadir metallerin oksitlerini azaltmak için kullanılabilir.

Kalsiyum, bakır, nikel, krom-nikel alaşımları, özel çelikler, nikel ve kalay bronzlarının üretiminde iyi bir oksit giderici ve gaz gidericidir; metallerden ve alaşımlardan kükürt, fosfor ve karbonu uzaklaştırır.

Kalsiyum bizmutla refrakter bileşikler oluşturur, bu nedenle kurşunu bizmuttan arındırmak için kullanılır.

Çeşitli hafif alaşımlara kalsiyum eklenir. Külçe yüzeyinin iyileştirilmesine, ince tane boyutunun iyileştirilmesine ve oksidasyonun azaltılmasına yardımcı olur.

Kalsiyum içeren rulman alaşımları yaygın olarak kullanılmaktadır. Kablo kılıflarının yapımında kurşun alaşımları (%0,04 Ca) kullanılabilir.

Teknolojide kalsiyum ve kurşunun sürtünme önleyici alaşımları kullanılmaktadır. Kalsiyum mineralleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Böylece kireç, çimento, kum-kireç tuğlası üretiminde ve doğrudan yapı malzemesi olarak, metalurjide (fluks), kimya endüstrisinde kalsiyum karbür, soda, kostik soda, ağartıcı, gübre üretiminde kullanılır. şeker, cam üretiminde.

Tebeşir, mermer, İzlanda direği, alçıtaşı, florit vb. pratik öneme sahiptir. Oksijen ve nitrojeni bağlama kabiliyeti nedeniyle, sodyum ve diğer metallerle kalsiyum veya kalsiyum alaşımları soy gazların saflaştırılmasında ve vakumlu radyo ekipmanlarında alıcı olarak kullanılır. Kalsiyum aynı zamanda sahada hidrojen kaynağı olan hidrit üretmek için de kullanılıyor.

2. Kalsiyum almak

Kalsiyum elde etmenin birkaç yolu vardır; bunlar elektrolitik, termal, vakum-termaldir.

.1 Kalsiyum ve alaşımlarının elektrolitik üretimi

Yöntemin özü, katodun başlangıçta erimiş elektrolite temas etmesidir. Temas noktasında, katodu iyice ıslatan sıvı bir metal damlası oluşur; katot yavaş ve eşit bir şekilde kaldırıldığında eriyikten onunla birlikte çıkarılır ve katılaşır. Bu durumda katılaşmış damla, metali oksidasyon ve nitrürlemeden koruyan katı bir elektrolit filmi ile kaplanır. Katodu sürekli ve dikkatli bir şekilde kaldırarak kalsiyum çubuklara çekilir.

2.2 Termal üretim

kalsiyum kimyasal elektrolitik termal

· Klorür işlemi: Teknoloji, kalsiyum klorürün eritilmesi ve dehidre edilmesi, kurşunun eritilmesi, çift kurşun-sodyum alaşımı üretilmesi, üçlü bir kurşun-sodyum-kalsiyum alaşımı üretilmesi ve tuzların uzaklaştırılmasından sonra üçlü alaşımın kurşunla seyreltilmesinden oluşur. Kalsiyum klorür ile reaksiyon denkleme göre ilerler

CaCl2 2 +Hayır 2kurşun 5=2NaCl + PbCa + 2Pb (12)

· Karbür işlemi: Kurşun-kalsiyum alaşımı üretmenin temeli, denkleme göre kalsiyum karbür ile erimiş kurşun arasındaki reaksiyondur.

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

2.3 Kalsiyum üretimi için vakum-termal yöntem

Vakum-termal yöntem için hammaddeler

Kalsiyum oksidin termal indirgenmesinin hammaddesi kireç taşının kalsine edilmesiyle elde edilen kireçtir. Hammaddeler için temel gereksinimler şunlardır: kireç mümkün olduğu kadar saf olmalı ve kalsiyum, özellikle alkali metaller ve magnezyum ile birlikte azaltılabilen ve metale dönüştürülebilen minimum yabancı maddeler içermelidir. Kireçtaşı, karbonat tamamen ayrışıncaya kadar pişirilmelidir, ancak sinterlenmeden önce pişirilmemelidir çünkü sinterlenen malzemenin indirgenebilirliği daha düşüktür. Pişmiş ürün, geri kazanım sırasında salınması işlemin performansını azaltan nem ve karbondioksit emiliminden korunmalıdır. Kireçtaşının kalsine edilmesi ve kalsine edilmiş ürünün işlenmesi teknolojisi, silikotermik magnezyum üretim yöntemi için dolomitin işlenmesine benzer.

.3.1 Kalsiyum azaltımı için alüminotermik yöntem

Bir dizi metalin oksidasyonunun serbest enerjisindeki değişimin sıcaklığa bağımlılığının diyagramı (Şekil 1), kalsiyum oksidin en dayanıklı ve indirgenmesi zor oksitlerden biri olduğunu göstermektedir. Nispeten düşük sıcaklıklarda ve atmosferik basınçta diğer metaller tarafından olağan şekilde indirgenemez. Aksine, kalsiyumun kendisi diğer indirgenmesi zor bileşikler için mükemmel bir indirgeyici madde ve birçok metal ve alaşım için deoksidize edici bir maddedir. Kalsiyum karbürlerin oluşumu nedeniyle kalsiyum oksidin karbonla indirgenmesi genellikle imkansızdır. Ancak kalsiyumun nispeten yüksek buhar basıncına sahip olması nedeniyle oksidi, reaksiyona göre alüminyum, silikon veya bunların alaşımları ile vakumda indirgenebilir.

CaO + Ben mi? Ca + MeO (14).

Şimdiye kadar, CaO'yu alüminyumla azaltmak silikona göre çok daha kolay olduğundan, kalsiyum üretimine yönelik yalnızca alümotermik yöntem pratik uygulama alanı buldu. Kalsiyum oksidin alüminyumla indirgenmesinin kimyası hakkında farklı görüşler vardır. L. Pidgeon ve I. Atkinson, reaksiyonun kalsiyum monoalüminat oluşumuyla ilerlediğine inanıyor:

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

V. A. Pazukhin ve A. Ya. Fischer, sürecin trikalsiyum alüminat oluşumuyla gerçekleştiğini belirtiyor:

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

A.I. Voinitsky'ye göre, reaksiyonda pentakalsiyum trialüminatın oluşumu baskındır:

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

A. Yu. Taits ve A. I. Voinitsky tarafından yapılan son araştırma, kalsiyumun alüminotermik indirgenmesinin aşamalı olarak gerçekleştiğini ortaya koydu. Başlangıçta kalsiyum salınımına 3CaO·AI oluşumu eşlik eder 2O 3daha sonra kalsiyum oksit ve alüminyum ile reaksiyona girerek 3CaO 3AI oluşturur 2O 3. Reaksiyon aşağıdaki şemaya göre ilerler:

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

Oksitteki azalma, buhar halindeki kalsiyumun açığa çıkmasıyla meydana geldiğinden ve geri kalan reaksiyon ürünleri yoğunlaşmış durumda olduğundan, onu fırının soğutulmuş alanlarında ayırmak ve yoğunlaştırmak kolaydır. Kalsiyum oksidin vakum-termal indirgenmesi için gerekli olan ana koşullar, sistemdeki yüksek sıcaklık ve düşük artık basınçtır. Aşağıda sıcaklık ile denge kalsiyum buhar basıncı arasındaki ilişki verilmiştir. 1124-1728° K sıcaklıkları için hesaplanan reaksiyonun serbest enerjisi (17) ifade edilir

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

Dolayısıyla denge kalsiyum buhar basıncının (mm Hg) logaritmik bağımlılığı

Lg p = 3,59 - 4430\T.

L. Pidgeon ve I. Atkinson deneysel olarak kalsiyumun denge buhar basıncını belirledi. Kalsiyum oksidin indirgenmesinin alüminyum ile reaksiyonunun ayrıntılı bir termodinamik analizi, kalsiyum buharının denge basıncının aşağıdaki sıcaklık bağımlılıklarını veren I. I. Matveenko tarafından gerçekleştirildi:

LPG yaklaşık(1) =8,64 - 12930\T mm Hg.

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

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

Hesaplanan ve deneysel veriler Tabloda karşılaştırılmıştır. 1.

Tablo 1 - (1), (2), (3), (3), mm Hg sistemlerinde kalsiyum buharının denge esnekliğindeki değişime sıcaklığın etkisi.

Sıcaklık °СDeneysel verilerSistemlerde hesaplanmıştır(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

Yukarıdaki verilerden, en uygun koşulların (2) ve (3) veya (3") sistemlerindeki etkileşimler için olduğu açıktır. Bu, gözlemlere karşılık gelir, çünkü pentakalsiyum trialüminat ve trikalsiyum alüminat, yük kalıntılarında baskındır. Kalsiyum oksidin alüminyumla indirgenmesi.

Denge esnekliğine ilişkin veriler, kalsiyum oksidin alüminyum ile indirgenmesinin 1100-1150 ° C sıcaklıkta mümkün olduğunu göstermektedir. Pratik olarak kabul edilebilir bir reaksiyon hızına ulaşmak için, Büyüme sistemindeki artık basınç denge P'nin altında olmalıdır. eşittir , yani P eşitsizliğine uyulmalıdır eşittir >P ost ve işlem 1200° civarındaki sıcaklıklarda gerçekleştirilmelidir. Araştırmalar, 1200-1250° sıcaklıkta yüksek kullanım (%70-75'e kadar) ve düşük spesifik alüminyum tüketiminin (kg kalsiyum başına yaklaşık 0,6-0,65 kg) elde edildiğini ortaya koymuştur.

İşlemin kimyasının yukarıdaki yorumuna göre, optimal bileşim, kalıntıda 5CaO 3Al oluşturacak şekilde tasarlanmış bir yüktür. 2O 3. Alüminyum kullanım derecesini arttırmak için, bir miktar fazla kalsiyum oksit vermek faydalıdır, ancak çok fazla (%10-20) değil, aksi takdirde sürecin diğer göstergelerini olumsuz etkileyecektir. 0,8-0,2 mm'lik parçacıklardan eksi 0,07 mm'ye kadar alüminyum öğütme derecesinin artmasıyla (V. A. Pazukhin ve A. Ya. Fischer'e göre), reaksiyonda alüminyum kullanımı% 63,7'den% 78'e çıkar.

Alüminyum kullanımı aynı zamanda şarj briketleme modundan da etkilenir. Kireç ve toz alüminyum karışımı, bağlayıcılar olmadan (vakumda gaz oluşumunu önlemek için) 150 kg/cm3 basınçta briketlenmelidir. 2. Düşük basınçlarda, erimiş alüminyumun aşırı gözenekli briketlerde ayrılması nedeniyle ve yüksek basınçlarda zayıf gaz geçirgenliği nedeniyle alüminyum kullanımı azalır. İyileşmenin tamlığı ve hızı aynı zamanda imbikteki briketlerin yoğunluğuna da bağlıdır. Boşluksuz döşenirken tüm kafesin gaz geçirgenliği düşük olduğunda alüminyum kullanımı önemli ölçüde azalır.

Şekil 2 - Vakum-termal yöntemle kalsiyum elde etme şeması.

Alumino-termal yöntem teknolojisi

Alüminotermik yöntemle kalsiyum üretiminin teknolojik şeması Şekil 2'de gösterilmektedir. 2. Başlangıç ​​malzemesi olarak kireçtaşı kullanılır ve indirgeyici madde olarak birincil (daha iyi) veya ikincil alüminyumdan yapılan alüminyum tozu kullanılır. İndirgeyici madde olarak kullanılan alüminyum ve hammaddeler, buharlaşabilen ve yoğunlaşmaya dönüşebilen yüksek derecede uçucu metallerin safsızlıklarını içermemelidir: magnezyum, çinko, alkaliler vb. Geri dönüştürülmüş alüminyum kalitelerini seçerken bu dikkate alınmalıdır.

S. Loomis ve P. Staub'un açıklamasına göre, ABD'de Canaan'daki (Connecticut) New England Lime Co. fabrikasında kalsiyum, alüminotermik yöntemle üretiliyor. Aşağıdaki tipik bileşime sahip kireç kullanılır, %: 97,5 CaO, 0,65 MgO, 0,7 SiO 20,6 Fe 2Oz + AlOz, 0,09 Na 2Tamam+K 2Gerisi 0,5. Kalsine edilmiş ürün, santrifüjlü bir ayırıcıya sahip bir Raymond değirmeninde öğütülür, öğütme inceliği (%60 eksi 200 mesh) olur. Alüminyum tozu üretiminden kaynaklanan atık bir ürün olan alüminyum tozu, indirgeyici madde olarak kullanılır. Kapalı ambarlardan yanmış kireç ve varillerden alüminyum, dozaj terazilerine ve ardından miksere beslenir. Karışım karıştırıldıktan sonra kuru yöntemle briketlenir. Söz konusu tesiste, daha önce silikotermik yöntemle magnezyum elde etmek için kullanılan imbikli fırınlarda kalsiyum indirgenmektedir (Şekil 3). Fırınlar jeneratör gazı ile ısıtılmaktadır. Her fırında %28 Cr ve %15 Ni içeren ısıya dayanıklı çelikten yapılmış 20 adet yatay imbik bulunmaktadır.

Şekil 3 - Kalsiyum üretimi için imbikli fırın

İmbik uzunluğu 3 m, çap 254 mm, duvar kalınlığı 28 mm. İmbiğin ısıtılmış kısmında azalma meydana gelir ve konuşmadan çıkıntı yapan soğutulmuş uçta yoğunlaşma meydana gelir. Briketler imbiğe kağıt torbalar içinde konulur, daha sonra kapasitörler takılır ve imbik kapatılır. Döngünün başlangıcında hava, mekanik vakum pompaları kullanılarak dışarı pompalanır. Daha sonra difüzyon pompaları bağlanır ve kalan basınç 20 mikrona düşürülür.

İmbikler 1200°'ye ısıtılır. 12 saat içinde. Yüklemeden sonra imbikler açılır ve boşaltılır. Ortaya çıkan kalsiyum, çelik bir manşonun yüzeyinde biriken yoğun büyük kristal kütlesinden oluşan içi boş bir silindir biçimindedir. Kalsiyumdaki ana safsızlık, ilk önce indirgenen ve esas olarak astarın yanındaki katmanda yoğunlaşan magnezyumdur. Ortalama safsızlık içeriği; %0,5-1 Mg, yaklaşık %0,2 Al, %0,005-0,02 Mn, %0,02'ye kadar N, diğer yabancı maddeler - Cu, Pb, Zn, Ni, Si, Fe - %0,005-0,04 aralığında oluşur. A. Yu. Taits ve A. I. Voinitsky, alüminotermik yöntemle kalsiyum üretmek için kömür ısıtıcılı yarı fabrika elektrikli vakum fırını kullandılar ve %60'lık bir alüminyum kullanım derecesine, 0,78 kg'lık bir spesifik alüminyum tüketimine, 0,78 kg'lık bir spesifik şarj tüketimine ulaştılar. 4,35 kg ve 1 kg metal başına özgül elektrik tüketimi 14 kW/saattir.

Ortaya çıkan metal, magnezyum karışımı hariç, nispeten yüksek saflıkla ayırt edildi. Ortalama olarak, içindeki yabancı maddelerin içeriği şuydu: %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 Silikotermik geri kazanım yöntemi kalsiyum

Silikotermik yöntem oldukça caziptir; indirgeyici madde, alüminyumdan çok daha ucuz bir reaktif olan ferrosilikondur. Ancak silikotermik prosesin uygulanması alüminotermik prosese göre daha zordur. Kalsiyum oksidin silikon tarafından indirgenmesi denkleme göre ilerler

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

Serbest enerji değerlerinden hesaplanan kalsiyumun denge buhar basıncı:

°С1300140015001600Р, mm Hg. st0.080.150.752.05

Bu nedenle, 0,01 mm Hg düzeyinde bir vakumda. Sanat. kalsiyum oksidin indirgenmesi 1300° sıcaklıkta termodinamik olarak mümkündür. Uygulamada kabul edilebilir hızın sağlanması için işlemin 1400-1500° sıcaklıkta yapılması gerekmektedir.

Kalsiyum oksit indirgemesinin silikoalüminyum ile reaksiyonu, hem alüminyum hem de silikon alaşımlarının indirgeyici ajanlar olarak görev yaptığı, biraz daha kolay meydana gelir. Deneyler, alüminyumla indirgemenin ilk başta baskın olduğunu tespit etti; ve reaksiyon son bCaO 3Al oluşumuyla devam eder 2Yukarıda özetlenen şemaya göre Oz (Şekil 1). Alüminyumun çoğunun reaksiyona girdiği yüksek sıcaklıklarda silikon azalması önemli hale gelir; reaksiyon 2CaO SiO oluşumuyla devam eder 2. Özetle, kalsiyum oksidin silikoalüminyum ile indirgenme reaksiyonu aşağıdaki denklemle ifade edilir:

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

A. Yu. Taits ve A. I. Voinitsky tarafından yapılan araştırma, 0.01-0.03 mm Hg vakumda 1400-1450° sıcaklıkta kalsiyum oksidin % 50-75 metal verimiyle % 75 ferrosilikon oranında indirgendiğini tespit etti. Sanat.; %60-30 Si ve %32-58 Al (geri kalanı demir, titanyum vb.) içeren silikoalüminyum, 0,01-0,05 vakumda 1350-1400° sıcaklıklarda yaklaşık %70 metal verimiyle kalsiyum oksidi azaltır mmHg. Sanat. Yarı fabrika ölçeğinde yapılan deneyler, ferrosilikon ve silikoalüminyum kullanarak kireçten kalsiyum üretmenin temel olasılığını kanıtladı. Temel donanım zorluğu bu astarlama işlemi şartlarında stand seçimidir.

Bu sorunu çözerken yöntem sanayide uygulanabilir. Kalsiyum karbürün ayrışması Kalsiyum karbürün ayrışmasıyla kalsiyum metalinin hazırlanması

CaC2 = Ca + 2C

umut verici bir yöntem olarak değerlendirilmelidir. Bu durumda ikinci ürün olarak grafit elde edilir. V. Mauderli, E. Moser ve V. Treadwell, kalsiyum karbür oluşumunun serbest enerjisini termokimyasal verilerden hesaplayarak, saf kalsiyum karbür üzerindeki kalsiyum buhar basıncı için aşağıdaki ifadeyi elde ettiler:

yaklaşık = 1,35 - 4505\T (1124-1712° K),

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

Görünüşe göre ticari kalsiyum karbür, bu ifadelerden anlaşılandan çok daha yüksek sıcaklıklarda ayrışır. Aynı yazarlar, kalsiyum karbürün 1 mm Hg'lik bir vakumda 1600-1800°'de kompakt parçalar halinde termal bozunmasını rapor etmektedir. Sanat. Grafit verimi %94 olup, kalsiyum buzdolabında yoğun bir kaplama şeklinde elde edilmiştir. A. S. Mikulinsky, F. S. Morii, R. Sh. Shklyar, kalsiyum karbürün ayrışmasıyla elde edilen grafitin özelliklerini belirlemek için, ikincisi 0.3-1 mm Hg'lik bir vakumda ısıtıldı. Sanat. 1630-1750° sıcaklıkta. Ortaya çıkan grafit, daha büyük taneciklere, daha yüksek elektriksel iletkenliğe ve daha düşük hacimsel ağırlığa sahip olması bakımından Acheson grafitinden farklıdır.

3. Pratik kısım

Banyoyu magnezyum klorürle beslerken, 100 kA akımda bir elektrolizörden günlük magnezyum deşarjı 960 kg idi. Elektrolizördeki voltaj 0,6 V'tur. Şunu belirleyin:

)Katottaki akım çıkışı;

)Anottaki akım çıkışının anottaki akım çıkışına eşit olması koşuluyla, günlük üretilen klor miktarı;

)MgCl'nin günlük doldurulması 2MgCl kaybının sağlanması şartıyla elektrolizöre 2 esas olarak çamur ve süblimasyonla meydana gelir. Çamur miktarı MgCl içeren 1 ton Mg başına 0,1'dir. 2 % 50 süblimasyonda. Süblimleşme miktarı 1 t Mg başına 0,05 t'dur. Dökülen magnezyum klorürün bileşimi, %: 92 MgCl2 ve 8 NaCl.

.Katottaki akım çıkışını belirleyin:

M halkla ilişkiler =ben ?·k Mg · ?

?=m halkla ilişkiler \BENCE· ?k Mg =960000\100000·0,454·24=0,881 veya %88,1

.Günde alınan Cl miktarını belirleyin:

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

Hacme dönüştürme:

x=126785,7 m3

3.a) Saf MgCl'yi bulun 2960 kg Mg üretmek.

x=95·960\24,3=3753 kg=37,53 t.

b) çamurdan kaynaklanan kayıplar. Magnezyum elektrolizörlerin bileşiminden %: 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 Vay =960 kg - günlük çamur kütlesi.

Günde 96 kg çamur: 96·0,35 (MgCl2) çamur ile).

c) süblimasyonlarla kayıplar:

kg - 1000 kg

kg süblimleşenler: 48·0,5=24 kg MgCl 2 süblimasyonlu.

Doldurmanız gereken toplam Mg:

33,6+24=3810,6 kg MgCl2 günlük

Kullanılmış literatür listesi

Metalurjinin Temelleri III

<#"justify">Al ve Mg metalurjisi. Vetyukov M.M., Tsyplokov A.M.

özel ders

Bir konuyu incelemek için yardıma mı ihtiyacınız var?

Uzmanlarımız ilginizi çeken konularda tavsiyelerde bulunacak veya özel ders hizmetleri sağlayacaktır.
Başvurunuzu gönderin Konsültasyon alma olasılığını öğrenmek için hemen konuyu belirtin.

Kalsiyum bileşikleri.

SaO– kireçtaşının ayrışmasıyla elde edilen kalsiyum oksit veya sönmemiş kireç: CaCO3 = CaO + CO2, alkalin toprak metalinin bir oksitidir, dolayısıyla su ile aktif olarak etkileşime girer: CaO + H2O = Ca(OH)2

Ca(OH) 2 – kalsiyum hidroksit veya sönmüş kireç, bu nedenle CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 reaksiyonuna kirecin sönmesi denir. Çözelti filtrelenirse sonuç kireç suyu olur - bu bir alkali çözeltidir, dolayısıyla fenolftaleinin rengini koyu kırmızıya çevirir.

Sönmüş kireç inşaatlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Kum ve su ile karışımı iyi bir bağlayıcı malzemedir. Karbondioksitin etkisi altında karışım Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O'yu sertleştirir.

Aynı zamanda kumun ve karışımın bir kısmı silikat Ca(OH)2 + SiO2 = CaSiO3 + H2O'ya dönüşür.

Ca (OH) 2 + CO 2 = CaCO 2 + H 2 O ve CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca (HCO 3) 2 denklemleri doğada ve gezegenimizin görünümünü şekillendirmede büyük bir rol oynar. Heykeltıraş ve mimar formundaki karbondioksit, karbonat kayalarının katmanlarında yer altı sarayları yaratıyor. Yüzlerce ve binlerce ton kireçtaşını yeraltına taşıma kapasitesine sahiptir. İçinde çözünmüş karbondioksit içeren su, kayalardaki çatlaklardan kireçtaşı tabakasına girerek oyuklar - döküm mağaraları oluşturur. Kalsiyum bikarbonat yalnızca çözelti halinde bulunur. Yeraltı suyu yer kabuğunda hareket ederek suyu uygun koşullar altında buharlaştırır: Ca(HCO3) 2 = CaCO3 + H2O + CO2 , Ünlü jeokimyacı A.E. tarafından oluşum şeması önerilen sarkıt ve dikitler bu şekilde oluşur. Fersman. Kırım'da çok sayıda castrum mağarası var. Bilim onları inceliyor mağara bilimi.

İnşaatta kullanılan kalsiyum karbonat CaCO3- tebeşir, kireçtaşı, mermer. Tren istasyonumuzu hepiniz görmüşsünüzdür; yurt dışından getirilen beyaz mermerlerle süslenmiştir.

deneyim: bir tüpten kireçli su çözeltisine üfleyin, bulanıklaşır .

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + N 2 HAKKINDA

Oluşan çökeltiye asetik asit eklenir, kaynama gözlenir çünkü karbondioksit açığa çıkar.

CaCO 3 +2CH 3 COOH = Ca(CH 3 çok) 2 +H 2 O + CO 2

KARBONAT KARDEŞLERİN HİKAYESİ.

Üç kardeş yeryüzünde yaşıyor
Karbonat ailesinden.
Ağabeyi yakışıklı bir MERMER,
Karara adına şanlı,
Mükemmel bir mimar. O
Roma'yı ve Parthenon'u inşa etti.
Herkes KİREÇ TAŞINI bilir,
Bu yüzden böyle adlandırılmıştır.
Çalışmalarıyla ünlü
Evin arkasına bir ev inşa etmek.
Hem yetenekli hem yetenekli
Küçük yumuşak kardeş MEL.
Bakın nasıl çiziyor,
Bu CaCO3!
Kardeşler eğlenmeyi sever
Sıcak fırında ısıtın,
Daha sonra CaO ve CO2 oluşur.
Bu karbondioksit
Her biriniz ona aşinasınız,
Nefes veriyoruz.
Peki, bu SaO -
Sıcak yanmış sönmemiş kireç.
Üzerine su ekleyin,
İyice karıştırın
Bir sıkıntı olmasın diye
Ellerimizi koruyoruz
İyi yoğrulmuş KİREÇ, ama KESİLMİŞ!
Kireç sütü
Duvarlar kolayca badanalanır.
Aydınlık ev neşelendi,
Kirecin tebeşir haline getirilmesi.
İnsanlar için Hokus Pokus:
Sadece suyun içinden üflemelisin,
Ne kadar kolay
Süte dönüştü!
Ve şimdi oldukça akıllıca
Soda alıyorum:
Süt artı sirke. Evet!
Kenardan köpük dökülüyor!
Her şey endişe içinde, her şey iş başında
Şafaktan şafağa -
Bu kardeşler Karbonatlar,
Bunlar CaCO3!

Tekrarlama: CaO– kalsiyum oksit, sönmemiş kireç;
Ca(OH) 2 – kalsiyum hidroksit (çözeltinin konsantrasyonuna bağlı olarak sönmüş kireç, kireç suyu, kireç sütü).
Genel olarak aynı kimyasal formül Ca(OH)2'dir. Fark: Kireç suyu, şeffaf doymuş bir Ca(OH)2 çözeltisidir ve kireç sütü, sudaki beyaz bir Ca(OH)2 süspansiyonudur.
CaCl2 2 - kalsiyum klorür, kalsiyum klorür;
CaCO 3 – kalsiyum karbonat, tebeşir, deniz kabuğu mermeri, kireçtaşı.
Sol/Sağ: koleksiyonlar. Daha sonra okul laboratuvarında mevcut olan minerallerin bir koleksiyonunu gösteriyoruz: kireçtaşı, tebeşir, mermer, kabuklu kaya.
CaS0 4 ∙ 2 saat 2 0 - kalsiyum sülfat kristal hidrat, alçıtaşı;
CaCO 3 - kalsit, kalsiyum karbonat, yeryüzünde 30 milyon km2'yi kaplayan birçok mineralin bir parçasıdır.

Bu minerallerden en önemlisi kireçtaşı. Kabuk kayaları, organik kökenli kireçtaşları. Çimento, kalsiyum karbür, soda, her türlü kireç üretiminde ve metalurjide kullanılır. Kireçtaşı inşaat sektörünün temelidir; birçok yapı malzemesi ondan yapılır.

Tebeşir Sadece diş tozu ve okul tebeşiri değil. Aynı zamanda kağıt (kaplamalı - en üst kalite) ve kauçuk üretiminde de değerli bir katkı maddesidir; binaların inşaatı ve yenilenmesinde - badana olarak.

Mermer yoğun kristalli bir kayadır. Renkli bir tane var - beyaz, ancak çoğu zaman çeşitli safsızlıklar onu farklı renklerde renklendiriyor. Saf beyaz mermer nadirdir ve çoğunlukla heykeltıraşlar tarafından kullanılır (Michelangelo, Rodin'in heykelleri. İnşaatta renkli mermer kaplama malzemesi olarak (Moskova Metrosu) ve hatta sarayların ana yapı malzemesi olarak (Taç Mahal) kullanılır.

İlginç şeyler dünyasında “Taç Mahal TÜRBESİ”

Büyük Babür hanedanının Şah Cihan'ı neredeyse tüm Asya'yı korku ve itaat içinde tuttu. 1629'da Şah Cihan'ın sevgili eşi Mumzat Mahal, bir sefer sırasında doğum sırasında 39 yaşında öldü (bu onların 14. çocuklarıydı, hepsi erkekti). Alışılmadık derecede güzel, zeki ve akıllıydı, imparator ona her konuda itaat ediyordu. Ölümünden önce kocasından bir mezar inşa etmesini, çocuklara bakmasını ve evlenmemesini istedi. Üzüntüye kapılan kral, en iyi ustaları bulmak ve davet etmek için elçilerini komşu devletlerin başkentleri olan tüm büyük şehirlere - Buhara, Semerkant, Bağdat, Şam'a - gönderdi. dünya. Aynı zamanda haberciler, Asya'daki en iyi binaların ve en iyi inşaat malzemelerinin planlarını Agra'ya (Hindistan) gönderdiler. Rusya'dan ve Urallardan malakit bile getirdiler. Baş duvar ustaları Delhi ve Kandahar'dan geliyordu; mimarlar - İstanbul, Semerkant'tan; dekoratörler - Buhara'dan; bahçıvanlar - Bengal'den; sanatçılar Şam ve Bağdat'tandı ve ünlü usta Üstad-İsa görevdeydi.

25 yılı aşkın bir süre boyunca, yeşil bahçeler, mavi çeşmeler ve kırmızı kumtaşından bir cami ile çevrili tebeşir mermerinden bir yapı inşa edildi. 75 metrelik (25 katlı bina) bu mucizeyi 20.000 köle inşa etti. Yakınlarda kendime siyah mermerden ikinci bir türbe inşa etmek istedim ama zamanım olmadı. Kendi oğlu (2.) tarafından tahttan indirildi ve tüm kardeşlerini de öldürdü.

Agra'nın hükümdarı ve efendisi, hayatının son yıllarını hapishanesinin dar penceresinden dışarı bakarak geçirdi. Babam 7 yıl boyunca yaratımına hayran kaldı. Baba kör olunca, oğul babanın mozoleyi hayranlıkla görebilmesi için ona bir ayna sistemi yaptı. Tac Mahal'de Mümtaz'ının yanına defnedildi.

Türbeye girenler cenotaph'ları, yani sahte mezarları görüyor. Büyük Han ve eşinin ebedi istirahat yerleri bodrum katında yer almaktadır. Her şey canlı gibi parlayan değerli taşlarla kaplanmış, masal ağaçlarının çiçeklerle iç içe dalları girift desenlerle mezarın duvarlarını süslüyor. En iyi oymacılar tarafından üretilen turkuaz mavisi lapis lazuli, yeşil-siyah yeşim taşları ve kırmızı ametistler, Şah Cehal ve Mümzat Mahal'in aşkını kutluyor.

Her gün turistler gerçeği görmek için Agra'ya koşuyor dünyanın harikası - Tac Mahal türbesi, sanki yerin üstünde yüzüyormuş gibi.

CaCO 3 yumuşakçaların, mercanların, kabukların vb. dış iskeleti ve yumurta kabukları için bir yapı malzemesidir. (resimler veya Mercan biyosenozunun hayvanları” ve deniz mercanları, süngerler, kabuklu kayalardan oluşan bir koleksiyonun sergilenmesi).

Doğal kalsiyum bileşikleri (tebeşir, mermer, kireçtaşı, alçı) ve bunların en basit işlenmesinin ürünleri (kireç) eski çağlardan beri insanlar tarafından bilinmektedir. 1808'de İngiliz kimyager Humphry Davy, ıslak sönmüş kireci (kalsiyum hidroksit) bir cıva katotuyla elektrolize etti ve kalsiyum amalgamı (kalsiyum ve cıva alaşımı) elde etti. Davy, cıvayı damıtarak bu alaşımdan saf kalsiyum elde etti.
Ayrıca kireçtaşı, tebeşir ve diğer yumuşak taşların adını ifade eden Latince "calx" kelimesinden türetilen yeni bir kimyasal elementin adını da önerdi.

Doğada bulma ve elde etme:

Kalsiyum, yerkabuğunda en çok bulunan beşinci elementtir (%3'ten fazla), çoğu kalsiyum karbonat bazlı birçok kaya oluşturur. Bu kayalardan bazılarının organik kökenli olması (kabuk kayası), kalsiyumun canlı doğadaki önemli rolünü göstermektedir. Doğal kalsiyum, kütle numaraları 40 ila 48 arasında olan 6 izotopun bir karışımıdır ve 40 Ca, toplamın %97'sini oluşturur. Nükleer reaksiyonlar aynı zamanda radyoaktif 45 Ca gibi başka kalsiyum izotoplarını da üretmiştir.
Basit bir kalsiyum maddesi elde etmek için erimiş kalsiyum tuzlarının elektrolizi veya alüminotermi kullanılır:
4CaO + 2Al = Ca(AlO2)2 + 3Ca

Fiziksel özellikler:

Alkali metallerden çok daha sert, kübik yüz merkezli kafese sahip gümüş grisi bir metal. Erime noktası 842°C, kaynama noktası 1484°C, yoğunluk 1,55 g/cm3. Yüksek basınçlarda ve yaklaşık 20 K sıcaklıkta süperiletken duruma geçer.

Kimyasal özellikler:

Kalsiyum alkali metaller kadar aktif değildir ancak bir mineral yağ tabakası altında veya sıkıca kapatılmış metal varillerde saklanmalıdır. Zaten normal sıcaklıklarda havadaki oksijen ve nitrojenin yanı sıra su buharıyla da reaksiyona girer. Isıtıldığında havada kırmızı-turuncu bir alevle yanar ve nitrür karışımıyla bir oksit oluşturur. Magnezyum gibi kalsiyum da karbondioksit atmosferinde yanmaya devam ediyor. Isıtıldığında diğer metal olmayan maddelerle reaksiyona girerek bileşimi her zaman belli olmayan bileşikler oluşturur, örneğin:
Ca + 6B = CaB 6 veya Ca + P => Ca 3 P 2 (ayrıca CaP veya CaP 5)
Tüm bileşiklerinde kalsiyumun oksidasyon durumu +2'dir.

En önemli bağlantılar:

Kalsiyum oksit CaO- ("sönmemiş kireç") suyla kuvvetli bir şekilde reaksiyona girerek ("sönmüş") bir hidroksite dönüşen alkalin oksit olan beyaz bir madde. Kalsiyum karbonatın termal ayrışmasıyla elde edilir.

Kalsiyum hidroksit Ca(OH) 2- (“sönmüş kireç”) beyaz toz, suda az çözünür (0.16g/100g), güçlü alkali. Karbondioksiti tespit etmek için bir çözelti (“kireç suyu”) kullanılır.

Kalsiyum karbonat CaCO3- çoğu doğal kalsiyum mineralinin temeli (tebeşir, mermer, kireçtaşı, kabuklu kaya, kalsit, İzlanda spar). Saf haliyle madde beyaz veya renksizdir. kristaller Isıtıldığında (900-1000 C) ayrışır ve kalsiyum oksit oluşturur. P-rim değildir, asitlerle reaksiyona girer, karbondioksit ile doymuş suda çözünerek bikarbonata dönüşebilir: CaCO3 + C02 + H20 = Ca(HCO3)2. Ters işlem, kalsiyum karbonat birikintilerinin, özellikle sarkıt ve dikit gibi oluşumların ortaya çıkmasına neden olur.
Ayrıca doğada dolomit CaCO 3 * MgCO 3'ün bir parçası olarak da bulunur.

Kalsiyum sülfat CaS04- doğada CaS04 * 2H20 ("alçıtaşı", "selenit") beyaz bir madde. İkincisi, dikkatlice ısıtıldığında (180 C), CaS04 *0,5H20'ya (“yanmış alçı”, “kaymaktaşı”) dönüşür - suyla karıştırıldığında tekrar CaS04 *2H20 oluşturan beyaz bir toz sağlam, oldukça dayanıklı bir malzeme şeklinde. Suda az çözünür, ancak fazla sülfürik asitte çözünerek hidrojen sülfat oluşturabilir.

Kalsiyum fosfat Ca 3 (PO 4) 2- (“fosforit”), çözünmez, güçlü asitlerin etkisi altında daha çözünür kalsiyum hidro ve dihidrojen fosfatlara dönüşür. Fosfor, fosforik asit, fosfatlı gübrelerin üretimi için hammadde. Kalsiyum fosfatlar ayrıca Y = F, Cl veya OH, sırasıyla flor, klor veya hidroksiapatit olmak üzere yaklaşık Ca53Y formülüne sahip doğal bileşikler olan apatitlere de dahildir. Apatit, fosforit ile birlikte birçok canlı organizmanın kemik iskeletinin bir parçasıdır. ve adam.

Kalsiyum florür CaF 2 - (doğal:"florit", "fluorspat"), beyaz renkte çözünmeyen bir maddedir. Doğal mineraller yabancı maddelerden dolayı çeşitli renklere sahiptir. Isıtıldığında ve UV ışınımı altında karanlıkta parlar. Metal üretirken cürufların akışkanlığını (“eriyebilirliğini”) arttırır, bu da onun bir eritken olarak kullanımını açıklar.

Kalsiyum klorür CaCl2- renksiz İsa. Suda iyi çözünür. Kristalin hidrat CaCl2 *6H20 oluşturur. Susuz ("kaynaşmış") kalsiyum klorür iyi bir kurutucudur.

Kalsiyum nitrat Ca(NO 3) 2- ("kalsiyum nitrat") renksizdir. İsa. Suda iyi çözünür. Aleve kırmızı-turuncu bir renk veren piroteknik bileşimlerin ayrılmaz bir parçası.

Kalsiyum karbür CaС 2- suyla reaksiyona girerek asetilen oluşturur, örneğin: CaС2 + H2O = C2H2 + Ca(OH)2

Başvuru:

Metalik kalsiyum, bazı indirgenmesi zor metallerin (“kalsiothermi”) üretiminde güçlü bir indirgeyici madde olarak kullanılır: krom, nadir toprak elementleri, toryum, uranyum vb. Bakır, nikel, özel çelikler ve bronzların metalurjisinde , kalsiyum ve alaşımları kükürt, fosfor ve fazla karbonun zararlı safsızlıklarını gidermek için kullanılır.
Kalsiyum aynı zamanda yüksek vakum elde edilirken ve inert gazları saflaştırırken küçük miktarlarda oksijen ve nitrojeni bağlamak için de kullanılır.
Nötron fazlalığı 48 Ca iyonları, yeni kimyasal elementlerin, örneğin element No. 114'ün sentezi için kullanılır. Kalsiyumun başka bir izotopu olan 45Ca, kalsiyumun biyolojik rolü ve çevredeki göçüyle ilgili çalışmalarda radyoaktif izleyici olarak kullanılır.

Çok sayıda kalsiyum bileşiğinin ana uygulama alanı yapı malzemelerinin (çimento, yapı karışımları, alçıpan vb.) üretimidir.

Kalsiyum, canlı organizmalardaki makro elementlerden biridir ve hem omurgalıların iç iskeletinin hem de birçok omurgasızın dış iskeleti olan yumurta kabuğunun yapımı için gerekli bileşikleri oluşturur.
Kalsiyum iyonları ayrıca hücre içi süreçlerin düzenlenmesine katılır ve kanın pıhtılaşmasını belirler. Çocuklukta kalsiyum eksikliği raşitizme, yaşlılıkta ise osteoporoza yol açar. Kalsiyumun kaynağı süt ürünleri, karabuğday, fındıktır ve emilimi D vitamini ile kolaylaştırılır. Kalsiyum eksikliği varsa çeşitli ilaçlar kullanılır: kaleks, kalsiyum klorür çözeltisi, kalsiyum glukonat vb.
İnsan vücudundaki kalsiyumun kütle oranı% 1,4-1,7'dir, günlük gereksinim 1-1,3 g'dır (yaşa bağlı olarak). Aşırı kalsiyum alımı hiperkalsemiye, bileşiklerinin iç organlarda birikmesine ve kan damarlarında kan pıhtılarının oluşmasına yol açabilir. Kaynaklar:
Kalsiyum (element) // Vikipedi. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Calcium (erişim tarihi: 01/3/2014).