Các hợp chất canxi quan trọng nhất, ý nghĩa và công dụng của chúng. Canxi (Ca, Canxi)

canxi

CANXI-TÔI; m.[từ lat. calx (calcis) - vôi] Nguyên tố hóa học (Ca), một kim loại màu trắng bạc là một phần của đá vôi, đá cẩm thạch, v.v.

◁ Canxi, ồ, ồ. muối K.

canxi

(lat. Canxi), một nguyên tố hóa học thuộc nhóm II của bảng tuần hoàn, thuộc về kim loại kiềm thổ. Tên từ lat. calx, canxi di truyền - vôi. Kim loại màu trắng bạc, mật độ 1,54 g/cm 3, tở nhiệt độ 842oC. Ở nhiệt độ bình thường nó dễ bị oxy hóa trong không khí. Xét về mức độ phổ biến trong vỏ trái đất, nó đứng thứ 5 (khoáng chất canxit, thạch cao, fluorit, v.v.). Là một chất khử tích cực, nó được sử dụng để thu được U, Th, V, Cr, Zn, Be và các kim loại khác từ hợp chất của chúng, để khử oxy cho thép, đồng, v.v. Nó là một phần của vật liệu chống ma sát. Hợp chất canxi được dùng trong xây dựng (vôi, xi măng), chế phẩm canxi được dùng trong y học.

CANXI

CANXI (lat. Canxi), Ca (đọc là “canxi”), một nguyên tố hóa học có số nguyên tử 20, nằm ở chu kỳ thứ tư trong nhóm IIA của hệ tuần hoàn các nguyên tố Mendeleev; khối lượng nguyên tử 40,08. Thuộc nguyên tố kiềm thổ (cm. KIM LOẠI ĐẤT KIỀM).
Canxi tự nhiên bao gồm hỗn hợp các hạt nhân (cm. NUCLIDE) với số khối là 40 (trong hỗn hợp theo khối lượng là 96,94%), 44 (2,09%), 42 (0,667%), 48 (0,187%), 43 (0,135%) và 46 (0,003%). Cấu hình lớp electron ngoài 4 S 2 . Trong hầu hết các hợp chất, trạng thái oxy hóa của canxi là +2 (hóa trị II).
Bán kính của nguyên tử canxi trung tính là 0,1974 nm, bán kính của ion Ca 2+ là từ 0,114 nm (đối với số phối trí 6) đến 0,148 nm (đối với số phối trí 12).
Năng lượng ion hóa tuần tự của một nguyên tử canxi trung tính lần lượt là 6,133, 11,872, 50,91, 67,27 và 84,5 eV. Theo thang Pauling, độ âm điện của canxi là khoảng 1,0. Ở dạng tự do, canxi là kim loại màu trắng bạc.
Lịch sử khám phá (cm. Hợp chất canxi được tìm thấy ở mọi nơi trong tự nhiên nên nhân loại đã quen thuộc với chúng từ xa xưa. Vôi từ lâu đã được sử dụng trong xây dựng CHANH XANH) (cm.(vôi sống và tôi), từ lâu đã được coi là một chất đơn giản, “đất”. Tuy nhiên, vào năm 1808 nhà khoa học người Anh G. Davy quản lý để có được một kim loại mới từ vôi. Để làm được điều này, Davy đã tiến hành điện phân hỗn hợp vôi tôi được làm ẩm nhẹ với oxit thủy ngân và tách ra một kim loại mới từ hỗn hống hình thành trên cực âm thủy ngân mà ông gọi là canxi (từ tiếng Latin calx, chi calcis - vôi). Ở Nga trong một thời gian, kim loại này được gọi là "liming".
Ở trong tự nhiên
Canxi là một trong những nguyên tố phổ biến nhất trên Trái đất. Nó chiếm 3,38% khối lượng vỏ trái đất (đứng thứ 5 sau oxy, silicon, nhôm và sắt). Do hoạt tính hóa học cao nên canxi không tồn tại ở dạng tự do trong tự nhiên. Hầu hết canxi được tìm thấy trong silicat (cm. SILICATE) và aluminosilicat (cm. NHÔM SILICATE) các loại đá khác nhau (đá granit (cm.ĐÁ GRANITE), gneisses (cm. GNEISS) vân vân.). Ở dạng đá trầm tích, hợp chất canxi được thể hiện bằng phấn và đá vôi, bao gồm chủ yếu là khoáng vật canxit (cm. CALCIT)(CaCO3). Dạng tinh thể của canxit - đá cẩm thạch - ít phổ biến hơn trong tự nhiên.
Khoáng chất canxi như đá vôi khá phổ biến (cm.ĐÁ VÔI) CaCO3, khan (cm. ANHYDRIT) CaSO 4 và thạch cao (cm. thạch cao) CaSO 4 2H 2 O, fluorit (cm. florua) CaF2, apatit (cm. Apatit) Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl,OH), dolomit (cm. DOLOMIT) MgCO3 ·CaCO3 . Sự hiện diện của muối canxi và magie trong nước tự nhiên quyết định độ cứng của nó (cm.ĐỘ CỨNG CỦA NƯỚC). Một lượng đáng kể canxi được tìm thấy trong các sinh vật sống. Do đó, hydroxyapatite Ca 5 (PO 4) 3 (OH), hay, trong một mục khác, 3Ca 3 (PO 4) 2 ·Ca(OH) 2, là nền tảng của mô xương của động vật có xương sống, bao gồm cả con người; Vỏ, vỏ của nhiều loài động vật không xương sống, vỏ trứng... được làm từ canxi cacbonat CaCO 3.
Biên lai
Canxi kim loại thu được bằng cách điện phân nóng chảy gồm CaCl 2 (75-80%) và KCl hoặc từ CaCl 2 và CaF 2, cũng như khử nhiệt nhôm CaO ở 1170-1200 °C:
4CaO + 2Al = CaAl 2O 4 + 3Ca.
Tính chất vật lý và hóa học
Kim loại canxi tồn tại ở hai dạng biến đổi đẳng hướng (xem Tính đẳng hướng (cm. PHÂN PHỐI)). Ở nhiệt độ lên tới 443 °C, a-Ca với mạng tâm khối thuộc loại a-Fe (tham số a = 0,558 nm) là ổn định; ổn định hơn. Điểm nóng chảy của canxi là 839 °C, điểm sôi là 1484 °C, mật độ 1,55 g/cm3.
Hoạt tính hóa học của canxi cao nhưng thấp hơn so với tất cả các kim loại kiềm thổ khác. Nó dễ dàng phản ứng với oxy, carbon dioxide và độ ẩm trong không khí, đó là lý do tại sao bề mặt của kim loại canxi thường có màu xám xỉn, vì vậy trong phòng thí nghiệm canxi thường được bảo quản, giống như các kim loại kiềm thổ khác, trong lọ đậy kín dưới một lớp của dầu hỏa.
Trong dãy thế chuẩn, canxi nằm ở bên trái của hydro. Thế điện cực chuẩn của cặp Ca 2+/Ca 0 là –2,84 V nên canxi phản ứng tích cực với nước:
Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2.
Canxi phản ứng với các phi kim loại hoạt động (oxy, clo, brom) trong điều kiện bình thường:
2Ca + O 2 = 2CaO; Ca + Br2 = CaBr2.
Khi đun nóng trong không khí hoặc oxy, canxi sẽ bốc cháy. Canxi phản ứng với các phi kim loại kém hoạt động hơn (hydro, boron, carbon, silicon, nitơ, phốt pho và các chất khác) khi đun nóng, ví dụ:
Ca + H 2 = CaH 2 (canxi hydrua),
Ca + 6B = CaB 6 (canxi boride),
3Ca + N 2 = Ca 3 N 2 (canxi nitrua)
Ca + 2C = CaC 2 (canxi cacbua)
3Ca + 2P = Ca 3 P 2 (canxi photphua), canxi photphua có công thức CaP và CaP 5 cũng được biết đến;
2Ca + Si = Ca 2 Si (canxi silicua); canxi silicua có các hợp chất CaSi, Ca 3 Si 4 và CaSi 2 cũng được biết đến.
Theo quy luật, sự xuất hiện của các phản ứng trên đi kèm với việc giải phóng một lượng nhiệt lớn (tức là những phản ứng này tỏa nhiệt). Trong tất cả các hợp chất có phi kim loại, trạng thái oxy hóa của canxi là +2. Hầu hết các hợp chất của canxi với phi kim đều dễ bị phân hủy bởi nước, ví dụ:
CaH 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 2,
Ca 3 N 2 + 3H 2 O = 3Ca(OH) 2 + 2NH 3.
Canxi oxit thường có tính bazơ. Trong phòng thí nghiệm và công nghệ, nó thu được bằng cách phân hủy nhiệt cacbonat:
CaCO3 = CaO + CO2.
Canxi oxit kỹ thuật CaO được gọi là vôi sống.
Nó phản ứng với nước tạo thành Ca(OH) 2 và tỏa một lượng nhiệt lớn:
CaO + H 2 O = Ca(OH) 2.
Ca(OH)2 thu được theo cách này thường được gọi là vôi tôi hoặc sữa vôi (cm. SỮA VÔI) do độ hòa tan của canxi hydroxit trong nước thấp (0,02 mol/l ở 20°C) và khi thêm nó vào nước sẽ tạo thành huyền phù màu trắng.
Khi tác dụng với oxit axit, CaO tạo thành muối, ví dụ:
CaO + CO 2 = CaCO 3; CaO + SO 3 = CaSO 4.
Ion Ca2+ không màu. Khi cho muối canxi vào ngọn lửa, ngọn lửa chuyển sang màu đỏ gạch.
Các muối canxi như CaCl 2 clorua, CaBr 2 bromua, CaI 2 iodua và Ca(NO 3) 2 nitrat hòa tan cao trong nước. Không hòa tan trong nước là florua CaF 2, cacbonat CaCO 3, sunfat CaSO 4, orthophotphat trung bình Ca 3 (PO 4) 2, oxalat CaC 2 O 4 và một số loại khác.
Điều quan trọng là, không giống như canxi cacbonat CaCO 3 thông thường, canxi cacbonat (bicarbonate) Ca(HCO 3) 2 có tính axit hòa tan trong nước. Về bản chất, điều này dẫn đến các quá trình sau. Khi mưa lạnh hoặc nước sông bão hòa carbon dioxide xâm nhập vào lòng đất và rơi xuống đá vôi, sự hòa tan của chúng được quan sát thấy:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2.
Ở những nơi nước bão hòa canxi bicarbonate xâm nhập vào bề mặt trái đất và được làm nóng bởi tia nắng mặt trời, một phản ứng ngược sẽ xảy ra:
Ca(HCO 3) 2 = CaCO 3 + CO 2 + H 2 O.
Đây là cách một khối lượng lớn các chất được chuyển giao trong tự nhiên. Kết quả là những hố lớn có thể hình thành dưới lòng đất (xem Karst (cm. KARST (hiện tượng tự nhiên))), và những “cột băng” đá tuyệt đẹp - nhũ đá - hình thành trong hang động (cm. NHỰA CẦU (thành tạo khoáng sản)) và măng đá (cm. măng đá).
Sự hiện diện của canxi bicarbonate hòa tan trong nước quyết định phần lớn độ cứng tạm thời của nước. (cm.ĐỘ CỨNG CỦA NƯỚC). Gọi là tạm thời vì khi nước sôi, bicarbonate bị phân hủy và kết tủa CaCO 3. Ví dụ, hiện tượng này dẫn đến thực tế là cặn bám hình thành trong ấm theo thời gian.
Ứng dụng của canxi và các hợp chất của nó
Kim loại canxi được sử dụng để sản xuất uranium (cm. URANIUM (nguyên tố hóa học)), thori (cm. THORIUM), titan (cm. TITANIUM (nguyên tố hóa học)), zirconi (cm. ZIRCONI), xêzi (cm. CESIUM) và rubidi (cm. RUBIDIUM).
Các hợp chất canxi tự nhiên được sử dụng rộng rãi trong sản xuất chất kết dính (xi măng (cm. XI MĂNG), thạch cao (cm. thạch cao), vôi, v.v.). Tác dụng liên kết của vôi tôi dựa trên thực tế là theo thời gian, canxi hydroxit phản ứng với carbon dioxide trong không khí. Kết quả của phản ứng đang diễn ra, các tinh thể canxit CaCO3 hình kim được hình thành, chúng phát triển thành đá, gạch và các vật liệu xây dựng khác gần đó và hàn chúng thành một tổng thể duy nhất. Canxi cacbonat kết tinh - đá cẩm thạch - là vật liệu hoàn thiện tuyệt vời. Phấn được dùng để tẩy trắng. Một lượng lớn đá vôi được tiêu thụ trong sản xuất gang, vì chúng có thể chuyển đổi các tạp chất chịu lửa của quặng sắt (ví dụ, thạch anh SiO 2) thành xỉ có nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp.
Thuốc tẩy có tác dụng khử trùng rất hiệu quả. (cm. TẨY TRẮNG)- “chất tẩy” Ca(OCl)Cl - hỗn hợp clorua và canxi hypoclorua (cm. CANXI HYPOCHLORIT) có khả năng oxy hóa cao.
Canxi sunfat cũng được sử dụng rộng rãi, tồn tại cả ở dạng hợp chất khan và ở dạng hydrat tinh thể - cái gọi là sunfat “bán nước” - thạch cao tuyết hoa (cm. ALEVIZ FRYAZIN (Milanese)) CaSO 4 ·0,5H 2 O và dihydrat sunfat - thạch cao CaSO 4 ·2H 2 O. Thạch cao được sử dụng rộng rãi trong xây dựng, điêu khắc, sản xuất khuôn đúc vữa và các sản phẩm nghệ thuật khác nhau. Thạch cao còn được dùng trong y học để cố định xương khi bị gãy xương.
Canxi clorua CaCl 2 được sử dụng cùng với muối ăn để chống đóng băng mặt đường. Canxi florua CaF 2 là một vật liệu quang học tuyệt vời.
Canxi trong cơ thể
Canxi là nguyên tố sinh học (cm. NGUYÊN TỐ SINH HỌC), thường xuyên hiện diện trong các mô của thực vật và động vật. Là một thành phần quan trọng trong quá trình chuyển hóa khoáng chất của động vật và con người cũng như dinh dưỡng khoáng chất của thực vật, canxi thực hiện nhiều chức năng khác nhau trong cơ thể. Được cấu tạo từ apatit (cm. Apatit), cũng như sunfat và cacbonat, canxi tạo thành thành phần khoáng chất của mô xương. Cơ thể con người nặng 70 kg chứa khoảng 1 kg canxi. Canxi tham gia vào hoạt động của kênh ion (cm. KÊNH ION) vận chuyển các chất qua màng sinh học trong việc truyền xung thần kinh (cm. xung thần kinh), trong quá trình đông máu (cm.ĐÔNG MÁU) và thụ tinh. Calciferol điều hòa chuyển hóa canxi trong cơ thể (cm. CALCIFEROLS)(vitamin D). Thiếu hoặc thừa canxi dẫn đến nhiều bệnh khác nhau - còi xương (cm. Còi xương), vôi hóa (cm. CANXI) v.v. Vì vậy, thực phẩm của con người phải chứa hợp chất canxi với số lượng cần thiết (800-1500 mg canxi mỗi ngày). Hàm lượng canxi cao trong các sản phẩm từ sữa (như phô mai, phô mai, sữa), một số loại rau và thực phẩm khác. Các chế phẩm canxi được sử dụng rộng rãi trong y học.

Từ điển bách khoa. 2009 .

từ đồng nghĩa:

Canxi (tiếng Latin là Canxi, ký hiệu là Ca) là một nguyên tố có số nguyên tử 20 và khối lượng nguyên tử 40,078. Nó là một nguyên tố thuộc phân nhóm chính của nhóm thứ hai, giai đoạn thứ tư trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học của Dmitry Ivanovich Mendeleev. Trong điều kiện bình thường, canxi đơn giản là kim loại kiềm thổ nhẹ (1,54 g/cm3), mềm, dễ uốn, có hoạt tính hóa học, có màu trắng bạc.

Trong tự nhiên, canxi tồn tại dưới dạng hỗn hợp của sáu đồng vị: 40Ca (96,97%), 42Ca (0,64%), 43Ca (0,145%), 44Ca (2,06%), 46Ca (0,0033%) và 48Ca (0,185%). Đồng vị chính của nguyên tố thứ 20 - phổ biến nhất - là 40Ca, độ phong phú đồng vị của nó là khoảng 97%. Trong số sáu đồng vị tự nhiên của canxi, có năm đồng vị ổn định; đồng vị thứ sáu 48Ca, nặng nhất trong sáu đồng vị và khá hiếm (độ phong phú đồng vị của nó chỉ là 0,185%), gần đây được phát hiện có phân rã β gấp đôi với chu kỳ bán rã bằng. 5,3∙1019 năm. Các đồng vị thu được nhân tạo có số khối 39, 41, 45, 47 và 49 đều có tính phóng xạ. Thông thường chúng được sử dụng như một chất chỉ thị đồng vị trong nghiên cứu các quá trình chuyển hóa khoáng chất trong cơ thể sống. 45Ca, thu được bằng cách chiếu xạ canxi kim loại hoặc các hợp chất của nó với neutron trong lò phản ứng uranium, đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu các quá trình trao đổi chất xảy ra trong đất và trong nghiên cứu quá trình hấp thụ canxi của thực vật. Nhờ cùng một đồng vị, có thể phát hiện các nguồn ô nhiễm của nhiều loại thép và sắt siêu tinh khiết với hợp chất canxi trong quá trình nấu chảy.

Các hợp chất canxi - đá cẩm thạch, thạch cao, đá vôi và vôi (sản phẩm nung đá vôi) đã được biết đến từ thời cổ đại và được sử dụng rộng rãi trong xây dựng và y học. Người Ai Cập cổ đại đã sử dụng các hợp chất canxi trong việc xây dựng kim tự tháp của họ và cư dân của Rome vĩ đại đã phát minh ra bê tông - sử dụng hỗn hợp đá dăm, vôi và cát. Cho đến cuối thế kỷ 18, các nhà hóa học vẫn tin rằng vôi là một chất rắn đơn giản. Chỉ đến năm 1789 Lavoisier mới cho rằng vôi, alumina và một số hợp chất khác là những chất phức tạp. Năm 1808, G. Davy thu được kim loại canxi bằng điện phân.

Việc sử dụng kim loại canxi có liên quan đến hoạt tính hóa học cao của nó. Nó được sử dụng để thu hồi từ các hợp chất của một số kim loại, ví dụ, thori, uranium, crom, zirconi, Caesium, rubidium; để loại bỏ oxy và lưu huỳnh khỏi thép và một số hợp kim khác; để khử nước chất lỏng hữu cơ; để hấp thụ khí dư trong các thiết bị chân không. Ngoài ra, kim loại canxi đóng vai trò là thành phần hợp kim trong một số hợp kim. Các hợp chất canxi được sử dụng rộng rãi hơn nhiều - chúng được sử dụng trong xây dựng, pháo hoa, sản xuất thủy tinh, y học và nhiều lĩnh vực khác.

Canxi là một trong những yếu tố sinh học quan trọng nhất; nó cần thiết cho hầu hết các sinh vật sống trong quá trình sống bình thường. Cơ thể trưởng thành chứa tới một kg rưỡi canxi. Nó có mặt trong tất cả các mô và chất lỏng của sinh vật sống. Yếu tố thứ 20 cần thiết cho sự hình thành mô xương, duy trì nhịp tim, đông máu, duy trì tính thẩm thấu bình thường của màng tế bào bên ngoài và hình thành một số enzyme. Danh sách các chức năng mà canxi thực hiện trong cơ thể thực vật và động vật rất dài. Chỉ cần nói rằng chỉ những sinh vật hiếm mới có thể phát triển trong môi trường không có canxi và các sinh vật khác bao gồm 38% nguyên tố này (cơ thể con người chỉ chứa khoảng 2% canxi).

Đặc tính sinh học

Canxi là một trong những nguyên tố sinh học; các hợp chất của nó được tìm thấy ở hầu hết các sinh vật sống (rất ít sinh vật có thể phát triển trong môi trường không có canxi), đảm bảo quá trình sống bình thường. Nguyên tố thứ 20 có mặt trong tất cả các mô và chất lỏng của động vật và thực vật; hầu hết nó (ở các sinh vật có xương sống, bao gồm cả con người) được chứa trong xương và răng dưới dạng photphat (ví dụ: hydroxyapatite Ca5(PO4)3OH hoặc 3Ca3. (PO4)2Ca(OH)2). Việc sử dụng nguyên tố thứ 20 làm vật liệu xây dựng cho xương và răng là do các ion canxi không được sử dụng trong tế bào. Nồng độ canxi được kiểm soát bởi các hormone đặc biệt; hoạt động kết hợp của chúng giúp bảo tồn và duy trì cấu trúc xương. Bộ xương của hầu hết các nhóm động vật không xương sống (nhuyễn thể, san hô, bọt biển và các nhóm khác) được tạo thành từ nhiều dạng canxi cacbonat CaCO3 (vôi). Nhiều động vật không xương sống dự trữ canxi trước khi lột xác để xây dựng bộ xương mới hoặc đảm bảo các chức năng quan trọng trong điều kiện không thuận lợi. Động vật lấy canxi từ thức ăn và nước, còn thực vật lấy từ đất và liên quan đến nguyên tố này, chúng được chia thành canxiphile và calcephobe.

Các ion của nguyên tố vi lượng quan trọng này tham gia vào quá trình đông máu, cũng như đảm bảo áp suất thẩm thấu liên tục của máu. Ngoài ra, canxi cần thiết cho sự hình thành một số cấu trúc tế bào, duy trì tính thấm bình thường của màng tế bào bên ngoài, để thụ tinh cho trứng của cá và các động vật khác, cũng như kích hoạt một số enzyme (có lẽ trường hợp này là do thực tế là canxi thay thế các ion magie). Ion canxi truyền sự kích thích đến sợi cơ khiến sợi cơ co bóp, tăng sức co bóp của tim, tăng chức năng thực bào của bạch cầu, kích hoạt hệ thống protein bảo vệ máu, điều hòa quá trình xuất bào, bao gồm cả việc tiết hormone và chất dẫn truyền thần kinh. Canxi ảnh hưởng đến tính thấm của mạch máu - nếu không có yếu tố này, chất béo, lipid và cholesterol sẽ lắng đọng trên thành mạch máu. Canxi thúc đẩy quá trình giải phóng muối kim loại nặng và hạt nhân phóng xạ ra khỏi cơ thể và thực hiện các chức năng chống oxy hóa. Canxi ảnh hưởng đến hệ thống sinh sản, có tác dụng chống căng thẳng và có tác dụng chống dị ứng.

Hàm lượng canxi trong cơ thể người trưởng thành (nặng 70 kg) là 1,7 kg (chủ yếu ở chất gian bào của mô xương). Nhu cầu về yếu tố này phụ thuộc vào độ tuổi: đối với người lớn, lượng tiêu thụ cần thiết hàng ngày là từ 800 đến 1.000 miligam, đối với trẻ em là từ 600 đến 900 miligam. Đối với trẻ em, điều đặc biệt quan trọng là phải tiêu thụ liều lượng cần thiết để xương tăng trưởng và phát triển chuyên sâu. Nguồn canxi chính trong cơ thể là sữa và các sản phẩm từ sữa; lượng canxi còn lại đến từ thịt, cá và một số sản phẩm thực vật (đặc biệt là các loại đậu). Sự hấp thu cation canxi xảy ra ở ruột già và ruột non; sự hấp thụ được tạo điều kiện thuận lợi nhờ môi trường axit, vitamin C và D, lactose (axit lactic) và axit béo không bão hòa. Ngược lại, aspirin, axit oxalic và các dẫn xuất estrogen làm giảm đáng kể khả năng tiêu hóa của nguyên tố thứ 20. Như vậy, khi kết hợp với axit oxalic, canxi tạo ra các hợp chất không tan trong nước là thành phần của sỏi thận. Vai trò của magiê trong quá trình chuyển hóa canxi là rất lớn - khi thiếu hụt, canxi sẽ bị “rửa sạch” khỏi xương và lắng đọng ở thận (sỏi thận) và cơ bắp. Nhìn chung, cơ thể có một hệ thống phức tạp để lưu trữ và giải phóng nguyên tố thứ 20; vì lý do này, hàm lượng canxi trong máu được điều hòa chính xác và với chế độ dinh dưỡng hợp lý, tình trạng thiếu hay thừa sẽ không xảy ra. Chế độ ăn giàu canxi trong thời gian dài có thể gây ra chuột rút, đau khớp, táo bón, mệt mỏi, buồn ngủ và chậm phát triển. Việc thiếu canxi trong chế độ ăn uống kéo dài sẽ dẫn đến sự phát triển của bệnh loãng xương. Nicotine, caffeine và rượu là một số nguyên nhân gây thiếu hụt canxi trong cơ thể, vì chúng góp phần bài tiết mạnh canxi qua nước tiểu. Tuy nhiên, việc dư thừa yếu tố thứ 20 (hoặc vitamin D) sẽ dẫn đến những hậu quả tiêu cực - tăng canxi máu phát triển, hậu quả là vôi hóa xương và mô mạnh (chủ yếu ảnh hưởng đến hệ tiết niệu). Sự dư thừa canxi trong thời gian dài sẽ làm gián đoạn hoạt động của các mô cơ và thần kinh, làm tăng quá trình đông máu và làm giảm sự hấp thu kẽm của tế bào xương. Viêm xương khớp, đục thủy tinh thể và các vấn đề về huyết áp có thể xảy ra. Từ những điều trên, chúng ta có thể kết luận rằng tế bào của thực vật và động vật đòi hỏi tỷ lệ ion canxi được xác định nghiêm ngặt.

Trong dược lý và y học, các hợp chất canxi được sử dụng để sản xuất vitamin, viên nén, thuốc viên, thuốc tiêm, thuốc kháng sinh, cũng như sản xuất ống thuốc tiêm và dụng cụ y tế.

Hóa ra một nguyên nhân khá phổ biến gây vô sinh nam là do cơ thể thiếu canxi! Thực tế là đầu tinh trùng có hình mũi tên, hoàn toàn bao gồm canxi; nếu có đủ lượng nguyên tố này, tinh trùng có thể vượt qua màng và thụ tinh với trứng nếu không đủ lượng sẽ dẫn đến vô sinh; xảy ra.

Các nhà khoa học Mỹ phát hiện ra rằng việc thiếu ion canxi trong máu dẫn đến trí nhớ suy giảm, trí thông minh giảm sút. Ví dụ, tạp chí Science News nổi tiếng của Hoa Kỳ đã biết về các thí nghiệm xác nhận rằng mèo chỉ phát triển phản xạ có điều kiện nếu tế bào não của chúng chứa nhiều canxi hơn máu.

Hợp chất canxi cyanamide, có giá trị cao trong nông nghiệp, không chỉ được sử dụng làm phân bón nitơ và nguồn urê - một loại phân bón và nguyên liệu thô có giá trị để sản xuất nhựa tổng hợp, mà còn là chất có thể cơ giới hóa quá trình sản xuất. thu hoạch ruộng bông. Thực tế là sau khi xử lý bằng hợp chất này, cây bông sẽ rụng lá ngay lập tức, điều này cho phép người ta giao việc hái bông cho máy móc.

Khi nói về thực phẩm giàu canxi, người ta luôn nhắc đến các sản phẩm từ sữa, nhưng bản thân sữa đã chứa từ 120 mg (bò) đến 170 mg (cừu) canxi trên 100 g; phô mai tươi thậm chí còn kém hơn - chỉ 80 mg trên 100 gram. Trong số các sản phẩm từ sữa, chỉ có phô mai chứa từ 730 mg (Gouda) đến 970 mg (Emmenthal) canxi trên 100 g sản phẩm. Tuy nhiên, người giữ kỷ lục về hàm lượng nguyên tố thứ 20 lại là cây anh túc - 100 gam hạt anh túc chứa gần 1.500 mg canxi!

Canxi clorua CaCl2, ví dụ, được sử dụng trong các thiết bị làm lạnh, là sản phẩm thải của nhiều quy trình công nghệ hóa học, đặc biệt là sản xuất soda quy mô lớn. Tuy nhiên, mặc dù việc sử dụng rộng rãi canxi clorua trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhưng mức tiêu thụ của nó vẫn thấp hơn đáng kể so với sản xuất. Vì lý do này, ví dụ, gần các nhà máy sản xuất soda, toàn bộ hồ nước muối canxi clorua được hình thành. Những ao chứa như vậy không phải là hiếm.

Để hiểu được lượng hợp chất canxi được tiêu thụ, chỉ cần đưa ra một vài ví dụ. Trong sản xuất thép, vôi được sử dụng để loại bỏ phốt pho, silicon, mangan và lưu huỳnh; trong quá trình chuyển hóa oxy, mỗi tấn thép tiêu tốn 75 kg vôi! Một ví dụ khác đến từ một lĩnh vực hoàn toàn khác - ngành thực phẩm. Trong sản xuất đường, xi-rô đường thô được phản ứng với vôi để kết tủa canxi sucrose. Vì vậy, đường mía thường cần khoảng 3-5 kg ​​vôi mỗi tấn, và đường củ cải - gấp trăm lần, tức là khoảng nửa tấn vôi cho mỗi tấn đường!

“Độ cứng” của nước là một số tính chất mà muối canxi và magie hòa tan trong đó tạo ra cho nước. Độ cứng được chia thành tạm thời và vĩnh viễn. Độ cứng tạm thời hoặc độ cứng cacbonat là do sự có mặt của hydrocarbonat hòa tan Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2 trong nước. Rất dễ dàng để loại bỏ độ cứng cacbonat - khi nước đun sôi, bicarbonat biến thành canxi cacbonat và magie cacbonat không tan trong nước, kết tủa. Độ cứng vĩnh cửu được tạo ra bởi sunfat và clorua của cùng một kim loại, nhưng việc loại bỏ nó khó khăn hơn nhiều. Nước cứng đáng sợ không chỉ vì nó ngăn cản sự hình thành bọt xà phòng và do đó làm giặt quần áo tệ hơn, mà điều tồi tệ hơn nhiều là nó tạo thành một lớp cặn trong nồi hơi và nhà máy nồi hơi, do đó làm giảm hiệu quả của chúng và dẫn đến các tình huống khẩn cấp. Điều thú vị là họ đã biết cách xác định độ cứng của nước từ thời La Mã cổ đại. Rượu vang đỏ được sử dụng làm thuốc thử - các chất tạo màu của nó tạo thành kết tủa với các ion canxi và magiê.

Quá trình chuẩn bị canxi để dự trữ rất thú vị. Kim loại canxi được bảo quản lâu dài ở dạng mảnh có trọng lượng từ 0,5 đến 60 kg. Những “thỏi” này được đóng gói trong túi giấy, sau đó đặt trong các thùng sắt mạ kẽm có đường nối hàn và sơn. Các thùng chứa kín được đặt trong hộp gỗ. Những mảnh có trọng lượng dưới nửa kg không thể bảo quản được lâu - khi bị oxy hóa, chúng nhanh chóng biến thành oxit, hydroxit và canxi cacbonat.

Câu chuyện

Kim loại canxi được thu được tương đối gần đây - vào năm 1808, nhưng nhân loại đã quen thuộc với các hợp chất của kim loại này từ rất lâu. Từ xa xưa, con người đã sử dụng đá vôi, phấn, đá cẩm thạch, thạch cao, thạch cao và các hợp chất chứa canxi khác trong xây dựng và y học. Đá vôi CaCO3 rất có thể là vật liệu xây dựng đầu tiên được con người sử dụng. Nó được sử dụng trong việc xây dựng các kim tự tháp Ai Cập và Vạn Lý Trường Thành của Trung Quốc. Nhiều ngôi đền và nhà thờ ở Rus', cũng như hầu hết các tòa nhà ở Moscow cổ kính, được xây dựng bằng đá vôi - một loại đá trắng. Ngay cả trong thời cổ đại, một người, bằng cách đốt đá vôi, đã thu được vôi sống (CaO), bằng chứng là các tác phẩm của Pliny the Elder (thế kỷ 1 sau Công Nguyên) và Dioscorides, một bác sĩ trong quân đội La Mã, người được ông giới thiệu oxit canxi trong thuốc của mình. bài luận “Về thuốc.” Cái tên “vôi sống”, vẫn tồn tại cho đến ngày nay. Và tất cả điều này bất chấp thực tế là canxi oxit tinh khiết lần đầu tiên được mô tả bởi nhà hóa học người Đức I. Sau đó, chỉ vào năm 1746 và năm 1755, nhà hóa học J. Black, khi nghiên cứu quá trình nung, đã tiết lộ rằng sự mất khối lượng đá vôi trong quá trình nung xảy ra do đến việc giải phóng khí carbon dioxide:

CaCO3 ↔ CO2 + CaO

Các loại súng cối của người Ai Cập được sử dụng trong các kim tự tháp Giza được làm từ thạch cao đã khử nước một phần CaSO4 2H2O hay nói cách khác là thạch cao 2CaSO4∙H2O. Nó cũng là nền tảng của tất cả các lớp thạch cao trong lăng mộ Tutankhamun. Người Ai Cập đã sử dụng thạch cao nung (thạch cao tuyết hoa) làm chất kết dính trong xây dựng các công trình thủy lợi. Bằng cách đốt thạch cao tự nhiên ở nhiệt độ cao, các nhà xây dựng Ai Cập đã đạt được sự khử nước một phần và không chỉ nước mà cả anhydrit sulfuric cũng được tách ra khỏi phân tử. Sau này, khi pha loãng với nước sẽ thu được khối lượng rất chắc, không sợ nước và biến động nhiệt độ.

Người La Mã có thể được gọi một cách chính đáng là những người phát minh ra bê tông, bởi vì trong các tòa nhà của họ, họ đã sử dụng một trong những loại vật liệu xây dựng này - hỗn hợp đá dăm, cát và vôi. Có một mô tả của Pliny the Elder về việc xây dựng các bể chứa nước từ bê tông như vậy: “Để xây dựng các bể chứa nước, hãy lấy năm phần cát sỏi nguyên chất, hai phần vôi tôi tốt nhất và các mảnh silex (dung nham cứng) nặng không quá một giã từng cái, sau khi trộn xong, dùng búa đập nén chặt mặt đáy và mặt bên " Trong khí hậu ẩm ướt của Ý, bê tông là vật liệu có khả năng đàn hồi tốt nhất.

Hóa ra các hợp chất canxi đã được nhân loại biết đến từ lâu và được tiêu thụ rộng rãi. Tuy nhiên, cho đến cuối thế kỷ 18, các nhà hóa học vẫn coi vôi là một chất rắn đơn giản; chỉ ở ngưỡng cửa của thế kỷ mới, việc nghiên cứu bản chất của vôi và các hợp chất canxi khác mới bắt đầu. Vì vậy, Stahl cho rằng vôi là một chất phức tạp bao gồm các nguyên tắc đất và nước, và Black đã xác lập sự khác biệt giữa vôi ăn da và vôi có ga, loại vôi chứa “không khí cố định”. Antoine Laurent Lavoisier đã phân loại đất vôi (CaO) là một nguyên tố, nghĩa là, là một chất đơn giản, mặc dù vào năm 1789 ông cho rằng vôi, magie, barit, alumina và silica là những chất phức tạp, nhưng người ta chỉ có thể chứng minh điều này bằng cách phân hủy “đất cứng đầu” (canxi oxit). Và người đầu tiên thành công chính là Humphry Davy. Sau khi phân hủy thành công kali và oxit natri bằng điện phân, nhà hóa học quyết định thu được kim loại kiềm thổ theo cách tương tự. Tuy nhiên, những nỗ lực đầu tiên đều không thành công - người Anh đã cố gắng phân hủy vôi bằng điện phân trong không khí và dưới một lớp dầu, sau đó nung vôi bằng kali kim loại trong ống và thực hiện nhiều thí nghiệm khác nhưng vô ích. Cuối cùng, trong một thiết bị có cực âm thủy ngân, ông thu được hỗn hống bằng cách điện phân vôi và từ đó là canxi kim loại. Chẳng bao lâu sau, phương pháp lấy kim loại này đã được cải tiến bởi I. Berzelius và M. Pontin.

Nguyên tố mới nhận được tên của nó từ từ Latin “calx” (trong trường hợp sở hữu cách là calcis) - vôi, đá mềm. Calx là tên được đặt cho phấn, đá vôi, nói chung là đá cuội, nhưng thường là vữa làm từ vôi. Khái niệm này cũng được các tác giả cổ đại (Vitruvius, Pliny the Elder, Dioscorides) sử dụng, mô tả việc đốt đá vôi, tráng vôi và chuẩn bị vữa. Sau này, trong giới các nhà giả kim, “calx” biểu thị sản phẩm nung nói chung - nói riêng là kim loại. Ví dụ, oxit kim loại được gọi là vôi kim loại, và quá trình nung được gọi là nung. Trong văn học cổ điển của Nga, người ta đã tìm thấy từ kal (đất, đất sét), vì vậy trong bộ sưu tập Trinity-Sergius Lavra (thế kỷ XV) người ta nói: “tìm phân, từ đó họ tạo ra vàng của nồi nấu kim loại”. Chỉ sau này, từ phân, chắc chắn có liên quan đến từ "calx", mới trở thành đồng nghĩa với từ phân. Trong văn học Nga đầu thế kỷ 19, canxi đôi khi được gọi là gốc của đất đá vôi, vôi hóa (Shcheglov, 1830), vôi hóa (Iovsky), canxi, canxi (Hess).

Ở trong tự nhiên

Canxi là một trong những nguyên tố phổ biến nhất trên hành tinh của chúng ta - đứng thứ năm về hàm lượng định lượng trong tự nhiên (trong số phi kim loại, chỉ có oxy là phổ biến hơn - 49,5% và silicon - 25,3%) và thứ ba trong số các kim loại (chỉ phổ biến hơn là nhôm - 7,5% và sắt - 5,08%). Clarke (hàm lượng trung bình trong vỏ trái đất) canxi, theo nhiều ước tính khác nhau, dao động từ 2,96% khối lượng đến 3,38%, chúng ta có thể nói chắc chắn rằng con số này là khoảng 3%. Lớp vỏ ngoài của nguyên tử canxi có hai electron hóa trị, liên kết của chúng với hạt nhân khá yếu. Vì lý do này, canxi có tính phản ứng hóa học cao và không tồn tại ở dạng tự do trong tự nhiên. Tuy nhiên, nó tích cực di chuyển và tích lũy trong các hệ thống địa hóa khác nhau, tạo thành khoảng 400 khoáng chất: silicat, aluminosilicat, cacbonat, phốt phát, sunfat, borosilicate, molybdat, clorua và các loại khác, đứng thứ tư trong chỉ số này. Khi magma bazan tan chảy, canxi tích tụ trong sự tan chảy và được đưa vào thành phần của các khoáng chất tạo đá chính, trong quá trình phân tách hàm lượng của nó giảm đi trong quá trình phân biệt magma từ đá cơ bản sang đá axit. Phần lớn canxi nằm ở phần dưới của vỏ trái đất, tích tụ trong các loại đá cơ bản (6,72%); có rất ít canxi trong lớp phủ trái đất (0,7%) và có lẽ thậm chí còn ít hơn trong lõi trái đất (trong các thiên thạch sắt tương tự như lõi, nguyên tố thứ 20 chỉ là 0,02%).

Đúng vậy, hàm lượng canxi trong thiên thạch đá là 1,4% (hiếm khi tìm thấy canxi sunfua), trong các loại đá cỡ trung bình là 4,65% và đá axit chứa 1,58% canxi tính theo trọng lượng. Phần chính của canxi có trong silicat và aluminosilicate của các loại đá khác nhau (đá granit, gneis, v.v.), đặc biệt là trong fenspat - anorthite Ca, cũng như diopside CaMg, wollastonite Ca3. Ở dạng đá trầm tích, hợp chất canxi được thể hiện bằng phấn và đá vôi, bao gồm chủ yếu là khoáng vật canxit (CaCO3).

Canxi cacbonat CaCO3 là một trong những hợp chất phong phú nhất trên Trái đất - khoáng chất canxi cacbonat bao phủ khoảng 40 triệu km2 bề mặt trái đất. Ở nhiều nơi trên bề mặt Trái đất có các trầm tích canxi cacbonat đáng kể, được hình thành từ tàn tích của các sinh vật biển cổ đại - phấn, đá cẩm thạch, đá vôi, đá vỏ - tất cả đây là CaCO3 với các tạp chất nhỏ và canxit là CaCO3 tinh khiết. Điều quan trọng nhất trong số các khoáng chất này là đá vôi, hay đúng hơn là đá vôi - bởi vì mỗi lớp trầm tích khác nhau về mật độ, thành phần và lượng tạp chất. Ví dụ, đá vỏ là đá vôi có nguồn gốc hữu cơ và canxi cacbonat, có ít tạp chất hơn, tạo thành các tinh thể trong suốt của đá vôi hoặc đá Iceland. Phấn là một loại canxi cacbonat phổ biến khác, nhưng đá cẩm thạch, một dạng kết tinh của canxit, ít phổ biến hơn trong tự nhiên. Người ta thường chấp nhận rằng đá cẩm thạch được hình thành từ đá vôi trong thời đại địa chất cổ đại. Khi lớp vỏ trái đất di chuyển, các mỏ đá vôi riêng lẻ bị chôn vùi dưới các lớp đá khác. Dưới tác động của áp suất và nhiệt độ cao, quá trình kết tinh lại xảy ra, đá vôi biến thành đá kết tinh đậm đặc hơn - đá cẩm thạch. Nhũ đá và măng đá kỳ lạ là khoáng vật aragonit, một loại canxi cacbonat khác. Aragonit trực giao được hình thành ở vùng biển ấm - các lớp canxi cacbonat khổng lồ dưới dạng aragonit được hình thành ở Bahamas, Florida Keys và lưu vực Biển Đỏ. Cũng khá phổ biến là các khoáng chất canxi như fluorit CaF2, dolomit MgCO3 CaCO3, anhydrit CaSO4, photphorit Ca5(PO4)3(OH,CO3) (với nhiều tạp chất khác nhau) và apatit Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) - các dạng canxi photphat, thạch cao CaSO4 0,5H2O và thạch cao CaSO4 2H2O (dạng canxi sunfat) và các loại khác. Khoáng chất chứa canxi chứa các nguyên tố tạp chất thay thế đồng hình (ví dụ: natri, strontium, đất hiếm, chất phóng xạ và các nguyên tố khác).

Một lượng lớn nguyên tố thứ 20 được tìm thấy trong nước tự nhiên do sự tồn tại của “cân bằng cacbonat” toàn cầu giữa CaCO3 kém hòa tan, Ca(HCO3)2 hòa tan cao và CO2 có trong nước và không khí:

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

Phản ứng này có thể thuận nghịch và là cơ sở cho sự phân phối lại nguyên tố thứ 20 - với hàm lượng carbon dioxide cao trong nước, canxi ở dạng dung dịch và với hàm lượng CO2 thấp, khoáng chất canxit CaCO3 kết tủa, tạo thành các lớp đá vôi, phấn dày , và đá cẩm thạch.

Một lượng đáng kể canxi là một phần của các sinh vật sống, ví dụ, hydroxyapatite Ca5(PO4)3OH, hoặc, trong một mục khác, 3Ca3(PO4)2 Ca(OH)2 - nền tảng của mô xương của động vật có xương sống, bao gồm cả con người. Canxi cacbonat CaCO3 là thành phần chính có trong vỏ và vỏ của nhiều loài động vật không xương sống, vỏ trứng, san hô và thậm chí cả ngọc trai.

Ứng dụng

Kim loại canxi được sử dụng khá hiếm. Về cơ bản, kim loại này (cũng như hydrua của nó) được sử dụng trong sản xuất nhiệt luyện các kim loại khó khử - uranium, titan, thori, zirconium, Caesium, rubidium và một số kim loại đất hiếm từ các hợp chất của chúng (oxit hoặc halogenua ). Canxi được sử dụng làm chất khử trong sản xuất niken, đồng và thép không gỉ. Nguyên tố thứ 20 cũng được sử dụng để khử oxy trong thép, đồng thau và các hợp kim khác, để loại bỏ lưu huỳnh khỏi các sản phẩm dầu mỏ, để khử nước trong dung môi hữu cơ, để làm sạch argon khỏi tạp chất nitơ và làm chất hấp thụ khí trong các thiết bị chân không điện. Kim loại canxi được sử dụng trong sản xuất hợp kim chống ma sát của hệ thống Pb-Na-Ca (dùng trong vòng bi), cũng như hợp kim Pb-Ca dùng để sản xuất vỏ cáp điện. Hợp kim silicocanxi (Ca-Si-Ca) được sử dụng làm chất khử oxy và chất khử khí trong sản xuất thép chất lượng. Canxi được sử dụng làm nguyên tố hợp kim cho hợp kim nhôm và làm chất phụ gia biến tính cho hợp kim magiê. Ví dụ, việc bổ sung canxi làm tăng độ bền của vòng bi nhôm. Canxi nguyên chất cũng được sử dụng để làm hợp kim chì, được sử dụng để sản xuất các tấm ắc quy và ắc quy axit chì khởi động không cần bảo trì với khả năng tự phóng điện thấp. Ngoài ra, canxi kim loại còn được sử dụng để sản xuất búp bê canxi chất lượng cao BKA. Với sự trợ giúp của canxi, hàm lượng carbon trong gang được điều hòa và bismuth được loại bỏ khỏi chì, đồng thời thép được tinh chế khỏi oxy, lưu huỳnh và phốt pho. Canxi, cũng như các hợp kim của nó với nhôm và magiê, được sử dụng trong pin dự phòng nhiệt điện làm cực dương (ví dụ, nguyên tố canxi cromat).

Tuy nhiên, các hợp chất của nguyên tố thứ 20 được sử dụng rộng rãi hơn nhiều. Và trước hết chúng ta đang nói về các hợp chất canxi tự nhiên. Một trong những hợp chất canxi phổ biến nhất trên Trái đất là CaCO3 cacbonat. Canxi cacbonat tinh khiết là khoáng vật canxit, còn đá vôi, đá phấn, đá cẩm thạch và đá vỏ là CaCO3 có tạp chất nhỏ. Hỗn hợp canxi và magie cacbonat được gọi là dolomite. Đá vôi và dolomit được sử dụng chủ yếu làm vật liệu xây dựng, mặt đường hoặc chất khử axit trong đất. Canxi cacbonat CaCO3 cần thiết để sản xuất canxi oxit (vôi sống) CaO và canxi hydroxit (vôi tôi) Ca(OH)2. Đổi lại, CaO và Ca(OH)2 là những chất chính trong nhiều lĩnh vực của ngành công nghiệp hóa chất, luyện kim và cơ khí - canxi oxit, cả ở dạng tự do và là một phần của hỗn hợp gốm, được sử dụng trong sản xuất vật liệu chịu lửa; Ngành công nghiệp giấy và bột giấy cần một lượng lớn canxi hydroxit. Ngoài ra, Ca(OH)2 còn được dùng trong sản xuất thuốc tẩy (tẩy và diệt khuẩn tốt), muối Berthollet, soda và một số loại thuốc trừ sâu để trừ sâu bệnh hại cây trồng. Một lượng lớn vôi được tiêu thụ trong sản xuất thép - để loại bỏ lưu huỳnh, phốt pho, silicon và mangan. Một vai trò khác của vôi trong luyện kim là sản xuất magie. Vôi còn được dùng làm chất bôi trơn trong kéo dây thép và trung hòa chất thải tẩy rửa có chứa axit sulfuric. Ngoài ra, vôi là thuốc thử hóa học phổ biến nhất trong xử lý nước uống và nước công nghiệp (cùng với muối phèn hoặc sắt, nó làm đông tụ huyền phù và loại bỏ cặn, đồng thời làm mềm nước bằng cách loại bỏ độ cứng tạm thời - bicarbonate -). Trong cuộc sống hàng ngày và y học, canxi cacbonat kết tủa được sử dụng làm chất trung hòa axit, chất mài mòn nhẹ trong kem đánh răng, nguồn bổ sung canxi trong chế độ ăn uống, một phần không thể thiếu trong kẹo cao su và chất độn trong mỹ phẩm. CaCO3 cũng được sử dụng làm chất độn trong cao su, mủ cao su, sơn và men, cũng như trong nhựa (khoảng 10% trọng lượng) để cải thiện khả năng chịu nhiệt, độ cứng, độ cứng và khả năng gia công của chúng.

Canxi florua CaF2 có tầm quan trọng đặc biệt, bởi vì ở dạng khoáng chất (fluorit), nó là nguồn flo duy nhất quan trọng trong công nghiệp! Canxi florua (fluorite) được sử dụng ở dạng đơn tinh thể trong quang học (vật kính thiên văn, thấu kính, lăng kính) và làm vật liệu laser. Thực tế là kính chỉ làm bằng canxi florua mới có thể thấm được toàn bộ dải quang phổ. Canxi tungstate (scheelite) ở dạng đơn tinh thể được sử dụng trong công nghệ laser và cũng như chất nhấp nháy. Không kém phần quan trọng là canxi clorua CaCl2 - một thành phần của nước muối dùng cho các thiết bị làm lạnh và làm đầy lốp máy kéo và các phương tiện khác. Với sự trợ giúp của canxi clorua, đường và vỉa hè được làm sạch băng tuyết; hợp chất này được sử dụng để bảo vệ than và quặng khỏi bị đóng băng trong quá trình vận chuyển và bảo quản; CaCl2 được sử dụng trong hỗn hợp bê tông để đẩy nhanh quá trình đông kết và tăng cường độ ban đầu cũng như cường độ cuối cùng của bê tông.

Canxi cacbua CaC2 được sản xuất nhân tạo (bằng cách nung canxi oxit với than cốc trong lò điện) được sử dụng để sản xuất axetylen và khử kim loại, cũng như sản xuất canxi xyanua, từ đó giải phóng amoniac dưới tác dụng của hơi nước. Ngoài ra, canxi xyanua còn được dùng để sản xuất urê - một loại phân bón có giá trị và là nguyên liệu sản xuất nhựa tổng hợp. Bằng cách đun nóng canxi trong khí quyển hydro, người ta thu được CaH2 (canxi hydrua), được sử dụng trong luyện kim (nhiệt luyện kim) và sản xuất hydro trên đồng ruộng (có thể thu được hơn một mét khối hydro từ 1 kg canxi hydrua ), chẳng hạn, được sử dụng để lấp đầy bóng bay. Trong thực hành trong phòng thí nghiệm, canxi hydrua được sử dụng làm chất khử năng lượng. Thuốc trừ sâu canxi arsenate, thu được bằng cách trung hòa axit arsenic với vôi, được sử dụng rộng rãi để chống mọt bông, sâu bướm, sâu thuốc lá và bọ khoai tây Colorado. Thuốc diệt nấm quan trọng là thuốc xịt vôi sunfat và hỗn hợp Bordeaux, được làm từ đồng sunfat và canxi hydroxit.

Sản xuất

Người đầu tiên thu được kim loại canxi là nhà hóa học người Anh Humphry Davy. Năm 1808, ông điện phân hỗn hợp vôi tôi ướt Ca(OH)2 với thủy ngân oxit HgO trên một tấm bạch kim dùng làm cực dương (dây bạch kim ngâm trong thủy ngân đóng vai trò là cực âm), kết quả là Davy thu được canxi. hỗn hống bằng cách loại bỏ thủy ngân khỏi nó, nhà hóa học thu được một kim loại mới mà ông gọi là canxi.

Trong công nghiệp hiện đại, canxi kim loại tự do thu được bằng cách điện phân nóng chảy canxi clorua CaCl2, tỷ lệ trong đó là 75-85% và kali clorua KCl (có thể sử dụng hỗn hợp CaCl2 và CaF2) hoặc bằng cách khử nhiệt nhôm canxi oxit CaO ở nhiệt độ 1.170-1.200°C. Canxi clorua khan tinh khiết cần thiết cho quá trình điện phân thu được bằng cách clo hóa oxit canxi khi đun nóng với sự có mặt của than hoặc bằng cách khử nước CaCl2∙6H2O thu được bằng phản ứng của axit clohydric trên đá vôi. Quá trình điện phân diễn ra trong bể điện phân, trong đó muối canxi clorua khô, không chứa tạp chất và kali clorua, cần thiết để hạ thấp điểm nóng chảy của hỗn hợp, được đặt vào. Các khối than chì được đặt phía trên bồn tắm - cực dương, bồn tắm bằng gang hoặc thép chứa đầy hợp kim đồng-canxi, hoạt động như một cực âm. Trong quá trình điện phân, canxi đi vào hợp kim đồng-canxi, làm cho nó trở nên giàu có hơn; một phần hợp kim đã được làm giàu liên tục bị loại bỏ, thay vào đó, một hợp kim đã thiếu canxi (30-35% Ca) được thêm vào, đồng thời tạo thành clo. hỗn hợp clo-không khí (khí anốt), sau đó đi vào quá trình clo hóa sữa vôi. Hợp kim đồng-canxi đã được làm giàu có thể được sử dụng trực tiếp dưới dạng hợp kim hoặc được gửi đi tinh chế (chưng cất), trong đó canxi kim loại có độ tinh khiết hạt nhân thu được từ nó bằng cách chưng cất trong chân không (ở nhiệt độ 1.000-1.080 ° C và áp suất dư là 1.000-1.080 ° C). 13-20 kPa). Để thu được canxi có độ tinh khiết cao, nó được chưng cất hai lần. Quá trình điện phân được thực hiện ở nhiệt độ 680-720°C. Thực tế là đây là nhiệt độ tối ưu nhất cho quá trình điện phân - ở nhiệt độ thấp hơn, hợp kim giàu canxi nổi lên bề mặt chất điện phân, và ở nhiệt độ cao hơn, canxi hòa tan trong chất điện phân với sự hình thành CaCl. Trong quá trình điện phân với catốt lỏng từ hợp kim canxi và chì hoặc canxi và kẽm, hợp kim canxi với chì (cho vòng bi) và với kẽm (để sản xuất bê tông bọt - khi hợp kim phản ứng với độ ẩm, hydro được giải phóng và tạo ra cấu trúc xốp ) thu được trực tiếp. Đôi khi quá trình này được thực hiện với cực âm sắt được làm mát, chỉ tiếp xúc với bề mặt của chất điện phân nóng chảy. Khi canxi được giải phóng, cực âm được nâng lên dần, một thanh canxi (50-60 cm), được bảo vệ khỏi oxy trong khí quyển bằng một lớp chất điện phân đông đặc, được kéo ra khỏi khối nóng chảy. “Phương pháp chạm” tạo ra canxi bị ô nhiễm nặng canxi clorua, sắt, nhôm và natri; quá trình tinh chế được thực hiện bằng cách nấu chảy trong môi trường khí argon.

Một phương pháp khác để sản xuất canxi - luyện kim - đã được chứng minh về mặt lý thuyết vào năm 1865 bởi nhà hóa học nổi tiếng người Nga N. N. Beketov. Phương pháp nhiệt nhôm dựa trên phản ứng:

6CaO + 2Al → 3CaO Al2O3 + 3Ca

Than bánh được ép từ hỗn hợp canxi oxit và bột nhôm, chúng được đặt trong nồi chưng cất bằng thép crom-niken và canxi thu được được chưng cất ở nhiệt độ 1.170-1.200 °C và áp suất dư 0,7-2,6 Pa. Canxi thu được dưới dạng hơi nước, sau đó được ngưng tụ trên bề mặt lạnh. Phương pháp nhiệt nhôm để sản xuất canxi được sử dụng ở Trung Quốc, Pháp và một số nước khác. Hoa Kỳ là nước đầu tiên sử dụng phương pháp nhiệt luyện kim loại để sản xuất canxi ở quy mô công nghiệp trong Thế chiến thứ hai. Theo cách tương tự, canxi có thể thu được bằng cách khử CaO bằng ferrosilicon hoặc silicoalumin. Canxi được sản xuất dưới dạng thỏi hoặc tấm với độ tinh khiết 98-99%.

Ưu và nhược điểm tồn tại trong cả hai phương pháp. Phương pháp điện phân đa tác dụng, tiêu tốn nhiều năng lượng (40-50 kWh năng lượng tiêu thụ trên 1 kg canxi) và cũng không thân thiện với môi trường, đòi hỏi một lượng lớn thuốc thử và vật liệu. Tuy nhiên, hiệu suất canxi của phương pháp này là 70-80%, trong khi với phương pháp nhiệt nhôm hiệu suất chỉ đạt 50-60%. Ngoài ra, với phương pháp nhiệt luyện kim loại để thu được canxi, nhược điểm là cần phải tiến hành chưng cất nhiều lần, ưu điểm là tiêu thụ năng lượng thấp và không phát thải khí và chất lỏng độc hại.

Cách đây không lâu, một phương pháp mới để sản xuất kim loại canxi đã được phát triển - phương pháp này dựa trên sự phân ly nhiệt của cacbua canxi: cacbua nung nóng trong chân không đến 1.750 °C phân hủy tạo thành hơi canxi và than chì rắn.

Cho đến giữa thế kỷ 20, kim loại canxi được sản xuất với số lượng rất nhỏ vì nó hầu như không được ứng dụng. Ví dụ, ở Hoa Kỳ trong Thế chiến thứ hai, không quá 25 tấn canxi được tiêu thụ và ở Đức chỉ có 5-10 tấn. Chỉ trong nửa sau của thế kỷ 20, khi người ta biết rõ rằng canxi là chất khử tích cực đối với nhiều kim loại hiếm và kim loại chịu lửa, lượng tiêu thụ đã tăng nhanh (khoảng 100 tấn mỗi năm) và do đó, việc sản xuất kim loại này đã tăng lên. bắt đầu. Với sự phát triển của ngành công nghiệp hạt nhân, nơi canxi được sử dụng như một thành phần trong quá trình khử nhiệt kim loại uranium từ uranium tetraflorua (ngoại trừ ở Hoa Kỳ, nơi magie được sử dụng thay vì canxi), nhu cầu (khoảng 2.000 tấn mỗi năm) đối với nguyên tố số 20 cũng như việc sản xuất nó đã tăng lên gấp nhiều lần. Hiện tại, Trung Quốc, Nga, Canada và Pháp có thể được coi là những nhà sản xuất kim loại canxi chính. Từ những quốc gia này, canxi được gửi đến Mỹ, Mexico, Úc, Thụy Sĩ, Nhật Bản, Đức và Anh. Giá canxi kim loại tăng đều đặn cho đến khi Trung Quốc bắt đầu sản xuất kim loại này với số lượng lớn đến mức thị trường thế giới dư thừa nguyên tố thứ 20, khiến giá giảm mạnh.

Tính chất vật lý

Kim loại canxi là gì? Nguyên tố này, được nhà hóa học người Anh Humphry Davy thu được vào năm 1808, có những đặc tính gì, một kim loại có khối lượng trong cơ thể một người trưởng thành có thể lên tới 2 kg?

Chất đơn giản canxi là kim loại nhẹ màu trắng bạc. Mật độ canxi chỉ 1,54 g/cm3 (ở nhiệt độ 20°C), kém đáng kể so với mật độ sắt (7,87 g/cm3), chì (11,34 g/cm3), vàng (19,3 g/cm3). ) hoặc bạch kim (21,5 g/cm3). Canxi thậm chí còn nhẹ hơn các kim loại “không trọng lượng” như nhôm (2,70 g/cm3) hoặc magie (1,74 g/cm3). Rất ít kim loại có thể “tự hào” về mật độ thấp hơn mật độ của nguyên tố thứ 20 - natri (0,97 g/cm3), kali (0,86 g/cm3), lithium (0,53 g/cm3). Mật độ của canxi rất giống với rubidium (1,53 g/cm3). Điểm nóng chảy của canxi là 851 °C, điểm sôi là 1.480 °C. Các kim loại kiềm thổ khác có điểm nóng chảy tương tự (mặc dù thấp hơn một chút) và điểm sôi - strontium (770 °C và 1.380 °C) và bari (710 °C và 1.640 °C).

Canxi kim loại tồn tại ở hai dạng biến đổi đẳng hướng: ở nhiệt độ thường lên tới 443°C, α-canxi ổn định với mạng tinh thể lập phương tâm như đồng, với các tham số: a = 0,558 nm, z = 4, nhóm không gian Fm3m, bán kính nguyên tử 1,97 A, bán kính ion Ca2+ 1,04 A; trong khoảng nhiệt độ 443-842 °C, β-canxi có mạng lập phương tâm khối thuộc loại sắt α ổn định với các thông số a = 0,448 nm, z = 2, nhóm không gian Im3m. Entanpy tiêu chuẩn của quá trình chuyển đổi từ biến đổi α sang biến đổi β là 0,93 kJ/mol. Hệ số nhiệt độ giãn nở tuyến tính của canxi ở khoảng nhiệt độ 0-300°C là 22 10-6. Độ dẫn nhiệt của nguyên tố thứ 20 ở 20 °C là 125,6 W/(m K) hoặc 0,3 cal/(cm giây °C). Nhiệt dung riêng của canxi trong khoảng từ 0 đến 100 ° C là 623,9 J/(kg K) hoặc 0,149 cal/(g ° C). Điện trở suất của canxi ở nhiệt độ 20° C là 4,6 10-8 ohm m hoặc 4,6 10-6 ohm cm; hệ số nhiệt độ của điện trở của nguyên tố số 20 là 4,57 10-3 (ở 20°C). Mô đun đàn hồi canxi 26 H/m2 hoặc 2600 kgf/mm2; độ bền kéo 60 MN/m2 (6 kgf/mm2); giới hạn đàn hồi của canxi là 4 MN/m2 hoặc 0,4 kgf/mm2, giới hạn chảy là 38 MN/m2 (3,8 kgf/mm2); độ giãn dài tương đối của phần tử thứ hai mươi 50%; Độ cứng canxi theo Brinell là 200-300 MN/m2 hoặc 20-30 kgf/mm2. Khi áp suất tăng dần, canxi bắt đầu thể hiện các đặc tính của chất bán dẫn, nhưng không trở thành đặc tính theo đúng nghĩa của từ này (đồng thời, nó không còn là kim loại nữa). Khi áp suất tăng thêm, canxi trở lại trạng thái kim loại và bắt đầu thể hiện tính chất siêu dẫn (nhiệt độ siêu dẫn cao gấp sáu lần so với thủy ngân và vượt xa tất cả các nguyên tố dẫn điện khác). Hành vi độc đáo của canxi tương tự về nhiều mặt với strontium (nghĩa là những điểm tương đồng trong bảng tuần hoàn vẫn được giữ nguyên).

Các tính chất cơ học của canxi nguyên tố không khác biệt so với các tính chất của các thành viên khác trong họ kim loại, là vật liệu kết cấu tuyệt vời: kim loại canxi có độ tinh khiết cao, dễ uốn, dễ ép và cuộn, kéo thành dây, rèn và có thể cắt được - nó có thể được bật trên một máy tiện. Tuy nhiên, bất chấp tất cả những phẩm chất tuyệt vời này của vật liệu xây dựng, canxi lại không như vậy - lý do cho điều này là do hoạt tính hóa học cao của nó. Đúng vậy, chúng ta không nên quên rằng canxi là vật liệu cấu trúc không thể thay thế của mô xương và các khoáng chất của nó đã là vật liệu xây dựng trong nhiều thiên niên kỷ.

Tính chất hóa học

Cấu hình lớp vỏ electron bên ngoài của nguyên tử canxi là 4s2, xác định hóa trị 2 của nguyên tố thứ 20 trong các hợp chất. Hai electron của lớp ngoài tương đối dễ dàng tách ra khỏi nguyên tử, biến thành các ion tích điện kép dương. Vì lý do này, về mặt hoạt động hóa học, canxi chỉ thua kém một chút so với các kim loại kiềm (kali, natri, lithium). Giống như canxi, ngay cả ở nhiệt độ phòng bình thường, dễ dàng tương tác với oxy, carbon dioxide và không khí ẩm, bị bao phủ bởi một màng màu xám xỉn của hỗn hợp CaO oxit và Ca(OH)2 hydroxit. Do đó, canxi được lưu trữ trong một thùng chứa kín dưới một lớp dầu khoáng, parafin lỏng hoặc dầu hỏa. Khi đun nóng trong oxy và không khí, canxi bốc cháy, cháy với ngọn lửa đỏ tươi tạo thành oxit bazơ CaO, là chất màu trắng, khó cháy với nhiệt độ nóng chảy khoảng 2.600 °C. Canxi oxit còn được gọi trong kỹ thuật là vôi sống hoặc vôi cháy. Canxi peroxit - CaO2 và CaO4 - cũng thu được. Canxi phản ứng với nước giải phóng hydro (trong dãy thế chuẩn, canxi nằm ở bên trái của hydro và có khả năng đẩy nó ra khỏi nước) và tạo thành canxi hydroxit Ca(OH)2, và trong nước lạnh phản ứng tốc độ giảm dần (do hình thành lớp canxi hydroxit kém hòa tan trên bề mặt kim loại):

Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2 + Q

Canxi phản ứng mạnh hơn với nước nóng, nhanh chóng thay thế hydro và tạo thành Ca(OH)2. Canxi hydroxit Ca(OH)2 là một bazơ mạnh, ít tan trong nước. Dung dịch bão hòa canxi hydroxit được gọi là nước vôi và có tính kiềm. Trong không khí, nước vôi nhanh chóng trở nên đục do sự hấp thụ carbon dioxide và hình thành canxi cacbonat không hòa tan. Mặc dù các quá trình bạo lực như vậy xảy ra trong quá trình tương tác của nguyên tố thứ 20 với nước, tuy nhiên, không giống như kim loại kiềm, phản ứng giữa canxi và nước diễn ra ít năng lượng hơn - không gây nổ hoặc cháy. Nhìn chung, hoạt tính hóa học của canxi thấp hơn so với các kim loại kiềm thổ khác.

Canxi kết hợp tích cực với các halogen, tạo thành các hợp chất thuộc loại CaX2 - nó phản ứng với flo khi lạnh, và với clo và brom ở nhiệt độ trên 400 ° C, tạo ra CaF2, CaCl2 và CaBr2 tương ứng. Các halogenua này ở trạng thái nóng chảy cùng với canxi monohalua thuộc loại CaX - CaF, CaCl, trong đó canxi chính thức là hóa trị một. Các hợp chất này chỉ ổn định ở nhiệt độ nóng chảy của dihalua (chúng không cân xứng khi làm lạnh để tạo thành Ca và CaX2). Ngoài ra, canxi tương tác tích cực, đặc biệt là khi đun nóng, với nhiều phi kim loại khác nhau: với lưu huỳnh, khi đun nóng thu được canxi sunfua CaS, chất sau thêm lưu huỳnh, tạo thành polysulfua (CaS2, CaS4 và các loại khác); tương tác với hydro khô ở nhiệt độ 300-400°C, canxi tạo thành hydrua CaH2 - một hợp chất ion trong đó hydro là anion. Canxi hydrua CaH2 là chất giống như muối trắng phản ứng mạnh với nước giải phóng hydro:

CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2

Khi đun nóng (khoảng 500° C) trong môi trường nitơ, canxi bốc cháy và tạo thành nitrit Ca3N2, được biết đến ở hai dạng tinh thể - α nhiệt độ cao và β nhiệt độ thấp. Nitride Ca3N4 cũng thu được bằng cách đun nóng canxi amit Ca(NH2)2 trong chân không. Khi đun nóng mà không tiếp xúc với không khí với than chì (cacbon), silicon hoặc phốt pho, canxi lần lượt tạo ra canxi cacbua CaC2, silicua Ca2Si, Ca3Si4, CaSi, CaSi2 và photphua Ca3P2, CaP và CaP3. Hầu hết các hợp chất của canxi với phi kim đều dễ bị phân hủy bởi nước:

CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2

Ca3N2 + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2NH3

Với boron, canxi tạo thành canxi boride CaB6, với chalcogen - chalcogenides CaS, CaSe, CaTe. Polychalcogenides CaS4, CaS5, Ca2Te3 cũng được biết đến. Canxi tạo thành các hợp chất liên kim với nhiều kim loại khác nhau - nhôm, vàng, bạc, đồng, chì và các kim loại khác. Là một chất khử mạnh mẽ, canxi thay thế hầu hết các kim loại khỏi các oxit, sunfua và halogenua của chúng khi đun nóng. Canxi hòa tan tốt trong NH3 amoniac lỏng tạo thành dung dịch màu xanh lam, khi bay hơi giải phóng amoniac [Ca(NH3)6] - một hợp chất rắn màu vàng có tính dẫn điện bằng kim loại. Muối canxi thường thu được bằng sự tương tác giữa oxit axit với oxit canxi, tác dụng của axit với Ca(OH)2 hoặc CaCO3 và phản ứng trao đổi trong dung dịch nước của chất điện phân. Nhiều muối canxi hòa tan cao trong nước (CaCl2 clorua, CaBr2 bromua, CaI2 iodua và Ca(NO3)2 nitrat), chúng hầu như luôn tạo thành hydrat tinh thể. Không hòa tan trong nước là florua CaF2, cacbonat CaCO3, sunfat CaSO4, orthophotphat Ca3(PO4)2, oxalat CaC2O4 và một số chất khác.

Giới thiệu

Tính chất và công dụng của canxi

1 Tính chất vật lý

2 Tính chất hóa học

3 Ứng dụng

Nhận canxi

1 Sản xuất điện phân canxi và hợp kim của nó

2 Sản xuất nhiệt

3 Phương pháp nhiệt chân không để thu được canxi

3.1 Phương pháp nhiệt nhôm khử canxi

3.2 Phương pháp khử canxi bằng silic nhiệt

Phần thực hành

Danh sách tài liệu được sử dụng

Giới thiệu

Nguyên tố hóa học nhóm II của hệ tuần hoàn Mendeleev, số nguyên tử 20, khối lượng nguyên tử 40,08; kim loại nhẹ màu trắng bạc. Nguyên tố tự nhiên là hỗn hợp của sáu đồng vị ổn định: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca và 48Ca, trong đó phổ biến nhất là 40 Ca (96, 97%).

Các hợp chất Ca - đá vôi, đá cẩm thạch, thạch cao (cũng như vôi - sản phẩm nung của đá vôi) đã được sử dụng trong xây dựng từ thời cổ đại. Cho đến cuối thế kỷ 18, các nhà hóa học vẫn coi vôi là một chất rắn đơn giản. Năm 1789, A. Lavoisier cho rằng vôi, magie, barit, alumina và silica là những chất phức tạp. Năm 1808, G. Davy, cho hỗn hợp vôi tôi ướt với oxit thủy ngân vào điện phân bằng cực âm thủy ngân, đã điều chế được hỗn hống Ca, và bằng cách chưng cất thủy ngân từ nó, ông thu được một kim loại gọi là “Canxi” (từ tiếng Latin calx, giới tính canxi - vôi).

Khả năng của canxi liên kết với oxy và nitơ đã giúp nó có thể được sử dụng để tinh chế các khí trơ và làm chất thu khí (Getter là chất dùng để hấp thụ khí và tạo chân không sâu trong các thiết bị điện tử) trong thiết bị vô tuyến chân không.

Canxi cũng được sử dụng trong luyện kim đồng, niken, thép đặc biệt và đồng thau; chúng liên kết các tạp chất có hại của lưu huỳnh, phốt pho và carbon dư thừa. Với mục đích tương tự, hợp kim canxi với silicon, lithium, natri, boron và nhôm được sử dụng.

Trong công nghiệp, canxi được thu được theo hai cách:

) Bằng cách nung hỗn hợp bột CaO và Al đã đóng bánh ở nhiệt độ 1200°C trong chân không 0,01 - 0,02 mm. rt. Nghệ thuật.; phân biệt bằng phản ứng:

CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

Hơi canxi ngưng tụ trên bề mặt lạnh.

) Bằng điện phân nóng chảy CaCl2 và KCl với catốt đồng-canxi lỏng, thu được hợp kim Cu - Ca (65% Ca), từ đó canxi được chưng cất ở nhiệt độ 950 - 1000 ° C trong chân không. 0,1 - 0,001 mmHg.

) Phương pháp sản xuất canxi bằng phương pháp phân ly nhiệt cacbua canxi CaC2 cũng đã được phát triển.

Canxi rất phổ biến trong tự nhiên ở dạng hợp chất khác nhau. Trong vỏ trái đất nó đứng thứ 5, chiếm 3,25% và thường gặp nhất ở dạng đá vôi CaCO 3, đôlômit CaCO 3Mg CO 3, thạch cao CaSO 42H 2O, photphorit Ca 3(P.O. 4)2 và florit CaF 2, chưa tính tỷ lệ đáng kể canxi trong thành phần đá silicat. Nước biển chứa trung bình 0,04% (khối lượng) canxi.

Trong khóa học này, các tính chất và ứng dụng của canxi cũng như lý thuyết và công nghệ của phương pháp nhiệt chân không để sản xuất canxi sẽ được nghiên cứu.

. Tính chất và công dụng của canxi

.1 Tính chất vật lý

Canxi là kim loại màu trắng bạc nhưng bị xỉn màu khi tiếp xúc với không khí do hình thành oxit trên bề mặt. Nó là một kim loại dẻo cứng hơn chì. Mạng tinh thể ?-Hình Ca (ổn định ở nhiệt độ thường) lập phương tâm mặt, a = 5,56 Å . Bán kính nguyên tử 1,97 Å , bán kính ion Ca 2+, 1,04Å . Mật độ 1,54 g/cm3 3(20°C). Hình lục giác trên 464 °C ?-hình thức. điểm nóng chảy 851 °C, điểm sôi 1482 °C; hệ số nhiệt độ giãn nở tuyến tính 22·10 -6 (0-300°C); độ dẫn nhiệt ở 20 °C 125,6 W/(m K) hoặc 0,3 cal/(cm giây °C); nhiệt dung riêng (0-100 °C) 623,9 J/(kg K) hoặc 0,149 cal/(g °C); điện trở suất ở 20°C 4,6 10 -8ohm m hoặc 4,6 10 -6 ồ cm; hệ số nhiệt độ của điện trở là 4,57·10-3 (20 °C). Mô đun đàn hồi 26 Gn/m 2(2600 kgf/mm 2); độ bền kéo 60 MN/m 2(6 kgf/mm 2); giới hạn đàn hồi 4 MN/m 2(0,4 kgf/mm 2), cường độ chảy 38 MN/m 2(3,8 kgf/mm 2); độ giãn dài tương đối 50%; Độ cứng Brinell 200-300 Mn/m 2(20-30 kgf/mm 2). Canxi có độ tinh khiết đủ cao là chất dẻo, dễ ép, cán và dễ cắt.

1.2 Tính chất hóa học

Canxi là một kim loại hoạt động. Vì vậy, trong điều kiện bình thường, nó dễ dàng tương tác với oxy và halogen trong khí quyển:

Ca + O 2= 2 CaO (canxi oxit) (1)

Ca + Br 2= CaBr 2(canxi bromua). (2)

Canxi phản ứng với hydro, nitơ, lưu huỳnh, phốt pho, cacbon và các phi kim loại khác khi đun nóng:

Ca + H 2= SaN 2(canxi hydrua) (3)

Ca + N 2= Ca 3N 2(canxi nitrit) (4)

Ca + S = CaS (canxi sunfua) (5)

Ca + 2 P = Ca 3R 2(canxi photphua) (6)

Ca + 2 C = CaC 2 (canxi cacbua) (7)

Canxi phản ứng chậm với nước lạnh nhưng rất mạnh với nước nóng, tạo thành bazơ mạnh Ca(OH)2 :

Ca + 2H 2O = Ca(OH)2 + N 2 (8)

Là chất khử có năng lượng cao, canxi có thể loại bỏ oxy hoặc halogen khỏi oxit và halogenua của các kim loại kém hoạt động hơn, tức là nó có tính chất khử:

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

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

Canxi phản ứng mạnh với axit giải phóng hydro, phản ứng với halogen và hydro khô tạo thành CaH hydrua 2. Khi nung canxi với than chì, cacbua CaC được hình thành. 2. Canxi thu được bằng cách điện phân CaCl nóng chảy 2hoặc khử nhiệt nhôm trong chân không:

6CaO + 2Al = 3Ca + 3CaO Al2 VỀ 3 (11)

Kim loại nguyên chất được sử dụng để khử các hợp chất của Cs, Rb, Cr, V, Zr, Th, U thành kim loại và khử oxy cho thép.

1.3 Ứng dụng

Canxi ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Gần đây, nó đã đạt được tầm quan trọng lớn như một chất khử trong điều chế một số kim loại.

Kim loại nguyên chất. Uranium thu được bằng cách khử uranium florua bằng kim loại canxi. Canxi hoặc hydrua của nó có thể được sử dụng để khử oxit titan, cũng như các oxit của zirconi, thori, tantalum, niobi và các kim loại hiếm khác.

Canxi là chất khử oxy và khử khí tốt trong sản xuất đồng, niken, hợp kim crom-niken, thép đặc biệt, đồng niken và thiếc; nó loại bỏ lưu huỳnh, phốt pho và cacbon khỏi kim loại và hợp kim.

Canxi tạo thành các hợp chất chịu lửa với bismuth nên được dùng để tinh chế chì khỏi bismuth.

Canxi được thêm vào các hợp kim nhẹ khác nhau. Nó giúp cải thiện bề mặt phôi, kích thước hạt mịn và giảm quá trình oxy hóa.

Hợp kim ổ trục có chứa canxi được sử dụng rộng rãi. Hợp kim chì (0,04% Ca) có thể được sử dụng để làm vỏ cáp.

Hợp kim chống ma sát của canxi và chì được sử dụng trong công nghệ. Khoáng chất canxi được sử dụng rộng rãi. Vì vậy, đá vôi được sử dụng trong sản xuất vôi, xi măng, gạch vôi cát và trực tiếp làm vật liệu xây dựng, trong luyện kim (chất trợ dung), trong công nghiệp hóa chất để sản xuất cacbua canxi, soda, xút, thuốc tẩy, phân bón, trong sản xuất đường, thủy tinh.

Phấn, đá cẩm thạch, thạch cao Iceland, thạch cao, fluorit, v.v. có tầm quan trọng thực tế. Do khả năng liên kết oxy và nitơ, hợp kim canxi hoặc canxi với natri và các kim loại khác được sử dụng để lọc khí hiếm và làm chất thu khí trong thiết bị vô tuyến chân không. Canxi cũng được sử dụng để sản xuất hydrua, một nguồn cung cấp hydro trên đồng ruộng.

2. Bổ sung canxi

Có một số cách để thu được canxi, đó là điện phân, nhiệt, nhiệt chân không.

.1 Sản xuất điện phân canxi và hợp kim của nó

Bản chất của phương pháp này là cực âm ban đầu chạm vào chất điện phân nóng chảy. Tại điểm tiếp xúc, một giọt kim loại lỏng được hình thành, làm ướt cực âm, khi cực âm được nâng lên từ từ và đều, sẽ được loại bỏ khỏi sự tan chảy cùng với nó và đông đặc lại. Trong trường hợp này, giọt đông đặc được phủ một lớp màng điện phân rắn, bảo vệ kim loại khỏi quá trình oxy hóa và thấm nitơ. Bằng cách nâng cực âm liên tục và cẩn thận, canxi sẽ được hút thành các que.

2.2 Sản xuất nhiệt

nhiệt điện hóa canxi

· Quá trình clorua: Công nghệ bao gồm nấu chảy và khử nước canxi clorua, nấu chảy chì, tạo ra hợp kim chì-natri kép, tạo ra hợp kim chì-natri-canxi bậc ba và pha loãng hợp kim bậc ba với chì sau khi loại bỏ muối. Phản ứng với canxi clorua diễn ra theo phương trình

CaCl 2 +Na 2Pb 5=2NaCl + PbCa + 2Pb (12)

· Quá trình cacbua: Cơ sở để sản xuất hợp kim chì-canxi là phản ứng giữa cacbua canxi và chì nóng chảy theo phương trình

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

2.3 Phương pháp nhiệt chân không sản xuất canxi

Nguyên liệu cho phương pháp nhiệt chân không

Nguyên liệu thô để khử canxi oxit bằng nhiệt là vôi, thu được bằng cách nung đá vôi. Các yêu cầu chính đối với nguyên liệu thô như sau: vôi phải càng tinh khiết càng tốt và chứa tối thiểu tạp chất có thể khử và chuyển hóa thành kim loại cùng với canxi, đặc biệt là kim loại kiềm và magie. Đá vôi phải được nung cho đến khi cacbonat bị phân hủy hoàn toàn, nhưng không phải trước khi nung kết, vì khả năng khử của vật liệu thiêu kết thấp hơn. Sản phẩm nung phải được bảo vệ khỏi sự hấp thụ độ ẩm và carbon dioxide, việc giải phóng chúng trong quá trình phục hồi sẽ làm giảm hiệu suất của quy trình. Công nghệ nung đá vôi và xử lý sản phẩm nung tương tự như xử lý dolomit cho phương pháp nhiệt silic sản xuất magie.

.3.1 Phương pháp nhiệt nhôm để khử canxi

Sơ đồ biểu diễn sự phụ thuộc nhiệt độ của sự thay đổi năng lượng tự do của quá trình oxy hóa của một số kim loại (Hình 1) cho thấy canxi oxit là một trong những oxit bền nhất và khó khử nhất. Nó không thể bị khử bởi các kim loại khác theo cách thông thường - ở nhiệt độ và áp suất khí quyển tương đối thấp. Ngược lại, bản thân canxi là chất khử tuyệt vời đối với các hợp chất khó khử khác và là chất khử oxy cho nhiều kim loại và hợp kim. Việc khử canxi oxit bằng carbon nói chung là không thể do sự hình thành cacbua canxi. Tuy nhiên, do canxi có áp suất hơi bão hòa tương đối cao nên oxit của nó có thể bị khử trong chân không bằng nhôm, silicon hoặc hợp kim của chúng theo phản ứng.

CaO + Tôi? Ca + MeO (14).

Cho đến nay, chỉ có phương pháp nhiệt nhôm để sản xuất canxi mới được ứng dụng thực tế, vì việc khử CaO bằng nhôm dễ dàng hơn nhiều so với bằng silicon. Có nhiều quan điểm khác nhau về tính chất hóa học của việc khử canxi oxit bằng nhôm. L. Pidgeon và I. Atkinson tin rằng phản ứng tiến hành với sự hình thành canxi monoaluminat:

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

V. A. Pazukhin và A. Ya. Fischer chỉ ra rằng quá trình này xảy ra với sự hình thành tricanxi aluminat:

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

Theo A.I. Voinitsky, sự hình thành pentacanxi trialluminate chiếm ưu thế trong phản ứng:

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

Nghiên cứu mới nhất của A. Yu. Taits và A. I. Voinitsky đã chứng minh rằng quá trình khử canxi bằng nhiệt nhôm xảy ra theo từng bước. Ban đầu, sự giải phóng canxi đi kèm với sự hình thành 3CaO·AI 2Ô 3, sau đó phản ứng với canxi oxit và nhôm tạo thành 3CaO 3AI 2Ô 3. Phản ứng xảy ra theo sơ đồ sau:

CaO + 6Al = 2 (3CaO Al 2Ô 3)+ 2CaO + 2Al + 6Ca

(3CaO Al 2Ô 3) + 2CaO + 2Al = 5CaO 3Al 2O 3+ 3Ca

CaO+ 6A1 = 5CaO 3Al 2O 3+ 9Ca

Vì quá trình khử oxit xảy ra khi giải phóng canxi dạng hơi và các sản phẩm phản ứng còn lại ở trạng thái ngưng tụ nên rất dễ tách và ngưng tụ ở khu vực đã nguội của lò. Các điều kiện chính cần thiết để khử canxi oxit bằng nhiệt chân không là nhiệt độ cao và áp suất dư thấp trong hệ thống. Dưới đây là mối quan hệ giữa nhiệt độ và áp suất hơi canxi cân bằng. Năng lượng tự do của phản ứng (17), tính ở nhiệt độ 1124-1728° K được biểu thị

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

Do đó sự phụ thuộc logarit của áp suất hơi canxi cân bằng (mm Hg)

Lg p = 3,59 - 4430\T.

L. Pidgeon và I. Atkinson đã xác định bằng thực nghiệm áp suất hơi cân bằng của canxi. Một phân tích nhiệt động chi tiết về phản ứng khử canxi oxit bằng nhôm được thực hiện bởi I. I. Matveenko, người đã đưa ra sự phụ thuộc nhiệt độ sau đây của áp suất cân bằng của hơi canxi:

Lgp Ca(1) =8,64 - 12930\T mmHg.

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

Lgp Ca(3 )=8,75 - 12500\T mm Hg.

Số liệu tính toán và thực nghiệm được so sánh trong Bảng. 1.

Bảng 1 - Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự thay đổi độ đàn hồi cân bằng của hơi canxi trong các hệ (1), (2), (3), (3), mm Hg.

Nhiệt độ °СDữ liệu thực nghiệmTính toán trong hệ thống(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

Từ dữ liệu được trình bày, rõ ràng rằng các điều kiện thuận lợi nhất là cho các tương tác trong hệ thống (2) và (3) hoặc (3"). Điều này tương ứng với các quan sát, vì pentacanxi trialluminat và tricanxi aluminat chiếm ưu thế trong các dư lượng điện tích sau phản ứng khử canxi oxit bằng nhôm.

Dữ liệu về độ đàn hồi cân bằng cho thấy có thể khử canxi oxit bằng nhôm ở nhiệt độ 1100-1150 ° C. Để đạt được tốc độ phản ứng chấp nhận được trên thực tế, áp suất dư trong hệ thống Tăng trưởng phải dưới mức cân bằng P bằng , tức là bất đẳng thức P phải được quan sát bằng >P nhạc cổ điển và quá trình này phải được thực hiện ở nhiệt độ khoảng 1200°. Nghiên cứu đã chứng minh rằng ở nhiệt độ 1200-1250°, đạt được hiệu suất sử dụng cao (lên tới 70-75%) và mức tiêu thụ nhôm cụ thể thấp (khoảng 0,6-0,65 kg mỗi kg canxi).

Theo cách giải thích tính chất hóa học của quá trình trên, thành phần tối ưu là điện tích được thiết kế để tạo thành 5CaO 3Al trong cặn 2Ô 3. Để tăng mức độ sử dụng nhôm, nên cung cấp một lượng canxi oxit dư thừa, nhưng không quá nhiều (10-20%), nếu không sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến các chỉ số khác của quá trình. Với sự gia tăng mức độ nghiền nhôm từ các hạt 0,8-0,2 mm lên âm 0,07 mm (theo V. A. Pazukhin và A. Ya. Fischer), việc sử dụng nhôm trong phản ứng tăng từ 63,7 lên 78%.

Việc sử dụng nhôm cũng bị ảnh hưởng bởi chế độ đóng bánh tích điện. Hỗn hợp vôi và bột nhôm phải được đóng bánh không có chất kết dính (để tránh thoát khí trong chân không) ở áp suất 150 kg/cm3 2. Ở áp suất thấp hơn, việc sử dụng nhôm giảm do sự phân tách nhôm nóng chảy trong than bánh quá xốp và ở áp suất cao - do tính thấm khí kém. Tính đầy đủ và tốc độ phục hồi cũng phụ thuộc vào mật độ của than bánh trong nồi chưng cất. Khi đặt chúng không có khe hở, khi độ thấm khí của toàn bộ lồng thấp thì việc sử dụng nhôm sẽ giảm đáng kể.

Hình 2 - Sơ đồ thu canxi bằng phương pháp nhiệt chân không.

Công nghệ phương pháp nhiệt nhôm

Sơ đồ công nghệ sản xuất canxi bằng phương pháp nhiệt nhôm được thể hiện trên hình 2. 2. Đá vôi được sử dụng làm nguyên liệu ban đầu và bột nhôm làm từ nhôm sơ cấp (tốt hơn) hoặc nhôm thứ cấp được sử dụng làm chất khử. Nhôm được sử dụng làm chất khử, cũng như nguyên liệu thô, không được chứa tạp chất của các kim loại dễ bay hơi: magie, kẽm, kiềm, v.v., có thể bay hơi và biến thành nước ngưng. Điều này phải được tính đến khi lựa chọn loại nhôm tái chế.

Theo mô tả của S. Loomis và P. Staub, ở Mỹ, tại nhà máy New England Lime Co. ở Canaan (Connecticut), canxi được sản xuất bằng phương pháp nhiệt nhôm. Vôi có thành phần điển hình sau đây được sử dụng,%: 97,5 CaO, 0,65 MgO, 0,7 SiO 2, 0,6 Fe 2Oz + AlOz, 0,09 Na 2được + k 2Ồ, 0,5 là phần còn lại. Sản phẩm nung được nghiền trong máy nghiền Raymond bằng máy tách ly tâm, độ mịn nghiền là (60%) trừ 200 lưới. Bụi nhôm, chất thải từ quá trình sản xuất bột nhôm, được sử dụng làm chất khử. Vôi cháy từ thùng kín và nhôm từ thùng phuy được đưa vào cân định lượng rồi đến máy trộn. Sau khi trộn, hỗn hợp được đóng bánh bằng phương pháp khô. Tại nhà máy được đề cập, canxi được khử trong lò chưng cất, trước đây được sử dụng để thu được magie bằng phương pháp nhiệt silic (Hình 3). Các lò được làm nóng bằng khí máy phát điện. Mỗi lò có 20 nồi chưng cất ngang làm bằng thép chịu nhiệt chứa 28% Cr và 15% Ni.

Hình 3 - Lò chưng cất để sản xuất canxi

Chiều dài vặn lại 3 m, đường kính 254 mm, độ dày thành 28 mm. Sự khử xảy ra ở phần được làm nóng của bình vặn lại và sự ngưng tụ xảy ra ở phần được làm mát nhô ra khỏi lời nói. Các viên than được đưa vào nồi hấp trong túi giấy, sau đó lắp tụ điện vào và đóng nắp nồi lại. Không khí được bơm ra ngoài bằng bơm chân không cơ học vào đầu chu kỳ. Sau đó, bơm khuếch tán được kết nối và áp suất dư giảm xuống còn 20 micron.

Nồi chưng cất được làm nóng đến 1200°. Trong 12 giờ nữa. Sau khi tải, các thiết bị vặn lại được mở và dỡ tải. Canxi thu được ở dạng hình trụ rỗng gồm một khối dày đặc các tinh thể lớn lắng đọng trên bề mặt ống bọc thép. Tạp chất chính trong canxi là magie, bị khử đầu tiên và tập trung chủ yếu ở lớp liền kề với ống bọc. Hàm lượng tạp chất trung bình là; 0,5-1% Mg, khoảng 0,2% Al, 0,005-0,02% Mn, lên tới 0,02% N, các tạp chất khác - Cu, Pb, Zn, Ni, Si, Fe - tồn tại trong khoảng 0,005-0,04%. A. Yu. Taits và A. I. Voinitsky đã sử dụng lò điện chân không bán nhà máy với lò sưởi than để sản xuất canxi bằng phương pháp nhiệt nhôm và đạt được mức độ sử dụng nhôm là 60%, mức tiêu thụ nhôm cụ thể là 0,78 kg, mức tiêu thụ điện tích cụ thể là 60%. 4,35 kg và mức tiêu thụ điện riêng là 14 kW/h trên 1 kg kim loại.

Kim loại thu được, ngoại trừ hỗn hợp magie, được phân biệt bằng độ tinh khiết tương đối cao. Trung bình, hàm lượng tạp chất trong đó là: 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 Phương pháp thu hồi silic nhiệt canxi

Phương pháp nhiệt silic rất hấp dẫn; chất khử là ferrosilicon, một loại thuốc thử rẻ hơn nhiều so với nhôm. Tuy nhiên, quá trình nhiệt silic khó thực hiện hơn quá trình nhiệt nhôm. Quá trình khử canxi oxit bằng silicon tiến hành theo phương trình

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

Áp suất hơi cân bằng của canxi, được tính từ các giá trị năng lượng tự do, là:

°С1300140015001600Р, mm Hg. st0.080.150.752.05

Do đó, trong chân không cỡ 0,01 mm Hg. Nghệ thuật. Việc khử canxi oxit có thể thực hiện được về mặt nhiệt động ở nhiệt độ 1300°. Trong thực tế, để đảm bảo tốc độ chấp nhận được, quá trình này phải được thực hiện ở nhiệt độ 1400-1500°.

Phản ứng khử canxi oxit bằng silicoaluminium, trong đó cả hợp kim nhôm và silicon đều đóng vai trò là chất khử, có phần dễ dàng hơn. Các thí nghiệm ban đầu đã chứng minh rằng sự khử bằng nhôm chiếm ưu thế; và phản ứng tiếp tục với sự hình thành cuối cùng của bCaO 3Al 2Oz theo sơ đồ đã nêu ở trên (Hình 1). Sự khử silicon trở nên đáng kể ở nhiệt độ cao hơn khi phần lớn nhôm đã phản ứng; phản ứng tiến hành với sự hình thành 2CaO SiO 2. Tóm lại, phản ứng khử của canxi oxit với silicoalumin được biểu thị bằng phương trình sau:

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

Nghiên cứu của A. Yu. Taits và A. I. Voinitsky đã chứng minh rằng canxi oxit bị khử 75% ferrosilicon với hiệu suất kim loại là 50-75% ở nhiệt độ 1400-1450° trong chân không 0,01-0,03 mm Hg. Nghệ thuật.; silicoaluminum chứa 60-30% Si và 32-58% Al (còn lại là sắt, titan, v.v.), khử canxi oxit với hiệu suất kim loại khoảng 70% ở nhiệt độ 1350-1400° trong chân không 0,01-0,05 mm Hg. Nghệ thuật. Các thí nghiệm ở quy mô bán nhà máy đã chứng minh khả năng cơ bản sản xuất canxi từ vôi bằng ferrosilicon và silicoalumin. Khó khăn chính về phần cứng là việc lựa chọn giá đỡ trong các điều kiện của quy trình lót này.

Khi giải quyết được vấn đề này, phương pháp này có thể được triển khai trong công nghiệp. Phân hủy cacbua canxi Thu được kim loại canxi bằng cách phân hủy cacbua canxi

CaC2 = Ca + 2C

nên được coi là một phương pháp đầy hứa hẹn. Trong trường hợp này, than chì thu được ở dạng sản phẩm thứ hai. V. Mauderli, E. Moser và V. Treadwell, sau khi tính toán năng lượng tự do hình thành cacbua canxi từ dữ liệu nhiệt hóa, đã thu được biểu thức sau đây về áp suất hơi canxi so với cacbua canxi nguyên chất:

ca = 1,35 - 4505\T (1124-1712° K),

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

Rõ ràng, cacbua canxi thương mại bị phân hủy ở nhiệt độ cao hơn nhiều so với những biểu hiện sau. Các tác giả tương tự báo cáo sự phân hủy nhiệt của cacbua canxi thành các mảnh nhỏ gọn ở nhiệt độ 1600-1800° trong chân không 1 mm Hg. Nghệ thuật. Hiệu suất của than chì là 94%, canxi thu được dưới dạng lớp phủ dày đặc trên tủ lạnh. A. S. Mikulinsky, F. S. Morii, R. Shklyar để xác định các tính chất của than chì thu được bằng cách phân hủy cacbua canxi, sau đó được nung nóng trong chân không 0,3-1 mm Hg. Nghệ thuật. ở nhiệt độ 1630-1750°. Than chì thu được khác với than chì Acheson ở chỗ có hạt lớn hơn, độ dẫn điện cao hơn và trọng lượng thể tích thấp hơn.

3. Phần thực hành

Lượng magie thải ra hàng ngày từ máy điện phân ở dòng điện 100 kA là 960 kg khi cho vào bồn tắm bằng magie clorua. Hiệu điện thế trên máy điện phân là 0,6 V. Xác định:

)Dòng điện đầu ra ở cực âm;

)Lượng clo được tạo ra mỗi ngày, với điều kiện là dòng điện đầu ra ở cực dương bằng với dòng điện đầu ra ở cực dương;

)Bổ sung MgCl hàng ngày 2vào máy điện phân với điều kiện là lượng MgCl bị mất đi 2 xảy ra chủ yếu với bùn và thăng hoa. Lượng bùn thải là 0,1 trên 1t Mg chứa MgCl 2 ở mức thăng hoa 50%. Lượng thăng hoa là 0,05 tấn trên 1 tấn Mg. Thành phần magie clorua đổ vào, %: 92 MgCl2 và 8 NaCl.

.Xác định cường độ dòng điện ở catôt:

tôi PR =Tôi ?·k Mg · ?

?=m PR \TÔI· ?k Mg =960000\100000·0,454·24=0,881 hoặc 88,1%

.Xác định lượng Cl nhận được mỗi ngày:

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

Chuyển đổi sang âm lượng:

x=126785,7 m3

3.a) Tìm MgCl tinh khiết 2, để tạo ra 960 kg Mg.

x=95·960\24,3=3753 kg=37,53 tấn.

b) Tổn thất do bùn. Từ thành phần của máy điện phân magie, %: 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

tôi Ồ =960 kg - khối lượng bùn mỗi ngày.

Mỗi ngày 96 kg bùn: 96·0,35 (MgCl2 có bùn).

c) tổn thất do chất thăng hoa:

kg - 1000 kg

kg thăng hoa: 48·0,5=24 kg MgCl 2 với chất thăng hoa.

Tổng số Mg bạn cần điền:

33,6+24=3810,6 kg MgCl2 mỗi ngày

Danh sách tài liệu được sử dụng

Nguyên tắc cơ bản của luyện kim III

<#"justify">luyện kim Al và Mg. Vetyukov M.M., Tsyplokov A.M.

Dạy kèm

Cần giúp đỡ nghiên cứu một chủ đề?

Các chuyên gia của chúng tôi sẽ tư vấn hoặc cung cấp dịch vụ dạy kèm về các chủ đề mà bạn quan tâm.
Gửi đơn đăng ký của bạn chỉ ra chủ đề ngay bây giờ để tìm hiểu về khả năng nhận được tư vấn.

Hợp chất canxi.

SaO– Canxi oxit hay vôi sống, thu được khi phân hủy đá vôi: CaCO 3 = CaO + CO 2 là oxit của kim loại kiềm thổ nên tương tác tích cực với nước: CaO + H 2 O = Ca (OH) 2

Ca(OH) 2 – canxi hydroxit hoặc vôi tôi nên phản ứng CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 được gọi là vôi tôi. Nếu lọc dung dịch thu được nước vôi - đây là dung dịch kiềm nên làm thay đổi màu của phenolphtalein thành màu đỏ thẫm.

Vôi tôi được sử dụng rộng rãi trong xây dựng. Hỗn hợp của nó với cát và nước là vật liệu kết dính tốt. Dưới tác dụng của carbon dioxide, hỗn hợp cứng lại Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO3 + H 2 O.

Đồng thời, một phần cát và hỗn hợp chuyển thành silicat Ca(OH) 2 + SiO 2 = CaSiO 3 + H 2 O.

Các phương trình Ca (OH) 2 + CO 2 = CaCO 2 + H 2 O và CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca (HCO 3) 2 đóng một vai trò lớn trong tự nhiên và trong việc định hình diện mạo hành tinh chúng ta. Carbon dioxide dưới hình thức một nhà điêu khắc và kiến ​​trúc sư tạo ra những cung điện dưới lòng đất trong tầng đá cacbonat. Nó có khả năng di chuyển hàng trăm, hàng nghìn tấn đá vôi dưới lòng đất. Thông qua các vết nứt trên đá, nước có chứa carbon dioxide hòa tan trong đó đi vào lớp đá vôi, tạo thành các hốc - hang caster. Canxi bicarbonate chỉ tồn tại trong dung dịch. Nước ngầm di chuyển trong vỏ trái đất, làm nước bốc hơi trong điều kiện thích hợp: Ca(HCO3) 2 = CaCO3 + H2O + CO2 , Đây là cách các nhũ đá và măng đá được hình thành, sơ đồ hình thành đã được đề xuất bởi nhà địa hóa học nổi tiếng A.E. Fersman. Có rất nhiều hang động castrum ở Crimea. Khoa học nghiên cứu chúng ngữ âm học.

Canxi cacbonat dùng trong xây dựng CaCO3- Phấn, đá vôi, đá cẩm thạch. Tất cả các bạn đều đã thấy nhà ga của chúng tôi: nó được trang trí bằng đá cẩm thạch trắng mang từ nước ngoài về.

kinh nghiệm: Thổi qua ống vào dung dịch nước vôi thì thấy đục .

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + N 2 VỀ

Axit axetic được thêm vào kết tủa tạo thành, quan sát thấy sự sôi vì carbon dioxide được giải phóng.

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

CÂU CHUYỆN VỀ CÁC ANH EM CARBONATE.

Ba anh em sống trên trái đất
Từ gia đình Cacbonat.
Anh trai là một MARBLE đẹp trai,
Vinh quang nhân danh Karara,
Một kiến ​​trúc sư xuất sắc. Anh ta
Xây dựng Rome và Parthenon.
Mọi người đều biết ĐÁ VÔI,
Đó là lý do tại sao nó có tên như vậy.
Nổi tiếng nhờ công việc của mình
Xây nhà phía sau nhà.
Vừa có năng lực vừa có khả năng
Em trai mềm mại MEL.
Hãy nhìn cách anh ấy vẽ,
CaCO3 này!
Anh em thích vui đùa
Đun nóng trong lò nóng,
CaO và CO 2 sau đó được hình thành.
Đây là carbon dioxide
Mỗi người trong số các bạn đều quen thuộc với anh ấy,
Chúng tôi thở ra nó.
À, đây là SaO -
Vôi sống nung nóng.
Thêm nước vào đó,
Trộn kỹ
Để không có rắc rối,
Chúng tôi bảo vệ bàn tay của chúng tôi
VÔI được nhào kỹ nhưng bị CHÉM!
Sữa chanh
Các bức tường được quét vôi dễ dàng.
Ngôi nhà sáng sủa trở nên vui vẻ,
Biến vôi thành phấn.
Hocus Pocus cho người dân:
Tất cả những gì bạn phải làm là thổi qua nước,
Thật dễ dàng làm sao
Biến thành sữa!
Và bây giờ nó khá thông minh
Tôi lấy soda:
Sữa cộng với giấm. Ờ!
Bọt đang tràn ra mép!
Mọi thứ đều lo lắng, mọi thứ đều đang trong công việc
Từ bình minh đến bình minh -
Những người anh em Carbonates này,
CaCO3 này!

Sự lặp lại: CaO– canxi oxit, vôi sống;
Ca(OH) 2 – canxi hydroxit (vôi tôi, nước vôi, sữa vôi, tùy theo nồng độ của dung dịch).
Điều chung là có cùng công thức hóa học Ca(OH) 2. Sự khác biệt: nước vôi là dung dịch bão hòa trong suốt của Ca(OH) 2, còn sữa vôi là huyền phù màu trắng của Ca(OH) 2 trong nước.
CaCl 2 - canxi clorua, canxi clorua;
CaCO 3 – canxi cacbonat, đá phấn, đá cẩm thạch vỏ, đá vôi.
L/R: bộ sưu tập. Tiếp theo, chúng tôi trình diễn một bộ sưu tập khoáng sản có sẵn trong phòng thí nghiệm của trường: đá vôi, phấn, đá cẩm thạch, đá vỏ sò.
CaS0 4 ∙ 2H 2 0 - tinh thể canxi sunfat hydrat, thạch cao;
CaCO 3 - canxit, canxi cacbonat là một phần của nhiều khoáng chất bao phủ 30 triệu km 2 trên trái đất.

Điều quan trọng nhất trong số các khoáng chất này là đá vôi. Đá vỏ, đá vôi có nguồn gốc hữu cơ. Nó được sử dụng trong sản xuất xi măng, cacbua canxi, soda, tất cả các loại vôi và trong luyện kim. Đá vôi là nền tảng của ngành xây dựng; nhiều vật liệu xây dựng được làm từ nó.

Phấn Nó không chỉ là bột đánh răng và phấn học. Nó còn là chất phụ gia có giá trị trong sản xuất giấy (có tráng phủ - chất lượng hàng đầu) và cao su; trong xây dựng và cải tạo các tòa nhà - như quét vôi.

Đá cẩm thạch là một loại đá kết tinh dày đặc. Có một màu - màu trắng, nhưng thường có nhiều tạp chất khác nhau tô màu nó bằng các màu khác nhau. Đá cẩm thạch trắng tinh khiết rất hiếm và chủ yếu được sử dụng bởi các nhà điêu khắc (tượng của Michelangelo, Rodin. Trong xây dựng, đá cẩm thạch màu được sử dụng làm vật liệu ốp mặt (Moscow Metro) hoặc thậm chí là vật liệu xây dựng chính của các cung điện (Taj Mahal).

Trong thế giới của những điều thú vị “Taj Mahal MAUSOLEUM”

Shah Jahan của triều đại Mughal vĩ đại đã khiến gần như toàn bộ châu Á phải sợ hãi và phục tùng. Năm 1629, Mumzat Mahal, người vợ yêu quý của Shah Jahan, qua đời ở tuổi 39 khi sinh con trong một chiến dịch (đây là đứa con thứ 14 của họ, tất cả đều là con trai). Cô xinh đẹp lạ thường, thông minh, thông minh, hoàng đế đều vâng lời cô trong mọi việc. Trước khi chết, bà yêu cầu chồng xây mộ, chăm sóc con cái và không lấy chồng. Nhà vua đau buồn đã cử sứ thần đến tất cả các thành phố lớn, thủ đô của các nước lân cận - tới Bukhara, Samarkand, Baghdad, Damascus, để tìm và mời những thợ thủ công giỏi nhất - để tưởng nhớ vợ mình, nhà vua quyết định xây dựng tòa nhà đẹp nhất ở thế giới. Đồng thời, các sứ giả đã gửi kế hoạch xây dựng tất cả các tòa nhà đẹp nhất châu Á và vật liệu xây dựng tốt nhất tới Agra (Ấn Độ). Họ thậm chí còn mang malachite từ Nga và Urals. Các thợ xây trưởng đến từ Delhi và Kandahar; kiến trúc sư - từ Istanbul, Samarkand; người trang trí - từ Bukhara; người làm vườn - từ Bengal; các nghệ sĩ đến từ Damascus và Baghdad, và bậc thầy nổi tiếng Ustad-Isa phụ trách.

Cùng nhau, trong hơn 25 năm, một công trình kiến ​​trúc bằng đá cẩm thạch phấn đã được xây dựng bao quanh bởi những khu vườn xanh tươi, đài phun nước xanh lam và một nhà thờ Hồi giáo bằng sa thạch đỏ. 20.000 nô lệ đã dựng nên kỳ quan cao 75 m này (tòa nhà 25 tầng). Gần đó, tôi muốn xây lăng mộ thứ hai bằng đá cẩm thạch đen cho riêng mình, nhưng tôi không có thời gian. Ông ta bị chính con trai mình lật đổ khỏi ngai vàng (người thứ 2, và ông ta cũng giết tất cả anh em của mình).

Người cai trị và chủ nhân của Agra đã dành những năm cuối đời nhìn ra ngoài cửa sổ hẹp của nhà tù. Trong 7 năm, cha tôi đã ngưỡng mộ sự sáng tạo của ông. Khi người cha bị mù, người con trai đã làm cho ông một hệ thống gương để người cha có thể chiêm ngưỡng lăng mộ. Ông được chôn cất tại Taj Mahal, bên cạnh Mumtaz của ông.

Những người bước vào lăng nhìn thấy cenotaphs - mộ giả. Nơi an nghỉ vĩnh hằng của vợ chồng Đại hãn nằm ở tầng hầm dưới tầng hầm. Mọi thứ ở đó đều được nạm bằng những viên đá quý phát sáng như thể chúng còn sống, và những cành cây cổ tích đan xen với những bông hoa tô điểm cho các bức tường của ngôi mộ bằng những hoa văn tinh xảo. Được chế tác bởi những thợ chạm khắc giỏi nhất, đá lưu ly màu xanh ngọc lam, ngọc bích xanh đen và thạch anh tím đỏ tôn vinh tình yêu của Shah Jahal và Mumzat Mahal.

Mỗi ngày khách du lịch đổ xô đến Agra, muốn nhìn thấy sự thật kỳ quan thế giới - lăng mộ Taj Mahal, như đang lơ lửng trên mặt đất.

CaCO 3 là vật liệu xây dựng cho bộ xương bên ngoài của động vật thân mềm, san hô, vỏ sò, v.v. và vỏ trứng. (hình minh họa hoặc Động vật của loài san hô biocenosis” và trưng bày bộ sưu tập san hô biển, bọt biển, đá vỏ sò).

Các hợp chất canxi tự nhiên (đá phấn, đá cẩm thạch, đá vôi, thạch cao) và các sản phẩm chế biến đơn giản nhất của chúng (vôi) đã được con người biết đến từ thời cổ đại. Năm 1808, nhà hóa học người Anh Humphry Davy đã điện phân vôi tôi ướt (canxi hydroxit) bằng cực âm thủy ngân và thu được hỗn hống canxi (hợp kim của canxi và thủy ngân). Từ hợp kim này, sau khi chưng cất thủy ngân, Davy thu được canxi nguyên chất.
Ông còn đề xuất tên của một nguyên tố hóa học mới, từ tiếng Latin “calx” biểu thị tên của đá vôi, đá phấn và các loại đá mềm khác.

Tìm kiếm trong tự nhiên và thu được:

Canxi là nguyên tố phổ biến thứ năm trong vỏ trái đất (hơn 3%), tạo thành nhiều loại đá, nhiều trong số đó có nguồn gốc từ canxi cacbonat. Một số loại đá này có nguồn gốc hữu cơ (đá vỏ), thể hiện vai trò quan trọng của canxi trong thiên nhiên sống. Canxi tự nhiên là hỗn hợp của 6 đồng vị có số khối từ 40 đến 48, trong đó 40 Ca chiếm 97% tổng số. Các phản ứng hạt nhân cũng tạo ra các đồng vị khác của canxi, ví dụ như chất phóng xạ 45 Ca.
Để thu được canxi đơn giản, người ta sử dụng phương pháp điện phân muối canxi nóng chảy hoặc nhiệt nhôm:
4CaO + 2Al = Ca(AlO 2) 2 + 3Ca

Tính chất vật lý:

Một kim loại màu xám bạc có mạng tinh thể lập phương tâm, cứng hơn nhiều so với kim loại kiềm. Điểm nóng chảy 842°C, điểm sôi 1484°C, mật độ 1,55 g/cm3. Ở áp suất cao và nhiệt độ khoảng 20 K, nó chuyển sang trạng thái siêu dẫn.

Tính chất hóa học:

Canxi không hoạt động mạnh như kim loại kiềm nhưng phải được bảo quản dưới một lớp dầu khoáng hoặc trong các thùng kim loại đậy kín. Ở nhiệt độ bình thường, nó phản ứng với oxy và nitơ trong không khí, cũng như với hơi nước. Khi đun nóng, nó cháy trong không khí với ngọn lửa màu đỏ cam, tạo thành oxit với hỗn hợp nitrit. Giống như magiê, canxi tiếp tục cháy trong bầu không khí có carbon dioxide. Khi đun nóng, nó phản ứng với các phi kim loại khác, tạo thành các hợp chất không phải lúc nào cũng rõ ràng về thành phần, ví dụ:
Ca + 6B = CaB 6 hoặc Ca + P => Ca 3 P 2 (cũng là CaP hoặc CaP 5)
Trong tất cả các hợp chất của nó, canxi có trạng thái oxy hóa +2.

Các kết nối quan trọng nhất:

Canxi oxit CaO- ("vôi sống") một chất màu trắng, một oxit kiềm, phản ứng mạnh với nước ("dập tắt") biến thành hydroxit. Thu được bằng cách phân hủy nhiệt canxi cacbonat.

Canxi hydroxit Ca(OH) 2- (“vôi tôi”) bột màu trắng, ít tan trong nước (0,16g/100g), kiềm mạnh. Một dung dịch (“nước vôi”) được sử dụng để phát hiện carbon dioxide.

Canxi cacbonat CaCO 3- nền tảng của hầu hết các khoáng chất canxi tự nhiên (đá phấn, đá cẩm thạch, đá vôi, đá vỏ, canxit, thạch anh Iceland). Ở dạng nguyên chất, chất này có màu trắng hoặc không màu. tinh thể Khi đun nóng (900-1000 C) bị phân hủy, tạo thành canxi oxit. Không phải p-rim, phản ứng với axit, tan trong nước bão hòa CO2 tạo thành bicarbonate: CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2. Quá trình ngược lại dẫn đến sự xuất hiện của trầm tích canxi cacbonat, đặc biệt là các thành tạo như nhũ đá và măng đá
Nó cũng được tìm thấy trong tự nhiên như một phần của dolomite CaCO 3 * MgCO 3

Canxi sunfat CaSO 4- một chất màu trắng, có bản chất CaSO 4 * 2H 2 O (“thạch cao”, “selenit”). Loại thứ hai, khi được đun nóng cẩn thận (180 C), biến thành CaSO 4 *0,5H 2 O (“thạch cao cháy”, “thạch cao tuyết hoa”) - một loại bột màu trắng, khi trộn với nước sẽ tạo thành CaSO 4 *2H 2 O ở dạng vật liệu rắn, khá bền. Ít tan trong nước, nó có thể hòa tan trong axit sunfuric dư, tạo thành hydro sunfat.

Canxi photphat Ca 3 (PO 4) 2- ("photphorit"), không hòa tan, dưới tác dụng của axit mạnh, nó biến thành canxi hydro- và dihydro photphat dễ hòa tan hơn. Nguyên liệu sản xuất lân, axit photphoric, phân lân. Canxi photphat cũng có trong apatit, các hợp chất tự nhiên có công thức gần đúng Ca 5 3 Y, trong đó Y = F, Cl hoặc OH tương ứng là flo, clo hoặc hydroxyapatite. Cùng với photphorite, apatit là một phần trong bộ xương của nhiều sinh vật sống, bao gồm cả. và đàn ông.

Canxi florua CaF2 - (tự nhiên:"fluorite", "fluorspar"), một chất không hòa tan có màu trắng. Khoáng chất tự nhiên có nhiều màu sắc đa dạng do lẫn tạp chất. Phát sáng trong bóng tối khi được làm nóng và dưới bức xạ tia cực tím. Nó làm tăng tính lưu động ("độ dẻo") của xỉ khi sản xuất kim loại, điều này giải thích việc sử dụng nó như một chất trợ dung.

Canxi clorua CaCl 2- không màu chúa ơi. Nó hòa tan tốt trong nước. Tạo thành tinh thể hydrat CaCl 2 *6H 2 O. Canxi clorua khan ("dung hợp") là chất hút ẩm tốt.

Canxi nitrat Ca(NO 3) 2- ("canxi nitrat") không màu. chúa ơi. Nó hòa tan tốt trong nước. Một phần không thể thiếu trong các chế phẩm pháo hoa giúp ngọn lửa có màu đỏ cam.

Canxi cacbua CaС 2- phản ứng với nước tạo thành axetylen, ví dụ: CaС 2 + H 2 O = С 2 H 2 + Ca(OH) 2

Ứng dụng:

Canxi kim loại được sử dụng làm chất khử mạnh trong sản xuất một số kim loại khó khử ("calcethermy"): crom, các nguyên tố đất hiếm, thori, uranium, v.v. Trong luyện kim đồng, niken, thép đặc biệt và đồng thau , canxi và các hợp kim của nó được dùng để loại bỏ các tạp chất có hại như lưu huỳnh, phốt pho, cacbon dư thừa.
Canxi cũng được sử dụng để liên kết một lượng nhỏ oxy và nitơ khi thu được độ chân không cao và làm sạch khí trơ.
Các ion Ca dư 48 neutron được sử dụng để tổng hợp các nguyên tố hóa học mới, ví dụ nguyên tố số 114,... Một đồng vị khác của canxi, 45Ca, được sử dụng làm chất đánh dấu phóng xạ trong các nghiên cứu về vai trò sinh học của canxi và sự di chuyển của nó trong môi trường.

Lĩnh vực ứng dụng chính của nhiều hợp chất canxi là sản xuất vật liệu xây dựng (xi măng, hỗn hợp xây dựng, tấm thạch cao, v.v.).

Canxi là một trong những nguyên tố đa lượng trong cơ thể sống, tạo thành các hợp chất cần thiết cho việc cấu tạo cả bộ xương bên trong của động vật có xương sống và bộ xương bên ngoài của nhiều động vật không xương sống, vỏ trứng.
Ion canxi còn tham gia điều hòa các quá trình nội bào và quyết định quá trình đông máu. Thiếu canxi ở tuổi thơ dẫn đến còi xương, ở tuổi già - dẫn đến loãng xương. Nguồn canxi là các sản phẩm từ sữa, kiều mạch, các loại hạt và sự hấp thụ của nó được tạo điều kiện thuận lợi nhờ vitamin D. Nếu thiếu canxi, nhiều loại thuốc sẽ được sử dụng: calcex, dung dịch canxi clorua, canxi gluconate, v.v.
Phần khối lượng của canxi trong cơ thể con người là 1,4-1,7%, nhu cầu hàng ngày là 1-1,3 g (tùy theo độ tuổi). Hấp thụ quá nhiều canxi có thể dẫn đến tăng canxi máu - sự lắng đọng các hợp chất của nó trong các cơ quan nội tạng và hình thành cục máu đông trong mạch máu. Nguồn:
Canxi (nguyên tố) // Wikipedia. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Calcium (ngày truy cập: 01/3/2014).