Таблица Менделеева. Кальций

На модерации Отложенный

Ка́льций — элемент главной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 20. Обозначается символом Ca (лат. Calcium). Простое вещество кальций (CAS-номер: 7440-70-2) — мягкий, химически активный щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета.

История и происхождение названия

Название элемента происходит от лат. calx (в родительном падеже calcis) — «известь», «мягкий камень». Оно было предложено английским химиком Хэмфри Дэви, в 1808 г. выделившим металлический кальций электролитическим методом. Дэви подверг электролизу смесь влажной гашёной извести с оксидом ртути HgO на платиновой пластине, которая являлась анодом. Катодом служила платиновая проволока, погруженная в жидкую ртуть. В результате электролиза получалась амальгама кальция. Отогнав из неё ртуть, Дэви получил металл, названный кальцием.
 Соединения кальция — известняк, мрамор, гипс (а также известь — продукт обжига известняка) применялись в строительном деле уже несколько тысячелетий назад. Вплоть до конца XVIII века химики считали известь простым телом. В 1789 году А. Лавуазье предположил, что известь, магнезия, барит, глинозём и кремнезём — вещества сложные.

Получение

Свободный металлический кальций получают электролизом расплава, состоящего из CaCl2 (75-80 %) и KCl или из CaCl2 и CaF2, а также алюминотермическим восстановлением CaO при 1170—1200 °C:
4CaO + 2Al → CaAl2O4 + 3Ca.

Физические свойства

Металл кальций существует в двух аллотропных модификациях. До 443 °C устойчив α-Ca с кубической гранецентрированной решеткой (параметр а = 0,558 нм), выше устойчив β-Ca с кубической объемно-центрированной решеткой типа α-Fe (параметр a = 0,448 нм). Стандартная энтальпия ΔH0 перехода α → β составляет 0,93 кДж/моль.
 При постепенном повышении давления начинает проявлять свойства полупроводника, но не становится полупроводником в полном смысле этого слова (металлом уже тоже не является). При дальнейшем повышении давления возвращается в металлическое состояние и начинает проявлять сверхпроводящие свойства (температура сверхпроводимости в шесть раз выше, чем у ртути, и намного превосходит по проводимости все остальные элементы). Уникальное поведение кальция похоже во многом на стронций (т. е. параллели в периодической системе сохраняются).

Химические свойства

Кальций — типичный щелочноземельный металл. Химическая активность кальция высока, но ниже, чем всех других щелочноземельных металлов. Он легко взаимодействует с кислородом, углекислым газом и влагой воздуха, из-за чего поверхность металлического кальция обычно тускло серая, поэтому в лаборатории кальций обычно хранят, как и другие щелочноземельные металлы, в плотно закрытой банке под слоем керосина или жидкого парафина.

Интересное о кальции

При комнатной температуре и нормальном давлении кальций представляет собой твердое вещество серебристо-белого цвета. Он находится в левой части периодической таблицы, рядом с другими щелочными и щелочноземельными металлами. В таблице он обозначен как Ca.

Он и его соединения используют для производства цемента и гипса в строительстве, при очистке воды и в химической промышленности.

И сегодня мы решили подробнее рассказать вам об этом элементе периодической таблицы. В публикации мы собрали самые интересные факты о кальции. Надеемся, что собранная информация понравится не только детям, но и более взрослой аудитории.

 

№1

Название этого химического элемента происходит от латинского слова «calx», что буквально переводится как «известняк», «известь». Это связано с тем, что негашеная известь (оксид кальция) в основном состоит из кальция. Этот элемент является третьим элементом 2-й группы периодической таблицы Менделеева (расположен сразу после магния). Элементы 2-й группы относятся к щелочноземельным металлам.

Щелочноземельные металлы имеют такое название по той причине, что они образуют щелочных растворы, когда реагируют с водой (образуя гидроксиды). «Земля» — это старый термин, используемый химиками для описания соединений, какие не растворяются в воде и очень плохо проводят тепло, что как раз присуще оксидам щелочноземельных металлов.

№2

Как уже было отмечено ранее, при комнатной температуре он представляет собой твердое (легко царапающееся) серебристо-белое вещество. Быстро коррозирует на воздухе и вступает в реакцию с водой. Он также очень активно реагирует с кислотами.

№3


Он не встречается в природе как свободный элемент (из-за того, что он очень реактивный).

Однако его можно найти в разных минералах, к примеру, в таком как известняковая порода (CaCO3). Он также находится в «жесткой» воде.

№4

Это очень реактивный металл из-за двух валентных электронов. Он склонен отдавать эти электроны, образуя химическую связь, для достижения полного октета. При контакте с воздухом он корродирует (тускнеет) с образованием темного покрытия из оксида кальция (CaO) и нитрида (Ca3N2). Это покрытие предотвращает дальнейшую коррозию.

Его также можно сжечь, что приведет к очень яркому свету и образованию нитридного продукта.

Он легко реагирует с кислотами и водой, образуя различные соединения. Например, хлорид кальция (CaCl2), нитрат кальция (Ca(NO3)2).

Он является хорошим проводником электричества, потому что имеет металлическую связь, какая позволяет делокализованным электронам (электронам из внешней оболочки) свободно перемещаться от атома к атому, проводя электричество.

№5

Это поистине уникальный элемент. Потому что природный кальций фактически состоит из шести стабильных изотопов: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca и 48Ca (имеет такой длительный период полураспада, благодаря чему его можно считать стабильным). Хотя, технически, 48Ca все же является нестабильным.

 

Эти изотопы имеют различное естественное содержание. Самая большая доля приходится на 40Ca – 96.941%, меньше на остальные: 42Ca – 0.64%, 43Ca – 0.135%, 44Ca – 2.086%, 46Ca – 0.004% и 48Ca – 0.187%.

№6

Его сплавы используются в крупномасштабных производственных процессах (чаще всего для производства батарей и других электрических компонентов). Основное преимущество кальциевых сплавов – эффективная проводимость электричества. Свинцово-кальциевый сплав, свинцово-кальциево-оловянный сплав и магниево-кальциевый сплав – это основные сплавы, используемые в этих отраслях промышленности.

№7

Несмотря на то, что его соединения были известны человечеству еще задолго до начала нашей эры (в частности, он использовался в качестве строительного материала в Древнем Египте и Риме), лишь в 1787 году французский ученый Антуан Лавуазье начал подозревать, что известь (смесь оксидов и гидроксидов кальция) может содержать в себе какой-то новый химический элемент. Но, несмотря на все старания Лавуазье, ему так и не удалось получить этот элемент в чистом виде.

Это удалось сделать лишь в 1808 году, в Лондоне. Тогда британский химик Гемфри Дэви получил чистый кальций (а также магний, стронций и барий).

№8


Он необходим человеку для жизни, так как именно из этого химического элемента формируются зубы и другие кости в нашем организме в форме фосфата кальция (Ca3 (PO4) 2), фторида кальция (CaF2) и карбоната кальция (CaCO3). Ионы кальция принимают участие в процессах свертывания крови и регулируют разные внутриклеточные процессы, такие как мышечное сокращение, экзоцитоз (процесс, включающий в себя перемещение веществ из клетки во внешнюю среду) и т.д.

В среднем, в человеческом организме находится около 1 килограмма этого элемента, что приблизительно соответствует 1.4% массы тела и делает его самым распространенным металлом в нашем организме.

№9

Фактически, его недостаток в человеческом организме приводит к такому состоянию как остеопороз, когда кости становятся очень пористыми и легко ломаются. Это состояние чаще всего встречается у пожилых женщин.

Его избыток также ни к чему хорошему не приводит. При избытке этого элемента в организме происходит его накапливание в почках, что в дальнейшем провоцирует образование камней.

№10

Он является пятым по содержанию и третьим по распространенности элементом в земной коре. Земная кора приблизительно на 5% состоит из этого элемента. И хоть он и не встречается в природе в чистом виде, он существует как часть нескольких минералов, включая известняк (CaCO3), гипс (CaSO4), флюорит (CaF2).

Как мы уже отмечали ранее, он также содержится в жесткой воде в виде бикарбоната кальция (Ca(HCO₃)₂), какой в пещерах образует сталактиты и сталагмиты.

Рекомендуем также прочитать: Интересные факты о Второй мировой войне

№11

Сегодня основными производителями кальция являются Китай, Соединенные Штаты Америки и Индия. Кальций коммерчески производится из хлорида кальция (CaCl2) и известняка (CaCO3).