KALCIS: SAVYBĖS, STRUKTŪRA, GAVIMAS, PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Kalcio yra žemės šarminis metalas, priklausanti 2 (p Becambara) grupės periodinės lentelės. Šis metalas užima penktąją vietą tarp žemės plutoje esančių elementų; už geležies ir aliuminio. Jį žymi cheminis simbolis Ca, o jo atominis skaičius yra 20.

Kalcis sudaro 3,64% žemės plutos ir yra gausiausias metalas žmogaus kūne, sudarantis 2% jo svorio. Jis nėra laisvas iš prigimties; tačiau tai yra daugelio mineralų ir cheminių junginių dalis.

Aukšto grynumo metalinis kalcis, laikomas mineraliniame aliejuje, kad apsaugotų jį nuo deguonies ir drėgmės. Šaltinis: 2 × 910

Pavyzdžiui, jis randamas mineraliniame kalcite, kuris savo ruožtu yra kalkakmenio dalis. Kalcio karbonato yra žemėje kaip marmuras, dolomitas, kiaušinių lukštas, koralai, perlai, stalaktitai, stalagmitai, taip pat daugelio jūrų gyvūnų ar sraigių kiautuose.

Be to, kalcis yra dalis kitų mineralų, tokių kaip gipsas, anhidritas, fluoritas ir apatitas. Tad nenuostabu, kad tai yra kaulų sinonimas kultūriniame lygmenyje.

Patekęs į orą, kalcis yra padengtas gelsva danga - kalcio oksido, nitrido ir hidroksido mišinio produktu. Tačiau šviežiai nupjautas paviršius yra blizgus, sidabriškai balkšvas. Jis yra minkštas, o kietumas pagal Moho skalę yra 1,75.

Kalcis atlieka daugybę funkcijų gyvose būtybėse, tarp jų yra junginių, kurie lemia kaulų sistemos struktūrą ir funkcionavimą; jis įsikiša į krešėjimo kaskadą suaktyvindamas kelis krešėjimo faktorius, identifikuotus kaip IV faktorius.

Be to, kalcis dalyvauja raumenų susitraukime, nes tai leidžia susieti sutraukiančius baltymus (aktiną ir mioziną); ir palengvina kai kurių neurotransmiterių, įskaitant acetilcholiną, išsiskyrimą.

Chemiškai jis beveik visada dalyvauja savo organiniuose ar neorganiniuose junginiuose, tokiuose kaip dvivalentis katijonas Ca ²⁺ . Tai yra vienas iš katijonų, turinčių didžiausią koordinačių skaičių, tai yra, jis gali sąveikauti su keliomis molekulėmis ar jonais tuo pačiu metu.

Istorija

Senais laikais

Kalcio junginiai, tokie kaip kalkės (CaO) ar gipsas (CaSO ₄ ), buvo naudojami tūkstantmečius, nepaisant jų cheminės struktūros. Kalkės kaip statybinė medžiaga ir tinkas skulptūroms gaminti buvo naudojami 7000 m. Pr. Kr

Mesopotamijoje buvo rasta kalkių krosnis, kuri buvo naudojama 2 500 m. Pr. Kr., O per trumpą laiką statydamas Didžiąją Gizos piramidę buvo naudojamas gipsas.

Identifikavimas ir izoliavimas

Josephas Blackas (1755) paaiškino, kad kalkės yra lengvesnės nei kalkakmenis (kalcio karbonatas), kuris suteikia jai kilmę. Taip yra todėl, kad kaitinant jis praranda anglies dioksidą.

Antoine Lavoiser (1787) padarė išvadą, kad kalkės turi būti nežinomo cheminio elemento oksidas.

Seras Humphrey Davy (1808) būtent tais metais, kai atrado borą, padarė tą patį su kalciu, naudodamas elektrolizės metodą, kurį naudojo Jakaras Berzelius ir Magnusas Martinas.

Davy išskirtas kalcis ir magnis, naudojant tą patį eksperimentinį projektą. Jis platinos plokštelėje sumaišė kalcio oksidą su gyvsidabrio (II) oksidu, panaudotu kaip anodas (+), o katodas (-) buvo platinos viela, iš dalies panardinta į gyvsidabrį.

Elektrolizės metu susidarė kalcio ir gyvsidabrio amalgama. Norėdami išvalyti kalcį, amalgama buvo distiliuojama. Tačiau gryno kalcio nebuvo gauta.

Savybės

Fizinis aprašymas

Sidabriškai balkšvas metalas, veikiamas oro, tampa pilkšvai baltas. Drėgname ore jis būna drumstas, melsvai pilkas. Kieti arba sausi milteliai. Kristalų struktūra, nukreipta į veidą.

Atominis svoris

40,078 g / mol.

Lydymosi temperatūra

842 ° C.

Virimo taškas

1 484 ° C.

Tankis

-1,55 g / cm ³ kambario temperatūroje.

-1,378 g / cm ³ , skysto būvio lydymosi taške.

Lydymosi šiluma

8,54 kJ / mol.

Garinimo šiluma

154,7 kJ / mol.

Molinė kalorinė talpa

25,929 J / (mol · K).

Savitasis kalorijų pajėgumas

0,63 J / gK

Elektronegatyvumas

1.0 pagal Paulingo skalę

Jonizacijos energija

-Pirmoji jonizacija 589,8 kJ / mol

- Antroji jonizacija 1,145 kJ / mol

- Trečioji jonizacija 4,912 kJ / mol

- Ketvirtoji jonizacija - 6 490,57 kJ / mol ir yra dar 4 jonizacijos energijos.

Atominis radijas

197 val

Kovalentinis spindulys

176 ± 10 val

Šiluminis plėtimasis

22,3 μm / m · K esant 20 ° C temperatūrai.

Šilumos laidumas

201 W / m K

Elektrinė varža

336 nΩ · m esant 20 ° C.

Kietumas

1,75 pagal Moho skalę.

Izotopai

Kalcis turi 6 natūralius izotopus: ⁴⁰ Ca, ⁴² Ca, ⁴³ Ca, ⁴⁴ Ca, ⁴⁶ Ca ir ⁴⁸ Ca ir 19 radioaktyviųjų sintetinių izotopų. Gausiausi izotopai yra ⁴⁰ Ca (96,94%), ⁴⁴ Ca (2,086%) ir ⁴² Ca (0,647%).

Reaktyvumas

Kalcis spontaniškai reaguoja su vandeniu, gamindamas kalcio hidroksidą ir vandenilio dujas. Reaguoja su deguonimi ir azotu ore, sudarydamas atitinkamai kalcio oksidą ir kalcio nitridą. Skildamas jis savaime dega ore.

Kai kalcis kaitinamas, jis reaguoja su vandeniliu, sudarydamas halogenidą. Jis taip pat reaguoja su visais halogenais, sudarydamas halogenidus. Jis taip pat reaguoja su boru, siera, anglimi ir fosforu.

Kalcio struktūra ir elektronų konfigūracija

Kalcio atomai yra sujungti metaliniais ryšiais, du jų valentinius elektronus įnešdami į elektronų bangą. Taigi Ca atomų ir susidarančių elektroninių juostų sąveika baigiasi kristalų, kurių veido pusė yra kubine struktūra (ccc, ispanų kalba, arba fcc, angliškai, veido centre esančio kubo) apibrėžimu.

Jei šis kalcio ccc kristalas pašildomas iki maždaug 450 ° C temperatūros, jis pereina į hcp fazę (kompaktiška šešiakampė arba artimiausia supakuota šešiakampė). T. y., Struktūra tampa tankesnė, tarsi elektronų judėjimas ir atomų virpesiai sumažintų juos skiriantį atstumą.

Kalcio atomas turi tokią elektroninę konfigūraciją:

4s ²

Tai paaiškintų, kad du šio metalo valentiniai elektronai yra iš jo tolimosios 4s orbitos. Kai jie prarandami, ^susidaro dvivalentis katijonas Ca ²⁺ , izoelektroninis į tauriųjų dujų argoną; tai yra, tiek Ar, tiek Ca ²⁺ turi tą patį elektronų skaičių.

Būtent 4s kalcio orbitalės sujungia šių kristalų valentinę juostą. Tas pats atsitinka su tuščiomis 4p orbitalėmis, kurios sukuria laidumo juostą.

Gavimas

Kalcis gaminamas komerciškai išlydyto kalcio chlorido elektrolizės būdu. Prie elektrodų vyksta šios reakcijos:

Prie anodo: 2Cl ^- (l) => Cl ₂ (g) + 2e ^-

Kalcis, kaip metalas, nusėda ant katodo, sugaudamas elektronus iš joninio kalcio.

Prie katodo: Ca ²⁺ (l) + 2 e ^- => Ca (s)

Mažais kiekiais kalcis gali būti gaunamas redukuojant kalcio oksidą aliuminiu arba kalcio chloridą metaliniu natriu.

6 CaO + 2 Al => 3 Ca + Ca ₃ Al ₂ O ₆

CaCl ₂ + 2 Na => Ca + NaCl

Programos

Elementarus kalcis

Kalcis naudojamas kaip priedas gaminant stiklines lemputes, pridedamas prie lemputės pradiniame gamybos etape. Jis taip pat pridedamas gale, kad jis derėtų su lemputės viduje likusiomis dujomis.

Jis naudojamas kaip dezintegratorius gaminant metalus, tokius kaip varis ir plienas. Žiebtuvėlių žieduose naudojamas kalcio ir cezio lydinys sukuria kibirkštis. Kalcis yra reduktorius, tačiau jis taip pat tinka deoksidacijai ir deoksidacijai.

Kalcis naudojamas gaminant metalus, tokius kaip chromas, toris, uranas, cirkonis ir kiti iš jų oksidų. Jis naudojamas kaip aliuminio, vario, švino, magnio ir kitų netauriųjų metalų lydinys; ir kaip kai kurių aukštos temperatūros lydinių deoksidatorius.

Kalcio lydinyje su švinu (0,04%) naudojamas telefono kabelių apvalkalas. Jis naudojamas lydinyje su magniu ortopediniuose implantuose, siekiant pratęsti jų gyvenimą.

Kalcio karbonatas

Tai užpildo medžiaga keramikoje, stikle, plastikuose ir dažuose, taip pat žaliava kalkėms gaminti. Aukšto grynumo sintetinis karbonatas medicinoje naudojamas kaip antacidinis ir dietinis kalcio papildas. Jis taip pat naudojamas kaip priedas maiste.

Kalcio oksidas

Kalcio oksidas yra naudojamas statybų pramonėje, naudojamas sienų faneravimui. Jis taip pat įmontuotas į betoną. XIX amžiuje buvo sudeginti kalcio oksido blokai, kad scenos būtų apšviestos intensyvia balta šviesa.

Kalkės (vėlgi, kalcio oksidas) yra naudojamos nepageidaujamiems komponentams, tokiems kaip silicio dioksidas (SiO ₂ ), esančiam geležies medžiagoje, pašalinti iš plieno. Reakcijos produktas yra kalcio silikatas (CaSiO ₃ ), vadinamas „šlaku“.

Kalkės susimaišo su vandeniu, sudarydamos kalcio hidroksidą; Šis junginys flokuoja ir krinta, vilkdamas nešvarumus į rezervuarų dugną.

Dūmtraukių vidus išklotas kalkėmis, kad iš gamyklų nepatektų dūmai. Pavyzdžiui, jis surenka sieros dioksidą (SO ₂ ), kuris prisideda prie rūgštaus lietaus, ir paverčia jį kalcio sulfitu (CaSO ₃ ).

Kalcio chloridas

Kalcio chloridas naudojamas ledui keliuose kontroliuoti; Kondicionierius pomidorams konservuose; automobilių ir sunkvežimių kėbulų gamyba.

Kalcio sulfatas

Paprastai jis pateikiamas kaip CaSO ₄ · 2H ₂ O (gipsas), naudojamas kaip dirvos gerinimo priemonė. Kalcinuotas gipsas naudojamas gaminant plyteles, lentas ir plyteles. Jis taip pat naudojamas kaulų lūžių imobilizavimui.

Kalcio fosfatai

Gamtoje randamos įvairios formos kalcio fosfatai ir naudojami kaip trąšos. Rūgštinė kalcio druska (CaH ₂ PO ₄ ) naudojama kaip trąša ir stabilizatorius plastikams. Kalcio fosfatas randamas kaip kaulinio audinio dalis, ypač kaip hidroksiapatitas.

Kiti kalcio junginiai

Yra daugybė įvairių rūšių kalcio junginių. Pavyzdžiui, acetilenui gauti naudojamas kalcio karbidas, naudojamas suvirinimo degikliuose. Kalcio alginatas yra naudojamas kaip tirštiklis maisto produktuose, tokiuose kaip ledai.

Kalcio hipochloritas naudojamas kaip balinimo priemonė, dezodorantas, fungicidas ir dumblių rūgštis.

Kalcio permanganatas yra raketinis raketinis skystis. Jis taip pat naudojamas kaip vandens valymo priemonė ir tekstilės gamyboje.

Biologinė funkcija

Kalcis atlieka daugybę gyvų būtybių funkcijų:

- Į krešėjimo kaskadą jis įsikiša kaip IV faktorius.

- Tai būtina norint suaktyvinti kelis krešėjimo faktorius, įskaitant trombiną.

Skeleto raumenyse kalcis atpalaiduoja slopinamą baltymų sistemos poveikį raumenų susitraukimui, sudarydamas aktino ir miozino tiltus, kurie sukelia susitraukimą.

-Stabilizuoja sužadinamųjų ląstelių joninius kanalus. Hipokalcemijos metu suaktyvinami natrio kanalai, dėl kurių natris patenka į ląsteles, sukeldamas nuolatinį susitraukimą (tetaniją), kuris gali būti mirtinas.

Be to, kalcis skatina neurotransmiterio acetilcholino išsiskyrimą presinapsiniuose terminaluose.

Rizika ir atsargumo priemonės

Reaguoja su vandeniu. Dėl to prarijus jis gali rimtai sužeisti burną, stemplę ar skrandį.

Darbuotojai susiduria su šia rizika tose vietose, kur gaminamas kalcio elementas, arba vietose, kur užpilamas metalas. Atsargumo priemonės yra apsisaugoti kaukėmis, kurios vengia dulkių, drabužių ir tinkamos ventiliacijos.

Hiperkalcemija yra ypač pavojinga ir ją daugiausia gali sukelti per didelis prieskydinių liaukų hormonų sekrecija arba per didelis vitamino D vartojimas. Per didelis kalcio vartojimas, pavyzdžiui, didesnis nei 2,5 g per dieną, retai yra hiperkalcemijos priežastis. .

Kalcio perteklius kaupiasi inkstuose, sukeldamas inkstų akmenis ir inkstų nefrozę. Be to, kalcio kaupimasis kraujagyslių sienelėse keičia jų elastingumą, kuris gali būti hipertenzijos, sulėtėjusios kraujotakos ir trombozės priežastis.

Pagrindinė atsargumo priemonė yra kaldemijos įtraukimas į laboratorinius tyrimus, kai gydytojas pastebi paciento simptomų ypatybes, dėl kurių jis įtaria hiperkalcemiją ir pradeda tinkamą gydymą.

Nuorodos

1. W. Korpusas. (1921 m.). Kalcio kristalinė struktūra. doi.org/10.1103/PhysRev.17.42
2. Vikipedija. (2019 m.). Kalcis. Atkurta iš: en.wikipedia.org
3. „Advameg, Inc.“ (2019 m.). Kalcis. Chemija paaiškinta. Atkurta iš: chemistryexplained.com
4. Timothy P. Hanusa. (2019 m. Sausio 11 d.). Kalcis. „Encyclopædia Britannica“. Atkurta iš: britannica.com
5. Nacionalinis biotechnologijų informacijos centras. (2019 m.). Kalcis. „PubChem“ duomenų bazė. CID = 5460341. Atkurta iš: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. „WebElements“. (2019 m.). Kalcis: būtinieji elementai. Atkurta iš: webelements.com