Кальций

1. Соединения кальция – известняк, мрамор, гипс (а также известь –

продукт известняка) уже в глубокой древности применялись в строительном

деле. Вплоть до конца 18 века химики считали известь простым телом. В 1789

году А. Лаувуазье предположил, что известь, магнезия, барит,

глинозём и кремнезём -–вещества сложные. В 1808 году Дэви, подвергая

электролизу с ртутным катодом смесь влажной гашеной извести с окисью ртути,

приготовил амальгаму кальция, а отогнав из неё ртуть, получил металл,

названный «кальций» (от лат. Calх, род. падеж calcis – известь).

2. Размещение электронов по орбиталям.

+20Са… |3s 3p 3d | 4s

|Строение внешнего электронного | 4s |

|слоя атома. | |

|Радиус атома, нм |0,197 |

|Плотность, г/см |1,54 |

|Температура плавления, °С |851 |

|Температура кипения, °С |1480 |

Кальций называется щелочноземельным металлом, его относят к S –

элементам. На внешнем электронном уровне у кальция два электрона, поэтому

он даёт соединения: CaO, Ca(OH)2, CaCl2, CaSO4, CaCO3 и т.д. Кальций

относится к типичным металлам – он имеет большое сродство к кислороду,

восстанавливает почти все металлы из их окислов, образует довольно сильное

основание Ca(OH)2.

3. Кристаллические решётки металлов могут быть различных типов, однако

для кальция характерна гранецентрированная кубическая решётка.

Размеры, форму и взаимное расположение кристаллов в металлах излучают

металлографическими методами. Наиболее полную оценку структуры металла в

этом отношении даёт микроскопический анализ его шлифа. Из испытуемого

металла вырезают образец и его плоскость шлифуют, полируют и протравливают

специальным раствором (травителем). В результате травления выделяется

структура образца, которую рассматривают или фотографируют с помощью

металлографического микроскопа.

4. Кальцый – лёгкий металл (d = 1,55), серебристо-белого цвета. Он более

твёрд и плавится при более высокой температуре (851 °С) по сравнению с

натрием, который расположен рядом с ним в периодической системе. Это

объясняется тем, что на один ион кальция в металле приходится два

электрона. Поэтому химическая связь между ионами и электронным газом у него

более прочная, чем у натрия. При химических реакциях валентные электроны

кальция переходят к атомам других элементов. При этом образуются

двухзарядные ионы.

5. Кальций обладает большой химической активностью по отношению к

металлам, особенно к кислороду. На воздухе он окисляется медленнее щелочных

металлов, так как окисная плёнка на нём менее проницаема для кислорода. При

нагревании кальций сгорает с выделением громадных количеств теплоты:

2Ca + O2 = 2CaO

Ca – 2e = Ca

C водой кальций вступает в реакцию, вытесняя из неё водород и образуя

основание:

Са + 2H2O = Ca(OH)2 + H2

Благодаря большой химической активности к кислороду кальций находит

некоторое применение для получения редких металлов из их окислов. Окислы

металлов нагревают совместно с кальциевой стружкой; в результате реакций

получается окись кальция и металл. На этом же свойстве основано применение

кальция и его некоторых сплавовдля так называемого раскисления металлов.

Кальций добавляют в расплавленный металл, и он удаляет следы растворённого

кислорода; образующаяся окись кальция всплывает на поверхность металла.

Кальций входит в состав некоторых сплавов.

Получают кальций электролизом расплавленного хлорида кальция или

алюминотермическим методом.

Окись и гидроокись кальция.

Окись кальция, или гашеная известь, представляет собой порошок белого

цвета, плавится она при 2570 °С. Получают её прокаливанием известняка:

СаСО3 = СаО + СО2^

Окись кальция – основной окисел, поэтому она вступает в реакцию с

кислотами и ангидридами кислот. С водой она даёт основание – гидроокись

кальция:

СаО + H2О = Са(ОН)2

Присоединение воды к окиси кальция, называемое гашением извести,

протекает с выделением большого количества теплоты. Часть воды при этом

превращается в пар.

Гидроокись кальция, или гашеная известь, – вещество белого цвета, немного

растворимое в воде. Водный раствор гидроокиси кальция называется

известковой водой. Такой раствор обладает довольно сильными щелочными

свойствами, так как гидроокись кальция хорошо диссоциирует:

Са(ОН)2 = Са + 2ОН

По сравнению с гидратами окислов щелочных металлов гидроокись кальция –

более слабое основание. Объясняется это тем, что ион кальция двухзарядный и

более сильно притягивает гидроксильные группы.

Гашеная известь и её раствор, называемый известковой водой, вступают в

реакции с кислотами и ангидридами кислот, в том числе и с двуокисью

углерода. Известковая вода служит в лабораториях для открытия двуокиси

углерода, так как образующийся нерастворимый углекислый кальций вызывает

помутнение воды:

Са + 2ОН + СО2 = СаСО3v + Н2О

Однако при длительном пропускании двуокиси углерода раствор снова

становится прозрачным. Это объясняется тем, что карбонат кальция

превращается в растворимую соль – гидрокарбонат кальция:

СаСО3 + СО2 + Н2О = Са(НСО3)2

6. В промышленности кальций получают двумя способами:

1) Нагреванием брикетированной смеси СаО и порошка Аl при 1200 °С в

вакууме 0,01 – 0,02 мм. рт. ст.; выделяющиеся по реакции:

6СаО + 2Аl = 3CaO · Al2O3 + 3Ca

Пары кальция кондонсируются на холодной поверхности.

2) Электролизом расплава СаСl2 и КСl с жидким медно-кальциевым катодом

приготовляют сплав Сu – Ca (65% Ca), из которого кальций отгоняют при

температуре 950 – 1000 °С в вакууме 0,1 – 0,001 мм.рт.ст.

3) Разработан также способ получения кальция термической диссоциацией

карбида кальция СаС2.

7. Кальций принадлежит к числу самых распространённых в природе

элементов. В земной коре его содержится приблизительно 3% (масс.). Соли

кальция образуют в природе большие скопления в виде карбонатов (мел,

мрамор), сульфатов (гипс), фосфатов (фосфоритов). Под действием воды и

двуокиси углерода карбонаты переходят в раствор в виде гидрокарбонатов и

переносятся подземными и речными водами на большие расстояния. При

вымывании солей кальция могут образовываться пещеры. За счёт испарения воды

или повышения температуры на новом месте могут образовываться отложения

карбоната кальция. Так, например, образуются сталактиты и сталагмиты в

пещерах.

Жёсткость воды и способы её устранения.

Растворимые соли кальция и магния обуславливают общую жёсткость воды.

Если они присутствуют в воде в небольших количествах, то вода называется

мягкой. При большом содержании этих солей (100 – 200 мг. солей кальция – в

1 л. в пересчёте на ионы) вода считается жёсткой. В такой воде мыло плохо

пенится, так как соли кальция и магния образуют с ним нерастворимые