Кальцій

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Кальцій (Ca)
Атомний номер 20
Зовнішній вигляд помірно-твердий,
сріблясто-білий метал
Властивості атома
Атомна маса
(молярна маса)
40.078 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 197 пм
Енергія іонізації
(перший електрон)
589.4(6.11) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація [Ar] 4s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 174 пм
Радіус іона (+2e)99 пм
Електровід'ємність
(за Полінгом)
1.00
Електродний потенціал
Ступені окислення 2
Термодинамічні властивості
Густина 1.55 г/см3
Питома теплоємність 0.653 Дж/(K моль)
Теплопровідність (201) Вт/(м К)
Температура плавлення 1112 K
Теплота плавлення 9.20 кДж/моль
Температура кипіння 1757 K
Теплота випаровування 153.6 кДж/моль
Молярний об'єм 29.9 см3/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки кубічна об'ємноцентрована
Період ґратки 5.580 Å
Відношення c/a n/a
Температура Дебая 230.00 K
Періодична система елементів
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Зміст

[ред.] Походження назви

Назва елементу походить від латинського calx, calcis — вапно («м'який камінь»). Воно було запропоноване англ. хіміком Р. Деві, в 1808 р. що виділив металевий кальцій електролітичним методом. Деві змішував вологе гашене вапно з оксидом ртуті HgO на платиновій пластині, яка була анодом. Катодом служив платиновий дріт, занурений в рідку ртуть. В результаті електролізу виходила амальгама кальцію.

[ред.] Поширення в природі

За поширеністю в природі кальцій займає п'яте місце серед хімічних елементів (3,6% маси земної кори). У зв'язку з високою хімічною активністю у вільному стані він не зустрічається. Найбільш поширеними його сполуками є вапняк, крейда та мармур, які мають однаковий хімічний склад CaCO3, але різну кристалічну будову. Ці мінерали часто утворюють цілі гірські масиви. У великих кількостях зустрічаються також апатити і фосфорити, основою яких є фосфат кальцію Са3(РО4)2. Досить поширеним є мінерал гіпс СаSO4 • 2Н2О.

Крім того, значні кількості сполук кальцію містяться в ґрунті і природних водах, а також входять до складу тваринних і рослинних організмів. Так, наприклад, мінеральна маса кісток і зубів тварин містить близько 80% фосфату кальцію Са3(РО4)2, а шкаралупа яєць майже повністю складається з карбонату кальцію СаСО3.

[ред.] Фізичні властивості

У вільному стані кальцій — сріблясто-білий легкий метал. Густина його 1,55 г/см3. Температура плавлення 851°С. Твердість кальцію невелика, він лише трохи твердіший за свинець. Пластичність досить висока: кальцій легко можна пресувати і розкатувати в тоненькі листочки.

[ред.] Хімічні властивості

Кальцій належить до головної підгрупи другої групи періодичної системи Менделєєва. Його атоми на зовнішньому енергетичному рівні мають по два електрони. Ці електрони він легко втрачає і перетворюється в позитивно заряджені іони Са2+. У всіх своїх сполуках кальцій буває лише двовалентний. Кальцій належить до найактивніших металів і за своєю хімічною активністю поступається лише перед лужними металами.

При звичайній температурі кальцій легко взаємодіє з киснем і вологою повітря, тому його зберігають під шаром гасу або в герметично закритій посудині. При нагріванні він легко запалюється, утворюючи оксид кальцію:

  • 2Са + О2 = 2СаО

Кальцій легко взаємодіє також з водою, особливо при нагріванні, а з кислотами реагує дуже бурхливо:

  • Са + 2Н2О = Сa(ОН)2 + Н2
  • Са + 2НCl = СаCl2 + Н2

З вологим бромом і хлором кальцій взаємодіє вже при звичайній температурі, а при нагріванні безпосередньо реагує з сіркою, азотом і іншими речовинами, а також відновлює майже всі метали з їх оксидів:

  • Са + Cl2 = СаCl2
  • Са + S = СаS
  • 3Са + N2 = Са3N2

[ред.] Одержання

Металічний кальцій добувають електролізом розплавленого хлориду кальцію при температурі 800—850°С. Процес електролізу можна зобразити такими рівняннями:

                 СаCl2
                  ↑↓
— Катод <-   Са2+ + 2Cl-   -> Анод +
 Са2+ + 2е = Са°          2Cl — 2е = 2Cl° = Cl2

[ред.] Застосування

Металічний кальцій застосовують головним чином у металургії для одержання деяких металів з їх оксидів, які важко відновлюються, наприклад ванадію, хрому і ін.

  • V2O5 + 5Ca = 2V + 5CaO
  • Cr2O3 + 3Ca = 2Cr + 3CaO

Кальцій використовують також для розкиснення сталі і бронзи при їх виплавці, а також для виготовлення деяких сплавів. Так, сплав свинцю з невеликою добавкою кальцію служить для заливки підшипників залізничних вагонів. Крім того, кальцій застосовують для зневоднення деяких органічних рідин і інших цілей.

[ред.] Дивись також

[ред.] Джерела

  • Ф. А. Деркач "Хімія" Л. 1968