Cálcio na natureza (3,4% na crosta terrestre). Propriedades físicas do cálcio

O cálcio está localizado no quarto grande período, o segundo grupo, o subgrupo principal, o número de série do elemento é 20. De acordo com a tabela periódica de Mendeleev, o peso atômico do cálcio é 40,08. A fórmula do óxido mais alto é CaO. O cálcio tem um nome latino cálcio, então o símbolo do átomo do elemento é Ca.

Caracterização do cálcio como uma substância simples

Em condições normais, o cálcio é um metal branco prateado. Com alta atividade química, o elemento é capaz de formar muitos compostos aulas diferentes. O elemento é valioso para sínteses químicas técnicas e industriais. O metal está amplamente distribuído na crosta terrestre: sua participação é de cerca de 1,5%. O cálcio pertence ao grupo dos metais alcalino-terrosos: quando dissolvido em água, dá álcalis, mas na natureza ocorre na forma de múltiplos minerais e. A água do mar contém cálcio em altas concentrações (400 mg/l).

sódio puro

As características do cálcio dependem da estrutura de sua rede cristalina. Este elemento tem dois tipos: centrado na face cúbica e centrado no volume. O tipo de ligação na molécula é metálico.

Fontes naturais de cálcio:

  • apatita;
  • alabastro;
  • gesso;
  • calcita;
  • fluorita;
  • dolomite.

Propriedades físicas do cálcio e métodos para a produção de metal

Em condições normais, o cálcio está em estado sólido de agregação. O metal funde a 842°C. O cálcio é um bom condutor elétrico e térmico. Quando aquecido, ele passa primeiro para um estado líquido e depois para um estado de vapor e perde suas propriedades metálicas. O metal é muito macio e pode ser cortado com uma faca. Ferve a 1484°C.

Sob pressão, o cálcio perde suas propriedades metálicas e condutividade elétrica. Mas então as propriedades metálicas são restauradas e aparecem as propriedades de um supercondutor, várias vezes maiores que o resto em seu desempenho.

Durante muito tempo não foi possível obter cálcio sem impurezas: devido à sua alta atividade química, esse elemento não ocorre na natureza em sua forma pura. O item foi aberto em início do XIX século. O cálcio como metal foi sintetizado pela primeira vez pelo químico britânico Humphrey Davy. O cientista descobriu as características da interação de derretimentos de minerais sólidos e sais com choque elétrico. Atualmente, a eletrólise de sais de cálcio (misturas de cloretos de cálcio e potássio, misturas de fluoreto de cálcio e cloreto de cálcio) continua sendo o método mais relevante para a produção de metal. O cálcio também é extraído de seu óxido usando aluminotermia, um método comum na metalurgia.

Propriedades químicas do cálcio

O cálcio é um metal ativo que entra em muitas interações. No condições normais ele reage facilmente, formando os compostos binários correspondentes: com oxigênio, halogênios. Clique para saber mais sobre compostos de cálcio. Quando aquecido, o cálcio reage com nitrogênio, hidrogênio, carbono, silício, boro, fósforo, enxofre e outras substâncias. Ao ar livre, interage instantaneamente com oxigênio e dióxido de carbono, portanto, fica coberto com um revestimento cinza.

Reage violentamente com ácidos, às vezes inflamando. Nos sais, o cálcio apresenta propriedades interessantes. Por exemplo, as estalactites e estalagmites das cavernas são carbonato de cálcio, formado gradualmente a partir de água, dióxido de carbono e bicarbonato como resultado de processos dentro das águas subterrâneas.

por causa de alta atividade no estado normal, o cálcio é armazenado em laboratórios em vidro escuro selado sob uma camada de parafina ou querosene. Uma reação qualitativa ao íon cálcio é a coloração da chama em uma rica cor vermelho-tijolo.


O cálcio torna a chama vermelha

O metal na composição dos compostos pode ser identificado por precipitados insolúveis de alguns sais do elemento (fluoreto, carbonato, sulfato, silicato, fosfato, sulfito).

A reação da água com o cálcio

O cálcio é armazenado em frascos sob uma camada de líquido protetor. Para conduzir, demonstrando como ocorre a reação da água e do cálcio, não se pode simplesmente pegar o metal e cortar dele o pedaço desejado. O cálcio metálico no laboratório é mais fácil de usar na forma de aparas.

Se não houver aparas de metal, e houver apenas grandes pedaços cálcio, você precisará de um alicate ou um martelo. Pedaço de cálcio pronto tamanho certo colocado em um frasco ou copo de água. Aparas de cálcio são colocadas em um prato em um saco de gaze.

O cálcio afunda para o fundo e a evolução do hidrogênio começa (primeiro, no local onde a fratura fresca do metal está localizada). Gradualmente, o gás é liberado da superfície do cálcio. O processo assemelha-se à ebulição rápida, ao mesmo tempo que se forma um precipitado de hidróxido de cálcio (cal apagada).


amolecimento de cal

Um pedaço de cálcio flutua, apanhado por bolhas de hidrogênio. Após cerca de 30 segundos, o cálcio se dissolve e a água fica branca turva devido à formação de pasta de hidróxido. Se a reação for realizada não em um béquer, mas em um tubo de ensaio, a evolução do calor pode ser observada: o tubo de ensaio aquece rapidamente. A reação do cálcio com a água não termina com uma explosão espetacular, mas a interação das duas substâncias prossegue violentamente e parece espetacular. A experiência é segura.

Se a bolsa com o cálcio restante for removida da água e mantida no ar, depois de um tempo, como resultado da reação em andamento, ocorrerá um forte aquecimento e o restante na gaze ferverá. Se parte da solução turva for filtrada através de um funil para um béquer, quando o monóxido de carbono CO₂ passar pela solução, um precipitado se formará. Isso não requer dióxido de carbono - você pode soprar o ar exalado na solução através de um tubo de vidro.

Compostos de cálcio- calcário, mármore, gesso (assim como cal - um produto do calcário) são usados ​​na construção desde os tempos antigos. Até o final do século XVIII, os químicos consideravam a cal uma substância simples. Em 1789, A. Lavoisier sugeriu que cal, magnésia, barita, alumina e sílica são substâncias complexas. Em 1808, Davy, submetendo uma mistura de cal apagada úmida com óxido de mercúrio à eletrólise com um cátodo de mercúrio, preparou um amálgama de cálcio e, depois de expulsar o mercúrio, obteve um metal chamado "cálcio" (de lat. Calx, gênero. caso calcis - cal).

Disposição dos elétrons em órbitas.

+20Ca… |3s 3p 3d | 4 segundos

O cálcio é chamado de metal alcalino-terroso, é classificado como um elemento S. No nível eletrônico externo, o cálcio tem dois elétrons, então dá compostos: CaO, Ca (OH) 2, CaCl2, CaSO4, CaCO3, etc. O cálcio pertence aos metais típicos - tem uma alta afinidade pelo oxigênio, reduz quase todos os metais de seus óxidos e forma uma base bastante forte Ca (OH) 2.

As redes cristalinas dos metais podem ser Vários tipos, no entanto, o cálcio é caracterizado por uma rede cúbica de face centrada.

Os tamanhos, a forma e o arranjo mútuo dos cristais nos metais são emitidos por métodos metalográficos. A avaliação mais completa da estrutura metálica a esse respeito é dada pela análise microscópica de sua seção delgada. Uma amostra é cortada do metal em teste, e seu plano é retificado, polido e gravado com uma solução especial (etchant). Como resultado do ataque, a estrutura da amostra é destacada, que é examinada ou fotografada usando um microscópio metalográfico.

O cálcio é um metal leve (d = 1,55), de cor branco-prata. É mais duro e derrete mais Temperatura alta(851 ° C) em comparação com o sódio, que está localizado próximo a ele no sistema periódico. Isso ocorre porque há dois elétrons por íon de cálcio no metal. É por isso ligação química entre íons e gás de elétrons, é mais forte que o de sódio. Nas reações químicas, os elétrons de valência do cálcio são transferidos para átomos de outros elementos. Nesse caso, íons duplamente carregados são formados.

O cálcio é altamente reativo com metais, especialmente com oxigênio. Oxida mais lentamente no ar. metais alcalinos, uma vez que o filme de óxido sobre ele é menos permeável ao oxigênio. Quando aquecido, o cálcio queima com a liberação de enormes quantidades de calor:

O cálcio reage com a água, deslocando o hidrogênio e formando uma base:

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2

Devido à sua alta reatividade ao oxigênio, o cálcio encontra algum uso para obter metais raros de seus óxidos. Óxidos metálicos são aquecidos junto com lascas de cálcio; como resultado das reações, obtém-se óxido de cálcio e um metal. A utilização do cálcio e algumas de suas ligas para a chamada desoxidação de metais baseia-se na mesma propriedade. O cálcio é adicionado ao metal fundido e remove vestígios de oxigênio dissolvido; o óxido de cálcio resultante flutua para a superfície do metal. O cálcio faz parte de algumas ligas.

O cálcio é obtido por eletrólise do cloreto de cálcio fundido ou pelo método aluminotérmico. O óxido de cálcio, ou cal apagada, é um pó branco que derrete a 2570°C. É obtido por calcinação de calcário:

CaCO3 \u003d CaO + CO2 ^

O óxido de cálcio é um óxido básico, por isso reage com ácidos e anidridos ácidos. Com água, dá uma base - hidróxido de cálcio:

CaO + H2O = Ca(OH)2

A adição de água ao óxido de cálcio, chamada de extinção de cal, ocorre com a liberação de uma grande quantidade de calor. Parte da água é convertida em vapor. O hidróxido de cálcio, ou cal apagada, é uma substância branca, ligeiramente solúvel em água. Uma solução aquosa de hidróxido de cálcio é chamada de água de cal. Essa solução tem propriedades alcalinas bastante fortes, pois o hidróxido de cálcio se dissocia bem:

Ca (OH) 2 \u003d Ca + 2OH

Comparado aos hidratos de óxidos de metais alcalinos, o hidróxido de cálcio é uma base mais fraca. Isso é explicado pelo fato de que o íon cálcio é duplamente carregado e atrai mais fortemente os grupos hidroxila.

A cal hidratada e sua solução, chamada água de cal, reagem com ácidos e anidridos ácidos, incluindo dióxido de carbono. A água de cal é usada em laboratórios para descobrir o dióxido de carbono, pois o carbonato de cálcio insolúvel resultante faz com que a água fique turva:

Ca + 2OH + CO2 = CaCO3v + H2O

No entanto, quando o dióxido de carbono é passado por um longo tempo, a solução torna-se transparente novamente. Isso se deve ao fato de o carbonato de cálcio ser convertido em um sal solúvel - bicarbonato de cálcio:

CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2

Na indústria, o cálcio é obtido de duas maneiras:

Ao aquecer uma mistura briquetada de pó de CaO e Al a 1200 ° C em um vácuo de 0,01 - 0,02 mm. art. Arte.; liberado pela reação:

6CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

O vapor de cálcio se condensa em uma superfície fria.

Por eletrólise de uma fusão de CaCl2 e KCl com um cátodo de cobre-cálcio líquido, é preparada uma liga de Cu - Ca (65% Ca), a partir da qual o cálcio é destilado a uma temperatura de 950 - 1000 ° C em um vácuo de 0,1 - 0,001 mm Hg.

Também foi desenvolvido um método para obtenção de cálcio por dissociação térmica de carbeto de cálcio CaC2.

O cálcio é um dos elementos mais abundantes na natureza. Ele contém aproximadamente 3% (massa) na crosta terrestre. Os sais de cálcio formam na natureza grandes acumulações na forma de carbonatos (giz, mármore), sulfatos (gesso), fosfatos (fosforitos). Sob a ação da água e do dióxido de carbono, os carbonatos passam para a solução na forma de hidrocarbonetos e são transportados por águas subterrâneas e fluviais por longas distâncias. Quando os sais de cálcio são lavados, as cavernas podem se formar. Devido à evaporação da água ou ao aumento da temperatura, depósitos de carbonato de cálcio podem se formar em um novo local. Assim, por exemplo, estalactites e estalagmites são formadas em cavernas.

Os sais solúveis de cálcio e magnésio determinam a dureza geral da água. Se eles estão presentes na água grandes quantidades, a água é chamada de mole. Com um alto teor desses sais (100 - 200 mg de sais de cálcio - em 1 litro em termos de íons), a água é considerada dura. Nessa água, o sabão espuma pouco, pois os sais de cálcio e magnésio formam compostos insolúveis com ele. Não funciona bem em água dura produtos alimentícios, e quando fervido, dá escala nas paredes das caldeiras a vapor. A incrustação não conduz bem o calor, provoca um aumento no consumo de combustível e acelera o desgaste das paredes da caldeira. A formação de escamas é um processo complexo. Quando aquecidos, os sais ácidos do ácido carbônico de cálcio e magnésio se decompõem e se transformam em carbonatos insolúveis:

Ca + 2HCO3 = H2O + CO2 + CaCO3v

A solubilidade do sulfato de cálcio CaSO4 também diminui quando aquecido, por isso faz parte da escala.

A dureza causada pela presença de bicarbonatos de cálcio e magnésio na água é chamada de carbonato ou temporária, pois é eliminada pela fervura. Além da dureza carbonatada, também se distingue a dureza não carbonatada, que depende do teor de sulfatos e cloretos de cálcio e magnésio na água. Esses sais não são removidos por ebulição e, portanto, a dureza não carbonatada também é chamada de dureza constante. A dureza carbonatada e não carbonatada somam a dureza total.

Para eliminar completamente a dureza, a água às vezes é destilada. Ferva a água para remover a dureza do carbonato. A dureza total é eliminada pela adição de substancias químicas, ou com a ajuda dos chamados trocadores de cátions. Usando método químico sais solúveis de cálcio e magnésio são convertidos em carbonatos insolúveis, por exemplo, leite de cal e soda são adicionados:

Ca + 2HCO3 + Ca + 2OH = 2H2O + 2CaCO3v

Ca + SO4 + 2Na + CO3 = 2Na + SO4 + CaCO3v

A remoção da rigidez com trocadores de cátions é um processo mais avançado. Os trocadores de cátions são substâncias complexas (compostos naturais de silício e alumínio, compostos orgânicos de alto peso molecular), cuja composição pode ser expressa pela fórmula Na2R, onde R é complexo resíduo ácido. Quando a água é filtrada através de uma camada de trocador de cátions, íons Na (cátions) são trocados por íons Ca e Mg:

Ca + Na2R = 2Na + CaR

Consequentemente, os íons Ca da solução passam para o trocador de cátions e os íons Na passam do trocador de cátions para a solução. Para restaurar o trocador de cátions usado, ele é lavado com uma solução sal de mesa. Nesse caso, ocorre o processo inverso: os íons Ca no trocador de cátions são substituídos por íons Na:

2Na + 2Cl + CaR = Na2R + Ca + 2Cl

O trocador de cátions regenerado pode ser usado novamente para tratamento de água.

Na forma de um metal puro, o Ca é usado como agente redutor para U, Th, Cr, V, Zr, Cs, Rb e alguns metais de terras raras e seus compostos. Também é usado para a desoxidação de aços, bronzes e outras ligas, para a remoção de enxofre de produtos petrolíferos, para a desidratação de líquidos orgânicos, para a purificação de argônio de impurezas de nitrogênio e como absorvedor de gás em dispositivos elétricos de vácuo. Os materiais antificção do sistema Pb - Na - Ca, assim como as ligas Pb - Ca, que são utilizadas na confecção da casca, têm recebido grande aplicação na tecnologia. cabos elétricos. A liga Ca - Si - Ca (silicocálcio) é usada como desoxidante e desgaseificador na produção de aços de qualidade.

O cálcio é um dos elementos biogênicos necessários para o curso normal dos processos de vida. Está presente em todos os tecidos e fluidos de animais e plantas. Apenas organismos raros podem se desenvolver em um ambiente desprovido de Ca. Em alguns organismos, o teor de Ca chega a 38%: em humanos - 1,4 - 2%. As células de organismos vegetais e animais precisam de proporções estritamente definidas de íons Ca, Na e K no meio extracelular. As plantas obtêm Ca do solo. De acordo com sua relação com o Ca, as plantas são divididas em calcófilos e calcefóbicos. Os animais obtêm Ca da comida e da água. O Ca é necessário para a formação de várias estruturas celulares, mantendo a permeabilidade normal das membranas celulares externas, para fertilizar os ovos de peixes e outros animais e ativar uma série de enzimas. Os íons Ca transmitem excitação para fibra muscular, causando sua contração, aumentam a força das contrações cardíacas, aumentam a função fagocitária dos leucócitos, ativam o sistema de proteínas protetoras do sangue e participam de sua coagulação. Nas células, quase todo o Ca está na forma de compostos com proteínas, ácidos nucléicos, fosfolipídios, em complexos com fosfatos inorgânicos e ácidos orgânicos. No plasma sanguíneo de humanos e animais superiores, apenas 20-40% de Ca pode estar associado a proteínas. Em animais com esqueleto, até 97 - 99% de todo Ca é usado como material de construção: em invertebrados, principalmente na forma de CaCO3 (conchas de moluscos, corais), em vertebrados, na forma de fosfatos. Muitos invertebrados armazenam Ca antes da muda para construir um novo esqueleto ou para fornecer funções vitais condições adversas. O conteúdo de Ca no sangue de humanos e animais superiores é regulado pelos hormônios das glândulas paratireóide e tireóide. A vitamina D desempenha o papel mais importante nestes processos. A absorção de Ca ocorre na região anterior intestino delgado. A assimilação de Ca piora com a diminuição da acidez no intestino e depende da proporção de Ca, fósforo e gordura nos alimentos. Razões ótimas de Ca/P em leite de vaca cerca de 1,3 (em batatas 0,15, em feijão 0,13, em carne 0,016). Com um excesso de alimento P e ácido oxálico A absorção de Ca é prejudicada. Os ácidos biliares aceleram sua absorção. A proporção ideal de Ca/gordura na alimentação humana é de 0,04 - 0,08 g de Ca por 1 g. gordo. A excreção de Ca ocorre principalmente através dos intestinos. Mamíferos durante a lactação perdem muito Ca com leite. Com violações do metabolismo fósforo-cálcio em animais jovens e crianças, o raquitismo se desenvolve, em animais adultos - uma mudança na composição e estrutura do esqueleto (osteomalácia).

Na medicina, os medicamentos Ca eliminam distúrbios associados à falta de íons Ca no corpo (com tetania, espasmofilia, raquitismo). As preparações de Ca reduzem hipersensibilidade a alérgenos e são usados ​​para tratar doenças alérgicas (doença do soro, febre do sono, etc.). As preparações de Ca reduzem a permeabilidade vascular aumentada e têm um efeito anti-inflamatório. Eles são usados ​​para vasculite hemorrágica, doença de radiação, processos inflamatórios(pneumonia, pleurisia, etc.) e algumas doenças de pele. É prescrito como agente hemostático, para melhorar a atividade do músculo cardíaco e potencializar a ação das preparações digitálicas, como antídoto para envenenamento com sais de magnésio. Juntamente com outras drogas, as preparações de Ca são usadas para estimular o trabalho de parto. O cloreto de cálcio é administrado por via oral e intravenosa. Ossocalcinol (suspensão estéril a 15% de pó de osso especialmente preparado em óleo de pêssego) foi proposto para terapia de tecidos.

As preparações de Ca também incluem gesso (CaSO4), usado em cirurgias de gesso, e giz (CaCO3), administrado por via oral para hiperacidez suco gástrico e para a preparação de pó dental.

DEFINIÇÃO

Cálcio- o vigésimo elemento da tabela periódica. Designação - Ca do latim "cálcio". Localizado no quarto período, grupo IIA. Refere-se a metais. A carga principal é 20.

O cálcio é um dos elementos mais abundantes na natureza. Ele contém aproximadamente 3% (massa) na crosta terrestre. Ocorre como numerosos depósitos de calcário e giz, bem como mármore, que são variedades naturais de carbonato de cálcio CaCO 3 . Gesso CaSO 4 × 2H 2 O, fosforita Ca 3 (PO 4) 2 e, finalmente, vários silicatos contendo cálcio também são encontrados em grandes quantidades.

Na forma de uma substância simples, o cálcio é um metal branco maleável e bastante duro (Fig. 1). No ar, rapidamente fica coberto com uma camada de óxido e, quando aquecido, queima com uma chama avermelhada brilhante. A PARTIR DE água fria cálcio reage de forma relativamente lenta, mas a partir de água quente rapidamente desloca o hidrogênio, formando hidróxido.

Arroz. 1. Cálcio. Aparência.

Peso atômico e molecular do cálcio

O peso molecular relativo de uma substância (M r) é um número que mostra quantas vezes a massa de uma determinada molécula é maior que 1/12 da massa de um átomo de carbono e a massa atômica relativa de um elemento (Ar r) é quantas vezes a massa média dos átomos de um elemento químico é maior que 1/12 da massa de um átomo de carbono.

Como no estado livre o cálcio existe na forma de moléculas monoatômicas de Ca, os valores de suas massas atômicas e moleculares são os mesmos. Eles são iguais a 40.078.

Isótopos de cálcio

Sabe-se que na natureza o cálcio pode ser encontrado na forma de quatro isótopos estáveis ​​40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca e 48Ca, com clara predominância do isótopo 40Ca (99,97%). Seus números de massa são 40, 42, 43, 44, 46 e 48, respectivamente. O núcleo do átomo do isótopo de cálcio 40 Ca contém vinte prótons e vinte nêutrons, e os isótopos restantes diferem dele apenas no número de nêutrons.

Existem isótopos artificiais de cálcio com números de massa de 34 a 57, dentre os quais o mais estável é o 41 Ca com meia-vida de 102 mil anos.

Íons de cálcio

No nível de energia externo do átomo de cálcio, existem dois elétrons que são de valência:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 .

Como resultado da interação química, o cálcio cede seus elétrons de valência, ou seja, é seu doador, e se transforma em um íon carregado positivamente:

Ca 0 -2e → Ca 2+.

Molécula e átomo de cálcio

No estado livre, o cálcio existe na forma de moléculas monoatômicas de Ca. Aqui estão algumas propriedades que caracterizam o átomo e a molécula de cálcio:

ligas de cálcio

O cálcio serve como componente de liga de algumas ligas de chumbo.

Exemplos de resolução de problemas

EXEMPLO 1

Exercício Escreva as equações de reação que podem ser usadas para realizar as seguintes transformações:

Ca → Ca(OH) 2 → CaCO 3 → Ca(HCO 3) 2.
Responda Ao dissolver o cálcio na água, você pode obter uma solução turva de um composto conhecido como "leite de cal" - hidróxido de cálcio:

Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2.

Ao passar o dióxido de carbono através de uma solução de hidróxido de cálcio, obtemos carbonato de cálcio:

2Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O.

Adicionando água ao carbonato de cálcio e continuando a passar dióxido de carbono através dessa mistura, obtemos bicarbonato de cálcio:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 → Ca(HCO 3) 2.

Cálcio(Cálcio), Ca, elemento químico do grupo II sistema periódico Mendeleev, número atômico 20, massa atômica 40,08; metal leve prata-branco. O elemento natural é uma mistura de seis isótopos estáveis: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca e 48 Ca, sendo 40 Ca o mais comum (96,97%).

Compostos de Ca - calcário, mármore, gesso (assim como cal - um produto da queima de calcário) têm sido usados ​​na construção desde os tempos antigos. Até o final do século XVIII, os químicos consideravam a cal uma substância simples. Em 1789, A. Lavoisier sugeriu que cal, magnésia, barita, alumina e sílica são substâncias complexas. Em 1808, G. Davy, submetendo uma mistura de cal apagada úmida com óxido de mercúrio à eletrólise com um cátodo de mercúrio, preparou um amálgama de Ca e, após expulsar o mercúrio, obteve um metal chamado "Cálcio" (do latim calx , gênero case calcis - cal).

Distribuição de cálcio na natureza. Em termos de abundância na crosta terrestre, o Ca ocupa o 5º lugar (depois de O, Si, Al e Fe); teor de 2,96% em peso. Migra vigorosamente e acumula-se em vários sistemas geoquímicos, formando 385 minerais (4º lugar em número de minerais). Há pouco Ca no manto da Terra e, provavelmente, menos ainda no núcleo da Terra (0,02% em meteoritos de ferro). O Ca predomina na parte inferior da crosta terrestre, acumulando-se nas rochas básicas; o máximo de Ca é encerrado em feldspato - anortita Ca; teor em rochas básicas 6,72%, em ácidos (granitos e outros) 1,58%. Uma diferenciação excepcionalmente nítida de Ca ocorre na biosfera, principalmente associada ao "equilíbrio de carbonato": quando o dióxido de carbono interage com o carbonato de CaCO 3, o bicarbonato solúvel Ca (HCO 3) 2 é formado: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 \ u003d Ca (HCO 3) 2 \u003d Ca 2+ + 2HCO 3-. Esta reação é reversível e é a base da redistribuição de Ca. Com alto teor de CO 2 nas águas, o Ca está em solução, e com baixo teor de CO 2, o mineral calcita CaCO 3 precipita, formando poderosos depósitos de calcário, giz e mármore.

A migração biogênica também desempenha um papel importante na história do Ca. Na matéria viva dos elementos-metais, o Ca é o principal. São conhecidos organismos que contêm mais de 10% de Ca (mais carbono), construindo seu esqueleto a partir de compostos de Ca, principalmente de CaCO 3 (algas calcárias, muitos moluscos, equinodermos, corais, rizomas, etc.). Com o enterro dos esqueletos do mar. Animais e plantas estão associados ao acúmulo de massas colossais de algas, corais e outros calcários, que, mergulhando nas profundezas da terra e se mineralizando, se transformam em vários tipos de mármore.

Grandes áreas com clima úmido (zonas florestais, tundra) são caracterizadas por uma deficiência de Ca - aqui é facilmente lixiviado do solo. Isso está associado à baixa fertilidade do solo, baixa produtividade de animais domésticos, seu pequeno tamanho e muitas vezes doenças esqueléticas. É por isso grande importância tem calagem do solo, alimentação de animais domésticos e pássaros, etc. Pelo contrário, o CaCO 3 é pouco solúvel em clima seco, de modo que as paisagens de estepes e desertos são ricas em Ca. O gesso CaSO 4 2H 2 O acumula-se frequentemente em marismas e lagos salgados.

Os rios trazem muito Ca para o oceano, mas não permanece na água do oceano (o teor médio é de 0,04%), mas concentra-se nos esqueletos dos organismos e, após sua morte, é depositado no fundo principalmente na forma de CaCO3. Os lodos calcários estão espalhados no fundo de todos os oceanos em profundidades não superiores a 4.000 m (CaCO 3 dissolve-se em grandes profundidades, os organismos geralmente experimentam uma deficiência de Ca).

Um papel importante na migração de Ca é desempenhado por A água subterrânea. Nos maciços calcários, eles lixiviam vigorosamente CaCO 3 em alguns lugares, o que está associado ao desenvolvimento do carste, à formação de cavernas, estalactites e estalagmites. Além da calcita, nos mares de épocas geológicas passadas, a deposição de fosfatos de Ca (por exemplo, os depósitos de fosforita Karatau no Cazaquistão), dolomita CaCO 3 ·MgCO 3 e gesso durante a evaporação foram difundidos nos mares de épocas geológicas passadas .

Durante história geológica a formação de carbonato biogênico aumentou, enquanto a precipitação química de calcita diminuiu. Nos mares pré-cambrianos (há mais de 600 milhões de anos) não havia animais com esqueleto calcário; eles se espalharam desde o Cambriano (corais, esponjas, etc.). Isso é atribuído ao alto teor de CO 2 na atmosfera pré-cambriana.

Propriedades físicas do cálcio. Célula de cristal A forma α do Ca (estável à temperatura normal) é cúbica de face centrada, a = 5,56Å. Raio atômico 1,97Å, raio iônico Ca 2+ 1,04Å. Densidade 1,54 g/cm3 (20°C). Acima de 464 °C, a forma β hexagonal é estável. tpl 851°C, tkip 1482°C; coeficiente de temperatura de expansão linear 22 10 -6 (0-300 °C); condutividade térmica a 20°C 125,6 W/(m K) ou 0,3 cal/(cm s°C); calor específico(0-100°C) 623,9 J/(kg K) ou 0,149 cal/(g°C); resistividade elétrica a 20°C 4,6 10 -8 ohm m ou 4,6 10 -6 ohm cm; coeficiente de temperatura de resistência elétrica 4,57 10 -3 (20 °C). Módulo de elasticidade 26 Gn/m2 (2600 kgf/mm2); resistência à tração 60 MN/m2 (6 kgf/mm2); limite elástico 4 MN/m 2 (0,4 kgf/mm 2), limite elástico 38 MN/m 2 (3,8 kgf/mm 2); alongamento 50%; Dureza Brinell 200-300 MN/m2 (20-30 kgf/mm2). O cálcio de pureza suficientemente alta é plástico, bem prensado, laminado e pode ser usinado.

Propriedades químicas do cálcio. A configuração da camada eletrônica externa do átomo de Ca 4s 2, segundo a qual o Ca em compostos é 2-valente. Quimicamente o Ca é muito ativo. Em temperaturas normais, o Ca interage facilmente com o oxigênio e a umidade do ar, por isso é armazenado em recipientes hermeticamente fechados ou sob óleo mineral. Quando aquecido em ar ou oxigênio, ele se inflama, dando o óxido básico CaO. Peróxidos Ca-CaO 2 e CaO 4 também são conhecidos. No início, o Ca reage rapidamente com a água fria, depois a reação diminui devido à formação de um filme de Ca(OH) 2 . Ca interage vigorosamente com água quente e ácidos, liberando H 2 (exceto HNO 3 concentrado). Ele reage com flúor no frio e com cloro e bromo - acima de 400 ° C, dando CaF 2, CaCl 2 e CaBr 2, respectivamente. Esses haletos no estado fundido formam com o Ca os chamados subcompostos - CaF, CaCl, nos quais o Ca é formalmente monovalente. Quando o Ca é aquecido com enxofre, obtém-se sulfeto de cálcio CaS, este último adiciona enxofre, formando polissulfetos (CaS 2, CaS 4 e outros). Interagindo com o hidrogênio seco a 300-400 ° C, o Ca forma um hidreto CaH 2 - um composto iônico no qual o hidrogênio é um ânion. A 500°C Ca e azoto originam nitreto de Ca3N2; a interação do Ca com a amônia no frio leva ao complexo amônia Ca 6 . Quando aquecido sem acesso ao ar com grafite, silício ou fósforo, o Ca dá carbeto de cálcio CaC 2 , silicídios Ca 2 Si, CaSi, CaSi 2 e fosfeto Ca 3 P 2 , respectivamente. O Ca forma compostos intermetálicos com Al, Ag, Au, Cu, Li, Mg, Pb, Sn e outros.

Obtendo Cálcio. Na indústria, o Ca é obtido de duas maneiras: 1) aquecendo uma mistura briquetada de pó de CaO e Al a 1200°C em vácuo de 0,01-0,02 mm Hg. Arte.; liberado pela reação: 6CaO + 2 Al \u003d 3CaO Al 2 O 3 + 3Ca O vapor de Ca se condensa em uma superfície fria; 2) por eletrólise de uma fusão de CaCl 2 e KCl com um cátodo de cobre-cálcio líquido, é preparada uma liga de Cu - Ca (65% Ca), da qual o Ca é destilado a uma temperatura de 950-1000 ° C em um vácuo de 0,1-0,001 mm Hg. Arte.

O uso de cálcio. Na forma de um metal puro, o Ca é usado como agente redutor para U, Th, Cr, V, Zr, Cs, Rb e alguns metais de terras raras de seus compostos. Também é usado para a desoxidação de aços, bronzes e outras ligas, para a remoção de enxofre de produtos petrolíferos, para a desidratação de líquidos orgânicos, para a purificação de argônio de impurezas de nitrogênio e como absorvedor de gás em dispositivos elétricos de vácuo. Os materiais antifricção do sistema Pb-Na-Ca, assim como as ligas Pb-Ca, que são utilizadas para a fabricação de invólucros elétricos, têm recebido grande aplicação na tecnologia. cabos. A liga Ca-Si-Ca (silicocálcio) é usada como desoxidante e desgaseificador na produção de aços de alta qualidade.

cálcio no organismo. O Ca é um dos elementos biogênicos necessários para o curso normal dos processos de vida. Está presente em todos os tecidos e fluidos de animais e plantas. Apenas organismos raros podem se desenvolver em um ambiente desprovido de Ca. Em alguns organismos, o teor de Ca chega a 38%; em humanos - 1,4-2%. As células de organismos vegetais e animais precisam de proporções estritamente definidas de íons Ca 2+ , Na + e K + no meio extracelular. As plantas obtêm Ca do solo. De acordo com sua relação com o Ca, as plantas são divididas em calcófilos e calcofóbicos. Os animais obtêm Ca da comida e da água. O Ca é necessário para a formação de várias estruturas celulares, mantendo a permeabilidade normal das membranas celulares externas, para fertilizar os ovos de peixes e outros animais e para ativar várias enzimas. Os íons Ca 2+ transmitem excitação à fibra muscular, fazendo com que ela se contraia, aumente a força das contrações cardíacas, aumente a função fagocitária dos leucócitos, ative o sistema de proteínas protetoras do sangue e participe de sua coagulação. Nas células, quase todo o Ca está na forma de compostos com proteínas, ácidos nucléicos, fosfolipídios, em complexos com fosfatos inorgânicos e ácidos orgânicos. No plasma sanguíneo de humanos e animais superiores, apenas 20-40% de Ca pode estar associado a proteínas. Em animais com esqueleto, até 97-99% de todo Ca é usado como material de construção: em invertebrados, principalmente na forma de CaCO 3 (conchas de moluscos, corais), em vertebrados, na forma de fosfatos. Muitos invertebrados armazenam Ca antes da muda para construir um novo esqueleto ou para fornecer funções vitais em condições adversas.

O conteúdo de Ca no sangue de humanos e animais superiores é regulado pelos hormônios das glândulas paratireóide e tireóide. A vitamina D desempenha o papel mais importante nestes processos.A absorção de Ca ocorre na parte anterior do intestino delgado. A assimilação de Ca piora com a diminuição da acidez no intestino e depende da proporção de Ca, P e gordura nos alimentos. A relação ideal de Ca / P no leite de vaca é de cerca de 1,3 (em batatas 0,15, em feijão 0,13, em carne 0,016). Com um excesso de P ou ácido oxálico nos alimentos, a absorção de Ca se deteriora. Os ácidos biliares aceleram sua absorção. A proporção ideal de Ca/gordura na alimentação humana é de 0,04-0,08 g de Ca por 1 g de gordura. A excreção de Ca ocorre principalmente através dos intestinos. Mamíferos durante a lactação perdem muito Ca com leite. Com violações do metabolismo fósforo-cálcio em animais jovens e crianças, o raquitismo se desenvolve, em animais adultos - uma mudança na composição e estrutura do esqueleto (osteomalácia).

O cálcio é elemento comum, frequentemente encontrado na natureza na forma de vários compostos, principalmente sais. O esqueleto de qualquer organismo deve sua existência a essa substância. Um elemento tão importante merece maior atenção, portanto, será dado mais detalhes descrição detalhada elemento químico, a estrutura do átomo de cálcio é considerada.

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sinais

Na natureza em sua forma pura não encontrado, é possível determinar as propriedades físicas do cálcio apenas em condições de laboratório:

  • um estado simples é um metal que possui dureza, ductilidade, que é facilmente cortado;
  • derrete a uma temperatura de - 842 C;
  • ponto de ebulição - 1482C;
  • a densidade é 1,54 g/cm3 a 20;
  • módulo de elasticidade - 2600 kgf/mm2;
  • valor limite de elasticidade - 0,4 kgf/mm2;
  • Dureza Brinell - 20-30 kgf/mm2;
  • tem um tom branco prateado;
  • quando aquecido, ele acende, a chama tem uma cor vermelho tijolo.

Um de características específicasé a habilidade altere suas propriedades sob pressão. Primeiro, perde suas qualidades, mostrando as qualidades de um semicondutor.

Com o aumento da pressão, as propriedades metálicas retornam, o elemento adquire supercondutividade. Refere-se ao tipo metais alcalinos terrestres.

O número atômico do elemento é 20. A designação oficialmente aceita é Ca (em latim cálcio).

O que são Propriedades quimicas cálcio? O elemento tem aumento do grau de atividade, devido ao qual nunca ocorre em sua forma pura. Os compostos de cálcio, pelo contrário, são encontrados em todos os lugares - na composição de inúmeras rochas e organismos. Ao ar livre, ocorre uma reação rápida com ou hidrocarboneto, o que causa um revestimento cinza na superfície do elemento.

Reage violentamente com ácidos, às vezes ignição ocorre. A reação com a água ocorre não menos ativamente, é acompanhada por um isolamento abundante. A solução resultante dá uma reação alcalina. A alta atividade química do cálcio, sua oxidação instantânea no ar são forçadas a armazená-lo em um recipiente de vidro bem fechado coberto com uma camada de parafina ou sob uma camada de querosene.

Combina com oxigênio ou halogênios em condições normais. Com fósforo, hidrogênio, enxofre, nitrogênio, carbono e outros elementos não metálicos, entra em uma reação química quando aquecido, e com flúor, a reação prossegue mesmo no frio. Ele interage ativamente com a água, com o frio - mais lentamente, com o quente - muito violentamente.

estrutura atômica

Considere a estrutura do átomo de cálcio. O núcleo carrega carga positiva(+20). Dentro dele há 20 nêutrons e o mesmo número de prótons, 20 elétrons se movem ao redor do núcleo em 4 órbitas, distribuídas de acordo com 2:8:8:2.

O estado de oxidação do cálcio é +2. No nível de energia externa, o átomo contém 2 elétrons s emparelhados, que facilmente abandona em reações químicas.

Eles determinam a valência de um elemento. A estrutura eletrônica do átomo de cálcio: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 (4s2 para abreviar).

Atenção! Um mol é um certo número (6,02 1023) de moléculas. Um mol de uma substância tem uma massa diferente da massa de um mol de outra substância, pois a estrutura das moléculas e, portanto, seu peso será diferente.

A massa molar do cálcio é a razão entre a massa de uma substância e o número de mols: A fórmula pela qual a massa em mols é calculada é:

Onde M é a massa molar.

m é a massa da substância.

n é o número de mols.

A massa molar do cálcio é 40,08 g/mol.

Qual é a diferença entre átomos e íons

Íons são partículas formadas quando elétrons são removidos ou adicionados a um átomo. Eles são carregados positivamente (cátion) ou negativamente (ânion) quando perdem ou ganham elétrons adicionais. Pode existir como parte de moléculas compostos químicos, e de forma independente (plasma, gás ou líquido).

A estrutura do átomo de cálcio é diferente da do íon. O átomo é partícula neutra com o mesmo número de elétrons e prótons. Esta é a principal diferença entre um átomo e um íon.

O átomo de cálcio difere do íon em sua carga e propriedades. A estrutura do átomo de cálcio é tal que existem 2 elétrons na camada externa, que podem entrar em várias conexões. Quando o elemento 2 é combinado, os elétrons externos se movem para as órbitas de outros átomos, transformando o átomo neutro em um íon Ca++ carregado positivamente. Neste caso, o átomo tem propriedades redutoras e o íon tem propriedades oxidantes.

Características principais

Na tabela periódica, o elemento é colocado no grupo II 4 períodos do subgrupo principal (A), e sem exceção, todos os elementos deste grupo pertencem a metais alcalino-terrosos, com todas as características e propriedades relevantes.

Ao contrário dos metais típicos, o cálcio tem alguns propriedades específicas. Há razões para acreditar que é um não-metal.

Sob certas condições, como mencionado acima, sob alta pressão perde suas propriedades metálicas.

Elemento reativo, portanto, na natureza, os compostos de cálcio são encontrados na forma de sais, principalmente na composição de minerais ou depósitos da crosta terrestre. Também um grande número de o cálcio é encontrado na água do mar, onde sua proporção é de cerca de 1 g/l. O corpo humano contém cerca de 1-1,5 kg de substância, além disso, a maior parte está contida nos ossos, proporcionando sua força.

As rochas sedimentares mais ricas em cálcio são:

  • calcário.
  • gesso.
  • mármore.
  • dolomite.
  • apatita.

Todas as formações intracave, estalactites e estalagmites são carbonato CaCO3. A estrutura do átomo permite que ele reaja ativamente com outras substâncias, de modo que o número de vários compostos é muito grande.

O elemento é um metal alcalino-terroso. uma vez que, entrando em uma reação, ele cede elétrons, é um agente redutor e o estado de oxidação do cálcio nos compostos é +2. Para um elemento simples estado de oxidação é zero, como todos os metais, uma vez que têm uma densidade eletrônica uniformemente distribuída. NO química Inorgânica o conceito de "estado de oxidação" é muitas vezes idêntico ao conceito de "valência".

Escopo de uso

Para que serve o cálcio? A direção principal é a metalurgia. Atua como agente redutor na produção de cobre, cromo, aço inoxidável, urânio, níquel e tório.

Para obter elementos de terras raras, uma variedade de metal usado em metalotermia, e bastante amplamente.

Para a desoxidação do aço (remoção de oxigênio no fundido), é usado como parte de um composto com alumínio ou como elemento químico separado.

Além disso, o elemento metálico é usado como dopante, que aumenta a resistência dos rolamentos, peças críticas de motores ou aeronaves.

Aplicado em indústria de refino de petróleo para remoção de enxofre, serve para desidratação de vários líquidos orgânicos. Com sua ajuda na indústria, o argônio é purificado de impurezas nitrogenadas.

Não menos amplamente utilizado Em medicina, afeta muitas funções do corpo e, portanto, a quantidade do elemento deve ser constantemente reabastecida. Além disso, contribui para a remoção de radionuclídeos do corpo. Gluconato de cálcio, cloreto de cálcio, gesso e outros são amplamente utilizados para o tratamento ou prevenção de diversas doenças.

Qual o papel que desempenha no corpo

Tem importante significado estrutural, sendo um material de construção para capas duras, ossos, dentes, placas córneas, cascos de animais. As conchas dos moluscos são quase inteiramente compostas por compostos calcificados. O papel biológico do cálcio é grande. No corpo humano, desempenha muitas funções, participando da maioria dos processos vitais:

  • regula contrações musculares, secreção de neurotransmissores;
  • atuando no sistema circulatório, regula a pressão;
  • aceita Participação ativa na regulação da coagulação sanguínea e do metabolismo dentro das células;
  • participa da renovação constante da composição dos ossos;
  • fortalece o sistema imunológico;
  • promove a síntese de enzimas e hormônios;
  • afeta os músculos, regula as contrações do coração;
  • afeta processos intracelulares;
  • protege regulando a permeabilidade da membrana.

A reposição diária do corpo humano com cálcio deve ser pelo menos 800-1250 mg, a norma limitante é de 2500 mg/dia.

Propriedades do cálcio e seus compostos

elemento cálcio

Conclusão

O elemento é de tremenda importância no campo da química, geologia, biologia, desempenha um papel crucial na funcionamento dos seres vivos e participa ativamente em processos naturais gerais.