Mengapa kalsium termasuk logam? Metode vakum-termal untuk memperoleh kalsium

Kalsium SAYA Kalsium (Ca)

unsur kimia golongan II sistem periodik unsur kimia D.I. Mendeleev; termasuk dalam logam alkali tanah dan memiliki aktivitas biologis yang tinggi.

Nomor atom kalsium adalah 20, massa atom 40,08. Enam isotop karbon stabil dengan nomor massa 40, 42, 43, 44, 46, dan 48 telah ditemukan di alam.

Kalsium aktif secara kimia, ditemukan di alam dalam bentuk senyawa - silikat (misalnya asbes), karbonat (batu kapur, marmer, kapur, kalsit, aragonit), sulfat (gipsum dan anhidrit), fosfor, dolomit, dll. elemen struktural utama jaringan tulang (lihat tulang) , komponen penting dari sistem pembekuan darah (pembekuan darah) , elemen penting dari makanan manusia yang menjaga rasio homeostatis elektrolit di lingkungan internal tubuh.

Di antara fungsi terpenting dalam organisme hidup adalah partisipasinya dalam kerja banyak sistem enzim (termasuk otot pendukung) dalam transmisi impuls saraf, dalam reaksi otot terhadap saraf dan dalam mengubah aktivitas hormon, yaitu diwujudkan dengan partisipasi adenilat siklase.

Tubuh manusia mengandung 1-2 kg kalsium (sekitar 20 G oleh 1 kg berat badan, pada bayi baru lahir sekitar 9 gram/kg). Dari jumlah total kalsium, 98-99% terdapat pada tulang dan jaringan tulang rawan dalam bentuk karbonat, fosfat, senyawa dengan klorin, asam organik dan zat lainnya. Jumlah sisanya didistribusikan ke jaringan lunak (sekitar 20 mg oleh 100 G jaringan) dan cairan ekstraseluler. Plasma darah mengandung sekitar 2,5 mmol/l mg/100 kalsium (9-11 ml Plasma darah mengandung sekitar 2,5) dalam bentuk dua fraksi: non-difusi (kompleks dengan protein) dan difusi (kalsium terionisasi dan kompleks dengan asam). Kompleks dengan protein merupakan salah satu bentuk pengendapan kalsium. Mereka menyumbang 1/3 dari jumlah total K. plasma. K terionisasi dalam darah adalah 1,33 Plasma darah mengandung sekitar 2,5. Ada hubungan terbalik antara K. terionisasi dan K. fosfat dalam plasma darah, namun, dengan rakhitis, terjadi penurunan konsentrasi kedua ion, dan dengan hiperparatiroidisme, terjadi peningkatan. Dalam sel, bagian utama fosfor terikat dengan protein dan fosfolipid membran sel dan membran organel sel. Regulasi transfer transmembran Ca 2+, yang melibatkan ketergantungan Ca 2+ spesifik, dilakukan oleh hormon kelenjar tiroid (kelenjar tiroid) dan kelenjar paratiroid (kelenjar paratiroid) - hormon paratiroid dan antagonis kalsitoninnya. Kandungan K. terionisasi dalam plasma diatur oleh mekanisme yang kompleks, yang komponennya adalah (K. depot), hati (dengan empedu), dan kalsitonin, serta D (1,25-dioksi-kolekalsiferol). meningkatkan kandungan K. dan menurunkan kandungan K. fosfat dalam darah, bertindak sinergis dengan vitamin D. Menyebabkan hiperkalsemia dengan meningkatkan aktivitas osteoklas dan meningkatkan resorpsi, serta meningkatkan reabsorpsi K. di tubulus ginjal. Dengan hipokalsemia, hormon paratiroid meningkat secara signifikan. , sebagai antagonis hormon paratiroid, jika terjadi hiperkalsemia, mengurangi kandungan kalium dalam darah dan jumlah osteoklas, serta meningkatkan ekskresi kalium fosfat oleh ginjal. Kelenjar pituitari juga berperan dalam pengaturan metabolisme kalsium (lihat Hormon hipofisis) , korteks adrenal (kelenjar adrenal) . Mempertahankan konsentrasi homeostatis K. dalam tubuh dikoordinasikan oleh sistem saraf pusat. (terutama sistem hipotalamus-hipofisis (sistem hipotalamus-hipofisis)) dan sistem saraf otonom.

K. berperan penting dalam mekanisme kerja otot (Muscular work) . Ini adalah faktor yang memungkinkan kontraksi otot: dengan peningkatan konsentrasi ion K di mioplasma, K bergabung dengan protein pengatur, sehingga ia dapat berinteraksi dengan miosin; menghubungkan, kedua protein ini terbentuk, dan otot berkontraksi. Selama pembentukan aktomiosin, ATP terjadi, energi kimia yang memberikan kerja mekanis dan sebagian hilang dalam bentuk panas. Kontraktilitas tulang terbesar diamati pada konsentrasi kalsium 10 -6 -10 -7 tikus tanah; ketika konsentrasi ion K menurun (kurang dari 10 -7 tikus tanah) otot kehilangan kemampuan untuk memendek dan menegang. Efek K. pada jaringan dimanifestasikan dalam perubahan trofisme, intensitas proses redoks, dan reaksi lain yang terkait dengan pembentukan energi. Perubahan konsentrasi kalium dalam cairan pencuci sel saraf secara signifikan mempengaruhi membrannya terhadap ion kalium dan terutama terhadap ion natrium (lihat Membran biologis) , Selain itu, penurunan kadar K menyebabkan peningkatan permeabilitas membran terhadap ion natrium dan peningkatan eksitabilitas neuron. Peningkatan konsentrasi K mempunyai efek menstabilkan membran sel saraf. Peran K. dalam proses yang terkait dengan sintesis dan pelepasan mediator oleh ujung saraf (Mediator) telah ditetapkan. , menyediakan transmisi sinaptik impuls saraf.

Sumber K. bagi tubuh adalah. Orang dewasa harus menerima 800-1100 per hari dari makanan mg kalsium, anak di bawah 7 tahun - sekitar 1000 mg, 14-18 tahun - 1400 mg, wanita hamil - 1500 mg, keperawatan - 1800-2000 mg. Kalsium yang terkandung dalam produk makanan terutama diwakili oleh fosfat, senyawa lain (karbonat, tartrat, K. oksalat dan garam kalsium-magnesium dari asam fitat) - dalam jumlah yang jauh lebih kecil. Garam kalium yang sebagian besar tidak larut di lambung sebagian dilarutkan oleh jus lambung, kemudian terkena aksi asam empedu, yang mengubahnya menjadi bentuk yang dapat dicerna. K. terjadi terutama di bagian proksimal usus kecil. orang dewasa menyerap kurang dari setengah jumlah total K yang disuplai dengan makanan. Penyerapan K. meningkat selama pertumbuhan selama kehamilan dan menyusui. Penyerapan K. dipengaruhi oleh hubungannya dengan lemak, magnesium dan fosfor makanan, vitamin D dan faktor lainnya. Asupan lemak yang tidak mencukupi menyebabkan kekurangan garam kalsium dari asam lemak yang diperlukan untuk pembentukan kompleks larut dengan asam empedu. Sebaliknya, ketika mengonsumsi makanan berlemak berlebihan, asam empedu tidak cukup untuk mengubahnya menjadi bentuk larut, sehingga sejumlah besar kalsium yang tidak terserap akan dikeluarkan dari tubuh. Rasio optimal kalium dan fosfor dalam makanan memastikan mineralisasi tulang organisme yang sedang tumbuh. Pengatur rasio ini adalah vitamin D, yang menjelaskan meningkatnya kebutuhan anak-anak.

Metode ekskresi K. tergantung pada sifat makanannya: jika makanan dengan reaksi asam (daging, roti, hidangan sereal) mendominasi dalam makanan, ekskresi K. meningkat melalui produk urin dengan reaksi basa ( produk susu, buah-buahan, sayuran) - dalam tinja. Bahkan sedikit peningkatan kandungannya dalam darah menyebabkan peningkatan ekskresi kalium melalui urin.

Kelebihan () K. atau kekurangan () di dalam tubuh dapat menjadi penyebab atau akibat dari sejumlah kondisi patologis. Dengan demikian, hiperkalsemia terjadi dengan asupan garam kalium yang berlebihan, peningkatan penyerapan kalium di usus, penurunan ekskresi oleh ginjal, peningkatan konsumsi vitamin D, dan dimanifestasikan oleh keterbelakangan pertumbuhan, anoreksia, sembelit, rasa haus, poliuria, hipotonia otot, dan hiperrefleksia. Dengan hiperkalsemia yang berkepanjangan, kalsinosis berkembang , arteri, nefropati. diamati pada sejumlah penyakit yang disertai dengan gangguan metabolisme mineral (lihat Rakhitis , Osteomalasia) , sarkoidosis tulang sistemik dan multiple myeloma, penyakit Itsenko-Cushing, akromegali, hipotiroidisme, tumor ganas, terutama dengan adanya metastasis tulang, hiperparatiroidisme. Hiperkalsemia biasanya disertai. Hipokalsemia, secara klinis dimanifestasikan oleh tetani (Tetany) , dapat terjadi dengan hipoparatiroidisme, tetani idiopatik (spasmofilia), penyakit saluran cerna, gagal ginjal kronik, diabetes melitus, sindrom Fanconi-Albertini, hipovitaminosis D. Bila terjadi kekurangan K dalam tubuh, obat K (kalsium klorida, kalsium glukonat, kalsium laktat, kalsium, kalsium karbonat).

Penentuan kandungan K. dalam serum darah, urin dan feses berfungsi sebagai tes diagnostik tambahan untuk penyakit tertentu. Metode langsung dan tidak langsung digunakan untuk mempelajari cairan biologis. Metode tidak langsung didasarkan pada pengendapan awal K. dengan amonium oksalat, kloranilat atau pikrolenat dan selanjutnya penentuan gravimetri, titrimetri atau kolorimetri. Metode langsung meliputi titrasi kompleksometri dengan adanya etilendiamintetraasetat atau etilen glikoltetraasetat dan indikator logam, misalnya murexide (metode Greenblatt-Hartman), fluorekson, asam kromium biru tua, kalsium, dll., metode kolorimetri menggunakan alizarin, metiltimol biru, o-kresolftalein komplekson, glyokeal -bis-2-hydroxyanyl; metode fluorimetri; metode fotometri api; spektrometri serapan atom (metode paling akurat dan sensitif yang memungkinkan penentuan kalsium hingga 0,0001%); metode menggunakan elektroda selektif ion (memungkinkan Anda menentukan aktivitas ion kalsium). Kandungan kalsium terionisasi dalam serum darah dapat ditentukan dengan menggunakan data konsentrasi kalsium total dan protein total dengan menggunakan rumus empiris: persentase kalsium terikat protein = 8() + 2() + 3 G/100 kalsium (9-11.

Bibliografi: Kostyuk P.G. Kalsium dan Seluler, M., 1986, bibliogr.; Metode penelitian laboratorium di klinik, ed. V.V. Menshikova, hal. 59, 265, M., 1987; Regulasi ion kalsium, ed. MD Kursky dkk., Kyiv, 1977; Romanenko V.D. metabolisme kalsium, Kyiv, 1975, bibliogr.

1. Ensiklopedia kedokteran kecil. - M.: Ensiklopedia Kedokteran. 1991-96 2. Pertolongan pertama. - M.: Ensiklopedia Besar Rusia. 1994 3. Kamus Ensiklopedis Istilah Kedokteran. - M.: Ensiklopedia Soviet. - 1982-1984.

- (Kalsium), Ca, unsur kimia golongan II tabel periodik, nomor atom 20, massa atom 40,08; mengacu pada logam alkali tanah; suhu leleh 842shC. Terkandung dalam jaringan tulang vertebrata, cangkang moluska, dan cangkang telur. Kalsium... ... Ensiklopedia modern

Logam ini berwarna putih keperakan, kental, mudah dibentuk, dan cepat teroksidasi di udara. Tingkat leleh pa 800-810°. Ditemukan di alam dalam bentuk berbagai garam yang membentuk endapan kapur, batu kapur, marmer, fosfor, apatit, gipsum, dll. sayang... ... Kamus perkeretaapian teknis

- (Latin Kalsium) Ca, unsur kimia golongan II tabel periodik, nomor atom 20, massa atom 40,078, termasuk dalam logam alkali tanah. Nama dari bahasa Latin calx, genitive calcis lime. Logam putih keperakan, ... ... Kamus Ensiklopedis Besar

- (simbol Ca), logam berwarna putih keperakan yang tersebar luas dari golongan ALKALINE EARTH, pertama kali diisolasi pada tahun 1808. Banyak ditemukan pada batuan dan mineral, terutama batu kapur dan gipsum, serta tulang. Di dalam tubuh itu mempromosikan... Kamus ensiklopedis ilmiah dan teknis

Ca (dari bahasa Latin Calx, gender calcis lime *a. kalsium; n. Kalzium; f. kalsium; i. calcio), kimia. unsur periodik golongan II. Sistem Mendeleev, at.sci. 20, di. m. Terdiri dari enam isotop stabil: 40Ca (96.97%), 42Ca (0.64%),… … Ensiklopedia Geologi

KALSIUM, kalsium, dan banyak lainnya. tidak, suami (dari bahasa Latin calx lime) (kimia). Unsur kimianya berupa logam berwarna putih keperakan yang terdapat pada kapur. Kamus penjelasan Ushakov. D.N. Ushakov. 1935 1940 ... Ensiklopedia Fisik Kamus Penjelasan Ushakov

Kalsium (Bahasa Latin Kalsium, disimbolkan Ca) adalah suatu unsur dengan nomor atom 20 dan massa atom 40,078. Ini adalah unsur dari subkelompok utama dari kelompok kedua, periode keempat dari tabel periodik unsur kimia Dmitry Ivanovich Mendeleev. Dalam kondisi normal, zat sederhana kalsium adalah logam alkali tanah ringan (1,54 g/cm3), lunak, mudah dibentuk, aktif secara kimia, berwarna putih keperakan.

Di alam, kalsium disajikan sebagai campuran enam isotop: 40Ca (96,97%), 42Ca (0,64%), 43Ca (0,145%), 44Ca (2,06%), 46Ca (0,0033%) dan 48Ca (0,185%). Isotop utama unsur kedua puluh - yang paling umum - adalah 40Ca, kelimpahan isotopnya sekitar 97%. Dari enam isotop alami kalsium, lima di antaranya stabil, isotop keenam 48Ca, yang terberat dari enam dan cukup langka (kelimpahan isotopnya hanya 0,185%), baru-baru ini ditemukan mengalami peluruhan β ganda dengan waktu paruh 5,3∙1019 tahun. Isotop yang diperoleh secara artifisial dengan nomor massa 39, 41, 45, 47 dan 49 bersifat radioaktif. Paling sering mereka digunakan sebagai indikator isotop dalam studi proses metabolisme mineral dalam organisme hidup. 45Ca, yang diperoleh dengan menyinari logam kalsium atau senyawanya dengan neutron dalam reaktor uranium, berperan penting dalam mempelajari proses metabolisme yang terjadi di dalam tanah dan dalam mempelajari proses penyerapan kalsium oleh tanaman. Berkat isotop yang sama, sumber kontaminasi berbagai jenis baja dan besi ultra murni dengan senyawa kalsium selama proses peleburan dapat dideteksi.

Senyawa kalsium - marmer, gipsum, batu kapur dan kapur (produk pembakaran batu kapur) telah dikenal sejak zaman kuno dan banyak digunakan dalam konstruksi dan pengobatan. Orang Mesir kuno menggunakan senyawa kalsium dalam pembangunan piramida mereka, dan penduduk Roma yang agung menemukan beton - menggunakan campuran batu pecah, kapur dan pasir. Hingga akhir abad ke-18, para ahli kimia yakin bahwa kapur adalah benda padat sederhana. Baru pada tahun 1789 Lavoisier mengemukakan bahwa kapur, alumina dan beberapa senyawa lainnya merupakan zat kompleks. Pada tahun 1808, logam kalsium diperoleh oleh G. Davy dengan cara elektrolisis.

Penggunaan logam kalsium dikaitkan dengan aktivitas kimianya yang tinggi. Ini digunakan untuk memperoleh kembali senyawa logam tertentu, misalnya thorium, uranium, kromium, zirkonium, cesium, rubidium; untuk menghilangkan oksigen dan belerang dari baja dan beberapa paduan lainnya; untuk dehidrasi cairan organik; untuk menyerap gas sisa dalam perangkat vakum. Selain itu, logam kalsium berfungsi sebagai komponen paduan pada beberapa paduan. Senyawa kalsium digunakan lebih luas - digunakan dalam konstruksi, kembang api, produksi kaca, kedokteran, dan banyak bidang lainnya.

Kalsium adalah salah satu elemen biogenik terpenting; diperlukan bagi sebagian besar organisme hidup untuk proses kehidupan normal. Tubuh orang dewasa mengandung hingga satu setengah kilogram kalsium. Itu ada di semua jaringan dan cairan organisme hidup. Unsur kedua puluh diperlukan untuk pembentukan jaringan tulang, menjaga detak jantung, pembekuan darah, menjaga permeabilitas normal membran sel luar, dan pembentukan sejumlah enzim. Daftar fungsi kalsium dalam tubuh tumbuhan dan hewan sangat panjang. Cukuplah dikatakan bahwa hanya organisme langka yang mampu berkembang di lingkungan tanpa kalsium, dan organisme lain terdiri dari 38% unsur ini (tubuh manusia hanya mengandung sekitar 2% kalsium).

Sifat biologis

Kalsium adalah salah satu unsur biogenik; senyawanya ditemukan di hampir semua organisme hidup (hanya sedikit organisme yang mampu berkembang di lingkungan tanpa kalsium), memastikan jalannya proses kehidupan yang normal. Unsur kedua puluh terdapat di semua jaringan dan cairan hewan dan tumbuhan; sebagian besar (pada organisme vertebrata, termasuk manusia) terkandung dalam kerangka dan gigi dalam bentuk fosfat (misalnya hidroksiapatit Ca5(PO4)3OH atau 3Ca3 (PO4)2Ca(OH)2). Penggunaan unsur kedua puluh sebagai bahan pembangun tulang dan gigi disebabkan karena ion kalsium tidak digunakan di dalam sel. Konsentrasi kalsium dikendalikan oleh hormon khusus; tindakan gabungannya menjaga dan memelihara struktur tulang. Kerangka sebagian besar kelompok invertebrata (moluska, karang, bunga karang, dan lain-lain) dibangun dari berbagai bentuk kalsium karbonat CaCO3 (kapur). Banyak invertebrata menyimpan kalsium sebelum berganti kulit untuk membangun kerangka baru atau untuk memastikan fungsi vital dalam kondisi buruk. Hewan memperoleh kalsium dari makanan dan air, dan tumbuhan dari tanah dan, sehubungan dengan unsur ini, dibagi menjadi calciphiles dan calcephobes.

Ion dari unsur mikro penting ini terlibat dalam proses pembekuan darah, serta dalam memastikan tekanan osmotik darah yang konstan. Selain itu, kalsium diperlukan untuk pembentukan sejumlah struktur seluler, menjaga permeabilitas normal membran sel luar, untuk pembuahan telur ikan dan hewan lainnya, dan aktivasi sejumlah enzim (mungkin keadaan ini disebabkan oleh fakta bahwa kalsium menggantikan ion magnesium). Ion kalsium mengirimkan eksitasi ke serat otot, menyebabkannya berkontraksi, meningkatkan kekuatan kontraksi jantung, meningkatkan fungsi fagositik leukosit, mengaktifkan sistem protein pelindung darah, mengatur eksositosis, termasuk sekresi hormon dan neurotransmiter. Kalsium mempengaruhi permeabilitas pembuluh darah - tanpa unsur ini, lemak, lipid dan kolesterol akan mengendap di dinding pembuluh darah. Kalsium mendorong pelepasan garam logam berat dan radionuklida dari tubuh dan melakukan fungsi antioksidan. Kalsium mempengaruhi sistem reproduksi, memiliki efek anti stres dan memiliki efek anti alergi.

Kandungan kalsium dalam tubuh orang dewasa (berat 70 kg) adalah 1,7 kg (terutama pada zat antar sel jaringan tulang). Kebutuhan unsur ini bergantung pada usia: untuk orang dewasa, asupan harian yang dibutuhkan adalah 800 hingga 1.000 miligram, untuk anak-anak 600 hingga 900 miligram. Bagi anak-anak, sangat penting untuk mengonsumsi dosis yang diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangan tulang yang intensif. Sumber utama kalsium dalam tubuh adalah susu dan produk susu; selebihnya kalsium berasal dari daging, ikan, dan beberapa produk nabati (terutama kacang-kacangan). Penyerapan kation kalsium terjadi di usus besar dan kecil, penyerapan difasilitasi oleh lingkungan asam, vitamin C dan D, laktosa (asam laktat), dan asam lemak tak jenuh. Pada gilirannya, turunan aspirin, asam oksalat, dan estrogen secara signifikan mengurangi daya cerna unsur kedua puluh tersebut. Jadi, bila dikombinasikan dengan asam oksalat, kalsium menghasilkan senyawa yang tidak larut dalam air yang merupakan komponen batu ginjal. Peran magnesium dalam metabolisme kalsium sangat besar - jika kekurangannya, kalsium “dihilangkan” dari tulang dan disimpan di ginjal (batu ginjal) dan otot. Secara umum, tubuh memiliki sistem yang kompleks untuk menyimpan dan melepaskan unsur kedua puluh; oleh karena itu, kandungan kalsium dalam darah diatur secara tepat, dan dengan nutrisi yang tepat, kekurangan atau kelebihan tidak terjadi. Diet kalsium jangka panjang dapat menyebabkan kram, nyeri sendi, sembelit, kelelahan, kantuk, dan keterbelakangan pertumbuhan. Kekurangan kalsium dalam makanan dalam waktu lama menyebabkan perkembangan osteoporosis. Nikotin, kafein, dan alkohol adalah beberapa penyebab kekurangan kalsium dalam tubuh, karena berkontribusi terhadap ekskresi intensif melalui urin. Namun, kelebihan unsur kedua puluh (atau vitamin D) menyebabkan konsekuensi negatif - hiperkalsemia berkembang, yang mengakibatkan kalsifikasi intensif pada tulang dan jaringan (terutama mempengaruhi sistem saluran kemih). Kelebihan kalsium dalam jangka panjang mengganggu fungsi otot dan jaringan saraf, meningkatkan pembekuan darah dan mengurangi penyerapan seng oleh sel-sel tulang. Osteoartritis, katarak, dan masalah tekanan darah dapat terjadi. Dari penjelasan di atas kita dapat menyimpulkan bahwa sel-sel organisme tumbuhan dan hewan memerlukan rasio ion kalsium yang ditentukan secara ketat.

Dalam bidang farmakologi dan kedokteran, senyawa kalsium digunakan untuk pembuatan vitamin, tablet, pil, suntikan, antibiotik, serta untuk pembuatan ampul dan peralatan kesehatan.

Ternyata penyebab infertilitas pria yang cukup umum adalah kekurangan kalsium dalam tubuh! Faktanya adalah bahwa kepala sperma memiliki formasi berbentuk panah, yang seluruhnya terdiri dari kalsium; dengan jumlah yang cukup dari unsur ini, sperma mampu mengatasi membran dan membuahi sel telur; jika jumlahnya tidak mencukupi, infertilitas terjadi.

Ilmuwan Amerika telah menemukan bahwa kekurangan ion kalsium dalam darah menyebabkan melemahnya daya ingat dan penurunan kecerdasan. Misalnya, dari majalah terkenal AS Science News, diketahui tentang eksperimen yang menegaskan bahwa kucing mengembangkan refleks terkondisi hanya jika sel otaknya mengandung lebih banyak kalsium daripada darah.

Senyawa kalsium sianamida, yang sangat dihargai di bidang pertanian, digunakan tidak hanya sebagai pupuk nitrogen dan sumber urea - pupuk berharga dan bahan mentah untuk produksi resin sintetis, tetapi juga sebagai zat yang memungkinkan untuk melakukan mekanisasi. pemanenan ladang kapas. Faktanya adalah setelah perawatan dengan senyawa ini, tanaman kapas langsung merontokkan daunnya, sehingga orang dapat menyerahkan pemetikan kapas ke mesin.

Ketika berbicara tentang makanan kaya kalsium, produk susu selalu disebutkan, tetapi susu itu sendiri mengandung 120 mg (sapi) hingga 170 mg (domba) kalsium per 100 g; keju cottage bahkan lebih buruk - hanya 80 mg per 100 gram. Dari produk susu, hanya keju yang mengandung 730 mg (Gouda) hingga 970 mg (Emmenthal) kalsium per 100 g produk. Namun, pemegang rekor kandungan unsur kedua puluh adalah poppy - 100 gram biji poppy mengandung hampir 1.500 mg kalsium!

Kalsium klorida CaCl2, yang digunakan, misalnya, di unit pendingin, merupakan produk limbah dari banyak proses teknologi kimia, khususnya produksi soda skala besar. Namun, meskipun kalsium klorida digunakan secara luas di berbagai bidang, konsumsinya jauh lebih rendah dibandingkan produksinya. Karena alasan ini, misalnya, di dekat pabrik soda, seluruh danau air garam kalsium klorida terbentuk. Kolam penyimpanan seperti itu tidak jarang terjadi.

Untuk memahami berapa banyak senyawa kalsium yang dikonsumsi, ada baiknya memberikan beberapa contoh saja. Dalam produksi baja, kapur digunakan untuk menghilangkan fosfor, silikon, mangan, dan belerang; dalam proses pengubah oksigen, 75 kilogram kapur dikonsumsi per ton baja! Contoh lain datang dari bidang yang sangat berbeda – industri makanan. Dalam produksi gula, sirup gula mentah direaksikan dengan kapur untuk mengendapkan kalsium sukrosa. Jadi, gula tebu biasanya membutuhkan sekitar 3-5 kg ​​​​kapur per ton, dan gula bit - seratus kali lebih banyak, yaitu sekitar setengah ton jeruk nipis per ton gula!

“Kesadahan” air adalah sejumlah sifat yang diberikan oleh garam kalsium dan magnesium yang terlarut di dalamnya pada air. Kekakuan dibagi menjadi sementara dan permanen. Kesadahan sementara atau karbonat disebabkan oleh adanya hidrokarbonat Ca(HCO3)2 dan Mg(HCO3)2 yang larut dalam air. Sangat mudah untuk menghilangkan kesadahan karbonat - ketika air direbus, bikarbonat berubah menjadi kalsium dan magnesium karbonat yang tidak larut dalam air, sehingga mengendap. Kesadahan permanen disebabkan oleh sulfat dan klorida dari logam yang sama, tetapi menghilangkannya jauh lebih sulit. Air sadah sangat berbahaya bukan karena mencegah pembentukan busa sabun dan oleh karena itu mencuci pakaian menjadi lebih buruk; yang lebih buruk lagi adalah air tersebut membentuk lapisan kerak pada ketel uap dan sistem ketel, sehingga mengurangi efisiensinya dan menyebabkan situasi darurat. Yang menarik adalah mereka mengetahui cara menentukan kesadahan air di zaman Romawi Kuno. Anggur merah digunakan sebagai reagen - zat pewarnanya membentuk endapan dengan ion kalsium dan magnesium.

Proses penyiapan kalsium untuk penyimpanan sangatlah menarik. Logam kalsium disimpan dalam waktu lama dalam bentuk potongan dengan berat 0,5 hingga 60 kg. “Ingot” ini dikemas dalam kantong kertas, kemudian ditempatkan dalam wadah besi galvanis dengan jahitan yang disolder dan dicat. Wadah yang tertutup rapat ditempatkan di dalam kotak kayu. Potongan dengan berat kurang dari setengah kilogram tidak dapat disimpan dalam waktu lama - ketika teroksidasi, mereka dengan cepat berubah menjadi oksida, hidroksida, dan kalsium karbonat.

Cerita

Logam kalsium diperoleh relatif baru - pada tahun 1808, tetapi umat manusia telah mengenal senyawa logam ini sejak lama. Sejak zaman kuno, masyarakat telah menggunakan batu kapur, kapur, marmer, pualam, gipsum, dan senyawa yang mengandung kalsium lainnya dalam konstruksi dan pengobatan. Batu kapur CaCO3 kemungkinan besar merupakan bahan bangunan pertama yang digunakan manusia. Itu digunakan dalam pembangunan piramida Mesir dan Tembok Besar Tiongkok. Banyak kuil dan gereja di Rus, serta sebagian besar bangunan Moskow kuno, dibangun menggunakan batu kapur - batu putih. Bahkan pada zaman dahulu, seseorang dengan membakar batu kapur memperoleh kapur tohor (CaO), sebagaimana dibuktikan oleh karya Pliny the Elder (abad ke-1 M) dan Dioscorides, seorang dokter di tentara Romawi, yang kepadanya ia memasukkan kalsium oksida ke dalamnya. esai “On Medicines.” nama “kapur”, yang bertahan hingga saat ini. Dan semua ini terlepas dari kenyataan bahwa kalsium oksida murni pertama kali dijelaskan oleh ahli kimia Jerman I. Kemudian baru pada tahun 1746, dan pada tahun 1755, ahli kimia J. Black, yang mempelajari proses pembakaran, mengungkapkan bahwa hilangnya massa batu kapur selama pembakaran terjadi karena terhadap pelepasan gas karbon dioksida:

CaCO3 ↔ CO2 + CaO

Mortar Mesir yang digunakan di piramida Giza didasarkan pada gipsum CaSO4 · 2H2O yang didehidrasi sebagian atau, dengan kata lain, pualam 2CaSO4∙H2O. Itu juga menjadi dasar dari semua plester di makam Tutankhamun. Orang Mesir menggunakan gipsum (alabaster) yang dibakar sebagai bahan pengikat dalam pembangunan bangunan irigasi. Dengan membakar gipsum alami pada suhu tinggi, para pembangun Mesir mencapai dehidrasi parsial, dan tidak hanya air, tetapi juga sulfur anhidrida yang dipisahkan dari molekulnya. Kemudian, ketika diencerkan dengan air, diperoleh massa yang sangat kuat yang tidak takut terhadap fluktuasi air dan suhu.

Bangsa Romawi berhak disebut sebagai penemu beton, karena dalam bangunannya mereka menggunakan salah satu jenis bahan bangunan ini - campuran batu pecah, pasir, dan kapur. Ada gambaran Pliny the Elder tentang pembangunan waduk dari beton tersebut: “Untuk membangun waduk, ambil lima bagian pasir kerikil murni, dua bagian kapur mati terbaik dan pecahan silex (lava keras) yang beratnya tidak lebih dari a tumbuk masing-masing, setelah tercampur, padatkan permukaan bawah dan samping dengan pukulan dorongan kuat-kuat besi” Di Italia yang beriklim lembab, beton merupakan material yang paling tahan banting.

Ternyata senyawa kalsium telah lama diketahui umat manusia dan banyak dikonsumsi. Namun, hingga akhir abad ke-18, para ahli kimia menganggap kapur sebagai zat padat sederhana; hanya pada ambang abad baru studi tentang sifat kapur dan senyawa kalsium lainnya dimulai. Jadi Stahl berpendapat bahwa kapur adalah benda kompleks yang terdiri dari prinsip-prinsip tanah dan air, dan Black menetapkan perbedaan antara kapur kaustik dan kapur karbonat, yang mengandung “udara tetap”. Antoine Laurent Lavoisier mengklasifikasikan tanah berkapur (CaO) sebagai suatu unsur, yaitu sebagai zat sederhana, meskipun pada tahun 1789 ia mengemukakan bahwa kapur, magnesia, barit, alumina, dan silika merupakan zat kompleks, namun hal tersebut hanya dapat dibuktikan dengan menguraikan “bumi yang keras kepala” (kalsium oksida). Dan orang pertama yang berhasil adalah Humphry Davy. Setelah penguraian kalium dan natrium oksida berhasil melalui elektrolisis, ahli kimia memutuskan untuk memperoleh logam alkali tanah dengan cara yang sama. Namun, upaya pertama tidak berhasil - orang Inggris mencoba menguraikan kapur dengan elektrolisis di udara dan di bawah lapisan minyak, kemudian mengkalsinasi kapur dengan kalium logam di dalam tabung dan melakukan banyak percobaan lainnya, tetapi tidak berhasil. Akhirnya, dalam alat dengan katoda merkuri, ia memperoleh amalgam dengan elektrolisis kapur, dan darinya logam kalsium. Segera, metode memperoleh logam ini diperbaiki oleh I. Berzelius dan M. Pontin.

Elemen baru ini mendapatkan namanya dari kata Latin "calx" (dalam kasus genitif calcis) - kapur, batu lunak. Calx adalah nama yang diberikan untuk kapur, batu kapur, umumnya batu kerikil, tetapi paling sering menggunakan mortar berbahan dasar kapur. Konsep ini juga digunakan oleh penulis kuno (Vitruvius, Pliny the Elder, Dioscorides), yang menggambarkan pembakaran batu kapur, pembakaran kapur dan pembuatan mortar. Belakangan, di kalangan alkemis, "calx" berarti produk pembakaran secara umum - khususnya logam. Misalnya, oksida logam disebut kapur logam, dan proses pembakarannya sendiri disebut kalsinasi. Dalam literatur resep Rusia kuno, kata kal (tanah, tanah liat) ditemukan, sehingga dalam koleksi Trinity-Sergius Lavra (abad XV) dikatakan: “temukan kotoran, dari situ mereka membuat wadah emas.” Baru kemudian kata feses, yang tentunya berkaitan dengan kata "calx", menjadi sinonim dengan kata dung. Dalam literatur Rusia awal abad ke-19, kalsium kadang-kadang disebut sebagai dasar tanah berkapur, pengapuran (Shcheglov, 1830), kalsifikasi (Iovsky), kalsium, kalsium (Hess).

Berada di alam

Kalsium adalah salah satu unsur paling umum di planet kita - kandungan kuantitatif kelima di alam (dari non-logam, hanya oksigen yang lebih umum - 49,5% dan silikon - 25,3%) dan ketiga di antara logam (hanya aluminium yang lebih umum - 7,5% dan besi - 5,08%). Clarke (kandungan rata-rata di kerak bumi) kalsium, menurut berbagai perkiraan, berkisar antara 2,96% massa hingga 3,38%, kita dapat dengan pasti mengatakan bahwa angka ini sekitar 3%. Kulit terluar atom kalsium memiliki dua elektron valensi, yang hubungannya dengan nukleus agak lemah. Oleh karena itu, kalsium sangat reaktif secara kimia dan tidak terdapat dalam bentuk bebas di alam. Namun, ia secara aktif bermigrasi dan terakumulasi dalam berbagai sistem geokimia, membentuk sekitar 400 mineral: silikat, aluminosilikat, karbonat, fosfat, sulfat, borosilikat, molibdat, klorida dan lain-lain, menempati peringkat keempat dalam indikator ini. Ketika magma basaltik mencair, kalsium terakumulasi dalam lelehan tersebut dan termasuk dalam komposisi mineral utama pembentuk batuan, selama fraksinasi yang kandungannya menurun selama diferensiasi magma dari batuan basa menjadi batuan asam. Kalsium sebagian besar terletak di bagian bawah kerak bumi, terakumulasi pada batuan dasar (6,72%); ada sedikit kalsium di mantel bumi (0,7%) dan, mungkin, bahkan lebih sedikit lagi di inti bumi (pada meteorit besi yang mirip dengan inti, unsur kedua puluh hanya 0,02%).

Benar, kandungan kalsium dalam meteorit berbatu adalah 1,4% (jarang ditemukan kalsium sulfida), pada batuan berukuran sedang 4,65%, dan batuan asam mengandung 1,58% berat kalsium. Bagian utama kalsium terkandung dalam silikat dan aluminosilikat dari berbagai batuan (granit, gneisses, dll), terutama pada feldspar - anorthite Ca, serta diopside CaMg, wollastonite Ca3. Dalam bentuk batuan sedimen, senyawa kalsium diwakili oleh kapur dan batugamping, yang sebagian besar terdiri dari mineral kalsit (CaCO3).

Kalsium karbonat CaCO3 adalah salah satu senyawa paling melimpah di Bumi - mineral kalsium karbonat menutupi sekitar 40 juta kilometer persegi permukaan bumi. Di banyak bagian permukaan bumi terdapat endapan sedimen kalsium karbonat yang signifikan, yang terbentuk dari sisa-sisa organisme laut purba - kapur, marmer, batu kapur, batuan cangkang - semua ini adalah CaCO3 dengan sedikit pengotor, dan kalsit adalah CaCO3 murni. Mineral yang paling penting adalah batu kapur, atau lebih tepatnya batu kapur - karena setiap endapan berbeda dalam kepadatan, komposisi dan jumlah pengotor. Misalnya, batuan cangkang adalah batu kapur yang berasal dari organik, dan kalsium karbonat, yang memiliki lebih sedikit pengotor, membentuk kristal transparan dari batu kapur atau batu Islandia. Kapur adalah jenis kalsium karbonat umum lainnya, tetapi marmer, suatu bentuk kristal kalsit, jauh lebih jarang ditemukan di alam. Secara umum diterima bahwa marmer terbentuk dari batu kapur pada zaman geologi kuno. Ketika kerak bumi bergerak, endapan batu kapur terkubur di bawah lapisan batuan lain. Di bawah pengaruh tekanan dan suhu tinggi, proses rekristalisasi terjadi, dan batu kapur berubah menjadi batuan kristal yang lebih padat - marmer. Stalaktit dan stalagmit yang aneh adalah mineral aragonit, yang merupakan jenis lain dari kalsium karbonat. Aragonit ortorombik terbentuk di laut hangat - lapisan besar kalsium karbonat dalam bentuk aragonit terbentuk di Bahama, Florida Keys, dan cekungan Laut Merah. Mineral kalsium seperti fluorit CaF2, dolomit MgCO3 CaCO3, anhidrit CaSO4, fosforit Ca5(PO4)3(OH,CO3) (dengan berbagai pengotor) dan apatit Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) juga cukup tersebar luas. kalsium fosfat, pualam CaSO4 0,5H2O dan gipsum CaSO4 2H2O (bentuk kalsium sulfat) dan lain-lain. Mineral yang mengandung kalsium mengandung unsur pengotor isomorfik yang menggantikannya (misalnya natrium, strontium, tanah jarang, radioaktif, dan unsur lainnya).

Sejumlah besar unsur kedua puluh ditemukan di perairan alami karena adanya “keseimbangan karbonat” global antara CaCO3 yang sukar larut, Ca(HCO3)2 yang sangat larut, dan CO2 yang ditemukan di air dan udara:

CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2 = Ca2+ + 2HCO3-

Reaksi ini bersifat reversibel dan merupakan dasar untuk redistribusi unsur kedua puluh - dengan kandungan karbon dioksida yang tinggi di perairan, kalsium berada dalam larutan, dan dengan kandungan CO2 yang rendah, mineral kalsit CaCO3 mengendap, membentuk endapan tebal batu kapur, kapur. , dan marmer.

Kalsium dalam jumlah besar merupakan bagian dari organisme hidup, misalnya hidroksiapatit Ca5(PO4)3OH, atau, dengan kata lain, 3Ca3(PO4)2 Ca(OH)2 - dasar jaringan tulang vertebrata, termasuk manusia. Kalsium karbonat CaCO3 merupakan komponen utama cangkang dan cangkang banyak invertebrata, cangkang telur, karang bahkan mutiara.

Aplikasi

Logam kalsium jarang digunakan. Pada dasarnya, logam ini (serta hidridanya) digunakan dalam produksi metalotermik logam yang sulit direduksi - uranium, titanium, thorium, zirkonium, cesium, rubidium dan sejumlah logam tanah jarang dari senyawanya (oksida atau halida ). Kalsium digunakan sebagai zat pereduksi dalam produksi nikel, tembaga dan baja tahan karat. Unsur kedua puluh juga digunakan untuk deoksidasi baja, perunggu dan paduan lainnya, untuk menghilangkan belerang dari produk minyak bumi, untuk dehidrasi pelarut organik, untuk memurnikan argon dari pengotor nitrogen dan sebagai penyerap gas dalam perangkat vakum listrik. Logam kalsium digunakan dalam produksi paduan antifriction sistem Pb-Na-Ca (digunakan pada bantalan), serta paduan Pb-Ca yang digunakan untuk pembuatan selubung kabel listrik. Paduan silikakalsium (Ca-Si-Ca) digunakan sebagai zat deoksidasi dan zat degassing dalam produksi baja berkualitas. Kalsium digunakan baik sebagai elemen paduan untuk paduan aluminium dan sebagai aditif pengubah untuk paduan magnesium. Misalnya, penambahan kalsium meningkatkan kekuatan bantalan aluminium. Kalsium murni juga digunakan untuk paduan timbal, yang digunakan untuk produksi pelat baterai dan baterai asam timbal starter bebas perawatan dengan self-discharge rendah. Kalsium logam juga digunakan untuk produksi babbits kalsium BKA berkualitas tinggi. Dengan bantuan kalsium, kandungan karbon dalam besi cor diatur dan bismut dihilangkan dari timbal, dan baja dimurnikan dari oksigen, sulfur dan fosfor. Kalsium, serta paduannya dengan aluminium dan magnesium, digunakan dalam baterai cadangan listrik termal sebagai anoda (misalnya, elemen kalsium kromat).

Namun, senyawa unsur kedua puluh digunakan lebih luas. Dan pertama-tama kita berbicara tentang senyawa kalsium alami. Salah satu senyawa kalsium yang paling umum di bumi adalah karbonat CaCO3. Kalsium karbonat murni adalah mineral kalsit, dan batu kapur, kapur, marmer, dan batuan cangkang adalah CaCO3 dengan sedikit pengotor. Campuran kalsium dan magnesium karbonat disebut dolomit. Batu kapur dan dolomit digunakan terutama sebagai bahan bangunan, permukaan jalan, atau penghilang asam tanah. Kalsium karbonat CaCO3 diperlukan untuk produksi kalsium oksida (kapur tohor) CaO dan kalsium hidroksida (kapur mati) Ca(OH)2. Pada gilirannya, CaO dan Ca(OH)2 adalah zat utama di banyak bidang industri kimia, metalurgi dan teknik mesin - kalsium oksida, baik dalam bentuk bebas maupun sebagai bagian dari campuran keramik, digunakan dalam produksi bahan tahan api; Kalsium hidroksida dalam jumlah besar dibutuhkan oleh industri pulp dan kertas. Selain itu, Ca(OH)2 digunakan dalam produksi pemutih (pemutih dan desinfektan yang baik), garam Berthollet, soda, dan beberapa pestisida untuk mengendalikan hama tanaman. Kapur dalam jumlah besar dikonsumsi dalam produksi baja - untuk menghilangkan belerang, fosfor, silikon, dan mangan. Peran lain kapur dalam metalurgi adalah produksi magnesium. Kapur juga digunakan sebagai pelumas dalam penarikan kawat baja dan penetralisir cairan pengawet limbah yang mengandung asam sulfat. Selain itu, kapur adalah reagen kimia yang paling umum dalam pengolahan air minum dan industri (bersama dengan tawas atau garam besi, kapur mengentalkan suspensi dan menghilangkan sedimen, dan juga melunakkan air dengan menghilangkan kesadahan sementara - bikarbonat). Dalam kehidupan sehari-hari dan pengobatan, kalsium karbonat yang diendapkan digunakan sebagai zat penetral asam, bahan abrasif ringan dalam pasta gigi, sumber kalsium tambahan dalam makanan, bagian integral dari permen karet, dan bahan pengisi kosmetik. CaCO3 juga digunakan sebagai pengisi pada karet, lateks, cat dan enamel, serta plastik (sekitar 10% berat) untuk meningkatkan ketahanan panas, kekakuan, kekerasan dan kemampuan kerja.

Kalsium fluorida CaF2 sangat penting karena dalam bentuk mineral (fluorit) merupakan satu-satunya sumber fluor yang penting secara industri! Kalsium fluorida (fluorit) digunakan dalam bentuk kristal tunggal dalam optik (tujuan astronomi, lensa, prisma) dan sebagai bahan laser. Faktanya adalah bahwa kacamata yang hanya terbuat dari kalsium fluorida dapat ditembus oleh seluruh rentang spektrum. Kalsium tungstat (scheelite) dalam bentuk kristal tunggal digunakan dalam teknologi laser dan juga sebagai sintilator. Yang tidak kalah pentingnya adalah kalsium klorida CaCl2 - komponen air garam untuk unit pendingin dan untuk mengisi ban traktor dan kendaraan lainnya. Dengan bantuan kalsium klorida, jalan dan trotoar dibersihkan dari salju dan es; senyawa ini digunakan untuk melindungi batu bara dan bijih dari pembekuan selama pengangkutan dan penyimpanan, kayu diresapi dengan larutannya agar tahan api. CaCl2 digunakan dalam campuran beton untuk mempercepat timbulnya pengerasan dan meningkatkan kekuatan awal dan akhir beton.

Kalsium karbida CaC2 yang diproduksi secara artifisial (melalui kalsinasi kalsium oksida dengan kokas dalam tungku listrik) digunakan untuk menghasilkan asetilena dan untuk mereduksi logam, serta untuk menghasilkan kalsium sianamida, yang, pada gilirannya, melepaskan amonia di bawah pengaruh uap air. Selain itu, kalsium sianamida digunakan untuk menghasilkan urea, pupuk berharga dan bahan baku untuk produksi resin sintetis. Dengan memanaskan kalsium dalam atmosfer hidrogen, diperoleh CaH2 (kalsium hidrida), yang digunakan dalam metalurgi (metallotermi) dan dalam produksi hidrogen di lapangan (lebih dari satu meter kubik hidrogen dapat diperoleh dari 1 kilogram kalsium hidrida ), yang digunakan untuk mengisi balon, misalnya. Dalam praktik laboratorium, kalsium hidrida digunakan sebagai zat pereduksi energik. Insektisida kalsium arsenat, yang diperoleh dengan menetralkan asam arsenik dengan jeruk nipis, banyak digunakan untuk memerangi kumbang kapas, ngengat codling, cacing tembakau, dan kumbang kentang Colorado. Fungisida yang penting adalah semprotan kapur sulfat dan campuran Bordeaux, yang terbuat dari tembaga sulfat dan kalsium hidroksida.

Produksi

Orang pertama yang memperoleh logam kalsium adalah ahli kimia Inggris Humphry Davy. Pada tahun 1808, ia mengelektrolisis campuran kapur basah Ca(OH)2 dengan merkuri oksida HgO pada pelat platina yang berfungsi sebagai anoda (kawat platina yang direndam dalam merkuri bertindak sebagai katoda), sehingga Davy memperoleh kalsium. amalgam dengan menghilangkan merkuri dari dalamnya, ahli kimia memperoleh logam baru, yang disebut kalsium.

Dalam industri modern, kalsium logam bebas diperoleh dengan elektrolisis lelehan kalsium klorida CaCl2, yang porsinya 75-85%, dan kalium klorida KCl (dimungkinkan untuk menggunakan campuran CaCl2 dan CaF2) atau dengan reduksi aluminotermik. kalsium oksida CaO pada suhu 1,170-1,200 °C. Kalsium klorida anhidrat murni yang diperlukan untuk elektrolisis diperoleh dengan mengklorinasi kalsium oksida ketika dipanaskan dengan adanya batu bara atau dengan mendehidrasi CaCl2∙6H2O yang diperoleh melalui aksi asam klorida pada batu kapur. Proses elektrolitik berlangsung dalam bak elektrolisis, di mana garam kalsium klorida kering, bebas pengotor, dan kalium klorida, yang diperlukan untuk menurunkan titik leleh campuran, ditempatkan. Blok grafit ditempatkan di atas bak - anoda, bak besi cor atau baja yang diisi dengan paduan tembaga-kalsium, bertindak sebagai katoda. Selama proses elektrolisis, kalsium masuk ke dalam paduan tembaga-kalsium, memperkayanya secara signifikan; bagian dari paduan yang diperkaya terus-menerus dihilangkan, sebagai gantinya, paduan yang kekurangan kalsium (30-35% Ca) ditambahkan, dan klorin terbentuk campuran klorin-udara (gas anodik), yang selanjutnya digunakan untuk klorinasi susu kapur. Paduan tembaga-kalsium yang diperkaya dapat digunakan langsung sebagai paduan atau dikirim untuk pemurnian (distilasi), di mana kalsium logam dengan kemurnian nuklir diperoleh darinya dengan distilasi dalam ruang hampa (pada suhu 1.000-1.080 ° C dan tekanan sisa sebesar 13-20 kPa). Untuk mendapatkan kalsium dengan kemurnian tinggi, ia disuling dua kali. Proses elektrolisis dilakukan pada suhu 680-720 °C. Faktanya adalah ini adalah suhu paling optimal untuk proses elektrolitik - pada suhu yang lebih rendah, paduan yang diperkaya kalsium mengapung ke permukaan elektrolit, dan pada suhu yang lebih tinggi, kalsium larut dalam elektrolit dengan pembentukan CaCl. Selama elektrolisis dengan katoda cair dari paduan kalsium dan timbal atau kalsium dan seng, paduan kalsium dengan timbal (untuk bantalan) dan dengan seng (untuk produksi beton busa - ketika paduan bereaksi dengan uap air, hidrogen dilepaskan dan struktur berpori terbentuk. ) diperoleh secara langsung. Kadang-kadang proses ini dilakukan dengan katoda besi yang didinginkan, yang hanya bersentuhan dengan permukaan elektrolit cair. Saat kalsium dilepaskan, katoda secara bertahap naik, batang kalsium (50-60 cm), dilindungi dari oksigen atmosfer oleh lapisan elektrolit yang mengeras, ditarik keluar dari lelehan. “Metode sentuhan” menghasilkan kalsium yang sangat terkontaminasi dengan kalsium klorida, besi, aluminium, dan pemurnian natrium dilakukan dengan peleburan dalam atmosfer argon;

Metode lain untuk memproduksi kalsium - metalotermik - secara teoritis dibenarkan pada tahun 1865 oleh ahli kimia terkenal Rusia N. N. Beketov. Metode aluminotermik didasarkan pada reaksi:

6CaO + 2Al → 3CaO Al2O3 + 3Ca

Briket ditekan dari campuran kalsium oksida dan bubuk aluminium, ditempatkan dalam retort baja kromium-nikel dan kalsium yang dihasilkan didistilasi pada 1,170-1,200 °C dan tekanan sisa 0,7-2,6 Pa. Kalsium diperoleh dalam bentuk uap, yang kemudian dikondensasikan pada permukaan yang dingin. Metode aluminotermik untuk memproduksi kalsium digunakan di Cina, Perancis dan sejumlah negara lainnya. Amerika Serikat adalah negara pertama yang menggunakan metode metalotermik dalam memproduksi kalsium dalam skala industri selama Perang Dunia Kedua. Dengan cara yang sama, kalsium dapat diperoleh dengan mereduksi CaO dengan ferrosilicon atau silicoaluminum. Kalsium diproduksi dalam bentuk ingot atau lembaran dengan kemurnian 98-99%.

Pro dan kontra ada pada kedua metode tersebut. Metode elektrolitik bersifat multi-operasional, boros energi (40-50 kWh energi dikonsumsi per 1 kg kalsium), dan juga tidak ramah lingkungan, membutuhkan reagen dan bahan dalam jumlah besar. Namun rendemen kalsium dengan metode ini adalah 70-80%, sedangkan dengan metode aluminotermik rendemennya hanya 50-60%. Selain itu, dengan metode metalotermik untuk memperoleh kalsium, kerugiannya adalah perlu dilakukan penyulingan berulang kali, dan keuntungannya adalah konsumsi energi yang rendah dan tidak adanya emisi gas dan cairan yang berbahaya.

Belum lama ini, metode baru untuk memproduksi logam kalsium dikembangkan - metode ini didasarkan pada disosiasi termal kalsium karbida: karbida yang dipanaskan dalam ruang hampa hingga 1.750 °C terurai menjadi uap kalsium dan grafit padat.

Hingga pertengahan abad ke-20, logam kalsium diproduksi dalam jumlah yang sangat kecil, karena hampir tidak ada penerapannya. Misalnya, di Amerika Serikat selama Perang Dunia Kedua, tidak lebih dari 25 ton kalsium yang dikonsumsi, dan di Jerman hanya 5-10 ton. Baru pada paruh kedua abad ke-20, ketika menjadi jelas bahwa kalsium merupakan zat pereduksi aktif untuk banyak logam langka dan tahan api, terjadi peningkatan pesat dalam konsumsi (sekitar 100 ton per tahun) dan, sebagai konsekuensinya, produksinya. logam dimulai. Dengan berkembangnya industri nuklir, di mana kalsium digunakan sebagai komponen reduksi metalotermik uranium dari uranium tetrafluorida (kecuali di Amerika Serikat, di mana magnesium digunakan sebagai pengganti kalsium), permintaan (sekitar 2.000 ton per tahun) untuk unsur nomor dua puluh, serta produksinya, meningkat berkali-kali lipat. Saat ini, Cina, Rusia, Kanada dan Perancis dapat dianggap sebagai produsen utama logam kalsium. Dari negara-negara tersebut, kalsium dikirim ke Amerika Serikat, Meksiko, Australia, Swiss, Jepang, Jerman, dan Inggris. Harga logam kalsium terus meningkat hingga Tiongkok mulai memproduksi logam tersebut dalam jumlah yang sedemikian rupa sehingga terdapat surplus unsur kedua puluh di pasar dunia, yang menyebabkan harga anjlok.

Sifat fisik

Apa itu logam kalsium? Sifat apa yang dimiliki unsur ini, yang diperoleh pada tahun 1808 oleh ahli kimia Inggris Humphry Davy, logam yang massanya dalam tubuh orang dewasa bisa mencapai 2 kilogram?

Zat sederhana kalsium adalah logam ringan berwarna putih keperakan. Massa jenis kalsium hanya 1,54 g/cm3 (pada suhu 20 °C), jauh lebih kecil dibandingkan massa jenis besi (7,87 g/cm3), timbal (11,34 g/cm3), emas (19,3 g/cm3). ) atau platina (21,5 g/cm3). Kalsium bahkan lebih ringan dibandingkan logam “tanpa bobot” seperti aluminium (2,70 g/cm3) atau magnesium (1,74 g/cm3). Hanya sedikit logam yang dapat “membanggakan” kepadatan yang lebih rendah dibandingkan unsur kedua puluh – natrium (0,97 g/cm3), kalium (0,86 g/cm3), litium (0,53 g/cm3). Kepadatan kalsium sangat mirip dengan rubidium (1,53 g/cm3). Titik leleh kalsium adalah 851 °C, titik didihnya 1.480 °C. Logam alkali tanah lainnya memiliki titik leleh dan titik didih yang serupa (walaupun sedikit lebih rendah): strontium (770 °C dan 1.380 °C) dan barium (710 °C dan 1.640 °C).

Kalsium logam terdapat dalam dua modifikasi alotropik: pada suhu normal hingga 443 ° C, α-kalsium stabil dengan kisi berpusat muka kubik seperti tembaga, dengan parameter: a = 0,558 nm, z = 4, grup ruang Fm3m, jari-jari atom 1,97 A, ion Ca2+ radius 1,04 A; pada kisaran suhu 443-842 °C, β-kalsium dengan kisi kubik berpusat tubuh jenis besi α stabil, dengan parameter a = 0,448 nm, z = 2, grup ruang Im3m. Entalpi transisi standar dari modifikasi α ke modifikasi β adalah 0,93 kJ/mol. Koefisien suhu ekspansi linier kalsium pada kisaran suhu 0-300 °C adalah 22 · 10-6. Konduktivitas termal unsur kedua puluh pada 20 °C adalah 125,6 W/(m K) atau 0,3 kal/(cm detik °C). Kapasitas kalor jenis kalsium dalam kisaran 0 hingga 100 °C adalah 623,9 J/(kg K) atau 0,149 kal/(g °C). Resistivitas listrik kalsium pada suhu 20° C adalah 4,6 · 10-8 ohm · m atau 4,6 · 10-6 ohm · cm; koefisien suhu hambatan listrik unsur nomor dua puluh adalah 4,57 · 10-3 (pada 20 °C). Modulus elastisitas kalsium 26 H/m2 atau 2600 kgf/mm2; kekuatan tarik 60 MN/m2 (6 kgf/mm2); batas elastis kalsium adalah 4 MN/m2 atau 0,4 kgf/mm2, kekuatan luluh 38 MN/m2 (3,8 kgf/mm2); perpanjangan relatif dari elemen kedua puluh 50%; Kekerasan kalsium menurut Brinell adalah 200-300 MN/m2 atau 20-30 kgf/mm2. Dengan peningkatan tekanan secara bertahap, kalsium mulai menunjukkan sifat-sifat semikonduktor, tetapi tidak menjadi satu dalam arti sebenarnya (pada saat yang sama, ia bukan lagi logam). Dengan peningkatan tekanan lebih lanjut, kalsium kembali ke keadaan logam dan mulai menunjukkan sifat superkonduktor (suhu superkonduktivitas enam kali lebih tinggi daripada suhu merkuri, dan jauh melebihi semua elemen lain dalam hal konduktivitas). Perilaku unik kalsium dalam banyak hal mirip dengan strontium (yaitu, persamaan dalam tabel periodik tetap ada).

Sifat mekanik unsur kalsium tidak berbeda dengan sifat anggota keluarga logam lainnya, yang merupakan bahan struktural yang sangat baik: logam kalsium dengan kemurnian tinggi bersifat ulet, mudah ditekan dan digulung, ditarik menjadi kawat, ditempa dan dapat dipotong - itu bisa dihidupkan dengan mesin bubut. Namun, terlepas dari semua kualitas bahan bangunan yang sangat baik ini, kalsium tidak demikian - alasannya adalah aktivitas kimianya yang tinggi. Benar, kita tidak boleh lupa bahwa kalsium adalah bahan struktural jaringan tulang yang sangat diperlukan, dan mineralnya telah menjadi bahan pembangun selama ribuan tahun.

Sifat kimia

Konfigurasi kulit elektron terluar atom kalsium adalah 4s2, yang menentukan valensi 2 unsur kedua puluh dalam senyawa. Dua elektron pada lapisan terluar relatif mudah dipisahkan dari atom, yang berubah menjadi ion positif bermuatan ganda. Oleh karena itu, dari segi aktivitas kimianya, kalsium hanya sedikit kalah dengan logam alkali (kalium, natrium, litium). Seperti yang terakhir, kalsium, bahkan pada suhu kamar biasa, mudah berinteraksi dengan oksigen, karbon dioksida dan udara lembab, menjadi tertutup lapisan abu-abu kusam dari campuran CaO oksida dan Ca(OH)2 hidroksida. Oleh karena itu, kalsium disimpan dalam wadah tertutup rapat di bawah lapisan minyak mineral, parafin cair, atau minyak tanah. Ketika dipanaskan dalam oksigen dan udara, kalsium terbakar, terbakar dengan nyala merah terang, membentuk oksida basa CaO, yang merupakan zat putih yang sangat tahan api dengan titik leleh sekitar 2.600 °C. Kalsium oksida juga dikenal dalam bidang teknik sebagai kapur tohor atau kapur bakar. Kalsium peroksida - CaO2 dan CaO4 - juga diperoleh. Kalsium bereaksi dengan air melepaskan hidrogen (dalam rangkaian potensial standar, kalsium terletak di sebelah kiri hidrogen dan mampu menggantikannya dari air) dan pembentukan kalsium hidroksida Ca(OH)2, dan dalam air dingin terjadi reaksi laju menurun secara bertahap (karena pembentukan lapisan kalsium hidroksida yang sulit larut pada permukaan logam):

Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2 + Q

Kalsium bereaksi lebih energik dengan air panas, dengan cepat menggantikan hidrogen dan membentuk Ca(OH)2. Kalsium hidroksida Ca(OH)2 adalah basa kuat, sedikit larut dalam air. Larutan kalsium hidroksida jenuh disebut air kapur dan bersifat basa. Di udara, air kapur dengan cepat menjadi keruh karena penyerapan karbon dioksida dan pembentukan kalsium karbonat yang tidak larut. Meskipun proses kekerasan terjadi selama interaksi unsur kedua puluh dengan air, namun, tidak seperti logam alkali, reaksi antara kalsium dan air berlangsung kurang energik - tanpa ledakan atau kebakaran. Secara umum aktivitas kimia kalsium lebih rendah dibandingkan logam alkali tanah lainnya.

Kalsium secara aktif bergabung dengan halogen, membentuk senyawa tipe CaX2 - bereaksi dengan fluor dalam suhu dingin, dan dengan klorin dan brom pada suhu di atas 400 ° C, masing-masing menghasilkan CaF2, CaCl2 dan CaBr2. Halida ini dalam bentuk cair dengan kalsium monohalida dari tipe CaX - CaF, CaCl, di mana kalsium secara formal bersifat monovalen. Senyawa-senyawa ini stabil hanya di atas suhu leleh dihalida (mereka menjadi tidak proporsional ketika didinginkan untuk membentuk Ca dan CaX2). Selain itu, kalsium aktif berinteraksi, terutama bila dipanaskan, dengan berbagai non-logam: dengan belerang, ketika dipanaskan, diperoleh kalsium sulfida CaS, yang terakhir menambahkan belerang, membentuk polisulfida (CaS2, CaS4, dan lainnya); berinteraksi dengan hidrogen kering pada suhu 300-400 °C, kalsium membentuk hidrida CaH2 - senyawa ionik di mana hidrogen adalah anion. Kalsium hidrida CaH2 adalah zat seperti garam putih yang bereaksi hebat dengan air menghasilkan hidrogen:

CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2

Ketika dipanaskan (sekitar 500° C) dalam atmosfer nitrogen, kalsium terbakar dan membentuk nitrida Ca3N2, yang dikenal dalam dua bentuk kristal - α suhu tinggi dan β suhu rendah. Nitrida Ca3N4 juga diperoleh dengan memanaskan kalsium tengah Ca(NH2)2 dalam ruang hampa. Ketika dipanaskan tanpa akses udara dengan grafit (karbon), silikon atau fosfor, kalsium masing-masing menghasilkan kalsium karbida CaC2, silisida Ca2Si, Ca3Si4, CaSi, CaSi2 dan fosfida Ca3P2, CaP dan CaP3. Sebagian besar senyawa kalsium dengan nonlogam mudah terurai oleh air:

CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2

Ca3N2 + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2NH3

Dengan boron, kalsium membentuk kalsium borida CaB6, dengan kalkogen - kalkogenida CaS, CaSe, CaTe. Polikalkogenida CaS4, CaS5, Ca2Te3 juga dikenal. Kalsium membentuk senyawa intermetalik dengan berbagai logam - aluminium, emas, perak, tembaga, timbal dan lain-lain. Sebagai zat pereduksi yang energik, kalsium menggantikan hampir semua logam dari oksida, sulfida, dan halida ketika dipanaskan. Kalsium larut dengan baik dalam amonia cair NH3 untuk membentuk larutan biru, setelah penguapan amonia [Ca(NH3)6] dilepaskan - senyawa padat berwarna emas dengan konduktivitas logam. Garam kalsium biasanya diperoleh melalui interaksi oksida asam dengan kalsium oksida, aksi asam pada Ca(OH)2 atau CaCO3, dan reaksi pertukaran dalam larutan elektrolit berair. Banyak garam kalsium yang sangat larut dalam air (CaCl2 klorida, CaBr2 bromida, CaI2 iodida dan Ca(NO3)2 nitrat), hampir selalu membentuk kristal hidrat. Yang tidak larut dalam air adalah fluorida CaF2, karbonat CaCO3, sulfat CaSO4, ortofosfat Ca3(PO4)2, oksalat CaC2O4 dan beberapa lainnya.

Senyawa kalsium alam (kapur, marmer, batu kapur, gipsum) dan hasil pengolahannya yang paling sederhana (kapur) telah dikenal manusia sejak zaman dahulu. Pada tahun 1808, ahli kimia Inggris Humphry Davy mengelektrolisis kapur basah (kalsium hidroksida) dengan katoda merkuri dan memperoleh kalsium amalgam (paduan kalsium dan merkuri). Dari paduan ini, setelah menyuling merkuri, Davy memperoleh kalsium murni.
Ia juga mengusulkan nama unsur kimia baru, dari bahasa Latin "calx" yang berarti nama batu kapur, kapur dan batu lunak lainnya.

Menemukan di alam dan memperoleh:

Kalsium adalah unsur kelima yang paling melimpah di kerak bumi (lebih dari 3%), membentuk banyak batuan, banyak di antaranya berbahan dasar kalsium karbonat. Beberapa batuan tersebut berasal dari organik (batuan cangkang), menunjukkan pentingnya peran kalsium dalam kehidupan alam. Kalsium alami adalah campuran 6 isotop dengan nomor massa 40 hingga 48, dengan 40 Ca menyumbang 97% dari total. Reaksi nuklir juga menghasilkan isotop kalsium lain, misalnya radioaktif 45 Ca.
Untuk memperoleh zat kalsium sederhana, digunakan elektrolisis garam kalsium cair atau aluminotermi:
4CaO + 2Al = Ca(AlO 2) 2 + 3Ca

Sifat fisik:

Logam abu-abu keperakan dengan kisi berpusat muka kubik, jauh lebih keras daripada logam alkali. Titik lebur 842°C, titik didih 1484°C, massa jenis 1,55 g/cm3. Pada tekanan tinggi dan suhu sekitar 20 K ia berubah menjadi superkonduktor.

Sifat kimia:

Kalsium tidak seaktif logam alkali, namun harus disimpan di bawah lapisan minyak mineral atau dalam drum logam yang tertutup rapat. Pada suhu normal, ia bereaksi dengan oksigen dan nitrogen di udara, serta dengan uap air. Ketika dipanaskan, ia terbakar di udara dengan nyala merah-oranye, membentuk oksida dengan campuran nitrida. Seperti magnesium, kalsium terus terbakar dalam atmosfer karbon dioksida. Jika dipanaskan, ia bereaksi dengan nonlogam lain membentuk senyawa yang komposisinya tidak selalu jelas, misalnya:
Ca + 6B = CaB 6 atau Ca + P => Ca 3 P 2 (juga CaP atau CaP 5)
Dalam semua senyawanya, kalsium memiliki bilangan oksidasi +2.

Koneksi yang paling penting:

Kalsium oksida CaO- ("kapur") zat putih, oksida basa, yang bereaksi kuat dengan air ("dipadamkan") berubah menjadi hidroksida. Diperoleh dengan dekomposisi termal kalsium karbonat.

Kalsium hidroksida Ca(OH)2- (“kapur mati”) bubuk putih, sedikit larut dalam air (0,16g/100g), alkali kuat. Suatu larutan (“air kapur”) digunakan untuk mendeteksi karbon dioksida.

Kalsium karbonat CaCO3- dasar dari sebagian besar mineral kalsium alami (kapur, marmer, batu kapur, batuan cangkang, kalsit, spar Islandia). Dalam bentuknya yang murni, zat tersebut berwarna putih atau tidak berwarna. kristal ketika dipanaskan (900-1000 C) terurai membentuk kalsium oksida. Bukan p-rim, bereaksi dengan asam, mampu larut dalam air jenuh karbon dioksida, berubah menjadi bikarbonat: CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2. Proses sebaliknya menyebabkan munculnya endapan kalsium karbonat, khususnya formasi seperti stalaktit dan stalagmit.
Itu juga ditemukan di alam sebagai bagian dari dolomit CaCO 3 * MgCO 3

Kalsium sulfat CaSO4- zat putih, bersifat CaSO 4 * 2H 2 O (“gipsum”, “selenit”). Yang terakhir, ketika dipanaskan dengan hati-hati (180 C), berubah menjadi CaSO 4 *0,5H 2 O (“gipsum yang terbakar”, “alabaster”) - bubuk putih, yang bila dicampur dengan air, kembali membentuk CaSO 4 *2H 2 O berupa bahan yang kokoh dan cukup tahan lama. Ia sedikit larut dalam air, tetapi dapat larut dalam asam sulfat berlebih, membentuk hidrogen sulfat.

Kalsium fosfat Ca 3 (PO 4) 2- (“fosforit”), tidak larut, di bawah pengaruh asam kuat berubah menjadi kalsium hidro- dan dihidrogen fosfat yang lebih larut. Bahan baku untuk produksi fosfor, asam fosfat, pupuk fosfat. Kalsium fosfat juga termasuk dalam apatit, senyawa alami dengan rumus perkiraan Ca 5 3 Y, dimana Y = F, Cl, atau OH, masing-masing, fluor, klor, atau hidroksiapatit. Seiring dengan fosfor, apatit adalah bagian dari kerangka tulang banyak organisme hidup, termasuk. dan manusia.

Kalsium fluorida CaF 2 - (alami:"fluorit", "fluorspar"), zat berwarna putih yang tidak larut. Mineral alami memiliki warna yang beragam karena adanya pengotor. Bersinar dalam gelap saat dipanaskan dan di bawah radiasi UV. Ini meningkatkan fluiditas ("fusibilitas") terak dalam produksi logam, yang menjelaskan penggunaannya sebagai fluks.

Kalsium klorida CaCl 2- tidak berwarna Kristus. Ini larut dengan baik dalam air. Membentuk kristal hidrat CaCl 2 *6H 2 O. Kalsium klorida anhidrat ("menyatu") adalah bahan pengering yang baik.

Kalsium nitrat Ca(NO 3) 2- ("kalsium nitrat") tidak berwarna. Kristus. Ini larut dengan baik dalam air. Bagian integral dari komposisi kembang api yang memberi warna merah-oranye pada nyala api.

Kalsium karbida CaС 2- bereaksi dengan air membentuk asetilena, contoh: CaС 2 + H 2 O = С 2 H 2 + Ca(OH) 2

Aplikasi:

Kalsium logam digunakan sebagai zat pereduksi kuat dalam produksi beberapa logam yang sulit direduksi (“kalsiotermi”): kromium, unsur tanah jarang, torium, uranium, dll. Dalam metalurgi tembaga, nikel, baja khusus dan perunggu , kalsium dan paduannya digunakan untuk menghilangkan kotoran berbahaya seperti belerang, fosfor, dan kelebihan karbon.
Kalsium juga digunakan untuk mengikat sejumlah kecil oksigen dan nitrogen saat memperoleh vakum tinggi dan memurnikan gas inert.
Ion Ca kelebihan neutron 48 digunakan untuk sintesis unsur kimia baru, misalnya unsur No. Isotop kalsium lainnya, 45Ca, digunakan sebagai pelacak radioaktif dalam studi tentang peran biologis kalsium dan migrasinya di lingkungan.

Area utama penerapan berbagai senyawa kalsium adalah produksi bahan bangunan (semen, campuran bangunan, eternit, dll.).

Kalsium adalah salah satu unsur makro dalam organisme hidup, membentuk senyawa yang diperlukan untuk pembangunan kerangka internal vertebrata dan kerangka eksternal banyak invertebrata, cangkang telur.
Ion kalsium juga terlibat dalam pengaturan proses intraseluler dan menentukan pembekuan darah. Kekurangan kalsium di masa kanak-kanak menyebabkan rakhitis, di usia tua - hingga osteoporosis. Sumber kalsium adalah produk susu, soba, kacang-kacangan, dan penyerapannya difasilitasi oleh vitamin D. Jika kalsium kekurangan, berbagai obat digunakan: calcex, larutan kalsium klorida, kalsium glukonat, dll.
Fraksi massa kalsium dalam tubuh manusia adalah 1,4-1,7%, kebutuhan hariannya adalah 1-1,3 g (tergantung usia). Asupan kalsium yang berlebihan dapat menyebabkan hiperkalsemia - pengendapan senyawanya di organ dalam, dan pembentukan bekuan darah di pembuluh darah. Sumber:
Kalsium (elemen) // Wikipedia. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Calcium (tanggal akses: 01/3/2014).

Kalsium Perpustakaan unsur kimia yang populer: Kalsium. // URL: http://n-t.ru/ri/ps/pb020.htm (01/3/2014).

(Kalsium), Ca, unsur kimia golongan II sistem periodik Mendeleev, nomor atom 20, massa atom 40,08; logam ringan berwarna putih keperakan. Unsur alam merupakan campuran enam isotop stabil: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca dan 48 Ca, dimana 40 Ca adalah yang paling melimpah (96, 97%).

Senyawa Ca - batu kapur, marmer, gipsum (serta kapur - produk kalsinasi batu kapur) sudah digunakan dalam konstruksi pada zaman kuno. Hingga akhir abad ke-18, ahli kimia menganggap kapur sebagai zat padat sederhana. Pada tahun 1789, A. Lavoisier mengemukakan bahwa kapur, magnesia, barit, alumina dan silika merupakan zat kompleks. Pada tahun 1808, G. Davy, dengan memasukkan campuran kapur basah dengan merkuri oksida ke elektrolisis dengan katoda merkuri, menyiapkan amalgam Ca, dan dengan menyuling merkuri darinya, ia memperoleh logam yang disebut "Kalsium" (dari bahasa Latin calx, gender calcis - jeruk nipis) . Dalam hal kelimpahan di kerak bumi, Ca menempati urutan ke-5 (setelah O, Si, Al dan Fe); konten 2,96% berat. Ia bermigrasi dengan penuh semangat dan terakumulasi di berbagai sistem geokimia, membentuk 385 mineral (tempat ke-4 dalam jumlah mineral). Terdapat sedikit Ca di mantel bumi dan bahkan mungkin lebih sedikit lagi di inti bumi (0,02% pada meteorit besi). Ca mendominasi di bagian bawah kerak bumi, terakumulasi di batuan utama; sebagian besar Ca terkandung dalam feldspar - Ca anorthite; kandungan pada batuan basa 6,72%, pada batuan asam (granit dan lain-lain) 1,58%. Di biosfer, terjadi diferensiasi Ca yang sangat tajam, terutama terkait dengan “kesetimbangan karbonat”: ketika karbon dioksida berinteraksi dengan karbonat CaCO 3, bikarbonat terlarut Ca(HCO 3) 2 terbentuk: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2 = Ca 2+ + 2HCO 3- . Reaksi ini bersifat reversibel dan merupakan dasar redistribusi Ca. Ketika kandungan CO 2 di perairan tinggi, Ca berada dalam larutan, dan ketika kandungan CO 2 rendah, mineral kalsit CaCO 3 mengendap, membentuk endapan tebal batu kapur, kapur, dan marmer.

Migrasi biogenik juga memainkan peran besar dalam sejarah Ca. Dalam unsur logam yang hidup, Ca merupakan unsur utama. Organisme diketahui mengandung lebih dari 10% Ca (lebih banyak karbon), membangun kerangkanya dari senyawa Ca, terutama dari CaCO 3 (alga berkapur, banyak moluska, echinodermata, karang, rimpang, dll.). Dengan penguburan kerangka di laut. hewan dan tumbuhan diasosiasikan dengan akumulasi sejumlah besar alga, karang, dan batu kapur lainnya, yang tenggelam ke dalam bumi dan termineralisasi, berubah menjadi berbagai jenis marmer.

Daerah yang luas dengan iklim lembab (zona hutan, tundra) dicirikan oleh kekurangan Ca - di sini Ca mudah tersapu dari tanah. Hal ini disebabkan oleh rendahnya kesuburan tanah, rendahnya produktivitas hewan peliharaan, ukurannya yang kecil, dan seringkali penyakit tulang. Oleh karena itu, pengapuran tanah, pemberian pakan untuk hewan peliharaan dan burung, dll., dll., sangatlah penting. Sebaliknya, di daerah beriklim kering, CaCO 3 sulit larut, oleh karena itu lanskap stepa dan gurun kaya akan Ca. Di rawa asin dan danau garam, gipsum CaSO 4 · 2H 2 O sering terakumulasi.

Sungai membawa banyak Ca ke laut, tetapi Ca tidak tertinggal di air laut (kandungan rata-rata 0,04%), tetapi terkonsentrasi di kerangka organisme dan, setelah kematiannya, disimpan ke dasar terutama dalam bentuk CaCO 3. Lumpur berkapur tersebar luas di dasar semua lautan pada kedalaman tidak lebih dari 4000 m (pada kedalaman yang lebih dalam, CaCO 3 larut, dan organisme di sana sering menderita kekurangan Ca).

Air tanah memainkan peran penting dalam migrasi Ca. Pada batuan kapur, di beberapa tempat terjadi pencucian CaCO 3 secara intensif, yang berhubungan dengan perkembangan karst, pembentukan gua, stalaktit dan stalagmit. Selain kalsit, di lautan era geologi masa lalu terdapat endapan Ca fosfat yang tersebar luas (misalnya, endapan fosfor Karatau di Kazakhstan), dolomit CaCO 3 ·MgCO 3, dan di laguna selama penguapan - gipsum.

Sepanjang sejarah geologi, pembentukan karbonat biogenik meningkat dan pengendapan kimia kalsit menurun. Di laut Prakambrium (lebih dari 600 juta tahun yang lalu) tidak ada hewan dengan kerangka berkapur; mereka telah tersebar luas sejak Kambrium (karang, bunga karang, dll.). Hal ini terkait dengan tingginya kandungan CO2 di atmosfer Prakambrium.

Sifat fisik Kalsium. Kisi kristal Ca bentuk α (stabil pada suhu biasa) berbentuk kubik berpusat muka, a = 5,56 Å. Jari-jari atom 1,97Å, jari-jari ion Ca 2+ 1,04Å. Massa jenis 1,54 g/cm 3 (20 °C). Di atas 464 °C, bentuk β heksagonal stabil. t meleleh 851 °C, t mendidih 1482 °C; koefisien suhu ekspansi linier 22·10 -6 (0-300 °C); konduktivitas termal pada 20 °C 125,6 W/(m K) atau 0,3 kal/(cm detik °C); kapasitas panas spesifik (0-100 °C) 623,9 J/(kg K) atau 0,149 kal/(g °C); resistivitas listrik pada 20 °C 4,6·10 -8 ohm·m atau 4,6·10 -6 ohm·cm; koefisien suhu hambatan listrik adalah 4,57·10 -3 (20 °C). Modulus elastisitas 26 Gn/m2 (2600 kgf/mm2); kekuatan tarik 60 MN/m 2 (6 kgf/mm 2); batas elastis 4 MN/m 2 (0,4 kgf/mm 2), kekuatan luluh 38 MN/m 2 (3,8 kgf/mm 2); perpanjangan relatif 50%; Kekerasan Brinell 200-300 Mn/m2 (20-30 kgf/mm2). Kalsium dengan kemurnian cukup tinggi berbentuk plastik, mudah ditekan, digulung dan dapat dipotong.

Sifat kimia Kalsium. Konfigurasi kulit elektron terluar atom Ca 4s 2 yang menurut senyawa Ca adalah valensi 2. Secara kimia, Ca sangat aktif. Pada suhu normal, Ca mudah berinteraksi dengan oksigen dan uap air di udara, sehingga disimpan dalam wadah tertutup rapat atau di bawah minyak mineral. Ketika dipanaskan di udara atau oksigen, ia terbakar menghasilkan oksida basa CaO. Peroksida Ca - CaO 2 dan CaO 4 juga dikenal. Ca bereaksi cepat dengan air dingin pada awalnya, kemudian reaksi melambat karena terbentuknya lapisan Ca(OH) 2. Ca bereaksi kuat dengan air panas dan asam, melepaskan H2 (kecuali HNO3 pekat). Ia bereaksi dengan fluor dalam suhu dingin, dan dengan klor dan brom - di atas 400 °C, masing-masing menghasilkan CaF 2, CaCl 2 dan CaBr 2. Dalam keadaan cair, halida ini membentuk apa yang disebut subsenyawa dengan Ca - CaF, CaCl, di mana Ca secara formal bersifat monovalen. Ketika Ca dipanaskan dengan belerang, kalsium sulfida CaS diperoleh, yang terakhir menambahkan belerang, membentuk polisulfida (CaS 2, CaS 4 dan lain-lain). Berinteraksi dengan hidrogen kering pada suhu 300-400 °C, Ca membentuk hidrida CaH 2 - senyawa ionik dengan hidrogen sebagai anion. Pada 500 °C Ca dan nitrogen menghasilkan Ca 3 N 2 nitrida; interaksi Ca dengan amonia dalam keadaan dingin menghasilkan amonia kompleks Ca 6. Ketika dipanaskan tanpa akses udara dengan grafit, silikon atau fosfor, Ca masing-masing menghasilkan kalsium karbida CaC 2, silisida Ca 2 Si, CaSi, CaSi 2 dan fosfida Ca 3 P 2. Ca membentuk senyawa intermetalik dengan Al, Ag, Au, Cu, Li, Mg, Pb, Sn dan lain-lain.

Mendapatkan Kalsium. Dalam industri, Ca diperoleh dengan dua cara: 1) dengan memanaskan campuran briket bubuk CaO dan Al pada suhu 1200 °C dalam ruang hampa 0,01-0,02 mm Hg. Seni.; dilepaskan melalui reaksi: 6CaO + 2 Al = 3CaO·Al 2 O 3 + 3Ca Uap Ca mengembun pada permukaan yang dingin; 2) dengan elektrolisis lelehan CaCl 2 dan KCl dengan katoda tembaga-kalsium cair, paduan Cu - Ca (65% Ca) dibuat, dari mana Ca didistilasi pada suhu 950-1000 °C dalam ruang hampa sebesar 0,1-0,001 mm Hg. Seni.

Penerapan Kalsium. Dalam bentuk logam murni, Ca digunakan sebagai zat pereduksi U, Th, Cr, V, Zr, Cs, Rb dan beberapa logam tanah jarang dari senyawanya. Ia juga digunakan untuk deoksidasi baja, perunggu dan paduan lainnya, untuk menghilangkan belerang dari produk minyak bumi, untuk dehidrasi cairan organik, untuk memurnikan argon dari pengotor nitrogen dan sebagai penyerap gas dalam perangkat vakum listrik. Bahan antifriction dari sistem Pb-Na-Ca, serta paduan Pb-Ca yang digunakan untuk pembuatan selubung listrik, telah banyak digunakan dalam teknologi. kabel Paduan Ca-Si-Ca (silicocalcium) digunakan sebagai deoxidizer dan degasser dalam produksi baja berkualitas tinggi.

Kalsium dalam tubuh. Ca adalah salah satu elemen biogenik yang diperlukan untuk berfungsinya proses kehidupan secara normal. Itu ada di semua jaringan dan cairan hewan dan tumbuhan. Hanya organisme langka yang dapat berkembang di lingkungan tanpa Ca. Pada beberapa organisme, kandungan Ca mencapai 38%; pada manusia - 1,4-2%. Sel organisme tumbuhan dan hewan memerlukan rasio ion Ca 2+, Na + dan K + yang ditentukan secara ketat dalam lingkungan ekstraseluler. Tumbuhan memperoleh Ca dari tanah. Berdasarkan hubungannya dengan Ca, tumbuhan dibedakan menjadi calcephiles dan calcephobes. Hewan memperoleh Ca dari makanan dan air. Ca diperlukan untuk pembentukan sejumlah struktur seluler, menjaga permeabilitas normal membran sel luar, untuk pembuahan telur ikan dan hewan lainnya, dan aktivasi sejumlah enzim. Ion Ca 2+ mengirimkan eksitasi ke serat otot, menyebabkannya berkontraksi, meningkatkan kekuatan kontraksi jantung, meningkatkan fungsi fagositik leukosit, mengaktifkan sistem pelindung protein darah, dan berpartisipasi dalam koagulasinya. Di dalam sel, hampir seluruh Ca ditemukan dalam bentuk senyawa dengan protein, asam nukleat, fosfolipid, dalam kompleks dengan fosfat anorganik dan asam organik. Dalam plasma darah manusia dan hewan tingkat tinggi, hanya 20-40% Ca yang dapat terikat pada protein. Pada hewan dengan kerangka, hingga 97-99% dari seluruh Ca digunakan sebagai bahan bangunan: pada invertebrata terutama dalam bentuk CaCO 3 (cangkang moluska, karang), pada vertebrata - dalam bentuk fosfat. Banyak invertebrata menyimpan Ca sebelum berganti kulit untuk membangun kerangka baru atau untuk memastikan fungsi vital dalam kondisi buruk.

Kandungan Ca dalam darah manusia dan hewan tingkat tinggi diatur oleh hormon kelenjar paratiroid dan tiroid. Vitamin D memainkan peran penting dalam proses ini. Penyerapan Ca terjadi di bagian anterior usus kecil. Penyerapan Ca memburuk dengan penurunan keasaman usus dan tergantung pada rasio Ca, P dan lemak dalam makanan. Rasio Ca/P optimal pada susu sapi adalah sekitar 1,3 (pada kentang 0,15, pada kacang-kacangan 0,13, pada daging 0,016). Jika makanan mengandung P atau asam oksalat berlebih, penyerapan Ca akan menurun. Asam empedu mempercepat penyerapannya. Rasio Ca/lemak optimal dalam makanan manusia adalah 0,04-0,08 g Ca per 1 g lemak. Ekskresi Ca terjadi terutama melalui usus. Mamalia kehilangan banyak Ca dalam susu selama menyusui. Dengan gangguan metabolisme fosfor-kalsium, rakhitis berkembang pada hewan muda dan anak-anak, dan perubahan komposisi dan struktur kerangka (osteomalacia) berkembang pada hewan dewasa.

Kalsium adalah unsur kimia golongan II dengan nomor atom 20 dalam tabel periodik, dilambangkan dengan simbol Ca (lat. Kalsium). Kalsium merupakan logam alkali tanah lunak dengan warna abu-abu keperakan.

Unsur 20 tabel periodik Nama unsur berasal dari bahasa lat. calx (dalam kasus genitif calcis) - "kapur", "batu lunak". Hal ini dikemukakan oleh ahli kimia Inggris Humphry Davy, yang mengisolasi logam kalsium pada tahun 1808.
Senyawa kalsium - batu kapur, marmer, gipsum (serta kapur - produk kalsinasi batu kapur) telah digunakan dalam konstruksi selama beberapa ribu tahun yang lalu.
Kalsium adalah salah satu unsur paling umum di bumi. Senyawa kalsium terdapat hampir di seluruh jaringan hewan dan tumbuhan. Ini menyumbang 3,38% dari massa kerak bumi (kelima paling berlimpah setelah oksigen, silikon, aluminium dan besi).

Menemukan kalsium di alam

Karena aktivitas kimianya yang tinggi, kalsium tidak terdapat dalam bentuk bebas di alam.
Kalsium menyumbang 3,38% massa kerak bumi (kelima terbanyak setelah oksigen, silikon, aluminium, dan besi). Kandungan unsur dalam air laut adalah 400 mg/l.

Isotop

Kalsium terdapat di alam sebagai campuran enam isotop: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca dan 48Ca, yang paling umum, 40Ca, menyumbang 96,97%. Inti kalsium mengandung jumlah proton yang ajaib: Z = 20. Isotop
40
20
Ca20 dan
48
20
Ca28 adalah dua dari lima inti yang ada di alam dengan bilangan ajaib dua kali lipat.
Dari enam isotop kalsium alami, lima di antaranya stabil. Isotop keenam 48Ca, yang terberat dari enam dan sangat langka (kelimpahan isotopnya hanya 0,187%), mengalami peluruhan beta ganda dengan waktu paruh 1,6.1017 tahun.

Dalam batuan dan mineral

Kalsium sebagian besar terkandung dalam silikat dan aluminosilikat dari berbagai batuan (granit, gneisses, dll), terutama pada feldspar - Ca anorthite.
Dalam bentuk batuan sedimen, senyawa kalsium diwakili oleh kapur dan batugamping, yang sebagian besar terdiri dari mineral kalsit (CaCO3). Bentuk kristal kalsit - marmer - jauh lebih jarang ditemukan di alam.
Mineral kalsium seperti kalsit CaCO3, anhidrit CaSO4, alabaster CaSO4 0,5H2O dan gipsum CaSO4 2H2O, fluorit CaF2, apatit Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), dolomit MgCO3 CaCO3 cukup tersebar luas. Kehadiran garam kalsium dan magnesium dalam air alami menentukan kesadahannya.
Kalsium, yang bermigrasi dengan cepat di kerak bumi dan terakumulasi di berbagai sistem geokimia, membentuk 385 mineral (jumlah mineral terbesar keempat).

Peran biologis kalsium

Kalsium adalah makronutrien yang umum dalam tubuh tumbuhan, hewan, dan manusia. Pada manusia dan vertebrata lainnya, sebagian besar ditemukan di kerangka dan gigi. Kalsium ditemukan di tulang dalam bentuk hidroksiapatit. “Kerangka” sebagian besar kelompok invertebrata (spons, polip karang, moluska, dll.) terbuat dari berbagai bentuk kalsium karbonat (kapur). Ion kalsium terlibat dalam proses pembekuan darah, dan juga berfungsi sebagai salah satu pembawa pesan kedua universal di dalam sel dan mengatur berbagai proses intraseluler - kontraksi otot, eksositosis, termasuk sekresi hormon dan neurotransmiter. Konsentrasi kalsium dalam sitoplasma sel manusia adalah sekitar 10−4 mmol/l, dalam cairan antar sel sekitar 2,5 mmol/l.

Kebutuhan kalsium tergantung pada usia. Untuk orang dewasa berusia 19-50 tahun dan anak-anak berusia 4-8 tahun, kebutuhan harian (RDA) adalah 1000 mg (terdapat dalam sekitar 790 ml susu dengan kandungan lemak 1%), dan untuk anak-anak berusia 9 hingga 18 tahun inklusif - 1300 mg per hari (terkandung dalam sekitar 1030 ml susu dengan kandungan lemak 1%). Pada masa remaja, mengonsumsi kalsium dalam jumlah yang cukup sangatlah penting karena pesatnya pertumbuhan kerangka. Namun menurut penelitian di Amerika, hanya 11% anak perempuan dan 31% anak laki-laki berusia 12-19 tahun yang mencapai kebutuhannya. Dengan pola makan seimbang, sebagian besar kalsium (sekitar 80%) masuk ke tubuh anak melalui produk susu. Kalsium yang tersisa berasal dari biji-bijian (termasuk roti gandum dan soba), kacang-kacangan, jeruk, sayuran hijau, dan kacang-kacangan. Produk “susu” berbahan dasar lemak susu (mentega, krim, krim asam, es krim berbahan dasar krim) hampir tidak mengandung kalsium. Semakin banyak lemak susu yang dikandung suatu produk susu, semakin sedikit kalsium yang dikandungnya. Penyerapan kalsium di usus terjadi melalui dua cara yaitu transeluler (transeluler) dan antar sel (paraseluler). Mekanisme pertama dimediasi oleh aksi bentuk aktif vitamin D (kalsitriol) dan reseptor ususnya. Ini memainkan peran besar dalam asupan kalsium rendah hingga sedang. Dengan kandungan kalsium yang lebih tinggi dalam makanan, penyerapan antar sel mulai memainkan peran utama, yang berhubungan dengan gradien konsentrasi kalsium yang besar. Karena mekanisme transeluler, kalsium diserap lebih banyak di duodenum (karena konsentrasi reseptor kalsitriol tertinggi di sana). Karena transfer pasif antar sel, penyerapan kalsium paling aktif terjadi di ketiga bagian usus kecil. Penyerapan kalsium paraseluler dipromosikan oleh laktosa (gula susu).

Penyerapan kalsium dihambat oleh beberapa lemak hewani (termasuk lemak susu sapi dan lemak daging sapi, tapi bukan lemak babi) dan minyak sawit. Asam lemak palmitat dan stearat yang terkandung dalam lemak tersebut dipecah selama pencernaan di usus dan, dalam bentuk bebasnya, mengikat kalsium dengan kuat, membentuk kalsium palmitat dan kalsium stearat (sabun tidak larut). Dalam bentuk sabun ini, kalsium dan lemak hilang melalui tinja. Mekanisme ini bertanggung jawab terhadap penurunan penyerapan kalsium, penurunan mineralisasi tulang, dan penurunan ukuran tidak langsung kekuatan tulang pada bayi yang menggunakan susu formula berbahan dasar minyak sawit (palm olein). Pada anak-anak seperti itu, pembentukan sabun kalsium di usus dikaitkan dengan pengerasan tinja, penurunan frekuensinya, serta lebih seringnya regurgitasi dan kolik.

Konsentrasi kalsium dalam darah, karena pentingnya bagi sejumlah besar proses vital, diatur secara tepat, dan dengan nutrisi yang tepat dan konsumsi produk susu rendah lemak dan vitamin D yang cukup, defisiensi tidak terjadi. Kekurangan kalsium dan/atau vitamin D dalam jangka panjang dalam makanan meningkatkan risiko osteoporosis dan menyebabkan rakhitis pada masa bayi.

Dosis kalsium dan vitamin D yang berlebihan dapat menyebabkan hiperkalsemia. Dosis aman maksimum untuk orang dewasa berusia 19 hingga 50 tahun adalah 2500 mg per hari (sekitar 340 g keju Edam).