Kodėl kalcis yra metalas? Vakuuminis terminis kalcio gavimo metodas

Kalcis aš Kalcis (Ca)

periodinės cheminių elementų sistemos II grupės cheminis elementas D.I. Mendelejevas; priklauso šarminių žemių metalams ir pasižymi dideliu biologiniu aktyvumu.

Kalcio atominis skaičius yra 20, atominė masė yra 40,08. Gamtoje buvo aptikti šeši stabilūs anglies izotopai, kurių masės skaičius yra 40, 42, 43, 44, 46 ir 48.

Kalcis yra chemiškai aktyvus, gamtoje randamas junginių pavidalu – silikatų (pavyzdžiui, asbesto), karbonatų (kalkakmenio, marmuro, kreidos, kalcito, aragonito), sulfatų (gipso ir anhidrito), fosforito, dolomito ir kt. pagrindinis kaulinio audinio struktūrinis elementas (žr. kaulą) , svarbus kraujo krešėjimo sistemos komponentas (kraujo krešėjimas) , būtinas žmogaus maisto elementas, palaikantis homeostatinį elektrolitų santykį vidinėje organizmo aplinkoje.

Viena iš svarbiausių gyvo organizmo funkcijų yra jo dalyvavimas daugelio fermentų sistemų (taip pat ir pagalbinių raumenų) darbe perduodant nervinius impulsus, raumenų reakcijoje į nervinę ir keičiant hormonų veiklą, kuri. yra realizuojamas dalyvaujant adenilato ciklazei.

Žmogaus organizme yra 1-2 kg kalcio (apie 20 G iki 1 kg kūno svorio, naujagimiams apie 9 g/kg). 98-99% viso kalcio kiekio randama kaulų ir kremzlių audinyje karbonato, fosfato, junginių su chloru, organinių rūgščių ir kitų medžiagų pavidalu. Likęs kiekis pasiskirsto minkštuosiuose audiniuose (apie 20 mg iki 100 G audinys) ir tarpląstelinis skystis. Kraujo plazmoje yra apie 2,5 mmol/l mg/100 kalcio (9-11 ml Kraujo plazmoje yra apie 2,5) dviejų frakcijų pavidalu: nedifuzinis (kompleksai su baltymais) ir difuzinis (jonizuotas kalcis ir kompleksai su rūgštimis). Kompleksai su baltymais yra viena iš kalcio saugojimo formų. Jie sudaro 1/3 viso K. plazmos kiekio. jonizuoto K kraujyje yra 1,33 Kraujo plazmoje yra apie 2,5. Yra atvirkštinis ryšys tarp jonizuoto kalio ir kalio fosfato kraujo plazmoje, tačiau sergant rachitu pastebimas abiejų jonų koncentracijos sumažėjimas, o sergant hiperparatiroidizmu – padidėjimas. Ląstelėse pagrindinė fosforo dalis yra susijusi su ląstelių membranų ir ląstelių organelių membranų baltymais ir fosfolipidais. Transmembraninį Ca 2+ pernešimą, kuriame dalyvauja specifinis nuo Ca 2+ priklausomas veiksnys, reguliuoja skydliaukės (skydliaukės) ir prieskydinių liaukų (prieskydinių liaukų) hormonai. - parathormonas ir jo antagonistas kalcitoninas. Jonizuoto K. kiekis plazmoje reguliuojamas sudėtingu mechanizmu, kurio komponentai yra (K. depas), kepenys (su tulžimi) ir kalcitoninas, taip pat D (1,25-dioksicholekalciferolis). padidina K. kiekį ir sumažina K. fosfato kiekį kraujyje, veikdamas sinergiškai su vitaminu D. Sukelia hiperkalcemiją, padidindamas osteoklastų aktyvumą ir sustiprindamas rezorbciją bei padidindamas K. reabsorbciją inkstų kanalėliuose. Su hipokalcemija žymiai padidėja parathormono kiekis. , būdamas parathormono antagonistas, hiperkalcemijos atveju sumažina kalio kiekį kraujyje ir osteoklastų skaičių bei padidina kalio fosfato išsiskyrimą per inkstus. Hipofizė taip pat dalyvauja reguliuojant kalcio apykaitą (žr. Hipofizės hormonai) , antinksčių žievė (antinksčių liaukos) . Homeostatinės K. koncentracijos palaikymą organizme koordinuoja centrinė nervų sistema. (daugiausia pagumburio-hipofizės sistema (pagumburio-hipofizės sistema)) ir autonominę nervų sistemą.

K. vaidina svarbų vaidmenį raumenų darbo mechanizme (Raumenų darbas) . Tai veiksnys, leidžiantis susitraukti raumenis: padidėjus K jonų koncentracijai mioplazmoje, K prisijungia prie reguliuojančio baltymo, ko pasekoje tampa pajėgus sąveikauti su miozinu; jungiantis, susidaro šie du baltymai ir raumuo susitraukia. Formuojantis aktomiozinui atsiranda ATP, kurio cheminė energija suteikia mechaninį darbą ir iš dalies išsisklaido kaip šiluma. Didžiausias skeleto susitraukimas stebimas esant 10 -6 -10 -7 kalcio koncentracijai apgamas; Kai sumažėja K jonų koncentracija (mažiau nei 10 -7 apgamas) raumuo praranda gebėjimą sutrumpėti ir įsitempti. K. poveikis audiniams pasireiškia jų trofizmo, redokso procesų intensyvumo pokyčiais ir kitomis su energijos susidarymu susijusiomis reakcijomis. Kalio koncentracijos pokytis skystyje, plaunančioje nervinę ląstelę, labai paveikia jos membranas kalio jonų, ypač natrio jonų, atžvilgiu (žr. „Biologinės membranos“). , Be to, K lygio sumažėjimas padidina membranos pralaidumą natrio jonams ir padidina neurono jaudrumą. K koncentracijos padidėjimas stabilizuoja nervų ląstelių membraną. Nustatytas K. vaidmuo procesuose, susijusiuose su mediatorių sinteze ir išskyrimu nervų galūnėmis (Mediatoriai). , užtikrina sinapsinį nervinių impulsų perdavimą.

K. šaltinis kūnui yra. Suaugęs žmogus per dieną su maistu turėtų gauti 800-1100 mg kalcio, vaikams iki 7 metų – apie 1000 mg, 14-18 metų - 1400 mg, nėščiosioms - 1500 mg, slauga - 1800-2000 mg. Maisto produktuose esantis kalcis daugiausia yra fosfatas, kiti junginiai (karbonatas, tartratas, K. oksalatas ir fitino rūgšties kalcio-magnio druska) – daug mažesniais kiekiais. Skrandyje vyraujančios netirpios kalio druskos iš dalies ištirpsta skrandžio sultyse, tada veikiamos tulžies rūgštimis, kurios paverčia ją virškinama forma. K. atsiranda daugiausia proksimalinėse plonosios žarnos dalyse. suaugęs žmogus pasisavina mažiau nei pusę viso su maistu tiekiamo K. K. pasisavinimas didėja nėštumo ir žindymo laikotarpiu. K. pasisavinimui įtakos turi jo santykis su riebalais, maisto magniu ir fosforu, vitaminu D ir kitais veiksniais. Nepakankamas riebalų suvartojimas sukelia riebalų rūgščių kalcio druskų trūkumą, reikalingą tirpiems kompleksams su tulžies rūgštimis susidaryti. Ir atvirkščiai, valgant per daug riebų maistą, tulžies rūgščių nepakanka, kad jos virstų tirpia būsena, todėl iš organizmo pasišalina nemažas kiekis neįsisavinto kalcio. Optimalus kalio ir fosforo santykis maiste užtikrina augančio organizmo kaulų mineralizaciją. Šio santykio reguliatorius yra vitaminas D, tai paaiškina padidėjusį jo poreikį vaikams.

K. išskyrimo būdas priklauso nuo mitybos pobūdžio: jei racione vyrauja rūgštinės reakcijos produktai (mėsa, duona, grūdų patiekalai), su šlapimu padidėja K. išskyrimas šarminės reakcijos (; pieno produktai, vaisiai, daržovės) – išmatose. Net nedidelis jo kiekio padidėjimas kraujyje padidina kalio išsiskyrimą su šlapimu.

Perteklius () K. arba jo trūkumas () organizme gali būti daugelio patologinių būklių priežastis arba pasekmė. Taigi hiperkalcemija atsiranda vartojant per daug kalcio druskų, padidėjus kalcio pasisavinimui žarnyne, sumažėjus jo išsiskyrimui per inkstus, vartojant daugiau vitamino D, ir pasireiškia augimo sulėtėjimu, anoreksija, vidurių užkietėjimu, troškuliu, poliurija, raumenų hipotonija ir. hiperrefleksija. Esant ilgalaikei hiperkalcemijai, išsivysto kalcinozė , arterinė, nefropatija. pastebėta sergant daugeliu ligų, kurias lydi sutrikusi mineralų apykaita (žr , Osteomalacija) , sisteminė kaulų sarkoidozė ir daugybinė mieloma, Itsenko-Kušingo liga, akromegalija, hipotirozė, piktybiniai navikai, ypač esant metastazėms kauluose, hiperparatiroidizmas. Paprastai lydi hiperkalcemija. Hipokalcemija, kliniškai pasireiškianti tetanija (Tetany) , gali pasireikšti sergant hipoparatiroidizmu, idiopatine tetanija (spazmofilija), virškinamojo trakto ligomis, lėtiniu inkstų nepakankamumu, cukriniu diabetu, Fanconi-Albertini sindromu, hipovitaminoze D. Esant K trūkumui organizme, K vaistai (kalcio chloridas, kalcio gliukonatas, kalcio laktatas, kalcis, kalcio karbonatas).

K. kiekio nustatymas kraujo serume, šlapime ir išmatose naudojamas kaip pagalbinis kai kurių ligų diagnostinis tyrimas. Biologiniams skysčiams tirti naudojami tiesioginiai ir netiesioginiai metodai. Netiesioginiai metodai yra pagrįsti išankstiniu K. nusodinimu amonio oksalatu, chloranilatu arba pikrolenatu ir vėlesniu gravimetriniu, titrimetriniu arba kolorimetriniu nustatymu. Tiesioginiai metodai apima kompleksometrinį titravimą esant etilendiamintetraacetatui arba etilenglikoltetraacetatui ir metalo indikatoriams, pvz., mureksidui (Greenblatt-Hartman metodas), fluoreksonui, rūgštiniam chromo tamsiai mėlynai, kalciui ir kt., kolorimetrinius metodus naudojant alizariną, metiltimolio mėlynąjį, o-krezolftą. kompleksonas, gliokelio-bis-2-hidroksianilas; fluorimetriniai metodai; atominės sugerties spektrometrija (tiksliausias ir jautriausias metodas, leidžiantis nustatyti iki 0,0001% kalcio); metodas, naudojant selektyvius joninius elektrodus (leidžia nustatyti kalcio jonų aktyvumą). Jonizuoto kalcio kiekį kraujo serume galima nustatyti naudojant bendrojo kalcio ir viso baltymo koncentracijos duomenis pagal empirinę formulę: su baltymais susieto kalcio procentas = 8() + 2() + 3 G/100 kalcio (9-11.

Bibliografija: Kostyuk P.G. Calcium and Cellular, M., 1986, bibliogr.; Laboratoriniai tyrimo metodai klinikoje, red. V.V. Menšikova, s. 59, 265, M., 1987; Kalcio jonų reguliavimas, red. M.D. Kursky ir kt., Kijevas, 1977; Romanenko V.D. kalcio metabolizmas, Kijevas, 1975, bibliogr.

1. Mažoji medicinos enciklopedija. - M.: Medicinos enciklopedija. 1991-96 2. Pirmoji pagalba. - M.: Didžioji rusų enciklopedija. 1994 3. Enciklopedinis medicinos terminų žodynas. - M.: Tarybinė enciklopedija. – 1982–1984 m.

- (kalcis), Ca, periodinės lentelės II grupės cheminis elementas, atominis skaičius 20, atominė masė 40,08; reiškia šarminius žemės metalus; Lydymosi temperatūra 842 šC. Esama stuburinių gyvūnų kauliniame audinyje, moliuskų lukštuose ir kiaušinių lukštuose. Kalcio...... Šiuolaikinė enciklopedija

Metalas yra sidabriškai baltas, klampus, kalus, greitai oksiduojasi ore. Lydymosi greitis pa 800-810°. Gamtoje randama įvairių druskų pavidalu, kurios sudaro kreidos, kalkakmenio, marmuro, fosforitų, apatitų, gipso ir kt. o...... Techninis geležinkelių žodynas

- (lot. Kalcis) Ca, periodinės lentelės II grupės cheminis elementas, atominis skaičius 20, atominė masė 40,078, priklauso šarminių žemių metalams. Pavadinimas iš lotynų kalbos calx, genitive calcis lime. Sidabriškai baltas metalas,...... Didysis enciklopedinis žodynas

- (simbolis Ca), plačiai paplitęs sidabriškai baltas metalas iš šarminės žemės grupės, pirmą kartą išskirtas 1808 m. Aptinkamas daugelyje uolienų ir mineralų, ypač klinčių ir gipso, taip pat kauluose. Kūne jis skatina... Mokslinis ir techninis enciklopedinis žodynas

Ca (iš lot. Calx, lytis calcis lime *a. kalcis; n. Kalzium; f. kalcis; i. calcio), cheminė. II grupės periodinio elemento. Mendelejevo sistema, at.sci. 20, val. m 40,08. Jį sudaro šeši stabilūs izotopai: 40Ca (96,97%), 42Ca (0,64%),… … Geologijos enciklopedija

KALCIS, kalcis ir daugelis kitų. ne, vyras (iš lot. calx lime) (cheminė). Cheminis elementas yra sidabriškai baltas metalas, randamas kalkėse. Ušakovo aiškinamąjį žodyną. D.N. Ušakovas. 1935 1940... Ušakovo aiškinamasis žodynas Fizinė enciklopedija

Kalcis (lot. Calcium, simbolizuojamas Ca) yra elementas, kurio atominis skaičius yra 20, o atominė masė 40,078. Tai yra antrosios grupės pagrindinio pogrupio elementas, ketvirtasis Dmitrijaus Ivanovičiaus Mendelejevo cheminių elementų periodinės lentelės periodas. Įprastomis sąlygomis paprasta medžiaga kalcis yra lengvas (1,54 g/cm3) kalus, minkštas, chemiškai aktyvus sidabro baltumo šarminis žemės metalas.

Gamtoje kalcis pateikiamas kaip šešių izotopų mišinys: 40Ca (96,97%), 42Ca (0,64%), 43Ca (0,145%), 44Ca (2,06%), 46Ca (0,0033%) ir 48Ca (0,185%). Pagrindinis dvidešimtojo elemento izotopas – labiausiai paplitęs – yra 40Ca, jo izotopų gausa apie 97%. Iš šešių natūralių kalcio izotopų penki yra stabilūs, šeštasis izotopas 48Ca, sunkiausias iš šešių ir gana retas (jo izotopų gausa yra tik 0,185%), neseniai buvo skilęs dvigubai, o pusinės eliminacijos periodas yra 5,3∙1019 metų. Dirbtiniu būdu gauti izotopai, kurių masės skaičiai yra 39, 41, 45, 47 ir 49, yra radioaktyvūs. Dažniausiai jie naudojami kaip izotopinis indikatorius tiriant mineralų apykaitos procesus gyvame organizme. 45Ca, gaunamas apšvitinant metalinį kalcį ar jo junginius neutronais urano reaktoriuje, vaidina svarbų vaidmenį tiriant dirvožemyje vykstančius medžiagų apykaitos procesus ir tiriant kalcio įsisavinimo augaluose procesus. Dėl to paties izotopo lydymosi metu buvo galima aptikti įvairių rūšių plieno ir itin grynos geležies užteršimo kalcio junginiais šaltinius.

Kalcio junginiai – marmuras, gipsas, kalkakmenis ir kalkės (kalkių deginimo produktas) žinomi nuo seniausių laikų ir buvo plačiai naudojami statybose bei medicinoje. Senovės egiptiečiai naudojo kalcio junginius statydami savo piramides, o didžiosios Romos gyventojai išrado betoną – naudodami skaldos, kalkių ir smėlio mišinį. Iki pat XVIII amžiaus pabaigos chemikai buvo įsitikinę, kad kalkės yra paprasta kieta medžiaga. Tik 1789 m. Lavoisier pasiūlė, kad kalkės, aliuminio oksidas ir kai kurie kiti junginiai yra sudėtingos medžiagos. 1808 metais kalcio metalą G. Davy gavo elektrolizės būdu.

Kalcio metalo naudojimas yra susijęs su dideliu jo cheminiu aktyvumu. Jis naudojamas išgauti iš tam tikrų metalų junginių, pavyzdžiui, torio, urano, chromo, cirkonio, cezio, rubidžio; deguonies ir sieros pašalinimui iš plieno ir kai kurių kitų lydinių; organinių skysčių dehidratacijai; likutinėms dujoms vakuuminiuose įrenginiuose sugerti. Be to, kai kuriuose lydiniuose kalcio metalas naudojamas kaip legiravimo komponentas. Kalcio junginiai naudojami daug plačiau – jie naudojami statybose, pirotechnikoje, stiklo gamyboje, medicinoje ir daugelyje kitų sričių.

Kalcis yra vienas iš svarbiausių biogeninių elementų, jis reikalingas daugumai gyvų organizmų normaliam gyvenimo procesui. Suaugusio žmogaus organizme yra iki pusantro kilogramo kalcio. Jo yra visuose gyvų organizmų audiniuose ir skysčiuose. Dvidešimtasis elementas yra būtinas kaulinio audinio formavimuisi, širdies ritmo palaikymui, kraujo krešėjimui, normaliam išorinių ląstelių membranų pralaidumui palaikyti ir daugelio fermentų susidarymui. Funkcijų, kurias kalcis atlieka augalų ir gyvūnų organizme, sąrašas yra labai ilgas. Pakanka pasakyti, kad aplinkoje, kurioje nėra kalcio, gali vystytis tik reti organizmai, o kiti organizmai sudaro 38% šio elemento (žmogaus organizme kalcio yra tik apie 2%).

Biologinės savybės

Kalcis yra vienas iš biogeninių elementų, jo junginių yra beveik visuose gyvuose organizmuose (nedaugelis organizmų gali vystytis aplinkoje, kurioje nėra kalcio), užtikrinančių normalią gyvybės procesų eigą. Dvidešimtasis elementas yra visuose gyvūnų ir augalų audiniuose ir skysčiuose (stuburiniuose organizmuose, įskaitant žmones) yra fosfatų pavidalu (pavyzdžiui, hidroksiapatitas Ca5(PO4)3OH arba 3Ca3); (PO4)2 Ca (OH)2). Dvidešimtasis elementas naudojamas kaip kaulų ir dantų statybinė medžiaga dėl to, kad ląstelėje nenaudojami kalcio jonai. Kalcio koncentraciją kontroliuoja specialūs hormonai, kurių bendras veikimas išsaugo ir palaiko kaulų struktūrą. Daugumos bestuburių grupių (moliuskų, koralų, kempinių ir kitų) griaučiai pastatyti iš įvairių formų kalcio karbonato CaCO3 (kalkių). Daugelis bestuburių prieš lydimą kaupia kalcį, kad sukurtų naują skeletą arba užtikrintų gyvybines funkcijas nepalankiomis sąlygomis. Gyvūnai kalcį gauna iš maisto ir vandens, o augalai – iš dirvožemio ir, atsižvelgiant į šį elementą, skirstomi į kalcifilus ir kalcefobus.

Šio svarbaus mikroelemento jonai dalyvauja kraujo krešėjimo procesuose, taip pat užtikrina nuolatinį kraujo osmosinį slėgį. Be to, kalcis būtinas daugelio ląstelių struktūrų susidarymui, normaliam išorinių ląstelių membranų pralaidumui palaikyti, žuvų ir kitų gyvūnų ikrams apvaisinti, daugelio fermentų aktyvavimui (galbūt ši aplinkybė yra dėl tai, kad kalcis pakeičia magnio jonus). Kalcio jonai perduoda sužadinimą raumenų skaiduloms, todėl ji susitraukia, padidina širdies susitraukimų stiprumą, padidina leukocitų fagocitinę funkciją, aktyvina apsauginių kraujo baltymų sistemą, reguliuoja egzocitozę, įskaitant hormonų ir neurotransmiterių sekreciją. Kalcis veikia kraujagyslių pralaidumą – be šio elemento ant kraujagyslių sienelių nusėstų riebalai, lipidai ir cholesterolis. Kalcis skatina sunkiųjų metalų druskų ir radionuklidų išsiskyrimą iš organizmo bei atlieka antioksidacines funkcijas. Kalcis veikia reprodukcinę sistemą, turi antistresinį ir antialerginį poveikį.

Kalcio kiekis suaugusio žmogaus (sveriančio 70 kg) organizme yra 1,7 kg (daugiausia kaulinio audinio tarpląstelinėje medžiagoje). Šio elemento poreikis priklauso nuo amžiaus: suaugusiems reikalinga paros norma yra nuo 800 iki 1000 miligramų, vaikams – nuo ​​600 iki 900 miligramų. Vaikams ypač svarbu suvartoti reikiamą dozę intensyviam kaulų augimui ir vystymuisi. Pagrindinis kalcio šaltinis organizme yra pienas ir pieno produktai, likusi dalis gaunama iš mėsos, žuvies ir kai kurių augalinių produktų (ypač ankštinių). Kalcio katijonai pasisavinami storojoje ir plonojoje žarnoje, pasisavinimą palengvina rūgštinė aplinka, vitaminai C ir D, laktozė (pieno rūgštis), nesočiosios riebalų rūgštys. Savo ruožtu aspirinas, oksalo rūgštis ir estrogenų dariniai žymiai sumažina dvidešimtojo elemento virškinamumą. Taigi, kartu su oksalo rūgštimi, kalcis gamina vandenyje netirpius junginius, kurie yra inkstų akmenų komponentai. Magnio vaidmuo kalcio apykaitoje yra didelis - esant jo trūkumui, kalcis „išplaunamas“ iš kaulų ir nusėda inkstuose (inkstų akmenyse) ir raumenyse. Apskritai, organizmas turi sudėtingą dvidešimtojo elemento saugojimo ir išleidimo sistemą, todėl kalcio kiekis kraujyje yra tiksliai reguliuojamas, o tinkamai maitinantis, jo trūkumas ar perteklius neatsiranda. Ilgalaikė kalcio dieta gali sukelti mėšlungį, sąnarių skausmą, vidurių užkietėjimą, nuovargį, mieguistumą ir augimo sulėtėjimą. Ilgalaikis kalcio trūkumas maiste sukelia osteoporozės vystymąsi. Nikotinas, kofeinas ir alkoholis yra vienos iš kalcio trūkumo organizme priežasčių, nes jie prisideda prie intensyvaus jo išsiskyrimo su šlapimu. Tačiau dvidešimtojo elemento (arba vitamino D) perteklius sukelia neigiamų pasekmių – vystosi hiperkalcemija, kurios pasekmė yra intensyvus kaulų ir audinių kalcifikacija (daugiausia paveikianti šlapimo sistemą). Ilgalaikis kalcio perteklius sutrikdo raumenų ir nervų audinių veiklą, padidina kraujo krešėjimą ir sumažina cinko pasisavinimą kaulų ląstelėse. Gali atsirasti osteoartritas, katarakta ir kraujospūdžio problemos. Iš to, kas pasakyta, galime daryti išvadą, kad augalų ir gyvūnų organizmų ląstelėms reikia griežtai apibrėžto kalcio jonų santykio.

Farmakologijoje ir medicinoje kalcio junginiai naudojami vitaminų, tablečių, piliulių, injekcijų, antibiotikų gamybai, taip pat ampulių ir medicinos reikmenų gamybai.

Pasirodo, gana dažna vyrų nevaisingumo priežastis – kalcio trūkumas organizme! Faktas yra tas, kad spermos galvutė turi rodyklės formos darinį, kurį sudaro pakankamas šio elemento kiekis, sperma gali įveikti membraną ir apvaisinti kiaušinį, jei jo nepakanka, nevaisingumas atsiranda.

Amerikiečių mokslininkai išsiaiškino, kad kalcio jonų trūkumas kraujyje lemia susilpnėjusią atmintį ir intelekto sumažėjimą. Pavyzdžiui, iš žinomo JAV žurnalo „Science News“ tapo žinoma apie eksperimentus, kurie patvirtino, kad katėms sąlyginis refleksas išsivysto tik tada, kai jų smegenų ląstelėse yra daugiau kalcio nei kraujyje.

Žemės ūkyje labai vertinamas junginys kalcio cianamidas naudojamas ne tik kaip azoto trąša ir karbamido šaltinis – vertinga trąša ir žaliava sintetinių dervų gamybai, bet ir kaip medžiaga, su kuria buvo galima mechanizuoti medvilnės laukų derliaus nuėmimas. Faktas yra tas, kad po apdorojimo šiuo junginiu medvilnės augalas akimirksniu numeta lapus, todėl žmonės gali palikti medvilnės rinkimą mašinoms.

Kalbant apie maistą, kuriame gausu kalcio, visada minimi pieno produktai, tačiau pačiame piene yra nuo 120 mg (karvės) iki 170 mg (avies) kalcio 100 g; varškė dar prastesnė – tik 80 mg 100 gramų. Iš pieno produktų tik sūryje kalcio yra nuo 730 mg (Gouda) iki 970 mg (Ementalio) 100 g produkto. Tačiau dvidešimtojo elemento kiekio rekordininkas yra aguonas – 100 gramų aguonų yra beveik 1500 mg kalcio!

Kalcio chloridas CaCl2, naudojamas, pavyzdžiui, šaldymo įrenginiuose, yra daugelio cheminių technologinių procesų, ypač didelio masto sodos gamybos, atliekos. Tačiau nepaisant to, kad kalcio chloridas plačiai naudojamas įvairiose srityse, jo suvartojimas yra žymiai mažesnis nei jo gamyba. Dėl šios priežasties, pavyzdžiui, prie sodos gamyklų susidaro ištisi kalcio chlorido sūrymo ežerai. Tokie saugyklos tvenkiniai nėra neįprasti.

Norint suprasti, kiek kalcio junginių suvartojama, verta pateikti tik porą pavyzdžių. Plieno gamyboje kalkės naudojamos fosforui, siliciui, manganui ir sierai pašalinti deguonies konverterio procese, vienai tonai plieno sunaudojama 75 kilogramai kalkių! Kitas pavyzdys ateina iš visiškai kitos srities – maisto pramonės. Gaminant cukrų, žalio cukraus sirupas reaguoja su kalkėmis, kad nusodintų kalcio sacharozę. Taigi, cukranendrių cukrui paprastai reikia apie 3–5 kg kalkių tonai, o runkelių cukrui - šimtą kartų daugiau, tai yra, apie pusę tonos kalkių tonai cukraus!

Vandens „kietumas“ – tai daugybė savybių, kurias vandeniui suteikia jame ištirpusios kalcio ir magnio druskos. Standumas skirstomas į laikiną ir nuolatinį. Laikiną arba karbonatinį kietumą sukelia vandenyje esantys tirpūs angliavandeniliai Ca(HCO3)2 ir Mg(HCO3)2. Karbonatinio kietumo atsikratyti labai paprasta – verdant vandenį bikarbonatai virsta vandenyje netirpiais kalcio ir magnio karbonatais, nusėda. Nuolatinį kietumą sukuria tų pačių metalų sulfatai ir chloridai, tačiau jo atsikratyti yra daug sunkiau. Kietas vanduo pavojingas ne tiek dėl to, kad neleidžia susidaryti muilo putoms, todėl blogiau išplauna drabužius, tai yra tai, kad garo katiluose ir katilų sistemose susidaro apnašų sluoksnis, dėl to sumažėja jų efektyvumas ir susidaro avarinės situacijos; . Įdomu tai, kad jie žinojo, kaip nustatyti vandens kietumą dar senovės Romoje. Raudonasis vynas buvo naudojamas kaip reagentas – jo dažančiosios medžiagos sudaro nuosėdas su kalcio ir magnio jonais.

Kalcio paruošimo saugojimui procesas yra labai įdomus. Kalcio metalas ilgą laiką laikomas gabalėlių, sveriančių nuo 0,5 iki 60 kg, pavidalu. Šie „luitai“ supakuojami į popierinius maišelius, po to dedami į cinkuotos geležies konteinerius su lituotomis ir dažytomis siūlėmis. Sandariai uždarytos talpyklos dedamos į medines dėžes. Mažiau nei pusę kilogramo sveriančių gabalėlių negalima ilgai laikyti – oksiduodami jie greitai virsta oksidu, hidroksidu ir kalcio karbonatu.

Istorija

Kalcio metalas buvo gautas palyginti neseniai – 1808 m., tačiau žmonija su šio metalo junginiais buvo susipažinusi labai seniai. Nuo seniausių laikų žmonės statybose ir medicinoje naudojo kalkakmenį, kreidą, marmurą, alebastrą, gipsą ir kitus kalcio turinčius junginius. Kalkakmenis CaCO3 greičiausiai buvo pirmoji statybinė medžiaga, kurią naudojo žmonės. Jis buvo naudojamas statant Egipto piramides ir Didžiąją kinų sieną. Daugelis Rusijos šventyklų ir bažnyčių, taip pat dauguma senovės Maskvos pastatų buvo pastatyti iš kalkakmenio – balto akmens. Net senovėje žmogus, degindamas kalkakmenį, gaudavo negesintų kalkių (CaO), ką liudija Plinijaus Vyresniojo (I a. po Kr.) ir Romos armijos gydytojo Dioskorido darbai, kuriems jis įvedė kalcio oksido. esė „Apie vaistus“. Ir visa tai nepaisant to, kad gryną kalcio oksidą pirmą kartą aprašė vokiečių chemikas I. Tada tik 1746 m., o 1755 m., chemikas J. Blackas, tyrinėdamas degimo procesą, atskleidė, kad kalkakmenio masės praradimas degimo metu atsiranda dėl anglies dioksido dujų išsiskyrimui:

CaCO3 ↔ CO2 + CaO

Egipto skiediniai, kurie buvo naudojami Gizos piramidėse, buvo pagaminti iš iš dalies dehidratuoto gipso CaSO4 2H2O arba, kitaip tariant, alebastro 2CaSO4∙H2O. Tai taip pat yra viso Tutanchamono kapo tinko pagrindas. Degintą gipsą (alabastrą) egiptiečiai naudojo kaip rišiklį statydami drėkinimo konstrukcijas. Deginant natūralų gipsą aukštoje temperatūroje, Egipto statybininkai pasiekė jo dalinę dehidrataciją ir nuo molekulės buvo atskirtas ne tik vanduo, bet ir sieros anhidridas. Vėliau atskiedus vandeniu gauta labai stipri masė, nebijanti vandens ir temperatūros svyravimų.

Romėnus pagrįstai galima vadinti betono išradėjais, nes savo pastatuose jie naudojo vieną iš šios statybinės medžiagos atmainų – skaldos, smėlio ir kalkių mišinį. Plinijus Vyresnysis aprašo cisternų statymą iš tokio betono: „Cisternoms statyti paimkite penkias dalis gryno žvyro smėlio, dvi dalis geriausių gesintų kalkių ir silekso (kietos lavos) fragmentų, sveriančių ne daugiau kaip susmulkinkite kiekvieną, sumaišę, sutankinkite dugną ir šoninius paviršius geležinio plaktuvo smūgiais. Italijoje drėgname klimate betonas buvo atspariausia medžiaga.

Pasirodo, žmonijai seniai buvo žinomi kalcio junginiai, kuriuos jie plačiai vartojo. Tačiau iki XVIII amžiaus pabaigos chemikai kalkes laikė paprasta kieta medžiaga, tik ant naujojo amžiaus slenksčio pradėta tirti kalkių ir kitų kalcio junginių prigimtis. Taigi Stahlas pasiūlė, kad kalkės yra sudėtingas kūnas, susidedantis iš žemiškų ir vandeningų principų, o Blackas nustatė skirtumą tarp šarminių kalkių ir anglies kalkių, kuriose yra „fiksuoto oro“. Antoine'as Laurent'as Lavoisier priskyrė kalkingą žemę (CaO) kaip elementą, tai yra kaip paprastą medžiagą, nors 1789 m. jis teigė, kad kalkės, magnezija, baritas, aliuminio oksidas ir silicio dioksidas yra sudėtingos medžiagos, tačiau tai bus įmanoma įrodyti tik skaidantis „užsispyrusią žemę“ (kalcio oksidą). Ir pirmasis žmogus, kuriam pasisekė, buvo Humphry Davy. Sėkmingai suskaidžius kalio ir natrio oksidus elektrolizės būdu, chemikas nusprendė tokiu pat būdu gauti ir šarminių žemių metalus. Tačiau pirmieji bandymai buvo nesėkmingi – anglas bandė skaidyti kalkes elektrolizės būdu ore ir po alyvos sluoksniu, vėliau kalcines kalcinavo metaliniu kaliu vamzdyje ir atliko daugybę kitų eksperimentų, tačiau nesėkmingai. Galiausiai įrenginyje su gyvsidabrio katodu jis gavo amalgamą kalkių elektrolizės būdu ir iš jos metalinį kalcį. Gana greitai šį metalo gavimo būdą patobulino I. Berzelius ir M. Pontinas.

Naujasis elementas gavo savo pavadinimą iš lotyniško žodžio „calx“ (gimine kalba calcis) - kalkės, minkštas akmuo. Kalksas buvo vadinamas kreidos, kalkakmenio, paprastai žvirgždo, bet dažniausiai kalkių pagrindu pagaminto skiedinio pavadinimu. Šią sąvoką vartojo ir antikos autoriai (Vitruvijus, Plinijus Vyresnysis, Dioskoridas), apibūdindami kalkakmenio deginimą, kalkių gesinimą ir skiedinių ruošimą. Vėliau alchemikų rate „kalksas“ reiškė šaudymo produktą apskritai - ypač metalus. Pavyzdžiui, metalų oksidai buvo vadinami metalinėmis kalkėmis, o pats degimo procesas – kalcinavimu. Senovės rusų receptinėje literatūroje randamas žodis kal (purvas, molis), todėl Trejybės-Sergijaus Lavros kolekcijoje (XV a.) sakoma: „Surask išmatas, iš jų sukuria tiglio auksą“. Tik vėliau žodis išmatos, neabejotinai susijęs su žodžiu „kalksas“, tapo žodžio mėšlas sinonimu. XIX amžiaus pradžios rusų literatūroje kalcis kartais buvo vadinamas kalkinės žemės pagrindu, kalkinimu (Shcheglov, 1830), kalcifikacija (Iovsky), kalciu, kalciu (Hess).

Buvimas gamtoje

Kalcis yra vienas iš labiausiai paplitusių elementų mūsų planetoje – penktas pagal kiekybinį kiekį gamtoje (iš nemetalų dažnesnis tik deguonis – 49,5 proc. ir silicis – 25,3 proc.) ir trečias tarp metalų (tik aliuminis dažnesnis – 7,5% ir geležies - 5,08%). Clarke (vidutinis kiekis žemės plutoje) kalcio, remiantis įvairiais skaičiavimais, svyruoja nuo 2,96% masės iki 3,38%, tikrai galime pasakyti, kad šis skaičius yra apie 3%. Išorinis kalcio atomo apvalkalas turi du valentinius elektronus, kurių ryšys su branduoliu yra gana silpnas. Dėl šios priežasties kalcis yra labai chemiškai reaktyvus ir gamtoje laisvos formos nėra. Tačiau jis aktyviai migruoja ir kaupiasi įvairiose geocheminėse sistemose, sudarydamas apie 400 mineralų: silikatų, aliumosilikatų, karbonatų, fosfatų, sulfatų, borosilikatų, molibdatų, chloridų ir kt., pagal šį rodiklį užimantis ketvirtą vietą. Tirpstant bazaltinėms magmoms, kalcis kaupiasi tirpale ir yra įtrauktas į pagrindinių uolienų formavimo mineralų sudėtį, kurių frakcionavimo metu jo kiekis mažėja magmai diferencijuojant nuo bazinių iki rūgščių uolienų. Didžioji dalis kalcio yra žemutinėje žemės plutos dalyje, kaupiasi pagrindinėse uolienose (6,72%); Žemės mantijoje kalcio yra mažai (0,7%), o žemės šerdyje tikriausiai dar mažiau (geležies meteorituose, panašiuose į šerdį, dvidešimtame elemente yra tik 0,02%).

Tiesa, akmenuotuose meteorituose kalcio klarko yra 1,4 % (randamas retas kalcio sulfidas), vidutinio dydžio uolienose – 4,65 %, rūgščiose uolienose kalcio yra 1,58 % masės. Pagrindinė kalcio dalis yra įvairių uolienų (granitų, gneisų ir kt.) silikatuose ir aliumosilikatuose, ypač lauko špate – anortite Ca, taip pat diopside CaMg, volastonite Ca3. Nuosėdinių uolienų pavidalu kalcio junginius sudaro kreida ir kalkakmeniai, daugiausia susidedantys iš mineralinio kalcito (CaCO3).

Kalcio karbonatas CaCO3 yra vienas gausiausių junginių Žemėje – kalcio karbonato mineralai dengia maždaug 40 milijonų kvadratinių kilometrų žemės paviršiaus. Daugelyje Žemės paviršiaus vietų yra nemažos nuosėdinės kalcio karbonato nuosėdos, kurios susidarė iš senovės jūrų organizmų liekanų – kreidos, marmuro, kalkakmenio, kriauklių uolienų – visa tai yra CaCO3 su nedidelėmis priemaišomis, o kalcitas – grynas CaCO3. Svarbiausias iš šių mineralų yra kalkakmenis, tiksliau – kalkakmenis – nes kiekvienas telkinys skiriasi tankiu, sudėtimi ir priemaišų kiekiu. Pavyzdžiui, kriauklių uoliena yra organinės kilmės kalkakmenis, o kalcio karbonatas, turintis mažiau priemaišų, sudaro skaidrius kalkakmenio arba Islandijos špato kristalus. Kreida yra dar viena paplitusi kalcio karbonato rūšis, tačiau marmuras, kristalinė kalcito forma, gamtoje yra daug rečiau paplitęs. Visuotinai pripažįstama, kad marmuras buvo suformuotas iš kalkakmenio senovės geologijos laikais. Judant žemės plutai, atskiros kalkakmenio nuosėdos buvo palaidotos po kitų uolienų sluoksniais. Veikiant aukštam slėgiui ir temperatūrai, įvyko perkristalizavimo procesas, ir kalkakmenis virto tankesne kristaline uoliena – marmuru. Keistai stalaktitai ir stalagmitai yra mineralinis aragonitas, kuris yra dar viena kalcio karbonato rūšis. Ortorombinis aragonitas susidaro šiltose jūrose – Bahamų salose, Florida Keys ir Raudonosios jūros baseine susidaro didžiuliai kalcio karbonato sluoksniai aragonito pavidalu. Taip pat gana plačiai paplitę kalcio mineralai, tokie kaip fluoritas CaF2, dolomitas MgCO3 CaCO3, anhidritas CaSO4, fosforitas Ca5(PO4)3(OH,CO3) (su įvairiomis priemaišomis) ir apatitai Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) - formos. kalcio fosfato, alebastro CaSO4 0,5H2O ir gipso CaSO4 2H2O (kalcio sulfato formos) ir kt. Kalcio turinčiuose mineraluose yra izomorfiškai pakeičiančių priemaišų elementų (pavyzdžiui, natrio, stroncio, retųjų žemių, radioaktyviųjų ir kitų elementų).

Didelis dvidešimtojo elemento kiekis randamas natūraliuose vandenyse dėl visuotinės „karbonato pusiausvyros“ tarp blogai tirpaus CaCO3, labai tirpaus Ca(HCO3)2 ir CO2, esančio vandenyje ir ore:

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

Ši reakcija yra grįžtama ir yra dvidešimtojo elemento persiskirstymo pagrindas - esant dideliam anglies dioksido kiekiui vandenyje, kalcis yra tirpale, o esant mažam CO2 kiekiui, nusėda mineralinis kalcitas CaCO3, sudarydamas storas kalkakmenio, kreidos nuosėdas. , ir marmuras.

Nemažai kalcio yra gyvų organizmų dalis, pavyzdžiui, hidroksiapatitas Ca5(PO4)3OH arba, kitame įraše, 3Ca3(PO4)2 Ca(OH)2 – stuburinių, įskaitant žmones, kaulinio audinio pagrindas. Kalcio karbonatas CaCO3 yra pagrindinis daugelio bestuburių, kiaušinių lukštų, koralų ir net perlų kriauklių ir lukštų komponentas.

Taikymas

Kalcio metalas naudojamas gana retai. Iš esmės šis metalas (kaip ir jo hidridas) naudojamas metaloterminei sunkiai redukuojamų metalų - urano, titano, torio, cirkonio, cezio, rubidžio ir daugelio retųjų žemių metalų gamyboje iš jų junginių (oksidų arba halogenidų). ). Kalcis naudojamas kaip reduktorius nikelio, vario ir nerūdijančio plieno gamyboje. Dvidešimtas elementas taip pat naudojamas plieno, bronzos ir kitų lydinių deoksidacijai, sieros šalinimui iš naftos produktų, organinių tirpiklių dehidratavimui, argono valymui iš azoto priemaišų ir kaip dujų absorberis elektriniuose vakuuminiuose įrenginiuose. Metalas kalcis naudojamas Pb-Na-Ca sistemos antifrikcinių lydinių (naudojamų guoliuose) gamyboje, taip pat Pb-Ca lydinio, naudojamo elektros kabelių apvalkalų gamybai. Siliciokalcio lydinys (Ca-Si-Ca) naudojamas kaip deoksidacinė ir degazavimo priemonė kokybiško plieno gamyboje. Kalcis naudojamas ir kaip aliuminio lydinių legiravimo elementas, ir kaip modifikuojantis magnio lydinių priedas. Pavyzdžiui, kalcio įvedimas padidina aliuminio guolių stiprumą. Grynas kalcis taip pat naudojamas švinui legiruoti, kuris naudojamas akumuliatorių plokščių ir priežiūros nereikalaujančių starterių švino-rūgštinių akumuliatorių, turinčių mažą savaiminio išsikrovimo, gamybai. Taip pat metalinis kalcis naudojamas aukštos kokybės kalcio babbitų BKA gamybai. Kalcio pagalba reguliuojamas anglies kiekis ketuje ir iš švino pašalinamas bismutas, o plienas išvalomas iš deguonies, sieros ir fosforo. Kalcis, taip pat jo lydiniai su aliuminiu ir magniu, naudojami šiluminėse elektros atsarginėse baterijose kaip anodas (pavyzdžiui, kalcio chromato elementas).

Tačiau dvidešimtojo elemento junginiai naudojami daug plačiau. Ir pirmiausia kalbame apie natūralius kalcio junginius. Vienas iš labiausiai paplitusių kalcio junginių Žemėje yra CaCO3 karbonatas. Grynas kalcio karbonatas yra mineralinis kalcitas, o kalkakmenis, kreida, marmuras ir kriauklių uoliena yra CaCO3 su nedidelėmis priemaišomis. Mišrus kalcio ir magnio karbonatas vadinamas dolomitu. Kalkakmenis ir dolomitas daugiausia naudojami kaip statybinės medžiagos, kelių dangos ar dirvožemio rūgštingumą mažinančios medžiagos. Kalcio karbonatas CaCO3 būtinas kalcio oksido (negesintųjų kalkių) CaO ir kalcio hidroksido (gesintų kalkių) Ca(OH)2 gamybai. Savo ruožtu CaO ir Ca(OH)2 yra pagrindinės medžiagos daugelyje chemijos, metalurgijos ir mechaninės inžinerijos pramonės sričių – kalcio oksidas tiek laisvos formos, tiek kaip keraminių mišinių dalis, naudojamas ugniai atsparių medžiagų gamyboje; Plaušienos ir popieriaus pramonei reikalingi didžiuliai kalcio hidroksido kiekiai. Be to, Ca(OH)2 naudojamas gaminant baliklį (gerą balinimo ir dezinfekavimo priemonę), Berthollet druską, sodą ir kai kuriuos pesticidus, skirtus kovoti su augalų kenkėjais. Plieno gamyboje sunaudojama didžiulis kiekis kalkių – sieros, fosforo, silicio ir mangano pašalinimui. Kitas kalkių vaidmuo metalurgijoje yra magnio gamyba. Kalkės taip pat naudojamos kaip tepalas tempiant plieninę vielą ir neutralizuojant atliekas, kuriose yra sieros rūgšties. Be to, kalkės yra labiausiai paplitęs cheminis reagentas apdorojant geriamąjį ir pramoninį vandenį (kartu su alūno ar geležies druskomis koaguliuoja suspensijas ir pašalina nuosėdas, taip pat suminkština vandenį, pašalindamas laikiną – bikarbonatinį – kietumą). Kasdieniame gyvenime ir medicinoje nusodintas kalcio karbonatas naudojamas kaip rūgštį neutralizuojanti priemonė, švelnus abrazyvas dantų pastose, papildomo kalcio šaltinis dietoje, neatsiejama kramtomosios gumos dalis, užpildas kosmetikoje. CaCO3 taip pat naudojamas kaip užpildas gumose, lateksuose, dažuose ir emaliuose, taip pat plastikuose (apie 10 % masės), siekiant pagerinti jų atsparumą karščiui, standumą, kietumą ir apdirbamumą.

Kalcio fluoridas CaF2 yra ypač svarbus, nes mineralo (fluorito) pavidalu tai yra vienintelis pramoniniu požiūriu svarbus fluoro šaltinis! Kalcio fluoridas (fluoritas) naudojamas pavienių kristalų pavidalu optikoje (astronominiuose objektyvuose, lęšiuose, prizmėse) ir kaip lazerinė medžiaga. Faktas yra tas, kad akiniai, pagaminti tik iš kalcio fluorido, yra pralaidūs visam spektro diapazonui. Kalcio volfratas (scheelitas) pavienių kristalų pavidalu naudojamas lazerinėje technologijoje, taip pat kaip scintiliatorius. Ne mažiau svarbus ir kalcio chloridas CaCl2 – sūrymų, skirtų šaldymo agregatams, traktorių ir kitų transporto priemonių padangų užpildymui, komponentas. Kalcio chlorido pagalba keliai ir šaligatviai valomi nuo sniego ir ledo, kad būtų apsaugota anglis ir rūda nuo užšalimo transportavimo ir sandėliavimo metu, kad ji būtų atspari ugniai; CaCl2 naudojamas betono mišiniuose, siekiant pagreitinti kietėjimo pradžią ir padidinti pradinį bei galutinį betono stiprumą.

Dirbtinai pagamintas kalcio karbidas CaC2 (kalcio oksidą deginant koksu elektrinėse krosnyse) naudojamas acetilenui gaminti ir metalams redukuoti, taip pat kalcio cianamidui gaminti, kuris, savo ruožtu, išskiria amoniaką, veikiant vandens garams. Be to, kalcio cianamidas naudojamas karbamidui gaminti – vertingai trąšai ir žaliavai sintetinių dervų gamybai. Kaitinant kalcį vandenilio atmosferoje, gaunamas CaH2 (kalcio hidridas), kuris naudojamas metalurgijoje (metalotermijoje) ir vandenilio gamyboje lauke (iš 1 kilogramo kalcio hidrido galima gauti daugiau nei kubinį metrą vandenilio). ), kuris naudojamas, pavyzdžiui, balionams užpildyti. Laboratorinėje praktikoje kalcio hidridas naudojamas kaip energingas reduktorius. Insekticidas kalcio arsenatas, gaunamas neutralizuojant arseno rūgštį kalkėmis, plačiai naudojamas kovojant su medvilniniu straubliu, menkėmis, tabako kirmėlėmis ir kolorado vabalais. Svarbūs fungicidai yra kalkių sulfato purškalai ir Bordo mišiniai, gaminami iš vario sulfato ir kalcio hidroksido.

Gamyba

Pirmasis žmogus, gavęs kalcio metalą, buvo anglų chemikas Humphry Davy. 1808 m. jis elektrolizavo šlapių gesintų kalkių Ca(OH)2 mišinį su gyvsidabrio oksidu HgO ant platinos plokštės, kuri tarnavo kaip anodas (į gyvsidabrį panardinta platinos viela veikė kaip katodas), ko pasekoje Davy gavo kalcio. amalgamą, pašalindamas iš jos gyvsidabrį, chemikas gavo naują metalą, kurį pavadino kalciu.

Šiuolaikinėje pramonėje laisvas metalinis kalcis gaunamas elektrolizuojant kalcio chlorido CaCl2, kurio dalis sudaro 75-85%, ir kalio chlorido KCl (galima naudoti CaCl2 ir CaF2 mišinį) arba aliuminoterminio redukavimo būdu. kalcio oksido CaO 1 170-1 200 °C temperatūroje. Grynas bevandenis kalcio chloridas, reikalingas elektrolizei, gaunamas chloruojant kalcio oksidą, kai kaitinama esant anglims, arba dehidratuojant CaCl2∙6H2O, gautą veikiant kalkakmenį druskos rūgštimi. Elektrolizės procesas vyksta elektrolizės vonioje, į kurią dedama sausa be priemaišų kalcio chlorido druska ir kalio chloridas, būtinas mišinio lydymosi temperatūrai sumažinti. Virš vonios dedami grafito blokeliai – anodas, ketaus arba plieno vonia, užpildyta vario-kalcio lydiniu, veikia kaip katodas. Elektrolizės metu kalcis pereina į vario-kalcio lydinį, jį žymiai praturtindamas, dalis prisodrinto lydinio nuolat pašalinama, vietoj jo pridedamas lydinys, kuriame nėra kalcio (30-35% Ca), tuo pačiu metu susidaro chloras. chloro ir oro mišinys (anodinės dujos), kuris vėliau patenka į kalkių pieno chloravimą. Praturtintas vario ir kalcio lydinys gali būti naudojamas tiesiogiai kaip lydinys arba siunčiamas gryninti (distiliuoti), kai iš jo distiliuojant vakuume (1000–1080 °C temperatūroje ir liekamajame slėgyje) gaunamas branduolinio grynumo metalinis kalcis. 13-20 kPa). Norint gauti labai gryną kalcį, jis distiliuojamas du kartus. Elektrolizės procesas vyksta 680-720 °C temperatūroje. Faktas yra tas, kad tai yra pati optimaliausia temperatūra elektrolizės procesui – žemesnėje temperatūroje kalciu praturtintas lydinys išplaukia į elektrolito paviršių, o aukštesnėje temperatūroje kalcis ištirpsta elektrolite, susidarant CaCl. Elektrolizės metu skystais katodais iš kalcio ir švino lydinių arba kalcio ir cinko lydinių, kalcio lydinių su švinu (guoliams) ir su cinku (putų betonui gaminti - lydiniui reaguojant su drėgme, išsiskiria vandenilis ir susidaro porėta struktūra ) gaunami tiesiogiai. Kartais procesas atliekamas su atšaldytu geležies katodu, kuris liečiasi tik su išlydyto elektrolito paviršiumi. Išsiskiriant kalciui, katodas palaipsniui kyla, iš lydalo ištraukiamas kalcio lazdelė (50-60 cm), apsaugota nuo atmosferos deguonies sustingusio elektrolito sluoksniu. Taikant „lietimo metodą“ gaunamas kalcis, stipriai užterštas kalcio chloridu, geležis, aliuminis, o gryninimas atliekamas lydant argono atmosferoje.

Kitą kalcio gamybos būdą – metaloterminį – teoriškai dar 1865 metais pateisino garsus rusų chemikas N. N. Beketovas. Aliuminioterminis metodas pagrįstas reakcija:

6CaO + 2Al → 3CaO Al2O3 + 3Ca

Briketai presuojami iš kalcio oksido ir aliuminio miltelių mišinio, dedami į chromo-nikelio plieno retortą ir susidaręs kalcis distiliuojamas 1170-1200 °C temperatūroje, liekamajame 0,7-2,6 Pa slėgyje. Kalcis gaunamas garų pavidalu, kuris vėliau kondensuojamas ant šalto paviršiaus. Aliuminioterminis kalcio gamybos metodas naudojamas Kinijoje, Prancūzijoje ir daugelyje kitų šalių. Antrojo pasaulinio karo metais JAV pirmosios panaudojo metaloterminį kalcio gamybos pramoniniu mastu metodą. Lygiai taip pat kalcio galima gauti redukuojant CaO ferosiliciu arba silicio aliuminiu. Kalcis gaminamas 98–99% grynumo luitų arba lakštų pavidalu.

Privalumai ir trūkumai egzistuoja abiejuose metoduose. Elektrolitinis metodas yra daugiafunkcis, daug energijos sunaudojantis (1 kg kalcio sunaudojama 40-50 kWh energijos), taip pat nekenksmingas aplinkai, reikalaujantis daug reagentų ir medžiagų. Tačiau kalcio išeiga šiuo metodu siekia 70-80%, o taikant aliuminoterminį – tik 50-60%. Be to, naudojant metaloterminį kalcio gavimo metodą, trūkumas yra tas, kad reikia pakartotinai distiliuoti, o pranašumas yra mažas energijos suvartojimas ir dujų bei skysčių kenksmingų išmetimų nebuvimas.

Neseniai buvo sukurtas naujas kalcio metalo gamybos būdas – jis pagrįstas kalcio karbido termine disociacija: vakuume iki 1750 °C pakaitintas karbidas skyla, susidaro kalcio garai ir kietas grafitas.

Iki XX amžiaus vidurio kalcio metalas buvo gaminamas labai mažais kiekiais, nes beveik nebuvo pritaikytas. Pavyzdžiui, Jungtinėse Amerikos Valstijose Antrojo pasaulinio karo metais kalcio buvo suvartojama ne daugiau kaip 25 tonas, o Vokietijoje – tik 5-10 tonų. Tik XX amžiaus antroje pusėje, kai paaiškėjo, kad kalcis yra aktyvus daugelio retųjų ir ugniai atsparių metalų reduktorius, sparčiai išaugo suvartojimas (apie 100 tonų per metus) ir dėl to jo gamyba. metalas prasideda. Plėtojant branduolinei pramonei, kur kalcis naudojamas kaip metaloterminio urano redukcijos iš urano tetrafluorido komponentas (išskyrus JAV, kur vietoj kalcio naudojamas magnis), paklausa (apie 2000 tonų per metus) elemento numeris dvidešimt, taip pat jo gamyba išaugo daug kartų. Šiuo metu pagrindinėmis kalcio metalo gamintojomis galima laikyti Kiniją, Rusiją, Kanadą ir Prancūziją. Iš šių šalių kalcis siunčiamas į JAV, Meksiką, Australiją, Šveicariją, Japoniją, Vokietiją ir JK. Kalcio metalo kainos nuolat augo, kol Kinija pradėjo gaminti metalą tokiais kiekiais, kad pasaulinėje rinkoje susidarė dvidešimtojo elemento perteklius, todėl kaina smarkiai sumažėjo.

Fizinės savybės

Kas yra kalcio metalas? Kokiomis savybėmis pasižymi šis 1808 metais anglų chemiko Humphry Davy gautas elementas – metalas, kurio masė suaugusio žmogaus organizme gali siekti 2 kilogramus?

Paprasta medžiaga kalcis yra sidabriškai baltas lengvasis metalas. Kalcio tankis yra tik 1,54 g/cm3 (esant 20 °C temperatūrai), o tai yra žymiai mažesnis už geležies (7,87 g/cm3), švino (11,34 g/cm3), aukso (19,3 g/cm3) tankį. ) arba platinos (21,5 g/cm3). Kalcis yra net lengvesnis už tokius „nesvarius“ metalus kaip aliuminis (2,70 g/cm3) arba magnis (1,74 g/cm3). Nedaug metalų gali „pasigirti“ mažesniu nei dvidešimtojo elemento – natrio (0,97 g/cm3), kalio (0,86 g/cm3), ličio (0,53 g/cm3) tankiu. Kalcio tankis labai panašus į rubidžio (1,53 g/cm3). Kalcio lydymosi temperatūra yra 851 °C, virimo temperatūra 1480 °C. Kiti šarminių žemių metalai turi panašias lydymosi temperatūras (nors šiek tiek žemesnes) ir virimo temperatūras – stroncio (770 °C ir 1380 °C) ir bario (710 °C ir 1640 °C).

Metalinis kalcis yra dviejų alotropinių modifikacijų: esant normaliai temperatūrai iki 443 °C, α-kalcis yra stabilus su kubinėmis į veidą orientuotomis gardelėmis, kaip varis, kurių parametrai: a = 0,558 nm, z = 4, erdvės grupė Fm3m, atomo spindulys 1,97 A, joninis Ca2+ spindulys 1,04 A; temperatūrų diapazone 443-842 °C stabilus β-kalcis su α-geležies tipo kubine gardele į kūną, kurio parametrai a = 0,448 nm, z = 2, erdvės grupė Im3m. Standartinė perėjimo nuo α modifikacijos į β modifikaciją entalpija yra 0,93 kJ/mol. Kalcio linijinio plėtimosi temperatūros koeficientas 0-300 °C temperatūros diapazone yra 22 10-6. Dvidešimtojo elemento šilumos laidumas 20 °C temperatūroje yra 125,6 W/(m K) arba 0,3 cal/(cm sek °C). Kalcio savitoji šiluminė talpa intervale nuo 0 iki 100 °C yra 623,9 J/(kg K) arba 0,149 cal/(g °C). Kalcio elektrinė savitoji varža 20° C temperatūroje yra 4,6 10-8 omų m arba 4,6 10-6 omų cm; Dvidešimties elemento elektrinės varžos temperatūros koeficientas yra 4,57 10-3 (esant 20 °C). Kalcio tamprumo modulis 26 H/m2 arba 2600 kgf/mm2; tempiamasis stipris 60 MN/m2 (6 kgf/mm2); tamprumo riba kalciui yra 4 MN/m2 arba 0,4 kgf/mm2, takumo riba 38 MN/m2 (3,8 kgf/mm2); santykinis dvidešimtojo elemento pailgėjimas 50%; Kalcio kietumas pagal Brinell yra 200-300 MN/m2 arba 20-30 kgf/mm2. Palaipsniui didėjant slėgiui, kalcis pradeda rodyti puslaidininkio savybes, bet netampa jomis visa to žodžio prasme (tuo pačiu tai nebėra metalas). Toliau didėjant slėgiui, kalcis grįžta į metalinę būseną ir pradeda demonstruoti superlaidumo savybes (superlaidumo temperatūra šešis kartus aukštesnė nei gyvsidabrio, o laidumu gerokai viršija visus kitus elementus). Unikalus kalcio elgesys daugeliu atžvilgių panašus į stroncio (tai yra, paralelės periodinėje lentelėje išlieka).

Elementinio kalcio mechaninės savybės nesiskiria nuo kitų metalų šeimos atstovų, kurie yra puikios konstrukcinės medžiagos, savybių: didelio grynumo kalcio metalas yra plastiškas, lengvai presuojamas ir valcuojamas, traukiamas į vielą, kaltas ir tinkamas pjaustyti. jį galima pasukti tekinimo staklėmis. Tačiau nepaisant visų šių puikių statybinės medžiagos savybių, kalcis nėra toks – to priežastis yra didelis jo cheminis aktyvumas. Tiesa, nereikėtų pamiršti, kad kalcis yra nepakeičiama kaulinio audinio struktūrinė medžiaga, o jo mineralai – statybinė medžiaga daugelį tūkstantmečių.

Cheminės savybės

Kalcio atomo išorinio elektroninio apvalkalo konfigūracija yra 4s2, kuri lemia dvidešimtojo elemento valentiškumą 2 junginiuose. Nuo atomų gana lengvai atsiskiria du išorinio sluoksnio elektronai, kurie virsta teigiamais dvigubai įkrautais jonais. Dėl šios priežasties cheminiu aktyvumu kalcis tik šiek tiek nusileidžia šarminiams metalams (kaliui, natriui, ličiui). Kaip ir pastarasis, kalcis, net esant įprastai kambario temperatūrai, lengvai sąveikauja su deguonimi, anglies dioksidu ir drėgnu oru, pasidengdamas nuobodu pilka CaO oksido ir Ca(OH)2 hidroksido mišinio plėvele. Todėl kalcis laikomas hermetiškai uždarytoje talpykloje po mineralinės alyvos, skysto parafino ar žibalo sluoksniu. Kaitinamas deguonyje ir ore, kalcis užsidega, degdamas ryškiai raudona liepsna, sudarydamas bazinį oksidą CaO, kuris yra balta, labai atspari ugniai medžiaga, kurios lydymosi temperatūra yra maždaug 2600 °C. Kalcio oksidas inžinerijoje taip pat žinomas kaip negesintos arba degintos kalkės. Taip pat buvo gauti kalcio peroksidai – CaO2 ir CaO4. Kalcis reaguoja su vandeniu ir išskiria vandenilį (pagal standartinius potencialus kalcis yra kairėje nuo vandenilio ir gali jį išstumti iš vandens) ir susidaro kalcio hidroksidas Ca(OH)2, o šaltame vandenyje vyksta reakcija. greitis palaipsniui mažėja (dėl prastai tirpaus sluoksnio susidarymo ant metalo paviršiaus kalcio hidroksido):

Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2 + Q

Kalcis energingiau reaguoja su karštu vandeniu, greitai išstumdamas vandenilį ir sudarydamas Ca(OH)2. Kalcio hidroksidas Ca(OH)2 yra stipri bazė, šiek tiek tirpi vandenyje. Sotusis kalcio hidroksido tirpalas vadinamas kalkių vandeniu ir yra šarminis. Ore kalkių vanduo greitai tampa drumstas, nes absorbuojamas anglies dioksidas ir susidaro netirpus kalcio karbonatas. Nepaisant tokių audringų procesų, vykstančių dvidešimtojo elemento sąveikos su vandeniu metu, tačiau, skirtingai nei šarminių metalų, kalcio ir vandens reakcija vyksta ne taip energingai – be sprogimų ar gaisrų. Apskritai kalcio cheminis aktyvumas yra mažesnis nei kitų šarminių žemių metalų.

Kalcis aktyviai jungiasi su halogenais, sudarydamas CaX2 tipo junginius - šaltyje jis reaguoja su fluoru, o aukštesnėje nei 400 ° C temperatūroje - su chloru ir bromu, sudarydamas atitinkamai CaF2, CaCl2 ir CaBr2. Šie halogenidai išlydytoje būsenoje susidaro su CaX tipo kalcio monohalogenidais – CaF, CaCl, kuriuose kalcis formaliai yra monovalentinis. Šie junginiai yra stabilūs tik virš dihalogenidų lydymosi temperatūrų (jie neproporcingos aušinant susidaro Ca ir CaX2). Be to, kalcis aktyviai sąveikauja, ypač kaitinamas, su įvairiais nemetalais: su siera kaitinant gaunamas kalcio sulfidas CaS, pastarasis prideda sieros, susidaro polisulfidai (CaS2, CaS4 ir kt.); sąveikaudamas su sausu vandeniliu 300-400 °C temperatūroje, kalcis sudaro hidridą CaH2 – joninį junginį, kuriame vandenilis yra anijonas. Kalcio hidridas CaH2 yra į baltą druską panaši medžiaga, kuri smarkiai reaguoja su vandeniu ir išskiria vandenilį:

CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2

Kaitinamas (apie 500°C) azoto atmosferoje, kalcis užsiliepsnoja ir susidaro nitridas Ca3N2, žinomas dviejų kristalinių formų – aukštos temperatūros α ir žemos temperatūros β. Nitridas Ca3N4 taip pat buvo gautas kaitinant kalcio amido Ca(NH2)2 vakuume. Kaitinant be oro prieigos su grafitu (angliu), siliciu ar fosforu, kalcis gauna atitinkamai kalcio karbidą CaC2, silicidus Ca2Si, Ca3Si4, CaSi, CaSi2 ir fosfidus Ca3P2, CaP ir CaP3. Dauguma kalcio junginių su nemetalais lengvai suskaidomi vandens:

CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2

Ca3N2 + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2NH3

Su boru kalcis sudaro kalcio boridą CaB6, su chalkogenais - chalkogenidus CaS, CaSe, CaTe. Taip pat žinomi polichalkogenidai CaS4, CaS5, Ca2Te3. Kalcis sudaro intermetalinius junginius su įvairiais metalais – aliuminiu, auksu, sidabru, variu, švinu ir kitais. Kalcis, būdamas energingas reduktorius, kaitinant išstumia beveik visus metalus iš oksidų, sulfidų ir halogenidų. Kalcis gerai ištirpsta skystame amoniake NH3 ir susidaro mėlynas tirpalas, kuriam išgaruojant išsiskiria amoniakas [Ca(NH3)6] – auksinės spalvos kietas metalinio laidumo junginys. Kalcio druskos dažniausiai gaunamos rūgščių oksidams sąveikaujant su kalcio oksidu, rūgštims veikiant Ca(OH)2 arba CaCO3 ir mainų reakcijomis elektrolitų vandeniniuose tirpaluose. Daugelis kalcio druskų gerai tirpsta vandenyje (CaCl2 chloridas, CaBr2 bromidas, CaI2 jodidas ir Ca(NO3)2 nitratas), jos beveik visada sudaro kristalinius hidratus. Vandenyje netirpi fluoridas CaF2, karbonatas CaCO3, sulfatas CaSO4, ortofosfatas Ca3(PO4)2, oksalatas CaC2O4 ir kai kurie kiti.

Natūralūs kalcio junginiai (kreida, marmuras, kalkakmenis, gipsas) ir paprasčiausio jų apdorojimo produktai (kalkės) žmonėms žinomi nuo seno. 1808 m. anglų chemikas Humphry Davy gyvsidabrio katodu elektrolizavo šlapias gesintas kalkes (kalcio hidroksidą) ir gavo kalcio amalgamą (kalcio ir gyvsidabrio lydinį). Iš šio lydinio, distiliavęs gyvsidabrį, Davy gavo gryną kalcį.
Jis taip pat pasiūlė pavadinti naują cheminį elementą, kilusį iš lotyniško „calx“, reiškiančio kalkakmenio, kreidos ir kitų minkštųjų akmenų pavadinimą.

Rasti gamtoje ir gauti:

Kalcis yra penktas pagal gausumą elementas žemės plutoje (daugiau nei 3%), sudaro daugybę uolienų, kurių daugelis yra kalcio karbonato pagrindu. Kai kurios iš šių uolienų yra organinės kilmės (apvalkalo uoliena), o tai rodo svarbų kalcio vaidmenį gyvojoje gamtoje. Natūralus kalcis yra 6 izotopų, kurių masės skaičius yra nuo 40 iki 48, mišinys, o 40 Ca sudaro 97% viso kiekio. Branduolinės reakcijos taip pat sukūrė kitus kalcio izotopus, pavyzdžiui, radioaktyvų 45 Ca.
Norint gauti paprastą medžiagą kalcį, naudojama išlydytų kalcio druskų elektrolizė arba aliuminotermija:
4CaO + 2Al = Ca(AlO 2) 2 + 3Ca

Fizinės savybės:

Sidabriškai pilkas metalas su kubinėmis vidinėmis grotelėmis, daug kietesnis nei šarminiai metalai. Lydymosi temperatūra 842°C, virimo temperatūra 1484°C, tankis 1,55 g/cm3. Esant aukštam slėgiui ir maždaug 20 K temperatūrai, jis pereina į superlaidininko būseną.

Cheminės savybės:

Kalcis nėra toks aktyvus kaip šarminiai metalai, tačiau jis turi būti laikomas po mineralinės alyvos sluoksniu arba sandariai uždarytuose metaliniuose statiniuose. Jau esant normaliai temperatūrai jis reaguoja su ore esančiu deguonimi ir azotu, taip pat su vandens garais. Kaitinamas, jis dega ore raudonai oranžine liepsna, sudarydamas oksidą su nitridų priemaiša. Kaip ir magnis, kalcis toliau dega anglies dioksido atmosferoje. Kaitinamas, jis reaguoja su kitais nemetalais, sudarydamas junginius, kurių sudėtis ne visada yra akivaizdi, pavyzdžiui:
Ca + 6B = CaB 6 arba Ca + P => Ca 3 P 2 (taip pat CaP arba CaP 5)
Visuose jo junginiuose kalcio oksidacijos laipsnis yra +2.

Svarbiausios jungtys:

Kalcio oksidas CaO- („negesintos kalkės“) balta medžiaga, šarminis oksidas, kuris intensyviai reaguoja su vandeniu („gesinamas“), virsdamas hidroksidu. Gaunamas terminio kalcio karbonato skaidymo būdu.

Kalcio hidroksidas Ca(OH) 2- ("gesintų kalkių") balti milteliai, mažai tirpūs vandenyje (0,16g/100g), stiprus šarmas. Anglies dioksidui aptikti naudojamas tirpalas („kalkių vanduo“).

Kalcio karbonatas CaCO 3- daugumos natūralių kalcio mineralų (kreida, marmuras, kalkakmenis, kriauklių uoliena, kalcitas, Islandijos špatas) pagrindas. Gryna medžiaga yra balta arba bespalvė. kristalai kaitinant (900-1000 C) suyra, susidaro kalcio oksidas. Nep-rim, reaguoja su rūgštimis, gali ištirpti vandenyje, prisotintame anglies dioksido, virsdamas bikarbonatu: CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2. Atvirkštinis procesas veda prie kalcio karbonato nuosėdų, ypač tokių darinių, kaip stalaktitai ir stalagmitai, atsiradimo.
Jis taip pat randamas gamtoje kaip dolomito CaCO 3 * MgCO 3 dalis

Kalcio sulfatas CaSO 4- balta medžiaga, gamtoje CaSO 4 * 2H 2 O („gipsas“, „selenitas“). Pastarasis atsargiai kaitinant (180 C) virsta CaSO 4 *0,5H 2 O (“degintas gipsas”, “alabastras”) – baltais milteliais, kuriuos sumaišius su vandeniu vėl susidaro CaSO 4 *2H 2 O. tvirtos, gana patvarios medžiagos pavidalu. Jis šiek tiek tirpsta vandenyje, bet gali ištirpti sieros rūgšties perteklių, sudarydamas vandenilio sulfatą.

Kalcio fosfatas Ca 3 (PO 4) 2- („fosforitas“), netirpus, veikiamas stiprių rūgščių virsta labiau tirpiais kalcio hidro- ir divandenilio fosfatais. Fosforo, fosforo rūgšties, fosfatinių trąšų gamybos žaliava. Kalcio fosfatai taip pat įtraukti į apatitus – natūralius junginius, kurių apytikslė formulė Ca 5 3 Y, kur Y = F, Cl arba OH, atitinkamai, fluoras, chloras arba hidroksiapatitas. Kartu su fosforitu apatitai yra daugelio gyvų organizmų kaulų skeleto dalis, įskaitant. ir žmogus.

Kalcio fluoridas CaF 2 - (natūralus:„fluoritas“, „fluoršpatas“), netirpi baltos spalvos medžiaga. Natūralūs mineralai dėl priemaišų yra įvairių spalvų. Šviečia tamsoje kaitinant ir veikiant UV spinduliuotei. Gaminant metalus jis padidina šlakų sklandumą („lydumą“), o tai paaiškina jo naudojimą kaip srautą.

Kalcio chloridas CaCl 2- bespalvis kristus. Jis gerai tirpsta vandenyje. Sudaro kristalinį hidratą CaCl 2 *6H 2 O. Bevandenis („lydytas“) kalcio chloridas yra geras sausiklis.

Kalcio nitratas Ca(NO 3) 2- ("kalcio nitratas") bespalvis. kristus. Jis gerai tirpsta vandenyje. Neatsiejama pirotechnikos kompozicijų dalis, suteikianti liepsnai raudonai oranžinę spalvą.

Kalcio karbidas CaС 2- reaguoja su vandeniu, sudarydamas acetileną, pvz.: CaС 2 + H 2 O = С 2 H 2 + Ca(OH) 2

Taikymas:

Metalinis kalcis naudojamas kaip stiprus reduktorius gaminant kai kuriuos sunkiai redukuojamus metalus („kalciotermiją“): chromą, retųjų žemių elementus, torią, uraną ir kt. Vario, nikelio, specialaus plieno ir bronzos metalurgijoje. , kalcis ir jo lydiniai naudojami kenksmingoms sieros, fosforo, anglies pertekliaus priemaišoms pašalinti.
Kalcis taip pat naudojamas nedideliam deguonies ir azoto kiekiui surišti, kai gaunamas didelis vakuumas ir valomos inertinės dujos.
Neutronų perteklius 48 Ca jonai naudojami naujų cheminių elementų sintezei, pavyzdžiui, elementas Nr. 114, . Kitas kalcio izotopas – 45Ca – naudojamas kaip radioaktyvus žymeklis tiriant kalcio biologinį vaidmenį ir jo migraciją aplinkoje.

Pagrindinė daugelio kalcio junginių taikymo sritis yra statybinių medžiagų (cemento, statybinių mišinių, gipso kartono ir kt.) gamyba.

Kalcis yra vienas iš makroelementų gyvuose organizmuose, sudarantis junginius, reikalingus tiek vidiniam stuburinių gyvūnų skeletui, tiek daugelio bestuburių išoriniam skeletui – kiaušinių lukštui – sukurti.
Kalcio jonai taip pat dalyvauja reguliuojant tarpląstelinius procesus ir lemia kraujo krešėjimą. Kalcio trūkumas vaikystėje sukelia rachitą, senatvėje – osteoporozę. Kalcio šaltinis yra pieno produktai, grikiai, riešutai, o jo pasisavinimą palengvina vitaminas D. Jei trūksta kalcio, vartojami įvairūs vaistai: kalceksas, kalcio chlorido tirpalas, kalcio gliukonatas ir kt.
Kalcio masės dalis žmogaus organizme yra 1,4-1,7%, paros poreikis yra 1-1,3 g (priklausomai nuo amžiaus). Per didelis kalcio suvartojimas gali sukelti hiperkalcemiją – jo junginių nusėdimą vidaus organuose, kraujo krešulių susidarymą kraujagyslėse. Šaltiniai:
Kalcis (elementas) // Vikipedija. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Calcium (prieigos data: 2014-01-03).

Kalcis Populiari cheminių elementų biblioteka: Kalcis. // URL: http://n-t.ru/ri/ps/pb020.htm (2014-01-03).

(kalcis), Ca, Mendelejevo periodinės sistemos II grupės cheminis elementas, atominis skaičius 20, atominė masė 40,08; sidabro-balto lengvo metalo. Natūralus elementas yra šešių stabilių izotopų mišinys: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca ir 48 Ca, iš kurių 40 Ca yra gausiausia (96, 97%).

Ca junginiai – kalkakmenis, marmuras, gipsas (taip pat kalkės – kalkakmenio deginimo produktas) jau senovėje buvo naudojami statybose. Iki XVIII amžiaus pabaigos chemikai kalkes laikė paprasta kieta medžiaga. 1789 m. A. Lavoisier pasiūlė, kad kalkės, magnezija, baritas, aliuminio oksidas ir silicio dioksidas yra sudėtingos medžiagos. 1808 m. G. Davy, gyvsidabrio katodu elektrolizuodamas šlapių gesintų kalkių ir gyvsidabrio oksido mišinį, paruošė Ca amalgamą ir iš jos distiliuodamas gyvsidabrį gavo metalą, vadinamą „kalciu“ (iš lot. calx, lytis kalcis - liepa) . Pagal gausumą žemės plutoje Ca užima 5 vietą (po O, Si, Al ir Fe); kiekis 2,96 % masės. Jis energingai migruoja ir kaupiasi įvairiose geocheminėse sistemose, sudarydamas 385 mineralus (4 vieta pagal naudingųjų iškasenų skaičių). Žemės mantijoje Ca yra mažai, o Žemės šerdyje tikriausiai dar mažiau (geležies meteorituose – 0,02 %). Žemutinėje žemės plutos dalyje vyrauja Ca, kaupiasi pagrindinėse uolienose; didžioji dalis Ca yra lauko špate – Ca anortite; bazinėse uolienose yra 6,72%, rūgščiose uolienose (granituose ir kitose) 1,58%. Biosferoje vyksta ypač ryški Ca diferenciacija, daugiausia susijusi su „karbonato pusiausvyra“: kai anglies dioksidas sąveikauja su karbonatu CaCO 3, susidaro tirpus bikarbonatas Ca(HCO 3) 2: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2 = Ca 2+ + 2HCO 3-. Ši reakcija yra grįžtama ir yra Ca persiskirstymo pagrindas. Kai vandenyse yra daug CO 2, Ca yra tirpus, o kai CO 2 kiekis mažas, mineralinis kalcitas CaCO 3 nusėda, sudarydamas storas kalkakmenio, kreidos ir marmuro nuosėdas.

Biogeninė migracija taip pat vaidina didžiulį vaidmenį Ca istorijoje. Gyvoje metalinių elementų medžiagoje Ca yra pagrindinis. Yra žinomi organizmai, kuriuose yra daugiau nei 10% Ca (daugiau anglies), kurie sudaro savo skeletą iš Ca junginių, daugiausia iš CaCO 3 (kalkingi dumbliai, daug moliuskų, dygiaodžių, koralų, šakniastiebių ir kt.). Su skeletų laidojimu jūroje. gyvūnai ir augalai siejami su kolosaliomis dumblių, koralų ir kitų kalkakmenių masėmis, kurios, pasinerdamos į žemės gelmes ir mineralizdamos, virsta įvairių rūšių marmuru.

Didžiuliai drėgno klimato plotai (miško zonos, tundra) pasižymi Ca trūkumu – čia jis lengvai išplaunamas iš dirvožemio. Tai siejama su žemu dirvožemio derlingumu, mažu naminių gyvulių produktyvumu, mažu jų dydžiu, dažnai ir skeleto ligomis. Todėl didelę reikšmę turi dirvų kalkinimas, naminių gyvulių ir paukščių maitinimas ir kt. Priešingai, sausame klimate CaCO 3 tirpsta blogai, todėl stepių ir dykumų kraštovaizdyje gausu Ca. Druskinėse pelkėse ir druskinguose ežeruose dažnai kaupiasi gipsas CaSO 4 · 2H 2 O.

Upės į vandenyną atneša daug Ca, tačiau jis neužsibūna vandenyno vandenyje (vidutinis kiekis 0,04%), o koncentruojasi organizmų griaučiuose ir po jų mirties nusėda į dugną daugiausia CaCO pavidalu. 3. Kalkingi dumblai paplitę visų vandenynų dugne ne didesniame kaip 4000 m gylyje (didesniame gylyje CaCO 3 tirpsta, o organizmai ten dažnai kenčia nuo Ca trūkumo).

Požeminis vanduo vaidina svarbų vaidmenį Ca migracijoje. Klinčių masyvuose vietomis jie intensyviai išplauna CaCO 3, kuris siejamas su karsto vystymusi, urvų, stalaktitų ir stalagmitų formavimusi. Be kalcito, praėjusių geologinių epochų jūrose plačiai nusėdo Ca fosfatai (pavyzdžiui, Karatau fosforito telkiniai Kazachstane), dolomitas CaCO 3 ·MgCO 3, o lagūnose garuojant – gipsas.

Geologinės istorijos eigoje padaugėjo biogeninių karbonatų susidarymo ir sumažėjo cheminių kalcito nusodinimų. Prekambrijos jūrose (daugiau nei prieš 600 mln. metų) nebuvo gyvūnų su kalkingais skeletais; jie plačiai paplito nuo Kambro laikų (koralai, kempinės ir kt.). Tai siejama su dideliu CO 2 kiekiu Prekambro atmosferoje.

Kalcio fizinės savybės.α formos Ca kristalinė gardelė (stabili esant įprastoms temperatūroms) yra į veidą orientuota kubinė, a = 5,56 Å. Atominis spindulys 1,97Å, joninis spindulys Ca 2+ 1,04Å. Tankis 1,54 g/cm 3 (20 °C). Aukštesnėje nei 464 °C temperatūroje šešiakampė β forma yra stabili. t lydymosi temperatūra 851 °C, t virimo temperatūra 1482 °C; temperatūrinis tiesinio plėtimosi koeficientas 22·10 -6 (0-300 °C); šilumos laidumas esant 20 °C 125,6 W/(m K) arba 0,3 cal/(cm sek °C); savitoji šiluminė talpa (0-100 °C) 623,9 J/(kg K) arba 0,149 cal/(g °C); elektrinė varža 20 °C temperatūroje 4,6·10 -8 om·m arba 4,6·10 -6 om·cm; elektrinės varžos temperatūros koeficientas yra 4,57·10 -3 (20 °C). Tamprumo modulis 26 Gn/m2 (2600 kgf/mm2); tempiamasis stipris 60 MN/m 2 (6 kgf/mm 2); tamprumo riba 4 MN/m 2 (0,4 kgf/mm 2), takumo riba 38 MN/m 2 (3,8 kgf/mm 2); santykinis pailgėjimas 50%; Brinelio kietumas 200-300 Mn/m2 (20-30 kgf/mm2). Pakankamai gryno kalcis yra plastikinis, lengvai presuojamas, valcuojamas ir tinkamas pjaustyti.

Cheminės kalcio savybės. Ca 4s 2 atomo išorinio elektroninio apvalkalo konfigūracija, pagal kurią Ca junginiuose yra 2-valentė. Chemiškai Ca yra labai aktyvus. Esant normaliai temperatūrai, Ca lengvai sąveikauja su oro deguonimi ir drėgme, todėl laikomas hermetiškai uždarytuose induose arba po mineraline alyva. Kaitinamas ore arba deguonyje, jis užsidega ir susidaro bazinis oksidas CaO. Taip pat žinomi peroksidai Ca - CaO 2 ir CaO 4. Ca iš pradžių greitai reaguoja su šaltu vandeniu, vėliau reakcija sulėtėja, nes susidaro Ca(OH) 2 plėvelė. Ca intensyviai reaguoja su karštu vandeniu ir rūgštimis, išskirdamas H2 (išskyrus koncentruotą HNO3). Jis reaguoja su fluoru šaltyje, o su chloru ir bromu - aukštesnėje nei 400 °C temperatūroje, todėl susidaro atitinkamai CaF 2, CaCl 2 ir CaBr 2. Šie halogenidai išlydytoje būsenoje sudaro vadinamuosius subjunginius su Ca - CaF, CaCl, kuriuose Ca formaliai yra monovalentinis. Kaitinant Ca su siera, gaunamas kalcio sulfidas CaS, pastarasis prideda sieros, sudarydamas polisulfidus (CaS 2, CaS 4 ir kt.). Sąveikaujant su sausu vandeniliu 300-400 °C temperatūroje, Ca sudaro hidridą CaH 2 – joninį junginį, kuriame vandenilis yra anijonas. 500 °C temperatūroje Ca ir azotas duoda Ca 3 N 2 nitridą; Ca sąveika su amoniaku šaltyje sukelia sudėtingą amoniaką Ca 6. Kaitinamas be oro prieigos grafitu, siliciu ar fosforu, Ca suteikia atitinkamai kalcio karbido CaC 2, silicidus Ca 2 Si, CaSi, CaSi 2 ir fosfidą Ca 3 P 2. Ca sudaro intermetalinius junginius su Al, Ag, Au, Cu, Li, Mg, Pb, Sn ir kt.

Kalcio gavimas. Pramonėje Ca gaunamas dviem būdais: 1) kaitinant briketuotą CaO ir Al miltelių mišinį 1200 °C temperatūroje 0,01-0,02 mm Hg vakuume. Art.; reakcijos metu išsiskiria: 6CaO + 2 Al = 3CaO Al 2 O 3 + 3Ca Ca garai kondensuojasi ant šalto paviršiaus; 2) elektrolizuojant CaCl 2 ir KCl lydalą skystu vario-kalcio katodu, gaunamas Cu-Ca lydinys (65 % Ca), iš kurio 950-1000 °C temperatūroje distiliuojamas Ca. vakuumas 0,1-0,001 mm Hg. Art.

Kalcio taikymas. Gryno metalo pavidalu Ca naudojamas kaip U, Th, Cr, V, Zr, Cs, Rb ir kai kurių retųjų žemių metalų reduktorius iš jų junginių. Jis taip pat naudojamas plieno, bronzos ir kitų lydinių deoksidavimui, sieros pašalinimui iš naftos produktų, organinių skysčių dehidratavimui, argono valymui iš azoto priemaišų ir kaip dujų absorberis elektriniuose vakuuminiuose įrenginiuose. Technologijoje plačiai naudojamos Pb-Na-Ca sistemos antifrikcinės medžiagos, taip pat Pb-Ca lydiniai, naudojami elektros korpusų gamybai. kabeliai Ca-Si-Ca (silicio-kalcio) lydinys naudojamas kaip deoksidacinė ir degazavimo medžiaga gaminant aukštos kokybės plieną.

Kalcis organizme. Ca yra vienas iš biogeninių elementų, būtinų normaliam gyvybės procesų funkcionavimui. Jo yra visuose gyvūnų ir augalų audiniuose ir skysčiuose. Tik reti organizmai gali vystytis aplinkoje, kurioje nėra Ca. Kai kuriuose organizmuose Ca kiekis siekia 38 %; žmonėms – 1,4-2 proc. Augalų ir gyvūnų organizmų ląstelėms ekstraląstelinėje aplinkoje reikia griežtai apibrėžto Ca 2+, Na + ir K + jonų santykio. Augalai Ca gauna iš dirvožemio. Pagal ryšį su Ca augalai skirstomi į kalcefilus ir kalcefobus. Gyvūnai Ca gauna iš maisto ir vandens. Ca yra būtinas daugelio ląstelių struktūrų susidarymui, normaliam išorinių ląstelių membranų pralaidumui palaikyti, žuvų ir kitų gyvūnų ikrams apvaisinti, daugelio fermentų aktyvavimui. Ca 2+ jonai perduoda sužadinimą raumenų skaiduloms, todėl ji susitraukia, didina širdies susitraukimų stiprumą, padidina leukocitų fagocitinę funkciją, aktyvina apsauginių kraujo baltymų sistemą, dalyvauja jos krešėjimui. Ląstelėse beveik visas Ca randamas junginių su baltymais, nukleino rūgštimis, fosfolipidais ir kompleksų su neorganiniais fosfatais ir organinėmis rūgštimis pavidalu. Žmonių ir aukštesniųjų gyvūnų kraujo plazmoje tik 20-40% Ca gali būti prijungta prie baltymų. Gyvūnams, turintiems skeletą, iki 97–99% viso Ca yra naudojama kaip statybinė medžiaga: bestuburiams daugiausia CaCO 3 (moliuskų kriauklės, koralai), stuburiniams - fosfatų pavidalu. Daugelis bestuburių prieš lyjant kaupia Ca, kad sukurtų naują skeletą arba užtikrintų gyvybines funkcijas nepalankiomis sąlygomis.

Ca kiekį žmonių ir aukštesniųjų gyvūnų kraujyje reguliuoja prieskydinės liaukos ir skydliaukės hormonai. Vitaminas D vaidina pagrindinį vaidmenį šiuose procesuose Ca absorbcija vyksta priekinėje plonosios žarnos dalyje. Ca pasisavinimas prastėja mažėjant žarnyno rūgštingumui ir priklauso nuo Ca, P ir riebalų santykio maiste. Optimalus Ca/P santykis karvės piene – apie 1,3 (bulvėse 0,15, pupelėse – 0,13, mėsoje – 0,016). Jei maiste yra P ar oksalo rūgšties perteklius, pablogėja Ca pasisavinimas. Tulžies rūgštys pagreitina jo pasisavinimą. Optimalus Ca/riebalų santykis žmogaus maiste yra 0,04-0,08 g Ca 1 g riebalų. Ca išsiskiria daugiausia per žarnyną. Žinduoliai laktacijos metu netenka daug piene esančio Ca. Sutrikus fosforo ir kalcio apykaitai, jauniems gyvūnams ir vaikams išsivysto rachitas, suaugusiems gyvūnams – skeleto sudėties ir struktūros pokyčiai (osteomalacija).

Kalcis yra II grupės cheminis elementas, kurio atominis skaičius periodinėje lentelėje yra 20, žymimas simboliu Ca (lot. Kalcis). Kalcis yra minkštas šarminių žemių metalas, turintis sidabriškai pilką spalvą.

Periodinės lentelės 20 elementas Elemento pavadinimas kilęs iš lat. kalksas (gimine kalba calcis) - „kalkės“, „minkštas akmuo“. Jį pasiūlė anglų chemikas Humphry Davy, kuris 1808 m. išskyrė kalcio metalą.
Kalcio junginiai – kalkakmenis, marmuras, gipsas (taip pat kalkės – kalkakmenio deginimo produktas) statybose buvo naudojami jau prieš kelis tūkstančius metų.
Kalcis yra vienas iš labiausiai paplitusių elementų Žemėje. Kalcio junginių yra beveik visuose gyvūnų ir augalų audiniuose. Jis sudaro 3,38 % žemės plutos masės (5 vieta pagal gausumą po deguonies, silicio, aliuminio ir geležies).

Kalcio radimas gamtoje

Dėl didelio cheminio aktyvumo kalcio laisvos formos gamtoje nebūna.
Kalcis sudaro 3,38 % žemės plutos masės (5 vieta pagal gausumą po deguonies, silicio, aliuminio ir geležies). Elemento kiekis jūros vandenyje yra 400 mg/l.

Izotopai

Kalcis gamtoje randamas kaip šešių izotopų mišinys: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca ir 48Ca, iš kurių labiausiai paplitęs, 40Ca, sudaro 96,97%. Kalcio branduoliuose yra magiškas protonų skaičius: Z = 20. Izotopai
40
20
Ca20 ir
48
20
Ca28 yra du iš penkių gamtoje egzistuojančių branduolių, kurių magiškas skaičius yra dvigubai didesnis.
Iš šešių natūralių kalcio izotopų penki yra stabilūs. Šeštasis izotopas 48Ca, sunkiausias iš šešių ir labai retas (jo izotopų gausa tik 0,187%), patiria dvigubą beta skilimą, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 1,6 1017 metų.

Uolienose ir mineraluose

Daugiausia kalcio yra įvairių uolienų silikatuose ir aliumosilikatuose (granituose, gneisuose ir kt.), ypač lauko špate – Ca anortite.
Nuosėdinių uolienų pavidalu kalcio junginius sudaro kreida ir kalkakmeniai, daugiausia susidedantys iš mineralinio kalcito (CaCO3). Kristalinė kalcito forma – marmuras – gamtoje sutinkama daug rečiau.
Gana plačiai paplitę kalcio mineralai, tokie kaip kalcitas CaCO3, anhidritas CaSO4, alebastras CaSO4 0,5H2O ir gipsas CaSO4 2H2O, fluoritas CaF2, apatitas Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), dolomitas MgCO3 CaCO3. Kalcio ir magnio druskų buvimas natūraliame vandenyje lemia jo kietumą.
Kalcis, energingai migruojantis žemės plutoje ir besikaupiantis įvairiose geocheminėse sistemose, sudaro 385 mineralus (ketvirtas pagal naudingųjų iškasenų skaičių).

Biologinis kalcio vaidmuo

Kalcis yra įprastas makroelementas augalų, gyvūnų ir žmonių organizme. Žmonėms ir kitiems stuburiniams gyvūnams didžioji dalis jo randama skelete ir dantyse. Kalcis randamas kauluose hidroksiapatito pavidalu. Daugumos bestuburių grupių „skeletai“ (kempinės, koralų polipai, moliuskai ir kt.) gaminami iš įvairių formų kalcio karbonato (kalkių). Kalcio jonai dalyvauja kraujo krešėjimo procesuose, taip pat yra vienas iš universalių antrųjų pasiuntinių ląstelių viduje ir reguliuoja įvairius tarpląstelinius procesus – raumenų susitraukimą, egzocitozę, įskaitant hormonų ir neurotransmiterių sekreciją. Kalcio koncentracija žmogaus ląstelių citoplazmoje yra apie 10−4 mmol/l, tarpląsteliniuose skysčiuose – apie 2,5 mmol/l.

Kalcio poreikis priklauso nuo amžiaus. Suaugusiesiems nuo 19 iki 50 metų ir vaikams nuo 4 iki 8 metų paros poreikis (RPN) yra 1000 mg (yra maždaug 790 ml pieno su 1% riebumo), o vaikams nuo 9 iki 18 metų imtinai - 1300 mg per dieną (yra maždaug 1030 ml pieno, kurio riebumas yra 1%). Paauglystėje labai svarbu vartoti pakankamai kalcio dėl spartaus skeleto augimo. Tačiau JAV atliktų tyrimų duomenimis, tik 11 % 12-19 metų mergaičių ir 31 % vaikinų patenkina savo poreikius. Subalansuota mityba daugiausia kalcio (apie 80%) patenka į vaiko organizmą su pieno produktais. Likęs kalcis gaunamas iš grūdų (įskaitant viso grūdo duoną ir grikius), ankštinių augalų, apelsinų, žalumynų ir riešutų. Pieno produktuose, kurių pagrindą sudaro pieno riebalai (sviestas, grietinėlė, grietinė, grietinėlės ledai) kalcio praktiškai nėra. Kuo daugiau pieno riebalų yra pieno produkte, tuo mažiau kalcio. Kalcio absorbcija žarnyne vyksta dviem būdais: tarpląsteliniu (transceluliniu) ir tarpląsteliniu (paraląsteliniu). Pirmasis mechanizmas yra susijęs su aktyvios vitamino D formos (kalcitriolio) ir jo žarnyno receptorių poveikiu. Jis vaidina svarbų vaidmenį vartojant mažą ar vidutinį kalcio kiekį. Esant didesniam kalcio kiekiui racione, pagrindinį vaidmenį pradeda vaidinti tarpląstelinė absorbcija, kuri siejama su dideliu kalcio koncentracijos gradientu. Dėl tarpląstelinio mechanizmo kalcis daugiau pasisavinamas dvylikapirštėje žarnoje (dėl ten didžiausios kalcitriolio receptorių koncentracijos). Dėl pasyvaus tarpląstelinio pernešimo kalcio absorbcija yra aktyviausia visose trijose plonosios žarnos dalyse. Tarpląstelinį kalcio pasisavinimą skatina laktozė (pieno cukrus).

Kalcio pasisavinimą stabdo kai kurie gyvuliniai riebalai (įskaitant karvės pieno riebalus ir jautienos riebalus, bet ne lašinius) ir palmių aliejus. Tokiuose riebaluose esančios palmitino ir stearino riebiosios rūgštys virškinimo metu išsiskiria žarnyne ir laisva forma tvirtai suriša kalcį, sudarydamos kalcio palmitatą ir kalcio stearatą (netirpius muilus). Šio muilo pavidalu išmatose prarandama ir kalcio, ir riebalų. Šis mechanizmas yra atsakingas už sumažėjusią kalcio absorbciją, sumažėjusią kaulų mineralizaciją ir sumažėjusį netiesioginį kaulų stiprumo matavimą kūdikiams, naudojantiems palmių aliejaus (palmių oleino) mišinius kūdikiams. Tokiems vaikams kalcio muilų susidarymas žarnyne yra susijęs su išmatų kietėjimu, tuštinimosi dažnio sumažėjimu, taip pat dažnesniu regurgitavimu ir pilvo diegliais.

Kalcio koncentracija kraujyje dėl jo svarbos daugeliui gyvybinių procesų yra tiksliai reguliuojama, o tinkamai maitinantis ir tinkamai vartojant neriebius pieno produktus bei vitaminą D, jo trūkumas neatsiranda. Ilgalaikis kalcio ir (arba) vitamino D trūkumas maiste didina osteoporozės riziką ir sukelia rachitą kūdikystėje.

Per didelės kalcio ir vitamino D dozės gali sukelti hiperkalcemiją. Didžiausia saugi dozė suaugusiems nuo 19 iki 50 metų imtinai yra 2500 mg per parą (apie 340 g Edam sūrio).