Calcium ist dem Menschen seit der Antike in Form basischer Verbindungen wie Kreide oder Kalkstein bekannt. In seiner reinen Form wurde dieses Element im frühen 19. Jahrhundert gewonnen. Gleichzeitig wurde festgestellt, dass Calcium von seinen basischen Eigenschaften her zu den Alkalimetallen gehört.

Calcium spielt eine wichtige biologische Rolle – es ist der wichtigste Makronährstoff des Skeletts (einschließlich des äußeren) bei den meisten Arten auf dem Planeten, ist Teil von Hormonen und ein Regulator der neuronalen und muskulären Interaktionen. Chemisch reines Calcium wird in verschiedenen Reaktionen, in der Metallurgie und in vielen anderen Industrien verwendet.

allgemeine Charakteristiken

Calcium ist einer der typischen Vertreter der Wirkstofffamilie Alkali Metalle. In reiner Form laut Rechnung u das Auftretenähnelt Eisen, mit einem weniger ausgeprägten Glanz. Spröde, bricht mit der Bildung von heterogenen kristallinen Körnern. Calcium ist vor allem in Form seiner Verbindungen (Kreide, Kalkstein, Kieselerde ua) bekannt, wo es das Aussehen einer weißlichen krümeligen Substanz hat.

Aufgrund seiner hohen Reaktivität kommt es nicht in reiner Form vor. Es ist in den meisten Mineralien enthalten, einschließlich Höchster Wert haben Marmor, Granit, Alabaster und einige andere wertvolle Gesteine.

Grundlegende physikalische und chemische Eigenschaften

Es gehört zur zweiten Gruppe des Periodensystems der Elemente und zeigt ähnliche physikalische Eigenschaften wie andere Vertreter der alkalischen Gruppe:

  • Relativ niedrige Dichte (1,6 g/cm3);
  • Schmelzpunktgrenze – 840°C unter normalen Bedingungen;
  • Die durchschnittliche Wärmeleitfähigkeit ist im Allgemeinen deutlich niedriger als die der meisten Metalle;

Im Allgemeinen bietet die Physik von Calcium keine besonderen Überraschungen. Dieses Element, das ein typisches Kristallgitter besitzt, hat eine ziemlich geringe Festigkeit und nahezu keine Duktilität, zerbröckelt leicht und bricht unter Bildung eines charakteristischen Kristallmusters an der Bruchgrenze.

Neuere Studien haben jedoch einige sehr interessante Ergebnisse gezeigt. Es wurde festgestellt, dass bei hohen Raten Luftdruck, beginnen sich die physikalischen Eigenschaften des Elements zu ändern. Es treten Halbleitereigenschaften auf, die für Metalle absolut uncharakteristisch sind. Extremer Druck führt zum Auftreten von Kalzium und supraleitenden Eigenschaften. Diese Studien haben weitreichende Auswirkungen, aber bisher ist der Anwendungsbereich von Calcium auf seine üblichen Eigenschaften beschränkt.

Calcium sticht in seinen chemischen Eigenschaften in keiner Weise hervor und ist ein typisches Erdalkalimetall:

  • Hohe Reaktivität;
  • Bereitwillige Wechselwirkung mit der Atmosphäre und Bildung eines charakteristischen matten Films auf der Oberfläche des Elements;
  • Interagiert aktiv mit Wasser, aber im Gegensatz zu Elementen wie Natrium tritt keine explosive exotherme Reaktion auf;
  • Reagiert mit allen aktiven Nichtmetallen, einschließlich Jod und Brom;

Im Gegensatz zu aktiveren Alkalimetallen erfordert Calcium einen Katalysator oder starkes Erhitzen, um mit Metallen und relativ inerten Elementen (z. B. mit Kohlenstoff) zu reagieren. Calcium wird in dicht verschlossenen Glasbehältern gelagert, um spontane Reaktionen zu verhindern.

Calcium ist eine der fünf häufigsten Substanzen auf dem Planeten, gefolgt von Sauerstoff, Silizium und Aluminium mit Eisen. Darüber hinaus kommt dieses Element in der Natur hauptsächlich in Form von festen oder losen Mineralien vor. Die bekannteste Calciumverbindung ist Kalkstein. Calcium bildet auch eine breite Palette verschiedener Mineralien, von den oben genannten Graniten und Marmoren bis hin zu den weniger verbreiteten Schwerspaten und Spaten. Nach ungefähren Schätzungen von Forschern beträgt der Calciumgehalt in reinem Äquivalent etwa 3,4 Gew.-%.

Bereich der industriellen Anwendung

Im industriellen Bereich gehört Calcium zu den stark nachgefragten Materialien für die Metallurgie. Mit seiner Hilfe werden raffinierte Metalle gewonnen, darunter Uran und Thorium sowie einige Seltenerdelemente. Die Zugabe von Calcium zu Stahlschmelzen trägt zur Bindung und Entfernung von freiem Sauerstoff bei, was die Gefügeeigenschaften der Metalllegierung verbessert. Calcium wird auch als elektrolytisches Element in Akkumulatoren und Batterien verwendet.

Elektronegativität 1,00 (Pauling-Skala) Elektrodenpotential −2,76 Oxidationszustände 2 Ionisationsenergie
(erstes Elektron) 589,4 (6,11) kJ/mol (eV) Thermodynamische Eigenschaften eines einfachen Stoffes Dichte (bei n.a.) 1,55 g/cm³ Die Schmelztemperatur 1112K; 838,85 °C Siedetemperatur 1757 Kelvin; 1483,85°C Oud. Schmelzwärme 9,20 kJ/mol Oud. Verdampfungswärme 153,6 kJ/mol Molare Wärmekapazität 25,9 J/(Kmol) Molares Volumen 29,9 cm³/Mol Das Kristallgitter einer einfachen Substanz Gitterstruktur kubische Fläche zentriert Gitterparameter 5,580 Debye-Temperatur 230 Andere Eigenschaften Wärmeleitfähigkeit (300 K) (201) W/(mK) CAS-Nummer 7440-70-2 Emissionsspektrum

Geschichte und Herkunft des Namens

Der Name des Elements kommt von lat. Kalx (in Genitiv Kalk) - "Kalk", "weicher Stein". Es wurde von dem englischen Chemiker Humphry Davy vorgeschlagen, der 1808 Calciummetall durch die elektrolytische Methode isolierte. Davy elektrolysierte eine Mischung aus nassem Kalkhydrat auf einer Platinplatte, die die Anode war. Als Kathode diente ein in Flüssigkeit getauchter Platindraht. Als Ergebnis der Elektrolyse wurde Calciumamalgam erhalten. Nachdem Davy Quecksilber daraus vertrieben hatte, erhielt er ein Metall namens Kalzium.

Isotope

Calcium kommt in der Natur als Mischung aus sechs Isotopen vor: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca und 48 Ca, von denen das häufigste – 40 Ca – 96,97 % ausmacht. Calciumkerne enthalten die magische Zahl an Protonen: Z= 20 . Isotope 40
20 Ca20
und 48
20 Ca28
sind zwei der fünf doppelt magischen Kerne, die in der Natur existieren.

Von den sechs natürlich vorkommenden Calciumisotopen sind fünf stabil. Das sechste Isotop 48Ca, das schwerste der sechs und sehr selten (seine Isotopenhäufigkeit beträgt nur 0,187 %), unterliegt einem doppelten Beta-Zerfall mit einer Halbwertszeit von (4,39 ± 0,58)⋅10 19 Jahren.

In Steinen und Mineralien

Calcium, das kräftig in wandert Erdkruste und sich in verschiedenen geochemischen Systemen ansammelt, bildet 385 Mineralien (vierter Platz in Bezug auf die Anzahl der Mineralien).

Der größte Teil des Calciums ist in der Zusammensetzung von Silikaten und Alumosilikaten verschiedener Gesteine ​​​​(Granit, Gneise usw.) enthalten, insbesondere in Feldspat - Anorthit Ca.

Calciumminerale wie Calcit CaCO 3 , Anhydrit CaSO 4 , Alabaster CaSO 4 0,5H 2 O und Gips CaSO 4 2H 2 O, Fluorit CaF 2 , Apatite Ca 5 (PO 4) 3 (F, Cl, OH), Dolomit MgCO 3 CaCO 3 . Das Vorhandensein von Calcium- und Magnesiumsalzen in Natürliches Wasser seine Härte wird bestimmt.

Sedimentgestein, das hauptsächlich aus kryptokristallinem Calcit - Kalkstein besteht (eine seiner Sorten ist Kreide). Unter der Wirkung der regionalen Metamorphose wird Kalkstein in Marmor umgewandelt.

Migration in der Erdkruste

Bei der natürlichen Wanderung von Calcium spielt das „Carbonatgleichgewicht“ eine bedeutende Rolle, verbunden mit der reversiblen Reaktion der Wechselwirkung von Calciumcarbonat mit Wasser und Kohlendioxid unter Bildung von löslichem Bicarbonat:

C. ein C. Ö 3 + H. 2 O. + C. Ö 2 ⇄ C. ein (H. C. Ö 3) 2 ⇄ C. ein 2 + + 2 H. C. Ö 3 − (\displaystyle (\mathsf (CaCO_(3)+H_(2)O+CO_(2 )\rightleftarrows Ca(HCO_(3))_(2)\rightleftarrows Ca^(2+)+2HCO_(3)^(-))))

(das Gleichgewicht verschiebt sich je nach Kohlendioxidkonzentration nach links oder rechts).

Biogene Migration spielt eine wichtige Rolle.

In der Biosphäre

Calciumverbindungen kommen in fast allen tierischen und pflanzlichen Geweben vor (siehe unten). Eine erhebliche Menge an Kalzium ist Bestandteil lebender Organismen. Also Hydroxyapatit Ca 5 (PO 4) 3 OH oder in einem anderen Eintrag 3Ca 3 (PO 4) 2 Ca (OH) 2 - die Basis des Knochengewebes von Wirbeltieren, einschließlich Menschen; Schalen und Schalen vieler Wirbelloser, Eierschalen usw. bestehen aus Calciumcarbonat CaCO 3. In lebenden Geweben von Menschen und Tieren 1,4-2% Ca (Massenanteil); in einem menschlichen Körper mit einem Gewicht von 70 kg beträgt der Calciumgehalt etwa 1,7 kg (hauptsächlich in der Zusammensetzung der interzellulären Substanz des Knochengewebes).

Kassenbon

Freies metallisches Calcium wird durch Elektrolyse einer Schmelze bestehend aus CaCl 2 (75–80 %) und KCl oder aus CaCl 2 und CaF 2 sowie aluminothermische Reduktion von CaO bei 1170–1200 °C gewonnen 4 C. ein O + 2 A. l → C. ein A. l 2 O. 4 + 3 C. ein (\displaystyle (\mathsf (4CaO+2Al\rightarrow CaAl_(2)O_(4)+3Ca)))

Physikalische Eigenschaften

Das Calciummetall existiert in zwei allotropen Modifikationen. Bis 443 °C beständig α-Ca mit einem kubisch flächenzentrierten Gitter (Parameter a= 0,558 nm), höher stabil β-Ca mit einem kubisch raumzentrierten Gitter des Typs α-Fe(Parameter a= 0,448 nm). Standard-Enthalpie ∆ H 0 (\displaystyle \Delta H^(0))Überleitung α → β beträgt 0,93 kJ/mol.

Mit einer allmählichen Druckerhöhung beginnt es, die Eigenschaften eines Halbleiters zu zeigen, wird aber kein Halbleiter im vollen Sinne des Wortes (es ist auch kein Metall mehr). Bei einer weiteren Druckerhöhung kehrt es in den metallischen Zustand zurück und beginnt, supraleitende Eigenschaften zu zeigen (die Supraleitungstemperatur ist sechsmal höher als die von Quecksilber und übertrifft alle anderen Elemente in der Leitfähigkeit bei weitem). Einzigartiges Verhalten Kalzium ist Strontium in vielerlei Hinsicht ähnlich (das heißt, Parallelen in Periodensystem werden gespeichert).

Chemische Eigenschaften

In der Reihe der Standardpotentiale steht Calcium links vom Wasserstoff. Das Standard-Elektrodenpotential des Paares Ca 2+ / Ca 0 −2,84 V, damit Calcium aktiv mit Wasser reagiert, jedoch ohne Zündung:

Ca + 2 H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2 . (\displaystyle (\mathsf (Ca+2H_(2)O\rightarrow Ca(OH)_(2)+H_(2)\uparrow .)))

Das Vorhandensein von gelöstem Calciumbicarbonat im Wasser bestimmt maßgeblich die temporäre Wasserhärte. Es wird temporär genannt, weil sich das Bikarbonat beim Kochen von Wasser zersetzt und CaCO 3 ausfällt. Dieses Phänomen führt beispielsweise dazu, dass sich im Wasserkocher mit der Zeit Kalk bildet.

Anwendung

Calciummetall wird hauptsächlich als Reduktionsmittel bei der Herstellung von Metallen, insbesondere Nickel, Kupfer und Edelstahl, verwendet. Calcium und sein Hydrid werden auch verwendet, um schwer zu reduzierende Metalle wie Chrom, Thorium und Uran herzustellen. Calcium-Blei-Legierungen werden in einigen Arten von Batterien und bei der Herstellung von Lagern verwendet. Calciumgranulat wird auch verwendet, um Luftspuren aus Elektrovakuumgeräten zu entfernen. Reines metallisches Calcium wird in der Metallothermie häufig zur Gewinnung von Seltenerdelementen verwendet.

Calcium wird in der Metallurgie häufig verwendet, um Stahl zusammen mit Aluminium oder in Kombination damit zu desoxidieren. Die Behandlung außerhalb des Ofens mit kalziumhaltigen Drähten erfolgt Führungsposition aufgrund der multifaktoriellen Wirkung von Calcium auf den physikalisch-chemischen Zustand der Schmelze, die Makro- und Mikrostruktur des Metalls, die Qualität und Eigenschaften von Metallprodukten und ist ein wesentlicher Bestandteil der Stahlerzeugungstechnologie. In der modernen Metallurgie wird ein Injektionsdraht verwendet, um Calcium in die Schmelze einzubringen, bei dem es sich um Calcium (manchmal Silicocalcium oder Aluminiumcalcium) in Form eines Pulvers oder gepressten Metalls in einer Stahlhülle handelt. Neben der Desoxidation (Entfernung des im Stahl gelösten Sauerstoffs) ermöglicht die Verwendung von Calcium, nichtmetallische Einschlüsse mit günstiger Beschaffenheit, Zusammensetzung und Form zu erhalten, die bei weiteren technologischen Vorgängen nicht zusammenbrechen.

Das 48 Ca-Isotop ist eines der effektivsten und nützlichsten Materialien für die Herstellung superschwerer Elemente und die Entdeckung neuer Elemente im Periodensystem. Dies liegt an der Tatsache, dass Calcium-48 ein doppelt magischer Kern ist, sodass es aufgrund seiner Stabilität für einen leichten Kern ausreichend neutronenreich ist. Die Synthese superschwerer Kerne erfordert einen Überschuss an Neutronen.

Biologische Rolle

Die Konzentration von Calcium im Blut wird aufgrund seiner Bedeutung für eine Vielzahl lebenswichtiger Prozesse genau reguliert, und zwar wann richtige Ernährung und ein ausreichender Verzehr von fettarmen Milchprodukten und Vitamin-D-Mangel tritt nicht auf. Ein längerer Mangel an Calcium und/oder Vitamin D in der Nahrung führt zu einem erhöhten Osteoporoserisiko und verursacht Rachitis im Säuglingsalter.

Anmerkungen

  1. Brinellhärte 200-300 MPa
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Calcium ist ein chemisches Element der Gruppe II mit der Ordnungszahl 20 im Periodensystem, gekennzeichnet durch das Symbol Ca (lat. Calcium). Calcium ist ein weiches, silbrig-graues Erdalkalimetall.

20 Element des Periodensystems Der Name des Elements kommt von lat. calx (im Genitiv calcis) - "Kalk", "weicher Stein". Es wurde vom englischen Chemiker Humphry Davy vorgeschlagen, der 1808 metallisches Calcium isolierte.
Calciumverbindungen - Kalkstein, Marmor, Gips (sowie Kalk - ein Produkt des Brennens von Kalkstein) werden seit mehreren Jahrtausenden im Bauwesen verwendet.
Calcium ist eines der am häufigsten vorkommenden Elemente auf der Erde. Calciumverbindungen kommen in fast allen tierischen und pflanzlichen Geweben vor. Es macht 3,38 % der Masse der Erdkruste aus (Platz 5 im Überfluss nach Sauerstoff, Silizium, Aluminium und Eisen).

Calcium in der Natur finden

Aufgrund der hohen chemischen Aktivität kommt Calcium in freier Form in der Natur nicht vor.
Calcium macht 3,38 % der Masse der Erdkruste aus (Platz 5 im Überfluss nach Sauerstoff, Silizium, Aluminium und Eisen). Elementinhalt in Meerwasser- 400 mg/l.

Isotope

Calcium kommt in der Natur in Form einer Mischung aus sechs Isotopen vor: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca und 48Ca, von denen das häufigste – 40Ca – 96,97 % ausmacht. Die Calciumkerne enthalten magische Zahl Protonen: Z = 20. Isotope
40
20
Ca20 und
48
20
Ca28 sind zwei der fünf in der Natur vorkommenden doppelt magischen Zahlenkerne.
Von den sechs natürlich vorkommenden Calciumisotopen sind fünf stabil. Das sechste 48Ca-Isotop, das schwerste der sechs und sehr selten (seine Isotopenhäufigkeit beträgt nur 0,187 %), unterliegt einem doppelten Beta-Zerfall mit einer Halbwertszeit von 1,6 · 1017 Jahren.

In Steinen und Mineralien

Das meiste Kalzium ist in der Zusammensetzung von Silikaten und Alumosilikaten verschiedener Gesteine ​​​​(Granit, Gneise usw.) enthalten, insbesondere in Feldspat - Anorthit Ca.
In Form von Sedimentgesteinen werden Calciumverbindungen durch Kreide und Kalkstein repräsentiert, die hauptsächlich aus dem Mineral Calcit (CaCO3) bestehen. Die kristalline Form von Calcit, Marmor, kommt in der Natur viel seltener vor.
Weit verbreitet sind Calciumminerale wie Calcit CaCO3, Anhydrit CaSO4, Alabaster CaSO4 0,5H2O und Gips CaSO4 2H2O, Fluorit CaF2, Apatite Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), Dolomit MgCO3 CaCO3. Das Vorhandensein von Calcium- und Magnesiumsalzen in natürlichem Wasser bestimmt seine Härte.
Calcium, das in der Erdkruste stark wandert und sich in verschiedenen geochemischen Systemen anreichert, bildet 385 Minerale (vierter nach der Anzahl der Minerale).

Die biologische Rolle von Calcium

Calcium ist ein häufiger Makronährstoff in Pflanzen, Tieren und Menschen. Bei Menschen und anderen Wirbeltieren befindet sich das meiste davon im Skelett und in den Zähnen. Kalzium kommt in Knochen in Form von Hydroxyapatit vor. Von verschiedene Formen Calciumcarbonat (Kalk) sind die "Skelette" der meisten Gruppen wirbelloser Tiere (Schwämme, Korallenpolypen, Schalentiere usw.). Calciumionen sind an Blutgerinnungsprozessen beteiligt und dienen auch als einer der universellen sekundären Botenstoffe in Zellen und regulieren eine Vielzahl intrazellulärer Prozesse - Muskelkontraktion, Exozytose, einschließlich der Sekretion von Hormonen und Neurotransmittern. Die Konzentration von Calcium im Zytoplasma menschlicher Zellen beträgt etwa 10−4 mmol/l, in Interzellularflüssigkeiten etwa 2,5 mmol/l.

Der Calciumbedarf ist altersabhängig. Für Erwachsene im Alter von 19 bis 50 Jahren und Kinder im Alter von 4 bis einschließlich 8 Jahren beträgt der Tagesbedarf (RDA) 1000 mg (enthalten in etwa 790 ml Milch mit einem Fettgehalt von 1 %) und für Kinder im Alter von 9 bis einschließlich 18 Jahren - 1300 mg pro Tag (enthalten in ca. 1030 ml Milch mit einem Fettgehalt von 1 %). Im Jugendalter ist aufgrund des intensiven Wachstums des Skeletts eine ausreichende Calciumzufuhr sehr wichtig. Allerdings erreichen laut US-Forschung nur 11 % der Mädchen und 31 % der Jungen im Alter von 12 bis 19 Jahren ihre Bedürfnisse. Bei einer ausgewogenen Ernährung gelangt der größte Teil des Calciums (ca. 80 %) mit Milchprodukten in den Körper des Kindes. Das restliche Kalzium stammt aus Getreide (einschließlich Vollkornbrot und Buchweizen), Hülsenfrüchten, Orangen, Gemüse, Nüssen. In „Molkerei“-Produkten auf Basis von Milchfett ( Butter, Sahne, Sauerrahm, Sahneeis) enthält praktisch kein Calcium. Je mehr Milchfett in einem Milchprodukt enthalten ist, desto weniger Kalzium enthält es. Die Kalziumabsorption im Darm erfolgt auf zwei Arten: transzellulär (transzellulär) und interzellulär (parazellulär). Der erste Mechanismus wird durch die Wirkung der aktiven Form von Vitamin D (Calcitriol) und seiner Darmrezeptoren vermittelt. Es spielt eine große Rolle bei einer niedrigen bis mäßigen Kalziumaufnahme. Mit einem höheren Calciumgehalt in der Nahrung beginnt die interzelluläre Absorption die Hauptrolle zu spielen, was mit einem großen Gradienten der Calciumkonzentration einhergeht. Aufgrund des transzellulären Mechanismus wird Calcium verstärkt im Duodenum resorbiert (aufgrund der dort höchsten Konzentration an Rezeptoren im Calcitriol). Aufgrund des interzellulären passiven Transfers ist die Kalziumabsorption in allen drei Abschnitten des Dünndarms am aktivsten. Die Kalziumaufnahme wird parazellulär durch Laktose (Milchzucker) gefördert.

Die Kalziumaufnahme wird durch einige tierische Fette (z Kuhmilch und Rindertalg, aber kein Schmalz) und Palmöl. Die darin enthaltenen Palmitin- und Stearinfettsäuren werden bei der Verdauung im Darm abgespalten und binden in freier Form Calcium fest unter Bildung von Calciumpalmitat und Calciumstearat (unlösliche Seifen). In Form dieser Seife mit Stuhl gehen sowohl Kalzium als auch Fett verloren. Dieser Mechanismus ist verantwortlich für eine verringerte Calciumabsorption, eine verringerte Knochenmineralisierung und eine verringerte indirekte Messung der Knochenfestigkeit bei Säuglingen mit Säuglingsanfangsnahrung auf Palmölbasis (Palmolein). Bei diesen Kindern ist die Bildung von Calciumseifen im Darm mit einer Verhärtung des Stuhls, einer Abnahme seiner Häufigkeit sowie häufigerem Aufstoßen und Koliken verbunden.

Die Konzentration von Calcium im Blut ist aufgrund seiner Bedeutung für eine Vielzahl lebenswichtiger Prozesse genau reguliert und bei richtiger Ernährung und ausreichender Zufuhr von fettarmen Milchprodukten und Vitamin D kommt es nicht zu einem Mangel. Ein längerer Mangel an Calcium und/oder Vitamin D in der Nahrung führt zu einem erhöhten Osteoporoserisiko und verursacht Rachitis im Säuglingsalter.

Übermäßige Dosen von Calcium und Vitamin D können eine Hyperkalzämie verursachen. Die maximale sichere Dosis für Erwachsene im Alter von 19 bis einschließlich 50 Jahren beträgt 2500 mg pro Tag (etwa 340 g Edamer Käse).

Wärmeleitfähigkeit

Unter allen Elementen des Periodensystems können mehrere unterschieden werden, ohne die es nicht nur möglich ist, verschiedene Krankheiten in lebenden Organismen zu entwickeln, sondern es im Allgemeinen unmöglich ist, normal zu leben und zu wachsen. Einer davon ist Kalzium.

Es ist interessant, wann wir redenüber dieses Metall als eine einfache Substanz, dann hat es für eine Person keinen Nutzen, sogar Schaden. Allerdings braucht man nur die Ca 2+ -Ionen zu erwähnen, da gleich eine Menge Punkte ihre Bedeutung charakterisieren.

Stellung von Calcium im Periodensystem

Die Charakterisierung von Calcium beginnt wie bei jedem anderen Element mit der Angabe seiner Position im Periodensystem. Immerhin ermöglicht es, viel über dieses Atom zu lernen:

  • nukleare Ladung;
  • die Anzahl der Elektronen und Protonen, Neutronen;
  • Oxidationszustand, höher und niedriger;
  • elektronische Konfiguration und andere wichtige Dinge.

Das Element, das wir betrachten, befindet sich in der vierten großen Periode der zweiten Gruppe, der Hauptuntergruppe, und hat die Seriennummer 20. Außerdem zeigt das chemische Periodensystem das Atomgewicht von Calcium - 40,08, was der Durchschnittswert der vorhandenen ist Isotope dieses Atoms.

Der Oxidationszustand ist eins, immer konstant, gleich +2. CaO-Formel. Der lateinische Name für das Element ist Calcium, daher das Symbol für das Atom Ca.

Charakterisierung von Calcium als einfacher Stoff

Unter normalen Bedingungen ist dieses Element ein Metall mit silbrig-weißer Farbe. Die Formel von Calcium als einfacher Substanz ist Ca. Aufgrund seiner hohen chemischen Aktivität ist es in der Lage, viele Verbindungen zu bilden, die zu verschiedenen Klassen gehören.

in fest Aggregatzustand ist kein Teil des menschlichen Körpers, daher ist es wichtig für industrielle und technische Zwecke (hauptsächlich chemische Synthesen).

Es ist eines der häufigsten Metalle in Bezug auf seinen Anteil an der Erdkruste, etwa 1,5 %. Es gehört zur Gruppe der Erdalkalien, da es in Wasser gelöst Alkalien liefert, in der Natur aber in Form mehrerer Mineralien und Salze vorkommt. Im Meerwasser ist viel Calcium (400 mg/l) enthalten.

Kristallzelle

Die Eigenschaft von Calcium wird durch die Struktur des Kristallgitters erklärt, das zwei Arten haben kann (da es eine Alpha- und eine Beta-Form gibt):

  • kubisch flächenzentriert;
  • volumenzentriert.

Die Art der Bindung im Molekül ist metallisch, an den Gitterplätzen befinden sich, wie bei allen Metallen, Atom-Ionen.

In der Natur sein

Es gibt mehrere Grundstoffe in der Natur, die dieses Element enthalten.

  1. Meerwasser.
  2. Steine ​​und Mineralien.
  3. Lebende Organismen (Muscheln und Muscheln, Knochengewebe usw).
  4. Grundwasser in der Erdkruste.

Die folgenden Arten von Gesteinen und Mineralien können identifiziert werden, die natürliche Kalziumquellen sind.

  1. Dolomit ist eine Mischung aus Calcium- und Magnesiumcarbonat.
  2. Fluorit ist Calciumfluorid.
  3. Gips - CaSO 4 2H 2 O.
  4. Calcit - Kreide, Kalkstein, Marmor - Calciumcarbonat.
  5. Alabaster - CaSO 4 0,5 H 2 O.
  6. Apathie.

Insgesamt werden etwa 350 verschiedene kalziumhaltige Mineralien und Gesteine ​​isoliert.

Wie kommt man

Trennen Sie das Metall in freier Form lange Zeit es war nicht möglich, da seine chemische Aktivität hoch ist, finden Sie es in der Natur nicht in seiner reinen Form. Daher war das fragliche Element bis zum 19. Jahrhundert (1808) ein weiteres Rätsel, das das Periodensystem trug.

Calcium als Metall konnte der englische Chemiker Humphrey Davy synthetisieren. Er war es, der als erster die Merkmale der Wechselwirkung von Schmelzen fester Mineralien und Salze mit entdeckte elektrischer Schock. Bis heute ist der relevanteste Weg, dieses Metall zu erhalten, die Elektrolyse seiner Salze, wie zum Beispiel:

  • eine Mischung aus Calcium- und Kaliumchloriden;
  • eine Mischung aus Fluorid und Calciumchlorid.

Es ist auch möglich, Calcium aus seinem Oxid mit dem in der Metallurgie üblichen aluminothermischen Verfahren zu extrahieren.

Physikalische Eigenschaften

Die Charakterisierung von Calcium hinsichtlich physikalischer Parameter kann in mehreren Punkten beschrieben werden.

  1. Aggregatzustand - unter Normalbedingungen fest.
  2. Schmelzpunkt - 842 0 С.
  3. Das Metall ist weich und kann mit einem Messer geschnitten werden.
  4. Farbe - silbrig-weiß, brillant.
  5. Es hat gute leitfähige und wärmeleitende Eigenschaften.
  6. Bei längerem Erhitzen geht es in einen flüssigen, dann in einen Dampfzustand über und verliert metallische Eigenschaften. Siedepunkt 1484 0 С.

Die physikalischen Eigenschaften von Calcium haben ein Merkmal. Wenn auf ein Metall Druck ausgeübt wird, verliert es irgendwann seine metallischen Eigenschaften und die Fähigkeit, Strom zu leiten. Bei einer weiteren Erhöhung der Exposition wird es jedoch wiederhergestellt und manifestiert sich als Supraleiter, der in Bezug auf diese Indikatoren um ein Vielfaches höher ist als die übrigen Elemente.

Chemische Eigenschaften

Die Aktivität dieses Metalls ist sehr hoch. Daher gibt es viele Wechselwirkungen, in die Calcium eintritt. Reaktionen mit allen Nichtmetallen sind ihm geläufig, denn als Reduktionsmittel ist er sehr stark.

  1. Unter normalen Bedingungen reagiert es leicht unter Bildung der entsprechenden binären Verbindungen mit: Halogenen, Sauerstoff.
  2. Beim Erhitzen: Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Silizium, Phosphor, Bor, Schwefel und andere.
  3. Im Freien interagiert es sofort mit Kohlendioxid und Sauerstoff und wird daher mit einer grauen Beschichtung bedeckt.
  4. Reagiert heftig mit Säuren, manchmal unter Entzündung.

Interessante Eigenschaften von Calcium zeigen sich in der Zusammensetzung von Salzen. Schöne Höhlen, die an Decke und Wänden wachsen, sind also nichts anderes als im Laufe der Zeit aus Wasser, Kohlendioxid und Bikarbonat unter dem Einfluss von Prozessen im Grundwasser entstanden.

Wenn man bedenkt, wie aktiv das Metall in seinem normalen Zustand ist, wird es in Laboratorien wie alkalischen gelagert. Im Dunkeln Glaswaren, mit fest geschlossenem Deckel und unter einer Schicht Petroleum oder Paraffin.

Eine qualitative Reaktion auf das Calciumion ist die Farbe der Flamme in einem schönen, gesättigten ziegelroten Farbton. Es ist auch möglich, ein Metall in der Zusammensetzung von Verbindungen durch unlösliche Niederschläge einiger seiner Salze (Calciumcarbonat, Fluorid, Sulfat, Phosphat, Silikat, Sulfit) zu identifizieren.

Metallverbindungen

Die Arten von Metallverbindungen sind wie folgt:

  • Oxid;
  • Hydroxid;
  • Calciumsalze (mittel, sauer, basisch, doppelt, komplex).

Calciumoxid, bekannt als CaO, wird zur Herstellung eines Baumaterials (Kalk) verwendet. Löscht man das Oxid mit Wasser, erhält man das entsprechende Hydroxid, das die Eigenschaften eines Alkalis aufweist.

Von großer praktischer Bedeutung sind die verschiedenen Calciumsalze, die in verschiedenen Wirtschaftszweigen Verwendung finden. Welche Salze es gibt, haben wir oben bereits erwähnt. Lassen Sie uns Beispiele für die Typen dieser Verbindungen geben.

  1. Mittlere Salze - CaCO 3 -Carbonat, Ca 3 -Phosphat (PO 4) 2 und andere.
  2. Sauer - Hydrosulfat CaHSO 4.
  3. Die wichtigsten sind Bicarbonat (CaOH) 3 PO 4.
  4. Komplex - Cl 2.
  5. Doppelt - 5Ca (NO 3) 2 * NH 4 NO 3 * 10H 2 O.

In Form von Verbindungen dieser Klasse ist Calcium wichtig für biologische Systeme, da Salze die Quelle von Ionen für den Körper sind.

Biologische Rolle

Warum ist Kalzium wichtig für den menschlichen Körper? Es gibt verschiedene Gründe.

  1. Es sind die Ionen dieses Elements, die Teil der interzellulären Substanz und der Gewebeflüssigkeit sind und an der Regulierung der Erregungsmechanismen, der Produktion von Hormonen und Neurotransmittern beteiligt sind.
  2. Kalzium reichert sich in den Knochen und im Zahnschmelz in einer Menge von etwa 2,5% des gesamten Körpergewichts an. Es ist viel und spielt wichtige Rolle bei der Stärkung dieser Strukturen, Aufrechterhaltung ihrer Stärke und Stabilität. Das Wachstum des Körpers ohne sie ist unmöglich.
  3. Auch die Blutgerinnung hängt von den betreffenden Ionen ab.
  4. Es ist Teil des Herzmuskels und an seiner Erregung und Kontraktion beteiligt.
  5. Es ist an den Prozessen der Exozytose und anderen intrazellulären Veränderungen beteiligt.

Wenn die Menge an verbrauchtem Kalzium nicht ausreicht, kann die Entwicklung von Krankheiten wie:

  • Rachitis;
  • Osteoporose;
  • Blutkrankheiten.

Die tägliche Norm für einen Erwachsenen beträgt 1000 mg und für Kinder ab 9 Jahren 1300 mg. Um eine Überfülle dieses Elements im Körper zu verhindern, sollte die angegebene Dosis nicht überschritten werden. Andernfalls können sich Darmerkrankungen entwickeln.

Für alle anderen Lebewesen ist Calcium nicht weniger wichtig. Obwohl zum Beispiel viele kein Skelett haben, sind die äußeren Mittel, um sie zu stärken, auch Formationen dieses Metalls. Unter ihnen:

  • Schaltier;
  • Muscheln und Austern;
  • Schwämme;
  • Korallenpolypen.

Alle tragen sie auf dem Rücken oder bilden im Prinzip im Laufe des Lebens eine Art äußeres Skelett, das sie vor äußeren Einflüssen und Raubtieren schützt. Sein Hauptbestandteil sind Calciumsalze.

Wirbeltiere benötigen wie Menschen diese Ionen für normales Wachstum und Entwicklung und nehmen sie mit der Nahrung auf.

Es gibt viele Möglichkeiten, mit denen es möglich ist, die fehlende Norm des Elements im Körper auszugleichen. Am besten natürlich natürliche Methoden - Produkte, die das gewünschte Atom enthalten. Wenn dies jedoch aus irgendeinem Grund nicht ausreicht oder unmöglich ist, ist auch der medizinische Weg akzeptabel.

Die Liste der kalziumhaltigen Lebensmittel sieht also etwa so aus:

  • Molkerei- und Sauermilchprodukte;
  • Fisch;
  • Grün;
  • Getreide (Buchweizen, Reis, Vollkornmehlgebäck);
  • einige Zitrusfrüchte (Orangen, Mandarinen);
  • Hülsenfrüchte;
  • alle Nüsse (insbesondere Mandeln und Walnüsse).

Wenn Sie gegen einige Produkte allergisch sind oder sie aus einem anderen Grund nicht verwenden können, helfen kalziumhaltige Präparate, den Spiegel des gewünschten Elements im Körper wieder aufzufüllen.

Alle von ihnen sind Salze dieses Metalls, die vom Körper leicht aufgenommen und schnell in Blut und Darm aufgenommen werden können. Unter ihnen sind die beliebtesten und am häufigsten verwendeten die folgenden.

  1. Calciumchlorid - Injektionslösung oder zur oralen Verabreichung an Erwachsene und Kinder. Es unterscheidet sich in der Salzkonzentration in der Zusammensetzung, es wird für "heiße Injektionen" verwendet, weil es beim Injizieren ein solches Gefühl hervorruft. Es gibt Formen mit Fruchtsaft, um die Einnahme zu erleichtern.
  2. Erhältlich als Tabletten (0,25 oder 0,5 g) und Lösungen zur intravenösen Injektion. Oft in Form von Tabletten enthält es verschiedene Fruchtzusätze.
  3. Calciumlactat - erhältlich in Tabletten von 0,5 g.

Verbindungen von Kalzium.

Cao- Calciumoxid oder Branntkalk, wird durch Zersetzung von Kalkstein gewonnen: CaCO 3 \u003d CaO + CO 2 ist ein Oxid eines Erdalkalimetalls, daher interagiert es aktiv mit Wasser: CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2

Ca(OH) 2 - Calciumhydroxid oder gelöschter Kalk, daher wird die Reaktion CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2 als Kalklöschung bezeichnet. Wenn die Lösung filtriert wird, wird Kalkwasser erhalten - dies ist eine Alkalilösung, sodass sich die Farbe von Phenolphthalein in Purpur ändert.

Kalkhydrat ist im Bauwesen weit verbreitet. Seine Mischung mit Sand und Wasser ist ein gutes Bindematerial. Unter Einwirkung von Kohlendioxid härtet die Mischung aus Ca (OH) 2 + CO 2 \u003d CaCO3 + H 2 O.

Gleichzeitig verwandelt sich ein Teil des Sandes und der Mischung in Silikat Ca (OH) 2 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + H 2 O.

Die Gleichungen Ca (OH) 2 + CO 2 \u003d CaCO 2 + H 2 O und CaCO 3 + H 2 O + CO 2 \u003d Ca (HCO 3) 2 spielen eine wichtige Rolle in der Natur und prägen das Erscheinungsbild unseres Planeten . Kohlendioxid in Form eines Bildhauers und Architekten erschafft unterirdische Paläste in den Schichten von Karbonatgestein. Es ist in der Lage, Hunderttausende Tonnen Kalkstein unter die Erde zu bewegen. Durch Risse in Felsen dringt Wasser mit darin gelöstem Kohlendioxid in die Kalksteindicke ein und bildet Hohlräume - Castra-Höhlen. Calciumbicarbonat existiert nur in Lösung. Grundwasser bewegt sich in der Erdkruste und verdunstet unter geeigneten Bedingungen Wasser: Ca (HCO3) 2 \u003d CaCO3 + H 2 O + CO2 , So entstehen Stalaktiten und Stalagmiten, deren Entstehungsschema vom berühmten Geochemiker A.E. Franz. Auf der Krim gibt es viele Castra-Höhlen. Die Wissenschaft studiert sie Speläologie.

Verwendet im Bau Calciumcarbonat CaCO3- das ist Kreide, Kalkstein, Marmor. Sie alle haben unsere gesehen Bahnhof: Es ist mit weißem Marmor aus dem Ausland veredelt.

Erfahrung: Blasen Sie durch ein Rohr in eine Lösung aus Kalkwasser, es wird trüb .

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 +H 2 Ö

Fügt Essigsäure zu dem gebildeten Niederschlag hinzu, wird Sprudeln beobachtet. Kohlendioxid wird freigesetzt.

CaCO 3 +2CH 3 COOH \u003d Ca (CH 3 SOO) 2 +H 2 O + CO 2

DIE GESCHICHTE ÜBER DIE CARBONAT-BRÜDER.

Drei Brüder leben auf der Erde
Aus der Carbonate-Familie.
Der ältere Bruder ist ein hübscher MARMOR,
Herrlich im Namen von Karara,
Ausgezeichneter Architekt. Er
Er baute Rom und den Parthenon.
Jeder kennt KALKSTEIN,
Deshalb heißt es so.
Berühmt für seine Arbeit
Ein Haus hinter dem Haus bauen.
Sowohl fähig als auch fähig
Der jüngere weiche Bruder MEL.
Wie man zeichnet, schau
Dieses CaCO 3!
Brüder toben gerne
In einem heißen Ofen brennen
Dann werden CaO und CO 2 gebildet.
Es ist Kohlendioxid
Jeder von euch kennt ihn,
Wir atmen es aus.
Nun, das ist Sao -
Heiß gebrannter Branntkalk.
Fügen Sie Wasser hinzu
Gründlich mischen
Um Ärger zu vermeiden
Wir schützen unsere Hände
Cool gemischt LIME, aber gelöscht!
Milch von Kalk
Die Wände sind leicht getüncht.
Das helle Haus heiterte auf
Aus Kalk wird Kreide.
Hokuspokus für das Volk:
Man muss nur durch das Wasser blasen,
Wie einfach es ist
In Milch verwandelt!
Jetzt ist es ziemlich schlau.
Ich bekomme Soda
Milch plus Essig. Ja!
Schaum strömt über den Rand!
Alle in Sorgen, alle in Arbeit
Von Morgengrauen bis Morgengrauen -
Diese Brüder die Karbonaten,
Diese CaCO 3!

Wiederholung: CaO– Calciumoxid, Branntkalk;
Ca(OH) 2 - Calciumhydroxid (gelöschter Kalk, Kalkwasser, Kalkmilch, je nach Konzentration der Lösung).
Allgemein - die gleiche chemische Formel Ca (OH) 2. Unterschied: Kalkwasser ist eine durchsichtige gesättigte Lösung von Ca (OH) 2 und Kalkmilch ist eine weiße Suspension von Ca (OH) 2 in Wasser.
CaCl 2 - Calciumchlorid, Calciumchlorid;
CaCO 3 - Calciumcarbonat, Kreide, Muschelgestein, Marmor, Kalkstein.
L/R: Sammlungen. Als nächstes demonstrieren wir die Sammlung von Mineralien, die im Schullabor verfügbar sind: Kalkstein, Kreide, Marmor, Muschelgestein.
CaS0 4 ∙ 2H 2 0 - hydratisiertes Calciumsulfat, Gips;
CaCO 3 - Calcit, Calciumcarbonat ist Bestandteil vieler Mineralien, die 30 Millionen km 2 auf der Erde bedecken.

Das wichtigste dieser Mineralien ist Kalkstein. Muscheln, Kalksteine organischen Ursprungs. Es geht um die Herstellung von Zement, Calciumcarbid, Soda, Kalk aller Art, in der Metallurgie. Kalkstein ist das Rückgrat der Bauindustrie und viele Baumaterialien werden daraus hergestellt.

Kreide es ist nicht nur Zahnpulver und Schulkreide. Es ist auch ein wertvoller Zusatzstoff bei der Herstellung von Papier (gestrichen - die höchste Qualität) und Gummi; beim Bau und der Reparatur von Gebäuden - als Tünche.

Marmor ist ein dichtes kristallines Gestein. Es gibt Farbe - Weiß, aber meistens färben verschiedene Verunreinigungen es in verschiedenen Farben. Reinweißer Marmor ist selten und wird hauptsächlich von Bildhauern verwendet (Statuen von Michelangelo, Rodin. Im Bauwesen wird farbiger Marmor als Verkleidungsmaterial verwendet ( Moskauer Metro) oder sogar als Hauptbaumaterial von Palästen (Taj Mahal).

In der Welt des interessanten "MAUSOLEUM" Taj Mahal ""

Shah Jahan aus der Mogul-Dynastie hielt fast ganz Asien in Angst und Gehorsam. Im Jahr 1629 starb Mumzat Mahal, Shah Jahans geliebte Frau, im Alter von 39 Jahren während der Geburt auf einem Feldzug (es war ihr 14. Kind, allesamt Jungen). Sie war ungewöhnlich schön, hell, intelligent, der Kaiser gehorchte ihr in allem. Vor ihrem Tod bat sie ihren Mann, ein Grab zu bauen, sich um die Kinder zu kümmern und nicht zu heiraten. Der traurige König schickte seine Gesandten in alle großen Städte, die Hauptstädte der Nachbarstaaten - nach Buchara, Samarkand, Bagdad, Damaskus, um die besten Handwerker zu finden und einzuladen - in Erinnerung an seine Frau beschloss der König, die besten zu errichten Gebäude in der Welt. Gleichzeitig schickten Boten nach Agra (Indien) Pläne für die besten Gebäude Asiens und die besten Baumaterialien. Sie brachten sogar Malachit aus Russland und dem Ural mit. Die Obermaurer kamen aus Delhi und Kandahar; Architekten - aus Istanbul, Samarkand; Dekorateure - aus Buchara; Gärtner aus Bengalen; Die Künstler stammen aus Damaskus und Bagdad, und der bekannte Meister Ustad-Isa war verantwortlich.

Gemeinsam wurde über 25 Jahre lang ein Melomarmor-Gebäude gebaut, umgeben von grünen Gärten, blauen Springbrunnen und einer Moschee aus rotem Sandstein. 20.000 Sklaven errichteten dieses Wunder von 75 m (mit einem 25-stöckigen Gebäude). In der Nähe wollte er sich ein zweites Mausoleum aus schwarzem Marmor bauen, hatte aber keine Zeit. Entthronte ihn vom Thron einheimischer Sohn(2., und er tötete auch alle seine Brüder).

Der Herrscher und Herrscher von Agra verbrachte die letzten Jahre seines Lebens damit, aus dem schmalen Fenster seines Kerkers zu schauen. 7 Jahre lang bewunderte der Vater seine Schöpfung. Als sein Vater erblindete, baute ihm sein Sohn ein Spiegelsystem, damit sein Vater das Mausoleum bewundern konnte. Er wurde im Taj Mahal neben seinem Mumtaz begraben.

Diejenigen, die das Mausoleum betreten, sehen Kenotaphe - falsche Gräber. Die Orte der ewigen Ruhe des Großkhans und seiner Frau befinden sich im Untergeschoss. Alles dort ist mit Edelsteinen besetzt, die wie lebendig leuchten, und die Zweige fabelhafter Bäume, die mit Blumen verschlungen sind, schmücken die Wände des Grabes mit komplizierten Mustern. Türkisblauer Lapislazuli, grünschwarze Nephrite und rote Amethyste, verarbeitet von den besten Schnitzern, singen die Liebe von Shah Jahal und Mumzat Mahal.

Jeden Tag strömen Touristen nach Agra, die das Wahre sehen wollen Weltwunder - das Mausoleum des Taj Mahal, als würde er über dem Boden schweben.

CaCO 3 - Dies ist das Baumaterial des äußeren Skeletts von Weichtieren, Korallen, Muscheln usw., Eierschalen. (Abbildungen bzw Tiere der Korallenbiozönose“ und Ausstellung einer Sammlung von Meereskorallen, Schwämmen, Muschelgestein).