Vápnik bol človeku známy už v staroveku vo forme alkalických zlúčenín, ako je krieda alebo vápenec. Tento prvok bol získaný v čistej forme na začiatku 19. storočia. Potom sa zistilo, že z hľadiska svojich základných vlastností patrí vápnik medzi alkalické kovy.

Vápnik hrá dôležitú biologickú úlohu - je hlavnou zložkou makroelementu kostry (vrátane vonkajšieho) u väčšiny druhov na planéte, je súčasťou hormónov a je regulátorom nervových a svalových interakcií. Chemicky čistý vápnik sa používa pri rôznych reakciách, v metalurgii a v mnohých iných odvetviach.

všeobecné charakteristiky

Vápnik je jedným z typických predstaviteľov rodiny aktívnych alkalických kovov. Vo svojej čistej forme v textúre a vzhľad pripomína železo, s menej výrazným leskom. Krehký, láme sa tvorbou heterogénnych kryštalických granúl. Vápnik je známy najmä vo forme svojich zlúčenín (krieda, vápenec, oxid kremičitý a iné), kde má vzhľad belavej drobivej látky.

Nenachádza sa vo svojej čistej forme kvôli vysokej reaktivite. Časť väčšiny minerálov, vrátane najvyššia hodnota majú mramor, žulu, alabaster a niektoré ďalšie cenné horniny.

Základné fyzikálne a chemické vlastnosti

Patrí do druhej skupiny periodickej tabuľky prvkov a vykazuje podobné fyzikálne vlastnosti ako ostatní predstavitelia alkalickej skupiny:

  • Relatívne nízka hustota (1,6 g/cm3);
  • Hranica teploty topenia je za normálnych podmienok 840 0 C;
  • Priemerná tepelná vodivosť je vo všeobecnosti výrazne nižšia ako u väčšiny kovov;

Celkovo fyzika vápnika nepredstavuje veľké prekvapenie. Tento prvok, ktorý má typickú kryštálovú mriežku, má pomerne nízku pevnosť a takmer nulovú ťažnosť, ľahko sa drobí a láme s vytvorením charakteristického kryštalického vzoru na hranici lomu.

Nedávne štúdie však ukázali veľmi zaujímavé výsledky. Zistilo sa, že pri vysokých sadzbách atmosferický tlak, začnú sa meniť fyzikálne vlastnosti prvku. Objavujú sa vlastnosti polovodičov, ktoré sú absolútne necharakteristické pre žiadne kovy. Extrémny tlak vedie k vzniku supravodivých vlastností vápnika. Tieto štúdie majú ďalekosiahle dôsledky, ale zatiaľ sú aplikácie vápnika obmedzené na jeho konvenčné vlastnosti.

Vápnik vo svojich chemických vlastnostiach nijako nevyniká a je typickým kovom alkalických zemín:

  • Vysoká reaktivita;
  • Ochotná interakcia s atmosférou a vytvorenie charakteristického matného filmu na povrchu prvku;
  • Aktívne interaguje s vodou, ale na rozdiel od prvkov, ako je sodík, nedochádza k výbušnej exotermickej reakcii;
  • Reaguje so všetkými aktívnymi nekovmi vrátane jódu a brómu;

Na rozdiel od aktívnejších alkalických kovov potrebuje vápnik na reakciu s kovmi a relatívne inertnými prvkami (napríklad uhlíkom) katalyzátor alebo silné teplo. Vápnik sa skladuje v tesne uzavretých sklenených nádobách, aby sa zabránilo spontánnym reakciám.

Vápnik je jednou z piatich najbežnejších látok na planéte, hneď po kyslíku, kremíku a hliníku so železom. Okrem toho sa tento prvok v prírode vyskytuje hlavne vo forme pevných alebo zrnitých minerálov. Najznámejšou zlúčeninou vápnika je vápenec. Vápnik tiež tvorí širokú škálu rôznych minerálov, od vyššie spomínanej žuly a mramoru až po menej bežné baryty a ryhy. Podľa približných odhadov výskumníkov je obsah vápnika v čistom ekvivalente asi 3,4 % hmotnosti.

Priemyselné aplikácie

V priemyselnej sfére patrí vápnik do skupiny veľmi žiadaných materiálov pre hutnícke účely. S jeho pomocou sa získavajú čistené kovy vrátane uránu a tória, ako aj niektoré prvky vzácnych zemín. Pridanie vápnika do taveniny ocele pomáha viazať a odstraňovať voľný kyslík, čo zlepšuje štrukturálne vlastnosti kovovej zliatiny. Vápnik sa používa aj ako elektrolytický prvok v batériách a batériách.

Elektronegativita 1,00 (Paulingova stupnica) Elektródový potenciál −2,76 Oxidačné stavy 2 Ionizačná energia
(prvý elektrón) 589,4 (6,11) kJ/mol (eV) Termodynamické vlastnosti jednoduchej látky Hustota (za normálnych podmienok) 1,55 g/cm³ Teplota topenia 1112 K; 838,85 °C Teplota varu 1757 K; 1483,85 °C Ud. teplo fúzie 9,20 kJ/mol Ud. výparné teplo 153,6 kJ/mol Molárna tepelná kapacita 25,9 J/(K mol) Molárny objem 29,9 cm³/mol Kryštálová mriežka jednoduchej látky Mriežková štruktúra kubický tvárovo centrovaný Parametre mriežky 5,580 Debyeho teplota 230 Iné vlastnosti Tepelná vodivosť (300 K) (201) W/(m K) CAS číslo 7440-70-2 Emisné spektrum

História a pôvod mena

Názov prvku pochádza z lat. calx (in genitív kalcis) - „vápno“, „mäkký kameň“. Navrhol to anglický chemik Humphry Davy, ktorý v roku 1808 izoloval kovový vápnik elektrolytickou metódou. Davy podrobil zmes vlhkého haseného vápna elektrolýze na platinovej platni, ktorá slúžila ako anóda. Katódou bol platinový drôt ponorený do kvapaliny. V dôsledku elektrolýzy sa získal amalgám vápnika. Po destilácii ortuti z nej Davy získal kov nazývaný vápnik.

Izotopy

Vápnik sa v prírode vyskytuje ako zmes šiestich izotopov: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca a 48 Ca, z ktorých najbežnejší - 40 Ca - je 96,97%. Vápnikové jadrá obsahujú magický počet protónov: Z= 20. Izotopy 40
20 Ca20
A 48
20 Ca28
sú dve z piatich dvojito magických jadier existujúcich v prírode.

Zo šiestich prírodných izotopov vápnika je päť stabilných. Šiesty izotop 48 Ca, najťažší zo šiestich a veľmi vzácny (jeho izotopová abundancia je len 0,187 %), podlieha dvojitému beta rozpadu s polčasom (4,39 ± 0,58)⋅10 19 rokov.

V horninách a mineráloch

Vápnik, energicky migrujúci do zemská kôra a hromadí sa v rôznych geochemických systémoch, tvorí 385 minerálov (štvrté miesto v počte minerálov).

Väčšina vápnika je obsiahnutá v kremičitanoch a hlinitokremičitanoch rôznych hornín (žuly, ruly a pod.), najmä v živcoch - anortite Ca.

Minerály vápnika ako kalcit CaCO 3 , anhydrit CaSO 4 , alabaster CaSO 4 · 0,5 H 2 O a sadra CaSO 4 · 2H 2 O, fluorit CaF 2 , apatity Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl, OH), dolomit MgC03 · CaC03. Prítomnosť vápenatých a horečnatých solí v prírodná voda určuje sa jeho tvrdosť.

Sedimentárna hornina pozostávajúca hlavne z kryptokryštalického kalcitu je vápenec (jednou z jeho odrôd je krieda). Regionálna metamorfóza premieňa vápenec na mramor.

Migrácia v zemskej kôre

Pri prirodzenej migrácii vápnika zohráva významnú úlohu „uhličitanová rovnováha“, spojená s reverzibilnou reakciou interakcie uhličitanu vápenatého s vodou a oxidom uhličitým za vzniku rozpustného hydrogenuhličitanu:

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

(rovnováha sa posúva doľava alebo doprava v závislosti od koncentrácie oxidu uhličitého).

Obrovskú úlohu zohráva biogénna migrácia.

V biosfére

Zlúčeniny vápnika sa nachádzajú takmer vo všetkých živočíšnych a rastlinných tkanivách (pozri nižšie). Významné množstvo vápnika sa nachádza v živých organizmoch. Hydroxyapatit Ca 5 (PO 4) 3 OH alebo v inom zázname 3Ca 3 (PO 4) 2 · Ca(OH) 2 je teda základom kostného tkaniva stavovcov, vrátane ľudí; Škrupiny a schránky mnohých bezstavovcov, vaječné škrupiny atď. sú vyrobené z uhličitanu vápenatého CaCO 3. V živých tkanivách ľudí a zvierat je 1,4-2 % Ca (hmotnostný zlomok); v ľudskom tele s hmotnosťou 70 kg je obsah vápnika asi 1,7 kg (hlavne v medzibunkovej látke kostného tkaniva).

Potvrdenie

Voľný kovový vápnik sa získava elektrolýzou taveniny pozostávajúcej z CaCl2 (75-80 %) a KCl alebo z CaCl2 a CaF2, ako aj aluminotermickou redukciou CaO pri 1170-1200 °C 4 C a O + 2 A l → C a A l 2 O 4 + 3 C a (\displaystyle (\mathsf (4CaO+2Al\rightarrow CaAl_(2)O_(4)+3Ca))))

Fyzikálne vlastnosti

Kovový vápnik existuje v dvoch alotropných modifikáciách. Stabilné do 443 °C a-Ca s kubickou plošne centrovanou mriežkou (parameter A= 0,558 nm), stabilnejšie p-Ca s kubickým typom mriežky centrovanej na telo a-Fe(parameter a= 0,448 nm). Štandardná entalpia Δ H 0 (\displaystyle \Delta H^(0)) prechod α → β je 0,93 kJ/mol.

Postupným zvyšovaním tlaku začína vykazovať vlastnosti polovodiča, no nestáva sa polovodičom v plnom zmysle slova (už to nie je ani kov). S ďalším zvýšením tlaku sa vráti do kovového stavu a začne vykazovať supravodivé vlastnosti (teplota supravodivosti je šesťkrát vyššia ako teplota ortuti a vo vodivosti ďaleko prevyšuje všetky ostatné prvky). Jedinečné správanie vápnik je v mnohých ohľadoch podobný stronciu (to znamená, že je paralelný v periodická tabuľka sú uložené).

Chemické vlastnosti

V sérii štandardných potenciálov sa vápnik nachádza naľavo od vodíka. Štandardný elektródový potenciál páru Ca 2+ / Ca 0 je -2,84 V, takže vápnik aktívne reaguje s vodou, ale bez vznietenia:

Ca + 2 H20 -> Ca (OH)2 + H2. (\displaystyle (\mathsf (Ca+2H_(2)O\šípka vpravo Ca(OH)_(2)+H_(2)\hore .)))

Prítomnosť rozpusteného hydrogénuhličitanu vápenatého vo vode do značnej miery určuje dočasnú tvrdosť vody. Nazýva sa to dočasné, pretože keď voda vrie, hydrogénuhličitan sa rozkladá a vyzráža sa CaCO 3 . Tento jav vedie napríklad k tomu, že sa v kanvici časom vytvorí vodný kameň.

Aplikácia

Hlavné použitie kovového vápnika je ako redukčné činidlo pri výrobe kovov, najmä niklu, medi a nehrdzavejúcej ocele. Vápnik a jeho hydrid sa používajú aj na výrobu ťažko redukovateľných kovov, ako je chróm, tórium a urán. Zliatiny vápnika a olova sa používajú v niektorých typoch batérií a pri výrobe ložísk. Vápnikové granule sa tiež používajú na odstránenie stôp vzduchu z vákuových zariadení. Čistý kov vápnika je široko používaný v metalotermii na výrobu prvkov vzácnych zemín.

Vápnik sa široko používa v metalurgii na dezoxidáciu ocele spolu s hliníkom alebo v kombinácii s ním. Mimopecné spracovanie drôtmi obsahujúcimi vápnik si vyžaduje vedúce postavenie vďaka multifaktoriálnemu vplyvu vápnika na fyzikálny a chemický stav taveniny, makro- a mikroštruktúru kovu, kvalitu a vlastnosti kovových výrobkov je neoddeliteľnou súčasťou technológie výroby ocele. V modernej metalurgii sa vstrekovací drôt používa na zavádzanie vápnika do taveniny, čo je vápnik (niekedy kremičitan alebo hlinitovápenatý) vo forme prášku alebo lisovaného kovu v oceľovom plášti. Spolu s dezoxidáciou (odstránením kyslíka rozpusteného v oceli) umožňuje použitie vápnika získať nekovové inklúzie, ktoré sú svojou povahou, zložením a tvarom priaznivé a nedeštruujú sa pri ďalších technologických operáciách.

Izotop 48 Ca patrí medzi efektívne a bežne používané materiály na výrobu superťažkých prvkov a objavovanie nových prvkov periodickej tabuľky. Je to preto, že vápnik-48 je dvakrát magické jadro, takže jeho stabilita umožňuje, aby bol dostatočne bohatý na neutróny pre ľahké jadro; syntéza superťažkých jadier vyžaduje nadbytok neutrónov.

Biologická úloha

Koncentrácia vápnika v krvi, vzhľadom na jeho význam pre veľké množstvo životne dôležitých procesov, je presne regulovaná, a kedy správnej výživy a adekvátna konzumácia nízkotučných mliečnych výrobkov a nedochádza k nedostatku vitamínu D. Dlhodobý nedostatok vápnika a/alebo vitamínu D v strave zvyšuje riziko osteoporózy a v dojčenskom veku spôsobuje krivicu.

Poznámky

  1. Tvrdosť podľa Brinella 200-300 MPa
  2. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Atómové hmotnosti prvkov 2011 (Technická správa IUPAC) // Čistá a aplikovaná chémia. - 2013. - Zv. 85, č. 5. - S. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
  3. Redakčný tím: Knunyants I. L. (hlavný redaktor). Chemická encyklopédia: 5 zväzkov - Moskva: Sovietska encyklopédia, 1990. - T. 2. - S. 293. - 671 s. - 100 000 kópií.
  4. Riley J.P. a Skirrow G. Chemická oceánografia V. 1, 1965.
  5. Prityčenko B. Systematics of Evaluated Half-Lives of Double-beta Decay // Nuclear Data Sheets. - 2014. - Jún (roč. 120). - s. 102-105. - ISSN 0090-3752. - DOI:10.1016/j.nds.2014.07.018.[opraviť]
  6. Prityčenko B. Zoznam prijatých hodnôt dvojitého beta (ββ) poklesu (nedefinované) . National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Získané 6. decembra 2015.
  7. Chemist's Handbook / Redakčná rada: Nikolsky B. P. et al.- 2. vydanie, prepracované. - M.-L.: Chémia, 1966. - T. 1. - 1072 s.
  8. Noviny. RU: Tlakové prvky
  9. Vápnik // Veľká sovietska encyklopédia: [v 30 zväzkoch] / kap. vyd. A. M. Prochorov. - 3. vyd. - M.: Sovietska encyklopédia, 1969-1978.
  10. Dyudkin D. A., Kisilenko V. V. Vplyv rôznych faktorov na absorpciu vápnika z plneného drôtu s komplexným plnivom SK40 (Russian) // Elektrometalurgia: časopis. - 2009. - máj (č. 5). - S. 2-6.
  11. Mikhailov G. G., Chernova L. A. Termodynamická analýza procesov deoxidácie ocele vápnikom a hliníkom (ruština) // Elektrometalurgia: časopis. - 2008. - marec (č. 3). - S. 6-8.
  12. Shell Model jadra
  13. Výbor Institute of Medicine (US) na preskúmanie referenčných diétnych dávok vitamínu D a vápnika; Ross AC, Taylor CL, Yaktine AL, Del Valle HB, redaktori (2011).

Vápnik je chemický prvok skupiny II s atómovým číslom 20 v periodickej tabuľke, označený symbolom Ca (lat. Calcium). Vápnik je mäkký kov alkalických zemín so striebristo sivou farbou.

Prvok 20 periodickej tabuľky Názov prvku pochádza z lat. calx (v genitívnom prípade calcis) - „vápno“, „mäkký kameň“. Navrhol to anglický chemik Humphry Davy, ktorý v roku 1808 izoloval kovový vápnik.
Zlúčeniny vápnika – vápenec, mramor, sadra (ako aj vápno – produkt kalcinácie vápenca) sa v stavebníctve používali už pred niekoľkými tisíckami rokov.
Vápnik je jedným z najbežnejších prvkov na Zemi. Zlúčeniny vápnika sa nachádzajú takmer vo všetkých živočíšnych a rastlinných tkanivách. Tvorí 3,38 % hmotnosti zemskej kôry (5. najhojnejšia po kyslíku, kremíku, hliníku a železe).

Nájdenie vápnika v prírode

Kvôli vysokej chemickej aktivite sa vápnik v prírode nevyskytuje vo voľnej forme.
Vápnik tvorí 3,38 % hmotnosti zemskej kôry (5. najrozšírenejší po kyslíku, kremíku, hliníku a železe). Obsah prvku v morská voda- 400 mg/l.

Izotopy

Vápnik sa v prírode vyskytuje ako zmes šiestich izotopov: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca a 48Ca, z ktorých najbežnejší, 40Ca, tvorí 96,97 %. Vápnikové jadrá obsahujú magické číslo protóny: Z = 20. Izotopy
40
20
Ca20 a
48
20
Ca28 sú dve z piatich jadier, ktoré existujú v prírode s dvojnásobným magickým číslom.
Zo šiestich prírodných izotopov vápnika je päť stabilných. Šiesty izotop 48Ca, najťažší zo šiestich a veľmi vzácny (jeho izotopová abundancia je len 0,187 %), podlieha dvojitému beta rozpadu s polčasom rozpadu 1,6 1017 rokov.

V horninách a mineráloch

Väčšina vápnika je obsiahnutá v kremičitanoch a hlinitokremičitanoch rôznych hornín (žuly, ruly a pod.), najmä v živcoch - Ca anortite.
Vo forme sedimentárnych hornín sú zlúčeniny vápnika zastúpené kriedou a vápencami, ktoré pozostávajú najmä z minerálu kalcit (CaCO3). Kryštalická forma kalcitu - mramor - je v prírode oveľa menej bežná.
Pomerne rozšírené sú vápenaté minerály ako kalcit CaCO3, anhydrit CaSO4, alabaster CaSO4 0,5H2O a sadra CaSO4 2H2O, fluorit CaF2, apatit Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), dolomit MgCO3 CaCO3. Prítomnosť vápenatých a horečnatých solí v prírodnej vode určuje jej tvrdosť.
Vápnik, energicky migrujúci v zemskej kôre a hromadiaci sa v rôznych geochemických systémoch, tvorí 385 minerálov (štvrtý najväčší počet minerálov).

Biologická úloha vápnika

Vápnik je bežnou makroživinou v tele rastlín, zvierat a ľudí. U ľudí a iných stavovcov sa ho väčšina nachádza v kostre a zuboch. Vápnik sa nachádza v kostiach vo forme hydroxyapatitu. Od rôzne formy uhličitan vápenatý (vápno) tvoria „kostru“ väčšiny skupín bezstavovcov (špongie, koralové polypy, mäkkýše atď.). Vápnikové ióny sa podieľajú na procesoch zrážania krvi a tiež slúžia ako jeden z univerzálnych druhých poslov vo vnútri buniek a regulujú celý rad vnútrobunkových procesov - svalovú kontrakciu, exocytózu vrátane sekrécie hormónov a neurotransmiterov. Koncentrácia vápnika v cytoplazme ľudských buniek je asi 10−4 mmol/l, v medzibunkových tekutinách je to asi 2,5 mmol/l.

Potreba vápnika závisí od veku. Pre dospelých vo veku 19-50 rokov a deti vo veku 4-8 rokov vrátane je denná potreba (RDA) 1000 mg (obsiahnutých v približne 790 ml mlieka s 1% obsahom tuku) a pre deti vo veku 9 až 18 rokov vrátane - 1300 mg denne (obsiahnutých v približne 1030 ml mlieka s obsahom tuku 1 %). V období dospievania je konzumácia dostatočného množstva vápnika veľmi dôležitá kvôli rýchlemu rastu kostry. Podľa výskumu v Spojených štátoch však len 11 % dievčat a 31 % chlapcov vo veku 12 – 19 rokov dosahuje svoje potreby. Vo vyváženej strave sa väčšina vápnika (asi 80%) dostáva do tela dieťaťa s mliečnymi výrobkami. Zvyšný vápnik pochádza z obilnín (vrátane celozrnného chleba a pohánky), strukovín, pomarančov, zeleniny a orechov. V „mliečnych“ výrobkoch na báze mliečneho tuku ( maslo, smotana, kyslá smotana, zmrzlina na báze smotany) neobsahujú prakticky žiadny vápnik. Čím viac mliečneho tuku mliečny výrobok obsahuje, tým menej vápnika obsahuje. K absorpcii vápnika v čreve dochádza dvoma spôsobmi: transcelulárnym (transcelulárnym) a medzibunkovým (paracelulárnym). Prvý mechanizmus je sprostredkovaný pôsobením aktívnej formy vitamínu D (kalcitriolu) a jeho črevných receptorov. Hrá veľkú úlohu pri nízkom až strednom príjme vápnika. Pri vyššom obsahu vápnika v strave začína hrať hlavnú úlohu medzibunková absorpcia, ktorá je spojená s veľkým gradientom koncentrácie vápnika. Vďaka transcelulárnemu mechanizmu sa vápnik vo väčšej miere vstrebáva v dvanástniku (kvôli tamojšej najvyššej koncentrácii kalcitriolových receptorov). Vďaka medzibunkovému pasívnemu prenosu je vstrebávanie vápnika najaktívnejšie vo všetkých troch častiach tenkého čreva. Paracelulárnu absorpciu vápnika podporuje laktóza (mliečny cukor).

Absorpciu vápnika inhibujú niektoré živočíšne tuky (vrátane kravské mlieko a hovädzí tuk, ale nie bravčová masť) a palmový olej. Mastné kyseliny palmitová a stearová obsiahnuté v takýchto tukoch sa počas trávenia v črevách odštiepia a vo voľnej forme pevne viažu vápnik za vzniku palmitátu vápenatého a stearátu vápenatého (nerozpustné mydlá). Vo forme tohto mydla sa v stolici stráca vápnik aj tuk. Tento mechanizmus je zodpovedný za zníženú absorpciu vápnika, zníženú mineralizáciu kostí a znížené nepriame merania sily kostí u dojčiat používajúcich dojčenskú výživu na báze palmového oleja (palmový oleín). U takýchto detí je tvorba vápenatých mydiel v črevách spojená s tvrdnutím stolice, znížením jej frekvencie, ako aj častejším regurgitáciou a kolikami.

Koncentrácia vápnika v krvi je vzhľadom na jeho význam pre veľké množstvo životne dôležitých procesov presne regulovaná a pri správnej výžive a primeranej konzumácii nízkotučných mliečnych výrobkov a vitamínu D nedochádza k jeho nedostatku. Dlhodobý nedostatok vápnika a/alebo vitamínu D v strave zvyšuje riziko osteoporózy a spôsobuje rachitu v detstve.

Nadmerné dávky vápnika a vitamínu D môžu spôsobiť hyperkalcémiu. Maximálna bezpečná dávka pre dospelých vo veku 19 až 50 rokov vrátane je 2500 mg denne (asi 340 g syra Eidam).

Tepelná vodivosť

Medzi všetkými prvkami periodickej tabuľky možno identifikovať niekoľko, bez ktorých sa v živých organizmoch nielen vyvíjajú rôzne choroby, ale vo všeobecnosti nie je možné normálne žiť a rásť. Jedným z nich je vápnik.

Zaujímalo by ma, čo kedy hovoríme o o tomto kove ako jednoduchej látke nemá pre človeka žiaden úžitok, dokonca ani škodu. Akonáhle však spomeniete ióny Ca 2+, okamžite sa vynorí množstvo bodov, ktoré charakterizujú ich dôležitosť.

Pozícia vápnika v periodickej tabuľke

Charakterizácia vápnika, ako každého iného prvku, začína uvedením jeho umiestnenia v periodickej tabuľke. Koniec koncov, umožňuje naučiť sa veľa o danom atóme:

  • jadrová nálož;
  • počet elektrónov a protónov, neutrónov;
  • oxidačný stav, najvyšší a najnižší;
  • elektronická konfigurácia a ďalšie dôležité veci.

Prvok, o ktorom uvažujeme, sa nachádza vo štvrtom hlavnom období druhej skupiny, hlavnej podskupiny, a má poradové číslo 20. Taktiež periodická chemická tabuľka ukazuje atómovú hmotnosť vápnika – 40,08, čo je priemerná hodnota existujúce izotopy daného atómu.

Oxidačný stav je jeden, vždy konštantný, rovný +2. Vzorec CaO. Latinský názov prvku je vápnik, odtiaľ symbol pre atóm Ca.

Charakteristika vápnika ako jednoduchej látky

Za normálnych podmienok je týmto prvkom kov, strieborno-bielej farby. Vzorec vápnika ako jednoduchej látky je Ca. Vďaka svojej vysokej chemickej aktivite je schopný tvoriť mnoho zlúčenín patriacich do rôznych tried.

V pevnom stav agregácie Nie je súčasťou ľudského tela, preto je dôležitý pre priemyselné a technické potreby (hlavne chemické syntézy).

Je to jeden z najbežnejších kovov v zemskej kôre, asi 1,5%. Patrí do skupiny kovov alkalických zemín, pretože po rozpustení vo vode vytvára alkálie, ale v prírode sa vyskytuje vo forme viacerých minerálov a solí. Veľa vápnika (400 mg/l) obsahuje morská voda.

Kryštálová bunka

Charakteristiky vápnika sú vysvetlené štruktúrou kryštálovej mriežky, ktorá môže byť dvoch typov (pretože existuje alfa a beta forma):

  • kubická tvár-centrická;
  • objemovo centrický.

Typ väzby v molekule je kovový; na miestach mriežky, ako všetky kovy, sú atómové ióny.

Byť v prírode

V prírode existuje niekoľko hlavných látok, ktoré obsahujú tento prvok.

  1. Morská voda.
  2. Horniny a minerály.
  3. Živé organizmy (mušle a lastúry, kostného tkaniva a tak ďalej).
  4. Podzemná voda v zemskej kôre.

Nasledujúce typy hornín a minerálov možno identifikovať ako prírodné zdroje vápnika.

  1. Dolomit je zmes uhličitanu vápenatého a horečnatého.
  2. Fluorit je fluorid vápenatý.
  3. Sadra - CaS04 2H20.
  4. Kalcit - krieda, vápenec, mramor - uhličitan vápenatý.
  5. Alabaster - CaS04.0,5H20.
  6. Apatia.

Celkovo existuje asi 350 rôznych minerálov a hornín, ktoré obsahujú vápnik.

Spôsoby získavania

Izolujte kov vo voľnej forme na dlhú dobu Nebolo to možné, pretože jeho chemická aktivita je vysoká a v prírode sa nenachádza v čistej forme. Preto až do 19. storočia (1808) bol predmetný prvok ďalšou záhadou, ktorú predstavovala periodická tabuľka.

Anglickému chemikovi Humphrymu Davymu sa podarilo syntetizovať vápnik ako kov. Bol to on, kto prvýkrát objavil zvláštnosti interakcie tavenín pevných minerálov a solí s elektrický šok. Dnes je najdôležitejším spôsobom získania tohto kovu elektrolýza jeho solí, ako napríklad:

  • zmes chloridov vápnika a draslíka;
  • zmes fluoridu a chloridu vápenatého.

Je tiež možné extrahovať vápnik z jeho oxidu pomocou aluminotermie, bežnej metódy v metalurgii.

Fyzikálne vlastnosti

Charakteristiku vápnika podľa fyzikálnych parametrov možno popísať v niekoľkých bodoch.

  1. Stav agregácie je za normálnych podmienok pevný.
  2. Teplota topenia - 842 °C.
  3. Kov je mäkký a dá sa rezať nožom.
  4. Farba - strieborno-biela, lesklá.
  5. Má dobré vodivé a teplovodivé vlastnosti.
  6. Pri dlhom zahrievaní sa mení na kvapalinu, potom na paru a stráca kovové vlastnosti. Teplota varu 1484 °C.

Fyzikálne vlastnosti vápnika majú jednu zvláštnosť. Keď sa na kov pôsobí tlakom, v určitom okamihu stráca svoje kovové vlastnosti a schopnosť viesť elektrický prúd. S ďalším zvýšením expozície sa však opäť obnoví a prejaví sa ako supravodič, v týchto ukazovateľoch niekoľkonásobne vyšší ako ostatné prvky.

Chemické vlastnosti

Aktivita tohto kovu je veľmi vysoká. Preto existuje veľa interakcií, do ktorých vápnik vstupuje. Bežné sú pre neho reakcie so všetkými nekovmi, pretože ako redukčné činidlo je veľmi silný.

  1. Za normálnych podmienok ľahko reaguje za vzniku zodpovedajúcich binárnych zlúčenín s: halogénmi, kyslíkom.
  2. Pri zahrievaní: vodík, dusík, uhlík, kremík, fosfor, bór, síra a iné.
  3. Na čerstvom vzduchu okamžite interaguje s oxidom uhličitým a kyslíkom, a preto sa pokryje sivým povlakom.
  4. Prudko reaguje s kyselinami, niekedy spôsobuje zápal.

Pri soliach sa objavujú zaujímavé vlastnosti vápnika. Nádherné jaskyne vyrastajúce na strope a stenách teda nie sú ničím iným, ako časom vznikajúcim z vody, oxidu uhličitého a bikarbonátu pod vplyvom procesov v podzemných vodách.

Vzhľadom na to, aký aktívny je kov vo svojom normálnom stave, je rovnako ako alkalické kovy skladovaný v laboratóriách. V tme sklenený tovar, s tesne uzavretým vekom a pod vrstvou petroleja alebo parafínu.

Kvalitatívnou reakciou na vápenatý ión je sfarbenie plameňa do krásnej sýtej tehlovočervenej farby. Kov v zložení zlúčenín môžete identifikovať aj podľa nerozpustných zrazenín niektorých jeho solí (uhličitan vápenatý, fluorid, síran, fosforečnan, kremičitan, siričitan).

Kovové spoje

Typy kovových zlúčenín sú nasledovné:

  • oxid;
  • hydroxid;
  • vápenaté soli (stredné, kyslé, zásadité, dvojité, komplexné).

Oxid vápenatý známy ako CaO sa používa na vytvorenie stavebného materiálu (vápna). Ak oxid uhasíte vodou, získate zodpovedajúci hydroxid, ktorý vykazuje vlastnosti zásady.

Veľký praktický význam majú rôzne vápenaté soli, ktoré sa používajú v rôznych odvetviach hospodárstva. Aké soli existujú, sme už spomenuli vyššie. Uveďme príklady typov týchto spojení.

  1. Stredné soli - uhličitan CaCO 3, fosforečnan Ca 3 (PO 4) 2 a iné.
  2. Kyslý - hydrogensíran CaHSO 4.
  3. Hlavnými sú bikarbonát (CaOH) 3 PO 4.
  4. Komplex - Cl 2.
  5. Dvojitý - 5Ca(N03)2*NH4N03*10H20.

Práve vo forme zlúčenín tejto triedy je vápnik dôležitý pre biologické systémy, pretože soli sú pre telo zdrojom iónov.

Biologická úloha

Prečo je vápnik pre ľudský organizmus dôležitý? Dôvodov je viacero.

  1. Práve ióny tohto prvku sú súčasťou medzibunkovej hmoty a tkanivového moku, podieľajú sa na regulácii excitačných mechanizmov, tvorbe hormónov a neurotransmiterov.
  2. Vápnik sa hromadí v kostiach a zubnej sklovine v množstve asi 2,5 % z celkovej telesnej hmotnosti. Je to veľa a hrá dôležitá úloha pri posilňovaní týchto štruktúr, udržiavaní ich pevnosti a stability. Bez toho je rast tela nemožný.
  3. Zrážanie krvi závisí aj od príslušných iónov.
  4. Je súčasťou srdcového svalu, podieľa sa na jeho excitácii a kontrakcii.
  5. Je účastníkom procesov exocytózy a iných vnútrobunkových zmien.

Ak množstvo spotrebovaného vápnika nestačí, potom choroby, ako sú:

  • rachitída;
  • osteoporóza;
  • krvné choroby.

Denný príjem pre dospelého je 1000 mg a pre deti staršie ako 9 rokov 1300 mg. Aby ste predišli prebytku tohto prvku v tele, nemali by ste prekročiť stanovenú dávku. V opačnom prípade sa môžu vyvinúť črevné ochorenia.

Pre všetky ostatné živé bytosti je vápnik nemenej dôležitý. Napríklad, hoci mnohí nemajú kostru, ich vonkajším prostriedkom na spevnenie sú tiež útvary z tohto kovu. Medzi nimi:

  • mäkkýše;
  • mušle a ustrice;
  • špongie;
  • koralové polypy.

Všetci nesú na chrbte alebo v zásade tvoria v procese života určitú vonkajšiu kostru, ktorá ich chráni pred vonkajšími vplyvmi a predátormi. Jeho hlavnou zložkou sú vápenaté soli.

Stavovce, rovnako ako ľudia, potrebujú tieto ióny pre normálny rast a vývoj a prijímajú ich z potravy.

Existuje veľa možností, pomocou ktorých je možné doplniť chýbajúci prvok v tele. Najlepšie sú samozrejme prírodné metódy – produkty obsahujúce požadovaný atóm. Ak je to však z nejakého dôvodu nedostatočné alebo nemožné, je prijateľná aj lekárska cesta.

Takže zoznam potravín obsahujúcich vápnik je asi takýto:

  • mliečne a fermentované mliečne výrobky;
  • ryby;
  • zeleň;
  • obilniny (pohánka, ryža, pečivo z celozrnnej múky);
  • niektoré citrusové plody (pomaranče, mandarínky);
  • strukoviny;
  • všetky orechy (najmä mandle a vlašské orechy).

Ak ste alergický na niektoré potraviny alebo ich nemôžete jesť z iného dôvodu, potom prípravky s obsahom vápnika pomôžu doplniť hladinu potrebného prvku v tele.

Všetky sú to soli tohto kovu, ktoré majú schopnosť ľahko sa absorbovať v tele, rýchlo sa vstrebávajú do krvi a čriev. Medzi nimi sú najpopulárnejšie a najpoužívanejšie nasledujúce.

  1. Chlorid vápenatý - injekčný roztok alebo na perorálne podanie dospelým a deťom. Líši sa koncentráciou soli v zložení, používa sa na „horúce injekcie“, pretože pri injekcii spôsobuje presne tento pocit. Existujú formy s ovocnou šťavou pre jednoduchšie perorálne podávanie.
  2. Dostupné vo forme tabliet (0,25 alebo 0,5 g) a roztokov na intravenóznu injekciu. Často vo forme tabliet obsahuje rôzne ovocné prísady.
  3. Laktát vápenatý - dostupný v tabletách po 0,5 g.

Zlúčeniny vápnika.

SaO– oxid vápenatý alebo nehasené vápno, získané rozkladom vápenca: CaCO 3 = CaO + CO 2 je oxid kovu alkalických zemín, preto aktívne interaguje s vodou: CaO + H 2 O = Ca (OH) 2

Ca(OH) 2 – hydroxid vápenatý alebo hasené vápno, preto sa reakcia CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 nazýva hasenie vápna. Ak sa roztok prefiltruje, výsledkom je vápenná voda – ide o alkalický roztok, takže mení farbu fenolftaleínu na karmínovú.

Hasené vápno je široko používané v stavebníctve. Jeho zmes s pieskom a vodou je dobrým spojivom. Vplyvom oxidu uhličitého zmes vytvrdzuje Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO3 + H 2 O.

Súčasne sa časť piesku a zmesi premení na kremičitan Ca(OH) 2 + SiO 2 = CaSiO 3 + H 2 O.

Rovnice Ca (OH) 2 + CO 2 = CaCO 2 + H 2 O a CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca (HCO 3) 2 hrajú veľkú úlohu v prírode a pri formovaní vzhľadu našej planéty. Oxid uhličitý v podobe sochára a architekta vytvára podzemné paláce vo vrstvách karbonátových hornín. Je schopný presunúť stovky a tisíce ton vápenca pod zem. Prasklinami v horninách sa voda s rozpusteným oxidom uhličitým dostáva do vápencovej vrstvy, kde vznikajú dutiny - liatinové jaskyne. Hydrogenuhličitan vápenatý existuje iba v roztoku. Podzemná voda sa pohybuje v zemskej kôre, pri vhodných podmienkach sa voda vyparuje: Ca(HCO3) 2 = CaCO3 + H2O + CO 2 , Takto vznikajú stalaktity a stalagmity, ktorých schému formovania navrhol známy geochemik A.E. Fersman. Na Kryme je veľa jaskýň castrum. Veda ich skúma speleológie.

Uhličitan vápenatý používaný v stavebníctve CaC03- krieda, vápenec, mramor. Videli ste všetci naše Vlaková stanica: Zdobí ju biely mramor privezený zo zahraničia.

skúsenosti: prefúknite hadičkou do roztoku vápennej vody, zakalí sa .

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + N 2 O

K vytvorenej zrazenine sa pridá kyselina octová, pozoruje sa var, pretože sa uvoľňuje oxid uhličitý.

CaCO 3 +2CH 3 COOH = Ca(CH 3 tak) 2 +H 2 O + CO 2

ROZPRÁVKA O BRATOCH UHLIČITÝCH.

Na zemi žijú traja bratia
Z rodiny Carbonate.
Starší brat je pekný MRAMOR,
Slávny v mene Karara,
Vynikajúci architekt. On
Postavený Rím a Parthenon.
Každý pozná VÁPENEC,
Preto sa to tak volá.
Preslávený svojou prácou
Stavba domu za domom.
Aj schopných aj schopných
Malý mäkký brat MEL.
Pozrite sa, ako kreslí,
Tento CaCO 3!
Bratia radi šantia
Zahrejte v horúcej rúre,
Potom sa vytvorí CaO a C02.
Toto je oxid uhličitý
Každý z vás ho pozná,
Vydýchneme to.
No, toto je SaO -
Nehasené vápno pálené za tepla.
Pridajte k tomu vodu,
Dôkladne premiešame
Aby neboli žiadne problémy,
Chránime si ruky
Dobre namletá LIMEKA, ale KRÚHANÁ!
Limetkové mlieko
Steny sú ľahko vybielené.
Svetlý dom sa stal veselým,
Premena vápna na kriedu.
Hokus pókus pre ľudí:
Stačí prefúknuť vodou,
Aké je to jednoduché
Premenené na mlieko!
A teraz je to celkom šikovné
Dostávam sódu:
Mlieko plus ocot. Áno!
Pena leje cez okraj!
Všetko je v starostiach, všetko je v práci
Od úsvitu do úsvitu -
Títo bratia karbonátky,
Tieto CaCO 3!

Opakovanie: CaO– oxid vápenatý, nehasené vápno;
Ca(OH) 2 – hydroxid vápenatý (hasené vápno, vápenná voda, vápenné mlieko v závislosti od koncentrácie roztoku).
Všeobecná vec je rovnaký chemický vzorec Ca(OH) 2. Rozdiel: vápenná voda je priehľadný nasýtený roztok Ca(OH) 2 a vápenné mlieko je biela suspenzia Ca(OH) 2 vo vode.
CaCl 2 - chlorid vápenatý, chlorid vápenatý;
CaCO 3 – uhličitan vápenatý, krieda, mušľový mramor, vápenec.
Ľ/P: zbierky.Ďalej predvedieme zbierku minerálov dostupných v školskom laboratóriu: vápenec, krieda, mramor, mušle.
CaS0 4 ∙ 2 hod 2 0 - kryštálový hydrát síranu vápenatého, sadra;
CaCO 3 - kalcit, uhličitan vápenatý je súčasťou mnohých minerálov, ktoré pokrývajú 30 miliónov km 2 na zemi.

Najdôležitejším z týchto minerálov je vápenec. Škrupinové skaly, vápence organického pôvodu. Používa sa pri výrobe cementu, karbidu vápnika, sódy, všetkých druhov vápna a v hutníctve. Vápenec je základom stavebného priemyslu, vyrába sa z neho veľa stavebných materiálov.

Krieda Nie je to len zubný prášok a školská krieda. Je tiež cennou prísadou pri výrobe papiera (natieraný - špičková kvalita) a gumy; pri výstavbe a renovácii budov - ako vápno.

Mramor je hustá kryštalická hornina. Existuje farebný - biely, no najčastejšie ho rôzne nečistoty farbia do rôznych farieb. Čistý biely mramor je vzácny a používajú ho najmä sochári (sochy Michelangelo, Rodin. V stavebníctve sa ako obkladový materiál používa farebný mramor ( Moskovské metro) alebo aj ako hlavný stavebný materiál palácov (Taj Mahal).

Vo svete zaujímavých vecí „MAZOLEUM Taj Mahal“

Shah Jahan z dynastie Veľkých Mughalov udržiaval takmer celú Áziu v strachu a poslušnosti. V roku 1629 Mumzat Mahal, milovaná manželka Shah Jahana, zomrela vo veku 39 rokov pri pôrode počas kampane (toto bolo ich 14. dieťa, všetci chlapci). Bola neobyčajne krásna, bystrá, bystrá, cisár ju vo všetkom poslúchal. Pred smrťou požiadala manžela, aby postavil hrobku, postaral sa o deti a neoženil sa. Zarmútený kráľ poslal svojich vyslancov do všetkých veľkých miest, hlavných miest susedných štátov – do Buchary, Samarkandu, Bagdadu, Damasku, aby našli a pozvali najlepších remeselníkov – na pamiatku svojej manželky sa kráľ rozhodol postaviť najlepšiu stavbu v r. svet. Poslovia zároveň poslali plány všetkých najlepších budov v Ázii a najlepších stavebných materiálov do Agra (India). Malachit dokonca priviezli z Ruska a Uralu. Hlavní murári pochádzali z Dillí a Kandaháru; architekti - z Istanbulu, Samarkand; dekoratéri - z Bukhary; záhradníci - z Bengálska; umelci boli z Damasku a Bagdadu a viedol to známy majster Ustad-Isa.

Spolu, viac ako 25 rokov, bola postavená stavba z kriedového mramoru obklopená zelenými záhradami, modrými fontánami a mešitou z červeného pieskovca. Tento zázrak 75 m (25-poschodová budova) postavilo 20 000 otrokov. Neďaleko som si chcel postaviť druhé mauzóleum z čierneho mramoru, ale nemal som čas. Bol zosadený z trónu rodný syn(2. a zabil aj všetkých svojich bratov).

Vládca a pán Agra strávil posledné roky svojho života pohľadom z úzkeho okna svojho väzenia. Otec obdivoval jeho tvorbu 7 rokov. Keď otec oslepol, syn mu vyrobil sústavu zrkadiel, aby otec mohol obdivovať mauzóleum. Pochovali ho v Tádž Mahale vedľa svojej Mumtaz.

Tí, ktorí vstupujú do mauzólea, vidia kenotafy - falošné hrobky. Miesta večného odpočinku Veľkého chána a jeho manželky sa nachádzajú na prízemí v suteréne. Všetko je tam obložené drahými kameňmi, ktoré žiaria ako živé, a konáre rozprávkových stromov poprepletané kvetmi zdobia steny hrobky v zložitých vzoroch. Tyrkysovo-modré lapis lazuli, zeleno-čierne jades a červené ametysty, vytvorené najlepšími rezbármi, oslavujú lásku Shah Jahal a Mumzat Mahal.

Turisti sa každý deň ponáhľajú do Agry a chcú vidieť pravdu div sveta - mauzóleum Tádž Mahal, akoby sa vznášal nad zemou.

CaCO 3 je stavebným materiálom pre exoskelet mäkkýšov, koralov, lastúr atď. a vaječných škrupín. (ilustrácie resp Živočíchy koralovej biocenózy“ a ukážka zbierky morských koralov, húb, mušlí).