химический каталог




КАЛЬЦИЙ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

КАЛЬЦИЙ (от латинского calx, родительный падеж calcis - известь; лат. Calcium), Са, химический элемент II гр. периодической системы, относится к щелочноземельным элементам, атомный номер 20, атомная масса 40,08. Прир. КАЛЬЦИЙ состоит из шести стабильных изотопов - 40Са (96,94%), 44Са (2,09%), 42Са (0,667%), 48Са (0,187%), 43Са (0,135%) и 46Са (0,003%). Поперечные сечения (10-28 м2) захвата тепловых нейтронов изотопов с маc. ч. 40, 42, 44, 46 и 48 равны соответственно 0,22, 40, 0,63, 0,25 и 1,1. Конфигурация внешний электронной оболочки 4s2; степень окисления +2, очень редко +1; энергии ионизации Са0 : Са+ : Са2+ соответственно равны 6,11308 и 11,8714 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,0; атомный радиус 0,197 нм, ионный радиус (в скобках указано координац. число) Са2+ 0,114 нм (6), 0,126 нм (8), 0,137 нм (10), 0,148 нм (12). По распространенности в земной коре КАЛЬЦИЙ занимает пятое место (после О, Si, Al, Fe), его содержание в земной коре составляет 3,38% по массе. Встречается только в виде соединение, в основном солей кислородсодержащих кислот; известно около 400 минералов, содержащих КАЛЬЦИЙ Очень распространены различные силикаты и алюмосиликаты, например, анортит Са[Al2Si2O8], диопсид CaMg[Si2O6], волластонит Са3[Si3O9]. Кроме них пром. значение имеют кальцит СаСО3 (природные формы - известняк, мел, мрамор), доломит CaMg(CO3)2, фосфорит Са5(РО4)3(ОН, СО3) (с различные примесями), апатиты Са5(PO4)3(F, Cl), гипс CaSO4 * 2H2O, флюорит CaF2 и др. Большое количество КАЛЬЦИЙ находится в природные водах вследствие существования глобального карбонатного равновесия между практически нерастворимым СаСО3, хорошо растворимым Са(НСО3)2 и находящимся в воде и воздухе СО2. Значительное количество КАЛЬЦИЙ содержится в организмах многие животных, например, гидроксилапатит - в костной ткани позвоночных, СаСО3 - в раковинах моллюсков, яичной скорлупе.
Свойства. КАЛЬЦИЙ - серебристо-белый металл. Существует в двух аллотропных модификациях: до 443 °С устойчив a -Са с кубич. гранецентрир. решеткой типа Сu, а = 0,558 нм, z = 4, пространств. группа Fm3m, плотность 1,54 г/см3; в интервале 443-842 °С - b -Са с кубич. объемноцентрир. решеткой типа a -Fe, а = 0,448 нм, z = 2, пространств. группа Im3m; D H0 перехода a D b 0,93 кДж/моль. Температура плавления 842 °С, температура кипения 1495 °С D H0пл 8,54 кДж/моль, D H0исп 151,9 кДж/моль; для a -Са: С°р 25,9 Дж/(моль * К), S0298 41,6 Дж/(моль * К); для b -Са: С°p [Дж/(моль * К)] = 6,276 + 32,384 * 10-3T + 10,460 * 105T-2 (716-1115 К); для жидкого КАЛЬЦИЙ С°р 31 Дж/(моль * К); уравения температурной зависимости давления пара над твердым и жидким КАЛЬЦИЙ соответственно (в мм рт. ст.): lgp = 6,090 - 9051 /Т - 0,783 * 10-3T + l,030 lgT (500-1700 К), lgp = 53,652 - 12827/T + 2,002 * 10-3Т - 14,485 lgT (490-2700 К); температурный коэффициент линейного расширения 22 * 10-6 К-1 (273-573 К); r 4,6 * 10-8Ом * м (293 К); теплопроводность 125,6 Вт/(м * К) при 293 КАЛЬЦИЙ Пластичен; модуль упругости 26 ГПа, s pаст 60 МПа, s сж 4 МПа, предел текучести 38 МПа, твердость по Бринеллю 200-300 МПа. Стандартный электродный потенциал Ca2+/Ca0 — 2,84 В. На воздухе, содержащем пары воды, КАЛЬЦИЙ быстро покрывается слоем смеси оксида СаО и гидроксида Са(ОН)2. Он интенсивно окисляется кислородом до СаО; при нагревании в кислороде и на воздухе воспламеняется. С водой КАЛЬЦИЙ реагирует с выделением Н2 и образованием Са(ОН)2, причем в холодной воде скорость реакции постепенно уменьшается вследствие образования на поверхности металла слоя малорастворимого Са(ОН)2. Интенсивно реагирует с галогенами, давая СаХ2. При нагревании КАЛЬЦИЙ с расплавами его галогенидов образуются моногалогениды СаХ, которые стабильны только выше температур плавления дигалогенидов (они диспропорционируют при охлаждении с образованием Са и СаХ2). С Н2 при нагревании КАЛЬЦИЙ дает гидрид СаН2, в котором водород является анионом. При нагревании в атмосфере азота загорается и образует нитрид Ca3N2, известный в двух кристаллич. формах - высокотемпературной a (плотность 2,63 г/см3) и низкотемпературной b (коричневого цвета); температура плавления 1195°С. Нитрид Ca3N4 получен при нагревании в вакууме амида Ca(NH2)2. С углеродом КАЛЬЦИЙ образует кальция карбид СаС2, с бором -борид СаВ6 (температура плавления 2235 °С), с кремнием - силициды Ca2Si (температура плавления ~ 900 °С, с различные), CaSi (температура плавления 1245°С), Ca3Si4 (температура плавления 1020 °С, с различные) и CaSi2 (температура плавления 1000 °С), с фосфором - фосфиды Са3Р2, СаР и СаР3, с халькогенами - халькогениды CaS (температура плавления 2525°С), CaSe (температура плавления 1470°С), СаТе (температура плавления 1510°С). Известны также полихалькогениды CaS4, CaS5, Са2Те3. КАЛЬЦИЙ образует соединения с многие металлами, в частности с Ag, Au, Al, Cu, Mg, Rb. Металлич. КАЛЬЦИЙ вытесняет из расплавов солей большинство др. металлов. КАЛЬЦИЙ хорошо растворим в жидком NH3 с образованием синего раствора, при испарении которого выделяется аммиакат [Са(NН3)6] - твердое соединение золотистого цвета с металлич. проводимостью; разлагается на Са и NH3 при 12°С; воспламеняется на воздухе. КАЛЬЦИЙ медленно реагирует с жидким NH3 (быстро - в присутствии Pt) с выделением Н2 и образованием амида Ca(NH2)2. Соли КАЛЬЦИЙ обычно получают взаимодействие кислотных оксидов с СаО, действием кислот на Са(ОН)2 или СаСО3, обменными реакциями в водных растворах электролитов. Мн. соли хорошо растворим в воде, они почти всегда образуют кристаллогидраты. В структуре богатых водой кристаллогидратов ион Са2+ обычно окружен 6, иногда 7-9 молекулами Н2О, расстояние Са - Н2О равно 0,233-0,241 нм. Соли КАЛЬЦИЙ бесцветны (если бесцветен анион). Пероксид СаО2 получают по реакции Са(ОН)2 + Н2О2 : СаО2 + 2Н2О. Из раствора выделяется октагидрат, удалением воды из него получают безводный СаО2. Комплексы, содержащие ион Са2+, образуются в водных растворах, преимущественно с кислородсодержащими хелатообразующими лигандами, в частности комплексонами, например [Са(ЭДТА)]2- (ЭДТА - анион этилендиаминотетрауксусной кислоты). На образовании хелатных комплексов ионов Са2+ с анионами полифосфорных кислот основано действие полифосфатов Na как умягчителей воды. В неводных растворителях ион Са2+ образует комплексы с молекулами растворителя; из таких растворов часто кристаллизуются сольваты солей КАЛЬЦИЙ В водной среде сольватокомплексы обычно разрушаются и превращаются в аквакомплексы.
Получение. В промышлености КАЛЬЦИЙ получают электролизом расплава СаСl2 (75-85%) + КСl, а также алюмотермодинамически восстановлением СаО. Необходимый для электролиза чистый безводный СаСl2 производят хлорированием СаО при нагревании в присутствии угля или обезвоживанием СаСl2 * 6Н2О, полученного действием соляной кислоты на известняк. По мере выделения КАЛЬЦИЙ в электролит добавляют СаСl2. Электролиз ведут с графитовым анодом, катодом служит жидкий сплав Са (62 65%) + Сu. Содержание КАЛЬЦИЙ в сплаве постоянно возрастает. Часть обогащенного сплава периодически извлекают и добавляют сплав, обедненный КАЛЬЦИЙ (30-35% Са). Температура процесса 680-720 °С; при более низкой температуре обогащенный КАЛЬЦИЙ сплав всплывает на поверхность электролита, а при более высокой происходит растворение КАЛЬЦИЙ в электролите с образованием СаСl. На 1 кг Са расходуется энергии 40-50 кВт * ч. Из сплава Са + Сu КАЛЬЦИЙ отгоняют в вакуумной реторте при 1000-1080 °С и остаточном давлении 13-20 кПа. Для получения высокочистого КАЛЬЦИЙ его перегоняют дважды. При электролизе с жидкими катодами из сплавов Са + Рb или Са + Zn непосредственно получают используемые в технике сплавы КАЛЬЦИЙ с Рb (для подшипников) и с Zn (для получения пенобетона - при взаимодействии сплава с влагой выделяется Н2 и создается пористая структура). Иногда процесс ведут с железным охлаждаемым катодом, который только соприкасается с поверхностью расплавл. электролита. По мере выделения КАЛЬЦИЙ катод постепенно поднимают, вытягивают из расплава стержень из КАЛЬЦИЙ, защищенный от кислорода воздуха слоем затвердевшего электролита. Алюмотермодинамически метод основан на реакции: 6СаО + 2Аl : 3СаО * Аl2О3 + 3Са. Из смеси СаО с порошкообразным Аl прессуют брикеты; их помещают в реторту из хромоникелевой стали и отгоняют образовавшийся КАЛЬЦИЙ при 1170-1200 °С и остаточном давлении 0,7-2,6 Па. Аналогично КАЛЬЦИЙ может быть также получен восстановлением СаО ферросилицием или силикоалюминием. КАЛЬЦИЙ выпускают в виде слитков или листов с чистотой 98-99%.
Определение. Качественно КАЛЬЦИЙ обнаруживают микрокристаллич. методом путем осаждения его в виде оксалата, сульфата, (NH4)2Ca[Fe(CN)6], тартрата, иодата, комплексов КАЛЬЦИЙ с пикролоновой кислотой, 8-гидроксихинолином и др. труднорастворимых соединений (ион КАЛЬЦИЙ образует правильные кристаллы с многие реагентами). Количественно КАЛЬЦИЙ определяют комплексонометрич. титрованием в щелочной среде трилоном Б (натриевая соль этилендиаминотетрауксусной кислоты) в присутствии индикаторов (эриохром черный Т, мурексид, флуорексон и др.). Применяют также гравиметрич. методы определения КАЛЬЦИЙ в виде сульфата, молибдата, оксалата. Для определения малых концентраций и следовых кол-в используют эмиссионный спектральный анализ, атомно-абсорбц. спектроскопию, пламенную фотометрию и рентгеновскую флуоресценцию. Чувствительность этих методов 10-2-10-6% по массе КАЛЬЦИЙ От др. элементов КАЛЬЦИЙ отделяют осаждением в виде сульфата, молибдата или оксалата, экстракцией трибутилфосфатом, экстрагентом азо-окси-БН в полярных растворителях, ионным обменом либо хроматографически.
Применение. КАЛЬЦИЙ применяют при металлотермодинамически получении U, Th, Ti, Zr, Cs, Rb и некоторых лантаноидов из их соединение, для удаления примесей кислорода, азота, серы, фосфора из сталей, бронз и др. сплавов, обезвоживания органическое жидкостей, очистки Аr от примеси N2, как геттер в вакуумных устройствах, легирующий элемент для алюминиевых сплавов, как модифицирующую добавку для магниевых сплавов. Сплавы Са + Рb антифрикц. материалы в производстве подшипников. Несравненно большее применение находят соединение КАЛЬЦИЙ См., например, Вяжущие материалы, Кальция алюминаты, Кальция гипохлорит, Кальция карбид, Кальция оксид, Кальция силикаты, Кальция фосфаты, Кальция фторид. Мировое производство соединение КАЛЬЦИЙ и материалов, содержащих КАЛЬЦИЙ (в т.ч. сплавов), около 1 млрд. т/год. Металлич. КАЛЬЦИЙ впервые получил в 1808 Г. Дэви.

Химическая энциклопедия. Том 2 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
купоны на курсы декорирование интерьера
мебель для ванной комнаты обнинск
подставка под телевизор и домашний кинотеатр
курсы педикюра и маникюра

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(07.12.2016)