Canxi

Đặc tính

Về hóa học, canxi là một kim loại mềm và phản ứng mạnh (mặc dù chỉ cứng hơn chì, nó có thể bị cắt bằng dao một cách khó khăn). Nó là nguyên tố kim loại có màu bạc phải được tách ra bằng phương pháp điện phân từ muối nóng chảy như canxi clorua. Khi được tạo ra, nó nhanh chóng hình thành một lớp áo ôxít và nitrit màu trắng xám do tiếp xúc với không khí. Ở dạng khối, kim loại khó đốt cháy, thậm chí còn khó hơn các miếng magie; nhưng khi cắt ra, kim loại cháy trong không khí cho ngọn lửa cam-đỏ có độ chói cao. Kim loại canxi phản ứng với nước tạo khí hydro với tốc độ nhanh đến mức có thể nhận biết được, nhưng không đủ nhanh ở nhiệt độ phòng để tạo ra nhiều nhiệt, do vậy nên nó rất hữu ích trong việc dùng sản xuất hydro. Tuy nhiên, khi ở dạng bột nó phản ứng với nước cực kỳ nhanh do diện tích bề mặt tiếp xúc tăng do ở dạng bột. Một phần phản ứng với nước bị chậm lại do nó tạo ra sản phẩm không hòa tan là canxi hydroxit có tính bảo vệ.
Canxi có tỉ trọng 1,55 g/cm³, là kim loại kiềm thổ nhẹ nhất; magie (1,74) và berili (1,84) nặng hơn mặc dù chúng có số khối nhỏ hơn. Kể từ stronti trở đi, các kim loại kiềm thổ có tỷ trọng tăng theo số khối. Canxi có hai đồng hình.
Canxi có điện trở suất lớn hơn đồng và nhôm, tính trên cùng khối lượng, do nó có khối lượng riêng thấp hơn, nó cũng là chất dẫn điện tốt hơn hai loại trên. Tuy nhiên, trong thực tế nó ít khi được sử dụng bởi rất dễ phản ứng với không khí.
Các muối của canxi không màu cho dù canxi ở dạng nào đi nữa, và ion canxi hòa tan (Ca²⁺) cũng không màu. Cùng với các muối của magie và các muối của kim loại kiềm thổ khác, các muối canxi thường tan khá trong nước ngoại trừ canxi hydroxit, canxi sulfat, canxi cacbonat và canxi phốt phát. Khi ở trong dung dịch, ion canxi cho nhiều vị giác ấn tượng như mặn, chua, trơn.

Lịch sử

Vôi ở dạng vật liệu xây dựng đã được sử dụng từ thời tiền sử cách nay khoảng 7000 đến 14000 TCN. Lò vôi được định tuổi đầu tiên có niên đại 2500 TCN và được tìm thấy ở Khafajah Mesopotamia. Calcium (từ tiếng Latin calx, thuộc về calcis, nghĩa là "vôi") đã được biết từ rất sớm vào thế kỷ I khi người La Mã cổ đại điều chế vôi ở dạng canxi ôxit. Văn liệu năm 975 ghi nhận rằng canxi sulfat là chất hữu ích trong việc hình thành xương. Nó không được tách biệt mãi cho đến năm 1808 ở Anh khi Sir Humphry Davy điện phân một hỗn hợp gồm vôi và thủy ngân ôxit.

Hợp chất

Vôi sống (CaO) được sử dụng trong nhiều quy trình làm sạch hóa học và được sản xuất bằng cách nung nóng đá vôi. Khi thêm nước vào vôi sống thì nó tạo ra vôi tôi Ca(OH)₂. Khi Ca(OH)₂ được trộn với cát nó tạo ra vữa sử dụng trong xây dựng, vữa này cứng lại khi để lâu trong không khí do điôxít cacbon có phản ứng chậm với vôi tôi tạo ra cacbonat canxi. Trộn với các chất khác, chẳng hạn đất sét và thạch cao khi bị nung nóng ở nhiệt độ cao, CaO tạo ra một thành phần quan trọng của xi măng Portland là cờ lanh ke (clinker).
Khi nước thấm qua đá vôi hoặc các loại đá cacbonat,nó hòa tan một phần của đá (do sự hiện diện của khí CO₂) và sinh ra các loại hình nhũ đá cũng như hình thành nên nước cứng. Các hợp chất quan trọng của canxi là nitrat, sulfua, clorua, cacbua, xyanua và hypôclorit canxi.

Đồng vị

Canxi có 6 đồng vị ổn định, hai trong chúng có nguồn gốc tự nhiên: đồng vị Ca⁴⁰ và đồng vị phóng xạ Ca⁴¹ với chu kỳ bán rã = 103.000 năm. 97% của nguyên tố này là ở dạng Ca⁴⁰. Ca⁴⁰ là một trong các sản phẩm sinh ra bởi sự phân rã của K⁴⁰, cùng với Ar⁴⁰. Trong khi tỷ lệ K/Ar được sử dụng rộng rãi trong địa chất học thì sự phổ biến của Ca⁴⁰ trong tự nhiên đã cản trở việc sử dụng chỉ số K/Ca này trong địa chất. Không giống như các đồng vị có nguồn gốc vũ trụ được tạo ra trong khí quyển, Ca⁴¹ được sản xuất do việc hấp thụ nơtron của Ca⁴⁰. Phần lớn của việc tạo ra đồng vị này là ở những mét cao nhất hay ở những lớp đất đá mà ở đó các bức xạ nơtron vũ trụ là đủ mạnh. Ca⁴¹ đã thu được sự chú ý của các nhà khoa học trong nghiên cứu các chòm sao vì Ca⁴¹ phân rã thành K⁴¹, một chỉ số quan trọng của các bất thường trong hệ Mặt Trời.

Phương trình

CaO + H₂O → Ca(OH)₂
CaO + 2CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂
CaCO₃ (tᵒ) → CaO + CO₂↑
Ca + 2HCl → CaCl₂ + H₂↑
CaO + 3C → CaC₂ + CO (xảy ra ở nhiệt độ 3.000 °C)