Кальций

Кальций (лат. Calcium; Ca) — IV период, II топтың негізгі топшасының элементі. Реттік немірі 20, ендеше ядросында 20 протон мен 20 нейтроны бар (А r =40), электрондарының жалпы саны да 20. Кальцийдің электрондық формуласы ls 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 , валенттілік электрондары 4s 2 болғандықтан кальций косылыстарында II валентті. Табиғатта таралуы Табиғи қосылыстары: * сульфаттар - ғаныш CaSO 4 • 2Н2O; * карбонаттар - кальцит СаСO 3 , доломит СаСO 3 • 2MgCO 3 ; * фосфаттары - фосфорит Са 3 (РO 4 ) 2 , апатит Са 5 (РO 4 ) 3 OН, фторапатит Са 5 (Р0 4) 3 F, флюорит СаF 2 . Алынуы Кальцийді кальций хлоридінің электролиз үдерісі арқылы алынады. CaCl2 Ca^2- + 2Cl^+ Физикалық қасиеттері Кальций ақ түсті, жеңіл (р=1,55 г/см 3 ), сілтілік металдардан қаттырақ зат, керосиннің астында сақталады. Атымдық нөмірі 20; атомдық массасы 40,08; балқу температурасы 842°С; қайнау температурасы 1495°С; тығыздығы 1,55 г/см 2 . Кальцийді 1808 жылы ағылшын ғалымы Г.Дэви ашқан. Түсі күмістей ақ, жеңіл металл, белгілі изотоптары 14, табиғи изотоптары 6. Негізгі минералдары: кальцит, ангидрит, гипс, флюорит, апатит, т.б. Химиялық қасиеттері Кальций белсенді металл болғандықтан көптеген реакцияларға түседі. Жай заттармен # Са + Н 2 = СаН 2 кальций гидриді # Са + Сl 2 = СаСl 2 кальций хлориді # 2Са + О 2 = 2СаО кальций оксиді # 6Са + 2N 2 СаN кальций нитриді # Ca + 2С =СаС 2 кальций карбиді Күрделі заттармен # Ca + 2НОН = Са(ОН) 2 + Н 2 ↑ # Ca + 2HCl=СаСl 2 + Н 2 ↑ Осы реакциялардың барлығында кальций - тотықсыздандырғыш. Оттекпен оңай әрекеттесіп, қыздырғанда жанады. Металлоидтармен тікелей әрекеттеседі. Кальций металын өнеркәсіпте екі жолмен алады: # электролиз әдісімен алу үшін балқыған Калций хлориді (CaCl 2 ) арқылы тұрақты ток жіберіп, катодта таза Калций металын алады; # екінші әдіс Al не Mg ұнтағының әктаспен аралас қоспасын вакуумда 1100 – 1200°С-та қыздыру арқылы алады. Калций көмегімен уран, торий, ванадий, хром, цирконий, бериллий, тантал сияқты қиын балқитын, сирек те шашыранды, ілеспе металдарды тотықсыздандырып өндіреді. Кальцийдің қосылыстары Кальций оксиді — ақ түсті қиын балқитын зат. Техникада оны "сөндірілмеген әк" деп атайды. Оны әктасты жоғары температурада (1000 C 0 шамасында) қыздырып, ыдырату арқылы алады: ::СаС0 3 t СаО + СО 2 ↑- 180кДж :: Кальций оксиді — нағыз негіздік оксид. Кальций сілтілікжер металл болғандықтан, оның оксиді сумен оңай әрекеттесіп кальций гидроксидін, яғни сілтісін түзеді: СаО + Н 2 O = Са(ОН) 2 + 70 кДж Бұл реакция өте қуатты жүреді, су бұрқылдап "қайнап" жатады, тіпті біразы буланады. Нөтижесінде, сөндірілген әк деп аталатын көпсіген кеуек ақ ұнтақ түзіледі. Кальций гидроксиді суда аз ериді. Оның қанық ерітіндісі лабораторияда әк суы деген атпен жиі колданылады. Кальций гидроксиді ерітіндіде иондарға толық диссоциацияланады: ::Са(ОН) 2 = Са +2 + 2ОН Сілті ерітіндісінің түзілгені фенолфталеиннің таңқурай түске боялуынан байқалады. Кальций гидроксиді қышқылдармен және қышқылдық оксидтермен әрекеттесіп бейтараптанады. Бұл реакцияны зертханада көмірқышқыл газын анықтау үшін қолданады. Әқ суына көмір қышқыл газын жібергенде, ол алдымен ерімейтін карбонат түзіп, лайлана бастайды: ::Са(ОН) 2 + CO 2 = СаСО 3 ↓ + Н 2 О Газды одан өрі жібере берсе, лай көрінбей кетеді, өйткені суда ерімейтін орта тұз ерімтал қышқыл тұзға айналады: ::СаСО 3 + Н 2 О + СО 2 = Са(НСО 3 ) 2 Қатты күйдегі кальций гидроксидінің Са(ОН), судағы жүзгіні, түсі ақ болғандықтан, техникада әк суті деп аталады. Сөндірілген өк құрылыста кеңінен қолданылады. Әк сүтін құрылыста әктеу үшін пайдаланады, ал сөндірілген өктің күммен қоспасын кірпіш қалаганда және сылағанда байланыстырушы зат ретінде жүмсайды. Бүл коспа ауада біртіндеп "ұстасып" қатая бастайды, себебі көмірқышқыл газымен әрекеттесіп, қатты карбонат (бор) түзеді. Кальций тұздарының құрылыста үлкен маңызы бар. Олардың сумен химиялық байланысып, кристалгидраттар түзетін қабілетін кеңінен пайдаланады. Мәселен, табиғи гипсті CaS0 4 • 2Н 2 0 өртегенде, өзінің кристалдық суының біразын жоғалтып, алебастрға айналады: ::CaS0 4 • 2НгО = CaS0 4 • 0,5Н 2 O + 1,5Н 2 O Алебастр ұнтағын сумен араластырғанда кері реакция жүріп, қайтадан гипс түзіп катаяды. Гипстің бұл қасиетін тек құрылыста қолданып коймайды, оны өшекейлік бедер, статуэткалар жасағанда және медицинада пайдаланады. Көпшілікке белгілі цементтің күрамында кальцийдің силикаттары мен алюминаттары жүреді. Бұл тұздарды күммен қосып араластырғанда қатая бастайды, ейткені түзілетін кристалдар өзара ұстасып, берік материалға айналады. Табиғаттағы кальций қосылыстарының айналымы. Табиғатта жүретін көптеген процестер кальций түздарымен байланысты болады. Осындай процестің моделі ретінде жоғарыда қарастырылған кальций карбонатының гидрокарбонатқа айналуын және оған кері реакцияларды алуға болады. Жаңбыр және басқа да табиғи сулар ауадағы кемірқышкыл газын ерітіп, көмір қышқылын түзеді: ::H 2 O + CO 2 ↔ H 2 CO 3 Қышкыл ерітіндісі топыраққа сіңіп, жолында әктасының қорын кездестірсе, оны ерітіп, карбонатты гидрокарбонатқа айналдырады. Гидрокарбонат оңай еріп кетеді, нәтижесінде әктасының қалың жынысында үлкен бос кеңістік ("карсты үңгірлер") пайда болады. Кальций гидрокарбонатының ерітіндісі баяу ыдырайды, ал кыздырғанда, бұл процесс күшейе түседі: Са(НСO 3 ) 2 t CaCO 3 ↓ + Н 2 O + CO 2 ↑ Карбонаттардың гидрокарбонаттарға айналуы және кері жүретін процесс атмосферада көмірқышқыл газының шамасын (ауада 0,3% CO, бар) тұрақты ұстап тұруға тікелей әсер етеді. Ауадағы С0 2 мөлшері арта бастаса, оның суда еруі молайып, мұхиттағы өктастар оны байланыстырып, ерімтал түзға айналдырады. Ал көмірқышқыл газы азая бастаса, мүхиттагы гидрокарбонаттар ыдырап, С0 2 бөле бастайды, сөйтіп, ерімейтін карбонаттарды түнбаға түсіреді. Кальцийдің қоспалары табиғатта кең таралған. Кальций қосылыстарының бір-біріне айналуы, табиғаттағы кальцийдің айналымын іске асырады, сөйтіп, көптеген геологиялық процестер жүреді. Осылайша бір-біріне айналуының нәтижесінде кальцийдің қосылыстары адам өмірінде маңызды рөл атқарады. Кальцийдің қосылыстары құрылыста кеңінен қолданылады. Қолданылуы Калций инертті газды тазартып болат, никель, мыс, т.б. металдарды балқыту үшін қоспа ретінде пайдаланылады. Дереккөздер