Calci

Calci (bắt nguồn từ từ tiếng Pháp "calcium" /kalsjɔm/), còn được viết là canxi, là nguyên tố hoá học ký hiệu Ca, số thứ tự 20 trong bảng tuần hoàn. Nó là một kim loại kiềm thổ có nguyên tử khối là 40.
Calci là nguyên tố thiết yếu cho sinh vật sống, đặc biệt trong sinh lý học tế bào và tồn tại dưới 3 dạng trong máu: 50% dưới dạng ion Ca2+, gần 50% kết hợp với protein huyết tương, chủ yếu là albumin và chỉ còn rất ít dưới dạng phức hợp với phosphat, citrat, cacbonat. Ở đây có sự di chuyển ion Ca2+ vào và ra khỏi tế bào chất có vai trò mang tín hiệu cho nhiều quá trình tế bào. Là một khoáng chất chính trong việc tạo xương, răng và vỏ sò, calci là kim loại phổ biến nhất về khối lượng có trong nhiều loài động vật.
Đặc tính.
Về hóa học, calci 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 calci chloride. Khi được tạo ra, nó nhanh chóng hình thành một lớp áo oxide 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 magnesi; nhưng khi cắt ra, kim loại cháy trong không khí cho ngọn lửa cam-đỏ có độ chói cao. Kim loại calci 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 calci hydroxide có tính bảo vệ.
Calci có tỉ trọng 1,55 g/cm³, là kim loại kiềm thổ nhẹ nhất; magie (1,74) và beryli (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. Calci có hai đồng hình.
Calci 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 calci không màu cho dù calci ở dạng nào đi nữa, và ion calci hòa tan (Ca2+) cũng không màu. Cùng với các muối của magnesi và các muối của kim loại kiềm thổ khác, các muối calci thường tan khá trong nước ngoại trừ calci hydroxide, calci sulfat, calci cacbonat và calci phosphat. Khi ở trong dung dịch, ion calci 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 , 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 calci oxide. Văn liệu năm 975 ghi nhận rằng calci 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 oxide..
Ứng dụng.
Calci là một thành phần quan trọng của khẩu phần dinh dưỡng. Sự thiếu hụt rất nhỏ của nó đã ảnh hưởng tới sự hình thành và phát triển của xương và răng. Thừa calci có thể dẫn đến sỏi thận (vì khi nồng độ cao dễ bị kết tinh gây ngưng trệ quá trình bài tiết). Vitamin D là cần thiết để hấp thụ calci. Các sản phẩm sữa chứa một lượng lớn calci.
Để hiểu thêm về vai trò của calci trong thế giới sự sống, xem thêm bài Calci trong sinh học.
Các ứng dụng khác còn có:
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 carbon dioxide có phản ứng chậm với vôi tôi tạo ra cacbonat calci. 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 calci là nitrat, sulfide, chloride, carbide, xyanua và hypôclorit calci.
Đồng vị.
Calci 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 neutron 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 neutron 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.
Calci trong sinh học.
Calci là nguyên tố thiết yếu cho sự sống. Mức calci trong động vật có vú được kiểm soát chặt. regulated, Trong cơ thể thì 98% calci nằm ở xương và răng; 2% còn lại là ion calci nằm trong máu để thực hiện các chức năng thần kinh cơ, đông máu. Trong máu, Ca ở dưới 3 dạng: 50% dưới dạng ion Ca++, gần 50% kết hợp với protein huyết tương, chủ yếu là albumin và chỉ còn rất ít dưới dạng phức hợp với phosphat, citrat, carbonat.
Nếu tuyến cận giáp bị kích thích do thiếu calci, tuyến cận giáp phải liên tục tiết ra quá nhiều hooc môn, chức năng tuyến cận giáp làm việc quá mức nên không còn kiểm soát được nồng độ calci trong máu nữa, do vậy nồng độ calci trong máu tăng cao, dẫn đến loạn nhịp tim. Khi nhịp tim loạn thì tuyến giáp lại phải tiết ra hooc môn để giảm nồng độ calci trong máu, chuyển lượng calci thừa đó ra ngoài tới các tổ chức khác để duy trì ổn định nồng độ calci trong máu. Quá trình đó gọi là "calci di chuyển".
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)