KALCIJ: SVOJSTVA, STRUKTURA, DOBIVANJE, UPORABE - KEMIJA - 2026

Kalcij je zemnoalkalijski metal koji pripada 2 (G. Becambara) grupe periodnog sustava u. Ovaj metal zauzima peto mjesto u izobilju među elementima prisutnim u zemljinoj kori; iza željeza i aluminija. Predstavljen je kemijskim simbolom Ca, a njegov atomski broj je 20.

Kalcij predstavlja 3,64% zemljine kore i najzastupljeniji je metal u ljudskom tijelu, što predstavlja 2% njegove težine. On nije slobodan u prirodi; ali je dio brojnih minerala i kemijskih spojeva.

Metalni kalcij visoke čistoće pohranjen u mineralnom ulju kako bi ga zaštitio od kisika i vlage. Izvor: 2 × 910

Na primjer, nalazi se u mineralnom kalcitu, koji zauzvrat spada u vapnenac. Kalcijev karbonat prisutan je u zemlji kao mramor, dolomit, jajolika ljuska, koralj, biseri, stalaktiti, stalagmiti, kao i u školjkama mnogih morskih životinja ili puževa.

Uz to, kalcij je dio ostalih minerala, poput gipsa, anhidrita, fluorita i apatita. Tada ne čudi da je to sinonim za kosti na kulturnom planu.

Kad je izložen zraku, kalcij se prekriva žućkastim premazom, proizvodom mješavine kalcijevog oksida, nitrida i hidroksida. Međutim, svježe posječena, površina je sjajna, srebrnasto-bjelkasta. Meka je tvrdoće po Mohosovoj skali od 1,75.

Kalcij obavlja brojne funkcije u živim bićima, među njima je dio spojeva koji određuju strukturu i funkcioniranje koštanog sustava; intervenira u kaskadi koagulacije aktiviranjem nekoliko faktora koagulacije, identificiranih kao faktor IV.

Nadalje, kalcij je uključen u kontrakciju mišića, omogućavajući spoj kontraktilnih proteina (aktin i miozin); i olakšava oslobađanje nekih neurotransmitera, uključujući acetilholina.

Kemijski gotovo uvijek sudjeluje u njegovim organskim ili anorganskim spojevima kao što je dvovalentni kation Ca ²⁺. Jedan je od kationa s najvećim koordinacijskim brojem, odnosno može komunicirati s više molekula ili iona istovremeno.

Povijest

U drevna vremena

Kalcijeve spojeve poput vapna (CaO) ili gipsa (CaSO ₄) čovjek koristi tisućama godina, zanemarujući njihovu kemijsku strukturu. Vapno kao građevni materijal i žbuka za izradu skulptura korišteni su 7000 godina prije Krista

U Mezopotamiji je pronađena vapnena peć koja je korištena 2500. godine prije Krista. U skoro vrijeme, gips je korišten tijekom izgradnje Velike piramide u Gizi.

Identifikacija i izolacija

Joseph Black (1755.) objasnio je da je vapno lakše od vapnenca (kalcijev karbonat) koji mu daje porijeklo. To je zato što tijekom zagrijavanja gubi ugljični dioksid.

Antoine Lavoiser (1787.) zaključio je da vapno mora biti oksid nepoznatog kemijskog elementa.

Sir Humphrey Davy (1808.) upravo u godini kada je otkrio bor, učinio je isto s kalcijem pomoću tehnike elektrolize, koju su koristili Jakar Berzelius i Magnus Martin.

Davy je izolirao kalcij i magnezij koristeći isti eksperimentalni dizajn. Pomiješao je kalcijev oksid s živinim (II) oksidom na platinastoj ploči, korišten kao anoda (+), dok je katoda (-) platinasta žica djelomično uronjena u živu.

Elektrolizom je nastao amalgam kalcija i žive. Za pročišćavanje kalcija, amalgam je podvrgnut destilaciji. Međutim, čisti kalcij nije dobiven.

Svojstva

Fizički opis

Srebrno-bjelkasti metal, prilikom izlaganja zraku mijenja se u sivkasto-bijelu. U vlažnom zraku poprima oblačno i plavo-sivo Čvrsti ili suhi prah. Kristalna struktura usredotočena na lice.

Atomska težina

40.078 g / mol.

Talište

842 ° C.

Vrelište

1.484 ° C.

Gustoća

-1,55 g / ³, na sobnoj temperaturi.

-1,378 g / ³ u tekućem stanju na točku taljenja.

Toplina fuzije

8,54 kJ / mol.

Toplina isparavanja

154,7 kJ / mol.

Molarni kalorijski kapacitet

25.929 J / (mol · K).

Specifični kalorijski kapacitet

0,63 J / gK

Elektronegativnost

1,0 na Paulingovoj skali

Energija ionizacije

-Prva ionizacija 589,8 kJ / mol

-Druga ionizacija 1,145 kJ / mol

-Treća ionizacija 4.912 kJ / mol

-Četvrta ionizacija 6,490,57 kJ / mol i postoje još 4 energije ionizacije.

Atomski radio

197 sati

Kovalentni polumjer

176 ± 10 sati

Toplinsko širenje

22,3 µm / m · K pri 20 ° C.

Toplinska provodljivost

201 W / m K

Električni otpor

336 nΩ · m na 20 ° C.

Tvrdoća

1,75 po Mohosovoj skali.

izotopi

Kalcij ima 6 prirodnih izotopa: ⁴⁰ Ca, ⁴² Ca, ⁴³ Ca, ⁴⁴ Ca, ⁴⁶ Ca i ⁴⁸ Ca, i 19 radioaktivnih sintetskih izotopa. Najbrojniji izotopi su ⁴⁰ Ca (96,94%), ⁴⁴ Ca (2,086%) i ⁴² Ca (0,647%).

Reaktivnost

Kalcij spontano reagira s vodom, stvarajući kalcijev hidroksid i plin vodik. Reagira s kisikom i dušikom u zraku, stvarajući, odnosno, kalcijev oksid i kalcijev nitrid. Pri cijepanju ona spontano izgara u zraku.

Kad se kalcij zagrijava, on reagira s vodikom i tvori halogenid. Također reagira sa svim halogenima kako bi formirali halogenide. Također reagira s borom, sumporom, ugljikom i fosforom.

Struktura i elektronska konfiguracija kalcija

Kalcijevi atomi spojeni su metalnim vezama, pridonoseći njihova dva valentna elektrona plima elektrona. Dakle, interakcija između Ca atoma i rezultirajućih elektronskih traka završava definirajući kristal s kubičnom strukturom usmjerenom na lice (ccc, na španjolskom, ili fcc, na engleskom, za kubik usmjeren prema licu).

Ako se ovaj kristal kalcija ccc zagrijava na temperaturu oko 450 ° C, tada prolazi u hcp fazi (kompaktni šesterokutni ili najbliži upakirani šesterokut). Drugim riječima, struktura postaje gušća, kao da su kretanje elektrona i vibracije atoma ugovarali udaljenost koja ih razdvaja.

Atom kalcija ima sljedeću elektroničku konfiguraciju:

4s ²

Što bi objasnilo da dva valentna elektrona za ovaj metal dolaze iz njegove najudaljenije 4s orbite. Kad ih izgubi, ^nastaje dvovalentni kation Ca ²⁺, izoelektronski prema plemenitom plinskom argonu; to jest, i Ar i Ca ²⁺ imaju isti broj elektrona.

Upravo se 4s orbite kalcija kombiniraju kako bi se uspostavila valentna zona ovih kristala. Isto se događa s praznim 4p orbitalama koje uspostavljaju provodni pojas.

dobivanje

Kalcij se proizvodi komercijalno elektrolizom rastaljenog kalcijevog klorida. Slijedeće reakcije se događaju na elektrodama:

Na anodi: 2 Cl ^- (l) => Cl ₂ (g) + 2e ^-

Kalcij se taloži kao metal na katodi hvatajući elektrone iz ionskog kalcija.

Na katodi: Ca ²⁺ (l) + 2 e ^- => Ca (s)

U maloj mjeri kalcij se može proizvesti smanjenjem kalcijevog oksida s aluminijom, ili kalcijevim kloridom s metalnim natrijem.

6 CaO + 2 Al => 3 Ca + Ca ₃ Al ₂ O ₆

CaCl ₂ + 2 Na => Ca + NaCl

Prijave

Elementarni kalcij

Kalcij se koristi kao aditiv u proizvodnji staklenih sijalica, a dodaje se žarulji u početnoj fazi proizvodnje. Na kraju se dodaje i tako da se kombinira s plinovima koji su ostali unutar žarulje.

Koristi se kao dezintegrator u proizvodnji metala poput bakra i čelika. Legura kalcija i cezija koristi se u udarcima upaljača za stvaranje iskre. Kalcij je reducirajuće sredstvo, ali ima i primjenu deoksidacije i deoksidacije.

Kalcij se koristi u pripremi metala poput kroma, torija, urana, cirkonija i drugih iz njihovih oksida. Koristi se kao legirajuće sredstvo za aluminij, bakar, olovo, magnezij i druge bazne metale; i kao deoksidizator za neke legure visokih temperatura.

Kalcij u leguri sa olovom (0,04%) služi kao omotač za telefonske kabele. Koristi se u leguri s magnezijem u ortopedskim implantatima za produljenje njihovog života.

Kalcijev karbonat

To je materijal za punjenje keramike, stakla, plastike i boja, kao i sirovina za proizvodnju vapna. Sintetički karbonat visoke čistoće lijek se koristi kao antacid i dodatak prehrani s kalcijem. Također se koristi kao dodatak u hrani.

Kalcijev oksid

Kalcijev oksid koristi se u građevinskoj industriji, a koristi se za oblaganje zidova. Ugrađuje se i u beton. U 19. stoljeću spaljeni su blokovi kalcijevog oksida kako bi osvijetlili pozornice jakom bijelom svjetlošću.

Vapna (opet, kalcijev oksid) koristi se za uklanjanje neželjenih komponenti poput silicijevog dioksida (SiO ₂) prisutnih u željeznom materijalu iz čelika. Produkt reakcije je kalcijev silikat (CASIO ₃) pod nazivom „troska”.

Vapno se kombinira s vodom kako bi tvorio kalcijev hidroksid; Taj spoj flokulira i tone, povlačeći nečistoće na dno spremnika.

Unutrašnjost dimnjaka obložena je vapnom kako bi se uklonili dim iz tvornica. Primjerice, on sadrži sumporni dioksid (SO ₂), koji pridonosi kiseloj kiši, i pretvara ga u kalcijev sulfit (CaSO ₃).

Kalcijev klorid

Kalcijev klorid koristi se za kontrolu leda na cestama; uređaj za rajčicu prisutnu u konzervi; proizvodnja karoserija automobila i kamiona.

Kalcijev sulfat

To je obično prikazana kao Caso ₄ · 2H ₂ O (gips), koji se koristi kao poboljšanje tla. Kalcinirani gips koristi se u proizvodnji pločica, dasaka i letvica. Također se koristi za imobilizaciju prijeloma kostiju.

Kalcijevi fosfati

Kalcijevi fosfati se u prirodi nalaze u različitim oblicima i koriste se kao gnojiva. Kisela kalcijeva sol (CaH ₂ PO ₄) koristi se kao gnojivo i stabilizator za plastiku. Kalcijev fosfat nalazi se kao dio koštanog tkiva, posebno kao hidroksiapatit.

Ostali kalcijevi spojevi

Postoje brojni spojevi kalcija s različitim primjenama. Na primjer, kalcijev karbid koristi se za dobivanje acetilena, koji se koristi u zapaljivim bakljama. Kalcijev alginat koristi se kao sredstvo za zgušnjavanje u prehrambenim proizvodima poput sladoleda.

Kalcijev hipoklorit se koristi kao sredstvo za izbjeljivanje, dezodorans, fungicid i algaecid.

Kalcijev permanganat je tekućina raketnog goriva. Također se koristi kao sredstvo za pročišćavanje vode i u proizvodnji tekstila.

Biološka funkcija

Kalcij ispunjava brojne funkcije u živim bićima:

-Intervenira u kaskadu koagulacije kao faktor IV.

-To je potrebno za aktiviranje nekoliko faktora koagulacije, uključujući trombin.

-U skeletnim mišićima kalcij oslobađa inhibicijsko djelovanje proteinskog sustava na kontrakciju mišića, omogućavajući formiranje aktino-miozinskih mostova, što uzrokuje kontrakciju.

-Stabilizira ionske kanale uzbudljivih stanica. U hipokalcemiji aktiviraju se natrijevi kanali, što uzrokuje ulazak natrija u stanice, a može se stvoriti i kontinuirana kontrakcija (tetanija) koja može biti kobna.

-K Pored toga, kalcij pogoduje oslobađanju neurotransmitera acetilkolina na presinaptičkim terminalima.

Rizici i mjere opreza

Egzotermno reagira s vodom. Zbog toga jednom može progutati ozbiljnu ozljedu usta, jednjaka ili želuca.

Radnici su izloženi ovom riziku na mjestima gdje se stvara kalcij u elementima ili na onima gdje se primjenjuje metal. Mjere predostrožnosti su zaštititi se maskama koje izbjegavaju disanje prašine, odjeće i odgovarajuće prozračivanje.

Hiperkalcemija je izuzetno opasna i može je uzrokovati uglavnom pretjeranim izlučivanjem paratireoidnog hormona ili prekomjernim unosom vitamina D. Prekomjerni unos kalcija, na primjer veći od 2,5 g / dan, rijetko je uzrok hiperkalcemije, Višak kalcija nakuplja se u bubrezima što uzrokuje bubrežne kamence i bubrežnu nefrozu. Osim toga, nakupljanje kalcija u stijenkama krvnih žila mijenja njihovu elastičnost, što bi moglo biti uzrok hipertenzije, usporavanja protoka krvi i tromboze.

Osnovna mjera opreza je uključivanje kalkaemije među laboratorijske testove, kada liječnik uoči karakteristike u pacijentovim simptomima zbog kojih sumnja na hiperkalcemiju i započinje odgovarajuće liječenje.

Reference

1. W. Hull. (1921). Kristalna struktura kalcija. doi.org/10.1103/PhysRev.17.42
2. Wikipedia. (2019). Kalcij. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
3. Advameg, Inc. (2019). Kalcij. Kemija objasnjena. Oporavilo od: chemistryexplained.com
4. Timothy P. Hanusa. (11. siječnja 2019.). Kalcij. Encyclopædia Britannica. Oporavilo od: britannica.com
5. Nacionalni centar za biotehnološke informacije. (2019). Kalcij. PubChem baza podataka. CID = 5460341. Oporavak od: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. WebElements. (2019). Kalcij: osnovni sastojci. Oporavilo od: webelements.com