Кальций
КАЛЬЦИЙ, Ca (от лат. Calx, род. падеж calcis — известь *. а. calcium; н. Kalzium; ф. calcium; и. calcio), — химический элемент II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 20, атомная масса 40,08. Состоит из шести стабильных изотопов: 40Ca (96,97%), 42Ca (0,64%), 43Ca (0,145%), 44Ca (2,06%), 46Ca (0,0033%) и 48Ca (0,185%). Открыт английским химиком Г. Дэви в 1808.
Физические свойства
Кальций — серебристо-белый лёгкий металл. Известны две кристаллические модификации: а-Ca с гранецентрированной кубической решёткой, а=0,55884±2 нм (26°С); выше 443°С Я-Ca с объёмноцентрированной кубической решёткой, а=0,4480+5 нм (467°С).
Физические свойства кальция: плотность 1550 кг/м3 (20°С); t плавления 842°С; t кипения 1491°С; коэффициент теплопроводности 125 Вт/м•К; уд. теплоёмкость (0-100°С) 623,9 Дж/кг•К; уд. электросопротивление (при 20°С) 4,6•10-8 Ом•м; температурный коэффициент электросопротивления 4,57•10-3 (при 20°С); коэффициент термического расширения при 0-300°С 22•10-6 К-1. Твёрдость кальция по Бринеллю 200-300 МПа. Кальций — пластичный металл; хорошо прессуется, прокатывается и подвергается обработке резанием.
Химические свойства
Степень окисления +2. Металлический кальций химически активен, обладает большим сродством к кислороду и при обычной температуре во влажном воздухе покрывается плёнкой (поэтому хранят его в масле или герметически закрытом сосуде). С горячей водой кальций легко реагирует с образованием гидрооксида Ca(OH)2 и выделением водорода. Энергично взаимодействует, особенно при нагревании, с различными неметаллами (Н2, С, N2, Si, Cl2 и др. с образованием соответственно гидрида, карбида, нитрида, силицида, хлорида и т.д.). В реакциях с кислотами кальций образует соответствующие соли, вытесняя водород.
Реклама
Природный кальций
Кальций — один из самых распространённых (5-е место) петрогенных элементов земной коры — 3,27% (по массе). Кларк кальция в каменных метеоритах 1,40%, ультраосновных — 0,7%, основных — 6,72%, средних — 4,65%, кислых породах — 1,58% (по данным А. П. Виноградова). Кальций входит в состав многих минералов (силикаты, алюмосиликаты, боросиликаты, карбонаты, сульфаты, фосфаты, ванадаты, вольфраматы, молибдаты, титанаты, ниобаты, фториды, хлориды и др.; в метеоритах встречается редчайший сульфид кальция). В минералах кальция присутствуют замещающие его изоморфно элементы-примеси (Na, Sr, редкоземельные, радиоактивные и другие элементы). Силикаты (пироксены, амфиболы) и алюмосиликаты (плагиоклазы) кальция — важнейшие породообразующие минералы магматических и метаморфических пород; в условиях гидротермальных и поверхностных процессов становятся устойчивыми и широко распространены карбонаты кальция.
При выплавлении базальтовых магм кальций накапливается в расплаве и входит в главные породообразующие минералы, при фракционировании которых его содержание в дифференциации магмы от основных к кислым породам падает. При выветривании магматических, метаморфических и осадочных пород кальций выщелачивается и в бассейне осадконакопления выделяется преимущественно в виде органогенных известняков и доломитов, составляющих в среднем около 20% объёма осадочной толщи; в виде терригенной примеси пироксенов, плагиоклаза и др., а также карбонатов кальция входит в состав глин и песчаников. Содержание кальция в осадочных породах (по А. Б. Ронову и А. А. Ярошевскому): в глинах 2,9-3,4%, в песчаниках 2,4-4,1%, в карбонатах 27,8-30,3% (первая цифра — в платформенных отложениях, вторая — в геосинклинальных); в океанической воде 0,0408% (по А. П. Виноградову). Поведение кальция в морской воде контролируется режимом CO2:CaCO3тв+Н2О+CO2 Ca(HCO3)2раств ("карбонатное равновесие") при активном участии живого вещества. Кальций из морской воды интенсивно поглощается известняковыми водорослями, моллюсками, кораллами и др. В поверхностном цикле кальция важную роль играют поверхностные и подземные воды. В известняковых массивах в результате растворения ими кальцита развиваются карстовые явления; в районах с влажным климатом почвы обеднены кальцием. При испарении морской воды в замкнутых бассейнах и солёных озёрах осаждаются помимо кальцита гипс и ангидрит.
Получение и применение
Получают металлический кальций двумя методами: электролизом расплава CaCl2 с использованием медно-кальциевого анода получают сплав Ca — Cu (~65% Ca), из которого в вакууме при 950-1000°С отгоняют Ca; при прокаливании смеси CaO и порошкообразного Al при 1200°С в вакууме выделяющиеся по реакции 6CaO+2Al=3CaOAl2О3+3Ca пары кальция конденсируют на холодной поверхности.
Металлический кальций находит применение при получении антифрикционных сплавов Pb — Na — Ca; сплав Pb — Ca используется для изготовления оболочки электрических кабелей. Кальций применяется также в качестве восстановителя U, Th, Cr, V, Zr и редкоземельных элементов из их оксидов или галогенидов, для удаления серы из нефтепродуктов, обезвоживания органических растворителей, в качестве поглотителя газов в электровакуумных приборах и др.
