Popiół wapniowy. Właściwości fizyczne wapnia

Związki wapnia.

Sao– tlenek wapnia lub wapno palone, otrzymywane w wyniku rozkładu wapienia: CaCO 3 = CaO + CO 2 to tlenek metalu ziem alkalicznych, dzięki czemu aktywnie oddziałuje z wodą: CaO + H 2 O = Ca (OH) 2

Ca(OH) 2 – wodorotlenek wapnia lub wapno gaszone dlatego reakcję CaO + H 2 O = Ca (OH) 2 nazywa się gaszeniem wapna. Po przefiltrowaniu roztworu powstaje woda wapienna - jest to roztwór alkaliczny, dlatego zmienia kolor fenoloftaleiny na szkarłatny.

Wapno gaszone ma szerokie zastosowanie w budownictwie. Jego mieszanina z piaskiem i wodą jest dobrym materiałem wiążącym. Pod wpływem dwutlenku węgla mieszanina utwardza ​​się Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO3 + H 2 O.

Jednocześnie część piasku i mieszaniny zamienia się w krzemian Ca(OH) 2 + SiO 2 = CaSiO 3 + H 2 O.

Równania Ca (OH) 2 + CO 2 = CaCO 2 + H 2 O i CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca (HCO 3) 2 odgrywają dużą rolę w przyrodzie i kształtowaniu wyglądu naszej planety. Dwutlenek węgla w postaci rzeźbiarza i architekta tworzy podziemne pałace w warstwach skał węglanowych. Jest w stanie przenieść pod ziemię setki i tysiące ton wapienia. Przez pęknięcia w skałach woda zawierająca rozpuszczony w niej dwutlenek węgla przedostaje się do warstwy wapienia, tworząc zagłębienia – jaskinie kastowe. Wodorowęglan wapnia występuje tylko w roztworze. Wody gruntowe poruszają się w skorupie ziemskiej odparowując wodę w odpowiednich warunkach: Ca(HCO3) 2 = CaCO3 + H2O + CO2 , W ten sposób powstają stalaktyty i stalagmity, których schemat formowania zaproponował słynny geochemik A.E. Fersmana. Na Krymie jest wiele jaskiń castrum. Nauka je bada speleologia.

Węglan wapnia stosowany w budownictwie CaCO3- kreda, wapień, marmur. Wszyscy widzieliście nasz dworzec kolejowy: jest ozdobiony białym marmurem sprowadzonym z zagranicy.

doświadczenie: przedmuchaj rurkę do roztworu wody wapiennej, zmętnieje .

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO3 3 + N 2 O

Spływa do utworzonego osadu kwas octowy, obserwuje się wrzenie, ponieważ wydziela się dwutlenek węgla.

CaCO 3 +2CH 3 COOH = Ca(CH 3 TAK) 2 +H 2 O + CO 2

OPOWIEŚĆ O BRACIACH WĘGLANOWYCH.

Trzej bracia żyją na ziemi
Z rodziny Carbonate.
Starszy brat to przystojny MARMUR,
Chwalebni w imię Karary,
Znakomity architekt. On
Zbudował Rzym i Partenon.
Wszyscy znają WAPIENIE,
Dlatego właśnie tak się nazywa.
Znany ze swojej pracy
Budowa domu za domem.
Zarówno zdolni, jak i zdolni
Mały, miękki brat MEL.
Spójrz jak rysuje,
Ten CaCO3!
Bracia uwielbiają się bawić
Podgrzewamy w nagrzanym piekarniku,
Następnie tworzą się CaO i CO2.
To jest dwutlenek węgla
Każdy z Was go zna,
Wydychamy to.
Cóż, to jest SaO -
Wapno palone na gorąco.
Dodaj do tego wodę,
Dokładnie wymieszać,
Aby nie było kłopotów,
Chronimy nasze dłonie
Dobrze zagnieciona LIMENA, ale POCIĘTA!
Mleko limonkowe
Ściany można łatwo wybielić.
Jasny dom stał się wesoły,
Zamiana wapna w kredę.
Hokus Pokus dla ludzi:
Wystarczy przedmuchać wodę,
Jakie to proste
Zamienił się w mleko!
A teraz jest całkiem sprytnie
Dostaję napój gazowany:
Mleko plus ocet. Aj!
Piana wylewa się z krawędzi!
Wszystko jest w zmartwieniach, wszystko jest w pracy
Od świtu do świtu -
Ci bracia Węglany,
Te CaCO3!

Powtórzenie: CaO– tlenek wapnia, wapno palone;
Ca(OH) 2 – wodorotlenek wapnia (wapno gaszone, woda wapienna, mleko wapienne, w zależności od stężenia roztworu).
Ogólne – to samo wzór chemiczny Ca(OH)2. Różnica: woda wapienna to przezroczysty nasycony roztwór Ca(OH) 2, a mleko wapienne to biała zawiesina Ca(OH) 2 w wodzie.
CaCl 2 - chlorek wapnia, chlorek wapnia;
CaCO 3 – węglan wapnia, kreda, marmur muszlowy, wapień.
L/R: kolekcje. Następnie demonstrujemy kolekcję minerałów dostępnych w szkolnym laboratorium: wapień, kreda, marmur, skała muszlowa.
CaS0 4 ∙ 2H 2 0 - hydrat kryształów siarczanu wapnia, gips;
CaCO 3 - kalcyt, węglan wapnia, wchodzi w skład wielu minerałów pokrywających powierzchnię 30 milionów km 2 na Ziemi.

Najważniejszym z tych minerałów jest wapień. Skały muszlowe, wapienie pochodzenia organicznego. Znajduje zastosowanie w produkcji cementu, węglika wapnia, sody, wszystkich rodzajów wapna oraz w hutnictwie. Wapień jest podstawą przemysłu budowlanego, wytwarza się z niego wiele materiałów budowlanych.

Kreda To nie tylko proszek do zębów i kreda szkolna. Jest to również cenny dodatek przy produkcji papieru (powlekanego - najwyższa jakość) i guma; przy budowie i renowacji budynków - jako wybielacz.

Marmur to gęsta, krystaliczna skała. Jest kolorowa - biała, ale najczęściej różne zanieczyszczenia zabarwiają ją na różne kolory. Czysty biały marmur jest rzadkością i jest używany głównie do prac rzeźbiarskich (posągi Michała Anioła, Rodina. W budownictwie kolorowy marmur używany jest jako materiał licowy(metro w Moskwie) lub nawet jako główny materiał budowlany pałace (Taj Mahal).

W świecie ciekawych rzeczy „MAUZOLEUM Taj Mahal”

Shah Jahan z Wielkiej dynastii Mogołów trzymał w strachu i posłuszeństwie prawie całą Azję. W 1629 r. Mumzat Mahal, ukochana żona Szachadżahana, zmarła w wieku 39 lat podczas porodu podczas kampanii (było to ich 14. dziecko, wszyscy byli chłopcami). Była niezwykle piękna, bystra, mądra, cesarz był jej posłuszny we wszystkim. Przed śmiercią poprosiła męża, aby zbudował grób, zaopiekował się dziećmi i nie wychodził za mąż. Zasmucony król wysłał do wszystkich swoich posłów duże miasta, stolic sąsiednich państw - do Buchary, Samarkandy, Bagdadu, Damaszku, w celu znalezienia i zaproszenia najlepszych rzemieślników - ku pamięci swojej żony król postanowił wznieść najlepszą budowlę na świecie. W tym samym czasie posłańcy wysłali do Agry (Indie) plany wszystkich najlepszych budynków w Azji i najlepszych materiałów budowlanych. Przywieźli nawet malachit z Rosji i Uralu. Główni masoni przybyli z Delhi i Kandaharu; architekci - ze Stambułu, Samarkandy; dekoratorzy - z Buchary; ogrodnicy - z Bengalu; artyści pochodzili z Damaszku i Bagdadu, a dowodził znanym mistrzem Ustad-Isa.

Wspólnie przez 25 lat zbudowano konstrukcję z kredowego marmuru otoczoną zielonymi ogrodami, błękitnymi fontannami i meczetem z czerwonego piaskowca. Ten cud o wysokości 75 m (25-piętrowy budynek) wzniósł 20 000 niewolników. W pobliżu chciałem zbudować dla siebie drugie mauzoleum z czarnego marmuru, ale nie miałem czasu. Został obalony z tronu przez własnego syna (drugiego, a także zabił wszystkich swoich braci).

Władca i władca Agry spędził ostatnie lata swojego życia wyglądając przez wąskie okno swojego więzienia. Przez 7 lat mój ojciec podziwiał jego dzieło. Kiedy ojciec oślepł, syn wykonał dla niego system luster, aby ojciec mógł podziwiać mauzoleum. Został pochowany w Taj Mahal, obok swojego Mumtaza.

Wchodzący do mauzoleum widzą cenotafy – fałszywe grobowce. Miejsca wiecznego spoczynku Wielkiego Chana i jego żony znajdują się na parterze, w piwnicy. Wszystko jest tam inkrustowane kamienie szlachetne, które świecą jak żywe, i gałęzie bajkowe drzewa, przeplatane kwiatami, misterne wzory zdobią ściany grobowca. Wykonane przez najlepszych rzeźbiarzy turkusowo-niebieskie lapis lazuli, zielono-czarne jadeity i czerwone ametysty celebrują miłość Shah Jahala i Mumzat Mahal.

Każdego dnia turyści pędzą do Agry, chcąc zobaczyć prawdę cud świata - mauzoleum Taj Mahal, jakby unosił się nad ziemią.

CaCO 3 jest materiałem budulcowym egzoszkieletu mięczaków, koralowców, muszli itp. oraz skorupek jaj. (ilustracje lub Zwierzęta biocenozy koralowców” oraz ekspozycja kolekcji koralowców morskich, gąbek, skał muszlowych).

Wapń(Wapń), Ca, pierwiastek chemiczny II grupy układu okresowego Mendelejewa, liczba atomowa 20, masa atomowa 40,08; srebrno-biały metal lekki. Pierwiastek naturalny to mieszanina sześciu stabilnych izotopów: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca i 48 Ca, z czego 40 Ca występuje w największej ilości (96,97%).

Związki Ca – wapień, marmur, gips (a także wapno – produkt kalcynacji wapienia) były stosowane w budownictwie już w starożytności. Do końca XVIII wieku chemicy uważali wapno za zwykłą substancję stałą. W 1789 r. A. Lavoisier zasugerował, że wapno, tlenek magnezu, baryt, tlenek glinu i krzemionka są substancjami złożonymi. W 1808 roku G. Davy poddając elektrolizie mieszaninę mokrego wapna gaszonego z tlenkiem rtęci na katodzie rtęciowej otrzymał amalgamat Ca, z którego destylując rtęć otrzymał metal zwany „wapniem” (od łacińskiego kalx, rodzaj wapń - limonka).

Rozkład wapnia w przyrodzie. Pod względem liczebności w skorupie ziemskiej Ca zajmuje 5. miejsce (po O, Si, Al i Fe); zawartość 2,96% wag. Energicznie migruje i gromadzi się w różnych układach geochemicznych, tworząc 385 minerałów (4. miejsce pod względem liczby minerałów). W płaszczu Ziemi jest niewiele Ca, a prawdopodobnie jeszcze mniej rdzeń ziemi(w meteorytach żelaznych 0,02%). Ca przeważa w dolnej części skorupy ziemskiej, gromadząc się w głównych skałach; większość Ca zawarta jest w skaleniu – Ca anortycie; zawartość w skałach zasadowych wynosi 6,72%, w skałach kwaśnych (granity i inne) 1,58%. W biosferze następuje wyjątkowo ostre zróżnicowanie Ca, związane głównie z „równowagą węglanową”: gdy dwutlenek węgla oddziałuje z węglanem CaCO 3, powstaje rozpuszczalny wodorowęglan Ca(HCO 3) 2: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2 = Ca 2+ + 2HCO 3-. Reakcja ta jest odwracalna i stanowi podstawę redystrybucji Ca. Gdy zawartość CO 2 w wodzie jest wysoka, Ca znajduje się w roztworze, a gdy zawartość CO 2 jest niska, mineralny kalcyt CaCO 3 wytrąca się, tworząc grube osady wapienia, kredy i marmuru.

Migracja biogenna odgrywa również ogromną rolę w historii Ca. W żywej materii pierwiastków metalowych głównym Ca jest. Znane są organizmy zawierające powyżej 10% Ca (więcej węgla), budujące swój szkielet ze związków Ca, głównie z CaCO 3 (glony wapienne, wiele mięczaków, szkarłupni, koralowców, kłączy itp.). Z pochówkiem szkieletów w morzu. zwierzęta i rośliny wiążą się z akumulacją kolosalnych mas glonów, koralowców i innych wapieni, które zanurzając się w głębiny ziemi i mineralizując, zamieniają się w Różne rodzaje marmur.

Rozległe obszary o wilgotnym klimacie (strefy leśne, tundra) charakteryzują się niedoborem Ca – tutaj jest on łatwo wymywane z gleby. Jest to związane z niską żyznością gleb, niską produktywnością zwierząt domowych, ich niewielkimi rozmiarami i często chorobami układu kostnego. Dlatego bardzo ważne powoduje wapnowanie gleb, dokarmianie zwierząt domowych i ptaków itp. Natomiast w klimacie suchym CaCO 3 jest trudno rozpuszczalny, dlatego krajobrazy stepów i pustyń są bogate w Ca. Na słonych bagnach i słonych jeziorach często gromadzi się gips CaSO 4 · 2H 2 O.

Rzeki przynoszą do oceanu duże ilości Ca, ale on nie pozostaje w nim woda oceaniczna(średnia zawartość 0,04%) i gromadzi się w szkieletach organizmów, a po ich śmierci odkłada się na dnie głównie w postaci CaCO 3. Muły wapienne są szeroko rozpowszechnione na dnie wszystkich oceanów na głębokościach nie większych niż 4000 m (na większych głębokościach CaCO 3 rozpuszcza się, a tamtejsze organizmy często cierpią na niedobór Ca).

Wody podziemne odgrywają ważną rolę w migracji Ca. W masywach wapiennych miejscami intensywnie wypłukują CaCO 3, co wiąże się z rozwojem krasu, powstawaniem jaskiń, stalaktytów i stalagmitów. Oprócz kalcytu, w morzach minionych epok geologicznych powszechne było osadzanie się fosforanów Ca (np. złoża fosforytów Karatau w Kazachstanie), dolomitu CaCO 3 ·MgCO 3, a w lagunach podczas parowania – gipsu.

Na przestrzeni historii geologicznej wzrosło powstawanie biogennych węglanów, a chemiczne wytrącanie kalcytu zmalało. W morzach prekambryjskich (ponad 600 milionów lat temu) nie było zwierząt o wapiennych szkieletach; rozpowszechniły się od kambru (koralowce, gąbki itp.). Jest to związane z wysoką zawartością CO 2 w atmosferze prekambryjskiej.

Właściwości fizyczne wapnia. Sieć krystaliczna formy α Ca (stabilna w zwykłych temperaturach) jest sześcienna skupiona na ścianie, a = 5,56 Å. Promień atomowy 1,97 Å, promień jonowy Ca 2+ 1,04 Å. Gęstość 1,54 g/cm3 (20°C). Powyżej 464 ° C sześciokątna forma β jest stabilna. t topnienia 851°C, t wrzenia 1482°C; współczynnik temperaturowy rozszerzalności liniowej 22,10 -6 (0-300 °C); przewodność cieplna w 20°C 125,6 W/(m K) lub 0,3 cal/(cm sec°C); pojemność cieplna właściwa (0-100 °C) 623,9 J/(kg·K) lub 0,149 cal/(g °C); rezystywność elektryczna w 20 °C 4,6·10 -8 om·m lub 4,6·10 -6 om·cm; współczynnik temperaturowy oporu elektrycznego wynosi 4,57·10 -3 (20°C). moduł sprężystości 26 Gn/m2 (2600 kgf/mm2); wytrzymałość na rozciąganie 60 MN/m 2 (6 kgf/mm 2); granica sprężystości 4 MN/m 2 (0,4 kgf/mm 2), granica plastyczności 38 MN/m 2 (3,8 kgf/mm 2); wydłużenie względne 50%; Twardość Brinella 200-300 Mn/m2 (20-30 kgf/mm2). Wapń o odpowiednio dużej czystości jest plastyczny, łatwo prasowany, walcowany i podatny na cięcie.

Właściwości chemiczne wapnia. Konfiguracja zewnętrznej powłoki elektronowej atomu Ca 4s 2, zgodnie z którą Ca w związkach jest 2-wartościowy. Chemicznie Ca jest bardzo aktywny. W normalnych temperaturach Ca łatwo wchodzi w interakcję z tlenem i wilgocią zawartą w powietrzu, dlatego przechowuje się go w hermetycznie zamkniętych pojemnikach lub pod olej mineralny. Po podgrzaniu w powietrzu lub tlenie zapala się, dając zasadowy tlenek CaO. Znane są również nadtlenki Ca - CaO 2 i CaO 4. Ca początkowo szybko reaguje z zimną wodą, następnie reakcja ulega spowolnieniu w wyniku tworzenia się filmu Ca(OH) 2. Ca silnie oddziałuje z gorąca woda i kwasy uwalniające H2 (z wyjątkiem stężonego HNO3). Reaguje z fluorem na zimno oraz z chlorem i bromem - powyżej 400°C, dając odpowiednio CaF 2, CaCl 2 i CaBr 2. Halogenki te w stanie stopionym tworzą tzw. podzwiązki z Ca - CaF, CaCl, w którym Ca jest formalnie jednowartościowy. Po podgrzaniu Ca z siarką otrzymuje się siarczek wapnia CaS, ten ostatni dodaje siarkę, tworząc polisiarczki (CaS 2, CaS 4 i inne). Oddziałując z suchym wodorem w temperaturze 300-400°C, Ca tworzy wodorek CaH2 – związek jonowy, w którym wodór jest anionem. W temperaturze 500°C Ca i azot dają azotek Ca3N2; interakcja Ca z amoniakiem na zimno prowadzi do złożonego amoniaku Ca 6. Po podgrzaniu bez dostępu powietrza za pomocą grafitu, krzemu lub fosforu Ca daje odpowiednio węglik wapnia CaC 2, krzemki Ca 2 Si, CaSi, CaSi 2 i fosforek Ca 3 P 2. Ca tworzy związki międzymetaliczne z Al, Ag, Au, Cu, Li, Mg, Pb, Sn i innymi.

Uzyskiwanie wapnia. W przemyśle Ca otrzymuje się na dwa sposoby: 1) przez ogrzewanie brykietowanej mieszaniny proszku CaO i Al w temperaturze 1200 °C w próżni 0,01-0,02 mm Hg. Sztuka.; uwalniany w wyniku reakcji: 6CaO + 2 Al = 3CaO Al 2 O 3 + 3Ca Pary Ca kondensują na zimnej powierzchni; 2) poprzez elektrolizę stopionego CaCl 2 i KCl na ciekłej katodzie miedziowo-wapniowej otrzymuje się stop Cu - Ca (65% Ca), z którego oddestylowuje się Ca w temperaturze 950-1000 °C pod próżnią 0,1-0,001 mm Hg. Sztuka.

Zastosowanie wapnia. W postaci czystego metalu Ca stosuje się jako środek redukujący U, Th, Cr, V, Zr, Cs, Rb i niektóre metale ziem rzadkich z ich związków. Stosowany jest także do odtleniania stali, brązów i innych stopów, do usuwania siarki z produktów naftowych, do odwadniania cieczy organicznych, do oczyszczania argonu z zanieczyszczeń azotowych oraz jako pochłaniacz gazów w elektrycznych urządzeniach próżniowych. W technologii szeroko stosowane są materiały przeciwcierne układu Pb-Na-Ca, a także stopy Pb-Ca stosowane do produkcji powłok elektrycznych. kable Stop Ca-Si-Ca (krzemowowapniowy) stosowany jest jako odtleniacz i odgazowujący przy produkcji stali wysokiej jakości.

Wapń w organizmie. Ca jest jednym z pierwiastków biogennych niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania procesów życiowych. Jest obecny we wszystkich tkankach i płynach zwierząt i roślin. W środowisku pozbawionym Ca. W niektórych organizmach zawartość Ca sięga 38%; u ludzi - 1,4-2%. Komórki organizmów roślinnych i zwierzęcych wymagają ściśle określonych proporcji jonów Ca 2+, Na + i K + w środowiskach zewnątrzkomórkowych. Rośliny pozyskują Ca z gleby. Ze względu na związek z Ca rośliny dzielą się na kalcefile i kalcefoby. Zwierzęta pozyskują Ca z pożywienia i wody. Ca jest niezbędny do tworzenia szeregu struktur komórkowych, utrzymania prawidłowej przepuszczalności zewnętrznych błon komórkowych, zapłodnienia jaj ryb i innych zwierząt oraz aktywacji szeregu enzymów. Jony Ca 2+ przenoszą pobudzenie na włókno mięśniowe, powodując jego skurcz, zwiększają siłę skurczów serca, zwiększają funkcję fagocytarną leukocytów, aktywują system ochronnych białek krwi i uczestniczą w jej krzepnięciu. W komórkach prawie cały Ca występuje w postaci związków z białkami, kwasami nukleinowymi, fosfolipidami oraz w kompleksach z nieorganicznymi fosforanami i kwasami organicznymi. W osoczu krwi ludzi i zwierząt wyższych tylko 20-40% Ca może zostać związane z białkami. U zwierząt ze szkieletem aż 97-99% całego Ca jest wykorzystywane jako materiał budowlany: u bezkręgowców głównie w postaci CaCO 3 (muszle mięczaków, koralowce), u kręgowców - w postaci fosforanów. Wiele bezkręgowców magazynuje Ca przed linieniem w celu zbudowania nowego szkieletu lub zapewnienia funkcji życiowych w niesprzyjających warunkach.

Zawartość Ca we krwi ludzi i zwierząt wyższych jest regulowana przez hormony przytarczyc i tarczycy. Witamina D odgrywa kluczową rolę w tych procesach. Wchłanianie Ca zachodzi w przedniej części jelita cienkiego. Wchłanianie Ca pogarsza się wraz ze spadkiem kwasowości jelit i zależy od stosunku Ca, P i tłuszczu w pożywieniu. Optymalne proporcje Ca/P w mleku krowim wynosi około 1,3 (w ziemniakach 0,15, w fasoli 0,13, w mięsie 0,016). Jeśli w pożywieniu występuje nadmiar P lub kwasu szczawiowego, wchłanianie Ca ulega pogorszeniu. Kwasy żółciowe przyspieszają jego wchłanianie. Optymalny stosunek Ca/tłuszcz w pożywieniu człowieka wynosi 0,04-0,08 g Ca na 1 g tłuszczu. Wydalanie Ca odbywa się głównie przez jelita. Ssaki tracą dużo Ca w mleku podczas laktacji. W przypadku zaburzeń metabolizmu fosforu i wapnia u młodych zwierząt i dzieci rozwija się krzywica, a u dorosłych zwierząt rozwijają się zmiany w składzie i strukturze szkieletu (osteomalacja).

Wapń jest pierwiastkiem chemicznym z grupy II o liczbie atomowej 20. układ okresowy, oznaczony symbolem Ca (łac. Wapń). Wapń to miękki metal ziem alkalicznych o srebrzysto-szarym kolorze.

Pierwiastek 20 układu okresowego Nazwa pierwiastka pochodzi od łac. calx (w dopełniacz calcis) - „wapno”, „miękki kamień”. Zaproponował go angielski chemik Humphry Davy, który w 1808 roku wyizolował metaliczny wapń.
Związki wapnia – wapień, marmur, gips (a także wapno – produkt kalcynacji wapienia) były stosowane w budownictwie już od kilku tysięcy lat.
Wapń jest jednym z najpowszechniej występujących pierwiastków na Ziemi. Związki wapnia występują w prawie wszystkich tkankach zwierzęcych i roślinnych. Stanowi 3,38% masy skorupy ziemskiej (5. miejsce pod względem liczebności po tlenie, krzemie, aluminium i żelazie).

Znalezienie wapnia w przyrodzie

Ze względu na dużą aktywność chemiczną wapń nie występuje w przyrodzie w postaci wolnej.
Wapń stanowi 3,38% masy skorupy ziemskiej (5. miejsce pod względem liczebności po tlenie, krzemie, aluminium i żelazie). Zawartość elementu w woda morska- 400 mg/l.

Izotopy

Wapń występuje w przyrodzie jako mieszanina sześciu izotopów: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca i 48Ca, z czego najczęściej spotykany 40Ca stanowi 96,97%. Jądra wapnia zawierają magiczną liczbę protonów: Z = 20. Izotopy
40
20
Ca20 i
48
20
Ca28 to dwa z pięciu jąder występujących w przyrodzie, których liczba magiczna jest dwukrotnie większa.
Z sześciu naturalnych izotopów wapnia pięć jest stabilnych. Szósty izotop 48Ca, najcięższy z sześciu i bardzo rzadki (jego liczebność izotopowa wynosi tylko 0,187%), ulega podwójnemu rozpadowi beta z okresem półtrwania wynoszącym 1,6 · 1017 lat.

W skały aha i minerały

Większość wapnia zawarta jest w krzemianach i glinokrzemianach różnych skał (granity, gnejsy itp.), zwłaszcza w skaleniu - anortycie Ca.
W postaci skał osadowych związki wapnia reprezentowane są przez kredę i wapienie, składające się głównie z minerału kalcytu (CaCO3). Krystaliczna forma kalcytu – marmur – występuje znacznie rzadziej w przyrodzie.
Minerały wapniowe takie jak kalcyt CaCO3, anhydryt CaSO4, alabaster CaSO4 0,5H2O i gips CaSO4 2H2O, fluoryt CaF2, apatyt Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), dolomit MgCO3 CaCO3 są dość powszechne. Obecność soli wapnia i magnezu w naturalna woda określa się jego twardość.
Wapń, energicznie migrujący w skorupie ziemskiej i gromadzący się w różnych układach geochemicznych, tworzy 385 minerałów (czwarta co do wielkości liczba minerałów).

Rola biologiczna wapń

Wapń jest powszechnym makroskładnikiem odżywczym w organizmie roślin, zwierząt i ludzi. U ludzi i innych kręgowców większość znajduje się w szkielecie i zębach. Wapń występuje w kościach w postaci hydroksyapatytu. Z różne formy Węglan wapnia (wapno) stanowi „szkielet” większości grup bezkręgowców (gąbki, polipy koralowców, mięczaki itp.). Jony wapnia biorą udział w procesach krzepnięcia krwi, a także służą jako jeden z uniwersalnych wtórnych przekaźników wewnątrz komórek i regulują różnorodne procesy wewnątrzkomórkowe – skurcz mięśni, egzocytozę, w tym wydzielanie hormonów i neuroprzekaźników. Stężenie wapnia w cytoplazmie komórek ludzkich wynosi około 10−4 mmol/l, w płynach międzykomórkowych około 2,5 mmol/l.

Zapotrzebowanie na wapń zależy od wieku. Dla dorosłych w wieku 19-50 lat i dzieci w wieku 4-8 lat włącznie dzienne zapotrzebowanie (RDA) wynosi 1000 mg (zawarte w około 790 ml mleka o zawartości tłuszczu 1%), a dla dzieci w wieku 9-18 lat włącznie – 1300 mg dziennie (zawarte w około 1030 ml mleka o zawartości tłuszczu 1%). W okresie dojrzewania spożywanie wystarczającej ilości wapnia jest bardzo ważne ze względu na szybki wzrost szkieletu. Jednak według badań przeprowadzonych w Stanach Zjednoczonych jedynie 11% dziewcząt i 31% chłopców w wieku 12-19 lat realizuje swoje potrzeby. W zbilansowanej diecie większość wapnia (około 80%) dostaje się do organizmu dziecka wraz z produktami mlecznymi. Pozostały wapń pochodzi ze zbóż (w tym chleba pełnoziarnistego i kaszy gryczanej), roślin strączkowych, pomarańczy, warzyw i orzechów. Produkty „mleczne” na bazie tłuszczu mlecznego (masło, śmietana, śmietana, lody na bazie śmietanki) praktycznie nie zawierają wapnia. Im więcej w nabiał tłuszczu mlecznego, tym mniej zawiera wapnia. Wchłanianie wapnia w jelicie odbywa się na dwa sposoby: przezkomórkowy (przezkomórkowy) i międzykomórkowy (parakomórkowy). W pierwszym mechanizmie pośredniczy działanie aktywnej formy witaminy D (kalcytriolu) i jej receptorów jelitowych. Odgrywa dużą rolę w niskim lub umiarkowanym spożyciu wapnia. Przy większej zawartości wapnia w diecie istotną rolę zaczyna odgrywać wchłanianie międzykomórkowe, co wiąże się z dużym gradientem stężenia wapnia. Ze względu na mechanizm transkomórkowy wapń wchłania się w większym stopniu w dwunastnica(ze względu na najwyższe stężenie receptorów kalcytriolu). Ze względu na pasywny transfer międzykomórkowy, wchłanianie wapnia jest najbardziej aktywne we wszystkich trzech odcinkach jelita cienkiego. Parakomórkowe wchłanianie wapnia jest wspomagane przez laktozę (cukier mleczny).

Wchłanianie wapnia hamują niektóre tłuszcze zwierzęce (w tym tłuszcz z mleka krowiego i tłuszcz wołowy, ale nie smalec) oraz olej palmowy. Zawarte w takich tłuszczach kwasy tłuszczowe palmitynowy i stearynowy ulegają oddzieleniu podczas trawienia w jelitach i w wolnej postaci mocno wiążą wapń, tworząc palmitynian i stearynian wapnia (nierozpuszczalne mydła). W postaci tego mydła zarówno wapń, jak i tłuszcz są tracone w kale. Mechanizm ten jest odpowiedzialny za zmniejszone wchłanianie wapnia, zmniejszoną mineralizację kości i zmniejszone pośrednie pomiary wytrzymałości kości u niemowląt stosujących preparaty dla niemowląt na bazie oleju palmowego (oleiny palmowej). U takich dzieci powstawanie mydeł wapniowych w jelitach wiąże się ze stwardnieniem stolca, zmniejszeniem częstotliwości stolca, a także częstszą niedomykalnością i kolką.

Stężenie wapnia we krwi ze względu na jego znaczenie dla duża liczba niezbędny ważne procesy precyzyjnie regulowany i odpowiednie odżywianie i nie występuje odpowiednie spożycie niskotłuszczowych produktów mlecznych oraz niedobory witaminy D. Długotrwały niedobór wapnia i/lub witaminy D w diecie zwiększa ryzyko osteoporozy i powoduje krzywicę w okresie niemowlęcym.

Nadmierne dawki wapnia i witaminy D mogą powodować hiperkalcemię. Maksymalna bezpieczna dawka dla osób dorosłych w wieku od 19 do 50 lat włącznie wynosi 2500 mg na dzień (około 340 g sera edamskiego).

Przewodność cieplna

Wapń występuje bardzo powszechnie w przyrodzie w postaci różnych związków. W skorupie ziemskiej zajmuje piąte miejsce z udziałem 3,25% i najczęściej występuje w postaci wapienia CaCO3, dolomitu CaCO3*MgCO3, gipsu CaSO4*2H2O, fosforytu Ca3(PO4)2 i fluorytu CaF2, nie licząc znaczącego udział wapnia w składzie skał krzemianowych. Woda morska zawiera średnio 0,04% (wag.) wapnia

Właściwości fizyczne i chemiczne wapnia

Wapń należy do podgrupy metali ziem alkalicznych grupy II układu okresowego pierwiastków; numer seryjny 20, masa atomowa 40,08, wartościowość 2, objętość atomowa 25,9. Izotopy wapnia: 40 (97%), 42 (0,64%), 43 (0,15%), 44 (2,06%), 46 (0,003%), 48 (0,185%). Struktura elektronowa atomu wapnia: 1s2, 2s2p6, 3s2p6, 4s2. Promień atomowy wynosi 1,97 A, promień jonu wynosi 1,06 A. Do 300° kryształy wapnia mają kształt sześcianu ze środkowymi ścianami i wymiarem boku 5,53 A, powyżej 450° mają kształt sześciokątny. Ciężar właściwy wapnia wynosi 1,542, temperatura topnienia 851°, temperatura wrzenia 1487°, ciepło topnienia 2,23 kcal/mol, ciepło parowania 36,58 kcal/mol. Ciepło atomowe stałego wapnia Cр = 5,24 + 3,50*10В-3 T dla 298-673° K i Cp = 6,29+1,40*10В-3T dla 673-1124° K; dla ciekłego wapnia Cp = 7,63. Entropia stałego wapnia wynosi 9,95 ± 1, gazowego w temperaturze 25° 37,00 ± 0,01.
Elastyczność pary stałego wapnia badał Yu.A. Priselkov i A.N. Nesmeyanov, P. Douglas i D. Tomlin. Wartości prężności pary nasyconej wapnia podano w tabeli. 1.

Pod względem przewodności cieplnej wapń zbliża się do sodu i potasu, w temperaturach 20-100° współczynnik rozszerzalności liniowej wynosi 25 * 10v-6, w 20° oporność elektryczna wynosi 3,43 μ omów/cm3, od 0 do 100° współczynnik temperatury opór elektryczny 0,0036. Równoważnik elektrochemiczny 0,74745 g/a*h. Wytrzymałość na rozciąganie wapnia 4,4 kg/mm2, twardość Brinella 13, wydłużenie 53%, skurcz względny 62%.
Wapń ma srebrzystobiałą barwę i błyszczy po rozbiciu. Na powietrzu metal pokrywa się cienką niebieskawo-szarą warstwą azotku, tlenku i częściowo nadtlenku wapnia. Wapń jest elastyczny i plastyczny; można go dalej przetwarzać tokarka, wiercić, ciąć, piłować, naciskać, przeciągać itp. Niż czystszy metal, tym większa jest jego plastyczność.
W szeregu napięciowym wapń należy do metali najbardziej elektroujemnych, co wyjaśnia jego wysoką aktywność chemiczną. W temperaturze pokojowej wapń nie reaguje z suchym powietrzem, w temperaturze 300° i wyższej intensywnie się utlenia, a przy silnym ogrzewaniu pali się jasnym pomarańczowo-czerwonawym płomieniem. W wilgotnym powietrzu wapń stopniowo utlenia się, zamieniając się w wodorotlenek; reaguje stosunkowo wolno z zimną wodą, ale gorąca woda energicznie wypiera wodór, tworząc wodorotlenek.
Azot reaguje z wapniem zauważalnie w temperaturze 300° i bardzo intensywnie w temperaturze 900°, tworząc azotek Ca3N2. Z wodorem w temperaturze 400°C wapń tworzy wodorek CaH2. Wapń nie wiąże się z suchymi halogenami, z wyjątkiem fluoru, w temperaturze pokojowej; intensywne tworzenie halogenków następuje w temperaturze 400° i wyższej.
Silne kwasy siarkowy (65-60° Be) i azotowy mają słaby wpływ na czysty wapń. Z wodnych roztworów kwasów mineralnych kwas solny jest bardzo mocny, kwas azotowy jest mocny, a kwas siarkowy jest słaby. W stężonych roztworach NaOH i roztworach sody wapń prawie nie ulega zniszczeniu.

Aplikacja

Wapń znajduje coraz szersze zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu. Ostatnio zyskał duże znaczenie jako środek redukujący przy wytwarzaniu wielu metali. Czysty uran metaliczny otrzymuje się przez redukcję fluorku uranu metalicznym wapniem. Wapń lub jego wodorki można stosować do redukcji tlenków tytanu, a także tlenków cyrkonu, toru, tantalu, niobu i innych metali rzadkich. Wapń jest dobrym odtleniaczem i odgazowywaczem przy produkcji miedzi, niklu, stopów chromowo-niklowych, stali specjalnych, brązów niklowych i cynowych; usuwa siarkę, fosfor i węgiel z metali i stopów.
Wapń tworzy z bizmutem związki ogniotrwałe, dlatego służy do oczyszczania ołowiu z bizmutu.
Wapń dodaje się do różnych stopów lekkich. Pomaga poprawić powierzchnię wlewka, drobnoziarnisty rozmiar i zmniejszyć utlenianie. Rozpowszechniony posiadają stopy łożyskowe zawierające wapń. Do produkcji powłok kabli można stosować stopy ołowiu (0,04% Ca).
Wapń stosowany jest do odwadniania alkoholi i rozpuszczalników do odsiarczania produktów naftowych. Do produkcji wysokiej jakości betonu porowatego stosuje się stopy wapnia z cynkiem lub z cynkiem i magnezem (70% Ca). Wapń wchodzi w skład stopów przeciwciernych (babit ołowiowo-wapniowy).
Ze względu na zdolność wiązania tlenu i azotu, wapń lub stopy wapnia z sodem i innymi metalami stosuje się do oczyszczania gazów szlachetnych oraz jako getter w próżniowych urządzeniach radiowych. Wapń wykorzystywany jest również do produkcji wodorku, który jest źródłem wodoru w warunki terenowe. Wraz z węglem wapń tworzy węglik wapnia CaC2, stosowany w duże ilości do produkcji acetylenu C2H2.

Historia rozwoju

Dewi po raz pierwszy uzyskał wapń w postaci amalgamatu w 1808 roku, stosując elektrolizę mokrego wapna za pomocą katody rtęciowej. W 1852 roku Bunsen otrzymał amalgamat o dużej zawartości wapnia w drodze elektrolizy roztworu chlorku wapnia w kwasie solnym. Bunsen i Matthiessen w 1855 roku uzyskali wapń czysta forma. W 1893 roku Borchers znacznie ulepszył elektrolizę chlorku wapnia, stosując chłodzenie katodowe; Arndt w 1902 roku otrzymał w drodze elektrolizy metal zawierający 91,3% Ca. Ruff i Plata zastosowali mieszaninę CaCl2 i CaF2 w celu obniżenia temperatury elektrolizy; Borchers i Stockham uzyskali gąbkę o temperaturze poniżej temperatury topnienia wapnia.
Problem elektrolitycznego wytwarzania wapnia rozwiązali Rathenau i Suter, proponując metodę elektrolizy z katodą dotykową, która wkrótce stała się przemysłowa. Było wiele propozycji i prób wytwarzania stopów wapnia metodą elektrolizy, zwłaszcza na ciekłej katodzie. Zdaniem F.O. Banzela stopy wapnia można otrzymać przez elektrolizę CaF2 z dodatkiem soli lub fluorotlenków innych metali. Poulene i Melan przygotowali stop Ca-Al na katodzie z ciekłego aluminium; Kügelgen i Seward uzyskali stop Ca-Zn na katodzie cynkowej. Wytwarzaniem stopów Ca-Zn zajęli się w 1913 roku W. Moldenhauer i J. Andersen, którzy również przygotowali stopy Pb-Ca na katodzie ołowiowej. Koba, Simkins i Gire zastosowali elektrolizer z katodą ołowiową 2000 A i uzyskali stop zawierający 2% Ca przy wydajności prądowej 20%. I. Tselikov i V. Wasinger dodali NaCl do elektrolitu, aby otrzymać stop z sodem; R.R. Syromiatnikow wymieszał stop i osiągnął 40-68% mocy wyjściowej. Stopy wapnia z ołowiem, cynkiem i miedzią produkowane są na skalę przemysłową metodą elektrolizy
Wzbudził spore zainteresowanie metoda termiczna zdobywanie wapnia. Aluminotermiczną redukcję tlenków odkrył w 1865 roku H.H. Beketow. W 1877 roku Malet odkrył oddziaływanie mieszaniny tlenków wapnia, baru i strontu z aluminium po podgrzaniu. Winkler próbował zredukować te same tlenki za pomocą magnezu; Biltz i Wagner, redukując tlenek wapnia glinem w próżni, uzyskali niską wydajność metalu. Gunz w 1929 roku osiągnął lepsze wyniki. sztuczna inteligencja Voinitsky w 1938 roku zredukował tlenek wapnia w laboratorium za pomocą stopów aluminium i krzemu. Metodę opatentowano w 1938 roku. Pod koniec II wojny światowej metoda termiczna znalazła zastosowanie przemysłowe.
W 1859 roku Caron zaproponował metodę wytwarzania stopów sodu z metalami ziem alkalicznych poprzez działanie metalicznego sodu na ich chlorki. Tą metodą otrzymywano wapń (i barynę) w stopie z ołowiem przed II wojną światową produkcja przemysłowa Elektroliza wapnia została dostarczona do Niemiec i Fraction. W Bieterfeld (Niemcy) w latach 1934-1939 produkowano 5-10 ton wapnia rocznie. Zapotrzebowanie USA na wapń pokrywane było z importu, który w latach 1920-1940 wynosił 10-25 g rocznie. Od 1940 r., kiedy zaprzestano importu z Francji, Stany Zjednoczone zaczęły samodzielnie wytwarzać wapń w znacznych ilościach metodą elektrolizy; pod koniec wojny zaczęto pozyskiwać wapń metodą próżniowo-termiczną; według S. Loomisa jego produkcja sięgała 4,5 tony dziennie. Według Minerale Yarbook, Dominium Magnesium w Kanadzie produkuje wapń rocznie:

Brak jest informacji na temat skali produkcji wapnia w ostatnich latach.

Nazwa:*
E-mail:
Komentarz:

Dodać

27.03.2019

Przede wszystkim musisz zdecydować, ile chcesz wydać na zakup. Eksperci zalecają początkującym inwestorom kwotę od 30 tysięcy do 100 rubli.

27.03.2019

Walcowany metal jest obecnie aktywnie wykorzystywany w różnych sytuacjach. Rzeczywiście, wiele gałęzi przemysłu po prostu nie może się bez tego obejść, ponieważ walcówka...

27.03.2019

Uszczelki stalowe owalne przeznaczone są do uszczelniania połączenia kołnierzowe armatura i rurociągi transportujące media agresywne....

26.03.2019

Wielu z nas słyszało o takiej pozycji jak Administrator systemu, ale nie każdy rozumie, co dokładnie oznacza to wyrażenie....

26.03.2019

Każda osoba dokonująca napraw w swoim lokalu powinna zastanowić się, w jakich konstrukcjach ma zostać zainstalowany przestrzeń wewnętrzna. W sklepie...

26.03.2019

26.03.2019

Obecnie analizatory gazów są aktywnie wykorzystywane w przemyśle naftowym i gazowym, w sektorze użyteczności publicznej, podczas analiz w kompleksach laboratoryjnych, do...

Państwowy Uniwersytet Techniczny Naftowy w Ufa

Katedra Chemii Ogólnej i Analitycznej

na temat: „Pierwiastek wapń. Właściwości, produkcja, zastosowanie”

Przygotowane przez ucznia grupy BTS-11-01 Prokaev G.L.

Profesor nadzwyczajny Krasko S.A.

Wstęp

Historia i pochodzenie nazwy

Będąc w naturze

Paragon

Właściwości fizyczne

Właściwości chemiczne

Zastosowania wapnia metalicznego

Zastosowanie związków wapnia

Rola biologiczna

Wniosek

Bibliografia

Wstęp

Wapń jest pierwiastkiem głównej podgrupy drugiej grupy, czwartego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejewa, o liczbie atomowej 20. Jest oznaczony symbolem Ca (łac. Wapń). Prosta substancja wapń (numer CAS: 7440-70-2) to miękki, reaktywny metal ziem alkalicznych o srebrzystobiałym kolorze.

Wapń nazywany jest metalem ziem alkalicznych i zaliczany jest do pierwiastków S. Na zewnętrznym poziomie elektronowym wapń ma dwa elektrony, więc daje związki: CaO, Ca(OH)2, CaCl2, CaSO4, CaCO3 itp. Wapń jest typowym metalem - ma duże powinowactwo do tlenu, redukuje prawie wszystkie metale z ich tlenków i tworzy dość mocną zasadę Ca(OH)2.

Pomimo wszechobecności pierwiastka nr 20, nawet chemicy nie wszyscy widzieli pierwiastkowy wapń. Ale ten metal, zarówno pod względem wyglądu, jak i zachowania, wcale nie jest podobny do metali alkalicznych, z którymi kontakt jest obarczony niebezpieczeństwem pożarów i oparzeń. Można go bezpiecznie przechowywać na powietrzu, nie zapala się od wody.

Wapń elementarny prawie nigdy nie jest używany jako materiał budowlany. Jest na to zbyt aktywny. Wapń łatwo reaguje z tlenem, siarką i halogenami. Nawet z azotem i wodorem, w pewnych warunkach, reaguje. Środowisko tlenków węgla, obojętne dla większości metali, jest agresywne dla wapnia. Spala się w atmosferze CO i CO2.

Historia i pochodzenie nazwy

Nazwa pierwiastka pochodzi od łac. calx (w dopełniaczu calcis) - „wapno”, „miękki kamień”. Zaproponował go angielski chemik Humphry Davy, który w 1808 roku wyizolował metaliczny wapń metodą elektrolityczną. Davy poddał elektrolizie mieszaninę mokrego wapna gaszonego i tlenku rtęci HgO na platynowej płycie, która służyła jako anoda. Katodą był drut platynowy zanurzony w ciekłej rtęci. W wyniku elektrolizy otrzymano amalgamat wapnia. Po destylacji rtęci Davy otrzymał metal zwany wapniem.

Związki wapnia – wapień, marmur, gips (a także wapno – produkt wypalenia wapienia) były stosowane w budownictwie już od kilku tysięcy lat. Do końca XVIII wieku chemicy uważali wapno za zwykłą substancję stałą. W 1789 r. A. Lavoisier zasugerował, że wapno, tlenek magnezu, baryt, tlenek glinu i krzemionka są substancjami złożonymi.

Będąc w naturze

Ze względu na dużą aktywność chemiczną wapń nie występuje w przyrodzie w postaci wolnej.

Wapń stanowi 3,38% masy skorupy ziemskiej (5. miejsce pod względem liczebności po tlenie, krzemie, aluminium i żelazie).

Izotopy. Wapń występuje w przyrodzie jako mieszanina sześciu izotopów: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca i 48Ca, spośród których najpowszechniejszy – 40Ca – stanowi 96,97%.

Z sześciu naturalnych izotopów wapnia pięć jest stabilnych. Niedawno odkryto, że szósty izotop, 48Ca, najcięższy z sześciu i bardzo rzadki (jego liczebność izotopowa wynosi tylko 0,187%), ulega podwójnemu rozpadowi beta z okresem półtrwania wynoszącym 5,3 ×1019 lata.

W skałach i minerałach. Większość wapnia zawarta jest w krzemianach i glinokrzemianach różnych skał (granity, gnejsy itp.), zwłaszcza w skaleniu - anortycie Ca.

W postaci skał osadowych związki wapnia reprezentowane są przez kredę i wapienie, składające się głównie z minerału kalcytu (CaCO3). Krystaliczna forma kalcytu – marmur – występuje znacznie rzadziej w przyrodzie.

Minerały wapniowe takie jak kalcyt CaCO3, anhydryt CaSO4, alabaster CaSO4 0,5H2O i gips CaSO4 2H2O, fluoryt CaF2, apatyt Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), dolomit MgCO3 CaCO3 są dość powszechne. Obecność soli wapnia i magnezu w wodzie naturalnej decyduje o jej twardości.

Wapń, energicznie migrujący w skorupie ziemskiej i gromadzący się w różnych układach geochemicznych, tworzy 385 minerałów (czwarta co do wielkości liczba minerałów).

Migracja w skorupie ziemskiej. W naturalnej migracji wapnia znaczącą rolę odgrywa „równowaga węglanowa”, związana z odwracalną reakcją węglanu wapnia z wodą i dwutlenek węgla z utworzeniem rozpuszczalnego wodorowęglanu:

CaCO3 + H2O + CO2 ↔ Ca (HCO3)2 ↔ Ca2+ + 2HCO3ˉ

(równowaga przesuwa się w lewo lub w prawo w zależności od stężenia dwutlenku węgla).

Migracja biogenna. W biosferze związki wapnia występują w prawie wszystkich tkankach zwierzęcych i roślinnych (patrz także poniżej). Znaczna ilość wapnia występuje w organizmach żywych. Zatem hydroksyapatyt Ca5(PO4)3OH, czyli w innym wpisie 3Ca3(PO4)2·Ca(OH)2, jest podstawą tkanki kostnej kręgowców, w tym człowieka; Muszle i skorupy wielu bezkręgowców, skorupki jaj itp. zbudowane są z węglanu wapnia CaCO3. W żywych tkankach ludzi i zwierząt znajduje się 1,4-2% Ca (ułamek masowy); w organizmie człowieka o masie 70 kg zawartość wapnia wynosi około 1,7 kg (głównie w substancji międzykomórkowej tkanki kostnej).

Paragon

Wolny wapń metaliczny otrzymuje się poprzez elektrolizę stopu składającego się z CaCl2 (75-80%) i KCl lub z CaCl2 i CaF2, a także redukcję aluminotermiczną CaO w temperaturze 1170-1200 °C:

CaO + 2Al = CaAl2O4 + 3Ca.

Opracowano także metodę wytwarzania wapnia poprzez dysocjację termiczną węglika wapnia CaC2

Właściwości fizyczne

Wapń metaliczny występuje w dwóch modyfikacjach alotropowych. Stabilny do 443°C α -Ca z siatką sześcienną, większa stabilność β-Ca z sześcienną siatką skupioną na ciele α -Fe. Standardowa entalpia ΔH0 przemiana α → β wynosi 0,93 kJ/mol.

Wapń - lekki metal(d = 1,55), srebrzystobiały. Jest twardszy i topi się w wyższej temperaturze wysoka temperatura(851°C) w porównaniu do sodu, który znajduje się obok niego w układzie okresowym. Wyjaśnia to fakt, że w metalu przypadają dwa elektrony na jon wapnia. Dlatego wiązanie chemiczne między jonami a gazem elektronowym jest silniejsze niż wiązanie sodu. Na reakcje chemiczne Elektrony walencyjne wapnia przenoszone są na atomy innych pierwiastków. W tym przypadku powstają podwójnie naładowane jony.

Właściwości chemiczne

Wapń jest typowym metalem ziem alkalicznych. Aktywność chemiczna wapnia jest wysoka, ale niższa niż wszystkich innych metali ziem alkalicznych. Łatwo reaguje z tlenem, dwutlenkiem węgla i wilgocią zawartą w powietrzu, dlatego powierzchnia wapnia metalicznego jest zwykle matowoszara, dlatego w laboratorium wapń zazwyczaj, podobnie jak inne metale ziem alkalicznych, jest przechowywany w szczelnie zamkniętym słoju pod warstwą nafty lub ciekłej parafiny.

W szeregu standardowych potencjałów wapń znajduje się na lewo od wodoru. Standardowy potencjał elektrody pary Ca2+/Ca0 wynosi −2,84 V, zatem wapń aktywnie reaguje z wodą, ale bez zapłonu:

2H2O = Ca(OH)2 + H2 + Q.

Wapń reaguje z aktywnymi niemetalami (tlenem, chlorem, bromem) w normalnych warunkach:

Ca + O2 = 2CaO, Ca + Br2 = CaBr2.

Po podgrzaniu w powietrzu lub tlenie wapń zapala się. Wapń reaguje po podgrzaniu z mniej aktywnymi niemetalami (wodorem, borem, węglem, krzemem, azotem, fosforem i innymi), na przykład:

Ca + H2 = CaH2, Ca + 6B = CaB6,

Ca + N2 = Ca3N2, Ca + 2C = CaC2,

Ca + 2P = Ca3P2 (fosforek wapnia),

znane są także fosforki wapnia o kompozycjach CaP i CaP5;

Ca + Si = Ca2Si (krzemian wapnia),

Znane są także krzemki wapnia o składzie CaSi, Ca3Si4 i CaSi2.

Występowaniu powyższych reakcji z reguły towarzyszy wydzielanie dużej ilości ciepła (to znaczy reakcje te są egzotermiczne). We wszystkich związkach z niemetalami stopień utlenienia wapnia wynosi +2. Większość związków wapnia z niemetalami łatwo ulega rozkładowi w wodzie, na przykład:

CaH2+ 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2,N2 + 3H2O = 3Ca(OH)2 + 2NH3.

Jon Ca2+ jest bezbarwny. Po dodaniu do płomienia rozpuszczalnych soli wapnia, płomień staje się ceglasty.

Sole wapnia, takie jak chlorek CaCl2, bromek CaBr2, jodek CaI2 i azotan Ca(NO3)2, są dobrze rozpuszczalne w wodzie. W wodzie nierozpuszczalne są fluorek CaF2, węglan CaCO3, siarczan CaSO4, ortofosforan Ca3(PO4)2, szczawian CaC2O4 i inne.

Ważne jest, aby w odróżnieniu od węglanu wapnia CaCO3, kwaśny węglan wapnia (wodorowęglan) Ca(HCO3) 2 był rozpuszczalny w wodzie. W naturze prowadzi to do następujących procesów. Kiedy zimny deszcz lub woda rzeczna nasycona dwutlenkiem węgla przenika pod ziemię i opada na wapień, obserwuje się ich rozpuszczenie:

CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2.

W tych samych miejscach, gdzie woda nasycona wodorowęglanem wapnia wypływa na powierzchnię ziemi i jest podgrzewana przez promienie słoneczne, zachodzi reakcja odwrotna:

Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2 + H2O.

W ten sposób w przyrodzie przenoszone są duże masy substancji. W rezultacie pod ziemią mogą tworzyć się ogromne szczeliny, a w jaskiniach tworzą się piękne kamienne „sople” - stalaktyty i stalagmity.

Obecność rozpuszczonego wodorowęglanu wapnia w wodzie w dużej mierze decyduje o chwilowej twardości wody. Nazywa się to tymczasowym, ponieważ gdy woda wrze, wodorowęglan rozkłada się i wytrąca się CaCO3. Zjawisko to prowadzi np. do tego, że z biegiem czasu w czajniku tworzy się kamień.

wapń metaliczny chemiczny fizyczny

Głównym zastosowaniem wapnia metalicznego jest jego zastosowanie jako środka redukującego w produkcji metali, zwłaszcza niklu, miedzi i ze stali nierdzewnej. Wapń i jego wodorek wykorzystuje się także do produkcji metali trudnych do redukcji, takich jak chrom, tor i uran. Stosowane są stopy wapnia z ołowiem baterie i stopy łożyskowe. Granulki wapnia służą także do usuwania śladów powietrza z urządzeń próżniowych. Rozpuszczalne sole wapnia i magnezu powodują ogólną twardość wody. Jeśli występują w wodzie w małych ilościach, wówczas wodę nazywa się miękką. Jeśli zawartość tych soli jest wysoka, wodę uważa się za twardą. Twardość eliminuje się przez gotowanie; aby całkowicie wyeliminować wodę, czasami poddaje się ją destylacji.

Metalotermia

Czysty metaliczny wapń jest szeroko stosowany w metalotermii do produkcji metali rzadkich.

Stopowanie stopów

Czysty wapń stosowany jest do stopowania ołowiu stosowanego do produkcji płytek akumulatorowych i bezobsługowych akumulatorów kwasowo-ołowiowych rozruchowych o niskim stopniu samorozładowania. Do produkcji wysokiej jakości babbitów wapniowych BKA wykorzystuje się także wapń metaliczny.

Fuzja nuklearna

Izotop 48Ca jest najskuteczniejszym i powszechnie stosowanym materiałem do produkcji pierwiastków superciężkich i odkrywania nowych pierwiastków w układzie okresowym. Przykładowo w przypadku wykorzystania jonów 48Ca do produkcji pierwiastków superciężkich w akceleratorach, jądra tych pierwiastków powstają setki i tysiące razy wydajniej niż przy zastosowaniu innych „pocisków” (jonów).

Zastosowanie związków wapnia

Wodorek wapnia. Przez ogrzewanie wapnia w atmosferze wodoru otrzymuje się CaH2 (wodorek wapnia), który wykorzystuje się w metalurgii (metalotermii) oraz do produkcji wodoru w terenie.

Materiały optyczne i laserowe. Fluorek wapnia (fluoryt) stosowany jest w postaci monokryształów w optyce (obiektywy astronomiczne, soczewki, pryzmaty) oraz jako materiał laserowy. Wolframian wapnia (scheelit) w postaci monokryształów znajduje zastosowanie w technologii laserowej, a także jako scyntylator.

Węglik wapnia. Węglik wapnia CaC2 jest szeroko stosowany do produkcji acetylenu i redukcji metali, a także do produkcji cyjanamidu wapnia (reakcja egzotermiczna, prowadzona w piecach cyjanamidowych po podgrzaniu węglika wapnia w azocie w temperaturze 1200 °C) .

Chemiczne źródła prądu. Wapń, a także jego stopy z aluminium i magnezem, są stosowane w rezerwowych termicznych akumulatorach elektrycznych jako anoda (na przykład pierwiastek chromianu wapnia). Chromian wapnia stosowany jest w takich akumulatorach jako katoda. Osobliwością takich akumulatorów jest niezwykle długi okres trwałości (dziesiątki lat) w odpowiednim stanie, zdolność do pracy w każdych warunkach (przestrzeń, wysokie ciśnienie), duży specyficzna energia wagowo i objętościowo. Wada: krótka żywotność. Baterie takie stosuje się tam, gdzie konieczne jest wytworzenie kolosalnej energii elektrycznej w krótkim czasie (rakiety balistyczne, niektóre statki kosmiczne itp.).

Materiały ognioodporne. Tlenek wapnia, zarówno w postaci wolnej, jak i jako składnik mieszanek ceramicznych, wykorzystywany jest do produkcji materiałów ogniotrwałych.

Leki. W medycynie leki Ca eliminują zaburzenia związane z niedoborem jonów Ca w organizmie (tężyczka, spazmofilia, krzywica). Preparaty Ca zmniejszają nadwrażliwość na alergeny i stosowane są w leczeniu chorób alergicznych (choroba posurowicza, senność itp.). Preparaty Ca zmniejszają zwiększoną przepuszczalność naczyń i działają przeciwzapalnie. Stosuje się je w przypadku krwotocznego zapalenia naczyń, choroby popromiennej, procesów zapalnych (zapalenie płuc, zapalenie opłucnej itp.) I niektórych chorób skóry. Przepisywany jako środek hemostatyczny, poprawiający czynność mięśnia sercowego i wzmacniający działanie preparatów naparstnicy, jako antidotum na zatrucia solami magnezu. Razem z innymi lekami preparaty Ca stosowane są w celu stymulacji porodu. Chlorek Ca podaje się doustnie i dożylnie.

Do preparatów wapniowych zalicza się także gips (CaSO4), stosowany w chirurgii na bandaże gipsowe, oraz kredę (CaCO3), przepisywaną wewnętrznie na zwiększoną kwasowość soku żołądkowego i do sporządzania proszku do zębów.

Rola biologiczna

Wapń jest powszechnym makroskładnikiem odżywczym w organizmie roślin, zwierząt i ludzi. U ludzi i innych kręgowców większość tej substancji zawarta jest w szkielecie i zębach w postaci fosforanów. Szkielety większości grup bezkręgowców (gąbki, polipy koralowców, mięczaki itp.) składają się z różnych form węglanu wapnia (wapna). Jony wapnia biorą udział w procesach krzepnięcia krwi, a także zapewniają stałe ciśnienie osmotyczne krwi. Jony wapnia służą również jako jeden z uniwersalnych wtórnych przekaźników i regulują różnorodne procesy wewnątrzkomórkowe - skurcz mięśni, egzocytozę, w tym wydzielanie hormonów i neuroprzekaźników itp. Stężenie wapnia w cytoplazmie komórek ludzkich wynosi około 10-7 mol, w płynach międzykomórkowych około 10-3 mol.

Większość wapnia, który dostaje się do organizmu człowieka wraz z pożywieniem, znajduje się w produktach mlecznych, pozostała część wapnia pochodzi z mięsa, ryb i niektórych produktów roślinnych (zwłaszcza roślin strączkowych). Wchłanianie zachodzi zarówno w jelicie grubym, jak i cienkim i jest ułatwione przez kwaśne środowisko, witaminę D i witaminę C, laktozę, kwasy nienasycone Kwasy tłuszczowe. Rola magnezu w metabolizmie wapnia jest istotna; przy jego niedoborze wapń jest „wymywany” z kości i odkładany w nerkach (kamieniach nerkowych) i mięśniach.

Aspiryna, kwas szczawiowy i pochodne estrogenów zakłócają wchłanianie wapnia. Wapń w połączeniu z kwasem szczawiowym tworzy nierozpuszczalne w wodzie związki będące składnikami kamieni nerkowych.

Dzięki dużej liczbie procesów z nim związanych zawartość wapnia we krwi jest precyzyjnie regulowana, a przy prawidłowym odżywianiu nie dochodzi do jego niedoborów. Długotrwała nieobecność na diecie może powodować skurcze, bóle stawów, senność, wady wzrostu i zaparcia. Głębszy niedobór prowadzi do ciągłych skurczów mięśni i osteoporozy. Nadużywanie kawy i alkoholu może powodować niedobór wapnia, ponieważ jego część jest wydalana z moczem.

Nadmierne dawki wapnia i witaminy D mogą powodować hiperkalcemię, w następstwie której następuje intensywne zwapnienie kości i tkanek (dotykające głównie układ moczowy). Długotrwały nadmiar zaburza funkcjonowanie tkanki mięśniowej i nerwowej, zwiększa krzepliwość krwi i zmniejsza wchłanianie cynku przez komórki kostne. Maksymalna dzienna bezpieczna dawka dla osoby dorosłej wynosi 1500 do 1800 miligramów.

Produkty Wapń, mg/100 g

Sezam 783

Pokrzywa 713

Duży babka 412

Sardynki w oleju 330

Bluszcz budra 289

Róża dla psa 257

Migdał 252

Lancerista babki lancetowatej. 248

Orzech laskowy 226

Rukiew wodna 214

Suszona soja 201

Dzieci poniżej 3 lat - 600 mg.

Dzieci od 4 do 10 lat - 800 mg.

Dzieci od 10 do 13 lat - 1000 mg.

Młodzież od 13 do 16 lat – 1200 mg.

Młodzież 16 lat i starsza – 1000 mg.

Dorośli od 25 do 50 lat - od 800 do 1200 mg.

Kobiety w ciąży i karmiące piersią – od 1500 do 2000 mg.

Wniosek

Wapń jest jednym z najpowszechniej występujących pierwiastków na Ziemi. Jest go dużo w przyrodzie: pasma górskie i skały ilaste powstają z soli wapnia, występuje w wodzie morskiej i rzecznej, jest częścią organizmów roślinnych i zwierzęcych.

Wapń stale otacza mieszkańców miast: prawie wszystkie główne materiały budowlane - beton, szkło, cegła, cement, wapno - zawierają ten pierwiastek w znacznych ilościach.

Naturalnie, mając takie właściwości chemiczne, wapń nie może występować w przyrodzie w stanie wolnym. Jednak związki wapnia – zarówno naturalne, jak i sztuczne – nabrały ogromnego znaczenia.

Bibliografia

1.Redakcja: Knunyants I. L. (redaktor naczelny) Encyklopedia chemiczna: w 5 tomach - Moskwa: Encyklopedia radziecka, 1990. - T. 2. - s. 293. - 671 s.

2.Doronina. N.A. Calcium, Goskhimizdat, 1962. 191 s. z ilustracjami.

.Dotsenko V.A. - Żywienie lecznicze i profilaktyczne. - Pytanie. żywienie, 2001 - N1-s.21-25

4.Bilezikian J. P. Metabolizm wapnia i kości // W: K. L. Becker, wyd.

5.M.H. Karapetyants, S.I. Drakin – Generał i chemia nieorganiczna, 2000. 592 s. z ilustracjami.