Ατομική μάζα ασβεστίου. Το ασβέστιο ως χημικό στοιχείο, ο ρόλος του

Το ασβέστιο (λατινικά Calcium, που συμβολίζεται με το σύμβολο Ca) είναι ένα στοιχείο με ατομικό αριθμό 20 και ατομική μάζα 40,078. Είναι στοιχείο της κύριας υποομάδας της δεύτερης ομάδας, της τέταρτης περιόδου του περιοδικού συστήματος χημικών στοιχείων του Ντμίτρι Ιβάνοβιτς Μεντελέεφ. Υπό κανονικές συνθήκες, μια απλή ουσία ασβέστιο είναι ένα ελαφρύ (1,54 g / cm3) ελατό, μαλακό, χημικά ενεργό μέταλλο αλκαλικής γαίας με ασημί-λευκό χρώμα.

Στη φύση, το ασβέστιο παρουσιάζεται ως μείγμα έξι ισοτόπων: 40Ca (96,97%), 42Ca (0,64%), 43Ca (0,145%), 44Ca (2,06%), 46Ca (0,0033%) και 48Ca (0,185%). Το κύριο ισότοπο του εικοστού στοιχείου - το πιο κοινό - είναι το 40Ca, η ισοτοπική του αφθονία είναι περίπου 97%. Από τα έξι φυσικά ισότοπα ασβεστίου, τα πέντε είναι σταθερά, το έκτο ισότοπο 48Ca, το βαρύτερο από τα έξι και αρκετά σπάνιο (η ισοτοπική του αφθονία είναι μόνο 0,185%), πρόσφατα βρέθηκε ότι υφίσταται διπλή β-διάσπαση με χρόνο ημιζωής από 5,3 ∙ 1019 χρόνια. Τα τεχνητά ληφθέντα ισότοπα με αριθμούς μάζας 39, 41, 45, 47 και 49 είναι ραδιενεργά. Τις περισσότερες φορές χρησιμοποιούνται ως δείκτης ισοτόπων στη μελέτη των διαδικασιών μεταβολισμού ορυκτών σε έναν ζωντανό οργανισμό. Το 45Ca, που λαμβάνεται με ακτινοβόληση μεταλλικού ασβεστίου ή των ενώσεων του με νετρόνια σε έναν αντιδραστήρα ουρανίου, παίζει σημαντικό ρόλο στη μελέτη των μεταβολικών διεργασιών που συμβαίνουν στο έδαφος και στη μελέτη των διαδικασιών αφομοίωσης του ασβεστίου από τα φυτά. Χάρη στο ίδιο ισότοπο, κατέστη δυνατός ο εντοπισμός πηγών μόλυνσης διαφόρων ποιοτήτων χάλυβα και υπερκαθαρού σιδήρου με ενώσεις ασβεστίου κατά τη διαδικασία τήξης.

Οι ενώσεις ασβεστίου - μάρμαρο, γύψος, ασβεστόλιθος και ασβέστης (προϊόν της όπτησης ασβεστόλιθου) ήταν γνωστές από την αρχαιότητα και χρησιμοποιήθηκαν ευρέως στις κατασκευές και την ιατρική. Οι αρχαίοι Αιγύπτιοι χρησιμοποιούσαν ενώσεις ασβεστίου στην κατασκευή των πυραμίδων τους και οι κάτοικοι της μεγάλης Ρώμης επινόησαν το σκυρόδεμα - χρησιμοποιώντας ένα μείγμα θρυμματισμένης πέτρας, ασβέστη και άμμου. Μέχρι το τέλος του 18ου αιώνα, οι χημικοί ήταν πεπεισμένοι ότι ο ασβέστης είναι ένα απλό σώμα. Μόνο το 1789 ο Lavoisier πρότεινε ότι ο ασβέστης, η αλουμίνα και ορισμένες άλλες ενώσεις είναι σύνθετες ουσίες. Το 1808, το μέταλλο ασβεστίου ελήφθη από τον H. Davie με ηλεκτρόλυση.

Η χρήση του μεταλλικού ασβεστίου συνδέεται με την υψηλή χημική του δράση. Χρησιμοποιείται για αναγωγή από ενώσεις ορισμένων μετάλλων, για παράδειγμα, θόριο, ουράνιο, χρώμιο, ζιρκόνιο, καίσιο, ρουβίδιο. για την αφαίρεση οξυγόνου και θείου από χάλυβα και ορισμένα άλλα κράματα. για αφυδάτωση οργανικών υγρών. για την απορρόφηση των υπολειμματικών αερίων σε συσκευές κενού. Επιπλέον, το μεταλλικό ασβέστιο χρησιμεύει ως συστατικό κράματος σε ορισμένα κράματα. Οι ενώσεις ασβεστίου χρησιμοποιούνται πολύ ευρύτερα - χρησιμοποιούνται στις κατασκευές, στην πυροτεχνία, στην παραγωγή γυαλιού, στην ιατρική και σε πολλούς άλλους τομείς.

Το ασβέστιο είναι ένα από τα πιο σημαντικά βιογενή στοιχεία, είναι απαραίτητο για τους περισσότερους ζωντανούς οργανισμούς για την κανονική πορεία των διαδικασιών ζωής. Το σώμα ενός ενήλικα περιέχει έως και ενάμιση κιλό ασβεστίου. Υπάρχει σε όλους τους ιστούς και τα υγρά των ζωντανών οργανισμών. Το εικοστό στοιχείο είναι απαραίτητο για το σχηματισμό οστικού ιστού, τη διατήρηση του καρδιακού ρυθμού, την πήξη του αίματος, τη διατήρηση της φυσιολογικής διαπερατότητας των εξωτερικών κυτταρικών μεμβρανών και το σχηματισμό ενός αριθμού ενζύμων. Ο κατάλογος των λειτουργιών που επιτελεί το ασβέστιο σε οργανισμούς φυτών και ζώων είναι πολύ μεγάλος. Αρκεί να πούμε ότι μόνο σπάνιοι οργανισμοί μπορούν να αναπτυχθούν σε περιβάλλον χωρίς ασβέστιο, ενώ άλλοι οργανισμοί αποτελούνται κατά 38% από αυτό το στοιχείο (το ανθρώπινο σώμα περιέχει μόνο περίπου 2% ασβέστιο).

Βιολογικές ιδιότητες

Το ασβέστιο είναι ένα από τα βιογενή στοιχεία, οι ενώσεις του βρίσκονται σε όλους σχεδόν τους ζωντανούς οργανισμούς (λίγοι οργανισμοί μπορούν να αναπτυχθούν σε περιβάλλον χωρίς ασβέστιο), διασφαλίζοντας την κανονική πορεία των διαδικασιών ζωής. Το εικοστό στοιχείο υπάρχει σε όλους τους ιστούς και τα υγρά των ζώων και των φυτών, το μεγαλύτερο μέρος του (στα σπονδυλωτά, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων) περιέχεται στον σκελετό και τα δόντια με τη μορφή φωσφορικών αλάτων (για παράδειγμα, υδροξυαπατίτης Ca5 (PO4) 3OH ή 3Ca3 ( PO4) 2 Ca (OH) 2). Η χρήση του εικοστού στοιχείου ως δομικού υλικού για οστά και δόντια οφείλεται στο γεγονός ότι δεν χρησιμοποιούνται ιόντα ασβεστίου στο κύτταρο. Η συγκέντρωση του ασβεστίου ελέγχεται από ειδικές ορμόνες, η συνδυασμένη δράση τους διατηρεί και διατηρεί τη δομή των οστών. Οι σκελετοί των περισσότερων ομάδων ασπόνδυλων (μαλάκια, κοράλλια, σφουγγάρια και άλλα) είναι κατασκευασμένοι από διάφορες μορφές ανθρακικού ασβεστίου CaCO3 (άσβεστος). Πολλά ασπόνδυλα αποθηκεύουν ασβέστιο πριν την τήξη για να χτίσουν έναν νέο σκελετό ή για να διατηρήσουν τη ζωή σε αντίξοες συνθήκες. Τα ζώα λαμβάνουν ασβέστιο από την τροφή και το νερό, και τα φυτά - από το έδαφος και σε σχέση με αυτό το στοιχείο χωρίζονται σε καλσεφίλους και ασβεστοφοβικούς.

Τα ιόντα αυτού του σημαντικού μικροστοιχείου εμπλέκονται στις διαδικασίες πήξης του αίματος, καθώς και στη διασφάλιση σταθερής οσμωτικής πίεσης του αίματος. Επιπλέον, το ασβέστιο είναι απαραίτητο για το σχηματισμό ενός αριθμού κυτταρικών δομών, τη διατήρηση της φυσιολογικής διαπερατότητας των εξωτερικών κυτταρικών μεμβρανών, για τη γονιμοποίηση ωαρίων ψαριών και άλλων ζώων και την ενεργοποίηση ορισμένων ενζύμων (ίσως αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το ασβέστιο αντικαθιστά τα ιόντα μαγνησίου). Τα ιόντα ασβεστίου μεταδίδουν διέγερση στις μυϊκές ίνες, προκαλώντας τη συστολή τους, αυξάνουν τη δύναμη των καρδιακών συσπάσεων, αυξάνουν τη φαγοκυτταρική λειτουργία των λευκοκυττάρων, ενεργοποιούν το σύστημα προστατευτικών πρωτεϊνών του αίματος, ρυθμίζουν την εξωκυττάρωση, συμπεριλαμβανομένης της έκκρισης ορμονών και νευροδιαβιβαστών. Το ασβέστιο επηρεάζει τη διαπερατότητα των αιμοφόρων αγγείων - χωρίς αυτό το στοιχείο, τα λίπη, τα λιπίδια και η χοληστερόλη θα καθίζανε στα τοιχώματα των αιμοφόρων αγγείων. Το ασβέστιο προάγει την απέκκριση αλάτων βαρέων μετάλλων και ραδιονουκλεϊδίων από το σώμα, εκτελεί αντιοξειδωτικές λειτουργίες. Το ασβέστιο επηρεάζει το αναπαραγωγικό σύστημα, έχει δράση κατά του στρες και έχει αντιαλλεργική δράση.

Η περιεκτικότητα σε ασβέστιο στο σώμα ενός ενήλικα (βάρους 70 κιλά) είναι 1,7 κιλά (κυρίως στη σύνθεση της μεσοκυτταρικής ουσίας του οστικού ιστού). Η ανάγκη για αυτό το στοιχείο εξαρτάται από την ηλικία: για τους ενήλικες, η απαιτούμενη ημερήσια δόση είναι από 800 έως 1.000 χιλιοστόγραμμα, για παιδιά από 600 έως 900 χιλιοστόγραμμα. Για τα παιδιά, είναι ιδιαίτερα σημαντικό να καταναλώνουν την απαιτούμενη δόση για εντατική ανάπτυξη και ανάπτυξη των οστών. Η κύρια πηγή πρόσληψης ασβεστίου στον οργανισμό είναι το γάλα και τα γαλακτοκομικά προϊόντα, το υπόλοιπο ασβέστιο προέρχεται από το κρέας, τα ψάρια, ορισμένα φυτικά προϊόντα (ιδιαίτερα τα όσπρια). Η απορρόφηση των κατιόντων ασβεστίου γίνεται στο παχύ και λεπτό έντερο, η αφομοίωση διευκολύνεται από το όξινο περιβάλλον, τις βιταμίνες C και D, τη λακτόζη (γαλακτικό οξύ), καθώς και τα ακόρεστα λιπαρά οξέα. Με τη σειρά τους, η ασπιρίνη, το οξαλικό οξύ, τα παράγωγα οιστρογόνων μειώνουν σημαντικά την απορρόφηση του εικοστού στοιχείου. Έτσι, σε συνδυασμό με το οξαλικό οξύ, το ασβέστιο δίνει αδιάλυτες στο νερό ενώσεις, οι οποίες είναι συστατικά των λίθων στα νεφρά. Ο ρόλος του μαγνησίου στον μεταβολισμό του ασβεστίου είναι μεγάλος - με την έλλειψή του, το ασβέστιο «ξεπλένεται» από τα οστά και εναποτίθεται στα νεφρά (πέτρες στα νεφρά) και στους μύες. Γενικά, ο οργανισμός έχει ένα πολύπλοκο σύστημα αποθήκευσης και απελευθέρωσης του εικοστού στοιχείου, γι' αυτό ρυθμίζεται επακριβώς η περιεκτικότητα σε ασβέστιο στο αίμα και με σωστή διατροφή δεν υπάρχει έλλειψη ή περίσσεια. Η μακροχρόνια δίαιτα με ασβέστιο μπορεί να προκαλέσει κράμπες, πόνο στις αρθρώσεις, δυσκοιλιότητα, κόπωση, υπνηλία και καθυστέρηση της ανάπτυξης. Η παρατεταμένη έλλειψη ασβεστίου στη διατροφή οδηγεί στην ανάπτυξη οστεοπόρωσης. Η νικοτίνη, η καφεΐνη και το αλκοόλ είναι μερικοί από τους λόγους για την έλλειψη ασβεστίου στον οργανισμό, καθώς συμβάλλουν στην εντατική απέκκρισή του στα ούρα. Ωστόσο, μια περίσσεια του εικοστού στοιχείου (ή βιταμίνης D) οδηγεί σε αρνητικές συνέπειες - αναπτύσσεται υπερασβεστιαιμία, η συνέπεια της οποίας είναι η έντονη ασβεστοποίηση των οστών και των ιστών (επηρεάζει κυρίως το ουροποιητικό σύστημα). Το παρατεταμένο πλεόνασμα ασβεστίου διαταράσσει τη λειτουργία των μυών και των νευρικών ιστών, αυξάνει την πήξη του αίματος και μειώνει την απορρόφηση ψευδαργύρου από τα κύτταρα των οστών. Ίσως η εμφάνιση οστεοαρθρίτιδας, καταρράκτη, προβλήματα με την αρτηριακή πίεση. Από τα παραπάνω, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι τα κύτταρα των φυτικών και ζωικών οργανισμών χρειάζονται αυστηρά καθορισμένες αναλογίες ιόντων ασβεστίου.

Στη φαρμακολογία και την ιατρική, οι ενώσεις ασβεστίου χρησιμοποιούνται για την παρασκευή βιταμινών, δισκίων, χαπιών, ενέσεων, αντιβιοτικών, καθώς και για την κατασκευή αμπούλων, ιατρικών σκευών.

Αποδεικνύεται ότι μια αρκετά συχνή αιτία ανδρικής υπογονιμότητας είναι η έλλειψη ασβεστίου στον οργανισμό! Το γεγονός είναι ότι η κεφαλή του σπέρματος έχει έναν οβελιαίο σχηματισμό, ο οποίος αποτελείται εξ ολοκλήρου από ασβέστιο, με επαρκή ποσότητα αυτού του στοιχείου, το σπέρμα είναι σε θέση να ξεπεράσει τη μεμβράνη και να γονιμοποιήσει το ωάριο, αν όχι αρκετό, εμφανίζεται στειρότητα.

Αμερικανοί επιστήμονες ανακάλυψαν ότι η έλλειψη ιόντων ασβεστίου στο αίμα οδηγεί σε εξασθένηση της μνήμης και μείωση της νοημοσύνης. Έτσι, για παράδειγμα, από το γνωστό περιοδικό Science News στις Ηνωμένες Πολιτείες, έγινε γνωστό για πειράματα που επιβεβαίωσαν ότι οι γάτες αναπτύσσουν ένα εξαρτημένο αντανακλαστικό μόνο εάν τα εγκεφαλικά τους κύτταρα περιέχουν περισσότερο ασβέστιο από αίμα.

Η ένωση, το κυαναμίδιο ασβεστίου, που εκτιμάται ιδιαίτερα στη γεωργία, χρησιμοποιείται όχι μόνο ως αζωτούχο λίπασμα και πηγή ουρίας - το πιο πολύτιμο λίπασμα και πρώτη ύλη για την παραγωγή συνθετικών ρητινών, αλλά και ως ουσία με την οποία ήταν δυνατό να μηχανοποιήσει τη συγκομιδή των χωραφιών βαμβακιού. Το γεγονός είναι ότι μετά την επεξεργασία με αυτήν την ένωση, το βαμβάκι ρίχνει αμέσως το φύλλωμά του, γεγονός που επιτρέπει στους ανθρώπους να αφήνουν τη συλλογή του βαμβακιού στις μηχανές.

Όταν μιλάμε για τρόφιμα πλούσια σε ασβέστιο, αναφέρονται πάντα τα γαλακτοκομικά προϊόντα, αλλά το ίδιο το γάλα περιέχει από 120 mg (αγελαδινό) έως 170 mg (πρόβειο) ασβέστιο ανά 100 g. Το τυρί cottage είναι ακόμα πιο φτωχό - μόνο 80 mg ανά 100 γραμμάρια. Από τα γαλακτοκομικά προϊόντα, μόνο το τυρί περιέχει από 730 mg (γκούντα) έως 970 mg (εμμενταλ) ασβέστιο ανά 100 g προϊόντος. Ωστόσο, η παπαρούνα είναι ο κάτοχος του ρεκόρ για την περιεκτικότητα του εικοστού στοιχείου - 100 γραμμάρια παπαρουνόσπορου περιέχουν σχεδόν 1.500 mg ασβεστίου!

Το χλωριούχο ασβέστιο CaCl2, που χρησιμοποιείται, για παράδειγμα, σε εγκαταστάσεις ψύξης, είναι προϊόν αποβλήτων πολλών χημικών τεχνολογικών διεργασιών, ειδικότερα, μεγάλης κλίμακας παραγωγής σόδας. Ωστόσο, παρά την ευρεία χρήση του χλωριούχου ασβεστίου σε διάφορους τομείς, η κατανάλωσή του είναι σημαντικά κατώτερη από την παραγωγή του. Για το λόγο αυτό, για παράδειγμα, κοντά σε φυτά σόδας, σχηματίζονται ολόκληρες λίμνες από άλμη χλωριούχου ασβεστίου. Τέτοιες λίμνες αποθήκευσης δεν είναι ασυνήθιστες.

Για να καταλάβουμε πόσες ενώσεις ασβεστίου καταναλώνονται, αξίζει να δώσουμε μόνο μερικά παραδείγματα. Στην παραγωγή χάλυβα, ο ασβέστης χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση του φωσφόρου, του πυριτίου, του μαγγανίου και του θείου· στη διαδικασία του μετατροπέα οξυγόνου, καταναλώνονται 75 κιλά ασβέστη ανά τόνο χάλυβα! Ένα άλλο παράδειγμα από μια εντελώς διαφορετική περιοχή είναι η βιομηχανία τροφίμων. Κατά την παραγωγή ζάχαρης για την καθίζηση σακχαρικού ασβεστίου, το σιρόπι ακατέργαστης ζάχαρης αντιδρά με ασβέστη. Έτσι, η ζάχαρη από ζαχαροκάλαμο απαιτεί συνήθως περίπου 3-5 κιλά λάιμ ανά τόνο και η ζάχαρη από τεύτλα - εκατό φορές περισσότερο, δηλαδή περίπου μισός τόνος λάιμ ανά τόνο ζάχαρης!

Η «σκληρότητα» του νερού είναι μια σειρά από ιδιότητες που προσδίδουν στο νερό τα άλατα ασβεστίου και μαγνησίου που είναι διαλυμένα σε αυτό. Η δυσκαμψία χωρίζεται σε προσωρινή και μόνιμη. Η προσωρινή ή ανθρακική σκληρότητα προκαλείται από την παρουσία διαλυτών διττανθρακικών Ca (HCO3) 2 και Mg (HCO3) 2 στο νερό. Είναι πολύ εύκολο να απαλλαγούμε από τη σκληρότητα των ανθρακικών - όταν το νερό βράζει, τα διττανθρακικά μετατρέπονται σε αδιάλυτα στο νερό ανθρακικά άλατα ασβεστίου και μαγνησίου, κατακρημνίζοντας. Η μόνιμη σκληρότητα δημιουργείται από θειικά άλατα και χλωρίδια των ίδιων μετάλλων, αλλά η απαλλαγή από αυτήν είναι πολύ πιο δύσκολη. Το σκληρό νερό είναι τρομερό όχι τόσο γιατί εμποδίζει το σχηματισμό αφρού σαπουνιού και ως εκ τούτου πλένει τα ρούχα χειρότερα, είναι πολύ πιο τρομερό να σχηματίζει ένα στρώμα αλάτων στους ατμολέβητες και τις εγκαταστάσεις λεβήτων, μειώνοντας έτσι την απόδοσή τους και οδηγώντας σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης. Είναι ενδιαφέρον ότι ήξεραν πώς να προσδιορίζουν τη σκληρότητα του νερού ακόμη και στην αρχαία Ρώμη. Το κόκκινο κρασί χρησιμοποιήθηκε ως αντιδραστήριο - οι χρωματικοί του παράγοντες σχηματίζουν ένα ίζημα με ιόντα ασβεστίου και μαγνησίου.

Η διαδικασία προετοιμασίας του ασβεστίου για αποθήκευση είναι πολύ ενδιαφέρουσα. Το μεταλλικό ασβέστιο αποθηκεύεται για μεγάλο χρονικό διάστημα με τη μορφή σβώλων βάρους από 0,5 έως 60 kg. Αυτά τα «γουρούνια» συσκευάζονται σε χάρτινες σακούλες και στη συνέχεια τοποθετούνται σε γαλβανισμένα σιδερένια δοχεία με συγκολλημένες και βαμμένες ραφές. Τα ερμητικά κλειστά δοχεία τοποθετούνται σε ξύλινα κουτιά. Κομμάτια που ζυγίζουν λιγότερο από μισό κιλό δεν μπορούν να αποθηκευτούν για μεγάλο χρονικό διάστημα - όταν οξειδωθούν, μετατρέπονται γρήγορα σε οξείδιο, υδροξείδιο και ανθρακικό ασβέστιο.

Ιστορία

Το μεταλλικό ασβέστιο ελήφθη σχετικά πρόσφατα - το 1808, αλλά η ανθρωπότητα ήταν εξοικειωμένη με τις ενώσεις αυτού του μετάλλου για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα. Από την αρχαιότητα, οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν ασβεστόλιθο, κιμωλία, μάρμαρο, αλάβαστρο, γύψο και άλλες ενώσεις που περιέχουν ασβέστιο στις κατασκευές και την ιατρική. Ο ασβεστόλιθος CaCO3 ήταν πιθανότατα το πρώτο οικοδομικό υλικό που χρησιμοποιήθηκε από τον άνθρωπο. Χρησιμοποιήθηκε στην κατασκευή των αιγυπτιακών πυραμίδων και του Σινικού Τείχους της Κίνας. Πολλοί ναοί και εκκλησίες στη Ρωσία, καθώς και τα περισσότερα από τα κτίρια της αρχαίας Μόσχας, χτίστηκαν χρησιμοποιώντας ασβεστόλιθο - λευκή πέτρα. Ακόμη και στην αρχαιότητα, ένα άτομο που καίει ασβεστόλιθο, λάμβανε ασβέστη (CaO), όπως μαρτυρούν τα έργα του Πλίνιου του Πρεσβύτερου (1ος αιώνας μ.Χ.) και του Διοσκουρίδη, γιατρού του ρωμαϊκού στρατού, τον οποίο εισήγαγε για το οξείδιο του ασβεστίου στο έργο του. «Περί φαρμάκων» το όνομα «γρήγορος ασβέστης», που έχει επιβιώσει μέχρι την εποχή μας. Και όλα αυτά παρά το γεγονός ότι το καθαρό οξείδιο του ασβεστίου περιγράφηκε για πρώτη φορά από τον Γερμανό χημικό I. Στη συνέχεια μόνο το 1746 και το 1755, ο χημικός J. Black, μελετώντας τη διαδικασία ψήσιμο, αποκάλυψε ότι η απώλεια μάζας ασβεστόλιθου κατά τη διάρκεια της πυροδότησης συμβαίνει λόγω της απελευθέρωσης αερίου διοξειδίου του άνθρακα:

CaCO3 ↔ CO2 + CaO

Τα αιγυπτιακά κονιάματα, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν στις πυραμίδες της Γκίζας, βασίστηκαν σε μερικώς αφυδατωμένο γύψο CaSO4 2H2O ή, με άλλα λόγια, αλάβαστρο 2CaSO4 ∙ H2O. Είναι επίσης η βάση όλου του γύψου στον τάφο του Τουταγχαμών. Ο καμμένος γύψος (αλάβαστρο) χρησιμοποιήθηκε από τους Αιγύπτιους ως συνδετικό υλικό στην κατασκευή αρδευτικών εγκαταστάσεων. Με την καύση του φυσικού γύψου σε υψηλές θερμοκρασίες, οι Αιγύπτιοι κατασκευαστές πέτυχαν τη μερική αφυδάτωση του και όχι μόνο νερό, αλλά και θειικός ανυδρίτης αποσπάστηκε από το μόριο. Στη συνέχεια, όταν αραιώθηκε με νερό, ελήφθη μια πολύ ισχυρή μάζα, η οποία δεν φοβόταν τις διακυμάνσεις του νερού και της θερμοκρασίας.

Οι Ρωμαίοι μπορούν δικαίως να ονομαστούν οι εφευρέτες του σκυροδέματος, επειδή στα κτίριά τους χρησιμοποιούσαν μία από τις ποικιλίες αυτού του οικοδομικού υλικού - ένα μείγμα θρυμματισμένης πέτρας, άμμου και ασβέστη. Υπάρχει μια περιγραφή του Πλίνιου του Πρεσβύτερου για την κατασκευή δεξαμενών από τέτοιο σκυρόδεμα: «Για την κατασκευή δεξαμενών, παίρνουν πέντε μέρη καθαρής άμμου χαλικιού, δύο μέρη από τον καλύτερο σβησμένο ασβέστη και θραύσματα Silex (σκληρή λάβα) που ζυγίζουν όχι περισσότερο από μια λίβρα το καθένα, μετά την ανάμειξη συμπιέζουν την κάτω και τις πλαϊνές επιφάνειες με χτυπήματα σιδερένιου κριού». Στο υγρό κλίμα της Ιταλίας, το σκυρόδεμα ήταν το πιο ανθεκτικό υλικό.

Αποδεικνύεται ότι οι ενώσεις ασβεστίου ήταν γνωστές στην ανθρωπότητα για μεγάλο χρονικό διάστημα, τις οποίες χρησιμοποιούσαν ευρέως. Ωστόσο, μέχρι τα τέλη του 18ου αιώνα, οι χημικοί θεωρούσαν ότι ο ασβέστης είναι ένα απλό σώμα, μόνο στις παραμονές του νέου αιώνα άρχισαν να μελετούν τη φύση του ασβέστη και άλλων ενώσεων ασβεστίου. Έτσι ο Stahl πρότεινε ότι ο ασβέστης είναι ένα περίπλοκο σώμα, που αποτελείται από γήινες και υδάτινες αρχές, και ο Black καθιέρωσε τη διαφορά μεταξύ καυστικού ασβέστη και ανθρακικού ασβέστη, ο οποίος περιείχε «σταθερό αέρα». Ο Antoine Laurent Lavoisier απέδωσε την ασβέστη γη (CaO) στον αριθμό των στοιχείων, δηλαδή σε απλές ουσίες, αν και το 1789 πρότεινε ότι ο ασβέστης, η μαγνησία, ο βαρίτης, η αλουμίνα και το πυρίτιο είναι σύνθετες ουσίες, αλλά αυτό θα είναι δυνατό να αποδειχθεί μόνο με την αποσύνθεση της «επίμονης γης» (οξείδιο του ασβεστίου). Και ο πρώτος που τα κατάφερε ήταν ο Χάμφρεϊ Ντέιβι. Μετά την επιτυχή αποσύνθεση των οξειδίων του καλίου και του νατρίου με ηλεκτρόλυση, ο χημικός αποφάσισε να αποκτήσει μέταλλα αλκαλικών γαιών με τον ίδιο τρόπο. Ωστόσο, οι πρώτες προσπάθειες ήταν ανεπιτυχείς - ο Άγγλος προσπάθησε να αποσυνθέσει τον ασβέστη με ηλεκτρόλυση στον αέρα και κάτω από ένα στρώμα λαδιού, στη συνέχεια φρύωσε τον ασβέστη με μεταλλικό κάλιο σε ένα σωλήνα και έκανε πολλά άλλα πειράματα, αλλά χωρίς αποτέλεσμα. Τέλος, σε μια συσκευή με κάθοδο υδραργύρου, έλαβε αμάλγαμα με ηλεκτρόλυση ασβέστη και από αυτό μεταλλικό ασβέστιο. Πολύ σύντομα αυτή η μέθοδος παραγωγής μετάλλων βελτιώθηκε από τους I. Berzelius και M. Pontin.

Το νέο στοιχείο πήρε το όνομά του από τη λατινική λέξη "calx" (στη γενική περίπτωση calcis) - ασβέστης, μαλακή πέτρα. Το Calx (calx) λεγόταν κιμωλία, ασβεστόλιθος, γενικά γυμνή πέτρα, αλλά πιο συχνά κονίαμα με βάση τον ασβέστη. Αυτή η έννοια χρησιμοποιήθηκε επίσης από αρχαίους συγγραφείς (Βιτρούβιος, Πλίνιος ο Πρεσβύτερος, Διοσκουρίδης), περιγράφοντας την καύση του ασβεστόλιθου, το σβήσιμο του ασβέστη και την παρασκευή κονιαμάτων. Αργότερα στον κύκλο των αλχημιστών «calx» σήμαινε το προϊόν του ψησίματος γενικά - ειδικότερα των μετάλλων. Έτσι, για παράδειγμα, τα οξείδια μετάλλων ονομάζονταν μεταλλικός ασβέστης και η ίδια η διαδικασία ψησίματος ονομαζόταν φρύξη (calcinatio). Στην αρχαία ρωσική λογοτεχνία συνταγών υπάρχει η λέξη κόπρανα (λάσπη, πηλός), έτσι στη συλλογή της Λαύρας Τριάδας-Σεργίου (15ος αιώνας) λέγεται: «συλλέγετε περιττώματα, από αυτά δημιουργούν ένα χωνευτήριο για χρυσό». Μόνο αργότερα η λέξη καλ, που αναμφίβολα συνδέεται με τη λέξη «calx», έγινε συνώνυμη με τη λέξη κοπριά. Στη ρωσική λογοτεχνία στις αρχές του 19ου αιώνα, το ασβέστιο ονομαζόταν μερικές φορές η βάση της ασβεστώδους γης, ο ασβεστόλιθος (Shcheglov, 1830), η ασβεστότητα (Job), το ασβέστιο, το ασβέστιο (Hess).

Όντας στη φύση

Το ασβέστιο είναι ένα από τα πιο κοινά στοιχεία στον πλανήτη μας - το πέμπτο ως προς την ποσοτική περιεκτικότητα στη φύση (από τα μη μέταλλα, μόνο το οξυγόνο είναι περισσότερο - 49,5% και το πυρίτιο - 25,3%) και το τρίτο μεταξύ των μετάλλων (μόνο το αλουμίνιο είναι περισσότερο κοινό - 7,5% και σίδηρος - 5,08%). Clarke (η μέση περιεκτικότητα στον φλοιό της γης) σε ασβέστιο, σύμφωνα με διάφορες εκτιμήσεις, κυμαίνεται από 2,96% κατά μάζα έως 3,38%, μπορούμε σίγουρα να πούμε ότι το ποσοστό αυτό είναι περίπου 3%. Στο εξωτερικό περίβλημα του ατόμου ασβεστίου, υπάρχουν δύο ηλεκτρόνια σθένους, ο δεσμός των οποίων με τον πυρήνα είναι μάλλον εύθραυστος. Για το λόγο αυτό, το ασβέστιο είναι εξαιρετικά αντιδραστικό και δεν εμφανίζεται σε ελεύθερη μορφή στη φύση. Ωστόσο, μεταναστεύει ενεργά και συσσωρεύεται σε διάφορα γεωχημικά συστήματα, σχηματίζοντας περίπου 400 ορυκτά: πυριτικά, αργιλοπυριτικά, ανθρακικά, φωσφορικά, θειικά, βοριοπυριτικά, μολυβδαινικά, χλωριούχα και άλλα, καταλαμβάνοντας την τέταρτη θέση σε αυτόν τον δείκτη. Κατά την τήξη των βασαλτικών μάγματος, το ασβέστιο συσσωρεύεται στο τήγμα και αποτελεί μέρος των κύριων ορυκτών σχηματισμού πετρωμάτων, κατά τη διάρκεια της κλασμάτωσης των οποίων η περιεκτικότητά του μειώνεται κατά τη διαφοροποίηση του μάγματος από βασικά σε φελσικά πετρώματα. Ως επί το πλείστον, το ασβέστιο βρίσκεται στο κατώτερο τμήμα του φλοιού της γης, συσσωρεύεται σε βασικά πετρώματα (6,72%). υπάρχει λίγο ασβέστιο στον μανδύα της γης (0,7%) και, πιθανώς, ακόμη λιγότερο στον πυρήνα της γης (στους σιδερένιους μετεωρίτες του εικοστού στοιχείου, παρόμοιοι με τον πυρήνα, μόνο 0,02%).

Είναι αλήθεια ότι το clarke του ασβεστίου στους πέτρινους μετεωρίτες είναι 1,4% (βρίσκεται σπάνιο θειούχο ασβέστιο), σε μεσαίους βράχους - 4,65%, τα πετρώματα φελσίου περιέχουν 1,58% ασβέστιο κατά βάρος. Το κύριο μέρος του ασβεστίου περιέχεται σε πυριτικά και αργιλοπυριτικά άλατα διαφόρων πετρωμάτων (γρανίτες, γνεύσιοι κ.λπ.), ιδιαίτερα στον άστριο - ανορθίτη Ca, καθώς και σε διόψιτο CaMg, βολλαστονίτη Ca3. Με τη μορφή ιζηματογενών πετρωμάτων, οι ενώσεις ασβεστίου αντιπροσωπεύονται από κιμωλία και ασβεστόλιθο, που αποτελούνται κυρίως από το ορυκτό ασβεστίτη (CaCO3).

Το ανθρακικό ασβέστιο CaCO3 είναι μια από τις πιο διαδεδομένες ενώσεις στη Γη - τα ορυκτά με βάση το ανθρακικό ασβέστιο καλύπτουν περίπου 40 εκατομμύρια τετραγωνικά χιλιόμετρα της επιφάνειας της γης. Σε πολλά μέρη της επιφάνειας της Γης, υπάρχουν σημαντικές ιζηματογενείς αποθέσεις ανθρακικού ασβεστίου, που σχηματίστηκαν από τα υπολείμματα αρχαίων θαλάσσιων οργανισμών - κιμωλία, μάρμαρο, ασβεστόλιθος, κέλυφος - όλα αυτά είναι CaCO3 με μικρές ακαθαρσίες και ο ασβεστίτης είναι καθαρό CaCO3 . Το πιο σημαντικό από αυτά τα ορυκτά είναι ο ασβεστόλιθος, πιο συγκεκριμένα - ο ασβεστόλιθος - επειδή κάθε κοίτασμα διαφέρει ως προς την πυκνότητα, τη σύνθεση και την ποσότητα των ακαθαρσιών. Για παράδειγμα, το κέλυφος είναι ένας οργανικός ασβεστόλιθος και το ανθρακικό ασβέστιο, το οποίο έχει λιγότερες ακαθαρσίες, σχηματίζει διαφανείς κρυστάλλους ασβεστόλιθου ή ισλανδικού σπάρου. Η κιμωλία είναι ένας άλλος κοινός τύπος ανθρακικού ασβεστίου, αλλά το μάρμαρο, μια κρυσταλλική μορφή ασβεστίτη, είναι πολύ λιγότερο κοινό στη φύση. Είναι γενικά αποδεκτό ότι το μάρμαρο σχηματίστηκε από ασβεστόλιθο στην αρχαία γεωλογική εποχή. Κατά την κίνηση του φλοιού της γης, μεμονωμένες αποθέσεις ασβεστόλιθου θάφτηκαν κάτω από στρώματα άλλων πετρωμάτων. Υπό την επίδραση της υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας έγινε η διαδικασία της ανακρυστάλλωσης και ο ασβεστόλιθος μετατράπηκε σε πιο πυκνό κρυσταλλικό βράχο - μάρμαρο. Οι περίεργοι σταλακτίτες και οι σταλαγμίτες είναι ορυκτό αραγωνίτη, που είναι ένας άλλος τύπος ανθρακικού ασβεστίου. Ο ορθορομβικός αραγωνίτης σχηματίζεται σε ζεστές θάλασσες - οι Μπαχάμες, οι Φλόριντα Κις και η λεκάνη της Ερυθράς Θάλασσας σχηματίζονται από τεράστια στρώματα ανθρακικού ασβεστίου με τη μορφή αραγωνίτη. Επίσης αρκετά διαδεδομένα είναι τα ορυκτά ασβεστίου όπως ο φθορίτης CaF2, ο δολομίτης MgCO3 CaCO3, ο ανυδρίτης CaSO4, ο φωσφορίτης Ca5 (PO4) 3 (OH, CO3) (με διάφορες ακαθαρσίες) και ο απατίτης Ca5 (PO4) 3 (F, Cl, OH) - μορφές από φωσφορικό ασβέστιο, αλάβαστρο CaSO4 0,5H2O και γύψο CaSO4 2H2O (μορφές θειικού ασβεστίου) και άλλα. Στα ορυκτά που περιέχουν ασβέστιο, υπάρχουν στοιχεία ακαθαρσίας που το αντικαθιστούν ισομορφικά (για παράδειγμα, νάτριο, στρόντιο, σπάνιες γαίες, ραδιενεργά και άλλα στοιχεία).

Μεγάλη ποσότητα του εικοστού στοιχείου βρίσκεται στα φυσικά νερά λόγω της ύπαρξης μιας παγκόσμιας «ανθρακικής ισορροπίας» μεταξύ κακώς διαλυτού CaCO3, εξαιρετικά διαλυτού Ca (HCO3) 2 και CO2 σε νερό και αέρα:

CaCO3 + H2O + CO2 = Ca (HCO3) 2 = Ca2 + + 2HCO3-

Αυτή η αντίδραση είναι αναστρέψιμη και αποτελεί τη βάση για την ανακατανομή του εικοστού στοιχείου - με υψηλή περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα στα νερά, το ασβέστιο βρίσκεται σε διάλυμα και με χαμηλή περιεκτικότητα σε CO2, ο ορυκτός ασβεστίτης CaCO3 καθιζάνει, σχηματίζοντας ισχυρές αποθέσεις ασβεστόλιθος, κιμωλία, μάρμαρο.

Μια σημαντική ποσότητα ασβεστίου είναι μέρος των ζωντανών οργανισμών, για παράδειγμα, ο υδροξυαπατίτης Ca5 (PO4) 3OH, ή, σε άλλη καταγραφή, 3Ca3 (PO4) 2 Ca (OH) 2 - η βάση του οστικού ιστού των σπονδυλωτών, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων. Το ανθρακικό ασβέστιο CaCO3 είναι το κύριο συστατικό του κελύφους και του κελύφους πολλών ασπόνδυλων, κελύφους αυγών, κοραλλιών, ακόμη και μαργαριταριών.

Εφαρμογή

Το μεταλλικό ασβέστιο χρησιμοποιείται σπάνια. Βασικά, αυτό το μέταλλο (όπως το υδρίδιο του) χρησιμοποιείται στη μεταλλοθερμική παραγωγή δύσκολα αναγωγών μετάλλων - ουράνιο, τιτάνιο, θόριο, ζιρκόνιο, καίσιο, ρουβίδιο και μια σειρά από μέταλλα σπάνιων γαιών από τις ενώσεις τους (οξείδια ή αλογονίδια). . Το ασβέστιο χρησιμοποιείται ως αναγωγικός παράγοντας στην παραγωγή νικελίου, χαλκού και ανοξείδωτου χάλυβα. Επίσης, το εικοστό στοιχείο χρησιμοποιείται για την αποξείδωση χάλυβα, μπρούντζων και άλλων κραμάτων, για την αφαίρεση θείου από τα προϊόντα πετρελαίου, για την αφυδάτωση οργανικών διαλυτών, για τον καθαρισμό αργού από ακαθαρσίες αζώτου και ως απορροφητή αερίων σε ηλεκτρικές συσκευές κενού. Το μεταλλικό ασβέστιο χρησιμοποιείται στην παραγωγή αντιτριβικών κραμάτων του συστήματος Pb-Na-Ca (που χρησιμοποιείται σε ρουλεμάν), καθώς και του κράματος Pb-Ca, το οποίο χρησιμοποιείται για την κατασκευή περιβλημάτων ηλεκτρικών καλωδίων. Το κράμα πυριτικού ασβεστίου (Ca-Si-Ca) χρησιμοποιείται ως αποοξειδωτικός και απαερωτής στην παραγωγή χάλυβα υψηλής ποιότητας. Το ασβέστιο χρησιμοποιείται τόσο ως στοιχείο κράματος για κράματα αλουμινίου όσο και ως τροποποιητικό πρόσθετο για κράματα μαγνησίου. Για παράδειγμα, η προσθήκη ασβεστίου αυξάνει την αντοχή των ρουλεμάν αλουμινίου. Το καθαρό ασβέστιο χρησιμοποιείται επίσης για το κράμα μολύβδου, το οποίο χρησιμοποιείται για την κατασκευή πλακών μπαταριών, μπαταριών εκκίνησης μολύβδου-οξέος που δεν χρειάζονται συντήρηση με χαμηλή αυτοεκφόρτιση. Επίσης, το μεταλλικό ασβέστιο χρησιμοποιείται για την παραγωγή babbitt ασβεστίου υψηλής ποιότητας BKA. Με τη βοήθεια του ασβεστίου ρυθμίζεται η περιεκτικότητα σε άνθρακα στον χυτοσίδηρο και αφαιρείται το βισμούθιο από τον μόλυβδο και ο χάλυβας καθαρίζεται από οξυγόνο, θείο και φώσφορο. Το ασβέστιο, καθώς και τα κράματά του με αλουμίνιο και μαγνήσιο, χρησιμοποιούνται σε εφεδρικές θερμικές ηλεκτρικές μπαταρίες ως άνοδος (για παράδειγμα, στοιχείο χρωμικού ασβεστίου).

Ωστόσο, οι ενώσεις του εικοστού στοιχείου χρησιμοποιούνται πολύ ευρύτερα. Και πρώτα απ 'όλα, μιλάμε για φυσικές ενώσεις ασβεστίου. Μία από τις πιο διαδεδομένες ενώσεις ασβεστίου στη Γη είναι το ανθρακικό CaCO3. Το καθαρό ανθρακικό ασβέστιο είναι ορυκτό ασβεστίτη και ο ασβεστόλιθος, η κιμωλία, το μάρμαρο, το κέλυφος είναι CaCO3 με μικρές ακαθαρσίες. Το μείγμα ανθρακικού ασβεστίου και μαγνησίου ονομάζεται δολομίτης. Ο ασβεστόλιθος και ο δολομίτης χρησιμοποιούνται κυρίως ως οικοδομικά υλικά, πεζοδρόμια ή παράγοντες αποξίνωσης. Το ανθρακικό ασβέστιο CaCO3 είναι απαραίτητο για τη λήψη οξειδίου του ασβεστίου (άσβεστος) CaO και υδροξειδίου του ασβεστίου (σβησμένος ασβέστης) Ca (OH) 2. Με τη σειρά τους, το CaO και το Ca (OH) 2 είναι οι κύριες ουσίες σε πολλούς τομείς της χημικής, μεταλλουργικής και μηχανουργικής βιομηχανίας - το οξείδιο του ασβεστίου, τόσο σε ελεύθερη μορφή όσο και ως μέρος κεραμικών μιγμάτων, χρησιμοποιείται στην παραγωγή πυρίμαχων υλικών ; τεράστιες ποσότητες υδροξειδίου του ασβεστίου χρειάζονται η βιομηχανία χαρτοπολτού και χαρτιού. Επιπλέον, το Ca (OH) 2 χρησιμοποιείται στην παραγωγή λευκαντικού (ένα καλό λευκαντικό και απολυμαντικό), αλατιού κουκούτσι, σόδας και ορισμένων φυτοφαρμάκων για την καταπολέμηση των φυτικών παρασίτων. Μια τεράστια ποσότητα ασβέστη καταναλώνεται στην παραγωγή χάλυβα - για την αφαίρεση θείου, φωσφόρου, πυριτίου και μαγγανίου. Ένας άλλος ρόλος του ασβέστη στη μεταλλουργία είναι η παραγωγή μαγνησίου. Ο ασβέστης χρησιμοποιείται επίσης ως λιπαντικό για το τράβηγμα του χαλύβδινου σύρματος και για την εξουδετέρωση των απορριμμάτων αποσκλήρυνσης υγρών που περιέχουν θειικό οξύ. Επιπλέον, είναι ο ασβέστης που είναι το πιο κοινό χημικό αντιδραστήριο στην επεξεργασία πόσιμου και βιομηχανικού νερού (μαζί με άλατα στυπτηρίας ή σιδήρου πήζει αιωρήματα και απομακρύνει τα ιζήματα και μαλακώνει το νερό αφαιρώντας την προσωρινή - διττανθρακική - σκληρότητα). Στην καθημερινή ζωή και την ιατρική, το καταβυθισμένο ανθρακικό ασβέστιο χρησιμοποιείται ως παράγοντας εξουδετέρωσης οξέος, ήπιο λειαντικό σε οδοντόκρεμες, πηγή πρόσθετου ασβεστίου στις δίαιτες, συστατικό της τσίχλας και πληρωτικό στα καλλυντικά. Το CaCO3 χρησιμοποιείται επίσης ως πληρωτικό σε καουτσούκ, λατέξ, χρώματα και σμάλτα, καθώς και σε πλαστικά (περίπου 10% κατά βάρος) για τη βελτίωση της αντοχής στη θερμότητα, της σκληρότητας, της σκληρότητας και της εργασιμότητάς τους.

Το φθοριούχο ασβέστιο CaF2 έχει ιδιαίτερη σημασία, γιατί με τη μορφή ορυκτού (φθορίτη) είναι η μόνη βιομηχανικά σημαντική πηγή φθορίου! Το φθοριούχο ασβέστιο (φθορίτης) χρησιμοποιείται με τη μορφή μονοκρυστάλλων στην οπτική (αστρονομικοί στόχοι, φακοί, πρίσματα) και ως υλικό λέιζερ. Το γεγονός είναι ότι τα γυαλιά που κατασκευάζονται μόνο από φθοριούχο ασβέστιο είναι διαπερατά σε όλο το φάσμα. Το βολφραμικό ασβέστιο (scheelite) σε μορφή μονοκρυστάλλων χρησιμοποιείται στην τεχνολογία λέιζερ και επίσης ως σπινθηριστής. Δεν είναι λιγότερο σημαντικό το χλωριούχο ασβέστιο CaCl2 - συστατικό της άλμης για μονάδες ψύξης και για πλήρωση ελαστικών τρακτέρ και άλλων οχημάτων. Με τη βοήθεια χλωριούχου ασβεστίου, οι δρόμοι και τα πεζοδρόμια καθαρίζονται από το χιόνι και τον πάγο, αυτή η ένωση χρησιμοποιείται για την προστασία του άνθρακα και του μεταλλεύματος από το πάγωμα κατά τη μεταφορά και την αποθήκευση, το ξύλο εμποτίζεται με το διάλυμά του για να του δώσει αντοχή στη φωτιά. Το CaCl2 χρησιμοποιείται σε μείγματα σκυροδέματος για να επιταχύνει την έναρξη της πήξης, να αυξήσει την αρχική και τελική αντοχή του σκυροδέματος.

Το τεχνητά λαμβανόμενο καρβίδιο του ασβεστίου CaC2 (όταν πυρώνεται σε ηλεκτρικούς κλιβάνους οξειδίου του ασβεστίου με οπτάνθρακα) χρησιμοποιείται για την παραγωγή ακετυλενίου και για την αναγωγή μετάλλων, καθώς και για την παραγωγή κυαναμιδίου ασβεστίου, το οποίο, με τη σειρά του, απελευθερώνει αμμωνία δράση των υδρατμών. Επιπλέον, το κυαναμίδιο ασβεστίου χρησιμοποιείται για την παραγωγή ουρίας - το πιο πολύτιμο λίπασμα και πρώτη ύλη για την παραγωγή συνθετικών ρητινών. Με θέρμανση του ασβεστίου σε ατμόσφαιρα υδρογόνου, λαμβάνεται CaH2 (υδρίδιο ασβεστίου), το οποίο χρησιμοποιείται στη μεταλλουργία (μεταλλοθερμία) και στην παραγωγή υδρογόνου στο χωράφι (πάνω από ένα κυβικό μέτρο υδρογόνου μπορεί να ληφθεί από 1 κιλό υδριδίου ασβεστίου ), που χρησιμοποιείται για την πλήρωση μπαλονιών, για παράδειγμα. Στην εργαστηριακή πρακτική, το υδρίδιο του ασβεστίου χρησιμοποιείται ως ενεργειακός αναγωγικός παράγοντας. Το εντομοκτόνο αρσενικό ασβέστιο, το οποίο λαμβάνεται με την εξουδετέρωση του αρσενικού οξέος με ασβέστη, χρησιμοποιείται ευρέως για την καταπολέμηση του βαμβακιού, του σκώρου, του σκουληκιού του καπνού και του σκαθαριού της πατάτας του Κολοράντο. Σημαντικά μυκητοκτόνα είναι τα αερολύματα ασβέστη-θειικού και τα μείγματα Bordeaux, τα οποία λαμβάνονται από θειικό χαλκό και υδροξείδιο του ασβεστίου.

Παραγωγή

Ο πρώτος που έλαβε μεταλλικό ασβέστιο ήταν ο Άγγλος χημικός Humphrey Davy. Το 1808, ηλεκτρολύσε ένα μείγμα υγρού σβησμένου ασβέστη Ca (OH) 2 με οξείδιο υδραργύρου HgO σε μια πλάκα πλατίνας που χρησίμευε ως άνοδος (ένα σύρμα πλατίνας βυθισμένο στον υδράργυρο λειτουργούσε ως κάθοδος), με αποτέλεσμα ο Davy να αποκτήσει Το αμάλγαμα ασβεστίου αφαιρώντας τον υδράργυρο από αυτό, ο χημικός απέκτησε ένα νέο μέταλλο, το οποίο ονόμασε ασβέστιο.

Στη σύγχρονη βιομηχανία, το ελεύθερο μεταλλικό ασβέστιο λαμβάνεται με ηλεκτρόλυση τετηγμένου χλωριούχου ασβεστίου CaCl2, η αναλογία του οποίου είναι 75-85% και χλωριούχου καλίου KCl (είναι δυνατή η χρήση μείγματος CaCl2 και CaF2) ή με αλυσοθερμική αναγωγή του οξειδίου του ασβεστίου CaO σε θερμοκρασία 1.170-1.200 ° C. Το καθαρό άνυδρο χλωριούχο ασβέστιο που απαιτείται για την ηλεκτρόλυση λαμβάνεται με χλωρίωση του οξειδίου του ασβεστίου με θέρμανση παρουσία άνθρακα ή με αφυδάτωση CaCl2 ∙ 6H2O που λαμβάνεται από τη δράση του υδροχλωρικού οξέος στον ασβεστόλιθο. Η ηλεκτρολυτική διαδικασία λαμβάνει χώρα σε ένα λουτρό ηλεκτρόλυσης, στο οποίο τοποθετούνται ένα ξηρό άλας χλωριούχου ασβεστίου και χλωριούχο κάλιο, το οποίο είναι απαραίτητο για τη μείωση του σημείου τήξης του μείγματος, χωρίς ακαθαρσίες. Πάνω από το λουτρό τοποθετούνται μπλοκ γραφίτη - μια άνοδος, ένα λουτρό από χυτοσίδηρο ή χάλυβα γεμάτο με κράμα χαλκού-ασβεστίου λειτουργεί ως κάθοδος. Κατά τη διαδικασία της ηλεκτρόλυσης, το ασβέστιο μετατρέπεται σε κράμα χαλκού-ασβεστίου, εμπλουτίζοντάς το σημαντικά, ένα μέρος του εμπλουτισμένου κράματος εξάγεται συνεχώς, αντί αυτού προστίθεται ένα κράμα χωρίς ασβέστιο (30-35% Ca), ταυτόχρονα και χλώριο. σχηματίζει ένα μείγμα χλωρίου-αέρα (αέρια ανόδου), το οποίο στη συνέχεια εισέρχεται στη χλωρίωση του γάλακτος ασβέστη. Το εμπλουτισμένο κράμα χαλκού-ασβεστίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας ως κράμα ή να αποσταλεί για καθαρισμό (απόσταξη), όπου με απόσταξη σε κενό (σε θερμοκρασία 1.000-1.080 ° C και υπολειπόμενη πίεση 13-20 kPa), μεταλλικό ασβέστιο η πυρηνική καθαρότητα λαμβάνεται από αυτό. Για να ληφθεί ασβέστιο υψηλής καθαρότητας, αποστάζεται δύο φορές. Η διαδικασία ηλεκτρόλυσης πραγματοποιείται σε θερμοκρασία 680-720 ° C. Το γεγονός είναι ότι αυτή είναι η βέλτιστη θερμοκρασία για την ηλεκτρολυτική διαδικασία - σε χαμηλότερη θερμοκρασία, το πλούσιο σε ασβέστιο κράμα επιπλέει στην επιφάνεια του ηλεκτρολύτη και σε υψηλότερη θερμοκρασία, το ασβέστιο διαλύεται στον ηλεκτρολύτη με το σχηματισμό CaCl. Στην ηλεκτρόλυση με υγρές καθόδους από ασβέστιο και κράματα μολύβδου ή κράματα ασβεστίου και ψευδαργύρου με μόλυβδο (για έδρανα) και με ψευδάργυρο που χρησιμοποιείται στην τεχνολογία λαμβάνονται άμεσα (για να ληφθεί αφρώδες σκυρόδεμα - όταν το κράμα αλληλεπιδρά με την υγρασία, απελευθερώνεται υδρογόνο και δημιουργείται πορώδης δομή). Μερικές φορές η διαδικασία πραγματοποιείται με μια ψυχρή κάθοδο σιδήρου, η οποία έρχεται σε επαφή μόνο με την επιφάνεια του τηγμένου ηλεκτρολύτη. Καθώς απελευθερώνεται ασβέστιο, η κάθοδος ανυψώνεται σταδιακά, μια ράβδος (50-60 cm) ασβεστίου τραβιέται έξω από το τήγμα, που προστατεύεται από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο με ένα στρώμα στερεοποιημένου ηλεκτρολύτη. Με τη "μέθοδο αφής" λαμβάνεται ασβέστιο, το οποίο είναι πολύ μολυσμένο με χλωριούχο ασβέστιο, σίδηρο, αλουμίνιο, νάτριο, ο καθαρισμός πραγματοποιείται με επανατήξη σε ατμόσφαιρα αργού.

Μια άλλη μέθοδος λήψης ασβεστίου - μεταλλοθερμική - τεκμηριώθηκε θεωρητικά το 1865 από τον διάσημο Ρώσο χημικό N.N. Beketov. Η αλουμοθερμική μέθοδος βασίζεται στην αντίδραση:

6CaO + 2Al → 3CaO Al2O3 + 3Ca

Οι μπρικέτες συμπιέζονται από ένα μείγμα οξειδίου του ασβεστίου με κονιοποιημένο αλουμίνιο, τοποθετούνται σε θάλαμο από χάλυβα χρωμίου-νικελίου και το σχηματισμένο ασβέστιο αποστάζεται στους 1 170-1 200 ° C και υπολειπόμενη πίεση 0,7-2,6 Pa. Το ασβέστιο λαμβάνεται με τη μορφή ατμού, ο οποίος στη συνέχεια συμπυκνώνεται σε ψυχρή επιφάνεια. Η αλουμοθερμική μέθοδος για την παραγωγή ασβεστίου χρησιμοποιείται στην Κίνα, τη Γαλλία και πολλές άλλες χώρες. Σε βιομηχανική κλίμακα, η μεταλλοθερμική μέθοδος για την παραγωγή ασβεστίου ήταν η πρώτη που χρησιμοποιήθηκε από τις Ηνωμένες Πολιτείες κατά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο. Με τον ίδιο τρόπο, το ασβέστιο μπορεί να ληφθεί με αναγωγή του CaO με σιδηροπυρίτιο ή πυρίτιο αργιλίου. Το ασβέστιο παράγεται με τη μορφή πλινθωμάτων ή φύλλων με καθαρότητα 98-99%.

Υπάρχουν πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα και στις δύο μεθόδους. Η ηλεκτρολυτική μέθοδος είναι πολυλειτουργική, ενεργοβόρα (για 1 κιλό ασβεστίου καταναλώνεται ενέργεια 40-50 kWh), επιπλέον, δεν είναι περιβαλλοντικά ασφαλής και απαιτεί μεγάλη ποσότητα αντιδραστηρίων και υλικών. Ωστόσο, η απόδοση σε ασβέστιο με αυτή τη μέθοδο είναι 70-80%, ενώ με την αλουμοθερμική μέθοδο, η απόδοση είναι μόνο 50-60%. Επιπλέον, με τη μεταλλοθερμική μέθοδο λήψης ασβεστίου, το μείον είναι ότι είναι απαραίτητη η εκ νέου απόσταξη και το πλεονέκτημα είναι η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και η απουσία επιβλαβών εκπομπών αερίων και υγρών.

Όχι πολύ καιρό πριν, αναπτύχθηκε μια νέα μέθοδος για τη λήψη μεταλλικού ασβεστίου - βασίζεται στη θερμική διάσταση του καρβιδίου του ασβεστίου: το καρβίδιο που θερμαίνεται σε κενό έως τους 1.750 ° C αποσυντίθεται με το σχηματισμό ατμού ασβεστίου και στερεού γραφίτη.

Μέχρι τα μέσα του 20ου αιώνα, το μεταλλικό ασβέστιο παρήχθη σε πολύ μικρές ποσότητες, αφού σχεδόν ποτέ δεν χρησιμοποιήθηκε. Για παράδειγμα, στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου δεν καταναλώθηκαν περισσότεροι από 25 τόνοι ασβεστίου και στη Γερμανία μόνο 5-10 τόνοι. Μόνο στο δεύτερο μισό του 20ου αιώνα, όταν έγινε σαφές ότι το ασβέστιο είναι ενεργό αναγωγικό πολλών σπάνιων και πυρίμαχων μετάλλων, άρχισε μια ταχεία αύξηση της κατανάλωσης (περίπου 100 τόνοι ετησίως) και, ως αποτέλεσμα, στην παραγωγή αυτό το μέταλλο. Με την ανάπτυξη της πυρηνικής βιομηχανίας, όπου το ασβέστιο χρησιμοποιείται ως συστατικό της μεταλλοθερμικής αναγωγής του ουρανίου από τετραφθοριούχο ουράνιο (εκτός από τις ΗΠΑ, όπου χρησιμοποιείται μαγνήσιο αντί για ασβέστιο), η ζήτηση (περίπου 2.000 τόνοι ετησίως) για τον αριθμό στοιχείου είκοσι, καθώς και η παραγωγή του, έχει πολλαπλασιαστεί. Αυτή τη στιγμή, η Κίνα, η Ρωσία, ο Καναδάς και η Γαλλία μπορούν να θεωρηθούν οι κύριοι παραγωγοί μετάλλου ασβεστίου. Από αυτές τις χώρες, το ασβέστιο αποστέλλεται σε ΗΠΑ, Μεξικό, Αυστραλία, Ελβετία, Ιαπωνία, Γερμανία, Μεγάλη Βρετανία. Οι τιμές του μετάλλου ασβεστίου αυξάνονταν σταθερά έως ότου η Κίνα άρχισε να παράγει μέταλλο σε τέτοιους όγκους που εμφανίστηκε περίσσεια του στοιχείου εικοστού στην παγκόσμια αγορά, γεγονός που οδήγησε σε απότομη πτώση των τιμών.

Φυσικές ιδιότητες

Τι είναι το μεταλλικό ασβέστιο; Ποιες ιδιότητες έχει αυτό το στοιχείο, που αποκτήθηκε το 1808 από τον Άγγλο χημικό Humphrey Davy, ένα μέταλλο του οποίου η μάζα στο σώμα ενός ενήλικα μπορεί να φτάσει τα 2 κιλά;

Η απλή ουσία ασβέστιο είναι ένα ασημί λευκό ελαφρύ μέταλλο. Η πυκνότητα του ασβεστίου είναι μόνο 1,54 g / cm3 (σε θερμοκρασία 20 ° C), η οποία είναι πολύ μικρότερη από την πυκνότητα του σιδήρου (7,87 g / cm3), του μολύβδου (11,34 g / cm3), του χρυσού (19,3 g / cm3 ) ή πλατίνα (21,5 g / cm3). Το ασβέστιο είναι ακόμη πιο ελαφρύ από τέτοια «αβαρή» μέταλλα όπως το αλουμίνιο (2,70 g / cm3) ή το μαγνήσιο (1,74 g / cm3). Λίγα μέταλλα μπορούν να «καυχηθούν» με πυκνότητα χαμηλότερη από αυτή του εικοστού στοιχείου - νάτριο (0,97 g / cm3), κάλιο (0,86 g / cm3), λίθιο (0,53 g / cm3). Από την άποψη της πυκνότητας, το ασβέστιο μοιάζει πολύ με το ρουβίδιο (1,53 g / cm3). Το σημείο τήξης του ασβεστίου είναι 851 ° C, το σημείο βρασμού είναι 1.480 ° C. Παρόμοια σημεία τήξης (αν και ελαφρώς χαμηλότερα) και σημεία βρασμού για άλλα μέταλλα αλκαλικών γαιών - στρόντιο (770 ° C και 1.380 ° C) και βάριο (710 ° C και 1.640 ° C).

Το μεταλλικό ασβέστιο υπάρχει σε δύο αλλοτροπικές τροποποιήσεις: σε κανονικές θερμοκρασίες έως 443 ° C, το α-ασβέστιο με ένα κυβικό πλέγμα με επίκεντρο την όψη όπως ο χαλκός είναι σταθερό, με παραμέτρους: a = 0,558 nm, z = 4, ομάδα χώρου Fm3m, ατομική ακτίνα 1,97 A, ιοντική ακτίνα Ca2 + 1,04 A; στο θερμοκρασιακό εύρος 443-842 ° C το β-ασβέστιο είναι σταθερό με κυβικό σώμα-κεντρικό πλέγμα τύπου α-σιδήρου, με παραμέτρους a = 0,448 nm, z = 2, ομάδα χώρου Im3m. Η τυπική ενθαλπία μετάβασης από την α-τροποποίηση στην β-τροποποίηση είναι 0,93 kJ / mol. Ο συντελεστής θερμοκρασίας γραμμικής διαστολής για το ασβέστιο στην περιοχή θερμοκρασίας 0-300 ° C είναι 22 10-6. Η θερμική αγωγιμότητα του εικοστού στοιχείου στους 20 ° C είναι 125,6 W / (m K) ή 0,3 cal / (cm sec ° C). Η ειδική θερμότητα του ασβεστίου στην περιοχή από 0 έως 100 ° C είναι 623,9 J / (kg K) ή 0,149 cal / (g ° C). Η ειδική ηλεκτρική αντίσταση του ασβεστίου σε θερμοκρασία 20 ° C είναι 4,6 10-8 ohm m ή 4,6 10-6 ohm cm. συντελεστής θερμοκρασίας ηλεκτρικής αντίστασης στοιχείου αριθμός είκοσι 4,57 10-3 (στους 20 ° C). Συντελεστής ελαστικότητας ασβεστίου 26 Gn / m2 ή 2600 kgf / mm2; αντοχή σε εφελκυσμό 60 Mn / m2 (6 kgf / mm2); το όριο ελαστικότητας για το ασβέστιο είναι 4 MN / m2 ή 0,4 kgf / mm2, το σημείο απόδοσης είναι 38 MN / m2 (3,8 kgf / mm2). σχετική επιμήκυνση του εικοστού στοιχείου 50%. Σκληρότητα Brinell ασβεστίου 200-300 Mn / m2 ή 20-30 kgf / mm2. Με μια σταδιακή αύξηση της πίεσης, το ασβέστιο αρχίζει να εμφανίζει τις ιδιότητες ενός ημιαγωγού, αλλά δεν γίνεται με την πλήρη έννοια της λέξης (στην περίπτωση αυτή δεν είναι πια μέταλλο). Με περαιτέρω αύξηση της πίεσης, το ασβέστιο επιστρέφει στη μεταλλική κατάσταση και αρχίζει να εμφανίζει υπεραγώγιμες ιδιότητες (η θερμοκρασία υπεραγωγιμότητας είναι έξι φορές υψηλότερη από αυτή του υδραργύρου και είναι πολύ υψηλότερη σε αγωγιμότητα από όλα τα άλλα στοιχεία). Η μοναδική συμπεριφορά του ασβεστίου μοιάζει από πολλές απόψεις με το στρόντιο (δηλαδή διατηρούνται οι παράλληλοι στον περιοδικό πίνακα).

Οι μηχανικές ιδιότητες του στοιχειακού ασβεστίου δεν διαφέρουν από τις ιδιότητες άλλων μελών της οικογένειας μετάλλων, τα οποία είναι εξαιρετικά δομικά υλικά: το μεταλλικό ασβέστιο υψηλής καθαρότητας είναι πλαστικό, καλά συμπιεσμένο και τυλιγμένο, τραβηγμένο σε σύρμα, σφυρηλατημένο και κατεργασμένο - μπορεί να είναι σε τόρνο. Ωστόσο, παρά όλες αυτές τις εξαιρετικές ιδιότητες ενός δομικού υλικού, το ασβέστιο δεν είναι τέτοιο - ο λόγος για όλα είναι η υψηλή χημική του δράση. Ωστόσο, δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι το ασβέστιο είναι ένα αναντικατάστατο δομικό υλικό του οστικού ιστού και τα μέταλλα του αποτελούν δομικό υλικό για πολλές χιλιετίες.

Χημικές ιδιότητες

Η διαμόρφωση του εξωτερικού κελύφους ηλεκτρονίων του ατόμου ασβεστίου είναι 4s2, που καθορίζει το σθένος του εικοστού στοιχείου στις ενώσεις. Δύο ηλεκτρόνια της εξωτερικής στιβάδας αποσπώνται σχετικά εύκολα από τα άτομα, τα οποία μετατρέπονται σε αυτή την περίπτωση σε θετικά διπλά φορτισμένα ιόντα. Για το λόγο αυτό, όσον αφορά τη χημική δραστηριότητα, το ασβέστιο είναι ελάχιστα κατώτερο από τα αλκαλικά μέταλλα (κάλιο, νάτριο, λίθιο). Όπως το τελευταίο, το ασβέστιο ήδη σε κανονική θερμοκρασία δωματίου αλληλεπιδρά εύκολα με το οξυγόνο, το διοξείδιο του άνθρακα και τον υγρό αέρα, καλύπτοντας ένα θαμπό γκρίζο φιλμ μίγματος οξειδίου CaO και υδροξειδίου Ca (OH) 2. Επομένως, το ασβέστιο αποθηκεύεται σε ένα ερμητικά κλειστό δοχείο κάτω από ένα στρώμα ορυκτελαίου, υγρής παραφίνης ή κηροζίνης. Όταν θερμαίνεται σε οξυγόνο και αέρα, το ασβέστιο αναφλέγεται, καίγεται με μια φωτεινή κόκκινη φλόγα και σχηματίζεται το βασικό οξείδιο CaO, το οποίο είναι μια λευκή, εξαιρετικά πυρίμαχη ουσία με σημείο τήξης περίπου 2.600 ° C. Το οξείδιο του ασβεστίου είναι επίσης γνωστό στην τέχνη ως άσβεστος ή καμένος ασβέστης. Λαμβάνονται επίσης υπεροξείδια ασβεστίου - CaO2 και CaO4. Το ασβέστιο αντιδρά με το νερό με την απελευθέρωση υδρογόνου (στη σειρά των τυπικών δυναμικών, το ασβέστιο βρίσκεται στα αριστερά του υδρογόνου και μπορεί να το εκτοπίσει από το νερό) και το σχηματισμό υδροξειδίου του ασβεστίου Ca (OH) 2, και σε κρύο νερό ο ρυθμός αντίδρασης μειώνεται σταδιακά (λόγω του σχηματισμού μιας στρώσης κακώς διαλυτού υδροξειδίου του ασβεστίου):

Ca + 2H2O → Ca (OH) 2 + H2 + Q

Το ασβέστιο αλληλεπιδρά πιο έντονα με το ζεστό νερό, εκτοπίζοντας βίαια το υδρογόνο και σχηματίζοντας Ca (OH) 2. Το υδροξείδιο του ασβεστίου Ca (OH) 2 είναι μια ισχυρή βάση, ελαφρώς διαλυτή στο νερό. Ένα κορεσμένο διάλυμα υδροξειδίου του ασβεστίου ονομάζεται ασβεστόνερο και είναι αλκαλικό. Στον αέρα, το ασβεστόνερο γίνεται γρήγορα θολό λόγω της απορρόφησης διοξειδίου του άνθρακα και του σχηματισμού αδιάλυτου ανθρακικού ασβεστίου. Παρά τέτοιες βίαιες διεργασίες που συμβαίνουν κατά την αλληλεπίδραση του εικοστού στοιχείου με το νερό, ωστόσο, σε αντίθεση με τα αλκαλικά μέταλλα, η αντίδραση της αλληλεπίδρασης του ασβεστίου με το νερό προχωρά λιγότερο έντονα - χωρίς εκρήξεις και αναφλέξεις. Γενικά, η αντιδραστικότητα του ασβεστίου είναι χαμηλότερη από αυτή των άλλων μετάλλων αλκαλικών γαιών.

Το ασβέστιο συνδυάζεται ενεργά με αλογόνα, σχηματίζοντας έτσι ενώσεις του τύπου CaX2 - αντιδρά με το φθόριο στο κρύο και με το χλώριο και το βρώμιο σε θερμοκρασίες άνω των 400 ° C, δίνοντας CaF2, CaCl2 και CaBr2, αντίστοιχα. Αυτά τα αλογονίδια σε τηγμένη κατάσταση σχηματίζονται με μονοαλογονίδια ασβεστίου του τύπου CaX - CaF, CaCl, στα οποία το ασβέστιο είναι τυπικά μονοσθενές. Αυτές οι ενώσεις είναι σταθερές μόνο πάνω από τις θερμοκρασίες τήξης των διαλογονιδίων (είναι δυσανάλογες κατά την ψύξη με το σχηματισμό Ca και CaX2). Επιπλέον, το ασβέστιο αλληλεπιδρά ενεργά, ειδικά όταν θερμαίνεται, με διάφορα μη μέταλλα: όταν θερμαίνεται, λαμβάνεται θειούχο ασβέστιο CaS με θείο, το τελευταίο προσθέτει θείο, σχηματίζοντας πολυσουλφίδια (CaS2, CaS4 και άλλα). αλληλεπιδρώντας με ξηρό υδρογόνο σε θερμοκρασία 300-400 ° C, το ασβέστιο σχηματίζει ένα υδρίδιο CaH2 - μια ιοντική ένωση στην οποία το υδρογόνο είναι ένα ανιόν. Το υδρίδιο του ασβεστίου CaH2 είναι μια λευκή ουσία που μοιάζει με άλας που αντιδρά βίαια με το νερό για να απελευθερώσει υδρογόνο:

CaH2 + 2H2O → Ca (OH) 2 + 2H2

Όταν θερμαίνεται (περίπου 500 ° C) σε ατμόσφαιρα αζώτου, το ασβέστιο αναφλέγεται και σχηματίζει το νιτρίδιο Ca3N2, γνωστό σε δύο κρυσταλλικές μορφές - υψηλής θερμοκρασίας α και χαμηλής θερμοκρασίας β. Επίσης, το νιτρίδιο Ca3N4 ελήφθη με θέρμανση αμιδίου ασβεστίου Ca (NH2) 2 υπό κενό. Όταν θερμαίνεται χωρίς πρόσβαση στον αέρα με γραφίτη (άνθρακα), πυρίτιο ή φώσφορο, το ασβέστιο δίνει, αντίστοιχα, καρβίδιο του ασβεστίου CaC2, πυριτικά Ca2Si, Ca3Si4, CaSi, CaSi2 και φωσφίδια Ca3P2, CaP και CaP3. Οι περισσότερες από τις ενώσεις ασβεστίου με αμέταλλα αποσυντίθενται εύκολα από το νερό:

CaH2 + 2H2O → Ca (OH) 2 + 2H2

Ca3N2 + 6Н2О → 3Са (ОН) 2 + 2NH3

Με το βόριο, το ασβέστιο σχηματίζει βορίδιο ασβεστίου CaB6, με χαλκογονίδια - χαλκογονίδια CaS, CaSe, CaTe. Επίσης γνωστά πολυχαλκογονίδια CaS4, CaS5, Ca2Te3. Το ασβέστιο σχηματίζει διαμεταλλικές ενώσεις με διάφορα μέταλλα - αλουμίνιο, χρυσό, ασήμι, χαλκό, μόλυβδο και άλλα. Ως ενεργητικός αναγωγικός παράγοντας, το ασβέστιο εκτοπίζει σχεδόν όλα τα μέταλλα από τα οξείδια, τα σουλφίδια και τα αλογονίδια τους όταν θερμαίνεται. Το ασβέστιο διαλύεται καλά σε υγρή αμμωνία NH3 με το σχηματισμό ενός μπλε διαλύματος, κατά την εξάτμιση του οποίου απελευθερώνεται αμμωνία [Ca (NH3) 6] - μια στερεή χρυσή ένωση με μεταλλική αγωγιμότητα. Τα άλατα ασβεστίου λαμβάνονται συνήθως από την αλληλεπίδραση των οξειδίων του οξέος με το οξείδιο του ασβεστίου, τη δράση των οξέων σε Ca (OH) 2 ή CaCO3, αντιδράσεις ανταλλαγής σε υδατικά διαλύματα ηλεκτρολυτών. Πολλά άλατα ασβεστίου είναι εύκολα διαλυτά στο νερό (χλωριούχο CaCl2, βρωμιούχο CaBr2, ιωδιούχο CaI2 και νιτρικό Ca (NO3) 2), σχηματίζουν σχεδόν πάντα κρυσταλλικούς υδρίτες. Το φθόριο CaF2, το ανθρακικό CaCO3, το θειικό CaSO4, το ορθοφωσφορικό Ca3 (PO4) 2, το οξαλικό CaC2O4 και μερικά άλλα είναι αδιάλυτα στο νερό.

Ασβέστιο

ΑΣΒΕΣΤΙΟ-Είμαι; Μ.[από λατ. calx (calcis) - ασβέστης] Χημικό στοιχείο (Ca), ένα ασημί-λευκό μέταλλο που αποτελεί μέρος ασβεστόλιθου, μαρμάρου κ.λπ.

◁ Ασβέστιο, ου, ου. Κ-θ άλατα.

(λατ. Ασβέστιο), χημικό στοιχείο της ομάδας II του περιοδικού πίνακα, αναφέρεται σε μέταλλα αλκαλικών γαιών. Όνομα από λατ. calx, το γεννητικό calcis είναι ασβέστης. Ασημί-λευκό μέταλλο, πυκνότητα 1,54 g / cm 3, t pl 842ºC. Οξειδώνεται εύκολα στον αέρα σε κανονικές θερμοκρασίες. Ως προς την επικράτηση στον φλοιό της γης, καταλαμβάνει την 5η θέση (ορυκτά ασβεστίτης, γύψος, φθορίτης κ.λπ.). Ως ενεργός αναγωγικός παράγοντας χρησιμοποιείται για τη λήψη U, Th, V, Cr, Zn, Be και άλλων μετάλλων από τις ενώσεις τους, για την αποξείδωση χάλυβα, μπρούτζων κ.λπ. Είναι μέρος αντιτριβικών υλικών. Οι ενώσεις ασβεστίου χρησιμοποιούνται στην κατασκευή (ασβέστη, τσιμέντο), τα παρασκευάσματα ασβεστίου χρησιμοποιούνται στην ιατρική.

ΑΣΒΕΣΤΙΟ (Λατινικό Calcium), Ca (διαβάστε "ασβέστιο"), ένα χημικό στοιχείο με ατομικό αριθμό 20, βρίσκεται στην τέταρτη περίοδο στην ομάδα IIA του περιοδικού συστήματος στοιχείων του Mendeleev. ατομική μάζα 40,08. Αναφέρεται στον αριθμό των στοιχείων αλκαλικής γαίας (εκ.ΑΛΚΑΛΙΚΗ ΓΗ ΜΕΤΑΛΛΑ).
Το φυσικό ασβέστιο αποτελείται από ένα μείγμα νουκλεϊδίων (εκ. NUCLID)με μαζικούς αριθμούς 40 (στο μείγμα κατά βάρος 96,94%), 44 (2,09%), 42 (0,667%), 48 (0,187%), 43 (0,135%) και 46 (0,003%). Διαμόρφωση εξωτερικού στρώματος ηλεκτρονίων 4 μικρό 2 ... Σχεδόν σε όλες τις ενώσεις, η κατάσταση οξείδωσης του ασβεστίου είναι +2 (σθένος II).
Η ακτίνα του ουδέτερου ατόμου ασβεστίου είναι 0,1974 nm, η ακτίνα του ιόντος Ca 2+ είναι από 0,114 nm (για τον αριθμό συντονισμού 6) έως 0,148 nm (για τον αριθμό συντονισμού 12). Οι ενέργειες διαδοχικού ιονισμού ενός ουδέτερου ατόμου ασβεστίου είναι 6.133, 11.872, 50.91, 67.27 και 84.5 eV, αντίστοιχα. Στην κλίμακα Pauling, η ηλεκτραρνητικότητα του ασβεστίου είναι περίπου 1,0. Το ελεύθερο ασβέστιο είναι ένα ασημί λευκό μέταλλο.
Ιστορικό ανακάλυψης
Οι ενώσεις του ασβεστίου βρίσκονται παντού στη φύση, επομένως η ανθρωπότητα είναι εξοικειωμένη με αυτές από την αρχαιότητα. Ο ασβέστης χρησιμοποιείται από καιρό στην κατασκευή (εκ.ΑΣΒΕΣΤΟΣ)(γρήγορο και σβησμένο), που για πολύ καιρό θεωρούνταν απλή ουσία, «γη». Ωστόσο, το 1808 ο Άγγλος επιστήμονας G. Davy (εκ. DEVI Humphrey)κατάφερε να βγάλει νέο μέταλλο από ασβέστη. Για να γίνει αυτό, ο Davy ηλεκτρολύσε ένα μείγμα ελαφρώς βρεγμένου σβησμένου ασβέστη με οξείδιο του υδραργύρου και απομόνωσε ένα νέο μέταλλο από το αμάλγαμα που σχηματίστηκε στην κάθοδο υδραργύρου, το οποίο ονόμασε ασβέστιο (από το λατινικό calx, γένος calcis - lime). Στη Ρωσία για κάποιο χρονικό διάστημα αυτό το μέταλλο ονομαζόταν "άσβεστος".
Όντας στη φύση
Το ασβέστιο είναι ένα από τα πιο άφθονα στοιχεία στη Γη. Αντιπροσωπεύει το 3,38% της μάζας του φλοιού της γης (5η πιο κοινή μετά το οξυγόνο, το πυρίτιο, το αλουμίνιο και τον σίδηρο). Λόγω της υψηλής χημικής του δράσης, το ελεύθερο ασβέστιο δεν βρίσκεται στη φύση. Το μεγαλύτερο μέρος του ασβεστίου περιέχεται στα πυριτικά άλατα (εκ.ΠΥΡΙΤΙΚΑ)και αργιλοπυριτικά (εκ.ΑΛΟΥΜΟΠΥΡΙΤΙΚΑ)διάφορα πετρώματα (γρανίτες (εκ.ΓΡΑΝΙΤΗΣ), γνεύσιοι (εκ.ΓΝΕΥΣΙΤΗΣ)και τα λοιπά.). Με τη μορφή ιζηματογενών πετρωμάτων, οι ενώσεις ασβεστίου αντιπροσωπεύονται από κιμωλία και ασβεστόλιθο, που αποτελούνται κυρίως από το ορυκτό ασβεστίτης (εκ.ΑΣΒΕΣΤΙΤΗΣ)(CaCO 3). Η κρυσταλλική μορφή του ασβεστίτη - μάρμαρο - είναι πολύ λιγότερο κοινή στη φύση.
Ορυκτά ασβεστίου όπως ο ασβεστόλιθος είναι αρκετά κοινά. (εκ.ΑΣΒΕΣΤΟΛΙΘΟΣ) CaCO 3, ανυδρίτης (εκ.ΑΝΥΔΡΙΤΗΣ) CaSO 4 και γύψος (εκ.ΓΥΨΟΣ) CaSO 4 2H 2 O, φθορίτης (εκ.ΦΘΟΡΙΤΗΣ) CaF 2, απατίτης (εκ.ΑΠΑΤΙΤΕΣ) Ca 5 (PO 4) 3 (F, Cl, ΟΗ), δολομίτης (εκ.ΔΟΛΟΜΙΤΗΣ ΛΙΘΟΣ) MgCO 3 · СaCO 3. Η παρουσία αλάτων ασβεστίου και μαγνησίου στο φυσικό νερό καθορίζει τη σκληρότητά του (εκ.ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑ ΝΕΡΟΥ)... Σημαντική ποσότητα ασβεστίου βρίσκεται σε ζωντανούς οργανισμούς. Έτσι, υδροξυλαπατίτης Ca 5 (PO 4) 3 (OH), ή, σε άλλη σημείωση, 3Ca 3 (PO 4) 2 · Ca (OH) 2 - η βάση του οστικού ιστού των σπονδυλωτών, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων. το κέλυφος και το κέλυφος πολλών ασπόνδυλων, κελύφη αυγών κ.λπ. αποτελούνται από ανθρακικό ασβέστιο CaCO 3.
Παραλαβή
Το μεταλλικό ασβέστιο λαμβάνεται με ηλεκτρόλυση τήγματος που αποτελείται από CaCl 2 (75-80%) και KCl ή από CaCl 2 και CaF 2, καθώς και με αλουμινοθερμική αναγωγή του CaO στους 1170-1200 ° C:
4CaO + 2Al = CaAl 2 O 4 + 3Ca.
ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ
Το μέταλλο ασβεστίου υπάρχει σε δύο αλλοτροπικές τροποποιήσεις (βλέπε Αλλοτροπία (εκ.ΑΛΛΟΤΡΟΠΙΑ)). Μέχρι τους 443 ° C, το a-Ca με κυβικό πλέγμα με επίκεντρο την όψη είναι σταθερό (παράμετρος a = 0,558 nm), υψηλότερο είναι το b-Ca με ένα κυβικό πλέγμα με κέντρο του σώματος του τύπου a-Fe (παράμετρος a = 0,448 nm ). Το σημείο τήξης του ασβεστίου είναι 839 ° C, το σημείο βρασμού είναι 1484 ° C, η πυκνότητα είναι 1,55 g / cm 3.
Η αντιδραστικότητα του ασβεστίου είναι υψηλή, αλλά χαμηλότερη από αυτή όλων των άλλων μετάλλων αλκαλικών γαιών. Αλληλεπιδρά εύκολα με το οξυγόνο, το διοξείδιο του άνθρακα και την υγρασία του αέρα, γι' αυτό η επιφάνεια του μεταλλικού ασβεστίου είναι συνήθως θαμπό γκρι, επομένως στο εργαστήριο, το ασβέστιο συνήθως αποθηκεύεται, όπως και άλλα μέταλλα αλκαλικών γαιών, σε ένα καλά κλεισμένο βάζο κάτω από στρώμα κηροζίνης.
Στη σειρά των τυπικών δυναμικών, το ασβέστιο βρίσκεται στα αριστερά του υδρογόνου. Το τυπικό δυναμικό ηλεκτροδίων του ζεύγους Ca 2+ / Ca 0 είναι –2,84 V, έτσι ώστε το ασβέστιο να αντιδρά ενεργά με το νερό:
Ca + 2H 2 O = Ca (OH) 2 + H 2.
Το ασβέστιο αντιδρά με ενεργά αμέταλλα (οξυγόνο, χλώριο, βρώμιο) υπό κανονικές συνθήκες:
2Ca + O 2 = 2CaO; Ca + Br 2 = CaBr 2.
Όταν θερμαίνεται στον αέρα ή το οξυγόνο, το ασβέστιο αναφλέγεται. Το ασβέστιο αλληλεπιδρά με λιγότερο ενεργά αμέταλλα (υδρογόνο, βόριο, άνθρακας, πυρίτιο, άζωτο, φώσφορος και άλλα) όταν θερμαίνεται, για παράδειγμα:
Ca + H 2 = CaH 2 (υδρίδιο ασβεστίου),
Ca + 6B = CaB 6 (βορίδιο ασβεστίου),
3Ca + N 2 = Ca 3 N 2 (νιτρίδιο ασβεστίου)
Ca + 2C = CaC 2 (καρβίδιο ασβεστίου)
3Ca + 2P = Ca 3 P 2 (φωσφίδιο ασβεστίου), φωσφίδια ασβεστίου των συνθέσεων CaP και CaP 5 είναι επίσης γνωστά.
2Ca + Si = Ca 2 Si (πυριτικό ασβέστιο), πυριτίδια ασβεστίου των συνθέσεων CaSi, Ca 3 Si 4 και CaSi 2 είναι επίσης γνωστά.
Η πορεία των παραπάνω αντιδράσεων, κατά κανόνα, συνοδεύεται από την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας θερμότητας (δηλαδή, αυτές οι αντιδράσεις είναι εξώθερμες). Σε όλες τις ενώσεις με αμέταλλα, η κατάσταση οξείδωσης του ασβεστίου είναι +2. Οι περισσότερες από τις ενώσεις ασβεστίου με αμέταλλα αποσυντίθενται εύκολα από το νερό, για παράδειγμα:
CaH 2 + 2H 2 O = Ca (OH) 2 + 2H 2,
Ca 3 N 2 + 3H 2 O = 3Ca (OH) 2 + 2NH 3.
Το οξείδιο του ασβεστίου είναι τυπικά βασικό. Στο εργαστήριο και την τεχνολογία, λαμβάνεται με θερμική αποσύνθεση ανθρακικών:
CaCO 3 = CaO + CO 2.
Το τεχνικό οξείδιο του ασβεστίου CaO ονομάζεται άσβεστος.
Αντιδρά με το νερό σχηματίζοντας Ca (OH) 2 και απελευθερώνοντας μεγάλη ποσότητα θερμότητας:
CaO + H 2 O = Ca (OH) 2.
Το Ca (OH) 2 που λαμβάνεται με αυτόν τον τρόπο συνήθως ονομάζεται σβησμένο ασβέστη ή γάλα ασβέστη. (εκ. LIME MILK)λόγω του γεγονότος ότι η διαλυτότητα του υδροξειδίου του ασβεστίου στο νερό είναι χαμηλή (0,02 mol / l στους 20 ° C) και όταν προστίθεται στο νερό, σχηματίζεται ένα λευκό εναιώρημα.
Όταν αλληλεπιδρά με όξινα οξείδια, το CaO σχηματίζει άλατα, για παράδειγμα:
CaO + CO 2 = CaCO 3; CaO + SO 3 = CaSO 4.
Το ιόν Ca 2+ είναι άχρωμο. Όταν προστίθενται άλατα ασβεστίου στη φλόγα, η φλόγα γίνεται κόκκινη.
Άλατα ασβεστίου όπως χλωριούχο CaCl 2, βρωμιούχο CaBr 2, ιωδιούχο CaI 2 και νιτρικό Ca (NO 3) 2 είναι εύκολα διαλυτά στο νερό. Φθόριο CaF 2, ανθρακικό CaCO 3, θειικό CaSO 4, μέσο ορθοφωσφορικό Ca 3 (PO 4) 2, οξαλικό CaC 2 O 4 και μερικά άλλα είναι αδιάλυτα στο νερό.
Μεγάλη σημασία έχει το γεγονός ότι, σε αντίθεση με το μέσο ανθρακικό ασβέστιο CaCO 3, το όξινο ανθρακικό ασβέστιο (διττανθρακικό) Ca (HCO 3) 2 είναι διαλυτό στο νερό. Στη φύση, αυτό οδηγεί στις ακόλουθες διαδικασίες. Όταν η κρύα βροχή ή το νερό του ποταμού κορεσμένο με διοξείδιο του άνθρακα διεισδύει υπόγεια και πέφτει πάνω σε ασβεστόλιθους, παρατηρείται η διάλυσή τους:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca (HCO 3) 2.
Στα ίδια σημεία όπου το νερό κορεσμένο με διττανθρακικό ασβέστιο βγαίνει στην επιφάνεια της γης και θερμαίνεται από τις ακτίνες του ήλιου, λαμβάνει χώρα η αντίθετη αντίδραση:
Ca (HCO 3) 2 = CaCO 3 + CO 2 + H 2 O.
Έτσι μεταφέρονται μεγάλες μάζες ουσιών στη φύση. Ως αποτέλεσμα, τεράστιες καταβόθρες μπορούν να σχηματιστούν υπόγεια (βλ. Karst (εκ.ΚΑΡΣΤ (φυσικό φαινόμενο))), και στα σπήλαια σχηματίζονται πανέμορφα πέτρινα «παγάκια» - σταλακτίτες (εκ.ΣΤΑΛΑΚΤΙΤΕΣ (ορυκτοί σχηματισμοί))και σταλαγμίτες (εκ.ΣΤΑΛΑΓΜΟΙ).
Η παρουσία διαλυμένου διττανθρακικού ασβεστίου στο νερό καθορίζει σε μεγάλο βαθμό την προσωρινή σκληρότητα του νερού (εκ.ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑ ΝΕΡΟΥ)... Ονομάζεται προσωρινό γιατί όταν βράζει νερό, το διττανθρακικό αποσυντίθεται και το CaCO 3 κατακρημνίζεται. Αυτό το φαινόμενο οδηγεί, για παράδειγμα, στο γεγονός ότι με την πάροδο του χρόνου συσσωρεύονται άλατα στον βραστήρα.
Η χρήση του ασβεστίου και των ενώσεων του
Το μεταλλικό ασβέστιο χρησιμοποιείται για τη μεταλλοθερμική παραγωγή ουρανίου (εκ.Ουράνιο (χημικό στοιχείο)), θόριο (εκ.ΘΟΡΙΟ), τιτάνιο (εκ.ΤΙΤΑΝΙΟ (χημικό στοιχείο)), ζιρκόνιο (εκ.ΖΙΡΚΟΝΙΟ), καίσιο (εκ.ΚΑΙΣΙΟ)και το ρουβίδιο (εκ.ΡΟΥΒΙΝΙΟ).
Οι φυσικές ενώσεις ασβεστίου χρησιμοποιούνται ευρέως στην παραγωγή συνδετικών υλικών (τσιμέντο (εκ.ΤΣΙΜΕΝΤΟ), γύψος (εκ.ΓΥΨΟΣ), ασβέστης κ.λπ.). Η δεσμευτική επίδραση του σβησμένου ασβέστη βασίζεται στο γεγονός ότι με την πάροδο του χρόνου, το υδροξείδιο του ασβεστίου αντιδρά με το διοξείδιο του άνθρακα στον αέρα. Ως αποτέλεσμα της συνεχιζόμενης αντίδρασης, σχηματίζονται βελονικοί κρύσταλλοι ασβεστίτη CaCO 3, οι οποίοι αναπτύσσονται σε κοντινές πέτρες, τούβλα και άλλα οικοδομικά υλικά και, όπως λες, τα συγκολλούν σε ένα ενιαίο σύνολο. Το κρυσταλλικό ανθρακικό ασβέστιο - μάρμαρο είναι ένα εξαιρετικό υλικό φινιρίσματος. Η κιμωλία χρησιμοποιείται για το άσπρισμα. Μεγάλες ποσότητες ασβεστόλιθου καταναλώνονται για την παραγωγή χυτοσιδήρου, καθώς επιτρέπουν στις πυρίμαχες ακαθαρσίες του σιδηρομεταλλεύματος (για παράδειγμα, χαλαζία SiO 2) να μετατραπούν σε σχετικά χαμηλής τήξης σκωρίες.
Η χλωρίνη είναι πολύ αποτελεσματική ως απολυμαντικό. (εκ.ΛΕΥΚΑΝΤΙΚΗ ΣΚΟΝΗ)- "χλώριο" Ca (OCl) Cl - μικτό χλωριούχο και υποχλωριώδες ασβέστιο (εκ.ΥΠΟχλωριώδες ΑΣΒΕΣΤΙΟ)με υψηλή οξειδωτική ικανότητα.
Το θειικό ασβέστιο χρησιμοποιείται επίσης ευρέως, το οποίο υπάρχει τόσο με τη μορφή ανύδρων ενώσεων όσο και με τη μορφή κρυσταλλικών ένυδρων αλάτων - το λεγόμενο "ημιυδατικό" θειικό - αλάβαστρο (εκ. Aleviz Fryazin (Μιλανέζος) CaSO 4 · 0,5H 2 O και διένυδρο θειικό - γύψος CaSO 4 · 2H 2 O. Ο γύψος χρησιμοποιείται ευρέως στις κατασκευές, στη γλυπτική, για την κατασκευή στόκου και διαφόρων προϊόντων τέχνης. Ο γύψος χρησιμοποιείται επίσης στην ιατρική για τη διόρθωση των οστών σε κατάγματα.
Το χλωριούχο ασβέστιο CaCl 2 χρησιμοποιείται μαζί με επιτραπέζιο αλάτι για αντιπαγωτικές επιφάνειες δρόμων. Το φθοριούχο ασβέστιο CaF 2 είναι ένα εξαιρετικό οπτικό υλικό.
Ασβέστιο στον οργανισμό
Το ασβέστιο είναι ένα θρεπτικό συστατικό (εκ.ΒΙΟΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ), συνεχώς παρόν στους ιστούς των φυτών και των ζώων. Ένα σημαντικό συστατικό του μεταλλικού μεταβολισμού των ζώων και των ανθρώπων και της ορυκτής διατροφής των φυτών, το ασβέστιο εκτελεί διάφορες λειτουργίες στο σώμα. Ως μέρος του απατίτη (εκ.ΑΠΑΤΙΤΗΣ), καθώς και το θειικό και το ανθρακικό ασβέστιο, αποτελούν ένα ανόργανο συστατικό του οστικού ιστού. Το ανθρώπινο σώμα βάρους 70 κιλών περιέχει περίπου 1 κιλό ασβέστιο. Το ασβέστιο συμμετέχει στο έργο των διαύλων ιόντων (εκ. ION CANNELS), πραγματοποιώντας τη μεταφορά ουσιών μέσω βιολογικών μεμβρανών, στη μετάδοση μιας νευρικής ώθησης (εκ.ΝΕΥΡΙΚΗ ΩΘΗΣΗ), στις διαδικασίες της πήξης του αίματος (εκ.ΣΥΛΛΟΓΗ ΑΙΜΑΤΟΣ)και γονιμοποίηση. Ρυθμίζει το μεταβολισμό του ασβεστίου στις καλσιφερόλες του σώματος (εκ. CALCIFEROLES)(βιταμίνη D). Η έλλειψη ή η περίσσεια ασβεστίου οδηγεί σε διάφορες ασθένειες - ραχίτιδα (εκ.ΡΑΧΙΤΙΣΜΟΣ), ασβεστοποίηση (εκ.ΚΑΛΟΚΙΝΩΣΗ)και άλλα.Επομένως, η ανθρώπινη τροφή θα πρέπει να περιέχει ενώσεις ασβεστίου στις απαιτούμενες ποσότητες (800-1500 mg ασβεστίου την ημέρα). Η περιεκτικότητα σε ασβέστιο είναι υψηλή σε γαλακτοκομικά προϊόντα (όπως τυρί cottage, τυρί, γάλα), ορισμένα λαχανικά και άλλα τρόφιμα. Τα παρασκευάσματα ασβεστίου χρησιμοποιούνται ευρέως στην ιατρική.

εγκυκλοπαιδικό λεξικό. 2009 .

Εισαγωγή

Ιδιότητες και χρήσεις του ασβεστίου

1 Φυσικές ιδιότητες

2 Χημικές ιδιότητες

3 Εφαρμογή

Λήψη ασβεστίου

1 Ηλεκτρολυτική παραγωγή ασβεστίου και των κραμάτων του

2 Θερμική παραλαβή

3 Θερμική μέθοδος κενού για τη λήψη ασβεστίου

3.1 Αλουμινοθερμική μέθοδος ανάκτησης ασβεστίου

3.2 Πυριτιοθερμική μέθοδος ανάκτησης ασβεστίου

Πρακτικό μέρος

Βιβλιογραφία

Εισαγωγή

Χημικό στοιχείο της ομάδας II του περιοδικού συστήματος του Mendeleev, ατομικός αριθμός 20, ατομική μάζα 40,08. ασημί-λευκό ελαφρύ μέταλλο. Το φυσικό στοιχείο είναι ένα μείγμα έξι σταθερών ισοτόπων: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca και 48Ca, εκ των οποίων τα πιο κοινά 40 Ca (96, 97%).

Οι ενώσεις ασβεστίου - ασβεστόλιθος, μάρμαρο, γύψος (καθώς και ασβέστης - προϊόν όπτησης ασβεστόλιθου) χρησιμοποιούνταν ήδη στην οικοδομική βιομηχανία στην αρχαιότητα. Μέχρι τα τέλη του 18ου αιώνα, οι χημικοί θεωρούσαν τον ασβέστη απλό σώμα. Το 1789 ο A. Lavoisier πρότεινε ότι ο ασβέστης, η μαγνησία, ο βαρίτης, η αλουμίνα και το πυρίτιο είναι σύνθετες ουσίες. Το 1808, ο G. Davy, υποβάλλοντας ένα μείγμα υγρού σβησμένου ασβέστη με οξείδιο υδραργύρου σε ηλεκτρόλυση με μια κάθοδο υδραργύρου, ετοίμασε ένα αμάλγαμα Ca και αφού αφαίρεσε τον υδράργυρο από αυτό, έλαβε ένα μέταλλο που ονομάζεται "Calcium" (από το λατινικό calx, γένος calcis - lime) ...

Η ικανότητα του ασβεστίου να δεσμεύει οξυγόνο και άζωτο κατέστησε δυνατή τη χρήση του για τον καθαρισμό αδρανών αερίων και ως συλλέκτη (Getter είναι μια ουσία που χρησιμοποιείται για την απορρόφηση αερίων και τη δημιουργία βαθύ κενού σε ηλεκτρονικές συσκευές.) Σε ραδιοεξοπλισμό κενού.

Το ασβέστιο χρησιμοποιείται επίσης στη μεταλλουργία του χαλκού, του νικελίου, των ειδικών χάλυβων και των μπρούντζων. σχετίζονται με επιβλαβείς ακαθαρσίες θείου, φωσφόρου, περίσσειας άνθρακα. Για τους ίδιους σκοπούς χρησιμοποιούνται κράματα ασβεστίου με πυρίτιο, λίθιο, νάτριο, βόριο και αλουμίνιο.

Στη βιομηχανία, το ασβέστιο λαμβάνεται με δύο τρόπους:

) Θέρμανση ενός μπρικετοποιημένου μίγματος σκόνης CaO και Al στους 1200 ° C σε κενό 0,01 - 0,02 mm. rt. Τέχνη .; που εκπέμπεται από την αντίδραση:

CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

Οι ατμοί ασβεστίου συμπυκνώνονται σε μια ψυχρή επιφάνεια.

) Το κράμα Cu - Ca (65% Ca) παρασκευάζεται με ηλεκτρόλυση του τήγματος CaCl2 και KCl με υγρή κάθοδο χαλκού-ασβεστίου, από την οποία το ασβέστιο αποστάζεται σε θερμοκρασία 950 - 1000 ° C σε κενό 0,1 - 0,001 mm Hg.

) Έχει επίσης αναπτυχθεί μια μέθοδος για την παραγωγή ασβεστίου με θερμική διάσταση του καρβιδίου του ασβεστίου CaC2.

Το ασβέστιο υπάρχει άφθονο στη φύση με τη μορφή διαφόρων ενώσεων. Στον φλοιό της γης, κατέχει την πέμπτη θέση, αντιπροσωπεύοντας το 3,25%, και απαντάται συχνότερα με τη μορφή ασβεστόλιθου CaCO 3, δολομίτης CaCO 3Mg CO 3, γύψος CaSO 42Η 2Ο, φωσφορίτης Ca 3(ΤΑΧΥΔΡΟΜΕΙΟ 4)2 και φθοριούχος CaF 2, χωρίς να υπολογίζεται η σημαντική αναλογία ασβεστίου στη σύνθεση των πυριτικών πετρωμάτων. Το θαλασσινό νερό περιέχει κατά μέσο όρο 0,04% (κ.β.) Ασβέστιο.

Στην παρούσα εργασία μελετώνται οι ιδιότητες και η χρήση του ασβεστίου, καθώς και η θεωρία και η τεχνολογία των μεθόδων κενού-θερμικής παραγωγής του.

. Ιδιότητες και χρήσεις του ασβεστίου

.1 Φυσικές ιδιότητες

Το ασβέστιο είναι ένα ασημί-λευκό μέταλλο, αλλά αμαυρώνεται στον αέρα λόγω του σχηματισμού οξειδίου στην επιφάνειά του. Είναι ένα όλκιμο μέταλλο που είναι πιο σκληρό από τον μόλυβδο. Κρυσταλλική κυψέλη ?-από Ca (σταθερό σε θερμοκρασία περιβάλλοντος) προσωποκεντρικό κυβικό, a = 5,56 Å ... Ατομική ακτίνα 1,97 Å , ιοντική ακτίνα Ca 2+, 1,04Å ... Πυκνότητα 1,54 g / cm 3(20°C). Πάνω από 464 ° C, το εξαγωνικό ?-η μορφή. tp 851°C, bp 1482°C; συντελεστής θερμοκρασίας γραμμικής διαστολής 22 10 -6 (0-300°C); θερμική αγωγιμότητα στους 20 ° C 125,6 W / (m · K) ή 0,3 cal / (cm · sec · ° C). ειδική θερμότητα (0-100 ° C) 623,9 J / (kg K) ή 0,149 θερμίδες / (g ° C); ηλεκτρική ειδική αντίσταση στους 20 ° C 4,6 10 -8ohm m ή 4,6 10 -6 ohm cm; συντελεστής θερμοκρασίας ηλεκτρικής αντίστασης 4,57 · 10-3 (20 ° C). Συντελεστής ελαστικότητας 26 Gn / m 2(2600 kgf / mm 2) αντοχή εφελκυσμού 60 MN / m 2(6 kgf / mm 2) ελαστικό όριο 4 MN / m 2(0,4 kgf / mm 2), αντοχή διαρροής 38 MN / m 2(3,8 kgf / mm 2) επιμήκυνση 50%; Σκληρότητα Brinell 200-300 Mn / m 2(20-30 kgf / mm 2). Το ασβέστιο επαρκώς υψηλής καθαρότητας είναι όλκιμο, καλά συμπιεσμένο, τυλιγμένο και επιδέχεται κοπή.

1.2 Χημικές ιδιότητες

Το ασβέστιο είναι ένα ενεργό μέταλλο. Έτσι, υπό κανονικές συνθήκες, αλληλεπιδρά εύκολα με το ατμοσφαιρικό οξυγόνο και τα αλογόνα:

Ca + O 2= 2 CaO (οξείδιο του ασβεστίου) (1)

Ca + Br 2= CaBr 2(βρωμιούχο ασβέστιο). (2)

Το ασβέστιο αντιδρά με υδρογόνο, άζωτο, θείο, φώσφορο, άνθρακα και άλλα αμέταλλα όταν θερμαίνεται:

Ca + H 2= CaH 2(υδρίδιο ασβεστίου) (3)

Ca + N 2= Ca 3Ν 2(νιτρίδιο ασβεστίου) (4)

Ca + S = CaS (θειούχο ασβέστιο) (5)

Ca + 2 P = Ca 3R 2(φωσφίδιο ασβεστίου) (6)

Ca + 2 C = CaC 2 (καρβίδιο ασβεστίου) (7)

Το ασβέστιο αντιδρά αργά με το κρύο νερό και πολύ έντονα με το ζεστό νερό, δίνοντας μια ισχυρή βάση Ca (OH) 2 :

Ca + 2 H 2O = Ca (OH) 2 + Η 2 (8)

Ως ενεργητικός αναγωγικός παράγοντας, το ασβέστιο μπορεί να αφαιρέσει οξυγόνο ή αλογόνα από οξείδια και αλογονίδια λιγότερο ενεργών μετάλλων, δηλαδή έχει αναγωγικές ιδιότητες:

Ca + Nb 2Ο5 = CaO + 2 Nb; (εννέα)

Ca + 2 NbCl 5= 5 CaCl2 + 2 Nb (10)

Το ασβέστιο αντιδρά έντονα με οξέα με την έκλυση υδρογόνου, αντιδρά με αλογόνα, με ξηρό υδρογόνο για να σχηματίσει υδρίδιο CaH 2... Όταν θερμαίνεται, το ασβέστιο με γραφίτη σχηματίζει καρβίδιο CaC 2... Το ασβέστιο παράγεται με ηλεκτρόλυση τετηγμένου CaCl 2ή αλουμινοθερμική μείωση στο κενό:

6СаО + 2Al = 3Ca + 3CaO Al2 Ο 3 (11)

Το καθαρό μέταλλο χρησιμοποιείται για την αναγωγή ενώσεων Cs, Rb, Cr, V, Zr, Th, U σε μέταλλα, για την αποξείδωση των χάλυβων.

1.3 Εφαρμογή

Το ασβέστιο βρίσκει αυξανόμενη εφαρμογή σε διάφορες βιομηχανίες. Πρόσφατα, έχει αποκτήσει μεγάλη σημασία ως αναγωγικός παράγοντας στην παρασκευή ορισμένων μετάλλων.

Καθαρό μεταλλικό. Το ουράνιο λαμβάνεται με αναγωγή του φθοριούχου ουρανίου με μεταλλικό ασβέστιο. Το ασβέστιο ή τα υδρίδια του μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μείωση των οξειδίων του τιτανίου, καθώς και των οξειδίων του ζιρκονίου, του θορίου, του τανταλίου, του νιοβίου και άλλων σπάνιων μετάλλων.

Το ασβέστιο είναι καλός αποοξειδωτικός και απαερωτής για την παραγωγή χαλκού, νικελίου, κραμάτων χρωμίου-νικελίου, ειδικών χάλυβων, νικελίου και κασσίτερου μπρούντζων. Αφαιρεί θείο, φώσφορο, άνθρακα από μέταλλα και κράματα.

Το ασβέστιο σχηματίζει πυρίμαχες ενώσεις με το βισμούθιο, επομένως χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό του μολύβδου από το βισμούθιο.

Το ασβέστιο προστίθεται σε διάφορα ελαφρά κράματα. Βοηθά στη βελτίωση της επιφάνειας των πλινθωμάτων, στη λεπτότητα και στη μείωση της οξείδωσης.

Τα κράματα που περιέχουν ασβέστιο είναι ευρέως διαδεδομένα. Κράματα μολύβδου (0,04% Ca) μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή περιβλημάτων καλωδίων.

Στην τεχνολογία χρησιμοποιούνται αντιτριβικά κράματα ασβεστίου με μόλυβδο. Τα μέταλλα ασβεστίου χρησιμοποιούνται ευρέως. Έτσι, ο ασβεστόλιθος χρησιμοποιείται στην παραγωγή ασβέστη, τσιμέντου, πυριτικών τούβλων και απευθείας ως δομικό υλικό, στη μεταλλουργία (flux), στη χημική βιομηχανία για την παραγωγή καρβιδίου του ασβεστίου, σόδας, υδροξειδίου του νατρίου, χλωρίνης, λιπασμάτων, παραγωγή ζάχαρης, γυαλιού.

Πρακτικής σημασίας είναι η κιμωλία, το μάρμαρο, ο ισλανδικός σπάρος, ο γύψος, ο φθορίτης κ.λπ. Λόγω της ικανότητας δέσμευσης οξυγόνου και αζώτου, το ασβέστιο ή τα κράματα ασβεστίου με νάτριο και άλλα μέταλλα χρησιμοποιούνται για τον καθαρισμό ευγενών αερίων και ως συλλέκτης σε ραδιοεξοπλισμό κενού. Το ασβέστιο χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή υδριδίου, το οποίο είναι πηγή υδρογόνου στο χωράφι.

2. Λήψη ασβεστίου

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι λήψης ασβεστίου, αυτοί είναι ηλεκτρολυτικοί, θερμικοί, θερμικοί σε κενό.

.1 Ηλεκτρολυτική παραγωγή ασβεστίου και κραμάτων του

Η ουσία της μεθόδου έγκειται στο γεγονός ότι η κάθοδος αγγίζει αρχικά τον τηγμένο ηλεκτρολύτη. Στο σημείο επαφής σχηματίζεται ένα υγρό μεταλλικό σταγονίδιο που βρέχει καλά την κάθοδο, το οποίο όταν η κάθοδος ανυψωθεί αργά και ομοιόμορφα, αφαιρείται από το τήγμα μαζί με αυτό και στερεοποιείται. Σε αυτή την περίπτωση, η σταγόνα στερεοποίησης καλύπτεται με ένα στερεό φιλμ ηλεκτρολύτη, το οποίο προστατεύει το μέταλλο από την οξείδωση και τη νιτρίωση. Ανυψώνοντας συνεχώς και προσεκτικά την κάθοδο, το ασβέστιο τραβιέται στις ράβδους.

2.2 Θερμική προετοιμασία

ασβεστίου χημική ηλεκτρολυτική θερμική

· Διαδικασία χλωρίου: η τεχνολογία αποτελείται από τήξη και αφυδάτωση χλωριούχου ασβεστίου, τήξη μολύβδου, παραγωγή διπλού κράματος μολύβδου-νάτριου, λήψη τριαδικού κράματος μολύβδου-νάτριου-ασβεστίου και αραίωση του τριμερούς κράματος με μόλυβδο μετά την αφαίρεση των αλάτων. Η αντίδραση με το χλωριούχο ασβέστιο προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση

CaCl 2 + Να 2Pb 5 = 2NaCl + PbCa + 2Pb (12)

· Διαδικασία καρβιδίου: Η παραγωγή μολύβδου-κράματος ασβεστίου βασίζεται στην αντίδραση μεταξύ καρβιδίου ασβεστίου και τετηγμένου μολύβδου σύμφωνα με την εξίσωση

CaC 2+ 3Pb = Pb3 Ca + 2C. (13)

2.3 Θερμική μέθοδος κενού για τη λήψη ασβεστίου

Πρώτες ύλες για θερμική μέθοδο κενού

Η πρώτη ύλη για τη θερμική αναγωγή του οξειδίου του ασβεστίου είναι ο ασβέστης που λαμβάνεται με ασβεστόλιθο. Οι βασικές απαιτήσεις για τις πρώτες ύλες είναι οι εξής: ο ασβέστης πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο καθαρός και να περιέχει ελάχιστες ακαθαρσίες που μπορούν να αναχθούν και να μετατραπούν σε μέταλλο μαζί με ασβέστιο, ειδικά αλκαλικά μέταλλα και μαγνήσιο. Η φρύξη του ασβεστόλιθου πρέπει να πραγματοποιείται πριν από την πλήρη αποσύνθεση του ανθρακικού, αλλά όχι πριν από τη σύντηξή του, καθώς η αναγωγιμότητα του συντηγμένου υλικού είναι μικρότερη. Το καμένο προϊόν πρέπει να προστατεύεται από την απορρόφηση υγρασίας και διοξειδίου του άνθρακα, η απελευθέρωση των οποίων κατά την ανάκτηση μειώνει την απόδοση της διαδικασίας. Η τεχνολογία ασβεστόλιθου και επεξεργασίας του ασβεστόλιθου είναι παρόμοια με την επεξεργασία του δολομίτη για την πυριτιοθερμική μέθοδο παραγωγής μαγνησίου.

.3.1 Αλουμινοθερμική μέθοδος ανάκτησης ασβεστίου

Το διάγραμμα της εξάρτησης από τη θερμοκρασία της μεταβολής της ελεύθερης ενέργειας οξείδωσης ενός αριθμού μετάλλων (Εικ. 1) δείχνει ότι το οξείδιο του ασβεστίου είναι ένα από τα πιο ανθεκτικά και δύσκολα αναγόμενα οξείδια. Δεν μπορεί να αναχθεί από άλλα μέταλλα με τον συνήθη τρόπο - σε σχετικά χαμηλή θερμοκρασία και ατμοσφαιρική πίεση. Αντίθετα, το ίδιο το ασβέστιο είναι εξαιρετικός αναγωγικός παράγοντας για άλλες δύσκολα αναγωγικές ενώσεις και αποοξειδωτικός παράγοντας για πολλά μέταλλα και κράματα. Η αναγωγή του οξειδίου του ασβεστίου με άνθρακα είναι γενικά αδύνατη λόγω του σχηματισμού καρβιδίων του ασβεστίου. Ωστόσο, λόγω του γεγονότος ότι το ασβέστιο έχει σχετικά υψηλή τάση ατμών, το οξείδιο του μπορεί να αναχθεί στο κενό με αλουμίνιο, πυρίτιο ή τα κράματά τους ανάλογα με την αντίδραση

CaO + Εγώ; Ca + MeO (14).

Μέχρι στιγμής, μόνο η αλουμινοθερμική μέθοδος λήψης ασβεστίου έχει βρει πρακτική εφαρμογή, αφού είναι πολύ πιο εύκολο να αποκατασταθεί το CaO με αλουμίνιο παρά με πυρίτιο. Υπάρχουν διαφορετικές απόψεις σχετικά με τη χημεία της αναγωγής του οξειδίου του ασβεστίου με το αλουμίνιο. Οι L. Pidgeon και I. Atkinson πιστεύουν ότι η αντίδραση προχωρά με το σχηματισμό μονοαργιλικού ασβεστίου:

CaO + 2Al = CaO Al 2Ο3 + 3 Ca. (15)

Οι V. A. Pazukhin και A. Ya. Fisher υποδεικνύουν ότι η διαδικασία προχωρά με το σχηματισμό αργιλικού τριασβεστίου:

CaO + 2Al = 3CaO Al 2Ο 3+ 3 Ca. (16)

Σύμφωνα με την A.I.

CaO + 6Al = 5CaO 3Al 2Ο3 + 9 σ. (17)

Η τελευταία έρευνα των A. Yu. Taits και A. I. Voinitskiy έχει αποδείξει ότι η αλουμινοθερμική μείωση του ασβεστίου προχωρά σταδιακά. Αρχικά, η απελευθέρωση ασβεστίου συνοδεύεται από το σχηματισμό 3CaO AI 2Ο 3, το οποίο στη συνέχεια αντιδρά με οξείδιο του ασβεστίου και αλουμίνιο για να σχηματίσει 3CaO 3AI 2Ο 3... Η αντίδραση προχωρά ως εξής:

CaO + 6Al = 2 (3CaO Al 2Ο 3) + 2СаО + 2Аl + 6Са

(3СаО Αλ 2Ο 3) + 2СаО + 2Аl = 5СаО 3Al 2Ο 3+ 3 Ca

CaO + 6A1 = 5CaO 3Al 2Ο 3+ 9 σ

Δεδομένου ότι η αναγωγή του οξειδίου συμβαίνει με την απελευθέρωση ατμού ασβεστίου και τα υπόλοιπα προϊόντα της αντίδρασης βρίσκονται σε συμπυκνωμένη κατάσταση, είναι εύκολο να διαχωριστεί και να συμπυκνωθεί στα ψυχόμενα τμήματα του κλιβάνου. Οι βασικές προϋποθέσεις που είναι απαραίτητες για τη θερμική αναγωγή του οξειδίου του ασβεστίου είναι η υψηλή θερμοκρασία και η χαμηλή υπολειμματική πίεση στο σύστημα. Παρακάτω είναι η σχέση μεταξύ της θερμοκρασίας και της πίεσης ατμών ισορροπίας του ασβεστίου. Η ελεύθερη ενέργεια της αντίδρασης (17) που υπολογίζεται για θερμοκρασίες 1124-1728 °K εκφράζεται

φά Τ = 184820 + 6,95T-12,1 T log T.

Ως εκ τούτου, η λογαριθμική εξάρτηση της τάσης ατμών ισορροπίας του ασβεστίου (mm Hg)

Lg p = 3,59 - 4430 \ T.

Οι L. Pidgeon και I. Atkinson προσδιόρισαν πειραματικά την πίεση ατμών ισορροπίας του ασβεστίου. Μια λεπτομερής θερμοδυναμική ανάλυση της αναγωγής του οξειδίου του ασβεστίου με αλουμίνιο πραγματοποιήθηκε από τον I.I.Matveenko, ο οποίος έδωσε τις ακόλουθες εξαρτήσεις θερμοκρασίας της πίεσης ισορροπίας των ατμών ασβεστίου:

Lg σελ Ca (1) = 8,64 - 12930 \ T mm Hg

Lg σελ Ca (2) = 8,62 - 11780 \ T mm Hg

Lg σελ Ca (3 )= 8,75 - 12500 \ T mm Hg

Τα υπολογισμένα και τα πειραματικά δεδομένα συγκρίνονται στον πίνακα. 1.

Πίνακας 1- Η επίδραση της θερμοκρασίας στη μεταβολή της πίεσης ισορροπίας των ατμών ασβεστίου στα συστήματα (1), (2), (3), (3), mm Hg

Θερμοκρασία ° C Δεδομένα δοκιμής Υπολογισμένα σε συστήματα (1) (2) (3) (3 )1401 1451 1500 1600 17000,791 1016 - - -0,37 0,55 1,2 3,9 11,01,7 3,2 5,6 18,2 492,7 3,5 4,4 6,6 9,50,66 1,4 2,5 8,5 25,7

Μπορεί να φανεί από τα δεδομένα που παρουσιάζονται ότι οι αλληλεπιδράσεις στα συστήματα (2) και (3) ή (3") είναι στις πιο ευνοϊκές συνθήκες. Αυτό είναι σύμφωνο με τις παρατηρήσεις, καθώς το τρι-αργιλικό πεντασβέστιο και το αργιλικό τριασβέστιο κυριαρχούν στα υπολείμματα φορτίου μετά από αναγωγή του οξειδίου του ασβεστίου με αλουμίνιο.

Τα δεδομένα σχετικά με την ελαστικότητα ισορροπίας δείχνουν ότι η αναγωγή του οξειδίου του ασβεστίου με το αλουμίνιο είναι δυνατή σε θερμοκρασία 1100-1150 ° C. Για να επιτευχθεί πρακτικά αποδεκτός ρυθμός αντίδρασης, η υπολειπόμενη πίεση στο σύστημα ανάπτυξης πρέπει να είναι κάτω από την πίεση ισορροπίας P ίσος , δηλαδή η ανισότητα P ίσος > Π ost , και η διαδικασία θα πρέπει να πραγματοποιείται σε θερμοκρασίες της τάξης των 1200 °. Μελέτες έχουν δείξει ότι σε θερμοκρασία 1200-1250 °, επιτυγχάνεται υψηλή χρησιμοποίηση (έως 70-75%) και χαμηλή ειδική κατανάλωση αλουμινίου (περίπου 0,6-0,65 kg ανά kg ασβεστίου).

Σύμφωνα με την παραπάνω ερμηνεία της χημείας της διεργασίας, η βέλτιστη σύνθεση είναι το φορτίο που υπολογίζεται για το σχηματισμό 5СаО 3Al στο υπόλειμμα 2Ο 3... Για να αυξηθεί ο βαθμός χρήσης του αλουμινίου, είναι χρήσιμο να δοθεί κάποια περίσσεια οξειδίου του ασβεστίου, αλλά όχι πολύ μεγάλη (10-20%), διαφορετικά θα επηρεάσει αρνητικά άλλους δείκτες της διαδικασίας. Με αύξηση του βαθμού λείανσης αλουμινίου από σωματίδια 0,8-0,2 mm σε μείον 0,07 mm (σύμφωνα με τους V. A. Pazukhin και A. Ya. Fisher), η χρήση αλουμινίου στην αντίδραση αυξάνεται από 63,7 σε 78%.

Η χρήση αλουμινίου επηρεάζεται επίσης από τη λειτουργία μπρικετοποίησης φορτίου. Ένα μείγμα ασβέστη και κονιοποιημένου αλουμινίου πρέπει να μπρικετοποιείται χωρίς συνδετικά (για να αποφευχθεί η έκλυση αερίου στο κενό) σε πίεση 150 kg / cm 2... Σε χαμηλότερες πιέσεις, η χρήση αλουμινίου μειώνεται λόγω του διαχωρισμού του τηγμένου αλουμινίου σε υπερβολικά πορώδεις μπρικέτες και σε υψηλότερες πιέσεις, λόγω της κακής διαπερατότητας αερίων. Η πληρότητα και η ταχύτητα ανάκτησης εξαρτώνται επίσης από την πυκνότητα των μπρικετών στον αποστακτήρα. Κατά την τοποθέτησή τους χωρίς κενά, όταν η διαπερατότητα αερίων ολόκληρου του κλωβού είναι χαμηλή, η χρήση αλουμινίου μειώνεται σημαντικά.

Σχήμα 2 - Σχέδιο λήψης ασβεστίου με θερμική μέθοδο κενού.

Τεχνολογία θερμικής διεργασίας αλουμινίου

Το τεχνολογικό σχήμα για την παραγωγή ασβεστίου με την αλουμινοθερμική μέθοδο φαίνεται στο Σχ. 2. Ως πρώτη ύλη χρησιμοποιείται ο ασβεστόλιθος και ως αναγωγικός παράγοντας χρησιμοποιείται σκόνη αλουμινίου που παρασκευάζεται από πρωτογενές (καλύτερο) ή δευτερογενές αλουμίνιο. Το αλουμίνιο που χρησιμοποιείται ως αναγωγικός παράγοντας, καθώς και οι πρώτες ύλες, δεν πρέπει να περιέχει ακαθαρσίες από εύκολα πτητικά μέταλλα: μαγνήσιο, ψευδάργυρο, αλκάλια κ.λπ., ικανά να εξατμιστούν και να μετατραπούν σε συμπύκνωμα. Αυτό πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την επιλογή ποιοτήτων δευτερογενούς αλουμινίου.

Σύμφωνα με την περιγραφή των S. Loomis και P. Staub, στις ΗΠΑ στο εργοστάσιο της New England Lime Co. στο Canaan (Connecticut), το ασβέστιο λαμβάνεται με την αλουμινοθερμική μέθοδο. Χρησιμοποιείται ασβέστης της ακόλουθης τυπικής σύνθεσης,%: 97,5 CaO, 0,65 MgO, 0,7SiO 2, 0,6 Fe 2Oz + AlO3, 0,09 Na 2Ο + Κ 2Α, 0,5 είναι τα υπόλοιπα. Το ψημένο προϊόν αλέθεται σε μύλο Raymond με φυγοκεντρικό διαχωριστή, η λεπτότητα άλεσης είναι (60%) μείον 200 mesh. Η σκόνη αλουμινίου χρησιμοποιείται ως αναγωγικός παράγοντας, ο οποίος είναι απόβλητο στην παραγωγή σκόνης αλουμινίου. Η καμένη ασβέστης από κλειστές χοάνες και το αλουμίνιο από τα τύμπανα τροφοδοτούνται σε ζυγαριά παρτίδας και στη συνέχεια σε αναμικτήρα. Μετά την ανάμειξη, η γόμωση μπρικετοποιείται ξηρά. Στην αναφερόμενη μονάδα, το ασβέστιο ανάγεται σε κλιβάνους αποστακτήρα, οι οποίοι προηγουμένως χρησιμοποιούνταν για τη λήψη μαγνησίου με την πυριτιοθερμική μέθοδο (Εικ. 3). Οι φούρνοι θερμαίνονται με αέριο γεννήτριας. Κάθε κλίβανος έχει 20 οριζόντιους αποστακτήρες από πυρίμαχο χάλυβα που περιέχει 28% Cr και 15% Ni.

Εικόνα 3- Κλίβανος αποστακτήρα για παραγωγή ασβεστίου

Μήκος αποστακτήρα 3 m, διάμετρος 254 mm, πάχος τοιχώματος 28 mm. Η ανάκτηση λαμβάνει χώρα στο θερμαινόμενο τμήμα του αποστακτήρα και η συμπύκνωση εμφανίζεται στο ψυχρό άκρο που προεξέχει από την ομιλία. Οι μπρικέτες εισάγονται στον θάλαμο υποδοχής σε χάρτινες σακούλες, στη συνέχεια εισάγονται οι συμπυκνωτές και ο θάλαμος κλείνει. Ο αέρας εκκενώνεται με μηχανικές αντλίες κενού στην αρχή του κύκλου. Στη συνέχεια συνδέονται οι αντλίες διάχυσης και η υπολειπόμενη πίεση μειώνεται στα 20 μικρά.

Οι αποστακτήρες θερμαίνονται στους 1200 °. Μετά από 12 ώρες. μετά τη φόρτωση ανοίγουν και ξεφορτώνονται οι αποστακτήρες. Το ασβέστιο που προκύπτει έχει το σχήμα ενός κοίλου κυλίνδρου πυκνής μάζας μεγάλων κρυστάλλων που εναποτίθενται στην επιφάνεια ενός χαλύβδινου χιτωνίου. Η κύρια πρόσμειξη στο ασβέστιο είναι το μαγνήσιο, το οποίο μειώνεται αρχικά και συγκεντρώνεται κυρίως στο στρώμα δίπλα στην επένδυση. Κατά μέσο όρο, η περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες είναι? 0,5-1% Mg, περίπου 0,2% Al, 0,005-0,02% Mn, έως 0,02% N, άλλες ακαθαρσίες - Cu, Pb, Zn, Ni, Si, Fe - εμφανίζονται στην περιοχή από 0,005-0,04%. Οι A. Yu. Taits και AI Voinitskiy χρησιμοποίησαν έναν ημι-εργοστασιακό ηλεκτρικό φούρνο κενού με θερμαντήρες άνθρακα για να λάβουν ασβέστιο με την αλουμινοθερμική μέθοδο και πέτυχαν βαθμό χρησιμοποίησης αλουμινίου 60%, ειδική κατανάλωση αλουμινίου 0,78 kg, ειδική κατανάλωση φορτίου, αντίστοιχα , 4,35 κιλά και ειδική κατανάλωση ρεύματος 14 kW/h ανά 1 κιλό μετάλλου.

Το μέταλλο που προέκυψε, με εξαίρεση τις ακαθαρσίες μαγνησίου, ήταν σχετικά υψηλής καθαρότητας. Κατά μέσο όρο, η περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες σε αυτό ήταν: 0,003-0,004% Fe, 0,005-0,008% Si, 0,04-0,15% Mn, 0,0025-0,004% Cu, 0,006-0,009% N, 0,25% Al.

2.3.2 Μέθοδος πυριτιοθερμικής ανάκτησης ασβέστιο

Η σιλικοθερμική μέθοδος είναι πολύ δελεαστική. ο αναγωγικός παράγοντας είναι σιδηροπυρίτιο, το αντιδραστήριο είναι πολύ φθηνότερο από το αλουμίνιο. Ωστόσο, η διεργασία πυριτίου είναι πιο δύσκολη να πραγματοποιηθεί από την αλουμινοθερμική. Η αναγωγή του οξειδίου του ασβεστίου από το πυρίτιο προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση

CaO + Si = 2CaO SiO2 + 2Ca. (δεκαοχτώ)

Η τάση ισορροπίας των ατμών του ασβεστίου, που υπολογίζεται από τις τιμές της ελεύθερης ενέργειας, είναι:

° С 1300140015001600Р, mm Hg. st0,080,150,752,05

Επομένως, σε κενό της τάξης των 0,01 mm Hg. Τέχνη. η αναγωγή του οξειδίου του ασβεστίου είναι θερμοδυναμικά δυνατή σε θερμοκρασία 1300 °. Στην πράξη, για να εξασφαλιστεί μια αποδεκτή ταχύτητα, η διαδικασία πρέπει να πραγματοποιείται σε θερμοκρασία 1400-1500 °.

Η αντίδραση αναγωγής του οξειδίου του ασβεστίου με πυρίτιο-αλουμίνιο προχωρά κάπως ευκολότερα, στην οποία τόσο το αλουμίνιο όσο και το πυρίτιο του κράματος χρησιμεύουν ως αναγωγικοί παράγοντες. Έχει διαπιστωθεί με πειράματα ότι η αναγωγή με αλουμίνιο κυριαρχεί στην αρχή. και η αντίδραση προχωρά με τον τελικό σχηματισμό του bCaO 3Al 2Oz σύμφωνα με το σχήμα που περιγράφηκε παραπάνω (Εικ. 1). Η μείωση του πυριτίου γίνεται σημαντική σε υψηλότερες θερμοκρασίες όταν το μεγαλύτερο μέρος του αλουμινίου έχει αντιδράσει. η αντίδραση προχωρά με το σχηματισμό 2CaO SiO 2. Συνοπτικά, η αντίδραση αναγωγής του οξειδίου του ασβεστίου με το πυρίτιο αργιλίου εκφράζεται με την ακόλουθη εξίσωση:

mSi + n Al + (4m +2 ?) CaO = m (2CaO SiO 2) + ?n (5СаО Αλ 2Ο3 ) + (2m +1, 5n) Ca.

Μελέτες των A. Yu. Taits και A. I. Voinitsky έχουν αποδείξει ότι το οξείδιο του ασβεστίου μειώνεται κατά 75% σιδηροπυρίτιο με απόδοση μετάλλου 50-75% σε θερμοκρασία 1400-1450 ° σε κενό 0,01-0,03 mm Hg. Τέχνη .; πυρίτιο-αλουμίνιο που περιέχει 60-30% Si και 32-58% Al (το υπόλοιπο είναι σίδηρος, τιτάνιο κ.λπ.), μειώνει το οξείδιο του ασβεστίου με απόδοση μετάλλου περίπου 70% σε θερμοκρασίες 1350-1400 ° σε κενό 0,01 -0,05 mm Hg ... Τέχνη. Πειράματα σε ημι-εργοστασιακή κλίμακα απέδειξαν τη θεμελιώδη δυνατότητα λήψης ασβεστίου από ασβέστη με σιδηροπυρίτιο και πυρίτιο αλουμινίου. Η κύρια δυσκολία οργάνων είναι η επιλογή ενός rack υπό τις συνθήκες αυτής της διαδικασίας επένδυσης.

Κατά την επίλυση αυτού του προβλήματος, η μέθοδος μπορεί να εφαρμοστεί στη βιομηχανία. Αποσύνθεση καρβιδίου ασβεστίου Λήψη μεταλλικού ασβεστίου με αποσύνθεση καρβιδίου ασβεστίου

CaC2 = Ca + 2C

πρέπει να αποδοθούν στις πολλά υποσχόμενες μεθόδους. Στην περίπτωση αυτή, ο γραφίτης λαμβάνεται ως δεύτερο προϊόν. Οι V. Mauderly, E. Moser και V. Treadwell, έχοντας υπολογίσει την ελεύθερη ενέργεια σχηματισμού καρβιδίου του ασβεστίου από θερμοχημικά δεδομένα, έλαβαν την ακόλουθη έκφραση για την τάση ατμών του ασβεστίου έναντι του καθαρού καρβιδίου του ασβεστίου:

περ = 1,35 - 4505 \ T (1124 - 1712 ° K),

lgp περ = 6,62 - 13523 \ T (1712-2000 ° K).

Προφανώς, το καρβίδιο του ασβεστίου του εμπορίου αποσυντίθεται σε σημαντικά υψηλότερες θερμοκρασίες από ό,τι προκύπτει από αυτές τις εκφράσεις. Οι ίδιοι συγγραφείς αναφέρουν τη θερμική αποσύνθεση του καρβιδίου του ασβεστίου σε συμπαγείς σβώλους στους 1600-1800 ° σε κενό 1 mm Hg. Τέχνη. Η απόδοση γραφίτη ήταν 94%, το ασβέστιο ελήφθη με τη μορφή πυκνής εναπόθεσης στο ψυγείο. A. S. Mikulinsky, F. S. Morii, R. Sh. Shklyar για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων του γραφίτη που λαμβάνεται με την αποσύνθεση του καρβιδίου του ασβεστίου, ο τελευταίος θερμάνθηκε σε κενό 0,3-1 mm Hg. Τέχνη. σε θερμοκρασία 1630-1750 °. Ο γραφίτης που προκύπτει διαφέρει από τον γραφίτη Acheson σε μεγαλύτερους κόκκους, υψηλότερη ηλεκτρική αγωγιμότητα και χαμηλότερη πυκνότητα όγκου.

3. Πρακτικό μέρος

Η ημερήσια έκχυση μαγνησίου από τον ηλεκτρολύτη με ένταση ρεύματος 100 kA ήταν 960 kg όταν το λουτρό τροφοδοτήθηκε με χλωριούχο μαγνήσιο. Η τάση στο αστείο του ηλεκτρολύτη είναι 0,6 V. Προσδιορίστε:

)Έξοδος ρεύματος στην κάθοδο.

)Η ποσότητα χλωρίου που λαμβάνεται ανά ημέρα, με την προϋπόθεση ότι η έξοδος ρεύματος στην άνοδο είναι ίση με την έξοδο ρεύματος στην ktode.

)Καθημερινή πλήρωση MgCl 2στον ηλεκτρολύτη, με την προϋπόθεση ότι η απώλεια MgCl 2 εμφανίζονται κυρίως με λάσπη και αναθυμιάσεις. Η ποσότητα της λάσπης 0,1 ανά 1 τόνο Mg που περιέχει MgCl 2 στο εξάχνωμα 50%. Η ποσότητα εξάχνωσης είναι 0,05 τόνοι ανά 1 τόνο Mg. Η σύνθεση του χυμένου χλωριούχου μαγνησίου,%: 92 MgCl2 και 8 NaCl.

.Προσδιορίστε την έξοδο ρεύματος στην κάθοδο:

Μ NS = εγώ ? Κ Mg · ?

?= m NS \ ΕΓΩ ?κ Mg = 960.000 \ 100.000 0,454 24 = 0,881 ή 88,1%

.Προσδιορίστε την ποσότητα Cl που λαμβάνεται ανά ημέρα:

x = 960000g \ 24 g \ mol = 40.000 mol

Μεταφράζουμε σε τόμο:

x = 126.785,7 m3

3.α) Βρείτε καθαρό MgCl 2, για την παραγωγή 960 kg Mg.

x = 95 960 \ 24,3 = 3753 kg = 37,53 t.

β) απώλειες με λάσπη. Από τη σύνθεση ηλεκτρολυτών μαγνησίου,%: 20-35 MgO, 2-5 Mg, 2-6 Fe, 2-4 SiO 2, 0,8-2 TiO 20,4-1,0 C, 35 MgCl2 .

kg - 1000 kg

Μ shl = 960 kg - μάζα λάσπης την ημέρα.

96 kg λάσπης την ημέρα: 96 0,35 (MgCl2 με λάσπη).

γ) απώλειες με εξάχνωση:

kg - 1000 kg

kg εξαχνώματα: 48 0,5 = 24 kg MgCl 2 με εξάχνωση.

Συνολικά, πρέπει να συμπληρώσετε Mg:

33,6 + 24 = 3810,6 kg MgCl2 ανά μέρα

Βιβλιογραφία

Βασικές αρχές Μεταλλουργίας III

<#"justify">μεταλλουργία Al και Mg. Vetyukov M.M., Tsyplokov A.M.

Φροντιστήριο

Χρειάζεστε βοήθεια για να εξερευνήσετε ένα θέμα;

Οι ειδικοί μας θα συμβουλεύσουν ή θα παρέχουν υπηρεσίες διδασκαλίας σε θέματα που σας ενδιαφέρουν.
Στείλτε ένα αίτημαμε την ένδειξη του θέματος αυτή τη στιγμή για να ενημερωθείτε για τη δυνατότητα απόκτησης διαβούλευσης.

Οι φυσικές ενώσεις του ασβεστίου (κιμωλία, μάρμαρο, ασβεστόλιθος, γύψος) και τα προϊόντα της απλούστερης επεξεργασίας τους (άσβεστος) ήταν γνωστά στους ανθρώπους από την αρχαιότητα. Το 1808, ο Άγγλος χημικός Humphrey Davy ηλεκτρολύσε υγρό σβησμένο ασβέστη (υδροξείδιο του ασβεστίου) με μια κάθοδο υδραργύρου και έλαβε αμάλγαμα ασβεστίου (κράμα ασβεστίου με υδράργυρο). Από αυτό το κράμα, έχοντας αποστάξει υδράργυρο, ο Davy έλαβε καθαρό ασβέστιο.
Πρότεινε επίσης το όνομα του νέου χημικού στοιχείου, από το λατινικό «calx» που σημαίνει το όνομα του ασβεστόλιθου, της κιμωλίας και άλλων μαλακών λίθων.

Το να είσαι στη φύση και να λαμβάνεις:

Το ασβέστιο είναι το πέμπτο πιο άφθονο στοιχείο στον φλοιό της γης (πάνω από 3%), σχηματίζει πολλά πετρώματα, πολλά από τα οποία βασίζονται στο ανθρακικό ασβέστιο. Μερικά από αυτά τα πετρώματα είναι οργανικής προέλευσης (shell rock), δείχνοντας τον σημαντικό ρόλο του ασβεστίου στην άγρια ​​ζωή. Το φυσικό ασβέστιο είναι ένα μείγμα 6 ισοτόπων με μαζικούς αριθμούς από 40 έως 48, με 40 Ca να αντιπροσωπεύουν το 97% του συνόλου. Άλλα ισότοπα ασβεστίου έχουν επίσης ληφθεί με πυρηνικές αντιδράσεις, για παράδειγμα, ραδιενεργό 45 Ca.
Για να ληφθεί μια απλή ουσία ασβεστίου, χρησιμοποιείται ηλεκτρόλυση τήγματος των αλάτων της ή αλουμοθερμία:
4CaO + 2Al = Ca (AlO 2) 2 + 3Ca

Φυσικές ιδιότητες:

Ένα ασημί-γκρι μέταλλο με κυβικό πλέγμα στο κέντρο της όψης, σημαντικά σκληρότερο από τα αλκαλικά μέταλλα. Σημείο τήξης 842 ° C, σημείο βρασμού 1484 ° C, πυκνότητα 1,55 g / cm 3. Σε υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες, περίπου 20 K πηγαίνουν στην υπεραγώγιμη κατάσταση.

Χημικές ιδιότητες:

Το ασβέστιο δεν είναι τόσο ενεργό όσο τα αλκαλικά μέταλλα, αλλά πρέπει να αποθηκεύεται κάτω από ένα στρώμα ορυκτελαίου ή σε ερμητικά σφραγισμένα μεταλλικά βαρέλια. Ήδη σε συνηθισμένες θερμοκρασίες, αντιδρά με το οξυγόνο και το άζωτο του αέρα, καθώς και με τους υδρατμούς. Όταν θερμαίνεται, καίγεται στον αέρα με μια κόκκινη-πορτοκαλί φλόγα, σχηματίζοντας ένα οξείδιο με ένα μείγμα νιτριδίων. Όπως το μαγνήσιο, το ασβέστιο συνεχίζει να καίγεται σε μια ατμόσφαιρα διοξειδίου του άνθρακα. Όταν θερμαίνεται, αντιδρά με άλλα αμέταλλα, σχηματίζοντας ενώσεις που δεν είναι πάντα εμφανείς σε σύσταση, για παράδειγμα:
Ca + 6B = CaB 6 ή Ca + P => Ca 3 P 2 (και επίσης CaP ή CaP 5)
Σε όλες τις ενώσεις του, το ασβέστιο έχει κατάσταση οξείδωσης +2.

Οι πιο σημαντικές συνδέσεις:

Οξείδιο του ασβεστίου CaO- ("γρήγορος ασβέστης") μια λευκή ουσία, ένα αλκαλικό οξείδιο, αντιδρά έντονα με το νερό ("σβήνει"), μετατρέπεται σε υδροξείδιο. Λαμβάνεται με θερμική αποσύνθεση ανθρακικού ασβεστίου.

Υδροξείδιο του ασβεστίου Ca (OH) 2- ("σβησμένος ασβέστης") λευκή σκόνη, ελαφρώς διαλυτή στο νερό (0,16 g / 100 g), ισχυρό αλκάλιο. Ένα διάλυμα («ασβεστόνερο») χρησιμοποιείται για την ανίχνευση διοξειδίου του άνθρακα.

Ανθρακικό ασβέστιο CaCO 3- η βάση των περισσότερων φυσικών ορυκτών ασβεστίου (κιμωλία, μάρμαρο, ασβεστόλιθος, πετρώματα από κέλυφος, ασβεστίτης, ισλανδικός σπάρος). Καθαρή λευκή ή άχρωμη ουσία. κρύσταλλοι, Όταν θερμαίνεται (900-1000 C) αποσυντίθεται, σχηματίζοντας οξείδιο του ασβεστίου. Όχι p-rim, αντιδρά με οξέα, μπορεί να διαλυθεί σε νερό κορεσμένο με διοξείδιο του άνθρακα, μετατρέποντας σε διττανθρακικό: CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca (HCO 3) 2. Η αντίστροφη διαδικασία οδηγεί στην εμφάνιση εναποθέσεων ανθρακικού ασβεστίου, ιδιαίτερα σχηματισμών όπως σταλακτίτες και σταλαγμίτες
Εμφανίζεται επίσης φυσικά στον δολομίτη CaCO 3 * MgCO 3

Θειικό ασβέστιο CaSO 4- μια λευκή ουσία, στη φύση CaSO 4 * 2H 2 O ("γύψος", "σεληνίτης"). Το τελευταίο, μετά από προσεκτική θέρμανση (180 C), μετατρέπεται σε CaSO 4 * 0,5H 2 O ("καμμένος γύψος", "αλάβαστρο") - μια λευκή σκόνη, όταν αναμειγνύεται με νερό και πάλι σχηματίζει CaSO 4 * 2H 2 O στη μορφή από στερεό, επαρκώς ισχυρό υλικό. Ελαφρώς διαλυτό στο νερό, σε περίσσεια θειικού οξέος μπορεί να διαλυθεί, σχηματίζοντας υδροθειικό.

Φωσφορικό ασβέστιο Ca 3 (PO 4) 2- ("φωσφορώδες"), αδιάλυτο, υπό τη δράση ισχυρών οξέων περνά σε περισσότερο διαλυτό υδρο- και διόξινο φωσφορικό ασβέστιο. Πρώτες ύλες για την παραγωγή φωσφόρου, φωσφορικού οξέος, φωσφορικών λιπασμάτων. Τα φωσφορικά ασβέστιο περιλαμβάνονται επίσης στους απατίτες, φυσικές ενώσεις με τον κατά προσέγγιση τύπο Ca 5 3 Y, όπου Υ = F, Cl ή ΟΗ, αντίστοιχα φθορο-, χλωρο- ή υδροξυαπατίτης. Μαζί με τον φωσφορίτη, ο απατίτης είναι μέρος του σκελετού πολλών ζωντανών οργανισμών, περιλαμβανομένων. και ένα άτομο.

Φθοριούχο ασβέστιο CaF 2 - (φυσικό.:"φθορίτης", "φθοράναμμα"), μια αδιάλυτη ουσία λευκού χρώματος. Τα φυσικά ορυκτά έχουν ποικιλία χρωμάτων λόγω ακαθαρσιών. Λάμπει στο σκοτάδι όταν θερμαίνεται και υπό την υπεριώδη ακτινοβολία. Αυξάνει τη ρευστότητα («τηκότητα») των σκωριών κατά τη λήψη μετάλλων, γεγονός που οφείλεται στη χρήση του ως ροή.

Χλωριούχο ασβέστιο CaCl 2- άχρωμο. krist. in-in πηγάδι-r-rim σε νερό. Σχηματίζει κρυσταλλικό ένυδρο CaCl 2 * 6H 2 O. Το άνυδρο ("συντηγμένο") χλωριούχο ασβέστιο είναι ένα καλό ξηραντικό.

Νιτρικό ασβέστιο Ca (NO 3) 2- ("νιτρικό ασβέστιο") άχρωμο. krist. in-in πηγάδι-r-rim σε νερό. Αναπόσπαστο μέρος των πυροτεχνικών συνθέσεων, που δίνει στη φλόγα ένα κόκκινο-πορτοκαλί χρώμα.

Καρβίδιο του ασβεστίου CaС 2- αντιδρά με νερό, σχηματίζοντας ακετυλένιο προς ταμί, για παράδειγμα: CaC 2 + H 2 O = C 2 H 2 + Ca (OH) 2

Εφαρμογή:

Το μεταλλικό ασβέστιο χρησιμοποιείται ως ισχυρό αναγωγικό στην παραγωγή ορισμένων δύσκολα αναγωγών μετάλλων ("calciothermy"): χρώμιο, REE, θόριο, ουράνιο κ.λπ. Στη μεταλλουργία του χαλκού, του νικελίου, των ειδικών χάλυβων και των μπρούντζων, του ασβεστίου και Τα κράματά του χρησιμοποιούνται για την αφαίρεση επιβλαβών ακαθαρσιών θείου, φωσφόρου, περίσσειας άνθρακα.
Το ασβέστιο χρησιμοποιείται επίσης για τη δέσμευση μικρών ποσοτήτων οξυγόνου και αζώτου σε καθαρισμό υψηλού κενού και αδρανούς αερίου.
Τα ιόντα Ca 48 με περίσσεια νετρονίων χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση νέων χημικών στοιχείων, για παράδειγμα, στοιχείο Νο. 114,. Ένα άλλο ισότοπο ασβεστίου, το 45 Ca, χρησιμοποιείται ως ραδιενεργό σήμα σε μελέτες του βιολογικού ρόλου του ασβεστίου και της μετανάστευσης του στο περιβάλλον.

Ο κύριος τομέας εφαρμογής πολυάριθμων ενώσεων ασβεστίου είναι η παραγωγή οικοδομικών υλικών (τσιμέντο, δομικά μείγματα, γυψοσανίδες κ.λπ.).

Το ασβέστιο είναι ένα από τα μακροθρεπτικά συστατικά στη σύνθεση των ζωντανών οργανισμών, σχηματίζοντας τις απαραίτητες ενώσεις για την κατασκευή τόσο του εσωτερικού σκελετού των σπονδυλωτών όσο και των εξωτερικών πολλών ασπόνδυλων, του κελύφους των αυγών. Τα ιόντα ασβεστίου εμπλέκονται επίσης στη ρύθμιση των ενδοκυτταρικών διεργασιών, προκαλώντας πήξη του αίματος. Η έλλειψη ασβεστίου στην παιδική ηλικία οδηγεί σε ραχίτιδα, στους ηλικιωμένους - σε οστεοπόρωση. Η πηγή του ασβεστίου είναι τα γαλακτοκομικά προϊόντα, το φαγόπυρο, οι ξηροί καρποί και η βιταμίνη D συμβάλλει στην απορρόφησή του. Με έλλειψη ασβεστίου χρησιμοποιούνται διάφορα φάρμακα: calcex, διάλυμα χλωριούχου ασβεστίου, γλυκονικό ασβέστιο κ.λπ.
Το κλάσμα μάζας ασβεστίου στο ανθρώπινο σώμα είναι 1,4-1,7%, η ημερήσια απαίτηση είναι 1-1,3 g (ανάλογα με την ηλικία). Η υπερβολική πρόσληψη ασβεστίου μπορεί να οδηγήσει σε υπερασβεστιαιμία - την εναπόθεση των ενώσεων του στα εσωτερικά όργανα, το σχηματισμό θρόμβων αίματος στα αιμοφόρα αγγεία. Πηγές:
Ασβέστιο (στοιχείο) // Wikipedia. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Calcium (ημερομηνία πρόσβασης: 03/01/2014).
Δημοφιλής βιβλιοθήκη χημικών στοιχείων: Ασβέστιο. // URL: http://n-t.ru/ri/ps/pb020.htm (3.01.2014).

ΟΡΙΣΜΟΣ

Ασβέστιο- το εικοστό στοιχείο του Περιοδικού Πίνακα. Ονομασία - Ca από το λατινικό "calcium". Βρίσκεται στην τέταρτη περίοδο, ομάδα IIA. Αναφέρεται σε μέταλλα. Ο πυρήνας έχει φορτίο 20.

Το ασβέστιο είναι ένα από τα πιο άφθονα στοιχεία στη φύση. Περιέχει περίπου 3% (μάζα) στον φλοιό της γης. Εμφανίζεται με τη μορφή πολυάριθμων κοιτασμάτων ασβεστόλιθου και κιμωλίας, καθώς και μαρμάρου, που είναι φυσικές ποικιλίες ανθρακικού ασβεστίου CaCO 3. Υπάρχουν επίσης μεγάλες ποσότητες γύψου CaSO 4 × 2H 2 O, φωσφορίτη Ca 3 (PO 4) 2 και, τέλος, διάφορα πυριτικά που περιέχουν ασβέστιο.

Με τη μορφή απλής ουσίας, το ασβέστιο είναι ένα εύπλαστο, μάλλον σκληρό λευκό μέταλλο (Εικ. 1). Στον αέρα, καλύπτεται γρήγορα με ένα στρώμα οξειδίου και όταν θερμαίνεται, καίγεται με μια φωτεινή κοκκινωπή φλόγα. Το ασβέστιο αντιδρά με το κρύο νερό σχετικά αργά, αλλά γρήγορα εκτοπίζει το υδρογόνο από το ζεστό νερό, σχηματίζοντας υδροξείδιο.

Ρύζι. 1. Ασβέστιο. Εμφάνιση.

Ατομικό και μοριακό βάρος ασβεστίου

Το σχετικό μοριακό βάρος μιας ουσίας (M r) είναι ένας αριθμός που δείχνει πόσες φορές η μάζα ενός δεδομένου μορίου είναι μεγαλύτερη από το 1/12 της μάζας ενός ατόμου άνθρακα και τη σχετική ατομική μάζα ενός στοιχείου (Ar) είναι πόσες φορές η μέση μάζα των ατόμων ενός χημικού στοιχείου είναι μεγαλύτερη από το 1/12 της μάζας ενός ατόμου άνθρακα.

Δεδομένου ότι στην ελεύθερη κατάσταση το ασβέστιο υπάρχει με τη μορφή μονοατομικών μορίων Ca, οι τιμές των ατομικών και μοριακών βαρών του συμπίπτουν. Είναι ίσα με 40.078.

Ισότοπα ασβεστίου

Είναι γνωστό ότι στη φύση, το ασβέστιο μπορεί να έχει τη μορφή τεσσάρων σταθερών ισοτόπων 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca και 48 Ca, με σαφή υπεροχή του ισοτόπου 40 Ca (99,97%). Οι μάζες τους είναι 40, 42, 43, 44, 46 και 48, αντίστοιχα. Ο πυρήνας του ισοτόπου 40 Ca περιέχει είκοσι πρωτόνια και είκοσι νετρόνια και τα υπόλοιπα ισότοπα διαφέρουν από αυτόν μόνο στον αριθμό των νετρονίων.

Υπάρχουν τεχνητά ισότοπα ασβεστίου με μαζικούς αριθμούς από 34 έως 57, μεταξύ των οποίων το πιο σταθερό είναι το 41 Ca με χρόνο ημιζωής 102 χιλιάδες χρόνια.

Ιόντα ασβεστίου

Στο εξωτερικό επίπεδο ενέργειας του ατόμου ασβεστίου, υπάρχουν δύο ηλεκτρόνια που είναι σθένους:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2.

Ως αποτέλεσμα της χημικής αλληλεπίδρασης, το ασβέστιο εγκαταλείπει τα ηλεκτρόνια του σθένους, δηλ. είναι ο δότης τους και μετατρέπεται σε θετικά φορτισμένο ιόν:

Ca 0 -2e → Ca 2+.

Μόριο και άτομο ασβεστίου

Σε ελεύθερη κατάσταση, το ασβέστιο υπάρχει με τη μορφή μονατομικών μορίων Ca. Ακολουθούν ορισμένες ιδιότητες που χαρακτηρίζουν το άτομο και το μόριο ασβεστίου:

Κράματα ασβεστίου

Το ασβέστιο χρησιμεύει ως συστατικό κράματος σε ορισμένα κράματα μολύβδου.

Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1