Kaltsiyning atom massasi. Kaltsiy kimyoviy element sifatida, uning roli

Kaltsiy (lotincha Kaltsiy, Ca belgisi bilan belgilanadi) - atom raqami 20 va atom massasi 40,078 bo'lgan element. Bu ikkinchi guruhning asosiy kichik guruhining elementi, Dmitriy Ivanovich Mendeleev kimyoviy elementlar davriy tizimining to'rtinchi davri. Oddiy sharoitlarda oddiy kaltsiy moddasi engil (1,54 g / sm3) egiluvchan, yumshoq, kumush-oq rangdagi kimyoviy faol gidroksidi tuproqli metalldir.

Tabiatda kaltsiy oltita izotop aralashmasi sifatida taqdim etiladi: 40Ca (96,97%), 42Ca (0,64%), 43Ca (0,145%), 44Ca (2,06%), 46Ca (0,0033%) va 48Ca (0,185%). Yigirmanchi elementning asosiy izotopi - eng keng tarqalgan - 40Ca, uning izotopik ko'pligi taxminan 97% ni tashkil qiladi. Kaltsiyning oltita tabiiy izotoplaridan beshtasi barqaror, oltinchi izotopi 48Ca, oltitaning eng og'irligi va juda kam uchraydigan (uning izotopik ko'pligi atigi 0,185%) yaqinda yarimparchalanish davri bilan ikki marta b-emirilishi aniqlangan. 5,3 ∙ 1019 yil. Sun'iy yo'l bilan olingan massa raqamlari 39, 41, 45, 47 va 49 bo'lgan izotoplar radioaktivdir. Ko'pincha ular tirik organizmdagi mineral almashinuv jarayonlarini o'rganishda izotop ko'rsatkichi sifatida ishlatiladi. Metall kaltsiyni yoki uning birikmalarini uran reaktorida neytronlar bilan nurlantirish natijasida olingan 45Ca tuproqlarda sodir bo'ladigan metabolik jarayonlarni o'rganishda va o'simliklarning kaltsiyni o'zlashtirish jarayonlarini o'rganishda muhim rol o'ynaydi. Xuddi shu izotop tufayli eritish jarayonida turli darajadagi po'lat va o'ta toza temirning kaltsiy birikmalari bilan ifloslanish manbalarini aniqlash mumkin bo'ldi.

Kaltsiy birikmalari - marmar, gips, ohaktosh va ohak (ohaktosh pishirish mahsuloti) qadim zamonlardan beri ma'lum bo'lib, qurilish va tibbiyotda keng qo'llanilgan. Qadimgi misrliklar o'zlarining piramidalarini qurishda kaltsiy birikmalaridan foydalanganlar va buyuk Rim aholisi betonni ixtiro qilganlar - maydalangan tosh, ohak va qum aralashmasidan foydalangan holda. 18-asrning oxirigacha kimyogarlar ohak oddiy tana ekanligiga amin edilar. Faqat 1789 yilda Lavoisier ohak, alumina va boshqa ba'zi birikmalar murakkab moddalar ekanligini taklif qildi. 1808 yilda kaltsiy metallini H. Davie elektroliz yo'li bilan oldi.

Metall kaltsiydan foydalanish uning yuqori kimyoviy faolligi bilan bog'liq. U ma'lum metallarning birikmalaridan, masalan, toriy, uran, xrom, sirkoniy, seziy, rubidiyni kamaytirish uchun ishlatiladi; po'lat va boshqa ba'zi qotishmalardan kislorod va oltingugurtni olib tashlash; organik suyuqliklarni suvsizlantirish uchun; vakuum qurilmalarida qoldiq gazlarni singdirish uchun. Bundan tashqari, metall kaltsiy ba'zi qotishmalarda qotishma komponent sifatida xizmat qiladi. Kaltsiy birikmalari ancha keng tarqalgan - ular qurilishda, pirotexnika, shisha ishlab chiqarish, tibbiyot va boshqa ko'plab sohalarda qo'llaniladi.

Kaltsiy eng muhim biogen elementlardan biri bo'lib, u ko'pchilik tirik organizmlar uchun normal hayot jarayonlari uchun zarurdir. Voyaga etgan odamning tanasida bir yarim kilogrammgacha kaltsiy mavjud. U tirik organizmlarning barcha to'qimalarida va suyuqliklarida mavjud. Yigirmanchi element suyak to'qimasini shakllantirish, yurak tezligini, qon ivishini saqlash, tashqi hujayra membranalarining normal o'tkazuvchanligini saqlash va bir qator fermentlarni shakllantirish uchun zarurdir. Kaltsiyning o'simliklar va hayvonlar organizmlarida bajaradigan funktsiyalari ro'yxati juda katta. Faqat noyob organizmlar kaltsiydan mahrum bo'lgan muhitda rivojlanishi mumkinligini aytish kifoya, boshqa organizmlar esa 38% bu elementdan tashkil topgan (inson organizmida atigi 2% kaltsiy mavjud).

Biologik xossalari

Kaltsiy biogen elementlardan biri bo'lib, uning birikmalari deyarli barcha tirik organizmlarda mavjud (kam sonli organizmlar kaltsiysiz muhitda rivojlanishi mumkin), hayot jarayonlarining normal borishini ta'minlaydi. Yigirmanchi element hayvonlar va o'simliklarning barcha to'qimalari va suyuqliklarida mavjud bo'lib, uning ko'p qismi (umurtqali hayvonlarda, shu jumladan odamlarda) skelet va tishlarda fosfatlar shaklida (masalan, gidroksiapatit Ca5 (PO4) 3OH yoki 3Ca3) mavjud. PO4) 2 Ca (OH) 2). Yigirmanchi elementning suyak va tishlar uchun qurilish materiali sifatida ishlatilishi hujayrada kaltsiy ionlarining ishlatilmasligi bilan bog'liq. Kaltsiy kontsentratsiyasi maxsus gormonlar tomonidan nazorat qilinadi, ularning birgalikdagi harakati suyaklarning tuzilishini saqlaydi va saqlaydi. Ko'pgina umurtqasiz hayvonlar guruhlari (mollyuskalar, marjonlar, gubkalar va boshqalar) skeletlari turli shakldagi kaltsiy karbonat CaCO3 (ohak) dan qurilgan. Ko'pgina umurtqasiz hayvonlar yangi skelet qurish yoki noqulay sharoitlarda hayotni saqlab qolish uchun eritishdan oldin kaltsiyni saqlaydi. Hayvonlar kaltsiyni oziq-ovqat va suvdan, o'simliklar esa tuproqdan oladi va bu elementga nisbatan kalsefil va kalsefoblarga bo'linadi.

Ushbu muhim mikroelementning ionlari qon ivish jarayonlarida, shuningdek, qonning doimiy osmotik bosimini ta'minlashda ishtirok etadi. Bundan tashqari, kaltsiy bir qator hujayra tuzilmalarini shakllantirish, tashqi hujayra membranalarining normal o'tkazuvchanligini ta'minlash, baliq va boshqa hayvonlarning tuxumlarini urug'lantirish va bir qator fermentlarni faollashtirish uchun zarurdir (ehtimol, bu holat). kaltsiyning magniy ionlarini almashtirishiga). Kaltsiy ionlari qo'zg'alishni mushak tolasiga o'tkazib, uning qisqarishiga olib keladi, yurak qisqarishi kuchini oshiradi, leykotsitlarning fagotsitar funktsiyasini oshiradi, qonning himoya oqsillari tizimini faollashtiradi, ekzotsitozni, shu jumladan gormonlar va neyrotransmitterlarning sekretsiyasini tartibga soladi. Kaltsiy qon tomirlarining o'tkazuvchanligiga ta'sir qiladi - bu elementsiz yog'lar, lipidlar va xolesterin qon tomirlari devorlariga joylashadi. Kaltsiy tanadan og'ir metallar tuzlari va radionuklidlarning chiqarilishiga yordam beradi, antioksidant funktsiyalarni bajaradi. Kaltsiy reproduktiv tizimga ta'sir qiladi, stressga qarshi ta'sirga ega va allergiyaga qarshi ta'sirga ega.

Katta yoshdagi (70 kg og'irlikdagi) organizmdagi kaltsiy miqdori 1,7 kg ni tashkil qiladi (asosan suyak to'qimalarining hujayralararo moddasi tarkibida). Ushbu elementga bo'lgan ehtiyoj yoshga bog'liq: kattalar uchun zarur bo'lgan kunlik nafaqa 800 dan 1000 milligrammgacha, bolalar uchun 600 dan 900 milligrammgacha. Bolalar uchun suyaklarning intensiv o'sishi va rivojlanishi uchun kerakli dozani iste'mol qilish ayniqsa muhimdir. Tanadagi kaltsiyning asosiy manbai sut va sut mahsulotlari, qolgan kaltsiy go'sht, baliq, ba'zi o'simlik mahsulotlari (ayniqsa, dukkaklilar) dan olinadi. Kaltsiy kationlarining so'rilishi katta va ingichka ichaklarda sodir bo'ladi, assimilyatsiya kislotali muhit, C va D vitaminlari, laktoza (sut kislotasi), shuningdek to'yinmagan yog'li kislotalar tomonidan osonlashadi. O'z navbatida, aspirin, oksalat kislotasi, estrogen hosilalari yigirmanchi elementning so'rilishini sezilarli darajada kamaytiradi. Shunday qilib, oksalat kislotasi bilan birlashganda, kaltsiy buyrak toshlarining tarkibiy qismlari bo'lgan suvda erimaydigan birikmalarni beradi. Kaltsiy almashinuvida magniyning roli katta - uning etishmasligi bilan kaltsiy suyaklardan "yuviladi" va buyraklar (buyrak toshlari) va mushaklarda to'planadi. Umuman olganda, organizm yigirmanchi elementni saqlash va chiqarish uchun murakkab tizimga ega, shuning uchun qondagi kaltsiy miqdori aniq tartibga solinadi va to'g'ri ovqatlanish bilan hech qanday kamchilik yoki ortiqcha bo'lmaydi. Uzoq muddatli kaltsiy dietasi kramplar, bo'g'imlardagi og'riqlar, ich qotishi, charchoq, uyquchanlik va o'sishning kechikishiga olib kelishi mumkin. Ratsionda kaltsiyning uzoq vaqt etishmasligi osteoporozning rivojlanishiga olib keladi. Nikotin, kofein va spirtli ichimliklar organizmdagi kaltsiy etishmasligining sabablaridan biridir, chunki ular siydik bilan uning intensiv chiqarilishiga yordam beradi. Biroq, yigirmanchi elementning (yoki D vitamini) ortiqcha bo'lishi salbiy oqibatlarga olib keladi - giperkalsemiya rivojlanadi, buning natijasida suyaklar va to'qimalarning kuchli kalsifikatsiyasi (asosan siydik tizimiga ta'sir qiladi). Kaltsiyning uzoq davom etishi mushak va asab to'qimalarining faoliyatini buzadi, qon ivishini oshiradi va sinkning suyak hujayralari tomonidan so'rilishini kamaytiradi. Ehtimol, artrozning ko'rinishi, katarakt, qon bosimi bilan bog'liq muammolar. Yuqoridagilardan xulosa qilishimiz mumkinki, o'simlik va hayvon organizmlari hujayralari kaltsiy ionlarining qat'iy belgilangan nisbatlariga muhtoj.

Farmakologiya va tibbiyotda kaltsiy birikmalari vitaminlar, tabletkalar, tabletkalar, in'ektsiyalar, antibiotiklar, shuningdek, ampulalar, tibbiy asboblar ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

Ma'lum bo'lishicha, erkaklar bepushtligining keng tarqalgan sababi bu tanadagi kaltsiy etishmasligidir! Gap shundaki, spermatozoidlarning boshi butunlay kaltsiydan iborat bo'lgan sagittal shakllanishga ega, bu elementning etarli miqdori bilan sperma membranani engib, tuxumni urug'lantirishga qodir, agar etarli bo'lmasa, bepushtlik paydo bo'ladi.

Amerikalik olimlar qonda kaltsiy ionlarining etishmasligi xotiraning zaiflashishiga va aqlning pasayishiga olib kelishini aniqladilar. Masalan, Amerika Qo'shma Shtatlaridagi taniqli Science News jurnalida mushuklar miya hujayralarida qondan ko'ra ko'proq kaltsiy bo'lsa, shartli refleks rivojlanishini tasdiqlagan tajribalar haqida ma'lum bo'ldi.

Qishloq xo'jaligida yuqori baholanadigan kaltsiy siyanamid birikmasi nafaqat azotli o'g'it va karbamid manbai - eng qimmatli o'g'it va sintetik qatronlar ishlab chiqarish uchun xom ashyo sifatida, balki uni ishlatish mumkin bo'lgan modda sifatida ham qo'llaniladi. paxta maydonlarini yig‘ib-terib olishni mexanizatsiyalash. Gap shundaki, bu birikma bilan ishlov berilgandan so‘ng paxta bir zumda barglarini to‘kib tashlaydi, bu esa odamlarga paxta terimini mashinalarga qoldirish imkonini beradi.

Kaltsiyga boy oziq-ovqatlar haqida gapirganda, sut mahsulotlari doimo tilga olinadi, ammo sutning o'zi 100 g uchun 120 mg (sigir) dan 170 mg (qo'y) gacha kaltsiyni o'z ichiga oladi; tvorog yanada kambag'al - 100 gramm uchun atigi 80 mg. Sut mahsulotlaridan faqat pishloqda 100 g mahsulot uchun 730 mg (gouda) dan 970 mg (emmental) kaltsiy mavjud. Biroq, ko'knori yigirmanchi element bo'yicha rekordchi - 100 gramm ko'knori urug'ida deyarli 1500 mg kaltsiy bor!

Kaltsiy xlorid CaCl2, masalan, sovutish zavodlarida qo'llaniladi, ko'plab kimyoviy texnologik jarayonlarning, xususan, soda ishlab chiqarishning chiqindilari hisoblanadi. Biroq, kaltsiy xloridning turli sohalarda keng qo'llanilishiga qaramasdan, uning iste'moli ishlab chiqarishdan sezilarli darajada past. Shu sababli, masalan, soda zavodlari yaqinida kaltsiy xlorid sho'r suvining butun ko'llari hosil bo'ladi. Bunday saqlash havzalari kamdan-kam uchraydi.

Kaltsiy birikmalari qancha iste'mol qilinishini tushunish uchun bir nechta misollar keltirish kerak. Po'lat ishlab chiqarishda ohak fosfor, kremniy, marganets va oltingugurtni yo'qotish uchun ishlatiladi, kislorod-konvertor jarayonida bir tonna po'lat uchun 75 kilogramm ohak iste'mol qilinadi! Mutlaqo boshqa sohadagi yana bir misol oziq-ovqat sanoatidir. Kaltsiy saxaratini cho'ktirish uchun shakar ishlab chiqarishda xom shakar siropi ohak bilan reaksiyaga kirishadi. Shunday qilib, qamish shakar uchun odatda bir tonna uchun taxminan 3-5 kg ​​ohak kerak, va lavlagi shakar - yuz baravar ko'p, ya'ni har bir tonna shakar uchun taxminan yarim tonna ohak kerak!

Suvning "qattiqligi" - unda erigan kaltsiy va magniy tuzlari suvga beradigan bir qator xususiyatlardir. Qattiqlik vaqtinchalik va doimiy bo'linadi. Vaqtinchalik yoki karbonat qattiqligi suvda eruvchan bikarbonatlar Ca (HCO3) 2 va Mg (HCO3) 2 mavjudligidan kelib chiqadi. Karbonatning qattiqligidan qutulish juda oson - suv qaynatilganda bikarbonatlar suvda erimaydigan kaltsiy va magniy karbonatlariga aylanadi, cho'kadi. Doimiy qattiqlik bir xil metallarning sulfatlari va xloridlari tomonidan yaratilgan, ammo undan qutulish ancha qiyin. Qattiq suv unchalik dahshatli emas, chunki u sovun ko'piklari paydo bo'lishining oldini oladi va shuning uchun kirlarni yomon yuvadi, bug 'qozonlari va qozon qurilmalarida shkala qatlamini hosil qilishi va shu bilan ularning samaradorligini pasaytiradi va favqulodda vaziyatlarga olib keladi. Qizig'i shundaki, ular qadimgi Rimda ham suvning qattiqligini qanday aniqlashni bilishgan. Reagent sifatida qizil sharob ishlatilgan - uning rang beruvchi moddalari kaltsiy va magniy ionlari bilan cho'kma hosil qiladi.

Kaltsiyni saqlash uchun tayyorlash jarayoni juda qiziq. Metall kaltsiy uzoq vaqt davomida og'irligi 0,5 dan 60 kg gacha bo'lgan bo'laklar shaklida saqlanadi. Bu "cho'chqalar" qog'oz qoplarga qadoqlanadi, keyin lehimli va bo'yalgan tikuvli galvanizli temir idishlarga joylashtiriladi. Yog'och qutilarga mahkam yopiq idishlar joylashtiriladi. Og'irligi yarim kilogrammdan kam bo'lgan bo'laklarni uzoq vaqt saqlash mumkin emas - oksidlanganda ular tezda oksid, gidroksid va kaltsiy karbonatga aylanadi.

Hikoya

Metall kaltsiy nisbatan yaqinda - 1808 yilda olingan, ammo insoniyat bu metallning birikmalari bilan juda uzoq vaqtdan beri tanish edi. Qadim zamonlardan beri odamlar qurilish va tibbiyotda ohaktosh, bo'r, marmar, alebastr, gips va boshqa kaltsiy o'z ichiga olgan birikmalardan foydalanganlar. CaCO3 ohaktosh, ehtimol, odamlar tomonidan ishlatiladigan birinchi qurilish materialidir. U Misr piramidalari va Buyuk Xitoy devorini qurishda ishlatilgan. Rossiyadagi ko'plab ibodatxonalar va cherkovlar, shuningdek, qadimgi Moskva binolarining aksariyati ohaktosh - oq tosh yordamida qurilgan. Qadim zamonlarda ham ohaktoshni yoqib yuborgan odam so'nmagan ohak (CaO) oldi, buni Pliniy Elder (eramizning 1-asri) va Rim armiyasining shifokori Dioskoridlar o'z ishida kaltsiy oksidi uchun kiritgan asarlari tasdiqlaydi. "Dori vositalarida" nomi "tez ohak" bo'lib, bizning davrimizga qadar saqlanib qolgan. Va bularning barchasi sof kaltsiy oksidi birinchi marta nemis kimyogari I. tomonidan tasvirlanganiga qaramasdan, keyin faqat 1746 yilda va 1755 yilda kimyogar J. Black, kuyish jarayonini o'rganib, kuyish paytida ohaktosh massasining yo'qolishi sodir bo'lishini aniqladi. karbonat angidrid gazining chiqishi tufayli:

CaCO3 ↔ CO2 + CaO

Giza piramidalarida ishlatilgan Misr ohaklari qisman suvsizlangan CaSO4 2H2O gipsiga yoki boshqacha aytganda, alabaster 2CaSO4 ∙ H2O ga asoslangan. U shuningdek, Tutankhamun qabridagi barcha gipslarning asosidir. Kuygan gips (alabaster) misrliklar tomonidan sug'orish inshootlarini qurishda bog'lovchi sifatida ishlatilgan. Tabiiy gipsni yuqori haroratda yoqish orqali Misr quruvchilari uning qisman suvsizlanishiga erishdilar va molekuladan nafaqat suv, balki oltingugurt angidrid ham ajralib chiqdi. Keyinchalik, suv bilan suyultirilganda, suv va harorat o'zgarishidan qo'rqmaydigan juda kuchli massa olindi.

Rimliklarni haqli ravishda beton ixtirochilari deb atash mumkin, chunki o'z binolarida ular ushbu qurilish materialining navlaridan birini - ezilgan tosh, qum va ohak aralashmasidan foydalanganlar. Bunday betondan sisternalar qurilishi haqida oqsoqol Pliniyning tavsifi mavjud: "Sistrenlarni qurish uchun ular besh qismli toza shag'al qum, ikki qism eng yaxshi o'chirilgan ohak va Silex (qattiq lava) bo'laklarini oladilar. har biri bir funtdan ko'proq, aralashgandan so'ng ular pastki va yon yuzalarni temir to'qmoq zarbalari bilan siqib chiqaradilar ". Italiyaning nam iqlimida beton eng bardoshli material edi.

Ma'lum bo'lishicha, kaltsiy birikmalari insoniyatga uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lib, ular keng tarqalgan. Biroq, 18-asrning oxirigacha kimyogarlar ohakni oddiy tana deb hisoblashgan, faqat yangi asr arafasida ohak va boshqa kaltsiy birikmalarining tabiatini o'rganishga kirishgan. Shunday qilib, Stahl ohakni tuproqli va suvli tamoyillardan iborat bo'lgan murakkab tana ekanligini taklif qildi va Blek kostik ohak va "sobit havo" ni o'z ichiga olgan karbonli ohak o'rtasidagi farqni aniqladi. Antuan Loran Lavuazye ohak tuproqni (CaO) elementlar soniga, ya'ni oddiy moddalarga bog'ladi, garchi 1789 yilda u ohak, magneziya, barit, alumina va kremniy dioksidi murakkab moddalar ekanligini aytdi, ammo buni faqat isbotlash mumkin bo'ladi. "o'jar er" ni (kaltsiy oksidi) parchalash orqali. Va birinchi bo'lib Xamfri Deyvi muvaffaqiyat qozondi. Kaliy va natriy oksidlarini elektroliz bilan muvaffaqiyatli parchalashdan so'ng, kimyogar xuddi shu tarzda ishqoriy tuproq metallarini olishga qaror qildi. Biroq, birinchi urinishlar muvaffaqiyatsiz tugadi - ingliz ohakni havoda va yog 'qatlami ostida elektroliz qilish yo'li bilan parchalashga harakat qildi, keyin ohakni metall kaliy bilan trubkada kuydirdi va boshqa ko'plab tajribalarni o'tkazdi, ammo hech qanday natija bermadi. Nihoyat, simob katodli qurilmada ohakni elektroliz qilish orqali amalgam va undan metall kaltsiy oldi. Tez orada metall ishlab chiqarishning bu usuli I. Berzelius va M. Pontin tomonidan takomillashtirildi.

Yangi element o'z nomini lotincha "calx" so'zidan oldi (genitiv holatda calcis) - ohak, yumshoq tosh. Kalx (kalx) bo'r, ohaktosh, umuman yalang'och tosh deb ataldi, lekin ko'pincha ohak asosidagi ohak. Ushbu kontseptsiyadan qadimgi mualliflar (Vitruviy, Pliniy Elder, Dioskoridlar) ham ohaktoshni yoqish, ohakni so'ndirish va ohak tayyorlashni tasvirlab berganlar. Keyinchalik alkimyogarlar davrasida "kalx" umumiy qovurish mahsulotini - xususan, metallarni anglatadi. Masalan, metall oksidlari metall ohak deb ataldi va kuyish jarayonining o'zi kalsinatsiya (kalsinatio) deb nomlandi. Qadimgi rus retsepti adabiyotida najas (loy, loy) so'zi mavjud, shuning uchun Trinity-Sergius Lavra to'plamida (15-asr) shunday deyilgan: "najasni yig'ing, undan oltin uchun tigel yaratadi". “Kalx” so‘zi bilan shak-shubhasiz bog‘langan kal so‘zi keyinroq go‘ng so‘zining sinonimi bo‘lib qolgan. 19-asr boshlarida rus adabiyotida kaltsiy ba'zan kalkerli erning asosi, ohaktosh (Shcheglov, 1830), kalkerlilik (Job), kaltsiy, kaltsiy (Gess) deb nomlangan.

Tabiatda bo'lish

Kaltsiy sayyoramizdagi eng keng tarqalgan elementlardan biri - tabiatdagi miqdoriy tarkibi bo'yicha beshinchi (metall bo'lmaganlar, faqat kislorod ko'proq - 49,5% va kremniy - 25,3%) va metallar orasida uchinchi (faqat alyuminiy ko'proq) umumiy - 7,5% va temir - 5,08%). Klark (er qobig'idagi o'rtacha tarkib) kaltsiy, turli hisob-kitoblarga ko'ra, massa bo'yicha 2,96% dan 3,38% gacha, biz aniq aytishimiz mumkinki, bu ko'rsatkich taxminan 3% ni tashkil qiladi. Kaltsiy atomining tashqi qobig'ida ikkita valentlik elektron mavjud bo'lib, ularning yadro bilan aloqasi ancha zaifdir. Shu sababli, kaltsiy yuqori reaktivdir va tabiatda erkin holda bo'lmaydi. Biroq, u turli geokimyoviy tizimlarda faol ravishda ko'chib o'tadi va to'planib, 400 ga yaqin minerallarni hosil qiladi: silikatlar, aluminosilikatlar, karbonatlar, fosfatlar, sulfatlar, borosilikatlar, molibdatlar, xloridlar va boshqalar, bu ko'rsatkich bo'yicha to'rtinchi o'rinni egallaydi. Bazaltik magmalarning erishi jarayonida kaltsiy eritmada to'planadi va asosiy jins hosil qiluvchi minerallarning bir qismi bo'lib, fraksiyalanish jarayonida magmaning asosiy jinslardan felsik jinslarga differensiatsiyasi paytida uning miqdori kamayadi. Ko'pincha kaltsiy er qobig'ining pastki qismida joylashgan bo'lib, asosiy jinslarda (6,72%) to'planadi; er mantiyasida kaltsiy kam (0,7%) va, ehtimol, er yadrosida ham kamroq (yadroga o'xshash yigirmanchi elementning temir meteoritlarida atigi 0,02%).

To'g'ri, tosh meteoritlarda kaltsiy klarki 1,4% ni tashkil qiladi (kamdan-kam uchraydigan kaltsiy sulfid), o'rtacha jinslarda - 4,65%, felsik jinslarda og'irlik bo'yicha 1,58% kaltsiy mavjud. Kaltsiyning asosiy qismi turli jinslarning silikatlari va aluminosilikatlari (granitlar, gneyslar va boshqalar), ayniqsa dala shpati - anortit Ca, shuningdek, diopsid CaMg, vollastonit Ca3 tarkibida mavjud. Cho'kindi jinslar shaklida kaltsiy birikmalari asosan mineral kaltsitdan (CaCO3) tashkil topgan bo'r va ohaktosh bilan ifodalanadi.

Kaltsiy karbonat CaCO3 er yuzidagi eng keng tarqalgan birikmalardan biridir - kaltsiy karbonat asosidagi minerallar er yuzasining taxminan 40 million kvadrat kilometrini egallaydi. Er yuzasining ko'p qismlarida qadimgi dengiz organizmlari qoldiqlari - bo'r, marmar, ohaktosh, qobiq jinslari - bularning barchasi kichik aralashmalar bilan CaCO3, kaltsit esa toza CaCO3 qoldiqlaridan hosil bo'lgan kaltsiy karbonatning sezilarli cho'kindi konlari mavjud. . Bu minerallarning eng muhimi ohaktosh, aniqrog'i - ohaktosh - chunki har bir kon zichligi, tarkibi va aralashmalar miqdori bilan farqlanadi. Masalan, qobiqli jinslar organik ohaktoshdir va kamroq aralashmalarga ega bo'lgan kaltsiy karbonat ohaktosh yoki Islandiya shpatining shaffof kristallarini hosil qiladi. Kaltsiy karbonatning yana bir keng tarqalgan turi bo'r, ammo kaltsitning kristalli shakli bo'lgan marmar tabiatda kamroq tarqalgan. Qadimgi geologik davrlarda marmar ohaktoshdan hosil bo'lganligi umumiy qabul qilingan. Er qobig'ining harakati paytida ohaktoshning alohida konlari boshqa jinslar qatlamlari ostida ko'milgan. Yuqori bosim va harorat ta'sirida qayta kristallanish jarayoni sodir bo'ldi va ohaktosh zichroq kristall jinsga - marmarga aylandi. G'alati stalaktitlar va stalagmitlar kaltsiy karbonatning yana bir turi bo'lgan aragonit mineralidir. Ortorombik aragonit iliq dengizlarda hosil bo'ladi - Bagama orollari, Florida-keys va Qizil dengiz havzasi aragonit shaklidagi kaltsiy karbonatning ulkan qatlamlaridan hosil bo'ladi. Ftorit CaF2, dolomit MgCO3 CaCO3, angidrit CaSO4, fosforit Ca5 (PO4) 3 (OH, CO3) (har xil aralashmalar bilan) va apatit Ca5 (PO4) 3 (F, Cl, OH) kabi kaltsiy minerallari ham ancha keng tarqalgan. kaltsiy fosfat, alabaster CaSO4 0,5H2O va gips CaSO4 2H2O (kaltsiy sulfat shakllari) va boshqalar. Kaltsiy o'z ichiga olgan minerallarda uni izomorf tarzda almashtiradigan nopok elementlar mavjud (masalan, natriy, stronsiy, noyob yer, radioaktiv va boshqa elementlar).

Yigirmanchi elementning katta miqdori suvda va havoda yomon eriydigan CaCO3, yaxshi eriydigan Ca (HCO3) 2 va CO2 o'rtasida global "karbonat muvozanati" mavjudligi sababli tabiiy suvlarda uchraydi:

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

Bu reaktsiya qaytarilmas va yigirmanchi elementni qayta taqsimlash uchun asosdir - suvlarda karbonat angidridning yuqori miqdori bilan kaltsiy eritmada va CO2 ning past miqdori bilan CaCO3 mineral kaltsiti cho'kadi va kuchli konlarni hosil qiladi. ohaktosh, bo'r, marmar.

Kaltsiyning katta miqdori tirik organizmlarning bir qismidir, masalan, gidroksiapatit Ca5 (PO4) 3OH yoki boshqa yozuvda 3Ca3 (PO4) 2 Ca (OH) 2 - umurtqali hayvonlarning, shu jumladan odamlarning suyak to'qimalarining asosi. Kaltsiy karbonat CaCO3 ko'plab umurtqasiz hayvonlar, tuxum qobig'i, marjon va hatto marvaridlarning qobig'i va qobig'ining asosiy tarkibiy qismidir.

Ilova

Metall kaltsiy kamdan-kam ishlatiladi. Asosan, bu metall (uning gidridi kabi) metallotermik ishlab chiqarishda qiyin qaytariladigan metallar - uran, titan, toriy, tsirkoniy, seziy, rubidiy va ularning birikmalaridan (oksidlar yoki galogenidlar) bir qator noyob er metallarini ishlab chiqarishda ishlatiladi. . Kaltsiy nikel, mis va zanglamaydigan po'lat ishlab chiqarishda qaytaruvchi vosita sifatida ishlatiladi. Shuningdek, yigirmanchi element po'lat, bronza va boshqa qotishmalarni deoksidlashda, neft mahsulotlaridan oltingugurtni tozalashda, organik erituvchilarni quritishda, argonni azotli aralashmalardan tozalashda va elektr vakuum qurilmalarida gaz yutuvchi sifatida ishlatiladi. Metall kaltsiy Pb-Na-Ca tizimining ishqalanishga qarshi qotishmalarini ishlab chiqarishda (rulmanlarda ishlatiladi), shuningdek, elektr kabeli qoplamalarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan Pb-Ca qotishmasida ishlatiladi. Silikokalsiy qotishmasi (Ca-Si-Ca) yuqori sifatli po'latlarni ishlab chiqarishda deoksidlovchi va degasser sifatida ishlatiladi. Kaltsiy alyuminiy qotishmalari uchun qotishma element sifatida ham, magniy qotishmalari uchun modifikatsiya qiluvchi qo'shimcha sifatida ishlatiladi. Misol uchun, kaltsiy qo'shilishi alyuminiy rulmanlarning mustahkamligini oshiradi. Sof kaltsiy, shuningdek, akkumulyator plitalari, texnik xizmat ko'rsatmaydigan boshlang'ich qo'rg'oshinli akkumulyator batareyalarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan qo'rg'oshinni qotishma uchun ham ishlatiladi. Shuningdek, metall kaltsiy yuqori sifatli kaltsiy babbitts BKA ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Kaltsiy yordamida quyma temirdagi uglerod miqdori tartibga solinadi va vismut qo'rg'oshindan tozalanadi, po'lat esa kislorod, oltingugurt va fosfordan tozalanadi. Kaltsiy, shuningdek uning alyuminiy va magniy bilan qotishmalari zaxira termal elektr batareyalarida anod sifatida ishlatiladi (masalan, kaltsiy xromat elementi).

Biroq, yigirmanchi elementning birikmalari ancha keng qo'llaniladi. Va birinchi navbatda, biz tabiiy kaltsiy birikmalari haqida gapiramiz. Erdagi eng keng tarqalgan kaltsiy birikmalaridan biri CaCO3 karbonatdir. Sof kaltsiy karbonat kaltsit mineralidir, ohaktosh, bo'r, marmar, qobiqli jinslar esa kichik aralashmalar bilan CaCO3 dir. Aralashtirilgan kaltsiy va magniy karbonat dolomit deb ataladi. Ohaktosh va dolomit asosan qurilish materiallari, qoplamalar yoki kislotasizlantiruvchi moddalar sifatida ishlatiladi. Kaltsiy karbonat CaCO3 kaltsiy oksidi (tez ohak) CaO va kaltsiy gidroksid (o'chirilgan ohak) Ca (OH) 2 ni olish uchun zarurdir. O'z navbatida, CaO va Ca (OH) 2 kimyo, metallurgiya va mashinasozlik sanoatining ko'plab sohalarida asosiy moddalardir - kaltsiy oksidi ham erkin shaklda, ham keramik aralashmalarning bir qismi sifatida o'tga chidamli materiallar ishlab chiqarishda ishlatiladi. ; katta miqdorda kaltsiy gidroksid pulpa va qog'oz sanoati uchun zarur. Bundan tashqari, Ca (OH) 2 o'simlik zararkunandalariga qarshi kurashish uchun oqartiruvchi (yaxshi oqartiruvchi va dezinfektsiyalovchi), berthollet tuzi, soda va ba'zi pestitsidlar ishlab chiqarishda ishlatiladi. Po'lat ishlab chiqarishda katta miqdorda ohak iste'mol qilinadi - oltingugurt, fosfor, kremniy va marganetsni olib tashlash uchun. Metallurgiyadagi ohakning yana bir roli magniy ishlab chiqarishdir. Ohak, shuningdek, po'lat simni tortib olish va sulfat kislotasi bo'lgan chiqindi tuzlash suyuqliklarini zararsizlantirish uchun moylash vositasi sifatida ham ishlatiladi. Bundan tashqari, ichimlik va sanoat suvlarini tozalashda eng keng tarqalgan kimyoviy reagent bo'lgan ohak (alum yoki temir tuzlari bilan birgalikda suspenziyalarni koagulyatsiya qiladi va cho'kmalarni olib tashlaydi, shuningdek vaqtincha - bikarbonat - qattiqlikni olib tashlash orqali suvni yumshatadi). Kundalik hayotda va tibbiyotda cho'kma kaltsiy karbonat kislota neytrallashtiruvchi vosita, tish pastalarida engil abraziv, dietada qo'shimcha kaltsiy manbai, saqichning tarkibiy qismi va kosmetikada plomba sifatida ishlatiladi. CaCO3, shuningdek, kauchuk, lateks, bo'yoq va emallarda, shuningdek plastmassalarda (og'irligi bo'yicha taxminan 10%) issiqlikka chidamliligi, qattiqligi, qattiqligi va ish qobiliyatini yaxshilash uchun plomba sifatida ishlatiladi.

Kaltsiy ftorid CaF2 alohida ahamiyatga ega, chunki mineral (ftorit) shaklida u ftorning yagona sanoat muhim manbai hisoblanadi! Kaltsiy ftorid (ftorit) optikada (astronomik ob'ektivlar, linzalar, prizmalar) monokristallar shaklida va lazer materiali sifatida ishlatiladi. Gap shundaki, faqat kaltsiy ftorididan tayyorlangan ko'zoynaklar butun spektrni o'tkazuvchan. Kaltsiy volframi (sheelit) monokristallar shaklida lazer texnologiyasida, shuningdek, sintilator sifatida ishlatiladi. Sovutish moslamalari va traktorlar va boshqa transport vositalarining shinalarini to'ldirish uchun sho'r suvlarning tarkibiy qismi bo'lgan kaltsiy xlorid CaCl2 muhim ahamiyatga ega. Kaltsiy xlorid yordamida yo'llar va yo'laklar qor va muzdan tozalanadi, bu birikma ko'mir va rudani tashish va saqlash vaqtida muzlashdan himoya qilish uchun ishlatiladi, yong'inga chidamliligini oshirish uchun yog'och uning eritmasi bilan singdiriladi. CaCl2 beton aralashmalarida o'rnatish boshlanishini tezlashtirish, betonning dastlabki va yakuniy mustahkamligini oshirish uchun ishlatiladi.

Sun'iy ravishda olingan kaltsiy karbidi CaC2 (kaltsiy oksidining elektr pechlarida koks bilan kalsinlanganda) atsetilen ishlab chiqarish va metallarni qaytarish uchun, shuningdek, kaltsiy siyanamid ishlab chiqarish uchun ishlatiladi, bu esa o'z navbatida ammiak ostida ammiakni chiqaradi. suv bug'ining harakati. Bundan tashqari, kaltsiy siyanamid karbamid ishlab chiqarish uchun ishlatiladi - sintetik qatronlar ishlab chiqarish uchun eng qimmatli o'g'it va xom ashyo. Kaltsiyni vodorod atmosferasida isitish orqali CaH2 (kaltsiy gidrid) olinadi, u metallurgiyada (metallotermiya) va dala sharoitida vodorod ishlab chiqarishda qo'llaniladi (1 kilogramm kaltsiy gidrididan bir kub metrdan ortiq vodorod olish mumkin). ), masalan, sharlarni to'ldirish uchun ishlatiladi. Laboratoriya amaliyotida kaltsiy gidrid energiyani kamaytiruvchi vosita sifatida ishlatiladi. Mishyak kislotasini ohak bilan neytrallash natijasida olinadigan insektitsid kaltsiy arsenat paxta chig'anoqlari, kuya, tamaki qurti va Kolorado kartoshka qo'ng'iziga qarshi kurashda keng qo'llaniladi. Muhim fungitsidlar mis sulfat va kaltsiy gidroksididan olingan ohak-sulfat aerozollari va Bordo aralashmalaridir.

Ishlab chiqarish

Metall kaltsiyni birinchi bo'lib ingliz kimyogari Xamfri Davi olgan. 1808 yilda u anod vazifasini bajaradigan platina plastinkasida ho'l o'chirilgan ohak Ca (OH) 2 simob oksidi HgO bilan elektroliz qildi (simobga botirilgan platina simi katod vazifasini bajardi), natijada Davy undan simobni olib tashlash orqali kaltsiy amalgama , kimyogar yangi metallni oldi, uni kaltsiy deb atadi.

Zamonaviy sanoatda erkin metall kaltsiy eritilgan kaltsiy xlorid CaCl2 ni elektroliz qilish orqali olinadi, uning nisbati 75-85% va kaliy xlorid KCl (CaCl2 va CaF2 aralashmasidan foydalanish mumkin) yoki kaltsiy oksidini alumototermik kamaytirish yo'li bilan. CaO 1,170-1,200 ° S haroratda. Elektroliz uchun zarur bo'lgan sof suvsiz kaltsiy xlorid kaltsiy oksidini ko'mir ishtirokida qizdirib xlorlash yoki xlorid kislotaning ohaktoshga ta'sirida olingan CaCl2 ∙ 6H2O ni suvsizlantirish orqali olinadi. Elektrolitik jarayon elektroliz vannasida amalga oshiriladi, unda aralashmaning erish nuqtasini pasaytirish uchun zarur bo'lgan quruq kaltsiy xlorid tuzi va kaliy xlorid qo'yiladi, aralashmalarsiz. Grafit bloklari vannaning ustiga o'rnatiladi - anod, mis-kaltsiy qotishmasi bilan to'ldirilgan quyma temir yoki po'lat vanna katod vazifasini bajaradi. Elektroliz jarayonida kaltsiy mis-kaltsiy qotishmasiga aylanadi, uni sezilarli darajada boyitadi, boyitilgan qotishmaning bir qismi doimiy ravishda olinadi, uning o'rniga kaltsiyda (30-35% Ca) kamaygan qotishma qo'shiladi, shu bilan birga xlor xlor-havo aralashmasini (anod gazlari) hosil qiladi, bu esa keyinchalik ohak sutining xlorlanishiga kiradi. Boyitilgan mis-kaltsiy qotishmasi to'g'ridan-to'g'ri qotishma sifatida ishlatilishi yoki tozalash (distillash) uchun yuborilishi mumkin, bu erda vakuumda distillash (1000-1,080 ° S haroratda va 13-20 kPa qoldiq bosimda), metall kaltsiy undan yadro tozaligi olinadi. Yuqori toza kaltsiy olish uchun u ikki marta distillanadi. Elektroliz jarayoni 680-720 ° S haroratda amalga oshiriladi. Haqiqat shundaki, bu elektrolitik jarayon uchun eng maqbul haroratdir - pastroq haroratda kaltsiyga boy qotishma elektrolit yuzasiga suzadi va yuqori haroratda CaCl hosil bo'lishi bilan kaltsiy elektrolitda eriydi. Suyuq katodlar bilan elektrolizda kaltsiy va qo'rg'oshin qotishmalari yoki kaltsiy va ruxli kaltsiy qotishmalari qo'rg'oshin bilan (rulmanlar uchun) va texnologiyada ishlatiladigan rux bilan to'g'ridan-to'g'ri olinadi (ko'pikli betonni olish uchun - qotishma namlik bilan o'zaro ta'sirlashganda, vodorod ajralib chiqadi va a. gözenekli tuzilish hosil bo'ladi). Ba'zida jarayon faqat eritilgan elektrolit yuzasi bilan aloqa qiladigan sovutilgan temir katod bilan amalga oshiriladi. Kaltsiy ajralib chiqqach, katod asta-sekin ko'tariladi, qotib qolgan elektrolit qatlami bilan atmosfera kislorodidan himoyalangan eritmadan kaltsiy novdasi (50-60 sm) chiqariladi. "Teginish usuli" bilan kaltsiy xlorid, temir, alyuminiy, natriy bilan kuchli ifloslangan kaltsiy olinadi, tozalash argon atmosferasida qayta eritish orqali amalga oshiriladi.

Kaltsiyni olishning yana bir usuli - metallotermik - nazariy jihatdan 1865 yilda mashhur rus kimyogari N.N.Beketov tomonidan asoslab berilgan. Alumottermik usul reaksiyaga asoslanadi:

6CaO + 2Al → 3CaO Al2O3 + 3Ca

Briketlar kaltsiy oksidi kukunli alyuminiy bilan aralashmasidan presslanadi, ular xrom-nikel po'latdan yasalgan retortga joylashtiriladi va hosil bo'lgan kaltsiy 1 170-1 200 ° C va 0,7-2,6 Pa qoldiq bosimida distillanadi. Kaltsiy bug 'shaklida olinadi, so'ngra sovuq yuzada kondensatsiyalanadi. Kaltsiy ishlab chiqarishning alumottermik usuli Xitoy, Frantsiya va boshqa bir qator mamlakatlarda qo'llaniladi. Sanoat miqyosida kaltsiy ishlab chiqarishning metallotermik usuli Qo'shma Shtatlar tomonidan Ikkinchi Jahon urushi davrida birinchi bo'lib qo'llanilgan. Xuddi shu tarzda, kaltsiyni CaO ni ferrosilikon yoki alyuminiy kremniy bilan kamaytirish orqali olish mumkin. Kaltsiy 98-99% tozaligi bilan ingot yoki choyshab shaklida ishlab chiqariladi.

Ikkala usulning ham ijobiy va salbiy tomonlari mavjud. Elektrolitik usul ko'p operatsiyali, energiya talab qiladi (1 kg kaltsiy uchun energiya 40-50 kVt soat sarflanadi), bundan tashqari, u ekologik xavfsiz emas, ko'p miqdorda reaktivlar va materiallarni talab qiladi. Biroq, bu usulda kaltsiyning unumi 70-80% ni tashkil qiladi, alumottermik usulda esa atigi 50-60% ni tashkil qiladi. Bundan tashqari, kaltsiyni olishning metallotermik usuli bilan minus - bu qayta distillash kerak, ortiqcha - kam quvvat sarfi va gaz va suyuqlikning zararli chiqindilari yo'qligi.

Yaqinda metall kaltsiyni olishning yangi usuli ishlab chiqildi - u kaltsiy karbidining termal dissotsiatsiyasiga asoslangan: vakuumda 1750 ° C gacha qizdirilgan karbid kaltsiy bug'lari va qattiq grafit hosil bo'lishi bilan parchalanadi.

20-asrning o'rtalariga qadar kaltsiy metali juda oz miqdorda ishlab chiqarilgan, chunki u deyarli ishlatilmagan. Masalan, Amerika Qo'shma Shtatlarida Ikkinchi Jahon urushi davrida 25 tonnadan ko'p bo'lmagan, Germaniyada esa atigi 5-10 tonna kaltsiy iste'mol qilingan. Faqat XX asrning ikkinchi yarmida, kaltsiy ko'plab nodir va o'tga chidamli metallarning faol qaytaruvchisi ekanligi ma'lum bo'lgach, iste'molning tez o'sishi (yiliga taxminan 100 tonna) va natijada ishlab chiqarishning tez o'sishi boshlandi. bu metall. Kaltsiy uran tetraflorididan uranni metallotermik qaytarilish komponenti sifatida foydalaniladigan yadro sanoatining rivojlanishi bilan (kaltsiy oʻrniga magniy qoʻllaniladigan AQSHdan tashqari) element soniga boʻlgan talab (yiliga taxminan 2000 tonna). yigirma, shuningdek, uning ishlab chiqarish ko'p marta oshdi. Hozirgi vaqtda Xitoy, Rossiya, Kanada va Frantsiyani kaltsiy metallining asosiy ishlab chiqaruvchilari deb hisoblash mumkin. Ushbu mamlakatlardan kaltsiy AQSh, Meksika, Avstraliya, Shveytsariya, Yaponiya, Germaniya, Buyuk Britaniyaga yuboriladi. Xitoy metallni shunday hajmlarda ishlab chiqarishni boshlagunga qadar kaltsiy metalining narxi barqaror ravishda o'sib bordi, jahon bozorida yigirmanchi elementning ortiqcha qismi paydo bo'ldi, bu esa narxlarning keskin pasayishiga olib keldi.

Jismoniy xususiyatlar

Metall kaltsiy nima? 1808 yilda ingliz kimyogari Xamfri Deyvi tomonidan olingan bu element kattalar tanasidagi massasi 2 kilogrammgacha bo'lgan metall qanday xususiyatlarga ega?

Kaltsiy oddiy moddasi kumushsimon oq rangli metalldir. Kaltsiyning zichligi atigi 1,54 g / sm3 (20 ° C haroratda), bu temir (7,87 g / sm3), qo'rg'oshin (11,34 g / sm3), oltin (19,3 g / sm3) zichligidan ancha past. ) yoki platina (21,5 g / sm3). Kaltsiy alyuminiy (2,70 g / sm3) yoki magniy (1,74 g / sm3) kabi "vaznsiz" metallardan ham engilroq. Natriy (0,97 g / sm3), kaliy (0,86 g / sm3), litiy (0,53 g / sm3) - yigirmanchi elementning zichligidan pastroq metallar "maqtanishi" mumkin. Zichlik jihatidan kaltsiy rubidiyga juda o'xshaydi (1,53 g / sm3). Kaltsiyning erish nuqtasi 851 ° C, qaynash nuqtasi 1,480 ° S. Shunga o'xshash erish nuqtalari (biroz pastroq bo'lsa-da) va boshqa gidroksidi tuproq metallari uchun qaynash nuqtalari - stronsiy (770 ° C va 1,380 ° C) va bariy (710 ° C va 1,640 ° C).

Metall kaltsiy ikkita allotropik modifikatsiyada mavjud: normal haroratda 443 ° C gacha, a-kaltsiy kubik yuz markazli mis kabi panjarali barqaror, parametrlari bilan: a = 0,558 nm, z = 4, kosmik guruhi Fm3m, atomik. radius 1,97 A, ion radiusi Ca2 + 1,04 A; harorat oralig'ida 443-842 ° S b-kaltsiy a-temir tipidagi kubik tana markazli panjara bilan barqaror, parametrlari a = 0,448 nm, z = 2, kosmik guruhi Im3m. a-modifikatsiyadan b-modifikatsiyaga o'tishning standart entalpiyasi 0,93 kJ / mol. 0-300 ° S harorat oralig'ida kaltsiy uchun chiziqli kengayishning harorat koeffitsienti 22 10-6. Yigirmanchi elementning 20 ° C da issiqlik o'tkazuvchanligi 125,6 Vt / (m K) yoki 0,3 kal / (sm sek ° S). Kaltsiyning 0 dan 100 ° C gacha bo'lgan o'ziga xos issiqligi 623,9 J / (kg K) yoki 0,149 kal / (g ° S) ni tashkil qiladi. 20 ° S haroratda kaltsiyning o'ziga xos elektr qarshiligi 4,6 10-8 ohm m yoki 4,6 10-6 ohm sm; yigirma elementning elektr qarshiligining harorat koeffitsienti 4.57 10-3 (20 ° C da). Kaltsiy elastiklik moduli 26 Gn / m2 yoki 2600 kgf / mm2; kuchlanish kuchi 60 Mn / m2 (6 kgf / mm2); kaltsiy uchun elastik chegara - 4 MN / m2 yoki 0,4 kgf / mm2, rentabellik nuqtasi 38 MN / m2 (3,8 kgf / mm2); yigirmanchi elementning nisbiy uzayishi 50%; Kaltsiyning Brinell qattiqligi 200-300 Mn / m2 yoki 20-30 kgf / mm2. Bosimning asta-sekin oshishi bilan kaltsiy yarimo'tkazgichning xususiyatlarini namoyon qila boshlaydi, lekin so'zning to'liq ma'nosida unga aylanmaydi (bu holda u endi metall emas). Bosimning yanada oshishi bilan kaltsiy metall holatiga qaytadi va o'ta o'tkazuvchanlik xususiyatlarini namoyon qila boshlaydi (o'ta o'tkazuvchanlik harorati simobdan olti baravar yuqori va boshqa barcha elementlarga qaraganda o'tkazuvchanlik jihatidan ancha yuqori). Kaltsiyning o'ziga xos xulq-atvori ko'p jihatdan stronsiyga o'xshaydi (ya'ni davriy jadvaldagi parallellar saqlanib qoladi).

Elemental kaltsiyning mexanik xususiyatlari boshqa metallar oilasining xususiyatlaridan farq qilmaydi, ular mukammal strukturaviy materiallardir: yuqori tozalikdagi metall kaltsiy plastik bo'lib, yaxshi presslangan va o'ralgan, simga tortilgan, zarb qilingan va ishlov berilgan - bu mumkin. stanokda aylantirilsin. Biroq, strukturaviy materialning barcha bu ajoyib fazilatlariga qaramay, kaltsiy bunday emas - hamma narsaning sababi uning yuqori kimyoviy faolligi. To'g'ri, kaltsiy suyak to'qimalarining almashtirib bo'lmaydigan tarkibiy materiali ekanligini unutmaslik kerak va uning minerallari ko'p ming yillar davomida qurilish materiali bo'lib kelgan.

Kimyoviy xossalari

Kaltsiy atomining tashqi elektron qavatining konfiguratsiyasi 4s2 ga teng, bu birikmalardagi yigirmanchi elementning valentligini aniqlaydi. Tashqi qatlamning ikkita elektroni atomlardan nisbatan oson ajratiladi, ular bu holda musbat ikki marta zaryadlangan ionlarga aylanadi. Shu sababli, kimyoviy faollik jihatidan kaltsiy gidroksidi metallardan (kaliy, natriy, litiy) bir oz pastroqdir. Ikkinchisi singari, kaltsiy, hatto oddiy xona haroratida ham, kislorod, karbonat angidrid va nam havo bilan osongina o'zaro ta'sir qiladi va CaO oksidi va Ca (OH) 2 gidroksid aralashmasidan iborat zerikarli kulrang plyonka bilan qoplanadi. Shuning uchun kaltsiy mineral moy, suyuq kerosin yoki kerosin qatlami ostida germetik yopiq idishda saqlanadi. Kislorodda va havoda qizdirilganda kaltsiy yonib, yorqin qizil olov bilan yonib, CaO asosiy oksidini hosil qiladi, bu oq rangga ega, erish nuqtasi taxminan 2600 ° S bo'lgan olovga chidamli moddadir. Kaltsiy oksidi san'atda so'nmagan ohak yoki kuygan ohak sifatida ham tanilgan. Shuningdek, kaltsiy peroksidlari - CaO2 va CaO4 olinadi. Kaltsiy suv bilan vodorodning chiqishi bilan reaksiyaga kirishadi (standart potentsiallar qatorida kaltsiy vodorodning chap tomonida joylashgan va uni suvdan siqib chiqarishga qodir) va kaltsiy gidroksid Ca (OH) 2 hosil bo'lishi va sovuq suvda. reaktsiya tezligi asta-sekin pasayadi (yomon eriydigan kaltsiy gidroksid qatlamining shakllanishi tufayli):

Ca + 2H2O → Ca (OH) 2 + H2 + Q

Kaltsiy issiq suv bilan kuchliroq o'zaro ta'sir qiladi, vodorodni kuchli siljitadi va Ca (OH) 2 ni hosil qiladi. Kaltsiy gidroksid Ca (OH) 2 kuchli asos, suvda ozgina eriydi. Kaltsiy gidroksidning to'yingan eritmasi ohak suvi deb ataladi va ishqoriydir. Havoda ohak suvi karbonat angidridning so'rilishi va erimaydigan kaltsiy karbonat hosil bo'lishi tufayli tezda bulutli bo'ladi. Yigirmanchi elementning suv bilan o'zaro ta'sirida sodir bo'ladigan bunday zo'ravon jarayonlarga qaramay, gidroksidi metallardan farqli o'laroq, kaltsiyning suv bilan o'zaro ta'siri reaktsiyasi kamroq - portlashlar va yonishlarsiz davom etadi. Umuman olganda, kaltsiyning reaktivligi boshqa gidroksidi tuproq metallariga qaraganda past.

Kaltsiy halogenlar bilan faol birlashadi va shu bilan CaX2 tipidagi birikmalarni hosil qiladi - u sovuqda ftor bilan, 400 ° C dan yuqori haroratlarda esa xlor va brom bilan reaksiyaga kirishib, mos ravishda CaF2, CaCl2 va CaBr2 ni beradi. Ushbu galogenidlar erigan holatda CaX tipidagi kaltsiy monogalidlari bilan hosil bo'ladi - CaF, CaCl, ularda kaltsiy rasmiy ravishda monovalentdir. Ushbu birikmalar faqat digalidlarning erish haroratidan yuqori bo'lgan barqaror (ular soviganida Ca va CaX2 hosil bo'lishi bilan nomutanosib bo'ladi). Bundan tashqari, kaltsiy, ayniqsa qizdirilganda, turli xil metall bo'lmaganlar bilan faol o'zaro ta'sir qiladi: qizdirilganda kaltsiy sulfid CaS oltingugurt bilan olinadi, ikkinchisi oltingugurt qo'shib, polisulfidlarni (CaS2, CaS4 va boshqalar) hosil qiladi; 300-400 ° S haroratda quruq vodorod bilan o'zaro ta'sirlashganda, kaltsiy CaH2 gidridini hosil qiladi - vodorod anion bo'lgan ionli birikma. Kaltsiy gidridi CaH2 oq, tuzga o'xshash modda bo'lib, vodorodni chiqarish uchun suv bilan kuchli reaksiyaga kirishadi:

CaH2 + 2H2O → Ca (OH) 2 + 2H2

Azotli atmosferada qizdirilganda (taxminan 500 ° C) kaltsiy yonadi va ikkita kristalli shaklda - yuqori haroratli a va past haroratli b nitridida ma'lum bo'lgan Ca3N2 nitridi hosil qiladi. Shuningdek, Ca3N4 nitridi kaltsiy amid Ca (NH2) 2 ni vakuumda qizdirish orqali olingan. Grafit (uglerod), kremniy yoki fosfor bilan havoga kirmasdan qizdirilganda, kaltsiy mos ravishda kaltsiy karbid CaC2, silitsidlar Ca2Si, Ca3Si4, CaSi, CaSi2 va fosfidlar Ca3P2, CaP va CaP3 ni beradi. Metall bo'lmagan kaltsiy birikmalarining aksariyati suv bilan oson parchalanadi:

CaH2 + 2H2O → Ca (OH) 2 + 2H2

Ca3N2 + 6N2O → 3Sa (ON) 2 + 2NH3

Bor bilan kaltsiy kaltsiy boridi CaB6, xalkogenlar bilan - xalkogenidlar CaS, CaSe, CaTe hosil qiladi. Shuningdek, CaS4, CaS5, Ca2Te3 polixalkogenidlari ham ma'lum. Kaltsiy turli metallar - alyuminiy, oltin, kumush, mis, qo'rg'oshin va boshqalar bilan intermetalik birikmalar hosil qiladi. Kaltsiy energiyani qaytaruvchi vosita bo'lib, qizdirilganda deyarli barcha metallarni oksidlari, sulfidlari va galogenidlaridan siqib chiqaradi. Kaltsiy suyuq ammiak NH3 da ko'k rangli eritma hosil bo'lishi bilan yaxshi eriydi, bug'langanda ammiakat [Ca (NH3) 6] ajralib chiqadi - metall o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan qattiq oltin birikma. Kaltsiy tuzlari odatda kislotali oksidlarning kaltsiy oksidi bilan o'zaro ta'siri, kislotalarning Ca (OH) 2 yoki CaCO3 ga ta'siri, suvli elektrolitlar eritmalarida almashinuv reaktsiyalari natijasida olinadi. Ko'pgina kaltsiy tuzlari suvda oson eriydi (xlorid CaCl2, bromid CaBr2, yodid CaI2 va nitrat Ca (NO3) 2), ular deyarli har doim kristalli gidratlarni hosil qiladi. Ftorid CaF2, karbonat CaCO3, sulfat CaSO4, ortofosfat Ca3 (PO4) 2, oksalat CaC2O4 va boshqalar suvda erimaydi.

Kaltsiy

KALTSIY-men; m.[latdan. calx (calcis) - ohak] Kimyoviy element (Ca), ohaktosh, marmar va boshqalar tarkibiga kiruvchi kumush-oq metall.

◁ Kaltsiy, th, th. K-chi tuzlar.

Davriy sistemaning II guruhining kimyoviy elementi (lat. Kaltsiy) ishqoriy tuproq metallariga tegishli. Lat tilidan ism. calx, genitiv kalsis ohakdir. Kumush-oq metall, zichligi 1,54 g / sm 3, t pl 842ºC. Oddiy haroratlarda havoda osongina oksidlanadi. Er qobig'ida tarqalishi bo'yicha u 5-o'rinni egallaydi (kaltsit, gips, ftorit va boshqalar minerallari). Faol qaytaruvchi vosita sifatida ularning birikmalaridan U, Th, V, Cr, Zn, Be va boshqa metallarni olish, po'lat, bronza va boshqalarni deoksidlanish uchun ishlatiladi, ishqalanishga qarshi materiallar tarkibiga kiradi. Kaltsiy birikmalari qurilishda (ohak, tsement), kaltsiy preparatlari tibbiyotda qo'llaniladi.

KALSIY (lotincha kalsiy), Ca ("kaltsiy" deb o'qing), atom raqami 20 bo'lgan kimyoviy element, Mendeleyev davriy elementlar tizimining IIA guruhida to'rtinchi davrda joylashgan; atom massasi 40.08. Ishqoriy er elementlari soniga ishora qiladi (sm. Ishqoriy er metallari).
Tabiiy kaltsiy nuklidlar aralashmasidan iborat (sm. NUCLID) massa raqamlari bilan 40 (aralashmada og'irligi 96,94%), 44 (2,09%), 42 (0,667%), 48 (0,187%), 43 (0,135%) va 46 (0,003%). Tashqi elektron qatlam konfiguratsiyasi 4 s 2 ... Deyarli barcha birikmalarda kaltsiyning oksidlanish darajasi +2 (valentlik II).
Neytral kaltsiy atomining radiusi 0,1974 nm, Ca 2+ ionining radiusi 0,114 nm (koordinatsiya raqami 6 uchun) dan 0,148 nm gacha (koordinatsiya raqami 12 uchun). Neytral kaltsiy atomining ketma-ket ionlanish energiyalari mos ravishda 6,133, 11,872, 50,91, 67,27 va 84,5 eV ni tashkil qiladi. Pauling shkalasida kaltsiyning elektr manfiyligi taxminan 1,0 ga teng. Erkin kaltsiy kumushsimon oq metalldir.
Kashfiyot tarixi
Kaltsiy birikmalari tabiatning hamma joyida uchraydi, shuning uchun insoniyat ular bilan qadim zamonlardan beri tanish. Qurilishda ohak uzoq vaqtdan beri ishlatilgan (sm. LAYM)(tez ohak va o'chirilgan), uzoq vaqt davomida oddiy modda, "er" deb hisoblangan. Biroq, 1808 yilda ingliz olimi G. Davy (sm. DEVI Xamfri) ohakdan yangi metall olishga muvaffaq bo'ldi. Buning uchun Davy simob oksidi bilan ozgina namlangan o'chirilgan ohak aralashmasini elektroliz qildi va simob katodida hosil bo'lgan amalgamadan yangi metallni ajratib oldi va uni kaltsiy (lotincha calx, genus calcis - ohak) deb ataydi. Rossiyada bir muncha vaqt bu metall "ohak" deb nomlangan.
Tabiatda bo'lish
Kaltsiy Yerdagi eng keng tarqalgan elementlardan biridir. U er qobig'i massasining 3,38% ni tashkil qiladi (kislorod, kremniy, alyuminiy va temirdan keyin 5-o'rinda turadi). Yuqori kimyoviy faolligi tufayli erkin kaltsiy tabiatda topilmaydi. Kaltsiyning katta qismi silikatlarda mavjud (sm. SILIKALAR) va aluminosilikatlar (sm. ALUMOSILIKATLAR) turli jinslar (granitlar (sm. GRANIT), gneyslar (sm. GNEISS) va h.k.). Cho'kindi jinslar shaklida kaltsiy birikmalari bo'r va ohaktosh bilan ifodalanadi, asosan mineral kaltsitdan iborat. (sm. KALSİT)(CaCO 3). Kaltsitning kristall shakli - marmar tabiatda kamroq tarqalgan.
Kaltsiy minerallari, masalan, ohaktosh juda keng tarqalgan. (sm. ohaktosh) CaCO 3, angidrit (sm. ANGIDRIT) CaSO 4 va gips (sm. GIPS) CaSO 4 2H 2 O, ftorit (sm. FLUORIT) CaF 2, apatit (sm. APARATLAR) Ca 5 (PO 4) 3 (F, Cl, OH), dolomit (sm. DOLOMIT) MgCO 3 · SaCO 3. Tabiiy suvda kaltsiy va magniy tuzlarining mavjudligi uning qattiqligini aniqlaydi (sm. suvning qattiqligi)... Kaltsiyning katta miqdori tirik organizmlarda mavjud. Shunday qilib, gidroksilapatit Ca 5 (PO 4) 3 (OH) yoki boshqa belgilarda 3Ca 3 (PO 4) 2 · Ca (OH) 2 - umurtqali hayvonlar, shu jumladan odamlarning suyak to'qimalarining asosi; koʻpgina umurtqasiz hayvonlar, tuxum qobigʻi va boshqalarning qobigʻi va qobigʻi kalsiy karbonat CaCO 3 dan tashkil topgan.
Qabul qilish
Metall kaltsiy CaCl 2 (75-80%) va KCl yoki CaCl 2 va CaF 2 dan tashkil topgan eritmani elektroliz qilish, shuningdek CaO ni 1170-1200 ° S da aluminotermik kamaytirish yo'li bilan olinadi:
4CaO + 2Al = CaAl 2 O 4 + 3Ca.
Fizikaviy va kimyoviy xossalari
Kaltsiy metali ikkita allotropik modifikatsiyada mavjud (qarang: Allotropiya (sm. ALLOTROPIYA)). 443 ° C gacha, a-Ca kubik yuz markazlashtirilgan panjara bilan barqaror (parametr a = 0,558 nm), a-Fe tipidagi kubik tana markazli panjara bilan yuqori b-Ca (parametr a = 0,448 nm). ). Kaltsiyning erish nuqtasi 839 ° C, qaynash nuqtasi 1484 ° C, zichligi 1,55 g / sm 3.
Kaltsiyning reaktivligi yuqori, ammo boshqa barcha gidroksidi tuproq metallariga qaraganda past. U havodagi kislorod, karbonat angidrid va namlik bilan osongina o'zaro ta'sir qiladi, shuning uchun metall kaltsiyning yuzasi odatda xira kulrang bo'ladi, shuning uchun laboratoriyada kaltsiy odatda boshqa gidroksidi tuproq metallari kabi mahkam yopiq idishda saqlanadi. kerosin qatlami.
Standart potentsiallar qatorida kaltsiy vodorodning chap tomonida joylashgan. Ca 2+ / Ca 0 juftining standart elektrod potentsiali -2,84 V ni tashkil qiladi, shuning uchun kaltsiy suv bilan faol reaksiyaga kirishadi:
Ca + 2H 2 O = Ca (OH) 2 + H 2.
Kaltsiy normal sharoitda faol nometallar (kislorod, xlor, brom) bilan reaksiyaga kirishadi:
2Ca + O 2 = 2CaO; Ca + Br 2 = CaBr 2.
Havoda yoki kislorodda qizdirilganda kaltsiy yonadi. Kaltsiy qizdirilganda faolligi kamroq metall bo'lmaganlar (vodorod, bor, uglerod, kremniy, azot, fosfor va boshqalar) bilan o'zaro ta'sir qiladi, masalan:
Ca + H 2 = CaH 2 (kaltsiy gidrid),
Ca + 6B = CaB 6 (kaltsiy borid),
3Ca + N 2 = Ca 3 N 2 (kaltsiy nitridi)
Ca + 2C = CaC 2 (kaltsiy karbid)
3Ca + 2P = Ca 3 P 2 (kaltsiy fosfidi), CaP va CaP 5 kompozitsiyalarining kaltsiy fosfidlari ham ma'lum;
2Ca + Si = Ca 2 Si (kaltsiy silisid), CaSi, Ca 3 Si 4 va CaSi 2 kompozitsiyalarining kaltsiy silisidlari ham ma'lum.
Yuqoridagi reaktsiyalarning borishi, qoida tariqasida, katta miqdordagi issiqlikning chiqishi bilan birga keladi (ya'ni, bu reaktsiyalar ekzotermik). Metall bo'lmagan barcha birikmalarda kaltsiyning oksidlanish darajasi +2 ga teng. Metall bo'lmagan kaltsiy birikmalarining aksariyati suv bilan oson parchalanadi, masalan:
CaH 2 + 2H 2 O = Ca (OH) 2 + 2H 2,
Ca 3 N 2 + 3H 2 O = 3Ca (OH) 2 + 2NH 3.
Kaltsiy oksidi odatda asosiy hisoblanadi. Laboratoriya va texnologiyada u karbonatlarning termal parchalanishi orqali olinadi:
CaCO 3 = CaO + CO 2.
Texnik kaltsiy oksidi CaO sönmemiş ohak deb ataladi.
U suv bilan reaksiyaga kirishib, Ca (OH) 2 hosil qiladi va katta miqdorda issiqlik chiqaradi:
CaO + H 2 O = Ca (OH) 2.
Shu tarzda olingan Ca (OH) 2 odatda söndürülmüş ohak yoki ohak suti deb ataladi. (sm. Ohak suti) kaltsiy gidroksidning suvda eruvchanligi past bo'lganligi sababli (20 ° C da 0,02 mol / l) va uni suvga qo'shganda oq suspenziya hosil bo'ladi.
Kislotali oksidlar bilan o'zaro ta'sirlashganda CaO tuzlar hosil qiladi, masalan:
CaO + CO 2 = CaCO 3; CaO + SO 3 = CaSO 4.
Ca 2+ ioni rangsizdir. Olovga kaltsiy tuzlari qo'shilsa, olov g'isht-qizil rangga aylanadi.
Xlorid CaCl 2, bromid CaBr 2, yodid CaI 2 va nitrat Ca (NO 3) 2 kabi kaltsiy tuzlari suvda oson eriydi. Ftorid CaF 2, karbonat CaCO 3, sulfat CaSO 4, o'rtacha ortofosfat Ca 3 (PO 4) 2, oksalat CaC 2 O 4 va boshqalar suvda erimaydi.
Katta ahamiyatga ega, o'rtacha kaltsiy karbonat CaCO 3 dan farqli o'laroq, kislotali kaltsiy karbonat (bikarbonat) Ca (HCO 3) 2 suvda eriydi. Tabiatda bu quyidagi jarayonlarga olib keladi. Sovuq yomg'ir yoki karbonat angidrid bilan to'yingan daryo suvi er ostiga kirib, ohaktoshlarga tushganda, ularning erishi kuzatiladi:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca (HCO 3) 2.
Kaltsiy bikarbonat bilan to'yingan suv er yuzasiga chiqadigan va quyosh nurlari bilan isitiladigan joylarda teskari reaktsiya sodir bo'ladi:
Ca (HCO 3) 2 = CaCO 3 + CO 2 + H 2 O.
Tabiatda moddalarning katta massalari shunday o'tkaziladi. Natijada er ostida ulkan chuqurliklar paydo bo'lishi mumkin (Qarang: Karst (sm. KARST (tabiiy hodisa)), g'orlarda esa go'zal tosh "aysiklar" - stalaktitlar hosil bo'ladi (sm. STALAKTILAR (mineral hosilalar)) va stalagmitlar (sm. STALAGMITLAR).
Suvda erigan kaltsiy bikarbonat mavjudligi ko'p jihatdan suvning vaqtincha qattiqligini aniqlaydi. (sm. suvning qattiqligi)... U vaqtinchalik deyiladi, chunki suv qaynayotganda bikarbonat parchalanadi va CaCO 3 cho'kadi. Bu hodisa, masalan, choynakda vaqt o'tishi bilan shkala paydo bo'lishiga olib keladi.
Kaltsiy va uning birikmalaridan foydalanish
Metall kaltsiy uranni metallotermik ishlab chiqarish uchun ishlatiladi (sm. Uran (kimyoviy element)), toriy (sm. TORIUM), titan (sm. TITANIUM (kimyoviy element), sirkoniy (sm. ZIRKONIY), seziy (sm. Seziy) va rubidiy (sm. RUBIDIY).
Tabiiy kaltsiy birikmalari bog'lovchi moddalar (tsement (sm. tsement), gips (sm. GIPS), ohak va boshqalar). Söndürülmüş ohakning bog'lovchi ta'siri vaqt o'tishi bilan kaltsiy gidroksidi havodagi karbonat angidrid bilan reaksiyaga kirishishiga asoslanadi. Davom etayotgan reaktsiya natijasida kaltsit CaCO 3 ning o'tkir kristallari hosil bo'lib, ular yaqin atrofdagi toshlar, g'ishtlar va boshqa qurilish materiallariga aylanadi va go'yo ularni bir butunga payvandlaydi. Kristalli kaltsiy karbonat - marmar ajoyib pardozlash materialidir. Bo'r oqlash uchun ishlatiladi. Cho'yan ishlab chiqarishda katta miqdorda ohaktosh iste'mol qilinadi, chunki ular temir rudasining o'tga chidamli aralashmalarini (masalan, kvarts SiO 2) nisbatan past eriydigan cüruflarga aylantirish imkonini beradi.
Oqartirish dezinfektsiyalash vositasi sifatida juda samarali. (sm. Oqartiruvchi KUKU)- "xlor" Ca (OCl) Cl - aralash xlorid va kaltsiy gipoxlorit (sm. KALTSIY GIPOXLORITI) yuqori oksidlanish qobiliyatiga ega.
Kaltsiy sulfat ham suvsiz birikmalar shaklida ham, kristalli gidratlar - "yarim suvli" sulfat - alabaster shaklida ham keng qo'llaniladi. (sm. Aleviz Fryazin (Milan) CaSO 4 · 0,5H 2 O va dihidrat sulfat - gips CaSO 4 · 2H 2 O. Gips qurilishda, haykaltaroshlikda, shlyapa va turli xil badiiy mahsulotlar ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi. Gips tibbiyotda sinishlarda suyaklarni tuzatish uchun ham ishlatiladi.
Kaltsiy xlorid CaCl 2 muzga qarshi yo'l sirtlari uchun stol tuzi bilan birga ishlatiladi. Kaltsiy ftorid CaF 2 ajoyib optik materialdir.
Tanadagi kaltsiy
Kaltsiy ozuqaviy moddadir (sm. BIOGENIK ELEMENTLAR), o'simliklar va hayvonlarning to'qimalarida doimo mavjud. Hayvonlar va odamlarning mineral almashinuvining va o'simliklarning mineral oziqlanishining muhim tarkibiy qismi bo'lgan kaltsiy organizmda turli funktsiyalarni bajaradi. Apatitning bir qismi sifatida (sm. APATITE), shuningdek, kaltsiy sulfat va karbonat, suyak to'qimalarining mineral komponentini hosil qiladi. Og'irligi 70 kg bo'lgan inson tanasida taxminan 1 kg kaltsiy mavjud. Kaltsiy ion kanallari ishida ishtirok etadi (sm. ION KANALLARI), biologik membranalar orqali moddalarni tashishni amalga oshirish, nerv impulsini uzatishda (sm. Asab impulsi), qon koagulyatsiyasi jarayonlarida (sm. QON TO'PLASH) va urug'lantirish. Kaltsiferollar organizmida kaltsiy almashinuvini tartibga soladi (sm. kalsiferollar)(D vitamini). Kaltsiyning etishmasligi yoki ko'pligi turli kasalliklarga olib keladi - raxit (sm. RAXET), kalsifikatsiya (sm. KALSINOZ) va boshqalar.Shuning uchun inson oziq-ovqatida zarur miqdorda (kuniga 800-1500 mg kaltsiy) kaltsiy birikmalari bo'lishi kerak. Kaltsiy miqdori sut mahsulotlari (tvorog, pishloq, sut kabi), ba'zi sabzavotlar va boshqa oziq-ovqatlarda yuqori. Kaltsiy preparatlari tibbiyotda keng qo'llaniladi.

ensiklopedik lug'at. 2009 .

Kirish

Kaltsiyning xususiyatlari va qo'llanilishi

1 Jismoniy xususiyatlar

2 Kimyoviy xossalari

3 Ilova

Kaltsiy olish

1 Kaltsiy va uning qotishmalarini elektrolitik ishlab chiqarish

2 Termal kvitansiya

3 Kaltsiy olishning vakuum-termik usuli

3.1 Kaltsiyni qayta tiklashning aluminotermik usuli

3.2 Kaltsiyni olishning silikotermik usuli

Amaliy qism

Bibliografiya

Kirish

Mendeleyev davriy sistemasi II guruh kimyoviy elementi, atom raqami 20, atom massasi 40,08; kumush-oq engil metall. Tabiiy element oltita barqaror izotoplarning aralashmasidir: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca va 48Ca, ulardan eng keng tarqalgani 40 Ca (96, 97%).

Ca birikmalari - ohaktosh, marmar, gips (shuningdek, ohak - ohaktoshni yoqish mahsuloti) qadim zamonlarda qurilish sanoatida ishlatilgan. 18-asrning oxirigacha kimyogarlar ohakni oddiy tana deb hisoblashgan. 1789-yilda A.Lavoisier ohak, magniy, barit, alumina va kremniy dioksidi murakkab moddalar ekanligini aytdi. 1808-yilda G.Deyvi hoʻl oʻchirilgan ohakning simob oksidi bilan aralashmasini simob katodi bilan elektrolizga solib, amalgam Ca ni tayyorladi va undan simobni olib tashlagach, “Kalsiy” (lotincha calx, turkum) nomli metallni oldi. kalcis - ohak) ...

Kaltsiyning kislorod va azotni bog'lash qobiliyati uni inert gazlarni tozalash uchun va getter sifatida ishlatishga imkon berdi (Getter - gazlarni singdirish va elektron qurilmalarda chuqur vakuum hosil qilish uchun ishlatiladigan moddadir.) Vakuumli radio uskunalarida.

Kaltsiy mis, nikel, maxsus po'lat va bronza metallurgiyasida ham qo'llaniladi; ular oltingugurt, fosfor, ortiqcha uglerodning zararli aralashmalari bilan bog'liq. Xuddi shu maqsadlar uchun kaltsiyning kremniy, litiy, natriy, bor va alyuminiy bilan qotishmalari ishlatiladi.

Sanoatda kaltsiy ikki yo'l bilan olinadi:

) CaO va Al kukunining briketlangan aralashmasini 0,01 - 0,02 mm vakuumda 1200 ° C da isitish. rt. San'at.; reaksiya orqali chiqariladi:

CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

Kaltsiy bug'lari sovuq yuzada kondensatsiyalanadi.

) Cu - Ca qotishmasi (65% Ca) CaCl2 va KCl eritmalarini suyuq mis-kaltsiy katod bilan elektroliz qilish orqali tayyorlanadi, undan kaltsiy 0,1 vakuumda 950 - 1000 ° S haroratda distillanadi. 0,001 mm Hg.

) Kaltsiy karbid CaC2 ni termal dissotsiatsiyalash orqali kaltsiy olish usuli ham ishlab chiqilgan.

Kaltsiy tabiatda turli birikmalar shaklida ko'p. Yer qobig'ida u beshinchi o'rinni egallaydi, 3,25% ni tashkil qiladi va ko'pincha CaCO ohaktoshlari shaklida topiladi. 3, dolomit CaCO 3Mg CO 3, gips CaSO 42H 2O, fosforit Ca 3(PO 4)2 va florspat CaF 2, silikat jinslari tarkibida kaltsiyning muhim ulushini hisobga olmaganda. Dengiz suvida o'rtacha 0,04% (g.) kaltsiy bor.

Ushbu kurs ishida kaltsiyning xossalari va qo'llanilishi o'rganiladi, shuningdek, uni olishning vakuum-termik usullari nazariyasi va texnologiyasi batafsil ko'rib chiqiladi.

. Kaltsiyning xususiyatlari va qo'llanilishi

.1 Jismoniy xususiyatlar

Kaltsiy kumush-oq metalldir, lekin uning yuzasida oksid hosil bo'lishi sababli havoda xiralashadi. Bu qo'rg'oshinga qaraganda qattiqroq egiluvchan metalldir. Kristal hujayra ?-shakl Ca (atrof-muhit haroratida barqaror) yuz markazlashtirilgan kub, a = 5,56 Å ... Atom radiusi 1,97 Å , ion radiusi Ca 2+, 1,04Å ... Zichlik 1,54 g / sm 3(20 ° C). 464 ° C dan yuqori, olti burchakli ?-shakl. tp 851 ° C, bp 1482 ° C; chiziqli kengayishning harorat koeffitsienti 22 10 -6 (0-300 ° C); 20 ° C da issiqlik o'tkazuvchanligi 125,6 Vt / (m · K) yoki 0,3 kal / (sm · sek · ° C); solishtirma issiqlik (0-100 ° C) 623,9 J / (kg K) yoki 0,149 kal / (g ° S); 20 ° C da elektr qarshiligi 4,6 10 -8ohm m yoki 4,6 10 -6 ohm sm; elektr qarshiligining harorat koeffitsienti 4,57 · 10-3 (20 ° S). Elastik modul 26 Gn / m 2(2600 kgf / mm 2); kuchlanish kuchi 60 MN / m 2(6 kgf / mm 2); elastik chegara 4 MN / m 2(0,4 kgf / mm 2), oqish quvvati 38 MN / m 2(3,8 kgf / mm 2); cho'zilish 50%; Brinell qattiqligi 200-300 Mn / m 2(20-30 kgf / mm 2). Etarlicha yuqori tozalikdagi kaltsiy egiluvchan, yaxshi presslangan, o'ralgan va kesishga yaroqli.

1.2 Kimyoviy xossalari

Kaltsiy faol metalldir. Shunday qilib, normal sharoitda u atmosfera kislorodi va galogenlar bilan osongina o'zaro ta'sir qiladi:

Ca + O 2= 2 CaO (kaltsiy oksidi) (1)

Ca + Br 2= CaBr 2(kaltsiy bromidi). (2)

Kaltsiy qizdirilganda vodorod, azot, oltingugurt, fosfor, uglerod va boshqa metall bo'lmaganlar bilan reaksiyaga kirishadi:

Ca + H 2= CaH 2(kaltsiy gidrid) (3)

Ca + N 2= Ca 3N 2(kaltsiy nitridi) (4)

Ca + S = CaS (kaltsiy sulfid) (5)

Ca + 2 P = Ca 3R 2(kaltsiy fosfidi) (6)

Ca + 2 C = CaC 2 (kaltsiy karbid) (7)

Kaltsiy sovuq suv bilan sekin, issiq suv bilan juda kuchli reaksiyaga kirishib, kuchli asos Ca (OH) 2 hosil qiladi. :

Ca + 2 H 2O = Ca (OH) 2 + H 2 (8)

Kaltsiy energiyani kamaytiruvchi vosita sifatida kislorod yoki galogenlarni kamroq faol metallarning oksidlari va galogenidlaridan olib tashlashi mumkin, ya'ni u qaytaruvchi xususiyatlarga ega:

Ca + Nb 2O5 = CaO + 2 Nb; (9)

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

Kaltsiy vodorod evolyutsiyasi bilan kislotalar bilan kuchli reaksiyaga kirishadi, galogenlar, quruq vodorod bilan CaH gidridi hosil qiladi. 2... Qizdirilganda grafit bilan kaltsiy CaC karbidini hosil qiladi 2... Kaltsiy erigan CaCl ni elektroliz qilish natijasida hosil bo'ladi 2yoki vakuumdagi aluminotermik pasayish:

6SaO + 2Al = 3Ca + 3CaO Al2 O 3 (11)

Sof metall Cs, Rb, Cr, V, Zr, Th, U birikmalarini metallarga qaytarish, po'latlarni oksidlanishdan tozalash uchun ishlatiladi.

1.3 Ilova

Kaltsiy turli sohalarda tobora ko'proq qo'llanilishini topadi. So'nggi paytlarda u bir qator metallarni tayyorlashda qaytaruvchi vosita sifatida katta ahamiyatga ega bo'ldi.

Sof metall. uran uran ftoridini metall kalsiy bilan qaytarish natijasida olinadi. Kaltsiy yoki uning gidridlari titan oksidlarini, shuningdek sirkoniy, toriy, tantal, niobiy va boshqa nodir metallar oksidlarini kamaytirish uchun ishlatilishi mumkin.

Kaltsiy mis, nikel, xrom-nikel qotishmalari, maxsus po'latlar, nikel va qalay bronzalarini ishlab chiqarishda yaxshi deoksidlovchi va gazsizlantiruvchi vositadir; oltingugurt, fosfor, uglerodni metallar va qotishmalardan olib tashlaydi.

Kaltsiy vismut bilan o'tga chidamli birikmalar hosil qiladi, shuning uchun u qo'rg'oshinni vismutdan tozalash uchun ishlatiladi.

Kaltsiy turli xil engil qotishmalarga qo'shiladi. Bu ingotlarning sirtini, nozikligini yaxshilashga va oksidlanishni kamaytirishga yordam beradi.

Kaltsiyni o'z ichiga olgan rulman qotishmalari keng tarqalgan. Qo'rg'oshin qotishmalari (0,04% Ca) kabel qoplamalarini ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin.

Texnologiyada kaltsiyning qo'rg'oshin bilan ishqalanishga qarshi qotishmalari qo'llaniladi. Kaltsiy minerallari keng qo'llaniladi. Shunday qilib, ohaktosh ohak, tsement, silikat g'ishtlarini ishlab chiqarishda va to'g'ridan-to'g'ri qurilish materiali sifatida, metallurgiyada (flyus), kimyo sanoatida kaltsiy karbid, soda, natriy gidroksid, oqartiruvchi, o'g'itlar ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. shakar, shisha ishlab chiqarish.

Amaliy ahamiyatga ega bo'r, marmar, Islandiya shpati, gips, ftorit va boshqalar. Kislorod va azotni bog'lash qobiliyati tufayli kaltsiy yoki kaltsiy qotishmalari natriy va boshqa metallar bilan asal gazlarni tozalash uchun va vakuumli radio uskunalarida oluvchi sifatida ishlatiladi. Kaltsiy, shuningdek, dalada vodorod manbai bo'lgan gidrid ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

2. Kaltsiy olish

Kaltsiyni olishning bir necha usullari mavjud, bular elektrolitik, termal, vakuum-termik.

.1 Kaltsiy va uning qotishmalarini elektrolitik ishlab chiqarish

Usulning mohiyati katodning dastlab erigan elektrolitga tegishidadir. Aloqa joyida katodni yaxshi namlaydigan suyuq metall tomchisi hosil bo'ladi, u katod asta-sekin va bir xilda ko'tarilganda, u bilan birga eritmadan chiqariladi va qattiqlashadi. Bunday holda, qattiqlashtiruvchi tomchi qattiq elektrolit plyonkasi bilan qoplanadi, bu metallni oksidlanish va nitridlanishdan himoya qiladi. Katodni doimiy va ehtiyotkorlik bilan ko'tarish orqali kaltsiy novdalarga tortiladi.

2.2 Termik tayyorgarlik

kaltsiy kimyoviy elektrolitik termal

· Xlorid jarayoni: texnologiya kaltsiy xloridni eritish va suvsizlantirish, qo'rg'oshinni eritish, qo'rg'oshin-natriy qo'sh qotishmasini ishlab chiqarish, qo'rg'oshin-natriy-kaltsiy uchlik qotishmasini olish va tuzlarni olib tashlaganidan so'ng uchlik qotishmasini qo'rg'oshin bilan suyultirishdan iborat. Kaltsiy xlorid bilan reaksiya tenglamaga muvofiq davom etadi

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

· Karbid jarayoni: Qo'rg'oshin-kaltsiy qotishmasi ishlab chiqarish tenglamaga muvofiq kaltsiy karbid va eritilgan qo'rg'oshin o'rtasidagi reaktsiyaga asoslanadi.

CaC 2+ 3Pb = Pb3 Ca + 2C. (o'n uch)

2.3 Kaltsiy olishning vakuum-termik usuli

Vakuumli termal usul uchun xom ashyo

Kaltsiy oksidining termal qaytarilishi uchun xom ashyo ohaktoshni kaltsiylash orqali olingan ohakdir. Xom ashyoga qo'yiladigan asosiy talablar quyidagilardan iborat: ohak iloji boricha toza bo'lishi va kaltsiy, ayniqsa gidroksidi metallar va magniy bilan birga kamaytirilishi va metallga aylanishi mumkin bo'lgan minimal aralashmalarni o'z ichiga olishi kerak. Ohaktoshni kaltsiylash karbonatning to'liq parchalanishidan oldin amalga oshirilishi kerak, lekin uni sinterlashdan oldin emas, chunki sinterlangan materialning qaytarilishi past bo'ladi. Olovli mahsulot namlik va karbonat angidridning so'rilishidan himoyalangan bo'lishi kerak, uni qayta tiklash jarayonida uning chiqishi jarayonning samaradorligini pasaytiradi. Ohaktoshni kaltsiylash va kaltsiylangan mahsulotni qayta ishlash texnologiyasi magniy olish uchun silikotermik usul uchun dolomitni qayta ishlashga o'xshaydi.

.3.1 Kaltsiyni qayta tiklashning aluminotermik usuli

Bir qator metallar oksidlanishining erkin energiyasi o'zgarishining haroratga bog'liqligi diagrammasi (1-rasm) kaltsiy oksidining eng bardoshli va qaytarilishi qiyin oksidlardan biri ekanligini ko'rsatadi. Uni boshqa metallar bilan odatdagi usulda - nisbatan past haroratda va atmosfera bosimida kamaytirish mumkin emas. Aksincha, kaltsiyning o'zi boshqa kamaytirilishi qiyin bo'lgan birikmalar uchun ajoyib qaytaruvchi vosita va ko'plab metallar va qotishmalar uchun deoksidlovchi vositadir. Kaltsiy oksidini uglerod bilan kamaytirish odatda kaltsiy karbidlari hosil bo'lishi sababli mumkin emas. Biroq, kaltsiy nisbatan yuqori bug' bosimiga ega bo'lganligi sababli, uning oksidi vakuumda alyuminiy, kremniy yoki ularning qotishmalari bilan reaksiyaga ko'ra qaytarilishi mumkin.

CaO + Men? Ca + MeO (14).

Hozirgacha kaltsiyni olishning faqat aluminotermik usuli amaliy qo'llanilishini topdi, chunki alyuminiy bilan CaO ni qayta tiklash kremniyga qaraganda ancha oson. Kaltsiy oksidining alyuminiy bilan qaytarilishi kimyosiga turlicha qarashlar mavjud. L. Pidjyon va I. Atkinsonlarning fikricha, reaksiya kaltsiy monoalyuminat hosil bo'lishi bilan boradi:

CaO + 2Al = CaO Al 2O3 + 3 Ca. (15)

V. A. Pazuxin va A. Ya. Fisher jarayon trikalsiy aluminiy hosil boʻlishi bilan borishini koʻrsatadi:

CaO + 2Al = 3CaO Al 2O 3+ 3 Ca. (o'n olti)

Ko'ra A.I.

CaO + 6Al = 5CaO 3Al 2O3 + 9Sa. (17)

A.Yu.Taits va A.I.Voynitskiylarning oxirgi tadqiqotlari kaltsiyning aluminotermik qaytarilishi bosqichma-bosqich borishini aniqladi. Dastlab, kaltsiyning ajralishi 3CaO AI hosil bo'lishi bilan birga keladi. 2O 3, keyinchalik kaltsiy oksidi va alyuminiy bilan reaksiyaga kirishib, 3CaO 3AI ni hosil qiladi 2O 3... Reaksiya quyidagicha davom etadi:

CaO + 6Al = 2 (3CaO Al 2O 3) + 2SaO + 2Al + 6Sa

(3SaO Al 2O 3) + 2SaO + 2Al = 5SaO 3Al 2O 3+ 3 Ca

CaO + 6A1 = 5CaO 3Al 2O 3+ 9Sa

Oksidning kamayishi bug 'kaltsiyning chiqishi bilan sodir bo'lganligi sababli va qolgan reaktsiya mahsulotlari kondensatsiyalangan holatda bo'lganligi sababli, uni pechning sovutilgan qismlarida ajratish va kondensatsiya qilish oson. Kaltsiy oksidini vakuum-termik kamaytirish uchun zarur bo'lgan asosiy shartlar tizimdagi yuqori harorat va past qoldiq bosimdir. Quyida harorat va kaltsiyning muvozanat bug 'bosimi o'rtasidagi bog'liqlik mavjud. 1124-1728 ° K haroratlar uchun hisoblangan reaksiyaning erkin energiyasi (17) ifodalangan.

F T = 184820 + 6.95T-12.1 T log T.

Demak, kaltsiyning muvozanat bug' bosimining logarifmik bog'liqligi (mm Hg)

Lg p = 3,59 - 4430 \ T.

L. Pidjyon va I. Atkinson kaltsiyning muvozanat bug' bosimini eksperimental ravishda aniqladilar. Kaltsiy oksidining alyuminiy bilan qaytarilishining batafsil termodinamik tahlili I.I.Matveenko tomonidan amalga oshirilib, kaltsiy bug'ining muvozanat bosimining quyidagi haroratga bog'liqligini berdi:

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

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

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

Hisoblangan va eksperimental ma'lumotlar jadvalda taqqoslanadi. bitta.

1-jadval- (1), (2), (3), (3), mm Hg tizimlardagi kaltsiy bug'ining muvozanat bosimining o'zgarishiga haroratning ta'siri.

Harorat ° C Sinov ma'lumotlari Tizimlarda hisoblangan (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

Taqdim etilgan ma'lumotlardan ko'rinib turibdiki, (2) va (3) yoki (3 ") tizimlardagi o'zaro ta'sirlar eng qulay sharoitda.Bu kuzatishlar bilan mos keladi, chunki zaryad qoldiqlarida pentakalsiy tri-alyuminat va trikalsiy aluminat ustunlik qiladi. kaltsiy oksidi alyuminiy bilan qaytarilgandan keyin.

Muvozanat egiluvchanligi to'g'risidagi ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, alyuminiy bilan kaltsiy oksidining kamayishi 1100-1150 ° S haroratda mumkin. Amalda maqbul reaktsiya tezligiga erishish uchun O'sish tizimidagi qoldiq bosim P muvozanat bosimidan past bo'lishi kerak. teng , ya'ni tengsizlik P teng > P ost , va jarayon 1200 ° gacha bo'lgan haroratlarda amalga oshirilishi kerak. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, 1200-1250 ° haroratda yuqori darajada foydalanish (70-75% gacha) va alyuminiyning kam o'ziga xos iste'moli (kaltsiyning har bir kilogrammiga taxminan 0,6-0,65 kg) erishiladi.

Jarayon kimyosining yuqoridagi talqiniga ko'ra, qoldiqda 5SaO 3Al hosil bo'lishi uchun hisoblangan zaryad optimal tarkibdir. 2O 3... Alyuminiydan foydalanish darajasini oshirish uchun kaltsiy oksidining ortiqcha miqdorini berish foydali bo'ladi, lekin unchalik katta emas (10-20%), aks holda bu jarayonning boshqa ko'rsatkichlariga salbiy ta'sir qiladi. 0,8-0,2 mm zarrachalardan alyuminiyning silliqlash darajasi minus 0,07 mm gacha oshishi bilan (V. A. Pazuxin va A. Ya. Fisherning fikriga ko'ra) reaksiyada alyuminiydan foydalanish 63,7 dan 78% gacha oshadi.

Alyuminiydan foydalanish zaryad briketlash rejimiga ham ta'sir qiladi. Ohak va chang alyuminiy aralashmasi 150 kg / sm bosimda bog'lovchisiz (vakuumda gaz paydo bo'lishining oldini olish uchun) briketlangan bo'lishi kerak. 2... Pastroq bosimlarda eritilgan alyuminiyning haddan tashqari gözenekli briketlarda ajralishi tufayli alyuminiydan foydalanish kamayadi, yuqori bosimlarda esa yomon gaz o'tkazuvchanligi tufayli. Qayta tiklashning to'liqligi va tezligi ham retortdagi briketlarning zichligiga bog'liq. Ularni bo'shliqlarsiz yotqizishda, butun qafasning gaz o'tkazuvchanligi past bo'lganda, alyuminiydan foydalanish sezilarli darajada kamayadi.

2-rasm - Kaltsiyni vakuum-termik usulda olish sxemasi.

Alyuminiy issiqlik jarayoni texnologiyasi

Aluminotermik usulda kaltsiy ishlab chiqarishning texnologik sxemasi rasmda ko'rsatilgan. 2. Xom ashyo sifatida ohaktosh, qaytaruvchi sifatida birlamchi (yaxshiroq) yoki ikkilamchi alyuminiydan tayyorlangan alyuminiy kukuni ishlatiladi. Qaytaruvchi vosita sifatida ishlatiladigan alyuminiy, shuningdek, xom ashyo tarkibida oson uchuvchi metallarning aralashmalari bo'lmasligi kerak: magniy, sink, gidroksidi va boshqalar bug'lanishi va kondensatga aylanishi mumkin. Ikkilamchi alyuminiy navlarini tanlashda buni hisobga olish kerak.

S. Loomis va P. Staubning tavsifiga ko'ra, AQShda Nyu-England Lime Co.ning Kan'ondagi (Konnektikut) zavodida kaltsiy aluminotermik usulda olinadi. Quyidagi tipik tarkibli ohak ishlatiladi,%: 97,5 CaO, 0,65 MgO, 0,7SiO 2, 0,6 Fe 2Oz + AlO3, 0,09 Na 2O + K 2Oh, 0,5 qolganlari. Olovli mahsulot markazdan qochma separatorli Raymond tegirmonida maydalanadi, silliqlashning nozikligi (60%) minus 200 mesh. Alyuminiy kukuni alyuminiy kukuni ishlab chiqarishda chiqindi bo'lgan kamaytiruvchi vosita sifatida ishlatiladi. Yopiq bunkerlardan kuygan ohak va barabanlardan alyuminiy shkalaga, keyin esa mikserga beriladi. Aralashtirgandan so'ng, zaryad quruq briketlanadi. Qayd etilgan zavodda avval magniyni silikotermik usulda olish uchun foydalanilgan retort pechlarida kaltsiy kamayadi (3-rasm). Pechlar generator gazi bilan isitiladi. Har bir pechda 28% Cr va 15% Ni o'z ichiga olgan o'tga chidamli po'latdan yasalgan 20 ta gorizontal retort mavjud.

Rasm 3- Kaltsiy ishlab chiqarish uchun retort pechi

Retort uzunligi 3 m, diametri 254 mm, devor qalinligi 28 mm. Qayta tiklash retortning qizdirilgan qismida va kondensatsiya nutqdan chiqadigan sovutilgan uchida sodir bo'ladi. Briketlar qog'oz qoplarda retortga kiritiladi, keyin kondensatorlar kiritiladi va retort yopiladi. Tsikl boshida havo mexanik vakuum nasoslari tomonidan evakuatsiya qilinadi. Keyin diffuziya nasoslari ulanadi va qoldiq bosim 20 mikrongacha kamayadi.

Retortlar 1200 ° ga qadar isitiladi. 12 soatdan keyin. yuklangandan so'ng, retortlar ochiladi va tushiriladi. Olingan kaltsiy po'lat yeng yuzasiga yotqizilgan yirik kristallarning zich massasining ichi bo'sh silindrsimon shakliga ega. Kaltsiydagi asosiy nopoklik magniy bo'lib, u birinchi navbatda kamayadi va asosan astarga ulashgan qatlamda to'planadi. O'rtacha, aralashmalarning tarkibi; 0,5-1% Mg, taxminan 0,2% Al, 0,005-0,02% Mn, 0,02% gacha N, boshqa aralashmalar - Cu, Pb, Zn, Ni, Si, Fe - 0,005-0,04% oralig'ida uchraydi. A. Yu.Taits va A.I.Voynitskiy ko‘mir isitgichlari bilan yarim zavod elektr vakuumli pechdan foydalanib, aluminotermik usulda kaltsiy olishdi va alyuminiydan foydalanish darajasi 60% ga, alyuminiyning solishtirma sarfi 0,78 kg ga, zaryadning solishtirma sarfiga erishdilar. , 4,35 kg va o'ziga xos elektr iste'moli 1 kg metall uchun 14 kVt / soat.

Olingan metall, magniy aralashmalari bundan mustasno, nisbatan yuqori tozalikka ega edi. Oʻrtacha undagi aralashmalar miqdori: 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 Silikotermik tiklash usuli kaltsiy

Silikotermik usul juda jozibali; qaytaruvchi ferrosilikon, reagent alyuminiydan ancha arzon. Biroq, silikotermik jarayonni amalga oshirish aluminotermik jarayonga qaraganda ancha qiyin. Kaltsiy oksidining kremniy bilan qaytarilishi tenglamaga muvofiq davom etadi

CaO + Si = 2CaO SiO2 + 2 Ca. (o'n sakkiz)

Erkin energiya qiymatlaridan hisoblangan kaltsiyning muvozanat bug 'bosimi:

° S 1300140015001600R, mm Hg. st0,080,150,752,05

Shuning uchun, 0,01 mm Hg tartibidagi vakuumda. Art. kaltsiy oksidining kamayishi 1300 ° haroratda termodinamik jihatdan mumkin. Amalda, maqbul tezlikni ta'minlash uchun jarayon 1400-1500 ° haroratda amalga oshirilishi kerak.

Kaltsiy oksidining kremniy-alyuminiy bilan qaytarilish reaktsiyasi biroz osonroq kechadi, bunda alyuminiy va kremniy qotishma qaytaruvchi moddalar bo'lib xizmat qiladi. Tajribalar natijasida aniqlanganki, boshida alyuminiy bilan qaytarilish ustunlik qiladi; va reaktsiya bCaO 3Al ning yakuniy hosil bo'lishi bilan davom etadi 2Oz yuqorida ko'rsatilgan sxema bo'yicha (1-rasm). Alyuminiyning ko'p qismi reaksiyaga kirishganda, yuqori haroratlarda kremniyning pasayishi sezilarli bo'ladi; reaksiya 2CaO SiO ning hosil bo'lishi bilan davom etadi 2. Xulosa qilib aytganda, kaltsiy oksidining alyuminiy kremniy bilan qaytarilish reaktsiyasi quyidagi tenglama bilan ifodalanadi:

mSi + n Al + (4m +2 ?) CaO = m (2CaO SiO 2) + ?n (5SaO Al 2O3 ) + (2m +1, 5n) Ca.

A. Yu. Taits va A. I. Voinitskiy tomonidan olib borilgan tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, kaltsiy oksidi 0,01-0,03 mm Hg vakuumda 1400-1450 ° haroratda 50-75% metall chiqishi bilan 75% ferrosilikonga kamayadi. San'at.; 60-30% Si va 32-58% Al (qolganlari temir, titan va boshqalar) ni o'z ichiga olgan kremniy-alyuminiy, 0,01 vakuumda 1350-1400 ° haroratda taxminan 70% metall hosildorligi bilan kaltsiy oksidini kamaytiradi. -0,05 mm Hg ... Art. Yarim zavod miqyosidagi tajribalar ferrosilikon va alyuminiy kremniy bilan ohakdan kaltsiy olishning fundamental imkoniyatini isbotladi. Asosiy instrumental qiyinchilik - bu astar jarayoni sharoitida rafni tanlash.

Ushbu muammoni hal qilishda usul sanoatda qo'llanilishi mumkin. Kaltsiy karbidining parchalanishi Kaltsiy karbidining parchalanishi natijasida metall kaltsiyni olish

CaC2 = Ca + 2C

istiqbolli usullar bilan bog'liq bo'lishi kerak. Bunda ikkinchi mahsulot sifatida grafit olinadi. V.Mauderli, E.Mozer va V.Tridvellar termokimyoviy ma’lumotlardan kalsiy karbid hosil bo‘lishning erkin energiyasini hisoblab, sof kalsiy karbid ustidan kalsiyning bug‘ bosimining quyidagi ifodasini oldilar:

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

lgp taxminan = 6.62 - 13523 \ T (1712-2000 ° K).

Ko'rinishidan, tijorat kaltsiy karbid bu ifodalardan kelib chiqadigandan ancha yuqori haroratlarda parchalanadi. Xuddi shu mualliflar 1 mm Hg vakuumda 1600-1800 ° da ixcham bo'laklarda kaltsiy karbidining termal parchalanishi haqida xabar berishadi. Art. Grafit rentabelligi 94% ni tashkil etdi, kaltsiy muzlatgichda zich yotqizish shaklida olingan. A. S. Mikulinskiy, F. S. Morii, R. Sh. Shklyar kaltsiy karbidining parchalanishi natijasida olingan grafitning xossalarini aniqlash uchun ikkinchisini 0,3-1 mm simob ustuni vakuumida qizdirdilar. Art. 1630-1750 ° haroratda. Olingan grafit Acheson grafitidan kattaroq donalarda, yuqori elektr o'tkazuvchanligida va quyi massa zichligida farq qiladi.

3. Amaliy qism

Vannani magniy xlorid bilan oziqlantirishda tok kuchi 100 kA bo'lgan elektrolizatordan magniyning kunlik quyilishi 960 kg ni tashkil etdi. Elektrolizatorning hazilidagi kuchlanish 0,6 V. Aniqlang:

)Katoddagi oqim chiqishi;

)Anoddagi oqim chiqishi ktodedagi oqimga teng bo'lishi sharti bilan kuniga olingan xlor miqdori;

)MgCl ni kunlik to'ldirish 2MgCl yo'qolishi sharti bilan elektrolizatorga kiritiladi 2 asosan loy va tutun bilan sodir bo'ladi. MgCl o'z ichiga olgan 1 tonna Mg uchun loy miqdori 0,1 2 sublimatda 50%. Sublimat miqdori 1 tonna Mg uchun 0,05 t. To'kilgan magniy xloridning tarkibi,%: 92 MgCl2 va 8 NaCl.

.Katoddagi oqimni aniqlang:

m va boshqalar = I ? K Mg · ?

?= m va boshqalar \ I ?K Mg = 960 000 \ 100 000 0,454 24 = 0,881 yoki 88,1%

.Kuniga qabul qilingan Cl miqdorini aniqlang:

x = 960000g \ 24 g \ mol = 40 000 mol

Biz hajmga tarjima qilamiz:

x = 126 785,7 m3

3.a) Sof MgCl ni toping 2, 960 kg Mg ishlab chiqarish uchun.

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

b) loy bilan yo'qotishlar. Magniy elektrolizatorlari tarkibidan,%: 20-35 MgO, 2-5 Mg, 2-6 Fe, 2-4 SiO 2, 0,8-2 TiO 2, 0,4-1,0 S, 35 MgCl2 .

kg - 1000 kg

m shl = 960 kg - kuniga loy massasi.

Kuniga 96 kg loy: 96 0,35 (MgCl2 loy bilan).

c) sublimatlar bilan yo'qotishlar:

kg - 1000 kg

kg sublimatlar: 48 0,5 = 24 kg MgCl 2 sublimatlar bilan.

Hammasi bo'lib Mg ni to'ldirishingiz kerak:

33,6 + 24 = 3810,6 kg MgCl2 kuniga

Bibliografiya

Metallurgiya asoslari III

<#"justify">metallurgiya Al va Mg. Vetyukov M.M., Tsyplokov A.M.

Repetitorlik

Mavzuni o'rganishda yordam kerakmi?

Mutaxassislarimiz sizni qiziqtirgan mavzularda maslahat beradilar yoki repetitorlik xizmatlarini taqdim etadilar.
So'rov yuboring konsultatsiya olish imkoniyati haqida bilish uchun hozirda mavzuni ko'rsatgan holda.

Kaltsiyning tabiiy birikmalari (bo'r, marmar, ohaktosh, gips) va ularni eng oddiy qayta ishlash mahsulotlari (ohak) qadim zamonlardan beri odamlarga ma'lum. 1808 yilda ingliz kimyogari Xamfri Davi simob katodi bilan ho'l o'chirilgan ohakni (kaltsiy gidroksidi) elektroliz qildi va kaltsiy amalgamini (kaltsiyning simob bilan qotishmasi) oldi. Ushbu qotishmadan, simobni distillangan holda, Davy sof kaltsiy oldi.
U shuningdek, ohaktosh, bo'r va boshqa yumshoq toshlar nomini anglatuvchi lotincha "calx" dan yangi kimyoviy element nomini taklif qildi.

Tabiatda bo'lish va qabul qilish:

Kaltsiy er qobig'idagi beshinchi eng keng tarqalgan element (3% dan ortiq), ko'plab jinslarni hosil qiladi, ularning ko'pchiligi kaltsiy karbonatiga asoslangan. Ushbu jinslarning ba'zilari organik kelib chiqishi (qobiqli tosh) bo'lib, kaltsiyning yovvoyi tabiatdagi muhim rolini ko'rsatadi. Tabiiy kaltsiy massa soni 40 dan 48 gacha bo'lgan 6 ta izotop aralashmasi bo'lib, 40 Ca jami 97% ni tashkil qiladi. Boshqa kaltsiy izotoplari ham yadroviy reaktsiyalar natijasida olingan, masalan, radioaktiv 45 Ca.
Oddiy kaltsiy moddasini olish uchun uning tuzlari eritmalarini elektroliz qilish yoki alumottermiya qo'llaniladi:
4CaO + 2Al = Ca (AlO 2) 2 + 3Ca

Jismoniy xususiyatlar:

Kumush-kulrang metall, ishqoriy metallardan sezilarli darajada qattiqroq bo'lgan kubik yuz markazli panjara. Erish nuqtasi 842 ° C, qaynash nuqtasi 1484 ° C, zichligi 1,55 g / sm 3. Yuqori bosim va haroratlarda taxminan 20K supero'tkazuvchi holatga o'tadi.

Kimyoviy xossalari:

Kaltsiy gidroksidi metallar kabi faol emas, ammo uni mineral moy qatlami ostida yoki mahkam yopilgan metall barabanlarda saqlash kerak. Oddiy haroratlarda u havodagi kislorod va azot bilan, shuningdek, suv bug'lari bilan reaksiyaga kirishadi. Qizdirilganda u havoda qizil-to'q sariq olov bilan yonib, nitridlar aralashmasi bilan oksid hosil qiladi. Magniy singari, kaltsiy ham karbonat angidrid atmosferasida yonishda davom etadi. Qizdirilganda u boshqa metall bo'lmaganlar bilan reaksiyaga kirishib, tarkibida har doim ham aniq bo'lmagan birikmalar hosil qiladi, masalan:
Ca + 6B = CaB 6 yoki Ca + P => Ca 3 P 2 (shuningdek, CaP yoki CaP 5)
Uning barcha birikmalarida kaltsiy +2 oksidlanish darajasiga ega.

Eng muhim aloqalar:

Kaltsiy oksidi CaO- ("tez ohak") oq modda, ishqoriy oksid, suv bilan kuchli reaksiyaga kirishadi ("söndürülmüş"), gidroksidga aylanadi. Kaltsiy karbonatning termal parchalanishi bilan olingan.

Kaltsiy gidroksidi Ca (OH) 2- ("söndürülmüş ohak") oq kukun, suvda ozgina eriydi (0,16 g / 100 g), kuchli gidroksidi. Karbonat angidridni aniqlash uchun eritma ("ohak suvi") ishlatiladi.

Kaltsiy karbonat CaCO 3- kaltsiyning ko'pgina tabiiy minerallarining asosi (bo'r, marmar, ohaktosh, qobiqli tosh, kaltsit, Islandiya shpati). Sof oq yoki rangsiz modda. kristallar, qizdirilganda (900-1000 C) parchalanib, kaltsiy oksidi hosil qiladi. P-rim emas, kislotalar bilan reaksiyaga kirishadi, karbonat angidrid bilan to'yingan suvda eriydi va bikarbonatga aylanadi: CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca (HCO 3) 2. Teskari jarayon kaltsiy karbonat konlari, xususan, stalaktitlar va stalagmitlar kabi shakllanishlarning paydo bo'lishiga olib keladi.
U tabiiy ravishda dolomit CaCO 3 * MgCO 3 da uchraydi

Kaltsiy sulfat CaSO 4- oq modda, tabiatda CaSO 4 * 2H 2 O ("gips", "selenit"). Ikkinchisi ehtiyotkorlik bilan qizdirilganda (180 C) CaSO 4 * 0,5 H 2 O ("kuygan gips", "alabaster") - oq kukunga aylanadi, suv bilan aralashganda yana CaSO 4 * 2H 2 O shaklida hosil bo'ladi. qattiq, etarlicha kuchli materialdan. Suvda ozgina eriydi, sulfat kislotadan ortiq bo'lsa, gidrosulfat hosil qilib, eriydi.

Kaltsiy fosfat Ca 3 (PO 4) 2- ("fosforit"), erimaydigan, kuchli kislotalar ta'sirida ko'proq eriydigan kaltsiy gidro- va dihidrogen fosfatlarga o'tadi. Fosfor, fosfor kislotasi, fosforli o'g'itlar ishlab chiqarish uchun xom ashyo. Kaltsiy fosfatlar, shuningdek, apatitlarga, taxminan formulasi Ca 5 3 Y bo'lgan tabiiy birikmalarga kiradi, bu erda Y = F, Cl yoki OH, mos ravishda ftor-, xloro- yoki gidroksiapatit. Fosforit bilan bir qatorda, apatit ko'plab tirik organizmlarning skeletining bir qismidir, shu jumladan. va bir kishi.

Kaltsiy ftorid CaF 2 - (tabiiy.:"ftorit", "fluorspat"), oq rangdagi erimaydigan modda. Tabiiy minerallar iflosliklar tufayli turli xil ranglarga ega. Qizdirilganda va ultrabinafsha nurlanish ostida qorong'uda porlaydi. Metalllarni qabul qilishda shlaklarning suyuqligini ("eruvchanligi") oshiradi, bu uning oqim sifatida ishlatilishi bilan bog'liq.

Kaltsiy xlorid CaCl 2- rangsiz. krist. in-in quduq-r-rim suvda. Kristalli gidrat CaCl 2 * 6H 2 O hosil qiladi. Suvsiz ("eritilgan") kaltsiy xlorid yaxshi qurituvchidir.

Kaltsiy nitrat Ca (NO 3) 2- ("kaltsiy nitrat") rangsiz. krist. in-in quduq-r-rim suvda. Olovga qizil-to'q sariq rang beradigan pirotexnika kompozitsiyalarining ajralmas qismi.

Kaltsiy karbid CaS 2- suv bilan reaksiyaga kirishib, to-tami asetilen hosil qiladi, masalan: CaC 2 + H 2 O = C 2 H 2 + Ca (OH) 2

Ilova:

Metall kaltsiy kuchli qaytaruvchi sifatida ayrim qiyin qaytariladigan metallar ("kalsiotermiya"): xrom, REE, toriy, uran va boshqalarni ishlab chiqarishda ishlatiladi.. Metallurgiyada mis, nikel, maxsus po'lat va bronzalar, kaltsiy va boshqalar. uning qotishmalari oltingugurt, fosfor, ortiqcha uglerodning zararli aralashmalarini olib tashlash uchun ishlatiladi.
Kaltsiy, shuningdek, yuqori vakuum va inert gazni tozalashda kichik miqdordagi kislorod va azotni bog'lash uchun ishlatiladi.
Neytron-ortiqcha 48 Ca ionlari yangi kimyoviy elementlarni sintez qilish uchun ishlatiladi, masalan, element No 114,. Yana bir kaltsiy izotopi, 45 Ca, kaltsiyning biologik roli va uning atrof-muhitdagi migratsiyasini o'rganishda radioaktiv yorliq sifatida ishlatiladi.

Ko'pgina kaltsiy birikmalarini qo'llashning asosiy sohasi qurilish materiallari (tsement, qurilish aralashmalari, gipsokarton va boshqalar) ishlab chiqarishdir.

Kaltsiy tirik organizmlar tarkibidagi makroelementlardan biri bo'lib, umurtqali hayvonlarning ichki skeletini va tashqi ko'plab umurtqasiz hayvonlarning tuxum qobig'ini qurish uchun zarur bo'lgan birikmalarni hosil qiladi. Kaltsiy ionlari hujayra ichidagi jarayonlarni tartibga solishda ham ishtirok etib, qon ivishini keltirib chiqaradi. Bolalikda kaltsiy etishmovchiligi raxitga, qariyalarda - osteoporozga olib keladi. Kaltsiy manbai sut mahsulotlari, grechka, yong'oqlar, D vitamini esa uning so'rilishiga hissa qo'shadi.Kaltsiy etishmasa, turli xil dorilar qo'llaniladi: kalseks, kaltsiy xlorid eritmasi, kaltsiy glyukonat va boshqalar.
Inson tanasida kaltsiyning massa ulushi 1,4-1,7%, kunlik ehtiyoj 1-1,3 g (yoshga qarab). Kaltsiyni ortiqcha iste'mol qilish giperkalsemiyaga olib kelishi mumkin - uning birikmalarining ichki organlarda cho'kishi, qon tomirlarida qon pıhtılarının shakllanishi. Manbalar:
Kaltsiy (element) // Vikipediya. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Calcium (kirish sanasi: 03/01/2014).
Kimyoviy elementlarning mashhur kutubxonasi: Kaltsiy. // URL: http://n-t.ru/ri/ps/pb020.htm (3.01.2014).

TA’RIF

Kaltsiy- davriy sistemaning yigirmanchi elementi. Belgilanishi - Lotin "kaltsiy" dan Ca. To'rtinchi davrda joylashgan, IIA guruhi. Metalllarga ishora qiladi. Yadro 20 zaryadga ega.

Kaltsiy tabiatdagi eng keng tarqalgan elementlardan biridir. U yer qobig'ida taxminan 3% (massa) ni o'z ichiga oladi. U kaltsiy karbonat CaCO 3 ning tabiiy navlari bo'lgan ohaktosh va bo'r, shuningdek marmarning ko'plab konlari shaklida uchraydi. Bundan tashqari, ko'p miqdorda gips CaSO 4 × 2H 2 O, fosforit Ca 3 (PO 4) 2 va nihoyat, turli xil kaltsiy o'z ichiga olgan silikatlar mavjud.

Oddiy modda shaklida kaltsiy egiluvchan, ancha qattiq oq metalldir (1-rasm). Havoda u tezda oksid qatlami bilan qoplanadi va qizdirilganda yorqin qizg'ish olov bilan yonib ketadi. Kaltsiy sovuq suv bilan nisbatan sekin reaksiyaga kirishadi, lekin u vodorodni issiq suvdan tezda siqib chiqaradi va gidroksid hosil qiladi.

Guruch. 1. Kaltsiy. Tashqi ko'rinish.

Kaltsiyning atom va molekulyar og'irligi

Moddaning nisbiy molekulyar og'irligi (M r) - berilgan molekulaning massasi uglerod atomi massasining 1/12 qismidan necha marta ko'p ekanligini va elementning nisbiy atom massasini (Ar) ko'rsatadigan raqam. kimyoviy element atomlarining o'rtacha massasi uglerod atomi massasining 1/12 dan necha marta ko'p bo'lganligi.

Erkin holatda kaltsiy monotomik Ca molekulalari shaklida mavjud bo'lganligi sababli, uning atom va molekulyar massalarining qiymatlari mos keladi. Ular 40,078 ga teng.

Kaltsiy izotoplari

Ma'lumki, tabiatda kaltsiy to'rtta barqaror izotoplar 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca va 48 Ca shaklida bo'lishi mumkin, bunda 40 Ca (99,97%) izotopi aniq ustunlik qiladi. Ularning massa raqamlari mos ravishda 40, 42, 43, 44, 46 va 48 ga teng. 40 Ca izotop izotopining yadrosi yigirma proton va yigirma neytronni o'z ichiga oladi, qolgan izotoplar undan faqat neytronlar soni bilan farq qiladi.

Massasi 34 dan 57 gacha bo'lgan kaltsiyning sun'iy izotoplari mavjud, ular orasida eng barqarori 41 Ca, yarim yemirilish davri 102 ming yil.

Kaltsiy ionlari

Kaltsiy atomining tashqi energiya darajasida valentlik xususiyatiga ega ikkita elektron mavjud:

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

Kimyoviy o'zaro ta'sir natijasida kaltsiy valentlik elektronlarini beradi, ya'ni. ularning donoridir va musbat zaryadlangan ionga aylanadi:

Ca 0 -2e → Ca 2+.

Kaltsiyning molekulasi va atomi

Erkin holatda kaltsiy monotomik Ca molekulalari shaklida mavjud. Kaltsiy atomi va molekulasini tavsiflovchi ba'zi xususiyatlar:

Kaltsiy qotishmalari

Kaltsiy ba'zi qo'rg'oshin qotishmalarida qotishma komponent sifatida xizmat qiladi.

Muammoni hal qilishga misollar

MISOL 1