кальций

КАЛЬЦИЙ (от лат. calx, род. падеж calcis — известь; лат. Calcium) Ca

хим. элемент II гр. периодической системы, относится к щелочноземельным элементам, ат. н. 20, ат. м. 40,08. Прир. К. состоит из шести стабильных изотопов — 40Са (96,94%), 44Са (2,09%), 42Са (0,667%), 48Са (0,187%), 43Са (0,135%) и 46Са (0,003%). Поперечные сечения (10−28 м2) захвата тепловых нейтронов изотопов с мас. ч. 40, 42, 44, 46 и 48 равны соотв. 0,22, 40, 0,63, 0,25 и 1,1. Конфигурация внеш. электронной оболочки 4s2; степень окисления +2, очень редко +1; энергии ионизации Ca0 : Ca+ : Ca2+ соотв. равны 6,11308 и 11,8714 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,0; атомный радиус 0,197 нм, ионный радиус (в скобках указано координац. число) Ca2+ 0,114 нм (6), 0,126 нм (8), 0,137 нм (10), 0,148 нм (12). По распространенности в земной коре К. занимает пятое место (после О, Si, Al, Fe), его содержание в земной коре составляет 3,38% по массе. Встречается только в виде соед., в основном солей кислородсодержащих кислот; известно ок. 400 минералов, содержащих К. Очень распространены разл. силикаты и алюмосиликаты, напр., анортит Са[Al2Si2O8], диопсид CaMg[Si2O6], волластонит Ca3[Si3O9]. Кроме них пром. значение имеют кальцит CaCO3 (прир. формы — известняк, мел, мрамор), доломит CaMg(CO3)2, фосфорит Ca5(PO4)3(ОН, CO3) (с разл. примесями), апатиты Ca5(PO4)3(F, Cl), гипс CaSO4.2H2O, флюорит CaF2 и др. Большое количество К. находится в прир. водах вследствие существования глобального карбонатного равновесия между практически нерастворимым CaCO3, хорошо растворимым Са(НCO3)2 и находящимся в воде и воздухе CO2. Значительное количество К. содержится в организмах мн. животных, напр., гидроксилапатит — в костной ткани позвоночных, CaCO3 — в раковинах моллюсков, яичной скорлупе.

Свойства. К. — серебристо-белый металл. Существует в двух аллотропных модификациях: до 443 °C устойчив α-Са с кубич. гранецентрированной решеткой типа Cu, а = 0,558 нм, z = 4, пространственная группа Fm3m, плотн. 1,54 г/см3; в интервале 443–842 °C — β-Са с кубич. объемноцентрир. решеткой типа α-Fe, а = 0,448 нм, z = 2, пространственная группа Im3m; ΔH0 перехода α ⇄ β 0,93 кДж/моль. Т. пл. 842 °C, т. кип. 1495 °C ΔH0пл 8,54 кДж/моль, ΔH0исп 151,9 кДж/моль; для α-Са: С°р 25,9 Дж/(моль∙К), S0298 41,6 Дж/(моль∙К); для β-Са: С°p [Дж/(моль∙К)] = 6,276 + 32,384∙10−3T + 10,460∙105T−2 (716–1115 К); для жидкого К. C0p 31 Дж/(моль∙К); уравнения температурной зависимости давления пара над твердым и жидким К. соотв. (в мм рт. ст.): lgp = 6,090 — 9051 /Т — 0,783∙10−3T + l,030 lgT (500–1700 К), lgp = 53,652 — 12827/T + 2,002∙10−3Т — 14,485 lgT (490–2700 К); температурный коэф. линейного расширения 22∙10−6 К−1 (273–573 К); ρ 4,6∙10−8Ом∙м (293 К); теплопроводность 125,6 Вт/(м∙К) при 293 К. Пластичен; модуль упругости 26 ГПа, σpаст 60 МПа, σсж 4 МПа, предел текучести 38 МПа, твердость по Бринеллю 200–300 МПа. Стандартный электродный потенциал Ca2+/Ca0 — 2,84 В. На воздухе, содержащем пары воды, К. быстро покрывается слоем смеси оксида CaO и гидроксида Ca(OH)2. Он интенсивно окисляется кислородом до CaO; при нагр. в кислороде и на воздухе воспламеняется. С водой К. реагирует с выделением H2 и образованием Ca(OH)2, причем в холодной воде скорость реакции постепенно уменьшается вследствие образования на поверхности металла слоя малорастворимого Ca(OH)2. Интенсивно реагирует с галогенами, давая СаХ2. При нагр. К. с расплавами его галогенидов образуются моногалогениды СаХ, которые стабильны только выше температур плавления дигалогенидов (они диспропорционируют при охлаждении с образованием Ca и СаХ2). С H2 при нагр. К. дает гидрид CaH2, в котором водород является анионом. При нагр. в атмосфере азота загорается и образует нитрид Ca3N2, известный в двух кристаллич. формах — высокотемпературной α (плотн. 2,63 г/см3) и низкотемпературной β (коричневого цвета); т. пл. 1195 °C. Нитрид Ca3N4 получен при нагр. в вакууме амида Ca(NH2)2. С углеродом К. образует кальция карбид CaC2, с бором — борид СаВ6 (т. пл. 2235 °C), с кремнием — силициды Ca2Si (т. пл. ~ 900 °C, с разл.), CaSi (т. пл. 1245 °C), Ca3Si4 (т. пл. 1020 °C, с разл.) и CaSi2 (т. пл. 1000 °C), с фосфором — фосфиды Ca3P2, СаР и СаР3, с халькогенами — халькогениды CaS (т. пл. 2525 °C), CaSe (т. пл. 1470 °C), СаТе (т. пл. 1510 °C). Известны также полихалькогениды CaS4, CaS5, Ca2Те3. К. образует соединения с мн. металлами, в частности с Ag, Au, Al, Cu, Mg, Rb. Металлич. К. вытесняет из расплавов солей большинство др. металлов. К. хорошо раств. в жидком NH3 с образованием синего раствора, при испарении которого выделяется аммиакат [Са(NH3)6] — твердое соед. золотистого цвета с металлич. проводимостью; разлагается на Ca и NH3 при 12 °C; воспламеняется на воздухе. К. медленно реагирует с жидким NH3 (быстро — в присутствии Pt) с выделением H2 и образованием амида Ca(NH2)2. Соли К. обычно получают взаимод. кислотных оксидов с CaO, действием кислот на Ca(OH)2 или CaCO3, обменными реакциями в водных растворах электролитов. Мн. соли хорошо раств. в воде, они почти всегда образуют кристаллогидраты. В структуре богатых водой кристаллогидратов ион Ca2+ обычно окружен 6, иногда 7–9 молекулами H2O, расстояние Ca — H2O равно 0,233–0,241 нм. Соли К. бесцветны (если бесцветен анион). Пероксид CaO2 получают по реакции Ca(OH)2 + H2O2 → CaO2 + 2H2O. Из раствора выделяется октагидрат, удалением воды из него получают безводный CaO2. Комплексы, содержащие ион Ca2+, образуются в водных растворах, преим. с кислородсодержащими хелатообразующими лигандами, в частности комплексонами, напр. [Са(ЭДТА)]2− (ЭДТА — анион этилендиаминотетрауксусной кислоты). На образовании хелатных комплексов ионов Ca2+ с анионами полифосфорных кислот основано действие полифосфатов Na как умягчителей воды. В неводных растворителях ион Ca2+ образует комплексы с молекулами растворителя; из таких растворов часто кристаллизуются сольваты солей К. В водной среде сольватокомплексы обычно разрушаются и превращаются в аквакомплексы.

Получение. В промышленности К. получают электролизом расплава CaCl2 (75–85%) + KCl, а также алюмотермич. восстановлением CaO. Необходимый для электролиза чистый безводный CaCl2 производят хлорированием CaO при нагр. в присутствии угля или обезвоживанием CaCl2.6H2O, полученного действием соляной кислоты на известняк. По мере выделения К. в электролит добавляют CaCl2. Электролиз ведут с графитовым анодом, катодом служит жидкий сплав Ca (62 65%) + Cu. Содержание К. в сплаве постоянно возрастает. Часть обогащенного сплава периодически извлекают и добавляют сплав, обедненный К. (30–35% Са). Температура процесса 680–720 °C; при более низкой температуре обогащенный К. сплав всплывает на поверхность электролита, а при более высокой происходит растворение К. в электролите с образованием CaCl. На 1 кг Ca расходуется энергии 40–50 кВт.ч. Из сплава Ca + Cu К. отгоняют в вакуумной реторте при 1000–1080 °C и остаточном давлении 13–20 кПа. Для получения высокочистого К. его перегоняют дважды. При электролизе с жидкими катодами из сплавов Ca + Pb или Ca + Zn непосредственно получают используемые в технике сплавы К. с Pb (для подшипников) и с Zn (для получения пенобетона — при взаимодействии сплава с влагой выделяется H2 и создается пористая структура). Иногда процесс ведут с железным охлаждаемым катодом, который только соприкасается с поверхностью расплавл. электролита. По мере выделения К. катод постепенно поднимают, вытягивают из расплава стержень из К., защищенный от кислорода воздуха слоем затвердевшего электролита. Алюмотермич. метод основан на реакции: 6CaO + 2Al → 3CaO.Al2O3 + 3Са. Из смеси CaO с порошкообразным Al прессуют брикеты; их помещают в реторту из хромоникелевой стали и отгоняют образовавшийся К. при 1170–1200 °C и остаточном давлении 0,7–2,6 Па. Аналогично К. может быть также получен восстановлением CaO ферросилицием или силикоалюминием. К. выпускают в виде слитков или листов с чистотой 98–99%.

Определение. Качественно К. обнаруживают микрокристаллич. методом путем осаждения его в виде оксалата, сульфата, (NH4)2Ca[Fe(CN)6], тартрата, иодата, комплексов К. с пикролоновой кислотой, 8-гидроксихинолином и др. труднорастворимых соед. (ион К. образует правильные кристаллы с мн. реагентами). Количественно К. определяют комплексонометрич. титрованием в щелочной среде трилоном Б (натриевая соль этилендиаминотетрауксусной кислоты) в присутствии индикаторов (эриохром черный Т, мурексид, флуорексон и др.). Применяют также гравиметрич. методы определения К. в виде сульфата, молибдата, оксалата. Для определения малых концентраций и следовых количеств используют эмиссионный спектральный анализ, атомно-абсорбц. спектроскопию, пламенную фотометрию и рентгеновскую флуоресценцию. Чувствительность этих методов 10−2–10−6% по массе К. От др. элементов К. отделяют осаждением в виде сульфата, молибдата или оксалата, экстракцией трибутилфосфатом, экстрагентом азо-окси-БН в полярных растворителях, ионным обменом либо хроматографически.

Применение. К. применяют при металлотермич. получении U, Th, Ti, Zr, Cs, Rb и некоторых лантаноидов из их соед., для удаления примесей кислорода, азота, серы, фосфора из сталей, бронз и др. сплавов, обезвоживания орг. жидкостей, очистки Ar от примеси N2, как геттер в вакуумных устройствах, легирующий элемент для алюминиевых сплавов, как модифицирующую добавку для магниевых сплавов. Сплавы Ca + Pb антифрикц. материалы в производстве подшипников. Несравненно большее применение находят соед. К.

см., напр. вяжущие материалы, кальция алюминаты, кальция гипохлорит, кальция карбид, кальция оксид, кальция силикаты, кальция фосфаты, кальция фторид

Мировое производство соед. К. и материалов, содержащих К. (в т. ч. сплавов), ок. 1 млрд. т/год. Металлич. К. впервые получил в 1808 Г. Дэви.

Лит.: Родякин В. В., Кальций, его соединения и сплавы, М., 1967; Фрумина Н С., Кручкова Е. С., Муштакова С. П., Аналитическая химия кальция, М., 1974.

С. И. Дракин, П. М. Чукуров

Источник: Химическая энциклопедия на Gufo.me


Значения в других словарях

  1. кальций — -я, м. Химический элемент, металл серебристо-белого цвета, входящий в состав известняков, мрамора и др. [От лат. calx, calcis — известь] Малый академический словарь
  2. кальций — Ка́льц/ий/. Морфемно-орфографический словарь
  3. Кальций — (Calcium) Ca, химический элемент II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 20, атомная масса 40,08; серебряно-белый лёгкий металл. Большая советская энциклопедия
  4. кальций — орф. кальций, -я Орфографический словарь Лопатина
  5. кальций — Заимств. в начале XIX в. из англ. яз., где calcium является неологизмом химика Г. Дэви, суф. производным от лат. calx «известь». См. калька (1) (материал для снятия копий). Этимологический словарь Шанского
  6. КАЛЬЦИЙ — КАЛЬЦИЙ (символ Са), широко распространенный серебристо-белый металл из группы ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ, впервые выделен в 1808 г. Содержится во многих горных породах и минералах, особенно в известняке и гипсе, а также в костях. Научно-технический словарь
  7. Кальций — Ca (от лат. Calx, род. падеж calcis — известь *а. calcium; н. Kalzium; ф. calcium; и. calcio), — хим. элемент II группы периодич. системы Mенделеева, ат.н. 20, ат. м. 40,08. Горная энциклопедия
  8. Кальций — I Кальций (Calcium, Са) химический элемент II группы периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева; относится к щелочноземельным металлам, обладает высокой биологической активностью. Атомный номер кальция 20, атомная масса 40,08. Медицинская энциклопедия
  9. кальций — КАЛЬЦИЙ -я; м. [от лат. calx (calcis) — известь] Химический элемент (Ca), металл серебристо-белого цвета, входящий в состав известняков, мрамора и др. ◁ Кальциевый, -ая, -ое. К-ые соли. Толковый словарь Кузнецова
  10. кальций — Кальция, мн. нет, м. [от латин. calx – известь] (хим.). Химический элемент – металл серебристо-белого цвета, содержащийся в извести. Большой словарь иностранных слов
  11. кальций — К’АЛЬЦИЙ, кальция, мн. нет, ·муж. (от ·лат. calx — известь) (·хим. ). Химический элемент — металл серебристо-белого цвета, содержащийся в извести. Толковый словарь Ушакова
  12. кальций — КАЛЬЦИЙ м. металл, составляющий химическую основу извести. Кальцинировать что, пережигать металл, соль или камень. Кальцинация ж. действие это, пережиг, перекалка. Толковый словарь Даля
  13. кальций — кальций м. Химический элемент, металл серебристо-белого цвета, входящий в состав известняка, мрамора и т.п., применяющийся в металлургии, строительстве, медицине. Толковый словарь Ефремовой
  14. КАЛЬЦИЙ — КАЛЬЦИЙ (лат. Calcium) — Ca, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 20, атомная масса 40,078, относится к щелочноземельным металлам. Название от латинского calx, родительный падеж calcis — известь. Большой энциклопедический словарь
  15. Кальций — (хим.) — металл, содержащийся в извести, означается Са, вес атома Са = 40. Сильно распространен в природе повсюду. В коренных каменистых породах содержится в виде кремнеземистых минералов, подобных пироксенам (см.), амфиболам (см) и т. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
  16. кальций — КАЛЬЦИЙ, я, м. Химический элемент, мягкий серебристо-белый металл. | прил. кальциевый, ая, ое. Кальциевые соли. Толковый словарь Ожегова