Kalsiumin ominaisuudet, rakenne, hankkiminen, käyttö

Hän kalsium Se on emäksinen metalli, joka kuuluu jaksollisen taulukon ryhmään 2 (SR. Scholambara). Tämä metalli vie viidennen sijan runsaasti maankuoressa olevien elementtien välillä; Raudan ja alumiinin takana. Sitä esitetään CA -kemiallisella symbolilla, ja sen atomiluku on 20.

Kalsium edustaa 3,64% maapallon kuoresta ja on ihmiskehon runsain metalli, mikä edustaa 2% sen painosta. Hän ei ole luonteeltaan vapaa; Mutta se on osa lukuisia mineraaleja ja kemiallisia yhdisteitä.

Mineraaliöljyyn varastoitu korkea puhtaus metallikalsium, joka suojaa sitä happea ja kosteutta. Lähde: 2 × 910 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/4.0)]

Esimerkiksi se sijaitsee kalsita -mineraalissa, mikä puolestaan ​​on osa kalkkikiveä. Kalsiumkarbonaattia on läsnä maapallolla, kuten marmori, dolomiitti, munankuori, kuoro, helmet, stalaktiitit, stalagmiitit, samoin kuin monien merieläinten tai etanoiden kuorissa.

Lisäksi kalsium on osa muita mineraaleja, kuten kipsi, anhydriitti, fluoriitti ja apatiitti. Ei ole yllättävää, että se on synonyymi luille kulttuuritasolla.

Kun kalsium altistetaan ilmalle, peitetään kellertävä pinnoite, oksidin, nitrurin ja kalsiumhydroksidin seoksen tuote. Vasta leikattu pinta on kuitenkin kiiltävä, hopeavalkoinen. Se on pehmeä ja kovuus 1,75 mohs -asteikolla.

Kalsium suorittaa lukuisia funktioita elävissä olennoissa, niiden joukossa on osa yhdisteitä, jotka määrittävät luujärjestelmän rakenteen ja toiminnan; Pääasiallinen hyytymisvesiputous aktivoi useita hyytymistekijöitä, Tunnista tekijä IV.

Lisäksi kalsium puuttuu lihasten supistumiseen, mikä mahdollistaa supistuvien proteiinien (aktiini ja myosiini) liiton; ja helpottaa joidenkin välittäjäaineiden, mukaan lukien asetyylikoliini, vapautumista.

Kemiallisesti melkein aina osallistuu sen orgaanisiin tai epäorgaanisiin yhdisteisiin, kuten kaksiarvoiseen nokkaan²⁺. Se on yksi kationeista, joilla on eniten koordinaatiota, ts. Se voi olla vuorovaikutuksessa useiden molekyylien tai ionien kanssa samanaikaisesti.

[TOC]

Historia

Muinaisina aikoina

Kalsiumyhdisteet, kuten kalkki (CAO) tai kipsi (kotelo₄) Ihminen on käyttänyt vuosituhansia, jättämättä huomiotta niiden kemiallista rakennetta. Kalkkia rakennusmateriaalina ja kipsiä veistoksien laatimiseksi käytettiin 7.000 vuotta a.C.

Mesopotamiassa löydettiin kalkkiuuni, jota käytettiin 2.500 a.C. Lähellä, kipsiä käytettiin Gizan suuren pyramidin rakentamisen aikana.

Tunnistaminen ja eristäminen

Joseph Black (1755) selitti, että kalkki on kevyempi kuin kalkkikivi (kalsiumkarbonaatti), joka aiheuttaa sen. Tämä johtuu siitä, että se menettää hiilidioksidin lämmityksen aikana.

Antoine Lavoiser (1787) päätteli, että kalkin tulisi olla tuntemattoman kemiallisen elementin oksidi.

Sir Humphrey Davy (1808) juuri Boron löytämänsä vuonna, ja teki saman kalsiumin kanssa käyttämällä elektrolyysitekniikkaa, jota käyttävät Jakar Berzelius ja Magnus Martin.

Davy eristi kalsiumin ja magnesiumin käyttämällä samaa kokeellista suunnittelua.  Sekoitin kalsiumoksidia elohopeaoksidin (II) kanssa platinlevyllä, jota käytettiin anodina (+), kun taas katodi (-) oli osittain upotettu platinajohto elohopeassa.

Voi palvella sinua: kemiallinen hybridisaatio

Elektrolyysi tuotti kalsiumin ja elohopean amalgaamin. Kalsiumin puhdistamiseksi amalgaamille altistettiin tislaus. Puhtaan kalsiumia ei kuitenkaan saatu.

Ominaisuudet

Fyysinen kuvaus

Hopeavalkoinen metalli, vaihda harmahtavaksi valkoiseksi, kun ne altistetaan ilmaan. Kostealla ilmalla on sinertävä harmaa sumu. Kiinteä tai kuivapöly. Kristallirakenne, joka on keskittynyt kasvoihin.

Atomipaino

40 078 g/mol.

Sulamispiste

842 ºC.

Kiehumispiste

1.484 ºC.

Tiheys

-1,55 g/cm³ huonelämpötilassa.

-1 378 g/cm³ Nestemäisessä tilassa sulamispisteessä.

Sulamislämpö

8,54 kJ/mol.

Höyrystyslämpö

154,7 kJ/mol.

Molaarinen kalorikapasiteetti

25 929 J/(mol · k).

Erityinen kalorikapasiteetti

0,63 j/g · k

Elektronegatiivisuus

1.0 Pauling -asteikolla

Ionisaatioenergia

-Ensimmäinen ionisaatio 589,8 kJ/mol

-Toinen ionisaatio 1.145 kJ/mol

-Kolmas ionisaatio 4.912 kJ/mol

-Neljäs ionisaatio 6.490,57 kJ/mol ja ionisaatioenergiaa on vielä 4 lisää.

Atomiradio

197 PM

Radiokovalenttinen

176 ± 22 pm

Lämpölaajeneminen

22,3 um/m · K 20 ° C: ssa.

Lämmönjohtavuus

201 w/m · k

Sähkövastus

336 nω · m 20 ºC: ssa.

Kovuus

1.75 MOHS -asteikolla.

Isotoopit

Kalsiumilla on 6 luonnollista isotooppia: ⁴⁰Ac, ⁴²Ac, ⁴³Ac, ⁴⁴Ac, ⁴⁶CA ja ⁴⁸CA ja 19 radioaktiivista synteettistä isotooppia. Kaikkein runsas isotooppit ovat ⁴⁰CA (96,94%), ⁴⁴CA (2 086%) ja ⁴²CA (0,647%).

Reaktiivisuus

Kalsium reagoi spontaanisti veden kanssa aiheuttaen kalsiumin ja vetykaasun hydroksidin. Reagoi happea ja ilmatypen kanssa, tuottaen vastaavasti kalsiumoksidia ja kalsiumnitridiä. Kun fraktio poltetaan spontaanisti ilmassa.

Kun kalsiumia lämmitetään, se reagoi vedyn kanssa Haluron muodostamiseksi. Se reagoi myös kaikkien halogeenien kanssa halogeenien muodostamiseksi. Se reagoi myös boorin, rikin, hiilen ja fosforin kanssa.

Elektroninen kalsiumrakenne ja kokoonpano

Kalsiumiatomit sitoutuvat metallisidoksilla, mikä edistää niiden kahta Valencia -elektronia elektronien vuoroveteen. Siten CA -atomien ja tuloksena olevien elektronisten kaistojen välinen vuorovaikutus päättyy Kasvojenkeskeiset kuutiometriä-A.

Jos tämä kalsiumin CCC kuumennetaan lämpötilassa noin 450 ° C, se kärsii siirtymisestä HCP -vaiheeseen (kompakti kuusikulmainen tai Kuusikulmainen lähin pakattu-A. Eli että rakenne muuttuu tiheäksi.

Kalsiumiatomilla on seuraava elektroninen kokoonpano:

[AR] 4S²

Joka selittää, että tämän metallin kaksi valenssielektronia ovat peräisin heidän uloimmista kiertoradaista 4s. Kun se menettää ne, muodostuu kaksiarvoinen kationi²⁺, erolektroninen jalo -argonikaasusta; Tämä on sekä AR että CA²⁺ Heillä on sama määrä elektroneja.

Näiden kiteiden valencia -nauhan määrittämiseksi yhdistyvät 4s kalsiumiorbitaalit. Samalla tavalla se tapahtuu 4P: n tyhjillä kiertoradalla, jotka perustavat ajokaistan.

Voi palvella sinua: alumiinihydridi (ALH3): rakenne, ominaisuudet, käyttötarkoitukset

Saada

Kalsiumia tuotetaan kaupallisesti sulan kalsiumkloridin elektrolyysillä. Seuraavat reaktiot esiintyvät elektrodeissa:

Anodissa: 2cl^- (L) => cl₂ (g) +2e^-

Kalsium talletetaan metalliksi katodiin sieppaamalla elektroneja ionista kalsiumia.

Katodissa: CA²⁺ (L) +2 e^-    => Ca (s)

Pienimuotoisessa kalsiumissa voi tapahtua vähentämällä kalsiumoksidia alumiinia tai kalsiumkloridia metallisella natriumilla.

6 cao +2 al => 3 ca +ca₃Siihen₂JOMPIKUMPI₆

Kacl₂      +      2 na => ca +nacl

Sovellukset

Alkuainekalsium

Kalsiumia käytetään lisäaineena lasisamppujen valmistuksessa, lisäämällä lamppu sen alkuvaiheessa. Se lisätään päähän myös yhdistymään polttimon sisällä jäävien kaasujen kanssa.

Sitä käytetään hajottajana metallien, kuten kuparin ja teräksen, tuotannossa. Kalsium- ja cesium seosta käytetään peddelaatissa kipinöiden tuottamiseksi. Kalsium on pelkistävä aine, mutta sillä on myös deoksidaatio- ja rasvan sovellukset.

Kalsiumia käytetään metallien, kuten kromin, toriumin, surround uraanin ja muiden oksidien valmistuksessa. Sitä käytetään seosaineena alumiini-, kupari-, lyijy-, magnesium- ja muihin perusmetalleihin; ja deoksidanttina joidenkin korkean lämpötilan seoksille.

Kalsium seoksessa, jolla on lyijy (0,04%), toimii puhelinkaapeleiden kannen. Sitä käytetään seoksessa magnesiumin kanssa ortopedisissa implantteissa pidentääkseen sen kestoa.

Kalsiumkarbonaatti

Se on keramiikan, lasin, muovien ja maalausten sekä raaka -aineiden tuotantoa koskevan materiaalin täyttämistä. Lääketieteessä käytetään korkeaa puhtautta synteettistä karbonaattia antasidi- ja kalsiumravinteena olevana lisäravinteena. Sitä käytetään myös elintarvikelisäaineena.

Kalsiumoksidi

Kalsiumoksidia käytetään rakennusteollisuudessa, jota käytetään seinien frisadossa. Se liittyy myös betoniin. 1800 -luvulla kalsiumoksidilohkot poltettiin valaisemaan vaiheita voimakkaalla valkoisella valolla.

Kalkkia (jälleen kalsiumoksidia) käytetään eliminoimaan ei -toivotut komponentit teräksestä, kuten piisidioksidista (SiO₂) Läsnä rautamateriaalissa. Reaktiotuote on kalsiumsilikaatti (Casio₃) kutsutaan "Scora".

Kalkki yhdistetään veteen kalsiumhydroksidin muodostamiseksi; Tämä yhdistetty flocula ja uppoaa epäpuhtauksilla säiliöiden pohjaa kohti.

Savupiippujen sisustus on peitetty kalkilla eliminoimiseksi tehtaista. Siten esimerkiksi rikkidioksidin sieppaus (niin₂), joka myötävaikuttaa happaan sateeseen ja muuttaa sen kalsiumsulfiitiksi (tapaus₃-A.

Kalsiumkloridi

Kalsiumkloridia käytetään jään hallinnassa teillä; Säilykkeessä läsnä olevan tomaatin hoitoaine; Auton runkojen ja kuorma -autojen kehittäminen.

Voi palvella sinua: Toissijainen alkoholi: Mikä on, rakenne, ominaisuudet, käyttötarkoitukset

Kalsiumsulfaatti

Se esitetään yleisesti tapauksena₄· 2h₂Tai (kipsi), jota käytetään maaperän hoitoaineena. Kalsinoidun kipsiä käytetään laattojen, levyjen ja nauhojen valmistuksessa. Sitä käytetään myös luunmurtumien immobilisointiin.

Kalsiumfosfaatit

Kalsiumfosfaatit ovat luonteeltaan eri muodoissa ja niitä käytetään lannoitteina. Happo kalsiumsuola (CAH₂Poikki₄) Sitä käytetään lannoitteena ja muovitabilisaattorina. Kalsiumfosfaatti on osa lukukudosta, etenkin hydroksiapatiitina.

Muut kalsiumyhdisteet

On olemassa lukuisia kalsiumyhdisteitä, joissa on erilaisia ​​sovelluksia. Esimerkiksi kalsiumkarbidia käytetään asetyleenin saamiseen, jota käytetään hitsauspolttimessa. Kalsiumalginaattia käytetään sakeutusaineena elintarvikkeissa, kuten jäätelö.

Kalsiumhypokloriittia käytetään valkaisu-, deodorantti-, sienitautien ja algisidisen aineena.

Kalsiumpermanganaatti on potkurineste raketille. Sitä käytetään myös veden puhdistavana aineena ja tekstiilituotannossa.

Biologinen toiminta

Kalsium suorittaa lukuisia toimintoja elävissä olennoissa:

-Puuttuu hyytymisvesiputoukseen, kuten tekijä IV.

-Se on välttämätöntä useiden hyytymistekijöiden, mukaan lukien trombiini, aktivoinnille.

-Luustolihasten kalsium vapauttaa proteiinijärjestelmän estävän vaikutuksen lihasten supistumiseen, mikä mahdollistaa aktiini-miliosiinin siltojen muodostumisen, mikä tuottaa supistumisen.

-Stabiloivat herättävien solujen ioniset kanavat. Hypokalsemiassa aktivoidaan natriumkanavat, mikä tuottaa natriumin syöttämisen soluihin, jatkuva supistuminen (tetania), joka voidaan tappavaa.

-Lisäksi kalsium suosii neurotransmitter -asetyylikoliinin vapautumista presynaptisissa terminaaleissa.

Riskit ja varotoimet

Reagoi eksotermisesti veden kanssa. Siksi se voi kerran tuottaa vakavia vammoja suussa, ruokatorvessa tai vatsassa.

Tähän riskityöntekijöihin paljastetaan paikoissa, joissa kalsiumelementti tapahtuu, tai ne, joissa sovelluksia annetaan metalleille. Varotoimenpiteet on suojattava naamareilla, jotka välttävät riittävää pölyä, vaatteita ja ilmanvaihtoa.

Hyperkalsemia on erittäin vaarallista, ja se voi johtua pääasiassa lisäkilpirauhashormonin liiallisesta erityksestä tai D -vitamiinin liiallisesta saannista. Liiallinen kalsiumin saanti, esimerkiksi yli 2,5 g/päivä, on harvoin syy hyperkalsemiaan.

Ylimääräinen kalsium kerääntyy munuaisissa, jotka aiheuttavat munuaislaskelmia ja munuaisten nefroosia. Lisäksi verisuonten seinien kalsiumin kertyminen muuttaa sen joustavuutta, mikä voi olla verenpainetaudin syy, hidastaen verenvirtausta ja tromboosia.

Perusvaikutus on laboratoriotutkimusten sisällyttäminen kalsiumin väliseen, kun tarkkailet lääkäriä potilaan oireiden ominaisuuksissa, jotka tekevät hyperkalsemiasta epäillyn ja aloittamaan asianmukaisen hoidon.

Viitteet

1. W -. Runko. (1921). Kalsiumin kiderakenne. doi.org/10.1103/Physrev.17.42
2. Wikipedia. (2019). Kalsium. Haettu: vuonna.Wikipedia.org
3. Advameg, Inc. (2019). Kalsium. Kemia selitetty. Palautettu: Chemistry Explaed.com
4.  Timothy p. Hanusa. (11. tammikuuta 2019). Kalsium. Encyclopædia britannica. Toipunut: Britannica.com
5. Kansallinen bioteknologiatietojen keskus. (2019). Kalsium. Pubchem -tietokanta. CID = 5460341. Toipunut: Pubchem.NCBI.Nlm.NIH.Hallitus
6. Weblements. (2019). Kalsium: välttämättömät. Haettu: Weblements.com