Химия - Кальций - Получение

01 марта 2011


Оглавление:
1. Кальций
2. История и происхождение названия
3. Нахождение в природе
4. Получение
5. Применение
6. Биологическая роль

Свободный металлический кальций получают электролизом расплава, состоящего из CaCl₂ и KCl или из CaCl₂ и CaF₂, а также алюминотермическим восстановлением CaO при 1170—1200 °C:

4CaO + 2Al → CaAl₂O₄ + 3Ca.

Свойства

Физические

Металл кальций существует в двух аллотропных модификациях. До 443 °C устойчив α-Ca с кубической гранецентрированной решеткой, выше устойчив β-Ca с кубической объемно-центрированной решеткой типа α-Fe. Стандартная энтальпия ΔH перехода α → β составляет 0,93 кДж/моль.

При постепенном повышении давления начинает проявлять свойства полупроводника, но не становится полупроводником в полном смысле этого слова. При дальнейшем повышении давления возвращается в металлическое состояние и начинает проявлять сверхпроводящие свойства. Уникальное поведение кальция похоже во многом на стронций.

Химические

Кальций — типичный щелочноземельный металл. Химическая активность кальция высока, но ниже, чем всех других щелочноземельных металлов. Он легко взаимодействует с кислородом, углекислым газом и влагой воздуха, из-за чего поверхность металлического кальция обычно тускло серая, поэтому в лаборатории кальций обычно хранят, как и другие щелочноземельные металлы, в плотно закрытой банке под слоем керосина или жидкого парафина.

В ряду стандартных потенциалов кальций расположен слева от водорода. Стандартный электродный потенциал пары Ca/Ca −2,84 В, так что кальций активно реагирует с водой, но без воспламенения:

Ca + 2Н₂О → Ca₂ + Н₂↑ + Q.

С активными неметаллами кальций реагирует при обычных условиях:

2Са + О₂ → 2СаО

Са + Br₂ → CaBr₂.

При нагревании на воздухе или в кислороде кальций воспламеняется. С менее активными неметаллами кальций вступает во взаимодействие при нагревании, например:

Са + Н₂ → СаН₂, Ca + 6B = CaB₆,

3Ca + N₂ → Ca₃N₂, Са + 2С → СаС₂,

3Са + 2Р → Са₃Р₂, известны также фосфиды кальция составов СаР и СаР₅;

2Ca + Si → Ca₂Si, известны также силициды кальция составов CaSi, Ca₃Si₄ и CaSi₂.

Протекание указанных выше реакций, как правило, сопровождается выделением большого количества теплоты. Во всех соединениях с неметаллами степень окисления кальция +2. Большинство из соединений кальция с неметаллами легко разлагается водой, например:

СаН₂ + 2Н₂О → Са₂ + 2Н₂↑,

Ca₃N₂ + 6Н₂О → 3Са₂ + 2NH₃↑.

Ион Ca бесцветен. При внесении в пламя растворимых солей кальция пламя окрашивается в кирпично-красный цвет.

Такие соли кальция, как хлорид CaCl₂, бромид CaBr₂, иодид CaI₂ и нитрат Ca₂, хорошо растворимы в воде. Нерастворимы в воде фторид CaF₂, карбонат CaCO₃, сульфат CaSO₄, ортофосфат Ca₃₂, оксалат СаС₂О₄ и некоторые другие.

Важное значение имеет то обстоятельство, что, в отличие от карбоната кальция СаСО₃, кислый карбонат кальция Са₂ в воде растворим. В природе это приводит к следующим процессам. Когда холодная дождевая или речная вода, насыщенная углекислым газом, проникает под землю и попадает на известняки, то наблюдается их растворение:

СаСО₃ + СО₂ + Н₂О → Са₂.

В тех же местах, где вода, насыщенная гидрокарбонатом кальция, выходит на поверхность земли и нагревается солнечными лучами, протекает обратная реакция:

Са₂ → СаСО₃ + СО₂↑ + Н₂О.

Так в природе происходит перенос больших масс веществ. В результате под землей могут образоваться огромные провалы, а в пещерах образуются красивые каменные «сосульки» — сталактиты и сталагмиты.

Наличие в воде растворенного гидрокарбоната кальция во многом определяет временную жёсткость воды. Временной её называют потому, что при кипячении воды гидрокарбонат разлагается, и в осадок выпадает СаСО₃. Это явление приводит, например, к тому, что в чайнике со временем образуется накипь.

Просмотров: 18175

<<< Калифорний

Кислород >>>