Из него сложен костный скелет, но организм не способен вырабатывать элемент самостоятельно. Речь о кальции. Взрослым женщинам и мужчинам в сутки необходимо получать не менее 800-от миллиграммов щелочноземельного металла. Извлечь его удается из овсянки, фундука, молока, ячневой крупы, сметаны, фасоли, миндаля.

Кальций содержится и в горохе, горчице, твороге. Правда, если сочетать их со сладостями, кофе, колой и продуктами, богатыми щавелевой кислотой, усвояемость элемента падает.

Желудочная среда становится щелочной, кальций захватывается в нерастворимые и выводится из организма. Кости и зубы начинают разрушаться. Что же такого в элементе, раз он стал одним из самых важных для живых существ и есть ли веществу применение вне их организмов?

Химические и физические свойства кальция

В периодической системе элемент занимает 20-е место. Оно находится в главной подгруппе 2-ой группы. Период, к которому принадлежит кальций, 4-ый. Это значит, что у атома вещества 4 электронных уровня. На них расположены 20 электронов, на что указывает атомный номер элемента. Он же свидетельствует и о его заряде — +20.

Кальций в организме , как и природе, — щелочноземельный металл. Значит, в чистом виде элемент серебристо-белый, блестящий и легкий. Твердость щелочноземельных металлов выше, чем у щелочных.

Показатель кальция – около 3-х баллов по . Такой же твердостью обладает, к примеру, гипс. 20-ый элемент режется ножом, но значительно труднее, чем любой из просто щелочных металлов.

В чем суть названия «щелочноземельный»? Так кальций и другие металлы его группы окрестили алхимики. Оксиды элементов они именовали землями. Оксиды веществ группы кальция сообщают воде щелочную среду.

Однако, , радий, барий, как и 20-ый элемент, встречаются не только в сочетании с кислородом. В природе много солей кальция. Наиболее известная из них – минерал кальцит. Углекислая форма металла – небезызвестные мел, известняк и гипс. Каждый из них, это карбонат кальция .

Есть у 20-го элемента и летучие соединения. Они окрашивают пламя в оранжево-красный, что становится одним из маркеров для определения веществ.

Горят все щелочноземельные металлы легко. Чтобы кальций вступил в реакцию с кислородом, достаточно обычных условий. Только вот в природе элемент не встречается в чистом виде, лишь в соединениях.

Окси кальция – пленка, которой покрывается металл, окажись он на воздухе. Налет желтоватый. В нем скрыты не только стандартные окислы, но и перекиси, нитриды. Окажись кальций не на воздухе, а в воде, он вытеснит из нее водород.

При этом, выпадает осадок – гидроксид кальция . Остатки чистого металла всплывают на поверхность, подталкиваемые пузырьками водорода. Та же схема работает и с кислотами. С соляной, например, в осадок выпадает хлорид кальция и выделяется водород.

Для некоторых реакций нужна повышенная температура. Если она дойдет до 842-х градусов, кальций можно расплавить. При 1 484-х по шкале Цельсия металл закипает.

Раствор кальция , как и чистый элемент, хорошо проводит тепло и электрический ток. Но, если вещество сильно нагрето, металлические свойства теряются. То есть, их нет ни у расплавленного, ни у газообразного кальция.

В организме человека элемент представлен и твердым, и жидким агрегатным состояниями. Размягченный кальций вода , которая присутствует в , переносит легче. За пределами костей находится лишь 1% 20-го вещества.

Однако, его транспортировка по тканям играет важную роль. Кальций крови регулирует сокращение мышц, в том числе и сердечных, поддерживает в норме артериальное давление.

Применение кальция

В чистом виде металл находит применение в . Они идут на аккумуляторные решетки. Присутствие в сплаве кальция на 10-13% снижает саморазряд батарей. Это особенно важно для стационарных моделей. Из смеси свинца и 20-го элемента изготавливают, так же подшипники. Один из сплавов так и называется – подшипниковый.

На фото продукты, содержащие кальций

В сталь щелочноземельный металл добавляют, чтобы очистить сплав от примесей серы. Восстановительные свойства кальция пригождаются и при производстве урана, хрома, цезия, рубидия, .

Какой кальций применяют в черной металлургии? Все тот же чистый. Разница в назначении элемента. Теперь, он играет роль . Это добавка к сплавам, снижающая температуру их формирования и облегчающая отделение шлаков. Гранулы кальция засыпают в электровакуумные приборы, чтобы удалить из них следы воздуха.

48-ой изотоп кальция пользуется спросом на атомных предприятиях. Там производят сверхтяжелые элементы. Сырье получают на ускорителях ядер. Разгоняют их при помощи ионов – своеобразных снарядов. Если в их роли выступает Ca48, эффективность синтеза увеличивается в сотни раз по сравнению с использованием ионов других веществ.

В оптике 20-ый элемент ценят уже в качестве соединений. Фторид и вольфрамат кальция становятся линзами, объективами и призмами астрономических приборов. Встречаются минералы и в лазерной технике.

Фторид кальция геологи именуют флюоритом, а вольфрамид – шеелитом. Для оптической промышленности отбирают их монокристаллы, то есть отдельные, крупные агрегаты с непрерывной решеткой и четкой формой.

В медицине, так же, прописывают не чистый металл, а вещества на его основе. Они проще усваиваются организмом. Глюконат кальция – наиболее дешевое средство, используется при остеопорозе. Препарат «Кальций Магний » прописывают подросткам, беременным женщинам и пожилым гражданам.

Им БАД нужен, чтобы обеспечить повышенную потребность организма в 20-ом элементе, избежать патологий развития. Кальциево-фосфорный обмен регулирует «Кальций Д3» . «Д3» в названии средства говорит о наличии в нем витамина D. Он редок, но нужен для полноценного усвоения кальция .

Инструкция к «Кальцию никомед3» указывает, что препарат относится к фармацевтическим составам комбинированного действия. То же говорится и о хлористом кальции . Он не только восполняет дефицит 20-го элемента, но и спасает от интоксикаций, а так же, способен заместить плазму крови. При некоторых патологических состояниях это бывает необходимо.

В аптеках выставлен и препарат «Кальций – кислота аскорбиновая». Такой дуэт прописывают при беременности, во время кормления грудью. Нуждаются в добавке и подростки.

Добыча кальция

Кальций в продуктах , минералах, соединениях, известен человечеству издревле. В чистом же виде металл выделили лишь в 1808-ом году. Удача улыбнулась Хемфри Дэви. Английский физик добыл кальций путем электролиза расплавленных солей элемента. Этот способ применяют и сейчас.

Однако, промышленники чаще прибегают ко второму методу, открытому уже после изысканий Хемфри. Кальций восстанавливают из его оксида. Реакцию запускают порошком , иногда, . Взаимодействие проходит в условиях вакуума при повышенных температурах. Впервые выделили кальций таким путем в середине прошлого века, в США.

Цена кальция

Производителей металлического кальция немного. Так, в России поставками занимается, в основном, Чапецкий Механический завод. Он находится в Удмуртии. Предприятие торгует гранулами, стружкой и кусковым металлом. Ценник за тонну сырья держится в районе 1 500 долларов.

Товар предлагают и некоторые химические лаборатории, к примеру, общество «Русский Химик». Последнее, предлагает 100-граммовый кальций. Отзывы свидетельствуют, что это порошок под маслом. Стоимость одной упаковки – 320 рублей.

Кроме предложений купить реальный кальций, в интернете торгуют и бизнес-планами по его производству. Примерно за 70 страниц теоретических выкладок просят около 200-от рублей. Большинство планов составлено в 2015-ом году, то есть, еще не утратили актуальность.

Модульный урок по химии в 9 классе.

Комбинированная дидактическая цель(КДЦ) : изучение свойств металлов IA-IIIA-групп периодической таблицы химических элементов Менделеева.

Интегрирующая дидактическая цель(ИДЦ) : расширить и углубить знания о щелочноземельных металлах и образуемых ими простых и сложных веществах на примере кальция; показать области применения кальция его основных соединений; изучить его физико-химические свойства; учить записывать уравнения химических реакций;

Частные дидактические цели(ЧДЦ):

1.Положение кальция в периодической таблице химических элементов, строение его атома.

2.Нахождение в природе.

3.Получение.

4.Физико-химические свойства.

5.Применение.

6.Важнейшие соединения кальция, получаемые в промышленности.

7.Решение экспериментальных задач.

Ход урока:

1.Организационный момент:

Постановка целей и задач урока.

Ознакомление учащихся с учебными элементами модуля.

Работа ученика: записать число и тему урока.

2.Учебная деятельность:

Учебный элемент-0(УЭ-0)

Входной контроль:

1. Вспомнить, что такое металлы?

2.Где находятся металлы в ПСХЭ?

3.Кем являются металлы? Окислителями или восстановителями?

4.Характерные химические свойства металлов?

5.Какой тип связи характерен для металлов? Их соединений?

Цель: знать положение кальция в ПСХЭ, схему строения атома, распределение электронов по орбиталям, степень окисления, которую проявляет кальций.

Провести опрос учащихся о ЩЗМ и заполнить таблицу:

Работа ученика:

Цель: знать нахождение кальция в природе.

Рассказ учителя:Кальций принадлежит к числу самых распространённых в природе элементов. В земной коре его содержится приблизительно 3% (масс.). Из-за своей химической активности в чистом виде кальций в природе не встречается, встречается только в виде соединений (солей).

Задание 1: с помощью учебника заполнить таблицу(§41,стр.120)

Задание 2: составьте уравнение химической реакции в молекулярном и ионном виде взаимодействия карбоната кальция с раствором соляной кислоты.

Работа ученика: Из-за высокой химической активности, кальций в природе встречается только в виде соединений:

Промежуточный контроль:

Вызвать ученика к доске по желанию для заполнения таблицы и написания реакций.

Рассказ учителя:

Кальций (его минеральные соли) является основным компонентом костей скелета и зубов животных и человека, обеспечивает правильное развитие костной ткани. Недостаток кальция в организме на фоне нарушения фосфорно-кальциевого обмена приводит к развитию рахита. Из карбоната кальция построен скелет кораллов и моллюсков (раковины). Ионы кальция стимулируют сердечную деятельность. В виде солей лимонной и фосфорной кислот кальций входит в состав сыворотки крови и обеспечивает ее свертываемость. Многие соли кальция плохо растворимы в воде, при старении организма они осаждаются из крови на стенках сосудов, что приводит к развитию различных заболеваний (желчекаменной болезни, катаракты и др.).

Цель: знать получение кальция.

Задание: самостоятельно в учебнике изучить получение кальция (§41,стр.120).

Работа ученика: кальций в промышленности получают путем электролиза расплавов хлоридов.

Цель: знать физико-химические свойства кальция.

Задание: самостоятельно в учебнике изучить физико-химические свойства кальция (§41,стр.120).

Работа ученика: кальций-металл серебристо-белого цвета,очень легкий, плотность=1,555 г/см 3 ,температура плавления=851 о С.

Является сильным восстановителем.

Соединения кальция окрашивают пламя в кирпично-красный цвет. Как и щелочные металлы хранят под слоем керосина.

Цель: знать применение кальция.

Задание: самостоятельно в учебнике изучить применение кальция (§41, стр.120).

Работа ученика: металлический кальций из-за большой химической активности применяют для восстановления некоторых тугоплавких металлов (титан, цирконий и др.) из их оксидов. Используют также в производстве стали и чугуна.

Промежуточный контроль:

Ответить на вопросы 3-6 стр.125.

Цель: знать важнейшие соединения кальция, получаемые в промышленности.

Рассказ учителя:

Оксид кальция. СаО - негашеная известь, жженая известь. Белое тугоплавкое вещество, очень гигроскопичное.

Получают в виде рыхлого аморфного порошка прокаливанием известняка, мрамора:

При температуре: 800°С

СаСОз = СаО + С02|

Типичный основный оксид, взаимодействует с водой, образуя щелочь:

СаО + Н20 = Са(ОН)2 (гашеная известь, известковое молоко, известковая вода)

Как основный оксид, реагирует с кислотными оксидами и кислотами:

СаО + С02| = СаС03; СаО + S03 = CaS04

Сплавление: СаО + Si02 = CaSi03

СаО + 2НС1 = СаС12 + Н20

Практически значимой реакцией является взаимодействие с коксом:

СаО + ЗС = СаС2 + CO2 (карбид кальция СаС2)

СаО, или негашеная известь, применяется для освобождения газов одновременно от воды и С02.

Гидроксид кальция Са(ОН) 2 - гашеная известь.

Пылеобразный аморфный порошок белого цвета («пушонка»), малорастворимый в воде (1,7 г в 1 л Н20 при 18 °С). Получают растворением жженой извести в воде (гашение извести). Насыщенный раствор Са(ОН)2 в воде называют известковой водой, а взвесь его в воде носит название «известковое молоко. В присутствии солей щелочных металлов, и особенно NH4CI, растворимость Са(ОН)2 увеличивается.

Известковая вода - реактив для обнаружения С02, при пропускании которого раствор сначала мутнеет из-за образования нерастворимого СаСОз, а потом становится прозрачным из-за образования кислой соли Са(НС03)2:

Са(ОН)2 + С02 = СаСОз! + Н20

Гидроксид кальция - сильное основание (щелочь). В растворе практически полностью диссоциирует:

Са(ОН)2 = Са2+ + 2ОН -

Как сильное основание, проявляет все характерные для этого класса соединений свойства:

1)реагирует с кислотными оксидами:

Са(ОН)2 + С02 = СаС03| + Н20

(избыток карбоната кальция)

Са(ОН)2 + 2С02 = Са(НС03)2 гидрокарбонат кальция

2) реагирует с кислотами:

Са(ОН)2 + H2S04 = CaS04 + 2H20

3) реагирует с растворимыми солями металлов, гидроксиды, которых нерастворимы в Н20, например:

FeCl2 + Са(ОН)2 = Fe(OH)2 + СаС12

Гипс. Различают следующие виды гипса: природный – CaSO4 ∙ 2H2O, жженый(полуводный, алебастр) – (CaSO4)2 ∙ H2O, безводный – CaSO4.

Если смешать порошок алебастра с водой, то образуется полужидкая пластическая масса, которая быстро твердеет. Процесс затвердевания объясняется присоединением воды:

(CaSO4)2 ∙ H2O + 3H2O → 2

Свойство жженого гипса затвердевать используют на практике. Так, например, алебастр в смеси с известью, песком и водой применяют в качестве штукатурки. Из чистого алебастра изготавливают художественные изделия, а в медицине его используют для накладывания гипсовых повязок.

Если природный гипс CaSO4 ∙ 2H2O нагревать при более высокой температуре, то выделяется вся вода:

CaSO4 ∙ 2H2O → CaSO4 + 2H2O

Образовавшийся безводный гипс CaSO4 уже не способен присоединить воду, и поэтому его назвали мертвым гипсом.

Выходной контроль:

4. В какой цвет соединения кальций окрашивают

пламя горелки?

а) зеленый

б) фиолетовый

в) голубой

г) кирпично-красный

Решение экспериментальных задач.

В четырех пробирках для двух вариантов даны следующие кристаллические вещества: А. а) хлорид кальция; б) гидроксид натрия; в) карбонат калия; г) хлорид стронция. Б. а) карбонат кальция; б) нитрат стронция; в) сульфат натрия; г) хлорид калия. Опытным путем определите, в какой пробирке находится какое вещество. Пользуясь таблицей 3 (с. 14-15), напишите уравнения соответствующих реакций в молекулярном, ионном и сокращенном ионном виде.

2. Проделайте следующие превращения:

а) СаС12 - Са(ОН)2 -* СаСОз - Са(НСОз)2 -* СаСОз -*■ СэС12

Составьте уравнения соответствующих реакций в молекулярном, ионном и сокращенном ионном виде.

Домашнее задание: письменно ответить на вопросы 7-12, задачи 1-2 (стр. 125), §40-41, стр.119-123.

Кальций – элемент 4‑го периода и IIA‑группы Периодической системы, порядковый номер 2O. Электронная формула атома [ 18 Ar]4s 2 , степени окисления +II и 0. Относится к щелочноземельным металлам.

Имеет низкую электроотрицательность (1,04), проявляет металлические (основные) свойства. Образует (как катион) многочисленные соли и бинарные соединения. Многие соли кальция малорастворимы в воде.

В природе – шестой по химической распространенности элемент (третий среди металлов), находится в связанном виде. Жизненно важный элемент для всех организмов.

Недостаток кальция в почве восполняется внесением известковых удобрений (СаСO 3 , СаО, цианамид кальция CaCN 2 и др.).

Кальций, катион кальция и его соединения окрашивают пламя газовой горелки в темно‑оранжевый цвет (качественное обнаружение).

Кальций Са. Серебристо‑белый металл, мягкий, пластичный. Во влажном воздухе тускнеет и покрывается пленкой из СаО и Са(ОН) 2 .

Весьма реакционноспособный; воспламеняется при нагревании на воздухе, реагирует с водородом, хлором, серой и графитом:

Восстанавливает другие металлы из их оксидов (промышленно важный метод – кальцийтержия):

ЗСа + Cr 2 O 3 = ЗСаО + 2Cr (700–800 °C)

5Са + V 2 O 5 = 5СаО + 2V (950 °C)

Энергично реагирует с водой (с высоким экзо ‑эффектом):

Са + 2Н 2 O = Са(ОН) 2 + Н 2 + 413 кДж

В ряду напряжений стоит значительно левее водорода, из разбавленных кислот НCl и H 2 SO 4 вытесняет водород (за счет Н 2 O и Н +):

Ca + 2H+ = Са 2+ + Н 2

Получение кальция в промышленности :

Кальций применяется для удаления примесей неметаллов из металлических сплавов, как компонент легких и антифрикционных сплавов, для выделения редких металлов из их оксидов.

Оксид кальция СаО. Основный оксид. Техническое название негашёная известь. Белый, весьма гигроскопичный. Имеет ионное строение Са 2+ O 2‑ . Тугоплавкий, термически устойчивый, летучий при прокаливании. Поглощает влагу и углекислый газ из воздуха. Энергично реагирует с водой (с высоким экзо ‑эффектом), образует сильно щелочной раствор (возможен осадок гидроксида), процесс называется гашение извести. Реагирует с кислотами, оксидами металлов и неметаллов. Применяется для синтеза других соединений кальция, в производстве Са(ОН) 2 , СаС 2 и минеральных удобрений, как флюс в металлургии, катализатор в органическом синтезе, компонент вяжущих материалов в строительстве.

Уравнения важнейших реакций:

Получение СаО в промышленности – обжиг известняка (900–1200 °C):

СаСO 3 =СаО + СO 2

Гидроксид кальция Са(ОН) 2 . Основный гидроксид. Техническое название гашёная известь. Белый, гигроскопичный. Имеет ионное строение Са 2+ (ОН ‑) 2 . Разлагается при умеренном нагревании. Поглощает влагу и углекислый газ из воздуха. Малорастворим в холодной воде (образуется щелочной раствор), еще меньше – в кипящей воде. Прозрачный раствор (известковая вода) быстро мутнеет из‑за выпадения осадка гидроксида (суспензию называют известковое молоко). Качественная реакция на ион Са 2+ – пропускание углекислого газа через известковую воду с появлением осадка СаСO 3 и переходом его в раствор. Реагирует с кислотами и кислотными оксидами, вступает в реакции ионного обмена.

Применяется в производстве стекла, белильной извести, известковых минеральных удобрений, для каустификации соды и умягчения пресной воды, а также для приготовления известковых строительных растворов – тестообразных смесей (песок + гашёная известь + вода), служащих связующим материалом для каменной и кирпичной кладки, отделки (оштукатуривания) стен и других строительных целей. Отвердевание («схватывание») таких растворов обусловлено поглощением углекислого газа из воздуха.

Уравнения важнейших реакций:

Получение Са(ОН) 2 в промышленности – гашение извести СаО (см. выше).

5.4. Жёсткость воды

Природная вода, проходя через известковые горные породы и почвы, обогащается солями кальция и магния (а также железа) и становится жёсткой. В жесткой воде при стирке белья увеличивается расход мыла, а ткань, впитывая соли, становится желтой и быстро ветшает. Накипь – нерастворимые соединения кальция и магния и оксид железами), осаждающиеся на внутренних стенках посуды, паровых котлов и трубопроводов. В жесткой воде дольше варятся овощи, крупы и мясо. Различают временную и постоянную жесткость воды.

Временная жесткость вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов М(НСO 3) 2 (М = Са, Mg) и Fe(HCO 3) 2 . Если количественно определяют содержание ионов HCO 3 ‑ , говорят о карбонатной жесткости, если содержание ионов Са 2+ , Mg 2+ и Fe 2+ – о кальциевой, магниевой или железной жесткости. Временная жесткость тем выше, чем больше содержание этих ионов в воде. Жесткость воды назвали временной потому, что она устраняется простым кипячением:

Са(НСO 3) 2 = СаСO 3 ↓ + Н 2 O + СO 2

Mg(HCO 3) 2 = Mg(OH) 2 ↓ + 2СO 2

4Fe(HCO 3) 2 + O 2 = 2Fe 2 O 3 ↓ + 8CO 2 + 4H 2 O

Постоянная жесткость обусловлена другими солями кальция и магния (сульфаты, хлориды, нитраты, дигидро‑ортофосфаты и др.). Такая жесткость не устраняется кипячением воды. Поэтому для удаления из жесткой воды большей части всех солей ее умягчают, используя химические реактивы и специальные (ионообменные) способы. Умягченная вода пригодна для питья и приготовления пищи.

Умягчение воды достигается, если ее обработать различными осадителями – гашеной известью, содой и ортофосфатом натрия:

устранение временной жесткости:

Са(НСO 3) 2 + Са(ОН) 2 = 2СаСO 3 ↓ + 2Н 2 O

Mg(HCO 3) 2 + Ca(OH) 2 = CaMg(CO 3) 2 ↓ + 2Н 2 O

4Fe(HCO 3) 2 + 8Са(ОН) 2 + O 2 = 4FeO(OH)↓ + 8СаСO 3 ↓ + 10Н 2 O

устранение постоянной жесткости:

Ca(NO 3) 2 + Na 2 CO 3 = СаСO 3 ↓ + 2NaNO 3

2MgSO 4 + Н 2 O = Na 2 CO 3 = Mg 2 CO 3 (OH) 2 ↓ + СO 2 + 2Na 2 SO 4

3FeCl 2 + 2Na 3 PO 4 = Fe 3 (PO 4) 2 ↓ + 6NaCl

В химической лаборатории и в промышленности используется полностью обессоленная вода (для питья она непригодна). Для получения обессоленной воды природную воду подвергают перегонке (дистилляции). Такая дистиллированная вода является мягкой, подобно дождевой воде.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Распространенные элементы. строение атомов. Электронные оболочки. Орбитали
Химический элемент – определенный вид атомов, обозначаемый названием и символом и характеризуемый порядковым номером и относительной атомной массой. В табл. 1 перечи

В каждой орбитали может разместиться не более двух электронов
Один электрон на орбитали называется неспаренным, два электрона – электронной парой:

Свойства элементов находятся в периодической зависимости от порядкового номера
Периодически повторяющийся характер изменения состава электронной оболочки атомов элементов объясняет периодическое изменение свойств элементов при движении по периодам и группам Пе

Молекулы. Химическая связь. Строение веществ
Химические частицы, образованные из двух или нескольких атомов, называются молекулами (реальными или условными формульными единицами многоатомных веществ). Атомы в мол

Алюминий
Алюминий – элемент 3‑го периода и IIIA‑группы Периодической системы, порядковый номер 13. Электронная формула атома 3s23p1,

Марганец
Марганец – элемент 4‑го периода и VIIB‑группы Периодической системы, порядковый номер 25. Электронная формула атома 3d54s2;

Общие свойства металлов. Коррозия
Элементы с металлическими свойствами расположены вIA – VIA группах Периодической системы (табл. 7).

Водород
Водород – первый элемент Периодической системы (1‑й период, порядковый номер 1). Не имеет полной аналогии с остальными химическими элементами и не принадлежит ни к како

Хлор. Хлороводород
Хлор – элемент 3‑го периода и VII А‑группы Периодической системы, порядковый номер 17. Электронная формула атома 3s23p5, ха

Хлориды
Хлорид натрия NaCl. Бескислородная соль. Бытовое название поваренная соль. Белый, слабогигроскопичный. Плавится и кипит без разложения. Умеренно раствори

Гипохлориты. Хлораты
Гипохлорит кальция Са(СlO)2. Соль хлорноватистой кислоты HClO. Белый, при нагревании разлагается без плавления. Хорошо растворим в холодной воде (обр

Бромиды. Иодиды
Бромид калия КBr. Бескислородная соль. Белый, негигроскопичный, плавится без разложения. Хорошо растворим в воде, гидролиза нет. Восстановитель (более слабый, ч

Кислород
Кислород – элемент 2‑го периода и VIA‑группы Периодической системы, порядковый номер 8, относится к халькогенам (но чаще рассматривается отдельно). Электронная фо

Сера. Сероводород. Сульфиды
Сера – элемент 3‑го периода и VIA‑группы Периодической системы, порядковый номер 16, относится к халькогенам. Электронная формула атома 3s

Диоксид серы. Сульфиты
Диоксид серы SO2. Кислотный оксид. Бесцветный газ с резким запахом. Молекула имеет строение незавершенного треугольника [: S(O)2] (sр

Серная кислота. Сульфаты
Серная кислота H2SO4. Оксокислота. Бесцветная жидкость, очень вязкая (маслообразная), весьма гигроскопичная. Молек

Азот. Аммиак
Азот – элемент 2‑го периода и VA‑группы Периодической системы, порядковый номер 7. Электронная формула атома 2s22p3, характе

Оксиды азота. Азотная кислота
Монооксид азота NO. Несолеобразующий оксид. Бесцветный газ. Радикал, содержит ковалентную σπ‑связь (N=O), в твердом состоянии димер N2

Нитриты. Нитраты
Нитрит калияKNO2. Оксосоль. Белый, гигроскопичный. Плавится без разложения. Устойчив в сухом воздухе. Очень хорошо растворим в воде (образуется бесцв

Углерод в свободном виде
Углерод – элемент 2‑го периода и IVA‑группы Периодической системы, порядковый номер 6. Химия углерода – это в основном химия органических соединений; неорганическ

Оксиды углерода
Монооксид углерода СО. Несолеобразующий оксид. Бесцветный газ, без запаха, легче воздуха. Молекула слабополярна, содержит ковалентную тройную σππ

Карбонаты
Карбонат натрия Na2CO3. Оксосоль. Техническое название кальцинированная сода. Белый, при нагревании плавится и разлагается. Чувстви

Кремний
Кремний – элемент 3‑го периода и IVA‑группы Периодической системы, порядковый номер 14. Электронная формула атома 3s23p2. Х

Алканы. Циклоалканы
Алканы (парафины) – это соединения углерода с водородом, в молекулах которых атомы углерода соединены между собой одинарной связью (предельные углеводоро

Алкены. Алкадиены
Алкены (олефины) – это углеводороды, в молекулах которых содержатся атомы углерода, соединенные между собой двойной связью (непредельные углеводороды ряд

Спирты. Простые эфиры. Фенолы
Спирты – производные углеводородов, содержащие функциональную группу ОН (гидроксил). Спирты, в которых имеется одна группа ОН, называются одноат

Альдегиды и кетоны
Альдегиды и кетоны – это производные углеводородов, содержащие функциональную карбонильную группу СО. В альдегидах карбонильная группа связана с а

Карбоновые кислоты. Сложные эфиры. Жиры
Карбоновые кислоты – это производные углеводородов, содержащие функциональную группу СООН (карбоксил). Формулы и названия некоторых распространенных ка

Углеводы
Углеводы (сахара) – важнейшие природные соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Углеводы подразделяются на моносахариды, дисахариды и полис

Нитросоединения. Амины
Очень важны в народном хозяйстве азотсодержащие органические вещества. Азот может входить в органические соединения в виде нитрогруппы NO2, аминогруппы NH2 и а

Аминокислоты. Белки
Аминокислоты – органические соединения, содержащие в своем составе две функциональные группы – кислотную СООН и аминную NH2

Скорость реакций
Количественной характеристикой быстроты течения химической реакции А + B → D + E является ее скорость, т. е. скорость взаимодействия частиц реагентов А

Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагентов
если для реакции необходимо столкновение двух реагирующих молекул. Эта зависимость носит название кинетического закона действующих масс (К. Гулльберг, П. Вог

Энергетика реакций
Любая реакция сопровождается выделением или поглощением энергии в форме теплоты. В исходных веществах химические связи разрываются, и на это энергия затрачивается (т. е. она при это

Обратимость реакций
Химическая реакция называется обратимой, если в данных условиях протекает не только прямая реакция (→), но также и обратная реакция т. е. из исходных веществ образуются

При воздействии на равновесную систему химическое равновесие смещается в сторону, противодействующую этому воздействию
Рассмотрим подробнее влияние таких факторов, как температура, давление, концентрация, на смещение равновесия. 1. Температура. Повышение температуры сме

Растворимость веществ в воде
Раствор – это гомогенная система, состоящая из двух или более веществ, содержание которых можно изменять в определенных пределах без нарушения однородности.

Электролитическая диссоциация
Растворение любого вещества в воде сопровождается образованием гидратов. Если при этом в растворе не происходит формульных изменений у частиц растворенного вещества, то такие вещест

Диссоциация воды. Среда растворов
Сама вода – это очень слабый электролит:

Реакции ионного обмена
В разбавленных растворах электролитов (кислот, оснований, солей) химические реакции протекают обычно при участии ионов. При этом все элементы реагентов могут сохра

Гидролиз солей
Гидролиз соли – это взаимодействие ее ионов с водой, приводящее к появлению кислотной или щелочной среды, но не сопровождающееся образованием осадка или газа (ниже

Окислители и восстановители
Окислительно‑восстановительные реакции протекают с одновременным повышением и понижением степеней окисления элементов и сопровождаются передачей электронов:

Подбор коэффициентов методом электронного баланса
Метод состоит из нескольких этапов. 1. Записывают схему реакции; находят элементы, повышающие и понижающие свои степени окисления, и выпи

Ряд напряжений металлов
В ряду напряжений металлов стрелка отвечает уменьшению восстановительной способности металлов и увеличению окислительной способности их катионов в водном растворе (кислотная среда):

Электролиз расплава и раствора
Электролизом называется окислительно‑восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении постоянного электрического тока через растворы или

Массовая доля растворенного вещества. Разбавление, концентрирование и смешивание растворов
Массовая доля растворенного вещества В (ω в) – это отношение массы вещества В (т в) к массе раствора (m (р)

Объемное отношение газов
Для химической реакции a A + b B = c C + d D выполняется соотношение

Масса (объем, количество вещества) продукта по реагенту в избытке или с примесями
Избыток и недостаток реагентов. Количества, массы и объемы (для газов) реагентов не всегда берутся стехиометрическими, т. е. в соответствии с уравнениями реакции. Ч

Нахождение молекулярной формулы органического соединения
При выведении формул веществ, особенно в органической химии, часто используют относительную плотность газа. Относительная плотность газа X – отношение абсолютной пло

Продолжение. См. № 1, 3–15, 18, 19, 21, 22, 24–31, 33–35, 37, 40, 43 –48/98; 1–5/99

Пособие для учителей средних школ и преподавателей технических лицеев

Р.А.Лидин

Справочник по общей и неорганической химии

10.1.3. Кальций

Общая характеристика элемента

Элемент 4-го периода и IIа группы периодической системы, порядковый номер 20, относится к щелочно-земельным металлам. Электронная формула атома [ 18 Ar]4s 2 , характерная степень окисления +2. Имеет низкую электроотрицательность. Проявляет металлические (осноRвные) свойства. Многие соли кальция малорастворимы в воде. Кальций, катион кальция и его соединения окрашивают пламя газовой горелки в темно-оранжевый цвет (качественное обнаружение).

В природе – шестой по химической распространенности элемент. В земной коре (третий – среди металлов) находится в связанном виде, входит в состав многих минералов и горных пород. Присутствует в природных водах и определяет большую часть их «жесткости» (вместе с магнием); 1 л морской соли содержит 0,4 г ионов Ca 2+ .

Жизненно важный элемент для всех организмов. Концентрируется в костях и зубах в виде различных фосфатов, суточная норма для человека составляет ~1г кальция. Ионы Ca 2+ обеспечивают свертываемость крови, недостаток кальция вызывает размягчение костей и рахит. Из карбоната кальция построены кораллы и раковины моллюсков. Недостаток кальция в почве восполняется внесением известковых удобрений (CaCO 3 , CaO, CaCN 2 и др.).

Физические свойства и получения кальция и его соединений

Химические свойства кальция и его соединений

38. Са – кальций. Простое вещество. Белый, пластичный. Во влажном состоянии покрывается оксидно-гидроксидной пленкой. Весьма реакционноспособный, воспламеняется при нагревании на воздухе. Сильный восстановитель, в ряду напряжений стоит значительно левее водорода. Энергично реагирует с водой (с сильным экзоэффектом), кислотами, неметаллами. Катион Са 2+ в растворе – бесцветный аквакомплекс 2+ (протолизу не подвергается).

Применяется для удаления примесей неметаллов из металлических сплавов, как компонент легких и антифрикционных сплавов, для восстановления многих металлов из их оксидов.

1) Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 Ї + H 2 (D H 0 = –413 кДж);

2) Ca + 2HCl (разб.) = CaCl 2 + H 2 ;

3) 4Ca + 10HNO 3 (разб.) = 4Ca(NO 3) 2 + N 2 O + 5H 2 O,

4Ca + 10HNO 3 (оч. разб.) = 4Ca(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O;

4) Ca + H 2 = CaH 2 (500–700 °С);

5) 2Ca + O 2 (воздух) = 2CaO (300–450 °С),

3Ca + N 2 (воздух) = Ca 3 N 2 (нитрид) (200–450 °С);

6) Ca + Cl 2 = CaCl 2 (200–250 °С),

Ca + S = CaS (150 °С),

Ca + 2C (графит) = CaC 2 (550 °С);

7) Ca + 2MCl = CaCl 2 + 2M (700–800 °С, вак., M = Rb, Cs),

3Ca + Cr 2 O 3 = 3CaO + 2Cr (700–800 °С),

5Ca + V 2 O 5 = 5CaO + 2V (950 °С).

39. СаО – оксид кальция. Основной оксид. Белый, весьма гигроскопичный. Имеет ионное строение Са 2+ О 2– . Тугоплавкий, термически устойчивый, летучий при прокаливании. Поглощает углекислый газ из воздуха. Энергично реагирует с водой (с высоким экзоэффектом), образует сильнощелочной раствор (возможен осадок гидроксида). Реагирует с кислотами, оксидами металлов и неметаллов.

Применяется для синтеза других соединений кальция, в производстве Ca(ОН) 2 , СаС 2 и минеральных удобрений, как флюс в металлургии, катализатор в органическом синтезе, компонент вяжущих материалов в строительстве.

1) СаО + H 2 O = Ca(OH) 2 (D H 0 = –64 кДж, «гашение» извести);

2) СаО + 2HCl (разб.) = CaCl 2 + H 2 O;

СаО + SiO 2 = CaSiO 3 (1100–1200 °С);

4) СаО + Al 2 O 3 = (CaAl 2)O 4 (1200–1300 °С),

СаО + TiO 2 = (CaTi)O 3 (900–1100 °С),

СаО + Fe 2 O 3 = (CaFe 2)O 4 (900–1000 °С);

5) СаО + 3C (кокс) = CaC 2 + CO (1000–1200 °С);

6) 4СаО + 2Al = 3Ca + (CaAl 2)O 4 (1200 °С).

40. Са(ОН) 2 – гидроксид кальция . Основный гидроксид. Белый, гигроскопичный. Имеет ионное строение Са 2+ (ОН –) 2 . Разлагается при умеренном нагревании. Поглощает углекислый газ из воздуха. Мало- растворим в холодной воде (образуется щелочной раствор), еще меньше – в кипящей воде. Реагирует с кислотами, кислотными оксидами. Качественная реакция на ион Са 2+ – см. рубрику 40 6 . Применяется в производстве стекла, вяжущих строительных растворов, белильной извести, известковых минеральных удобрений, для каустификации соды и умягчения пресной воды.

1) Са(ОН) 2 = CaO + H 2 O (520–580 °С);

2) Са(ОН) 2 (насыщ.) = Ca 2+ + 2OH – (pH > 7, «известковая вода»);

3) Са(ОН) 2 + 2HCl (разб.) = CaCl 2 + 2H 2 O;

4) Са(ОН) 2 + H 2 SO 4 (разб.) = CaSO 4 Ї + 2H 2 O,

Са(ОН) 2 + 2H 2 SO 4 (конц.) = Ca(HSO 4) 2 + 2H 2 O,

2Са(ОН) 2 (изб.) + H 2 SO 4 (оч. разб.) = Ca 2 SO 4 (OH) 2 Ї + 2H 2 O;

6) a) Са(ОН) 2 + 2H 3 PO 4 (конц.) = Ca(H 2 PO 4) 2 Ї +2H 2 O,

Б) Са(ОН) 2 + H 3 PO 4 (разб.) = CaHPO 4 Ї + 2H 2 O,

В) 3Са(ОН) 2 + 2H 3 PO 4 (разб.) = Ca 3 (PO 4) 2 Ї + 6H 2 O,

Г) 5Са(ОН) 2 (изб.) + 3H 3 PO 4 (разб.) = Ca 5 (PO 4) 3 OH Ї +9H 2 O;

7) 2Са(ОН) 2 (суспензия) + 2Cl 2 (г.) = CaCl 2 + Ca(ClO) 2 + 2H 2 O;

8) Са(ОН) 2 + 2NH 4 Cl = CaCl 2 + 2NH 3 + 2H 2 O (кип.);

9) Са(ОН) 2 (насыщ.) + Na 2 CO 3 = CaCO 3 Ї + 2NaOH.

41. СаСО 3 – карбонат кальция. Оксосоль. Белый, при прокаливании разлагается, плавится под избыточным давлением СО 2 . Нерастворим в воде. Реагирует с кислотами, солями аммония (в горячем растворе), углеродом. Переводится в раствор в водной среде действием избытка углекислого газа с образованием гидрокарбоната Ca(HCO 3) 2 (существует только в растворе), который определяет «временную» жесткость пресной воды (вместе с солями магния и железа). Устранение жесткости (умягчение воды) проводится кипячением или нейтрализацией гашеной известью. Распространенное в природе вещество (минерал кальцит, горная порода известняк и его разновидности – мел, мрамор, мергель, туф).

Применяется для производства СаО, СО 2 , цемента, стекла и минеральных удобрений, как наполнитель бумаги и резины, строительный камень (щебень) и компонент бетона и шифера, в виде осажденного порошка – для изготовления школьных мелков, зубных порошков и паст, при побелке помещений.

1) СаСО 3 = CaO + CO 2 (900–1200 °С, обжиг известняка);

2) СаСО 3 + 2HCl (разб.) = CaCl 2 + CO 2 + H 2 O;

4) СаСО 3 + 2NH 4 Cl (конц.) = CaCl 2 + 2NH 3 + CO 2 + H 2 O (кип.);

5) СаСО 3 + C (кокс) = CaO + 2CO (800–850 °С).

Восстанавливает другие металлы из их оксидов (промышленно важный метод – кальцийтержия):

ЗСа + Cr 2 O 3 = ЗСаО + 2Cr (700–800 °C)

5Са + V 2 O 5 = 5СаО + 2V (950 °C)

Энергично реагирует с водой (с высоким экзо ‑эффектом):

Са + 2Н 2 O = Са(ОН) 2 + Н 2 + 413 кДж

Ca + 2H+ = Са 2+ + Н 2

Получение кальция в промышленности :

Уравнения важнейших реакций:

Получение СаО в промышленности – обжиг известняка (900–1200 °C):

СаСO 3 =СаО + СO 2

Уравнения важнейших реакций:

Получение Са(ОН) 2 в промышленности – гашение извести СаО (см. выше).