20 Калий ← Кальций → Скандий 20Ca Внешний вид простого вещества Умеренно твёрдый, серебристо-белый металл Свойства атома Имя, символ, номер Ка́льций/Calcium (Ca), 20 Атомная масса (молярная масса) 40,078 а. е. м. (г/моль) Электронная конфигурация [Ar] 4s2 Радиус атома 197 пм Химические свойства Ковалентный радиус 174 пм Радиус иона (+2e) 99 пм Электроотрицательность 1,00 (шкала Полинга) Электродный потенциал −2,76 В Степени окисления 2 Энергия ионизации (первый электрон) 589,4 (6,11) кДж/моль (эВ) Термодинамические свойства простого вещества Плотность (при н. у.) 1,55 г/см³ Температура плавления 1112 K Температура кипения 1757 K Теплота плавления 9,20 кДж/моль Теплота испарения 153,6 кДж/моль Молярная теплоёмкость 25,9[1] Дж/(K·моль) Молярный объём 29,9 см³/моль Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки кубическая гранецентрированная Параметры решётки 5,580 Å Температура Дебая 230 K Прочие характеристики Теплопроводность (300 K) (201) Вт/(м·К) 20 Кальций Ca 40,078 4s2 Ка́льций — элемент главной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 20. Обозначается символом Ca (лат. Calcium). Простое вещество кальций (CAS-номер: 7440-70-2) — мягкий, химически активный щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета. Содержание 1 История и происхождение названия 2 Нахождение в природе 2.1 Изотопы 2.2 В горных породах и минералах 2.3 Миграция в земной коре 2.4 В биосфере 3 Получение 4 Свойства 4.1 Физические 4.2 Химические 5 Применение 5.1 Применение металлического кальция 5.1.1 Металлотермия 5.1.2 Легирование сплавов 5.1.3 Ядерный синтез 5.2 Применение соединений кальция 5.2.1 Гидрид кальция 5.2.2 Оптические и лазерные материалы 5.2.3 Карбид кальция 5.2.4 Химические источники тока 5.2.5 Огнеупорные материалы 5.2.6 Лекарственные средства 6 Биологическая роль 6.1 Справка 7 Примечания 8 См. также 9 Ссылки 10 Литература править История и происхождение названия Название элемента происходит от лат. calx (в родительном падеже calcis) — «известь», «мягкий камень». Оно было предложено английским химиком Хэмфри Дэви, в 1808 г. выделившим металлический кальций электролитическим методом. Дэви подверг электролизу смесь влажной гашёной извести с оксидом ртути HgO на платиновой пластине, которая являлась анодом. Катодом служила платиновая проволока, погруженная в жидкую ртуть. В результате электролиза получалась амальгама кальция. Отогнав из неё ртуть, Дэви получил металл, названный кальцием. Соединения кальция — известняк, мрамор, гипс (а также известь — продукт обжига известняка) применялись в строительном деле уже несколько тысячелетий назад. Вплоть до конца XVIII века химики считали известь простым телом. В 1789 году А. Лавуазье предположил, что известь, магнезия, барит, глинозём и кремнезём — вещества сложные. править Нахождение в природе Из-за высокой химической активности кальций в свободном виде в природе не встречается. На долю кальция приходится 3,38 % массы земной коры (5-е место по распространенности после кислорода, кремния, алюминия и железа). Содержание элемента в морской воде — 400 мг/л[2]. править Изотопы Кальций встречается в природе в виде смеси шести изотопов: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca и 48Ca, среди которых наиболее распространённый — 40Ca — составляет 96,97 %. Из шести природных изотопов кальция пять стабильны. Шестой изотоп 48Ca, самый тяжелый из шести и весьма редкий (его изотопная распространённость равна всего 0,187 %), как было недавно обнаружено, испытывает двойной бета-распад с периодом полураспада 5,3×1019 лет. править В горных породах и минералах Большая часть кальция содержится в составе силикатов и алюмосиликатов различных горных пород (граниты, гнейсы и т. п.), особенно в полевом шпате — анортите Ca[Al2Si2O8. В виде осадочных пород соединения кальция представлены мелом и известняками, состоящими в основном из минерала кальцита (CaCO3). Кристаллическая форма кальцита — мрамор — встречается в природе гораздо реже. Довольно широко распространены такие минералы кальция, как кальцит CaCO3, ангидрит CaSO4, алебастр CaSO4·0.5H2O и гипс CaSO4·2H2O, флюорит CaF2, апатиты Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), доломит MgCO3·CaCO3. Присутствием солей кальция и магния в природной воде определяется её жёсткость. Кальций, энергично мигрирующий в земной коре и накапливающийся в различных геохимических системах, образует 385 минералов (четвёртое место по числу минералов). править Миграция в земной коре В естественной миграции кальция существенную роль играет «карбонатное равновесие», связанное с обратимой реакцией взаимодействия карбоната кальция с водой и углекислым газом с образованием растворимого гидрокарбоната: СаСО3 + H2O + CO2 ↔ Са (НСО3)2 ↔ Ca2+ + 2HCO3− (равновесие смещается влево или вправо в зависимости от концентрации углекислого газа). Огромную роль играет биогенная миграция. править В биосфере Соединения кальция находятся практически во всех животных и растительных тканях (см. тж. ниже). Значительное количество кальция входит в состав живых организмов. Так, гидроксиапатит Ca5(PO4)3OH, или, в другой записи, 3Ca3(PO4)2·Са(OH)2 — основа костной ткани позвоночных, в том числе и человека; из карбоната кальция CaCO3 состоят раковины и панцири многих беспозвоночных, яичная скорлупа и др. В живых тканях человека и животных 1,4-2 % Са (по массовой доле); в теле человека массой 70 кг содержание кальция — около 1,7 кг (в основном в составе межклеточного вещества костной ткани). править Получение Свободный металлический кальций получают электролизом расплава, состоящего из CaCl2 (75-80 %) и KCl или из CaCl2 и CaF2, а также алюминотермическим восстановлением CaO при 1170—1200 °C: 4CaO + 2Al → CaAl2O4 + 3Ca. править Свойства править Физические Металл кальций существует в двух аллотропных модификациях. До 443 °C устойчив α-Ca с кубической гранецентрированной решеткой (параметр а = 0,558 нм), выше устойчив β-Ca с кубической объемно-центрированной решеткой типа α-Fe (параметр a = 0,448 нм). Стандартная энтальпия ΔH0 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 (металлом уже тоже не является). При дальнейшем повышении давления возвращается в металлическое состояние и начинает проявлять сверхпроводящие свойства (температура сверхпроводимости в шесть раз выше, чем у ртути, и намного превосходит по проводимости все остальные элементы). Уникальное поведение кальция похоже во многом на стронций (т. е. параллели в периодической системе сохраняются)[3]. править 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 Ca2+/Ca0 −2,84 В, так что кальций активно реагирует с водой, но без воспламенения: Ca + 2Н2О → Ca(ОН)2 + Н2↑ + Q. С активными неметаллами (кислородом, хлором, бромом) кальций реагирует при обычных условиях: 2Са + О2 → 2СаО Са + Br2 → CaBr2. При нагревании на воздухе или в кислороде кальций воспламеняется. С менее активными неметаллами (водородом, бором, углеродом, кремнием, азотом, фосфором и другими) кальций вступает во взаимодействие при нагревании, например: Са + Н2 → СаН2, Ca + 6B = CaB6, 3Ca + N2 → Ca3N2, Са + 2С → СаС2, 3Са + 2Р → Са3Р2 (фосфид кальция), известны также фосфиды кальция составов СаР и СаР5; 2Ca + Si → Ca2Si (силицид кальция), известны также силициды кальция составов CaSi, Ca3Si4 и CaSi2. Протекание указанных выше реакций, как правило, сопровождается выделением большого количества теплоты (то есть эти реакции — экзотермические). Во всех соединениях с неметаллами степень окисления кальция +2. Большинство из соединений кальция с неметаллами легко разлагается водой, например: СаН2 + 2Н2О → Са(ОН)2 + 2Н2↑, Ca3N2 + 6Н2О → 3Са(ОН)2 + 2NH3↑. Ион Ca2+ 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 Ca(NO3)2, хорошо растворимы в воде. Нерастворимы в воде фторид CaF2, карбонат CaCO3, сульфат CaSO4, ортофосфат Ca3(PO4)2, оксалат СаС2О4 и некоторые другие. Важное значение имеет то обстоятельство, что, в отличие от карбоната кальция СаСО3, кислый карбонат кальция (гидрокарбонат) Са(НСО3)2 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 → Са(НСО3)2. В тех же местах, где вода, насыщенная гидрокарбонатом кальция, выходит на поверхность земли и нагревается солнечными лучами, протекает обратная реакция: Са(НСО3)2 → 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. править Применение править Применение металлического кальция Главное применение металлического кальция — это использование его как восстановителя при получении металлов, особенно никеля, меди и нержавеющей стали. Кальций и его гидрид используются также для получения трудновосстанавливаемых металлов, таких, как хром, торий и уран. Сплавы кальция со свинцом находят применение в аккумуляторных батареях и подшипниковых сплавах. Кальциевые гранулы используются также для удаления следов воздуха из электровакуумных приборов. править Металлотермия Чистый металлический кальций широко применяется в металлотермии при получении редких металлов. править Легирование сплавов Чистый кальций применяется для легирования свинца, идущего на изготовление аккумуляторных пластин, необслуживаемых стартерных свинцово-кислотных аккумуляторов с малым саморазрядом. Также металлический кальций идет на производство качественных кальциевых баббитов БКА. править Ядерный синтез Изотоп 48Ca — наиболее эффективный и употребительный материал для производства сверхтяжёлых элементов и открытия новых элементов таблицы Менделеева. Например, в случае использования ионов 48Ca для получения сверхтяжёлых элементов на ускорителях ядра этих элементов образуются в сотни и тысячи раз эффективней, чем при использовании других «снарядов» (ионов). править Применение соединений кальция править Гидрид кальция Нагреванием кальция в атмосфере водорода получают CaH2 (гидрид кальция), используемый в металлургии (металлотермии) и при получении водорода в полевых условиях. править Оптические и лазерные материалы Фторид кальция (флюорит) применяется в виде монокристаллов в оптике (астрономические объективы, линзы, призмы) и как лазерный материал. Вольфрамат кальция (шеелит) в виде монокристаллов применяется в лазерной технике, а также как сцинтиллятор. править Карбид кальция Карбид кальция CaC2 широко применяется для получения ацетилена и для восстановления металлов, а также при получении цианамида кальция (нагреванием карбида кальция в азоте при 1200 °C, реакция идет экзотермически, проводится в цианамидных печах). править Химические источники тока Кальций, а также его сплавы с алюминием и магнием используются в резервных тепловых электрических батареях в качестве анода(например кальций-хроматный элемент). Хромат кальция используется в таких батареях в качестве катода. Особенность таких батарей — чрезвычайно долгий срок хранения (десятилетия) в пригодном состоянии, возможность эксплуатации в любых условиях (космос, высокие давления), большая удельная энергия по весу и объёму. Недостаток в недолгом сроке действия. Такие батареи используются там, где необходимо на короткий срок создать колоссальную электрическую мощность (баллистические ракеты, некоторые космические аппараты и.др.). править Огнеупорные материалы Оксид кальция, как в свободном виде, так и в составе керамических смесей, применяется в производстве огнеупорных материалов. править Лекарственные средства Соединения кальция широко применяются в качестве антигистаминного средства. Хлорид кальция Глюконат кальция Глицерофосфат кальция Кроме того, соединения кальция вводят в состав препаратов для профилактики остеопороза, в витаминные комплексы для беременных и пожилых. править Биологическая роль В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка стоит на статье с 12 мая 2011. Кальций — распространенный макроэлемент в организме растений, животных и человека. В организме человека и других позвоночных большая его часть содержится в скелете и зубах в виде фосфатов. Из различных форм карбоната кальция (извести) состоят скелеты большинства групп беспозвоночных (губки, коралловые полипы, моллюски и др.). Ионы кальция участвуют в процессах свертывания крови, а также в обеспечении постоянного осмотического давления крови. Ионы кальция также служат одним из универсальных вторичных посредников и регулируют самые разные внутриклеточные процессы — мышечное сокращение, экзоцитоз, в том числе секрецию гормонов и нейромедиаторов и др. Концентрация кальция в цитоплазме клеток человека составляет около 10−7 моль, в межклеточных жидкостях около 10−3 моль. Потребность в кальции зависит от возраста. Для взрослых необходимая дневная норма составляет от 800 до 1000 миллиграммов (мг), а для детей от 600 до 900 мг, что для детей очень важно из-за интенсивного роста скелета. Большая часть кальция, поступающего в организм человека с пищей, содержится в молочных продуктах, оставшийся кальций приходится на мясо, рыбу, и некоторые растительные продукты (особенно много содержат бобовые). Всасывание происходит как в толстом, так и тонком кишечнике и облегчается кислой средой, витамином Д и витамином С, лактозой, ненасыщенными жирными кислотами. Немаловажна роль магния в кальциевом обмене, при его недостатке кальций «вымывается» из костей и осаждается в почках (почечные камни) и мышцах. Усваиванию кальция препятствуют аспирин, щавелевая кислота, производные эстрогенов. Соединяясь с щавелевой кислотой, кальций дает нерастворимые в воде соединения, которые являются компонентами камней в почках. Содержания кальция в крови из-за большого количества связанных с ним процессов точно регулируется, и при правильном питании дефицита не возникает. Продолжительное отсутствие в рационе может вызвать судороги, боль в суставах, сонливость, дефекты роста, а также запоры. Более глубокий дефицит приводит к постоянным мышечным судорогам и остеопорозу. Недостаток кальция может вызывать множество заболеванийисточник не указан 92 дня. Злоупотребление кофе и алкоголем могут быть причинами дефицита кальция, так как часть его выводится с мочой. Избыточные дозы кальция и витамина Д могут вызвать гиперкальцемию, после которой следует интенсивная кальцификация костей и тканей (в основном затрагивает мочевыделительную систему). Продолжительный переизбыток нарушает функционирование мышечных и нервных тканей, увеличивает свертываемость крови и уменьшает усвояемость цинка клетками костной ткани. Максимальная дневная безопасная доза составляет для взрослого от 1500 до 1800 миллиграмм. править Справка Содержание кальция в продуктах питания: Продукт Содержание, мг/100 г Мак 1460 Кунжут 670 — 975 Сыр типа эмменталь 970 Тахинная (кунжутная) халва 760 Плавленый сыр 760 Сыр типа гауда или чеддер 730 Крапива 713 Брынза 530 Просвирник лесной 505 Сардины в масле (консервы) 500 Соевый сыр (тофу) 450 Подорожник большой 412 Галинсога 372 Семена подсолнечника 367 Сардины в масле 330 Будра плющевидная 289 Шиповник собачий 257 Миндаль 252 - 273 Подорожник ланцетолистный 248 Петрушка 245 Лесной орех 226 Амарант, семя 214 Кресс-салат 214 Кале 212 Соя бобы (сухие) 201 Молоко овечье 170 Молоко коровье 120 Лосось (консервы) 91 Творог 80 Листовой салат 77 Фасоль красная 71 Малое содержание кальция: рыба (30-90); хлеб с отрубями (60), хлеб пшеничный (37); мясо, субпродукты, крупы (менее 50), свёкла (37), морковь (46). Более полная информация о кальции в пищевых продуктах на сайте USDA.gov Рекомендуемые Всемирной Организацией Здравоохранения суточные нормы потребления кальция[4]. Дети до 3 лет — 600 мг. Дети от 4 до 10 лет — 800 мг. Дети от 10 до 13 лет — 1000 мг. Подростки от 13 до 16 лет — 1200 мг. Молодежь от 16 и старше — 1000 мг. Взрослые от 25 до 50 лет — от 800 до 1200 мг. Беременные и кормящие грудью женщины — от 1500 до 2000 мг. править Примечания ↑ Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 293. — 671 с. — 100 000 экз. ↑ J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965 ↑ Газета.Ру: Элементы под давлением ↑ суточные нормы потребления кальция править См. также Категория:Соединения кальция править Ссылки Кальций на Викискладе? Кальций на Webelements Кальций в Популярной библиотеке химических элементов Рекомендуемое потребление кальция править Литература Доронин. Н. А. Кальций, Госхимиздат, 1962. 191 стр. с илл. Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 H   He 2 Li Be   B C N O F Ne 3 Na Mg   Al Si P S Cl Ar 4 K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 5 Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 7 Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo Щелочные металлы  Щёлочноземельные металлы  Лантаноиды Актиноиды Переходные металлы Другие металлы Металлоиды Другие неметаллы Галогены Инертные газы п·о·р Электрохимический ряд активности металлов Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu, Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H2, W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au Элементы расположены в порядке возрастания стандартного электродного потенциала. Соединения кальция Ацетат кальция ((CH3COO)2Ca) • Хлорид кальция(I) (CaCl) • Хлорид кальция (CaCl2) • Сульфид кальция (CaS) • Нитрид кальция (Ca3N2) • Бромид кальция (CaBr2) • Гексаборат кальция (CaB6) • Гидрид кальция (CaH2) • Гидроксид кальция (Ca(OH)2) • Глицерофосфат кальция (Брутто-формула: C3H7CaO6P) • Глюконат кальция (Брутто-формула: C12H22CaO14) • Иодид кальция (CaI2) • Двойной суперфосфат (Ca(H2PO4)2) • Карбид кальция (CaC2) • Карбонат кальция (CaCO3) • Нитрат кальция (Са(NО3)2) • Сульфит кальция (CaSO3) • Сульфат кальция (CaSO4) • Оксалат кальция (СаС2О4) • Оксид кальция (CaO) • Фторид кальция (CaF2) • Формиат кальция (Ca(HCOO)2) • Ортофосфат кальция (Ca3(PO4)2) • Фосфид кальция (Ca3P2) • Хлорная известь (Ca(Cl)OCl) • Цитрат кальция (Ca3(C6H5O7)2) • Борат кальция (Ca3(BO3)2) • Арсенат кальция (Ca3(AsO4)2) • Силикат кальция (Ca2SiO4) • Пирофосфат кальция (Ca2P2O7) • Титанат кальция (CaTiO3) • Силицид кальция (CaSi2) • Перманганат кальция (Ca(MnO4)2) • Иодат кальция (Ca(IO3)2) • Бисульфит кальция (CaH2S2O6) • Дигидрокарбонат кальция (Ca(HCO3)2) • Хромат кальция (CaCrO4) • Хлорат кальция (Ca(ClO3)2) • Гипохлорит кальция (Ca(ClO)2) • Цианид кальция (CaCN2) • Тетрагидроалюминат кальция (Ca(AlH4)2) • 2,5-дигидроксибензолсульфонат кальция (Брутто-формула:C12H10CaO10S2) • Вольфрамат кальция (CaWO4) • Гексафторсиликат кальция (CaSiF6) • Гидроортофосфат кальция (CaHPO4) • Флюорит (CaF2)