Место кальция в таблице Менделеева: его физические и химические свойства и роль в природе


Кальций – агрессивный металл. В свободном виде в природе его не встретить. Это обусловлено высокой химической активностью. При этом он является одним из наиболее распространенных и жизненно важных макроэлементов.

История открытия

Люди использовали известь в строительстве с древних времен. Могила Тутанхамона оштукатурена гипсом. Нагрев известняка позволял применять его как строительный раствор. В 1746 г. встречается первое упоминание о чистом оксиде. Но попытки отделить кальций от извести не увенчались успехом.

В 1808 г. химик Хэмфри Дэви проводил опыты разложения вещества на составные части. С их помощью он выделил металлический кальций. Так был открыт этот элемент. 

Смесь влажной гашеной извести и оксид ртути на платиновой пластине подвергли электролизу. Этот состав представлял собой анод. 

Платиновую проволоку погрузили в жидкую ртуть. Она выступала катодом. Благодаря окислительно-восстановительному процессу образовалась амальгама. 

Дэви убрал из сплава кальция со ртутью второе вещество и получил чистый компонент, которому химик дал название «сalx» (с латинского переводится как «мягкий камень»).

Получение кальция

В 1855 г. окислительно-восстановительному процессу подвергли расплавленный хлористый кальций. В результате получили также чистое вещество. Эти методы нельзя было использовать для производства в промышленных масштабах. 

В 1896 г. придуман способ получения металла с помощью технологии вакуумно-термического восстановления оксида. Далее разработали алюминотермический метод получения элемента. 

Кальций в таблице Менделеева

В основе периодической таблицы Менделеева лежит атомный вес элементов. Кальций занимает в ней 20 место. Атомная масса кальция равна 40,078. Обозначается он латинскими буквами Са (Calcium). Располагается в 4 периоде, 2 группе главной подгруппе. 

Место кальция в таблице Менделеева: его физические и химические свойства и роль в природе

Кальций – это металл. Имеет валентность 2, что характеризует способность атома создавать химические связи.

Строение атома

Атом состоит из ядра и 4 оболочек. Ядро включает в себя 20 протонов и 20 нейтронов. Имеет положительный заряд. 20 электронов движутся по 4 оболочкам:

  • первый внутренний s-уровень содержит 2 электрона;
  • второй и третий внутренние sp-уровни содержат по 8 электронов;
  • четвертый внешний s-уровень – 2 спаренных электрона. 

Функция восстановления реализуется в соединениях атома. В процессе вещество отдает 2 электрона.

Электронно-графическая формула кальция

Физические свойства

Кальций имеет серебристо-серый цвет. Сохраняет кубический гранецентрированный вид решетки до температуры 443°С. После превышения этого значения возникает кубический объемно-центрированный вид решетки. 

Основные свойства:

  1. Плавление – при 842°С. 
  2. Кипение – при 1484°С. 
  3. Плотность – 1,55 г/см³. 

При нормальных условиях характерны твердое агрегатное состояние, хорошая электро- и тепловодность. Постепенное повышение давления позволяет получить свойства полупроводника. Но возникают лишь признаки, полупроводником кальций не становится.

Дальнейший рост давления способствует восстановлению металлических свойств. Возникает эффект сверхпроводимости, по своему уровню превышающий в несколько раз показатели, свойственные остальным элементам таблицы.

Химические свойства

Элемент относится к группе щелочноземельных металлов. Легко вступает в реакцию с парами воды, углекислым газом, кислородом. Это делает поверхность тускло-серой. Вследствие этого в лабораторных условиях его хранят в плотно закупоренном резервуаре. Сверху покрывают жидким парафином или керосином.

Химические свойства кальция

Свойства:

  1. Вступает в реакцию с водой без образования пламени. 
  2. При нормальных условиях реагирует на активные неметаллы. 
  3. Воспламенение происходит за счет нагрева при взаимодействии с воздухом. 
  4. При нагревании также реагирует на менее активные неметаллы. 
  5. При обычных условиях вступает в реакцию с кислородом и галогенами. 

Оксид кальция образуется при нагреве свыше 300°С на открытом воздухе. В результате реакции образуются фосфиды и силициды. В процессе взаимодействия выделяется большое количество тепла. 

Степень окисления +2 при взаимодействии с неметаллами. Соли металла растворимые в воде:

  • хлорид;
  • бромид;
  • йодид;
  • нитрат. 

В воде не растворяются: 

  • оксалат;
  • фторид;
  • ортофосфат;
  • карбонат;
  • сульфат.

Гидрокарбонат растворяется в воде. На скорость реакции влияет температура воды:

  1. При взаимодействии с холодной – реакция протекает медленно.
  2. С горячей – процесс происходит быстро, образуются гидрооксид и водород. 

Элемент вступает в реакцию с кислотами. Разбавленная соляная кислота при взаимодействии с веществом образует:

  • хлорид;
  • водород. 

При слабой концентрации азотной кислоты получается нитрат кальция, нитрат аммония и вода. Металл способен реагировать на газ аммиака при температуре 600-650°С. В процессе взаимодействия получается:

  • нитрид;
  • гидрид кальция. 

При реакции с жидким аммиаком образуются амид кальция и водород. Реакция не будет происходить без катализатора (платины). 

Взаимодействие металла с разбавленной азотной кислотой приводит к образованию:

  • нитрата кальция;
  • оксида азота;
  • воды. 

Вещество обладает восстановительными свойствами. Металл способен отделять от оксидов кислород или от галогенидов галоген. Это свойство обуславливает и способность реагировать со всеми неметаллами. 

При воздействии температуры от 200°С до 450°С в совокупности с азотом образуется нитрид. 

Соединения кальция

Уравнение реакции кальция с азотом выглядит таким образом:

  • 3Са+N2=Ca3N2. 

Реакция вещества с водородом происходит при температуре в диапазоне от 500°С до 700°С. В процессе взаимодействия образуется гидрид. 

При нормальных условиях вещество вступает в реакцию с фтором. В результате получается фторид кальция. При воздействии на металл температуры 150°С в совокупности с серой получается сульфид. Фосфид элемента возникает в реакции с фосфором при температуре от 350°С до 450°С. 

При взаимодействии металла с графитом при температуре 550°С получается карбид. Массовая доля кальция в этом соединении равна 62,5%.

Кальций в природе

В природе находится в виде карбоната, сульфата и фосфата. Карбонат имеет вид:

  • мрамора;
  • известняка;
  • мела;
  • сталактитов;
  • сталагмитов. 

Известняк по количествам залежей занимает площадь 40 миллионов км².

В земной коре кальций составляет 3%. Он образует различные породы, в составе которых находится карбонат. Породы имеют органическое происхождение. 

В природе вещество встречается в виде смеси различных изотопов. Их отличие состоит в массовых числах. Изотопы с массовым числом 40 встречаются в природе в количестве 97% от общего количества. Массовое число 45 характеризует вещество как радиоактивное.

В воде содержится в виде солей. В речной – имеет вид бикарбоната. Попадая в теплую морскую воду, кислый карбонат трансформируется в среднюю соль. Она выпадает в виде осадка. Это приводит к образованию пластов известняка, которые носят название осадочных пород хемогенного происхождения. 

На образование известняка в воде влияет участие живых организмов. После гибели простейших на дне водоемов образуются залежи мела и ракушечника. 

Происхождение мрамора обусловлено процессами горообразования и землетрясениями. В результате этих явлений залежи со дня водоемов поднимались на поверхность и уплотнялись.

Применение

Природные соединения элемента используются для производства:

  • цемента;
  • извести;
  • гипса. 

Мрамор применяется для отделки зданий. Мел востребован как побелочный материал. Известняк позволяет трансформировать тугоплавкие примеси железной руды в более легкоплавкие шлаки. Так вещество участвует в процессе производства чугуна.

Активность кальция

Металлический кальций используется для производства металлотермическим способом:

  • урана;
  • тория;
  • рубидия;
  • титана;
  • цезия;
  • циркония.

Хлорная известь известна своими дезинфицирующими свойствами. Он получается в процессе смешивания хлорида и гипохлорита. Смесь обладает высокими окислительными свойствами.

Сульфат в виде гипса применяется при строительстве, в медицине, для изготовления художественных изделий. Хлорид востребован дорожными службами. С помощью него убирается лед с дороги.

Фторид применяется как оптический материал. Глюконат кальция – в медицине как минеральная добавка.

Кальций непосредственно участвует в жизни человека. Он присутствует в тканях растений, животных, выполняет в организме разнообразные функции. Актуальность использования металла растет с каждым днем, что обусловлено его уникальными свойствами.

А что Вам известно о кальции? Добавляйте статью в закладки и делитесь ею в социальных сетях.

Предлагаем посмотреть интересный видео рассказ о кальции, о его свойствах, применении и многом другом.

Источники:

  • https://ru.wikipedia.org/wiki/Кальций
  • https://allmetalls.ru/ca.html
  • http://www.mining-enc.ru/k/kalcij
  • https://melscience.com/RU-ru/articles/himicheskie-i-fizicheskie-svojstva-kalciya-ego-vza
Помогла статья? Оцените её
ЛайкДизлайк
Загрузка...

Отзывы и комментарии

Adblock
detector