Kalk | ||||
---|---|---|---|---|
← Kalium | Scandium → | ||||
| ||||
Udseende af et simpelt stof | ||||
Calciumprøve i argonatmosfære | ||||
Atom egenskaber | ||||
Navn, symbol, nummer | Calcium/Calcium (Ca), 20 | |||
Gruppe , punktum , blok |
2 (forældet 2), 4, s-element |
|||
Atommasse ( molær masse ) |
40.078(4) [1] a. e. m. ( g / mol ) | |||
Elektronisk konfiguration |
[Ar] 4s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 |
|||
Atomradius | 197 kl | |||
Kemiske egenskaber | ||||
kovalent radius | 174 kl | |||
Ion radius | (+2e) 99 kl | |||
Elektronegativitet | 1,00 (Pauling-skala) | |||
Elektrodepotentiale | -2,76 V | |||
Oxidationstilstande | 0, +2 | |||
Ioniseringsenergi (første elektron) |
589,4 (6,11) kJ / mol ( eV ) | |||
Termodynamiske egenskaber af et simpelt stof | ||||
Tæthed ( i.a. ) | 1,55 g/cm³ | |||
Smeltetemperatur | 1112 K; 838,85°C | |||
Kogetemperatur | 1757 K; 1483,85°C | |||
Oud. fusionsvarme | 9,20 kJ/mol | |||
Oud. fordampningsvarme | 153,6 kJ/mol | |||
Molær varmekapacitet | 25,9 [2] J/(K mol) | |||
Molært volumen | 29,9 cm³ / mol | |||
Krystalgitteret af et simpelt stof | ||||
Gitterstruktur | Kubisk FCC | |||
Gitterparametre | 5.580Å _ | |||
Debye temperatur | 230K _ | |||
Andre egenskaber | ||||
Varmeledningsevne | (300 K) (201) W/(m K) | |||
CAS nummer | 7440-70-2 | |||
Emissionsspektrum | ||||
tyve | Kalk |
Ca40,078 | |
4s 2 |
Calcium ( kemisk symbol - Ca , fra lat. Calcium ) er et kemisk grundstof af den 2. gruppe (ifølge den forældede klassificering - hovedundergruppen af den anden gruppe, IIA), den fjerde periode af det periodiske system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev , med atomnummer 20.
Det simple stof calcium er et moderat hårdt [3] , meget let reaktivt jordalkalimetal af sølvhvid farve .
Det blev først opnået i sin rene form af G. Davy i 1808 .
Calcium er et af de vitale elementer for organismer.
Navnet på grundstoffet kommer fra lat. calx (i genitiv-tilfældet calcis ) - "kalk", "blød sten". Det blev foreslået af den engelske kemiker Humphry Davy , som i 1808 isolerede calciummetal ved den elektrolytiske metode . Davy elektrolyserede en blanding af vådlæsket kalk med kviksølvoxid HgO på en platinplade , som var anoden . Katoden var en platintråd nedsænket i flydende kviksølv . Som et resultat af elektrolyse blev calciumamalgam opnået . Efter at have drevet kviksølv fra det, modtog Davy et metal kaldet calcium.
Calciumforbindelser - kalksten , marmor , gips (såvel som kalk - et produkt af brændende kalksten) er blevet brugt i byggeriet for flere årtusinder siden. Indtil slutningen af det 18. århundrede anså kemikere kalk for at være en simpel krop. I 1789 foreslog A. Lavoisier , at kalk, magnesia , baryt , aluminiumoxid og silica er komplekse stoffer.
På grund af den høje kemiske aktivitet af calcium i den frie form i naturen findes ikke.
Calcium tegner sig for 3,38% af massen af jordskorpen ( 5. plads i overflod efter ilt , silicium , aluminium og jern ). Indholdet af grundstoffet i havvand er 400 mg/l [4] .
Calcium forekommer i naturen i form af en blanding af seks isotoper : 40Ca , 42Ca , 43Ca , 44Ca , 46Ca og 48Ca , blandt hvilke den mest almindelige - 40Ca - er 96,97%. Calciumkerner indeholder det magiske antal protoner: Z = 20 . isotoper40
20Catyve
og48
20Ca28
er to af de fem dobbeltmagiske kerner , der findes i naturen .
Af de seks naturligt forekommende calciumisotoper er fem stabile. Den sjette isotop 48Ca , den tungeste af de seks og meget sjældne (dens isotopoverflod er kun 0,187%), gennemgår dobbelt beta-henfald med en halveringstid på (4,39 ± 0,58)⋅10 19 år [5] [6] [7 ] .
Calcium, som vandrer kraftigt i jordskorpen og ophobes i forskellige geokemiske systemer, danner 385 mineraler (det fjerde målt i antallet af mineraler).
Det meste calcium er indeholdt i sammensætningen af silikater og aluminosilikater af forskellige bjergarter ( granitter , gnejser osv.), især i feldspat - anortit Ca[Al 2 Si 2 O 8 ].
Calciummineraler såsom calcit CaCO 3 , anhydrit CaSO 4 , alabaster CaSO 4 0,5H 2 O og gips CaSO 4 2H 2 O, fluorit CaF 2 , apatitter Ca 5 (PO 4 ) 3 (F, Cl, OH ) , dolomit MgCO CaCO3 . _ Tilstedeværelsen af calcium- og magnesiumsalte i naturligt vand bestemmer dets hårdhed .
Sedimentær bjergart, der hovedsageligt består af kryptokrystallinsk calcit - kalksten (en af dens sorter er kridt ). Under påvirkning af regional metamorfose omdannes kalksten til marmor .
I den naturlige migration af calcium spilles en væsentlig rolle af "carbonatligevægten", der er forbundet med den reversible reaktion af interaktionen mellem calciumcarbonat og vand og kuldioxid med dannelsen af opløseligt bicarbonat:
(ligevægten skifter til venstre eller højre afhængig af koncentrationen af kuldioxid).
Biogen migration spiller en vigtig rolle.
Calciumforbindelser findes i næsten alt dyre- og plantevæv ( se nedenfor ). En betydelig mængde calcium er en del af levende organismer. Så hydroxyapatit Ca 5 (PO 4 ) 3 OH, eller, i en anden post, 3Ca 3 (PO 4 ) 2 Ca (OH) 2 - grundlaget for knoglevævet hos hvirveldyr, herunder mennesker; skaller og skaller fra mange hvirvelløse dyr, æggeskaller osv. er sammensat af calciumcarbonat CaCO 3. I levende væv hos mennesker og dyr, 1,4-2% Ca (i massefraktion); i en menneskelig krop, der vejer 70 kg , er calciumindholdet omkring 1,7 kg (hovedsageligt i sammensætningen af det intercellulære stof i knoglevæv).
Calciummetallet findes i to allotrope modifikationer . Op til 443 °C er α -Ca med et kubisk fladecentreret gitter stabilt (parameter a \ u003d 0,558 nm ), β -Ca er stabilt ovenfor med et kubisk kropscentreret gitter af α -Fe-typen (parameter a \ u003d 0,448 nm ). Standardentalpien for α → β- overgangen er 0,93 kJ/mol .
Med en gradvis stigning i trykket begynder den at vise egenskaberne af en halvleder , men bliver ikke en halvleder i ordets fulde betydning (det er heller ikke længere et metal). Med en yderligere stigning i trykket vender det tilbage til den metalliske tilstand og begynder at udvise superledende egenskaber (superledningstemperaturen er seks gange højere end kviksølvs og overstiger langt alle andre elementer i ledningsevnen). Calciums unikke adfærd ligner på mange måder strontium (det vil sige, at parallellerne i det periodiske system er bevaret) [8] .
Calcium er et typisk jordalkalimetal . Calciums reaktivitet er høj, men lavere end de tungere jordalkalimetallers. Det reagerer let med ilt, kuldioxid og fugt i luften, hvorfor overfladen af calciummetal normalt er mat grå, så calcium opbevares normalt i laboratoriet ligesom andre jordalkalimetaller i en tæt lukket krukke under et lag petroleum eller flydende paraffin .
I rækken af standardpotentialer er calcium placeret til venstre for brint . Standardelektrodepotentialet for parret Ca 2+ / Ca 0 −2,84 V , således at calcium aktivt reagerer med vand, men uden antændelse:
Med aktive ikke-metaller ( ilt , klor , brom , jod ) reagerer calcium under normale forhold:
Som for alle andre metaller er calcium også karakteriseret ved fortrængning af mindre aktive metaller fra deres salte:
Når det opvarmes i luft eller ilt, antændes calcium og brænder med en rød flamme med en orange farvetone ("murstensrød"). Med mindre aktive ikke-metaller ( brint , bor , kulstof , silicium , nitrogen , fosfor og andre), interagerer calcium, når det opvarmes, for eksempel:
Ud over calciumphosphid Ca3P2 og calciumsilicid Ca2Si opnået i disse reaktioner kendes også calciumphosphider af CaP- og CaP5- sammensætninger og calciumsilicider af CaSi-, Ca3Si4- og CaSi2 - sammensætninger .
Forløbet af ovenstående reaktioner ledsages som regel af frigivelse af en stor mængde varme. I alle forbindelser med ikke-metaller er oxidationstilstanden for calcium +2. De fleste af calciumforbindelserne med ikke-metaller nedbrydes let af vand, for eksempel:
Ca 2+ ionen er farveløs. Når opløselige calciumsalte tilsættes til flammen, bliver flammen murstensrød.
Calciumsalte såsom CaCl 2 chlorid , CaBr 2 bromid , CaI 2 iodid og Ca(NO 3 ) 2 nitrat er meget opløselige i vand. CaF 2 fluorid , CaCO 3 carbonat , CaSO 4 sulfat , Ca 3 ( PO 4 ) 2 orthophosphat , CaC 2 O 4 oxalat og nogle andre er uopløselige i vand .
Vigtigt er det faktum, at i modsætning til calciumcarbonat CaCO 3 er surt calciumcarbonat (hydrocarbonat) Ca (HCO 3 ) 2 opløseligt i vand. I naturen fører dette til følgende processer. Når kold regn eller flodvand, mættet med kuldioxid , trænger ned i jorden og falder på kalksten , observeres deres opløsning, og de steder, hvor vand mættet med calciumbicarbonat kommer til jordens overflade og opvarmes af solens stråler, omvendt reaktion opstår
Så i naturen sker der en overførsel af store masser af stoffer. Som følge heraf kan enorme karsthulrum og dyk dannes under jorden , og smukke sten " istapper " - drypsten og stalagmitter - dannes i hulerne .
Tilstedeværelsen af opløst calciumbicarbonat i vand bestemmer i høj grad vandets midlertidige hårdhed. Det kaldes midlertidigt, fordi når vandet koges, nedbrydes bikarbonatet, og CaCO 3 udfældes . Dette fænomen fører f.eks. til, at der med tiden dannes kalk i elkedlen .
Frit metallisk calcium opnås ved elektrolyse af en smelte bestående af CaCl 2 (75-80%) og KCl eller fra CaCl 2 og CaF 2 , samt aluminotermisk reduktion af CaO ved 1170-1200 ° C
Den primære anvendelse af calciummetal er som et reduktionsmiddel ved fremstilling af metaller, især nikkel, kobber og rustfrit stål. Calcium og dets hydrid bruges også til at fremstille metaller, der er svære at reducere, såsom chrom , thorium og uran . Calcium-blylegeringer bruges i nogle typer batterier og til fremstilling af lejer. Calciumgranulat bruges også til at fjerne spor af luft fra elektrovakuumapparater. Ren metallisk calcium bruges i vid udstrækning i metallotermi til fremstilling af sjældne jordarters grundstoffer [9] .
Calcium er meget brugt i metallurgi til at deoxidere stål sammen med aluminium eller i kombination med det. Forarbejdning udenfor ovnen med calciumholdige tråde indtager en førende position på grund af den multifaktorielle virkning af calcium på smeltens fysisk-kemiske tilstand, metallets makro- og mikrostruktur, kvaliteten og egenskaberne af metalprodukter og er en integreret del af stålproduktionsteknologien [10] . I moderne metallurgi bruges injektionstråd til at indføre calcium i smelten, som er calcium (nogle gange silicocalcium eller aluminiumcalcium) i form af et pulver eller presset metal i en stålskal. Sammen med deoxidation (fjernelse af oxygen opløst i stål) gør brugen af calcium det muligt at opnå ikke-metalliske indeslutninger, der er gunstige i natur, sammensætning og form, som ikke kollapser under yderligere teknologiske operationer [11] .
48 Ca isotopen er et af de mest effektive og nyttige materialer til fremstilling af supertunge grundstoffer og opdagelsen af nye grundstoffer i det periodiske system . Dette skyldes, at calcium-48 er en dobbelt magisk kerne [12] , så dens stabilitet gør, at den er tilstrækkelig neutronrig til en let kerne; syntesen af supertunge kerner kræver et overskud af neutroner.
Calcium er et almindeligt makronæringsstof i kroppen hos planter, dyr og mennesker. Hos mennesker og andre hvirveldyr findes det meste af det i skelettet og tænderne . Calcium findes i knogler i form af hydroxyapatit [ 13 ] . De fleste grupper af hvirvelløse dyrs "skeletter" (svampe, koralpolypper, bløddyr osv.) består af forskellige former for calciumcarbonat (kalk). Calciumioner er involveret i blodkoagulationsprocesser og fungerer også som en af de universelle sekundære budbringere inde i celler og regulerer en række intracellulære processer - muskelsammentrækning , eksocytose , herunder udskillelsen af hormoner og neurotransmittere . Koncentrationen af calcium i cytoplasmaet i humane celler er omkring 10-4 mmol /l , i intercellulære væsker omkring 2,5 mmol/l .
Behovet for calcium afhænger af alder. For voksne i alderen 19-50 år og børn i alderen 4-8 år inklusive er det daglige behov (RDA) 1000 mg [14] og for børn i alderen 9 til 18 år inklusive 1300 mg per dag [14] . I ungdomsårene er tilstrækkeligt calciumindtag meget vigtigt på grund af skelettets intensive vækst. Ifølge undersøgelser i USA opfylder kun 11 % af pigerne og 31 % af drengene i alderen 12-19 deres behov [15] . I en afbalanceret kost kommer det meste af calcium (ca. 80%) ind i barnets krop med mælkeprodukter . Det resterende calcium kommer fra korn (inklusive fuldkornsbrød og boghvede), bælgfrugter, appelsiner , greens , nødder. Calciumabsorption i tarmen sker på to måder: gennem tarmcellerne (transcellulært) og intercellulært (paracellulært). Den første mekanisme er medieret af virkningen af den aktive form af vitamin D ( calcitriol ) og dets tarmreceptorer. Det spiller en stor rolle ved lavt til moderat calciumindtag. Med et højere calciumindhold i kosten begynder intercellulær absorption at spille hovedrollen, hvilket er forbundet med en stor calciumkoncentrationsgradient. På grund af den transcellulære mekanisme optages calcium i højere grad i duodenum (på grund af den højeste koncentration af receptorer i calcitriol der). På grund af intercellulær passiv overførsel er calciumabsorptionen mest aktiv i alle tre sektioner af tyndtarmen. Calciumabsorption fremmes paracellulært af laktose (mælkesukker).
Calciumabsorption hæmmes af nogle animalske fedtstoffer [16] (inklusive komælksfedt og oksetalg, men ikke svinefedt ) og palmeolie . De palmitin- og stearin- fedtsyrer, der er indeholdt i sådanne fedtstoffer , spaltes under fordøjelsen i tarmene og binder i den frie form calcium fast og danner calciumpalmitat og calciumstearat (uopløselige sæber ) [17] . I form af denne sæbe med stol tabes både calcium og fedt. Denne mekanisme er ansvarlig for reduceret calciumabsorption [18] [19] [20] , nedsat knoglemineralisering [21] og reducerede indirekte mål for knoglestyrke [22] [23] hos spædbørn med palmeolie (palmeolein) baseret modermælkserstatning . Hos disse børn er dannelsen af calciumsæber i tarmene forbundet med hærdning af afføringen [24] [25] , et fald i dens hyppighed [24] samt hyppigere opstød [26] og kolik [23] .
Koncentrationen af calcium i blodet er på grund af dens betydning for en lang række vitale processer præcist reguleret, og med korrekt ernæring og tilstrækkeligt indtag af fedtfattige mejeriprodukter og D-vitamin opstår der ikke mangel. Langvarig mangel på calcium og/eller D-vitamin i kosten fører til en øget risiko for osteoporose og forårsager rakitis i spædbarnsalderen .
For store doser af calcium og D-vitamin kan forårsage hypercalcæmi . Den maksimale sikre dosis for voksne i alderen 19 til og med 50 år er 2500 mg dagligt [27] (ca. 340 g Edammerost [ 28] ).
Calciumindholdet i produkter bestemmes ud fra den gennemsnitlige portion for hver type fødevare. Ud over selve calciumindholdet er dets biotilgængelighed også vigtig . Generelt indeholder animalske fødevarer mere calcium end vegetabilske fødevarer. Den største mængde calcium findes i mejeriprodukter (men kun 27-30 % af calcium absorberes fra dem), fisk på dåse (på grund af spiselige ben), nødder og frø (biotilgængeligheden af calcium er i gennemsnit 20 % ), bælgfrugter ( bønner ). , kikærter , linser , mungbønner ). , ærter , sojabønner , edamame , som også indeholder stoffer, der hæmmer optagelsen af calcium, og for at øge dets biotilgængelighed, er det bedre at opvarme dem), nogle grøntsager ( brøndkarse , bok choy , salat , broccoli ), nogle frugter og bær [29] :
Produkt | Standard portion | Calciumindhold, mg | Andel af det daglige calciumindtag, % |
---|---|---|---|
fedtfattig yoghurt uden tilsætningsstoffer | 227 g (8 vægt oz ) | 415 | 32 |
appelsinjuice beriget med calcium | 200 ml (1 kop) | 349 | 27 |
fedtfattig frugtyoghurt | 227 g | 344 | 27 |
mozzarella ost | 42,5 g (1,5 oz) | 333 | 26 |
udbenede sardiner på dåse | 85 g (3 oz) | 325 | 25 |
skummetmælk og sojamælk | 200 ml | 299 | 23 |
sojamælk beriget med calcium | 200 ml | 299 | 23 |
sødmælk 3,25 % fedt | 200 ml | 276 | 21 |
hård tofu kogt i calciumsulfatopløsning | 100 ml | 253 | 19 |
lyserød dåse laks med ben | 85 g | 181 | fjorten |
hytteost med et fedtindhold på 1 % | 200 ml | 138 | elleve |
blød tofu kogt i calciumsulfatopløsning | 100 ml | 138 | elleve |
kogte sojabønner | 100 ml | 131 | ti |
kogt spinat | 100 ml | 123 | 9 |
blød frossen yoghurt (vanilje) | 100 ml | 103 | otte |
kogt frisk grøn majroe | 100 ml | 99 | otte |
frisk kål efter tilberedning | 200 ml | 94 | 7 |
Chia frø | 1 spiseskefuld | 76 | 6 |
frisk kinakål bok choy (hakket) | 100 ml | 74 | 6 |
dåsebønner (ingen væske) | 100 ml | 54 | fire |
majstortilla med en diameter på 15 cm | 46 | fire | |
fedtfattig creme fraiche | 2 spsk | 31 | 2 |
fuldkornsbrød | 1 skive | tredive | 2 |
hakket rå kål | 200 ml | 24 | 2 |
rå broccoli | 100 ml | 21 | 2 |
gyldent æble | mellemstor frugt | ti | 0 |
Indholdet af calcium i mælk afhænger stærkt af dets fedtindhold - i fedtmælk er koncentrationen af calcium lavere [30] .
Ordbøger og encyklopædier |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Periodisk system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Elektrokemisk aktivitet serie af metaller | |
---|---|
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 , |