Характеристика кальцію. Властивості кальцію. Формула кальцію

Серед всіх елементів періодичної системи можна виділити кілька таких, без яких не просто розвиваються різні захворювання в живих організмів, а й взагалі неможливо нормально жити і рости. Один з таких - кальцій.

Цікаво, що коли мова йде про цей метал, як просте речовині, то ніякої користі для людини він не має, навіть шкоду. Проте варто тільки згадати про іони Са²⁺, як відразу виникає маса пунктів, характеризують їх важливе значення.

Положення кальцію в періодичній системі

Характеристика кальцію, як і будь-якого іншого елемента, починається з вказівки його місця положення в періодичній системі. Адже вона дає можливість багато чого довідатися про даний атомі:

• заряд ядра;
• кількість електронів і протонів, нейтронів;
• ступінь окислення, вищу і нижчу;
• електронну конфігурацію та інші важливі речі.

Розглянутий нами елемент розташовується в четвертому великому періоді другої групи, головній підгрупі і має порядковий номер 20. Також хімічна таблиця Менделєєва показує атомна вага кальцію - 40,08, що є усередненим значенням існуючих ізотопів даного атома.

Ступінь окислювання одна, завжди постійна, дорівнює +2. Формула вищого оксиду СаО. Латинська назва елемента calcium, звідси символ атома Са.

Характеристика кальцію як простого речовини

При звичайних умовах даний елемент являє собою метал, сріблясто-білого кольору. Формула кальцію як простого речовини - Са. Внаслідок високої хімічної активності, здатний утворювати безліч сполук, що відносяться до різних класів.

У твердому агрегатному стані до складу організму людини не входить, тому представляє значення для промислових і технічних потреб (в основному хімічні синтези).

Є одним з найпоширеніших за часткою в земній корі металів, близько 1,5%. Відноситься до групи лужноземельних, оскільки при розчиненні у воді дає лугу, але в природі зустрічається у вигляді множинних мінералів і солей. Дуже багато кальцію (400 мг / л) включено до складу морської води.

Кристалічна решітка

Характеристика кальцію пояснюється будовою кристалічної решітки, яка у нього може бути двох типів (так як існує альфа і бета форма):

• кубічна гранецентріческая;
• об`емноцентріческая.

Тип зв`язку в молекулі - металева, у вузлах решітки, як і у всіх металів - атом-іони.

Знаходження в природі

Існує кілька основних речовин у природі, які містять даний елемент.

1. Морська вода.
2. Гірські породи та мінерали.
3. Живі організми (раковини і панцирі, кісткові тканини і так далі).
4. Підземні води в земній корі.

Можна позначити наступні види гірських порід і мінералів, які є природними джерелами кальцію.

1. Доломіт - суміш карбонату кальцію і магнію.
2. Флюорит - фторид кальцію.
3. Гіпс - CaSO₄ middot- 2H₂O.
4. Кальцит - крейда, вапняк, мармур - карбонат кальцію.
5. Алебастр - CaSO₄middot-0.5H₂O.
6. Апатити.

Всього виділяють близько 350 різних мінералів і гірських порід, які містять кальцій.

Способи отримання

У вільному вигляді виділити метал довгий час не вдавалося, так як його хімічна активність висока, в природі в чистому вигляді не зустрінеш. Тому аж до XIX століття (1808) розглянутий елемент був ще однією загадкою, яку несла таблиця Менделєєва.

Кальцій як метал зумів синтезувати англійський хімік Гемфрі Деві. Саме він першим виявив особливості взаємодії розплавів твердих мінералів і солей з електричним струмом. На сьогоднішній день досі найактуальнішим способом отримання даного металу є електроліз його солей, таких як:

• суміш хлоридів кальцію і калію;
• суміш фториду і хлориду кальцію.

Також можна витягти кальцій з його оксиду за допомогою поширеного в металургії методу алюминотермии.

Фізичні властивості

Характеристика кальцію за фізичними параметрами може бути описана кількома пунктами.

1. Агрегатний стан - при звичайних умовах тверде.
2. Температура плавлення - 842 ⁰С.
3. Метал м`який, може різатися ножем.
4. Колір - сріблясто-білий, блискучий.
5. Володіє хорошими провідниковими та теплопровідні властивості.
6. При тривалому нагріванні переходить у рідкий, потім пароподібний стан, втрачаючи металеві властивості. Температура кипіння +1484 ⁰С.

Фізичні властивості кальцію мають одну особливість. Коли на метал чиниться тиск, то він в якийсь момент часу втрачає свої металеві властивості і здатність до електропровідності. Однак при подальшому збільшенні впливу знову відновлюється і проявляє себе як надпровідник, у декілька разів перевищує за даними показниками інші елементи.

Хімічні властивості

Активність даного металу дуже висока. Тому існує безліч взаємодій, в які вступає кальцій. Реакції з усіма неметалами для нього - звичайна справа, адже як відновник він дуже сильний.

1. При нормальних умовах легко реагує з утворенням відповідних бінарних сполук з: галогенами, киснем.
2. При нагріванні: водень, азот, вуглець, кремній, фосфор, бор, сірка та інші.
3. На відкритому повітрі відразу взаємодіє з вуглекислим газом і киснем, тому покривається сірим нальотом.
4. З кислотами реагує бурхливо, іноді з займанням.

Цікаві властивості кальцію виявляються, коли мова йде про нього у складі солей. Так, красиві печерні сталактити і сталагміти, виростають на стелі і стінах, це не що інше, як карбонат кальцію, утворився з часом з води, вуглекислого газу і гідрокарбонату під впливом процесів усередині підземних вод.

Враховуючи, наскільки метал активний в звичайному стані, зберігають його в лабораторіях, як і лужні. У темній скляному посуді, з щільно закритою кришкою і під шаром гасу або парафіну.

Якісна реакція на іон кальцію - це забарвлення полум`я в красивий, насичений цегляно-червоний колір. Також ідентифікувати метал у складі з`єднань можна по нерозчинним випадає опадів деяких його солей (карбонат кальцію, фторид, сульфат, фосфат, силікат, сульфіт).

З`єднання металу

Різновиди з`єднань металу наступні:

• оксид;
• гідроксид;
• солі кальцію (середні, кислі, основні, подвійні, комплексні).

Оксид кальцію відомий як негашене вапно. СаО використовується для створення будівельного матеріалу (вапна). Якщо загасити оксид водою, то вийде відповідний гідроксид, що виявляє властивості лугу.

Велике практичне значення мають саме різні солі кальцію, які використовуються в різних галузях господарства. Які саме існують солі, ми вже згадували вище. Наведемо приклади за типами цих сполук.

1. Середні солі - карбонат СаСО₃, фосфат Са₃(РО₄)₂ та інші.
2. Кислі - гідросульфат CaHSO₄.
3. Основні - гідрокарбонат (Саона)₃PO₄.
4. Комплексні - [Ca (NH₃)₈] Cl_2.
5. Подвійні - 5Ca (NO₃)₂* NH₄NO₃* 10H₂O.

Саме у формі з`єднань даного класу кальцій має значення для біологічних систем, так як джерелом іонів для організму є солі.

Біологічна роль

Чим же важливий кальцій для організму людини? Причин декілька.

1. Саме іони цього елемента входять до складу міжклітинної речовини і тканинної рідини, беручи участь у регуляції механізмів збудження, вироблення гормонів і нейромедіаторів.
2. Кальцій накопичується в кістках, зубної емалі в кількості близько 2,5% від загальної маси тіла. Це досить багато і відіграє важливу роль у зміцненні цих структур, збереженні їх міцності і стійкості. Зростання організму без цього неможливий.
3. Згортання крові також залежить від розглянутих іонів.
4. Входить до складу серцевого м`яза, беручи участь у її збудженні і скороченні.
5. Є учасником процесів екзоцитозу та інших внутрішньоклітинних змін.

Якщо кількість споживаного кальцію буде недостатньо, то можливий розвиток таких захворювань, як:

• рахіт;
• остеопороз;
• захворювання крові.

Добова норма для дорослої людини - 1000 мг, а для дітей від 9 років 1300 мг. Для того щоб не допустити надлишок цього елемента в організмі, слід не перевищувати зазначеної дози. В іншому випадку можуть розвинутися захворювання кишечника.

Для всіх інших живих істот кальцій не менш важливий. Наприклад, багато безхребетні тварини хоч і не мають скелета, проте зовнішні засоби зміцнення їх також є утвореннями цього металу. Серед них:

• молюски;
• мідії та устриці;
• губки;
• коралові поліпи.

Всі вони носять на своїй спині або в принципі формують у процесі життєдіяльності якийсь зовнішній скелет, що захищає їх від зовнішніх впливів і хижаків. Основна складова частина його - солі кальцію.

Хребетні тварини, як і людина, потребують розглянутих іонах для нормального росту і розвитку і отримують їх з їжею.

Кальцій містять препарати

Є багато варіантів, за допомогою яких можливе заповнити відсутню норму елемента в організмі. Найкраще, звичайно, природні методи - продукти, що містять потрібний атом. Однак якщо це з яких-небудь причин недостатньо або неможливо, медичний шлях також прийнятний.

Так, список продуктів, що містять кальцій, приблизно такий:

• молочні та кисломолочні вироби;
• риба;
• зелень;
• зернові культури (гречка, рис, випічка з цільнозерновий борошна);
• деякі цитрусові (апельсини, мандарини);
• бобові;
• всі горіхи (особливо, мигдаль і волоські).

Якщо ж на якісь продукти алергія або не можна вживати їх з іншої причини, то заповнити рівень потрібного елементу в організмі допоможуть кальцій містять препарати.

Всі вони являють собою солі цього металу, що володіють здатністю легко засвоюватися організмом, швидко всмоктуючись у кров і кишечник. Серед них найпопулярнішими і використовуваними є наступні.

1. Хлорид кальцію - розчин для ін`єкцій або для прийому всередину дорослим і дітям. Відрізняється концентрацією солі у складі, використовується для "гарячих уколів", оскільки викликає саме таке відчуття при вкаливанія. Є форми з фруктовим соком для полегшення прийому всередину.
2. Глюконат кальцію. Випускається як таблетками (0,25 або 0,5 г), так і розчинами для внутрішньовенних ін`єкцій. Часто у вигляді таблеток містить різні фруктові добавки.
3. Лактат кальцію - випускається в таблетках по 0,5 р