temperatura topnienia wapnia. Wapń (pierwiastek chemiczny)

Strona główna / Wykłady I rok / Chemia ogólna i organiczna / Pytanie 23. Wapń / 2. Właściwości fizyczne i chemiczne

właściwości fizyczne. Wapń to srebrzystobiały, ciągliwy metal, który topi się w temperaturze 850°C. C i wrze w temperaturze 1482 stopni. C. Jest znacznie twardszy niż metale alkaliczne.

Właściwości chemiczne. Wapń jest aktywnym metalem. Tak więc w normalnych warunkach łatwo wchodzi w interakcję z tlenem atmosferycznym i halogenami:

2 Ca + O2 \u003d 2 CaO (tlenek wapnia);

Ca + Br2 = CaBr2 (bromek wapnia).

Z wodorem, azotem, siarką, fosforem, węglem i innymi niemetalami wapń reaguje po podgrzaniu:

Ca + H2 = CaH2 (wodorek wapnia);

3 Ca + N2 = Ca3N2 (azotek wapnia);

Ca + S = CaS (siarczek wapnia);

3 Ca + 2 P = Ca3P2 (fosforek wapnia);

Ca + 2 C \u003d CaC2 (węglik wapnia).

Wapń oddziałuje powoli z zimną wodą i bardzo energicznie z gorącą wodą:

Ca + 2 H2O \u003d Ca (OH) 2 + H2.

Wapń może zabierać tlen lub halogeny z tlenków i halogenków mniej aktywnych metali, czyli ma właściwości redukujące:

5 Ca + Nb2O5 = CaO + 2 Nb;

• 1. Bycie na łonie natury
• 3. Pokwitowanie
• 4. Zastosowanie

www.medkurs.ru

wapń | przewodnik Pesticides.ru

Dla wielu osób wiedza o wapniu ogranicza się do tego, że pierwiastek ten jest niezbędny dla zdrowych kości i zębów. Gdzie jeszcze jest zawarta, dlaczego jest potrzebna i jak konieczna, nie każdy ma pomysł. Jednak wapń występuje w wielu znanych nam związkach, zarówno naturalnych, jak i wytworzonych przez człowieka. Kreda i wapno, stalaktyty i stalagmity w jaskiniach, starożytne skamieliny i cement, gips i alabaster, produkty mleczne i leki przeciw osteoporozie - wszystko to i wiele więcej jest bogate w wapń.

Ten pierwiastek został po raz pierwszy uzyskany przez G. Davy'ego w 1808 roku i początkowo nie był używany zbyt aktywnie. Niemniej jednak obecnie ten metal jest piątym na świecie pod względem produkcji, a zapotrzebowanie na niego rośnie z roku na rok. Głównym obszarem zastosowania wapnia jest produkcja materiałów i mieszanek budowlanych. Jest jednak niezbędny do budowy nie tylko domów, ale także żywych komórek. W organizmie człowieka wapń jest częścią szkieletu, umożliwia skurcze mięśni, zapewnia krzepliwość krwi, reguluje aktywność wielu enzymów trawiennych i pełni inne, dość liczne funkcje. Nie mniej ważne jest to dla innych żywych obiektów: zwierząt, roślin, grzybów, a nawet bakterii. Jednocześnie zapotrzebowanie na wapń jest dość duże, co pozwala zaliczyć go do makroskładników.

Wapń (wapń), Ca jest pierwiastkiem chemicznym głównej podgrupy grupy II układu okresowego Mendelejewa. Liczba atomowa - 20. Masa atomowa - 40,08.

Wapń jest metalem ziem alkalicznych. W stanie wolnym plastyczny, raczej twardy, biały. Gęstość odnosi się do metali lekkich.

• Gęstość - 1,54 g/cm3,
• Temperatura topnienia - +842°C,
• Temperatura wrzenia - +1495 ° C.

Wapń ma wyraźne właściwości metaliczne. We wszystkich związkach stopień utlenienia wynosi +2.

W powietrzu pokrywa się warstwą tlenku, po podgrzaniu pali się czerwonawym, jasnym płomieniem. Reaguje powoli z zimną wodą i szybko wypiera wodór z gorącej wody i tworzy wodorotlenek. W reakcji z wodorem tworzy wodorki. W temperaturze pokojowej reaguje z azotem, tworząc azotki. Łatwo łączy się również z halogenami i siarką, po podgrzaniu przywraca tlenki metali.

Wapń jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków w przyrodzie. W skorupie ziemskiej jego zawartość wynosi 3% wagowych. Występuje w postaci złóż kredy, wapienia, marmuru (naturalna odmiana węglanu wapnia CaCO3). W dużych ilościach występują złoża gipsu (CaSO4 x 2h3O), fosforytu (Ca3 (PO4) 2 i różnych krzemianów zawierających wapń.

Woda

. Sole wapnia są prawie zawsze obecne w wodzie naturalnej. Spośród nich tylko gips jest w nim słabo rozpuszczalny. Przy zawartości dwutlenku węgla w wodzie węglan wapnia przechodzi do roztworu w postaci wodorowęglanu Ca(HCO3)2.

Twarda woda

. Naturalna woda z dużą ilością soli wapnia lub magnezu nazywana jest twardą.

miękka woda

. Przy niskiej zawartości tych soli lub ich braku woda nazywana jest miękką.

Gleby

. Z reguły gleby są odpowiednio zaopatrywane w wapń. A ponieważ wapń zawarty jest w większej masie w części wegetatywnej roślin, jego usuwanie wraz z plonem jest znikome.

Straty wapnia z gleby występują w wyniku jego wypłukiwania przez opady atmosferyczne. Proces ten zależy od składu granulometrycznego gleb, opadów atmosferycznych, gatunków roślin, form i dawek wapna oraz nawozów mineralnych. W zależności od tych czynników straty wapnia z warstwy ornej wynoszą od kilkudziesięciu do 200–400 kg/ha lub więcej.

Zawartość wapnia w różnych typach gleb

Gleby bielicowe zawierają 0,73% (w suchej masie gleby) wapnia.

Szary las - 0,90% wapnia.

Czarnoziemy - 1,44% wapnia.

Serozemy - 6,04% wapnia.

W roślinie wapń występuje w postaci fosforanów, siarczanów, węglanów, w postaci soli pektyn i kwasów szczawiowych. Prawie 65% wapnia w roślinach można wyekstrahować wodą. Resztę traktuje się słabym kwasem octowym i chlorowodorowym. Większość wapnia znajduje się w starzejących się komórkach.

Objawy niedoboru wapnia według:
kultura	objawy niedoboru
Objawy ogólne	Wybielanie pąka wierzchołkowego; Wybielanie młodych liści; Końce liści są wygięte; Krawędzie liści zwijają się;
Ziemniak	Górne liście słabo kwitną; Punkt wzrostu łodygi umiera; Na krawędziach liści jest jasny pasek, później ciemnieje; Krawędzie liści są skręcone;
Biała kapusta i kalafior	Na liściach młodych roślin chlorotyczne plamki (marmurkowatość) lub białe paski wzdłuż krawędzi; U starszych roślin liście zwijają się i pojawiają się na nich oparzenia; Punkt wzrostu umiera
	Końcowe płaty liści obumierają Kwiaty opadają; Na wierzchołku owocu pojawia się ciemna plama, która zwiększa się wraz ze wzrostem owocu (zgnilizna wierzchołka pomidora)
	Pąki wierzchołkowe obumierają; Krawędzie młodych liści są zawijane, podarte, a następnie obumierają; Górne części pędów obumierają; Uszkodzenie końcówek korzeni; W miąższu owocu - brązowe plamy (gorzkie wżery); Smak owoców pogarsza się; Zmniejszona zbywalność owoców

Funkcje wapnia

Oddziaływanie tego pierwiastka na rośliny jest wielostronne iz reguły pozytywne. Wapń:

• Poprawia metabolizm;
• Odgrywa ważną rolę w ruchu węglowodanów;
• Wpływa na metamorfozy substancji azotowych;
• Przyspiesza zużycie białek rezerwowych nasion podczas kiełkowania;
• Odgrywa rolę w procesie fotosyntezy;
• silny antagonista innych kationów, zapobiega ich nadmiernemu wnikaniu do tkanek roślinnych;
• Wpływa na właściwości fizykochemiczne protoplazmy (lepkość, przepuszczalność itp.), a co za tym idzie na prawidłowy przebieg procesów biochemicznych w roślinie;
• Związki wapnia z pektyną sklejają ze sobą ściany poszczególnych komórek;
• Wpływa na aktywność enzymów.

Należy zauważyć, że wpływ związków wapnia (wapna) na aktywność enzymów wyraża się nie tylko w działaniu bezpośrednim, ale także poprzez poprawę właściwości fizykochemicznych gleby i jej reżimu żywieniowego. Ponadto wapnowanie gleby znacząco wpływa na procesy biosyntezy witamin.

Brak (niedobór) wapnia w roślinach

Brak wapnia wpływa przede wszystkim na rozwój systemu korzeniowego. Tworzenie się włośników zatrzymuje się na korzeniach. Zewnętrzne komórki korzenia są zniszczone.

Objaw ten objawia się zarówno brakiem wapnia, jak i brakiem równowagi w pożywce, to znaczy przewagą w niej jednowartościowych kationów sodu, potasu i wodoru.

Ponadto obecność azotu azotanowego w roztworze glebowym zwiększa przepływ wapnia do tkanek roślin, a amoniak go zmniejsza.

Oznaki niedoboru wapnia można spodziewać się, gdy zawartość wapnia jest mniejsza niż 20% pojemności wymiany kationowej gleby.

Objawy. Wizualnie niedobór wapnia stwierdza się za pomocą następujących objawów:

• U korzeni roślin obserwuje się uszkodzone brązowe końcówki;
• Punkt wzrostu jest zdeformowany i obumiera;
• Kwiaty, jajniki i pąki opadają;
• Owoce są uszkodzone przez martwicę;
• Liście są chlorotyczne;
• Pączek wierzchołkowy umiera, a wzrost łodygi zatrzymuje się.

Kapusta, lucerna, koniczyna są bardzo wrażliwe na obecność wapnia. Ustalono, że te same rośliny charakteryzują się również zwiększoną wrażliwością na zakwaszenie gleby.

Zatrucie wapniem mineralnym powoduje chlorozę międzyżyłkową z białawymi nekrotycznymi plamami. Mogą być kolorowe lub mieć koncentryczne pierścienie wypełnione wodą. Niektóre rośliny reagują na nadmiar wapnia poprzez wyrastanie rozet liściowych, zamieranie pędów i opadanie liści. Objawy są podobne w wyglądzie do braku żelaza i magnezu.

Źródłem uzupełniania wapnia w glebie są nawozy wapniowe. Są one podzielone na trzy grupy:

• Twarde skały wapienne;
• Miękkie skały wapienne;
• Odpady przemysłowe o dużej zawartości wapna.

Twarde skały wapienne ze względu na zawartość CaO i MgO dzielą się na:

• wapienie (55–56% CaO i do 0,9% MgO);
• wapienie dolomitowe (42–55% CaO i do 9% MgO);
• dolomity (32–30% CaO i 18–20% MgO).

wapienie

- podstawowe nawozy wapniowe. Zawierają 75–100% tlenków Ca i Mg w przeliczeniu na CaCO3.

Dolomityzowany wapień

. Zawiera 79-100% składnika aktywnego (s.a.) w przeliczeniu na CaCO3. Polecany jest w płodozmianach z ziemniakami, roślinami strączkowymi, lnem, roślinami okopowymi, a także na glebach silnie bielicowanych.

Margiel

. Zawiera do 25-15% CaCO3 oraz zanieczyszczenia w postaci gliny z piaskiem do 20-40%. Działa powoli. Polecany do stosowania na glebach lekkich.

Kreda

. Zawiera 90–100% CaCO3. Działanie jest szybsze niż wapienia. Jest cennym nawozem wapniowym w postaci drobno zmielonej.

wapno palone

(CaO). Zawartość CaCO3 wynosi ponad 70%. Charakteryzuje się silnym i szybko działającym środkiem wapnującym.

Wapno gaszone

(Ca(OH)2). Zawartość CaCO3 wynosi 35% lub więcej. To także silny i szybko działający nawóz wapniowy.

Mąka dolomitowa

. Zawartość CaCO3 i MgCO3 wynosi około 100%. Działa wolniej niż tufy wapienne. Zwykle stosowany tam, gdzie wymagany jest magnez.

tufy wapienne

. Zawartość CaCO3 wynosi 15–96%, zanieczyszczenia to do 25% glina i piasek, 0,1% P2O5. Działanie jest szybsze niż wapienia.

Błoto defekacyjne (wypróżnianie)

. Składa się z CaCO3 i Ca(OH)2. Zawartość wapna na CaO wynosi do 40%. Obecny jest również azot - 0,5% i P2O5 - 1-2%. To odpady z fabryk buraków cukrowych. Polecany jest do stosowania nie tylko w celu zmniejszenia zakwaszenia gleby, ale także w rejonach uprawy buraków na glebach czarnoziemów.

Cyklony pyłu łupkowego

. Suchy sproszkowany materiał. Zawartość substancji czynnej wynosi 60-70%. Odnosi się do odpadów przemysłowych.

Pył z pieców i cementowni

. Zawartość CaCO3 musi przekraczać 60%. W praktyce stosowany jest w gospodarstwach położonych w bezpośrednim sąsiedztwie cementowni.

Żużel metalurgiczny

. Używany w regionach Uralu i Syberii. Niehigroskopijny, łatwy do natrysku. Musi zawierać co najmniej 80% CaCO3, mieć wilgotność nie większą niż 2%. Ważny jest skład granulometryczny: 70% - mniej niż 0,25 mm, 90% - mniej niż 0,5 mm.

nawozy organiczne. Zawartość Ca w przeliczeniu na CaCO3 wynosi 0,32–0,40%.

Mąka fosforanowa. Zawartość wapnia wynosi 22% CaCO3.

Nawozy wapniowe służą nie tylko do zaopatrzenia gleby i roślin w wapń. Głównym celem ich stosowania jest wapnowanie gleby. Jest to metoda chemicznej regeneracji. Ma na celu zneutralizowanie nadmiernej kwasowości gleby, poprawę jej właściwości agrofizycznych, agrochemicznych i biologicznych, zaopatrzenie roślin w magnez i wapń, mobilizację i immobilizację makro i mikroelementów, stworzenie optymalnych warunków wodno-fizycznych, fizycznych i powietrznych do życia uprawianych roślin.

Efektywność wapnowania gleby

Równocześnie z zaspokojeniem zapotrzebowania roślin na wapń jako składnik pożywienia mineralnego, wapnowanie prowadzi do wielu pozytywnych zmian w glebach.

Wpływ wapnowania na właściwości niektórych gleb

Wapń sprzyja koagulacji koloidów glebowych i zapobiega ich wypłukiwaniu. Prowadzi to do łatwiejszej uprawy gleby i lepszego napowietrzenia.

W wyniku wapnowania:

• piaszczyste gleby próchnicze zwiększają swoją zdolność wchłaniania wody;
• na ciężkich glebach gliniastych tworzą się agregaty glebowe i grudki poprawiające przepuszczalność wody.

W szczególności kwasy organiczne są neutralizowane, a jony H są wypierane z kompleksu absorbującego. Prowadzi to do eliminacji wymiany i zmniejszenia kwasowości hydrolitycznej gleby. Jednocześnie następuje poprawa składu kationowego glebochłonnego kompleksu, co następuje w wyniku zamiany jonów wodoru i glinu na kationy wapnia i magnezu. Zwiększa to stopień nasycenia gleb zasadami i zwiększa ich pojemność.

Wpływ wapnowania na zaopatrzenie roślin w azot

Po wapnowaniu pozytywne właściwości agrochemiczne gleby i jej struktura mogą być zachowane przez kilka lat. Przyczynia się to do stworzenia sprzyjających warunków dla wzmocnienia korzystnych procesów mikrobiologicznych w celu mobilizacji składników pokarmowych. Zwiększa się aktywność amonifikatorów, nitryfikatorów, bakterii wiążących azot, które swobodnie żyją w glebie.

Wapnowanie pomaga w zwiększeniu namnażania się bakterii brodawkowych i poprawia zaopatrzenie rośliny żywicielskiej w azot. Stwierdzono, że nawozy bakteryjne tracą skuteczność na glebach kwaśnych.

Wpływ wapnowania na zaopatrzenie roślin w pierwiastki popiołu

Wapnowanie przyczynia się do zaopatrzenia roślin w pierwiastki popiołu, ponieważ zwiększa się aktywność bakterii rozkładających organiczne związki fosforu w glebie oraz sprzyjających przemianie fosforanów żelaza i glinu w dostępne dla roślin sole fosforanu wapnia. Wapnowanie gleb kwaśnych wzmaga procesy mikrobiologiczne i biochemiczne, co z kolei zwiększa ilość azotanów oraz przyswajalnych form fosforu i potasu.

Wpływ wapnowania na formy i dostępność makroelementów i pierwiastków śladowych

Wapnowanie zwiększa ilość wapnia, a przy użyciu mąki dolomitowej - magnezu. Jednocześnie toksyczne formy manganu i glinu stają się nierozpuszczalne i przechodzą w postać wytrąconą. Spada dostępność pierwiastków takich jak żelazo, miedź, cynk, mangan. Azot, siarka, potas, wapń, magnez, fosfor i molibden stają się coraz bardziej dostępne.

Wpływ wapnowania na działanie nawozów fizjologicznie kwaśnych

Wapnowanie zwiększa skuteczność fizjologicznie kwaśnych nawozów mineralnych, zwłaszcza amoniaku i potażu.

Pozytywne działanie nawozów fizjologicznie kwaśnych zanika bez wapna, az czasem może zmienić się w negatywne. Tak więc na stanowiskach nawożonych plony są jeszcze mniejsze niż na stanowiskach nienawożonych. Połączenie wapnowania z użyciem nawozów zwiększa ich skuteczność o 25-50%.

Wapnowanie uruchamia procesy enzymatyczne w glebie, które pośrednio decydują o jej żyzności.

Opracował: Grigorovskaya P.I.

Dodano stronę: 05.12.13 00:40

Ostatnia aktualizacja: 22.05.14 16:25

Źródła literackie:

Glinka N.L. Chemia ogólna. Podręcznik dla uniwersytetów. Wydawca: L: Chemia, 1985, s. 731

Mineev V.G. Agrochemia: Podręcznik - wydanie 2, poprawione i uzupełnione - M .: Wydawnictwo MGU, Wydawnictwo KolosS, 2004. - 720 s., L. chory: chory. – (Klasyczny podręcznik uniwersytecki).

Petrov B.A., Seliverstov N.F. Odżywianie mineralne roślin. Podręcznik dla studentów i ogrodników. Jekaterynburg, 1998. 79 s.

Encyklopedia dla dzieci. Tom 17. Chemia. / Głowa. wyd. VA Wołodin. - M.: Avanta +, 2000. - 640 s., il.

Yagodin BA, Żukow Yu.P., Kobzarenko VI. Agrochemia / pod redakcją B.A. Yagodina - M.: Kolos, 2002. - 584 s.: Muł (Podręczniki i pomoce dydaktyczne dla studentów szkół wyższych).

Obrazy (zremasterowane):

20 Ca Calcium, na licencji CC BY

Niedobór wapnia w pszenicy, firma CIMMYT, na licencji CC BY-NC-SA

www.pesticidy.ru

Wapń i jego rola dla ludzkości - Chemia

Wapń i jego rola dla ludzkości

Wstęp

Będąc w naturze

Paragon

Właściwości fizyczne

Właściwości chemiczne

Zastosowanie związków wapnia

Rola biologiczna

Wniosek

Bibliografia

Wstęp

Wapń jest pierwiastkiem głównej podgrupy drugiej grupy, czwartego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych D. I. Mendelejewa, o liczbie atomowej 20. Jest oznaczony symbolem Ca (łac. wapń). Prosta substancja wapń (numer CAS: 7440-70-2) jest miękkim, reaktywnym, srebrzystobiałym metalem ziem alkalicznych.

Pomimo wszechobecności pierwiastka #20, nawet chemicy nie widzieli pierwiastkowego wapnia. Ale ten metal, zarówno zewnętrznie, jak iw zachowaniu, jest zupełnie inny niż metale alkaliczne, z którymi kontakt jest obarczony niebezpieczeństwem pożaru i oparzeń. Można go bezpiecznie przechowywać w powietrzu, nie zapala się od wody. Właściwości mechaniczne pierwiastkowego wapnia nie czynią go „czarną owcą” w rodzinie metali: wapń przewyższa wiele z nich pod względem wytrzymałości i twardości; można go obracać na tokarce, wciągać w drut, kuć, prasować.

A jednak pierwiastkowy wapń prawie nigdy nie jest używany jako materiał konstrukcyjny. Jest na to zbyt aktywny. Wapń łatwo reaguje z tlenem, siarką, halogenami. Nawet z azotem i wodorem w pewnych warunkach reaguje. Środowisko tlenków węgla, obojętne dla większości metali, jest agresywne dla wapnia. Spala się w atmosferze CO i CO2.

Historia i pochodzenie nazwy

Nazwa pierwiastka pochodzi od łac. calx (w dopełniaczu calcis) — „wapno”, „miękki kamień”. Zaproponował go angielski chemik Humphrey Davy, który w 1808 roku wyizolował metaliczny wapń metodą elektrolityczną. Davy poddał elektrolizie mieszaninę mokrego wapna gaszonego z tlenkiem rtęci HgO na platynowej płytce, która była anodą. Za katodę służył platynowy drut zanurzony w płynnej rtęci. W wyniku elektrolizy otrzymano amalgamat wapnia. Po wypędzeniu z niego rtęci Davy otrzymał metal zwany wapniem.

Związki wapnia – wapień, marmur, gips (a także wapno – produkt spalania wapienia) były stosowane w budownictwie już kilka tysięcy lat temu. Do końca XVIII wieku chemicy uważali wapno za proste ciało. W 1789 r. A. Lavoisier zasugerował, że wapno, magnezja, baryt, tlenek glinu i krzemionka są substancjami złożonymi.

Będąc w naturze

Ze względu na wysoką aktywność chemiczną wapnia w postaci wolnej nie występuje w przyrodzie.

Wapń stanowi 3,38% masy skorupy ziemskiej (5. miejsce pod względem obfitości po tlenie, krzemie, glinie i żelazie).

izotopy. Wapń występuje w przyrodzie w postaci mieszaniny sześciu izotopów: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca i 48Ca, wśród których najczęściej spotykany – 40Ca – stanowi 96,97%.

Spośród sześciu naturalnie występujących izotopów wapnia pięć jest stabilnych. Szósty izotop 48Ca, najcięższy z sześciu i bardzo rzadki (jego obfitość izotopów wynosi tylko 0,187%), niedawno odkryto, że ulega podwójnemu rozpadowi beta z okresem półtrwania 5,3 × 1019 lat.

w skałach i minerałach. Najwięcej wapnia jest zawarte w składzie krzemianów i glinokrzemianów różnych skał (granity, gnejsy itp.), zwłaszcza w skaleniu - anortycie Ca.

W postaci skał osadowych związki wapnia reprezentowane są przez kredę i wapienie, składające się głównie z minerału kalcytu (CaCO3). Krystaliczna forma kalcytu, marmur, jest znacznie mniej powszechna w przyrodzie.

Minerały wapniowe, takie jak kalcyt CaCO3, anhydryt CaSO4, alabaster CaSO4 0,5h3O i gips CaSO4 2h3O, fluoryt CaF2, apatyty Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), dolomit MgCO3 CaCO3 są dość rozpowszechnione. Obecność soli wapnia i magnezu w wodzie naturalnej decyduje o jej twardości.

Wapń, który energicznie migruje w skorupie ziemskiej i gromadzi się w różnych systemach geochemicznych, tworzy 385 minerałów (czwarte miejsce pod względem liczby minerałów).

Migracja w skorupie ziemskiej. W naturalnej migracji wapnia istotną rolę odgrywa „równowaga węglanowa”, związana z odwracalną reakcją oddziaływania węglanu wapnia z wodą i dwutlenkiem węgla z utworzeniem rozpuszczalnego wodorowęglanu:

CaCO3 + h3O + CO2 - Ca (HCO3) 2 - Ca2+ + 2HCO3-

(równowaga przesuwa się w lewo lub w prawo w zależności od stężenia dwutlenku węgla).

migracja biogeniczna. W biosferze związki wapnia znajdują się w prawie wszystkich tkankach zwierzęcych i roślinnych (patrz także poniżej). Znaczna ilość wapnia jest częścią organizmów żywych. Tak więc hydroksyapatyt Ca5 (PO4) 3OH lub inaczej 3Ca3 (PO4) 2 Ca (OH) 2 jest podstawą tkanki kostnej kręgowców, w tym ludzi; skorupy i skorupy wielu bezkręgowców, skorupy jaj itp. składają się z węglanu wapnia CaCO3.W żywych tkankach ludzi i zwierząt 1,4-2% Ca (w ułamku masowym); w organizmie człowieka o wadze 70 kg zawartość wapnia wynosi około 1,7 kg (głównie w składzie substancji międzykomórkowej tkanki kostnej).

Paragon

Wolny wapń metaliczny otrzymuje się przez elektrolizę stopu składającego się z CaCl2 (75-80%) i KCl lub z CaCl2 i CaF2, a także przez redukcję aluminotermiczną CaO w temperaturze 1170-1200 °C:

4CaO + 2Al = CaAl2O4 + 3Ca.

Właściwości fizyczne

Wapń metaliczny występuje w dwóch modyfikacjach alotropowych. Do 443 ° C, stabilna a-Ca z sześcienną siatką centrowaną na twarzy (parametr a = 0,558 nm), powyżej stabilna a-Ca z siatką centrowaną na ciele typu a-Fe (parametr a = 0,448 nm) . Standardowa entalpia?H0 przejście? > ? wynosi 0,93 kJ/mol.

Właściwości chemiczne

Wapń jest typowym metalem ziem alkalicznych. Aktywność chemiczna wapnia jest wysoka, ale niższa niż wszystkich innych metali ziem alkalicznych. Łatwo reaguje z tlenem, dwutlenkiem węgla i wilgocią w powietrzu, przez co powierzchnia wapna metalicznego jest zwykle matowo szara, dlatego wapń jest zwykle przechowywany w laboratorium, podobnie jak inne metale ziem alkalicznych, w szczelnie zamkniętym słoiku pod warstwą nafty lub płynnej parafiny.

W szeregu potencjałów standardowych wapń znajduje się na lewo od wodoru. Standardowy potencjał elektrody pary Ca2+/Ca0 wynosi ~2,84 V, więc wapń aktywnie reaguje z wodą, ale bez zapłonu:

Ca + 2H2O \u003d Ca (OH) 2 + H2 ^ + Q.

Z aktywnymi niemetalami (tlenem, chlorem, bromem) wapń reaguje w normalnych warunkach:

2Ca + O2 = 2CaO, Ca + Br2 = CaBr2.

Po podgrzaniu w powietrzu lub tlenie wapń zapala się. Z mniej aktywnymi niemetalami (wodór, bor, węgiel, krzem, azot, fosfor i inne) wapń oddziałuje po podgrzaniu, na przykład:

Ca + H2 = CaH2, Ca + 6B = CaB6,

3Ca + N2 = Ca3N2, Ca + 2C = CaC2,

3Ca + 2P = Ca3P2 (

fosforek wapnia), znane są również fosforki wapnia o składzie CaP i CaP5;

2Ca + Si = Ca2Si

(krzemek wapnia), znane są również krzemki wapnia o składzie CaSi, Ca3Si4 i CaSi2.

Przebiegowi powyższych reakcji z reguły towarzyszy wydzielanie dużej ilości ciepła (czyli reakcje te są egzotermiczne). We wszystkich związkach z niemetalami stopień utlenienia wapnia wynosi +2. Większość związków wapnia z niemetalami jest łatwo rozkładana przez wodę, na przykład:

CaH2 + 2H2O \u003d Ca (OH) 2 + 2H2 ^,

Ca3N2 + 3H2O = 3Ca(OH)2 + 2Nh4^.

Jon Ca2+ jest bezbarwny. Po dodaniu rozpuszczalnych soli wapnia do płomienia płomień zmienia kolor na ceglasty.

Sole wapnia, takie jak chlorek CaCl2, bromek CaBr2, jodek CaI2 i azotan Ca(NO3)2 są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Fluorek CaF2, węglan CaCO3, siarczan CaSO4, ortofosforan Ca3(PO4)2, szczawian CaC2O4 i niektóre inne są nierozpuszczalne w wodzie.

Ogromne znaczenie ma fakt, że w przeciwieństwie do węglanu wapnia CaCO3, kwaśny węglan wapnia (wodorowęglan) Ca(HCO3)2 jest rozpuszczalny w wodzie. W naturze prowadzi to do następujących procesów. Kiedy zimny deszcz lub woda rzeczna, nasycona dwutlenkiem węgla, przedostanie się pod ziemię i spadnie na wapienie, obserwuje się ich rozpuszczanie:

CaCO3 + CO2 + H2O \u003d Ca (HCO3) 2.

W tych samych miejscach, w których woda nasycona wodorowęglanem wapnia wychodzi na powierzchnię ziemi i jest podgrzewana przez promienie słoneczne, zachodzi reakcja odwrotna:

Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2^ + H2O.

Tak więc w przyrodzie następuje przenoszenie dużych mas substancji. W rezultacie pod ziemią mogą tworzyć się ogromne szczeliny, aw jaskiniach tworzą się piękne kamienne „sople” - stalaktyty i stalagmity.

Obecność rozpuszczonego wodorowęglanu wapnia w wodzie w dużej mierze decyduje o twardości przejściowej wody. Nazywa się to tymczasowym, ponieważ podczas gotowania wody wodorowęglan rozkłada się i wytrąca się CaCO3. Zjawisko to prowadzi na przykład do tego, że z czasem w czajniku tworzy się kamień.

Zastosowania metalicznego wapnia

Głównym zastosowaniem metalicznego wapnia jest jako środek redukujący w produkcji metali, zwłaszcza niklu, miedzi i stali nierdzewnej. Wapń i jego wodorki są również wykorzystywane do otrzymywania metali trudnych do odzyskania, takich jak chrom, tor i uran. Stopy wapnia z ołowiem są stosowane w akumulatorach i stopach łożyskowych. Granulki wapnia służą również do usuwania śladów powietrza z urządzeń elektropróżniowych.

Metalotermia

Czysty metaliczny wapń jest szeroko stosowany w metalotermii do otrzymywania metali rzadkich.

Stopowanie

Czysty wapń jest używany do stopu ołowiu, który jest używany do produkcji płyt akumulatorowych, bezobsługowych akumulatorów rozruchowych ołowiowo-kwasowych o niskim samorozładowaniu. Również wapń metaliczny wykorzystywany jest do produkcji wysokiej jakości babbitów wapniowych BKA.

Fuzja nuklearna

Izotop 48Ca jest najbardziej efektywnym i szeroko stosowanym materiałem do produkcji superciężkich pierwiastków i odkrywania nowych pierwiastków w układzie okresowym. Na przykład w przypadku wykorzystania jonów 48Ca do produkcji superciężkich pierwiastków w akceleratorach jądra tych pierwiastków powstają setki i tysiące razy wydajniej niż przy użyciu innych „pocisków” (jonów).

Zastosowanie związków wapnia

wodorek wapnia. Ogrzewając wapń w atmosferze wodoru otrzymuje się Cah3 (wodorek wapnia), który jest wykorzystywany w metalurgii (metalotermia) oraz do produkcji wodoru w terenie.

Materiały optyczne i laserowe Fluorek wapnia (fluoryt) jest stosowany w postaci monokryształów w optyce (obiektywy astronomiczne, soczewki, pryzmaty) oraz jako materiał laserowy. Wolframian wapnia (szelit) w postaci monokryształów znajduje zastosowanie w technice laserowej, a także jako scyntylator.

węglik wapnia. Węglik wapnia CaC2 jest szeroko stosowany do otrzymywania acetylenu i redukcji metali, a także do produkcji cyjanamidu wapnia (poprzez ogrzewanie węglika wapnia w azocie do 1200°C reakcja jest egzotermiczna, prowadzona w piecach cyjanamidowych).

Źródła prądu chemicznego. Wapń, a także jego stopy z aluminium i magnezem, są stosowane w rezerwowych termicznych bateriach elektrycznych jako anoda (na przykład pierwiastek chromianowo-wapniowy). Chromian wapnia jest stosowany w takich bateriach jak katoda. Cechą takich akumulatorów jest niezwykle długi okres trwałości (dziesiątki lat) w stanie zdatnym do użytku, możliwość pracy w każdych warunkach (przestrzeń, wysokie ciśnienia), duża energia właściwa wagowa i objętościowa. Wadą jest krótki czas trwania. Takie baterie są używane tam, gdzie konieczne jest wytworzenie kolosalnej energii elektrycznej na krótki czas (pociski balistyczne, niektóre statki kosmiczne itp.).

Materiały ogniotrwałe. Tlenek wapnia, zarówno w postaci wolnej, jak i jako składnik mieszanek ceramicznych, wykorzystywany jest do produkcji materiałów ogniotrwałych.

Leki. Związki wapnia są szeroko stosowane jako leki przeciwhistaminowe.

Chlorek wapnia

Glukonian wapnia

glicerofosforan wapnia

Ponadto związki wapnia są wprowadzane do preparatów do profilaktyki osteoporozy, do kompleksów witaminowych dla kobiet w ciąży i osób starszych.

Rola biologiczna

Wapń jest powszechnym makroskładnikiem odżywczym w roślinach, zwierzętach i ludziach. U ludzi i innych kręgowców większość znajduje się w szkielecie i zębach w postaci fosforanów. Szkielety większości grup bezkręgowców (gąbki, polipy koralowców, mięczaki itp.) składają się z różnych form węglanu wapnia (wapna). Jony wapnia biorą udział w procesach krzepnięcia krwi, a także w utrzymaniu stałego ciśnienia osmotycznego krwi. Jony wapnia służą również jako jeden z uniwersalnych wtórnych przekaźników i regulują różnorodne procesy wewnątrzkomórkowe - skurcze mięśni, egzocytozę, w tym wydzielanie hormonów i neuroprzekaźników itp. Stężenie wapnia w cytoplazmie komórek ludzkich wynosi ok. 10-7 mol, w płynach międzykomórkowych około 10 ~ 3 mol.

Zapotrzebowanie na wapń zależy od wieku. Dla dorosłych wymagana dzienna porcja do spożycia wynosi od 800 do 1000 miligramów (mg), a dla dzieci od 600 do 900 mg, co jest bardzo ważne dla dzieci ze względu na intensywny wzrost kośćca. Większość wapnia, który dostaje się do organizmu człowieka wraz z pożywieniem, znajduje się w produktach mlecznych, pozostała część wapnia znajduje się w mięsie, rybach i niektórych pokarmach roślinnych (szczególnie bogate są rośliny strączkowe). Wchłanianie zachodzi zarówno w jelicie grubym, jak i cienkim, a sprzyja mu kwaśne środowisko, witamina D i C, laktoza i nienasycone kwasy tłuszczowe. Nie bez znaczenia jest również rola magnezu w metabolizmie wapnia, przy jego niedoborze wapń jest „wymywany” z kości i odkładany w nerkach (kamienie nerkowe) i mięśniach.

Przyswajaniu wapnia zapobiega aspiryna, kwas szczawiowy, pochodne estrogenu. Łącząc się z kwasem szczawiowym, wapń daje nierozpuszczalne w wodzie związki będące składnikami kamieni nerkowych.

Ze względu na dużą liczbę procesów związanych z wapniem zawartość wapnia we krwi jest precyzyjnie regulowana, a przy prawidłowym odżywianiu niedobory nie występują. Długotrwała nieobecność w diecie może powodować skurcze, bóle stawów, senność, wady wzrostu i zaparcia. Głębszy niedobór prowadzi do trwałych skurczów mięśni i osteoporozy. Nadużywanie kawy i alkoholu może być przyczyną niedoboru wapnia, ponieważ jego część jest wydalana z moczem.

Nadmierne dawki wapnia i witaminy D mogą powodować hiperkalcemię, a następnie intensywne zwapnienie kości i tkanek (dotyczy to głównie układu moczowego). Długotrwały nadmiar zaburza funkcjonowanie tkanki mięśniowej i nerwowej, zwiększa krzepliwość krwi i zmniejsza wchłanianie cynku przez komórki kostne. Maksymalna dzienna bezpieczna dawka dla osoby dorosłej wynosi od 1500 do 1800 miligramów.

Produkty Wapń, mg/100 g

Sezam 783

Pokrzywa 713

Las ślazowy 505

Babka duża 412

Galinsoga 372

Sardynki w oleju 330

Bluszcz Budra 289

Dzika róża dla psa 257

Migdał 252

Babka lancetowata. 248

Orzech laskowy 226

Nasiona amarantusa 214

Rukiew wodna 214

Ziarna soi suszone 201

Dzieci poniżej 3 lat - 600 mg.

Dzieci w wieku od 4 do 10 lat - 800 mg.

Dzieci w wieku od 10 do 13 lat - 1000 mg.

Młodzież w wieku od 13 do 16 lat - 1200 mg.

Młodzież 16 lat i starsza - 1000 mg.

Dorośli od 25 do 50 lat - 800 do 1200 mg.

Kobiety w ciąży i karmiące piersią - 1500 do 2000 mg.

Wniosek

Wapń jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków na ziemi. Występuje go w przyrodzie bardzo dużo: pasma górskie i skały ilaste powstają z soli wapnia, występuje w wodach morskich i rzecznych, wchodzi w skład organizmów roślinnych i zwierzęcych.

Wapń stale otacza mieszkańców miasta: prawie wszystkie główne materiały budowlane - beton, szkło, cegła, cement, wapno - zawierają ten pierwiastek w znacznych ilościach.

Naturalnie, mając takie właściwości chemiczne, wapnia nie można znaleźć w naturze w stanie wolnym. Ale związki wapnia - zarówno naturalne, jak i sztuczne - stały się najważniejsze.

Bibliografia

1. Redakcja: Knunyants I. L. (redaktor naczelny) Chemical Encyclopedia: w 5 tomach - Moskwa: Soviet Encyclopedia, 1990. - T. 2. - S. 293. - 671 s.

2. Doronin. NA Kaltsy, Goshimizdat, 1962. 191 stron z ilustracjami.

3. Dotsenko VA. - Żywienie lecznicze i zapobiegawcze. - Q. żywienie, 2001 - N1-s.21-25

4. Bilezikian J. P. Metabolizm wapnia i kości // W: K. L. Becker, wyd.

www.e-ng.ru

świat nauki

Wapń jest pierwiastkiem metalowym głównej podgrupy II grupy 4 okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych. Należy do rodziny metali ziem alkalicznych. Zewnętrzny poziom energetyczny atomu wapnia zawiera 2 sparowane s-elektrony

Które jest w stanie podać energetycznie podczas interakcji chemicznych. Tak więc wapń jest środkiem redukującym iw swoich związkach ma stopień utlenienia + 2. W naturze wapń występuje tylko w postaci soli. Udział masowy wapnia w skorupie ziemskiej wynosi 3,6%. Głównym naturalnym minerałem wapnia jest kalcyt CaCO3 i jego odmiany - wapień, kreda, marmur. Istnieją również organizmy żywe (na przykład koralowce), których szkielet składa się głównie z węglanu wapnia. Ważnymi minerałami wapnia są również dolomit CaCO3 MgCO3, fluoryt CaF2, gips CaSO4 · 2h3O, apatyt, skaleń itp. Wapń odgrywa ważną rolę w życiu organizmów żywych. Udział masowy wapnia w organizmie człowieka wynosi 1,4-2%. Wchodzi w skład zębów, kości, innych tkanek i narządów, bierze udział w procesie krzepnięcia krwi, stymuluje czynność serca. Aby zapewnić organizmowi wystarczającą ilość wapnia, konieczne jest spożywanie mleka i produktów mlecznych, zielonych warzyw, ryb.Prosta substancja wapń jest typowym srebrno-białym metalem. Jest dość twardy, plastyczny, ma gęstość 1,54 g/cm3 i temperaturę topnienia 842? C. Chemicznie wapń jest bardzo aktywny. W normalnych warunkach łatwo wchodzi w interakcje z tlenem i wilgocią w powietrzu, dlatego przechowuje się go w hermetycznie zamkniętych naczyniach. Po podgrzaniu w powietrzu wapń zapala się i tworzy tlenek: 2Ca + O2 = 2CaO Wapń reaguje z chlorem i bromem po podgrzaniu, a z fluorem nawet na zimno. Produktami tych reakcji są odpowiednie halogenki, na przykład: Ca + Cl2 = CaCl2 Podczas ogrzewania wapnia z siarką powstaje siarczek wapnia: Ca + S = CaS Wapń może również reagować z innymi niemetalami Interakcja z wodą prowadzi do powstania słabo rozpuszczalnego wodorotlenku wapnia i wydzielania gazowego wodoru: Ca + 2h3O = Ca (OH) 2 + h3 Wapń metaliczny jest szeroko stosowany. Jest stosowany jako rozkisnik w produkcji stali i stopów, jako środek redukujący do produkcji niektórych metali ogniotrwałych.

Wapń otrzymuje się przez elektrolizę stopionego chlorku wapnia. Tak więc wapń został po raz pierwszy uzyskany w 1808 roku przez Humphry'ego Davy'ego.

worldofscience.ru

Historia wapnia

Wapń został odkryty w 1808 roku przez Humphry'ego Davy'ego, który poprzez elektrolizę wapna gaszonego i tlenku rtęci otrzymał amalgamat wapnia, w wyniku procesu destylacji rtęci, z której pozostał metal, który otrzymał nazwę wapń. po łacinie Limonka brzmi jak popiół, to właśnie tę nazwę wybrał angielski chemik dla substancji otwartej.

Wapń jest pierwiastkiem głównej podgrupy II grupy IV okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejew ma liczbę atomową 20 i masę atomową 40,08. Przyjętym oznaczeniem jest Ca (z łac. – wapń).

Fizyczne i chemiczne właściwości

Wapń jest reaktywnym, miękkim, srebrzystobiałym metalem alkalicznym. Ze względu na interakcję z tlenem i dwutlenkiem węgla powierzchnia metalu matowieje, dlatego wapń wymaga specjalnego reżimu przechowywania - szczelnie zamkniętego pojemnika, w którym metal jest wlewany warstwą ciekłej parafiny lub nafty.

Wapń jest najbardziej znanym pierwiastkiem śladowym niezbędnym człowiekowi, dzienne zapotrzebowanie na niego dla zdrowej osoby dorosłej wynosi od 700 do 1500 mg, ale zwiększa się w czasie ciąży i laktacji, należy to wziąć pod uwagę i wapń powinien być przyjmowane w postaci leków.

Będąc w naturze

Wapń ma bardzo wysoką aktywność chemiczną, dlatego w postaci wolnej (czystej) nie występuje w przyrodzie. Mimo to jest piątym co do częstości występowania w skorupie ziemskiej, w postaci związków występuje w osadach (wapienie, kreda) i skałach (granit), skaleń anorytowy zawiera dużo wapnia.

Jest szeroko rozpowszechniony w organizmach żywych, występuje w organizmach roślinnych, zwierzęcych i ludzkich, gdzie występuje głównie w składzie zębów i tkanki kostnej.

Wchłanianie wapnia

Przeszkodą w prawidłowym wchłanianiu wapnia z pożywienia jest spożywanie węglowodanów w postaci słodyczy i alkaliów, które neutralizują kwas solny w żołądku, niezbędny do rozpuszczenia wapnia. Proces wchłaniania wapnia jest dość skomplikowany, dlatego czasami nie wystarczy dostarczać go tylko z pożywieniem, konieczne jest dodatkowe spożycie tego mikroelementu.

Interakcja z innymi

Aby poprawić wchłanianie wapnia w jelitach, jest to konieczne, co zwykle ułatwia proces wchłaniania wapnia. Przyjmowanie wapnia (w postaci suplementów) w trakcie jedzenia powoduje zablokowanie wchłaniania, jednak przyjmowanie suplementów wapnia oddzielnie od pożywienia nie wpływa w żaden sposób na ten proces.

Prawie cały wapń w organizmie (od 1 do 1,5 kg) znajduje się w kościach i zębach. Wapń bierze udział w procesach pobudliwości tkanki nerwowej, kurczliwości mięśni, procesach krzepnięcia krwi, wchodzi w skład jądra i błon komórkowych, płynów komórkowych i tkankowych, działa przeciwalergicznie i przeciwzapalnie, zapobiega kwasicy, aktywuje szereg enzymy i hormony. Wapń bierze również udział w regulacji przepuszczalności błon komórkowych i działa odwrotnie.

Oznaki niedoboru wapnia

Oznaki braku wapnia w organizmie to na pierwszy rzut oka niepowiązane objawy:

• nerwowość, pogorszenie nastroju;
• kardiopalmus;
• drgawki, drętwienie kończyn;
• opóźnienie wzrostu i dzieci;
• wysokie ciśnienie krwi;
• rozwarstwienie i łamliwość paznokci;
• ból stawów, obniżenie „progu bólu”;
• obfite miesiączki.

Przyczyny niedoboru wapnia

Przyczyną niedoboru wapnia może być niezbilansowana dieta (zwłaszcza głodówka), niska zawartość wapnia w pożywieniu, palenie tytoniu i uzależnienie od kawy i napojów zawierających kofeinę, dysbakterioza, choroby nerek, tarczycy, ciąża, okresy laktacji i menopauza.

Nadmiar wapnia, który może wystąpić przy nadmiernym spożyciu produktów mlecznych lub niekontrolowanym przyjmowaniu leków, charakteryzuje się silnym pragnieniem, nudnościami, wymiotami, utratą apetytu, osłabieniem i zwiększonym oddawaniem moczu.

Wykorzystanie wapnia w życiu

Wapń znalazł zastosowanie w metalotermicznej produkcji uranu, w postaci naturalnych związków jest wykorzystywany jako surowiec do produkcji gipsu i cementu, jako środek do dezynfekcji (wszyscy wiedzą wybielacz).

Wapń jest pierwiastkiem głównej podgrupy drugiej grupy, czwartego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych, o liczbie atomowej 20. Oznaczany jest symbolem Ca (łac. wapń). Prosta substancja wapń (numer CAS: 7440-70-2) jest miękkim, reaktywnym, srebrzystobiałym metalem ziem alkalicznych.

Historia i pochodzenie nazwy

Nazwa pierwiastka pochodzi od łac. calx (w przypadku dopełniacza calcis) - „wapno”, „miękki kamień”. Zaproponował go angielski chemik Humphrey Davy, który w 1808 roku wyizolował metaliczny wapń metodą elektrolityczną. Davy poddał elektrolizie mieszaninę mokrego wapna gaszonego z tlenkiem rtęci HgO na platynowej płytce, która była anodą. Za katodę służył platynowy drut zanurzony w płynnej rtęci. W wyniku elektrolizy otrzymano amalgamat wapnia. Po wypędzeniu z niego rtęci Davy otrzymał metal zwany wapniem.
Związki wapnia – wapień, marmur, gips (a także wapno – produkt spalania wapienia) były stosowane w budownictwie już kilka tysięcy lat temu. Do końca XVIII wieku chemicy uważali wapno za proste ciało. W 1789 r. A. Lavoisier zasugerował, że wapno, magnezja, baryt, tlenek glinu i krzemionka są substancjami złożonymi.

Paragon

Wolny metaliczny wapń otrzymuje się przez elektrolizę stopu składającego się z CaCl 2 (75-80%) i KCl lub z CaCl 2 i CaF 2, a także aluminotermiczną redukcję CaO w temperaturze 1170-1200 ° C:
4CaO + 2Al → CaAl2O4 + 3Ca.

Właściwości fizyczne

Wapń metaliczny występuje w dwóch modyfikacjach alotropowych. Do 443 ° C α-Ca z sześcienną siatką centrowaną na ścianie jest stabilna (parametr a = 0,558 nm), powyżej β-Ca jest stabilna z sześcienną siatką centrowaną na ciele typu α-Fe (parametr a = 0,448 nm). Standardowa entalpia ΔH 0 przejścia α → β wynosi 0,93 kJ/mol.
Wraz ze stopniowym wzrostem ciśnienia zaczyna wykazywać właściwości półprzewodnika, ale nie staje się półprzewodnikiem w pełnym tego słowa znaczeniu (nie jest już też metalem). Przy dalszym wzroście ciśnienia powraca do stanu metalicznego i zaczyna wykazywać właściwości nadprzewodzące (temperatura nadprzewodnictwa jest sześciokrotnie wyższa niż rtęci i znacznie przewyższa wszystkie inne pierwiastki przewodnictwem). Unikalne zachowanie wapnia jest pod wieloma względami podobne do strontu (tj. Zachowane są podobieństwa w układzie okresowym).

Właściwości chemiczne

Wapń jest typowym metalem ziem alkalicznych. Aktywność chemiczna wapnia jest wysoka, ale niższa niż wszystkich innych metali ziem alkalicznych. Łatwo reaguje z tlenem, dwutlenkiem węgla i wilgocią w powietrzu, przez co powierzchnia wapna metalicznego jest zwykle matowo szara, dlatego wapń jest zwykle przechowywany w laboratorium, podobnie jak inne metale ziem alkalicznych, w szczelnie zamkniętym słoiku pod warstwą nafty lub płynnej parafiny.

Wapń

WAPŃ-I; M.[od łac. calx (calcis) - wapno] Pierwiastek chemiczny (Ca), srebrzystobiały metal będący częścią wapienia, marmuru itp.

◁ wapń, th, th. sole K.

wapń

(łac. wapń), pierwiastek chemiczny II grupy układu okresowego, należy do metali ziem alkalicznych. Nazwa z łac. calx, dopełniacz calcis - wapno. Srebrno-biały metal, gęstość 1,54 g/cm3, T pl 842ºC. W normalnych temperaturach łatwo utlenia się w powietrzu. Pod względem rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej zajmuje 5 miejsce (minerały kalcyt, gips, fluoryt itp.). Jako aktywny środek redukujący służy do otrzymywania U, Th, V, Cr, Zn, Be i innych metali z ich związków, do odtleniania stali, brązów itp. Wchodzi w skład materiałów przeciwciernych. Związki wapnia znajdują zastosowanie w budownictwie (wapiennictwo, cement), preparaty wapnia – w medycynie.

WAPŃ

CALCIUM (łac. Calcium), Ca (czytaj „wapń”), pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 20, znajduje się w czwartym okresie w grupie IIA układu okresowego pierwiastków Mendelejewa; masa atomowa 40,08. Należy do liczby pierwiastków ziem alkalicznych (cm. METALE ZIEM ALKALICZNYCH).
Naturalny wapń składa się z mieszaniny nuklidów (cm. NUKLID) o liczbach masowych 40 (w mieszaninie masowo 96,94%), 44 (2,09%), 42 (0,667%), 48 (0,187%), 43 (0,135%) i 46 (0,003%). Konfiguracja zewnętrznej warstwy elektronowej 4 S 2 . W prawie wszystkich związkach stopień utlenienia wapnia wynosi +2 (wartościowość II).
Promień obojętnego atomu wapnia wynosi 0,1974 nm, promień jonu Ca 2+ wynosi od 0,114 nm (dla liczby koordynacyjnej 6) do 0,148 nm (dla liczby koordynacyjnej 12). Energie kolejnych jonizacji obojętnego atomu wapnia wynoszą odpowiednio 6,133, 11,872, 50,91, 67,27 i 84,5 eV. W skali Paulinga elektroujemność wapnia wynosi około 1,0. W wolnej postaci wapń jest srebrzystobiałym metalem.
Historia odkrycia
Związki wapnia występują wszędzie w przyrodzie, więc ludzkość zna je od czasów starożytnych. Wapno jest stosowane w budownictwie od dawna. (cm. LIMONKA)(wapno palone i gaszone), przez długi czas uważane za substancję prostą, „ziemię”. Jednak w 1808 roku angielski naukowiec G. Davy (cm. DEVI Humphrey) udało się uzyskać nowy metal z wapna. W tym celu Davy poddał elektrolizie mieszaninę lekko zwilżonego wapna gaszonego tlenkiem rtęci i wyizolował nowy metal z amalgamatu utworzonego na katodzie rtęciowej, który nazwał wapniem (z łac. calx, rodzaj case calcis - wapno). W Rosji przez pewien czas ten metal nazywano „wapieniem”.
Będąc w naturze
Wapń jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków na ziemi. Stanowi 3,38% masy skorupy ziemskiej (5. miejsce pod względem liczebności po tlenie, krzemie, glinie i żelazie). Ze względu na wysoką aktywność chemiczną wapnia w postaci wolnej nie występuje w przyrodzie. Większość wapnia znajduje się w krzemianach. (cm. KRZEMIANY) i glinokrzemiany (cm. ALUMOkrzemiany) różne skały (granity (cm. GRANIT), gnejsy (cm. GNEJS) i tak dalej.). W postaci skał osadowych związki wapnia reprezentowane są przez kredę i wapienie, składające się głównie z minerału kalcytu. (cm. kalcyt)(CaCO3). Krystaliczna postać kalcytu – marmur – występuje w przyrodzie znacznie rzadziej.
Minerały wapnia, takie jak wapień, są dość rozpowszechnione. (cm. WAPIEŃ)СaCO 3 , anhydryt (cm. ANHYDRYT) CaSO 4 i gips (cm. GIPS) CaSO4 2H 2O, fluoryt (cm. FLUORYT) CaF2, apatyt (cm. APATYT) Ca 5 (PO 4) 3 (F, Cl, OH), dolomit (cm. DOLOMIT) MgCO 3 CaCO 3. Obecność soli wapnia i magnezu w wodzie naturalnej decyduje o jej twardości. (cm. TWARDOŚĆ WODY). Znaczna ilość wapnia jest częścią organizmów żywych. A więc hydroksyloapatyt Ca 5 (PO 4) 3 (OH), lub w innym wpisie 3Ca 3 (PO 4) 2 Ca (OH) 2 - podstawa tkanki kostnej kręgowców, w tym człowieka; muszle i muszle wielu bezkręgowców, skorupki jaj itp. zbudowane są z węglanu wapnia CaCO 3.
Paragon
Wapń metaliczny otrzymuje się przez elektrolizę stopu składającego się z CaCl 2 (75-80%) i KCl lub z CaCl 2 i CaF 2, a także aluminotermiczną redukcję CaO w temperaturze 1170-1200 ° C:
4CaO + 2Al = CaAl2O4 + 3Ca.
Fizyczne i chemiczne właściwości
Wapń metaliczny występuje w dwóch modyfikacjach alotropowych (patrz Allotropy (cm. ALOTROPIA)). Do 443 ° C a-Ca z sześcienną siatką centrowaną na twarzy jest stabilna (parametr a = 0,558 nm), wyższa b-Ca jest stabilna z sześcienną siatką centrowaną na ciele typu a-Fe (parametr a = 0,448 nm). Temperatura topnienia wapnia wynosi 839 ° C, temperatura wrzenia wynosi 1484 ° C, gęstość wynosi 1,55 g / cm 3.
Aktywność chemiczna wapnia jest wysoka, ale niższa niż wszystkich innych metali ziem alkalicznych. Łatwo reaguje z tlenem, dwutlenkiem węgla i wilgocią w powietrzu, przez co powierzchnia wapna metalicznego jest zwykle matowo szara, dlatego w laboratorium wapń jest zwykle przechowywany, podobnie jak inne metale ziem alkalicznych, w szczelnie zamkniętym słoiku pod warstwą nafty.
W szeregu potencjałów standardowych wapń znajduje się na lewo od wodoru. Standardowy potencjał elektrody pary Ca 2+ /Ca 0 wynosi -2,84 V, więc wapń aktywnie reaguje z wodą:
Ca + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + H 2.
Z aktywnymi niemetalami (tlenem, chlorem, bromem) wapń reaguje w normalnych warunkach:
2Ca + O 2 \u003d 2CaO; Ca + Br 2 \u003d CaBr 2.
Po podgrzaniu w powietrzu lub tlenie wapń zapala się. Z mniej aktywnymi niemetalami (wodór, bor, węgiel, krzem, azot, fosfor i inne) wapń oddziałuje po podgrzaniu, na przykład:
Ca + H 2 \u003d CaH 2 (wodorek wapnia),
Ca + 6B = CaB 6 (borek wapnia),
3Ca + N 2 = Ca 3 N 2 (azotek wapnia)
Ca + 2C \u003d CaC 2 (węglik wapnia)
3Ca + 2P = Ca 3 P 2 (fosforek wapnia), znane są również fosforki wapnia o składzie CaP i CaP 5;
2Ca + Si \u003d Ca 2 Si (krzemek wapnia), znane są również krzemki wapnia o składzie CaSi, Ca 3 Si 4 i CaSi 2.
Przebiegowi powyższych reakcji towarzyszy z reguły wydzielanie dużej ilości ciepła (tzn. reakcje te są egzotermiczne). We wszystkich związkach z niemetalami stopień utlenienia wapnia wynosi +2. Większość związków wapnia z niemetalami jest łatwo rozkładana przez wodę, na przykład:
CaH 2 + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + 2H 2,
Ca3N2 + 3H2O \u003d 3Ca (OH)2 + 2NH3.
Tlenek wapnia jest zazwyczaj zasadowy. W laboratorium i technologii otrzymuje się go przez termiczny rozkład węglanów:
CaCO 3 \u003d CaO + CO 2.
Techniczny tlenek wapnia CaO nazywany jest wapnem palonym.
Reaguje z wodą, tworząc Ca (OH) 2 i uwalniając dużą ilość ciepła:
CaO + H2O \u003d Ca (OH) 2.
Otrzymany w ten sposób Ca (OH) 2 jest zwykle nazywany wapnem gaszonym lub mlekiem wapiennym (cm. MLEKO LIMONKOWE) ze względu na fakt, że rozpuszczalność wodorotlenku wapnia w wodzie jest niska (0,02 mol/lw temperaturze 20°C), a po dodaniu do wody tworzy się biała zawiesina.
Podczas interakcji z tlenkami kwasowymi CaO tworzy sole, na przykład:
CaO + CO2 \u003d CaCO3; CaO + SO 3 \u003d CaSO 4.
Jon Ca 2+ jest bezbarwny. Po dodaniu soli wapnia do płomienia płomień zmienia kolor na ceglastoczerwony.
Sole wapnia, takie jak chlorek CaCl 2, bromek CaBr 2, jodek CaI 2 i azotan Ca(NO 3) 2 są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Fluorek CaF 2, węglan CaCO 3, siarczan CaSO 4, średni ortofosforan Ca 3 (PO 4) 2, szczawian CaC 2 O 4 i niektóre inne są nierozpuszczalne w wodzie.
Istotny jest fakt, że w przeciwieństwie do przeciętnego węglanu wapnia CaCO 3, kwaśny węglan wapnia (wodorowęglan) Ca (HCO 3) 2 jest rozpuszczalny w wodzie. W naturze prowadzi to do następujących procesów. Kiedy zimny deszcz lub woda rzeczna, nasycona dwutlenkiem węgla, przedostanie się pod ziemię i spadnie na wapienie, obserwuje się ich rozpuszczanie:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d Ca (HCO 3) 2.
W tych samych miejscach, w których woda nasycona wodorowęglanem wapnia wychodzi na powierzchnię ziemi i jest podgrzewana przez promienie słoneczne, zachodzi reakcja odwrotna:
Ca (HCO3) 2 \u003d CaCO3 + CO2 + H2O.
Tak więc w przyrodzie następuje przenoszenie dużych mas substancji. W rezultacie pod ziemią mogą tworzyć się ogromne spadki (patrz Kras (cm. Kras (zjawisko naturalne))), aw jaskiniach tworzą się piękne kamienne „sople” – stalaktyty (cm. STALAPTYTY (formacje mineralne)) i stalagmity (cm. stalagmity).
Obecność rozpuszczonego wodorowęglanu wapnia w wodzie w dużej mierze decyduje o twardości przejściowej wody. (cm. TWARDOŚĆ WODY). Nazywa się to tymczasowym, ponieważ po zagotowaniu wody wodorowęglan rozkłada się i wytrąca się CaCO3. Zjawisko to prowadzi na przykład do tego, że z czasem w czajniku tworzy się kamień.
Zastosowanie wapnia i jego związków
Metaliczny wapń jest używany do metalotermicznej produkcji uranu (cm. Uran (pierwiastek chemiczny)), tor (cm. TOR), tytan (cm. TYTAN (pierwiastek chemiczny)), cyrkon (cm. CYRKON), cez (cm. CEZ) i rubid (cm. RUBID).
Naturalne związki wapnia są szeroko stosowane w produkcji spoiw (cementu). (cm. CEMENT), gips (cm. GIPS), wapno itp.). Wiążące działanie wapna gaszonego polega na tym, że z czasem wodorotlenek wapnia reaguje z dwutlenkiem węgla w powietrzu. W wyniku zachodzącej reakcji powstają igiełkowate kryształy kalcytu CaCO3, które wrastają w pobliskie kamienie, cegły i inne materiały budowlane i niejako spajają je w jedną całość. Krystaliczny węglan wapnia - marmur - szlachetny materiał wykończeniowy. Do wybielania używa się kredy. Do produkcji surówki zużywa się duże ilości wapienia, ponieważ umożliwiają one przeniesienie ogniotrwałych zanieczyszczeń rudy żelaza (na przykład kwarcu SiO 2) do stosunkowo niskotopliwych żużli.
Wybielacz jest bardzo skuteczny jako środek dezynfekujący. (cm. PROSZEK WYBIELAJĄCY)- „chlor” Ca(OCl)Cl - mieszanina chlorku i podchlorynu wapnia (cm. PODCHLORYN WAPNIA) o dużej sile utleniającej.
Powszechnie stosowany jest również siarczan wapnia, występujący zarówno w postaci związku bezwodnego, jak i w postaci krystalicznych hydratów - tzw. siarczanu "półwodnego" - alabastru (cm. ALEVIZ FRYAZIN (Mediolan)) CaSO 4 · 0,5H 2 O i dwuwodny siarczan - gips CaSO 4 · 2H 2 O. Gips jest szeroko stosowany w budownictwie, rzeźbie, do produkcji sztukaterii i różnych wyrobów artystycznych. Gips jest również stosowany w medycynie do mocowania kości w przypadku złamań.
Chlorek wapnia CaCl 2 stosuje się wraz z solą kuchenną do zwalczania oblodzenia nawierzchni drogowych. Fluorek wapnia CaF 2 jest doskonałym materiałem optycznym.
wapń w organizmie
Wapń jest pierwiastkiem biogennym (cm. ELEMENTY BIOGENNE), stale obecny w tkankach roślin i zwierząt. Wapń, ważny składnik metabolizmu mineralnego zwierząt i ludzi oraz mineralnego odżywiania roślin, pełni szereg funkcji w organizmie. Zawiera apatyt (cm. APATYT), a także siarczan i węglan wapnia tworzy mineralny składnik tkanki kostnej. Ciało człowieka ważącego 70 kg zawiera około 1 kg wapnia. Wapń bierze udział w pracy kanałów jonowych (cm. KANAŁY JONOWE), przeprowadzanie transportu substancji przez błony biologiczne, w przekazywaniu impulsu nerwowego (cm. IMPULS NERWOWY), w procesie krzepnięcia krwi (cm. TĘŻENIE KRWI) i zapłodnienia. Kalcyferole regulują metabolizm wapnia w organizmie (cm. KALCYFEROLE)(witamina D). Brak lub nadmiar wapnia prowadzi do różnych chorób - krzywicy (cm. KRZYWICA), zwapnienie (cm. KALCYNOZA) itp. Dlatego pokarm dla ludzi powinien zawierać związki wapnia w odpowiednich ilościach (800-1500 mg wapnia dziennie). Zawartość wapnia jest wysoka w produktach mlecznych (takich jak twaróg, ser, mleko), niektórych warzywach i innych produktach spożywczych. Preparaty wapnia są szeroko stosowane w medycynie.

słownik encyklopedyczny. 2009 .

Synonimy:

Zobacz, czym jest „wapń” w innych słownikach:

- (Ca) żółty błyszczący i ciągliwy metal. Ciężar właściwy 1,6. Słownik słów obcych zawartych w języku rosyjskim. Pavlenkov F., 1907. CALCIUM (nowy łac. wapń, od łac. calx wapno). Metal w kolorze srebrnym. Słownik słów obcych, ... ... Słownik obcych słów języka rosyjskiego

WAPŃ- WAPŃ, Wapń, chem. pierwiastek, znak. Ca, błyszczący, srebrzystobiały metal o krystaliczności. pękanie, należące do grupy metali ziem alkalicznych. oud. waga 1,53; Na. V. 40.07; temperatura topnienia 808°. Sa jest jednym z bardzo ... ... Wielka encyklopedia medyczna

- (wapń), Ca, pierwiastek chemiczny II grupy układu okresowego, liczba atomowa 20, masa atomowa 40,08; odnosi się do metali ziem alkalicznych; temperatura topnienia 842shC. Zawarte w tkance kostnej kręgowców, muszlach mięczaków, skorupkach jaj. Wapń ... ... Współczesna encyklopedia

Metal jest srebrzystobiały, lepki, plastyczny, szybko utleniający się na powietrzu. Szybkość topnienia pa 800 810°. W naturze występuje w postaci różnych soli, które tworzą złoża kredy, wapienia, marmuru, fosforytów, apatytów, gipsu itp. Na żółto. dor…… Słownik techniczny kolei

- (łac. wapń) Ca, pierwiastek chemiczny II grupy układu okresowego, liczba atomowa 20, masa atomowa 40,078, należy do metali ziem alkalicznych. Nazwa pochodzi od łacińskiego calx, dopełniacz calcis wapno. Srebrzysty biały metal, ... ... Wielki słownik encyklopedyczny

Wapń jest pierwiastkiem głównej podgrupy drugiej grupy, czwartego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych D. I. Mendelejewa, o liczbie atomowej 20. Jest oznaczony symbolem Ca (łac. Wapń). Prosta substancja wapń jest miękkim, reaktywnym, srebrzystobiałym metalem ziem alkalicznych.

Wapń w środowisku

Występuje go w przyrodzie bardzo dużo: pasma górskie i skały ilaste powstają z soli wapnia, występuje w wodach morskich i rzecznych, wchodzi w skład organizmów roślinnych i zwierzęcych. Wapń stanowi 3,38% masy skorupy ziemskiej (5. miejsce pod względem obfitości po tlenie, krzemie, glinie i żelazie).

Izotopy wapnia

Wapń występuje w przyrodzie jako mieszanina sześciu izotopów: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca i 48 Ca, wśród których najczęściej spotykany – 40 Ca – stanowi 96,97%.

Spośród sześciu naturalnie występujących izotopów wapnia pięć jest stabilnych. Szósty izotop 48Ca, najcięższy z sześciu i bardzo rzadki (jego obfitość izotopów wynosi tylko 0,187%), niedawno odkryto, że ulega podwójnemu rozpadowi beta z okresem półtrwania 5,3 × 10 19 lat.

Zawartość wapnia w skałach i minerałach

Najwięcej wapnia jest zawarte w składzie krzemianów i glinokrzemianów różnych skał (granity, gnejsy itp.), zwłaszcza w skaleniu - anortycie Ca.

W postaci skał osadowych związki wapnia reprezentowane są przez kredę i wapienie, składające się głównie z minerału kalcytu (CaCO 3 ). Krystaliczna postać kalcytu – marmur – występuje w przyrodzie znacznie rzadziej.

Minerały wapniowe takie jak kalcyt CaCO 3 , anhydryt CaSO 4 , alabaster CaSO 4 0,5H 2 O i gips CaSO 4 2H 2 O, fluoryt CaF 2 , apatyty Ca 5 (PO 4) 3 (F, Cl, OH), dolomit MgCO 3 CaCO 3 . Obecność soli wapnia i magnezu w wodzie naturalnej decyduje o jej twardości.

Wapń, który energicznie migruje w skorupie ziemskiej i gromadzi się w różnych systemach geochemicznych, tworzy 385 minerałów (czwarte miejsce pod względem liczby minerałów).

Migracja wapnia w skorupie ziemskiej

W naturalnej migracji wapnia istotną rolę odgrywa „równowaga węglanowa”, związana z odwracalną reakcją oddziaływania węglanu wapnia z wodą i dwutlenkiem węgla z utworzeniem rozpuszczalnego wodorowęglanu:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ↔ Ca (HCO 3) 2 ↔ Ca 2+ + 2HCO 3 -

(równowaga przesuwa się w lewo lub w prawo w zależności od stężenia dwutlenku węgla).

Ważną rolę odgrywa migracja biogeniczna.

Zawartość wapnia w biosferze

Związki wapnia znajdują się w prawie wszystkich tkankach zwierzęcych i roślinnych (patrz także poniżej). Znaczna ilość wapnia jest częścią organizmów żywych. A więc hydroksyapatyt Ca 5 (PO 4) 3 OH, lub w innym wpisie 3Ca 3 (PO 4) 2 Ca (OH) 2 - podstawa tkanki kostnej kręgowców, w tym człowieka; muszle i muszle wielu bezkręgowców, skorupki jaj itp. są wykonane z węglanu wapnia CaCO 3. W żywych tkankach ludzi i zwierząt 1,4-2% Ca (w ułamku masowym); w organizmie człowieka o wadze 70 kg zawartość wapnia wynosi około 1,7 kg (głównie w składzie substancji międzykomórkowej tkanki kostnej).

Przyjmowanie wapnia

Wapń został po raz pierwszy uzyskany przez Davy'ego w 1808 roku przez elektrolizę. Ale, podobnie jak inne metale alkaliczne i metale ziem alkalicznych, pierwiastka nr 20 nie można uzyskać przez elektrolizę z roztworów wodnych. Wapń otrzymuje się przez elektrolizę jego stopionych soli.

Jest to złożony i energochłonny proces. Chlorek wapnia topi się w elektrolizerze z dodatkiem innych soli (są one potrzebne do obniżenia temperatury topnienia CaCl 2 ).

Stalowa katoda dotyka tylko powierzchni elektrolitu; uwolniony wapń przykleja się i zamarza na nim. W miarę uwalniania wapnia katoda jest stopniowo podnoszona i ostatecznie otrzymuje się „pręt” wapniowy o długości 50 ... 60 cm, który następnie jest usuwany, odbijany od stalowej katody i proces zaczyna się od nowa. Metodą dotykową uzyskuje się wapń silnie zanieczyszczony chlorkiem wapnia, żelazem, glinem i sodem. Jest oczyszczany przez przetapianie w atmosferze argonu.

Jeśli stalowa katoda zostanie zastąpiona katodą metalową zdolną do tworzenia stopu z wapniem, wówczas odpowiedni stop zostanie uzyskany podczas elektrolizy. W zależności od przeznaczenia może być stosowany jako stop lub czysty wapń można otrzymać przez destylację w próżni. W ten sposób uzyskuje się stopy wapnia z cynkiem, ołowiem i miedzią.

Inna metoda otrzymywania wapnia - metalotermiczna - została teoretycznie potwierdzona już w 1865 roku przez słynnego rosyjskiego chemika N.N. Beketow. Wapń jest redukowany za pomocą aluminium pod ciśnieniem zaledwie 0,01 mmHg. Temperatura procesu 1100...1200°C. Wapń otrzymuje się w ten sposób w postaci pary, która następnie ulega skropleniu.

W ostatnich latach opracowano inną metodę pozyskiwania pierwiastka. Opiera się na termicznej dysocjacji węglika wapnia: podgrzany w próżni do 1750°C, węglik rozkłada się, tworząc opary wapnia i stały grafit.

Właściwości fizyczne wapnia

Wapń metaliczny występuje w dwóch modyfikacjach alotropowych. Do 443 ° C α-Ca z sześcienną siatką centrowaną na ścianie jest stabilna (parametr a = 0,558 nm), powyżej β-Ca jest stabilna z sześcienną siatką centrowaną na ciele typu α-Fe (parametr a = 0,448 nm). Standardowa entalpia Δ H 0 przejścia α → β wynosi 0,93 kJ/mol.

Wraz ze stopniowym wzrostem ciśnienia zaczyna wykazywać właściwości półprzewodnika, nie staje się półprzewodnikiem w pełnym tego słowa znaczeniu (nie jest już też metalem). Przy dalszym wzroście ciśnienia powraca do stanu metalicznego i zaczyna wykazywać właściwości nadprzewodzące (temperatura nadprzewodnictwa jest sześciokrotnie wyższa niż rtęci i znacznie przewyższa wszystkie inne pierwiastki przewodnictwem). Unikalne zachowanie wapnia jest pod wieloma względami podobne do strontu.

Pomimo wszechobecności pierwiastka, nawet chemicy nie wszyscy widzieli pierwiastkowy wapń. Ale ten metal, zarówno zewnętrznie, jak iw zachowaniu, jest zupełnie inny niż metale alkaliczne, z którymi kontakt jest obarczony niebezpieczeństwem pożaru i oparzeń. Można go bezpiecznie przechowywać w powietrzu, nie zapala się od wody. Właściwości mechaniczne pierwiastkowego wapnia nie czynią go „czarną owcą” w rodzinie metali: wapń przewyższa wiele z nich pod względem wytrzymałości i twardości; można go obracać na tokarce, wciągać w drut, kuć, prasować.

A jednak pierwiastkowy wapń prawie nigdy nie jest używany jako materiał konstrukcyjny. Jest na to zbyt aktywny. Wapń łatwo reaguje z tlenem, siarką, halogenami. Nawet z azotem i wodorem w pewnych warunkach reaguje. Środowisko tlenków węgla, obojętne dla większości metali, jest agresywne dla wapnia. Spala się w atmosferze CO i CO 2 .

Naturalnie, mając takie właściwości chemiczne, wapnia nie można znaleźć w naturze w stanie wolnym. Ale związki wapnia - zarówno naturalne, jak i sztuczne - stały się najważniejsze.

Właściwości chemiczne wapnia

Wapń jest typowym metalem ziem alkalicznych. Aktywność chemiczna wapnia jest wysoka, ale niższa niż wszystkich innych metali ziem alkalicznych. Łatwo reaguje z tlenem, dwutlenkiem węgla i wilgocią w powietrzu, przez co powierzchnia wapna metalicznego jest zwykle matowo szara, dlatego wapń jest zwykle przechowywany w laboratorium, podobnie jak inne metale ziem alkalicznych, w szczelnie zamkniętym słoiku pod warstwą nafty lub płynnej parafiny.

W szeregu potencjałów standardowych wapń znajduje się na lewo od wodoru. Standardowy potencjał elektrody pary Ca 2+ / Ca 0 wynosi −2,84 V, więc wapń aktywnie reaguje z wodą, ale bez zapłonu:

Ca + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + H 2 + Q.

Z aktywnymi niemetalami (tlenem, chlorem, bromem) wapń reaguje w normalnych warunkach:

2Ca + O 2 \u003d 2CaO, Ca + Br 2 \u003d CaBr 2.

Po podgrzaniu w powietrzu lub tlenie wapń zapala się. Z mniej aktywnymi niemetalami (wodór, bor, węgiel, krzem, azot, fosfor i inne) wapń oddziałuje po podgrzaniu, na przykład:

Ca + H 2 \u003d CaH 2, Ca + 6B \u003d CaB 6,

3Ca + N 2 \u003d Ca 3 N 2, Ca + 2C \u003d CaC 2,

3Ca + 2P = Ca 3 P 2 (fosforek wapnia), znane są również fosforki wapnia o składzie CaP i CaP 5;

2Ca + Si \u003d Ca 2 Si (krzemek wapnia), znane są również krzemki wapnia o składzie CaSi, Ca 3 Si 4 i CaSi 2.

Przebiegowi powyższych reakcji z reguły towarzyszy wydzielanie dużej ilości ciepła (czyli reakcje te są egzotermiczne). We wszystkich związkach z niemetalami stopień utlenienia wapnia wynosi +2. Większość związków wapnia z niemetalami jest łatwo rozkładana przez wodę, na przykład:

CaH 2 + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + 2H 2,

Ca3N2 + 3H2O \u003d 3Ca (OH)2 + 2NH3.

Jon Ca 2+ jest bezbarwny. Po dodaniu rozpuszczalnych soli wapnia do płomienia płomień zmienia kolor na ceglasty.

Sole wapnia, takie jak chlorek CaCl 2, bromek CaBr 2, jodek CaI 2 i azotan Ca(NO 3) 2 są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Fluorek CaF 2, węglan CaCO 3, siarczan CaSO 4, ortofosforan Ca 3 (PO 4) 2, szczawian CaC 2 O 4 i niektóre inne są nierozpuszczalne w wodzie.

Ważny jest fakt, że w przeciwieństwie do węglanu wapnia CaCO 3, kwaśny węglan wapnia (wodorowęglan) Ca (HCO 3) 2 jest rozpuszczalny w wodzie. W naturze prowadzi to do następujących procesów. Kiedy zimny deszcz lub woda rzeczna, nasycona dwutlenkiem węgla, przedostanie się pod ziemię i spadnie na wapienie, obserwuje się ich rozpuszczanie:

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d Ca (HCO 3) 2.

W tych samych miejscach, w których woda nasycona wodorowęglanem wapnia wychodzi na powierzchnię ziemi i jest podgrzewana przez promienie słoneczne, zachodzi reakcja odwrotna:

Ca (HCO3) 2 \u003d CaCO3 + CO2 + H2O.

Tak więc w przyrodzie następuje przenoszenie dużych mas substancji. W rezultacie pod ziemią mogą tworzyć się ogromne szczeliny, aw jaskiniach tworzą się piękne kamienne „sople” - stalaktyty i stalagmity.

Obecność rozpuszczonego wodorowęglanu wapnia w wodzie w dużej mierze decyduje o twardości przejściowej wody. Nazywa się to tymczasowym, ponieważ podczas gotowania wody wodorowęglan rozkłada się, a CaCO 3 wytrąca się. Zjawisko to prowadzi na przykład do tego, że z czasem w czajniku tworzy się kamień.

Aplikacja wapń

Do niedawna metaliczny wapń prawie nigdy nie był używany. Na przykład Stany Zjednoczone przed II wojną światową zużywały tylko 10...25 ton wapnia rocznie, Niemcy - 5...10 ton.Ale dla rozwoju nowych dziedzin techniki wykorzystuje się wiele rzadkich i ogniotrwałych metali potrzebne. Okazało się, że wapń jest dla wielu z nich bardzo wygodnym i aktywnym środkiem redukującym, a pierwiastek ten zaczęto wykorzystywać do produkcji toru, wanadu, cyrkonu, berylu, niobu, uranu, tantalu i innych metali ogniotrwałych. Czysty metaliczny wapń jest szeroko stosowany w metalotermii do otrzymywania metali rzadkich.

Czysty wapń jest używany do stopu ołowiu, który jest używany do produkcji płyt akumulatorowych, bezobsługowych akumulatorów rozruchowych ołowiowo-kwasowych o niskim samorozładowaniu. Również wapń metaliczny wykorzystywany jest do produkcji wysokiej jakości babbitów wapniowych BKA.

Zastosowania metalicznego wapnia

Głównym zastosowaniem metalicznego wapnia jest jako środek redukujący w produkcji metali, zwłaszcza niklu, miedzi i stali nierdzewnej. Wapń i jego wodorki są również wykorzystywane do otrzymywania metali trudnych do odzyskania, takich jak chrom, tor i uran. Stopy wapnia z ołowiem są stosowane w akumulatorach i stopach łożyskowych. Granulki wapnia służą również do usuwania śladów powietrza z urządzeń elektropróżniowych.

Naturalna kreda w postaci proszku wchodzi w skład kompozycji do polerowania metali. Ale nie można myć zębów naturalną kredą w proszku, ponieważ zawiera ona pozostałości muszli i muszli najmniejszych zwierząt, które mają zwiększoną twardość i niszczą szkliwo zębów.

Stosowaniewapńw syntezie jądrowej

Izotop 48 Ca jest najbardziej efektywnym i szeroko stosowanym materiałem do produkcji superciężkich pierwiastków i odkrywania nowych pierwiastków w układzie okresowym. Na przykład w przypadku wykorzystania jonów 48 Ca do produkcji superciężkich pierwiastków w akceleratorach jądra tych pierwiastków powstają setki i tysiące razy wydajniej niż przy użyciu innych „pocisków” (jonów). Radioaktywny wapń jest szeroko stosowany w biologii i medycynie jako znacznik izotopowy w badaniu procesów metabolizmu minerałów w żywym organizmie. Za jego pomocą stwierdzono, że w organizmie zachodzi ciągła wymiana jonów wapnia między osoczem, tkankami miękkimi, a nawet tkanką kostną. 45 Ca odegrał również ważną rolę w badaniu procesów metabolicznych zachodzących w glebach oraz w badaniu procesów asymilacji wapnia przez rośliny. Za pomocą tego samego izotopu udało się wykryć źródła zanieczyszczenia stali i ultraczystego żelaza związkami wapnia podczas procesu wytapiania.

Zdolność wapnia do wiązania tlenu i azotu umożliwiła wykorzystanie go do oczyszczania gazów obojętnych oraz jako getter (Getter to substancja służąca do pochłaniania gazów i tworzenia głębokiej próżni w urządzeniach elektronicznych.) w próżniowych urządzeniach radiowych.

Zastosowanie związków wapnia

Niektóre sztuczne związki wapnia stały się jeszcze bardziej znane i znane niż wapień czy gips. Tak więc budowniczowie starożytności używali wapna gaszonego Ca(OH) 2 i wapna palonego CaO.

Cement to także związek wapnia otrzymywany sztucznie. Najpierw wypala się mieszaninę gliny lub piasku z wapieniem i uzyskuje się klinkier, który następnie rozdrabnia się na drobny szary proszek. Możesz dużo mówić o cemencie (a raczej o cementach), to jest temat niezależnego artykułu.

To samo dotyczy szkła, które zazwyczaj również zawiera pierwiastek.

wodorek wapnia

Ogrzewając wapń w atmosferze wodoru otrzymuje się CaH 2 (wodorek wapnia), który jest wykorzystywany w metalurgii (metalotermia) oraz do produkcji wodoru w terenie.

Materiały optyczne i laserowe

Fluorek wapnia (fluoryt) jest stosowany w postaci monokryształów w optyce (obiektywy astronomiczne, soczewki, pryzmaty) oraz jako materiał laserowy. Wolframian wapnia (szelit) w postaci monokryształów znajduje zastosowanie w technice laserowej, a także jako scyntylator.

węglik wapnia

Węglik wapnia to substancja odkryta przypadkowo podczas testowania nowej konstrukcji pieca. Ostatnio węglik wapnia CaCl 2 był używany głównie do spawania tlenowego i cięcia metali. Podczas interakcji węglika z wodą powstaje acetylen, a spalanie acetylenu w strumieniu tlenu pozwala na uzyskanie temperatury prawie 3000°C. Ostatnio acetylen, a wraz z nim węglik, jest coraz rzadziej używany do spawania, a coraz częściej - w przemyśle chemicznym.

wapń jakoźródło prądu chemicznego

Wapń, a także jego stopy z aluminium i magnezem, są stosowane w rezerwowych termicznych bateriach elektrycznych jako anoda (na przykład pierwiastek chromianowo-wapniowy). Chromian wapnia jest stosowany w takich bateriach jak katoda. Cechą takich akumulatorów jest niezwykle długi okres trwałości (dziesiątki lat) w stanie zdatnym do użytku, możliwość pracy w każdych warunkach (przestrzeń, wysokie ciśnienia), duża energia właściwa wagowa i objętościowa. Wadą jest krótki czas trwania. Takie baterie są używane tam, gdzie konieczne jest wytworzenie kolosalnej energii elektrycznej na krótki czas (pociski balistyczne, niektóre statki kosmiczne itp.).

Materiały ogniotrwałe zwapń

Tlenek wapnia, zarówno w postaci wolnej, jak i jako składnik mieszanek ceramicznych, wykorzystywany jest do produkcji materiałów ogniotrwałych.

Leki

Związki wapnia są szeroko stosowane jako leki przeciwhistaminowe.

• Chlorek wapnia
• Glukonian wapnia
• glicerofosforan wapnia

Ponadto związki wapnia są wprowadzane do preparatów do profilaktyki osteoporozy, do kompleksów witaminowych dla kobiet w ciąży i osób starszych.

wapnia w organizmie człowieka

Wapń jest powszechnym makroskładnikiem odżywczym w roślinach, zwierzętach i ludziach. U ludzi i innych kręgowców większość znajduje się w szkielecie i zębach w postaci fosforanów. Szkielety większości grup bezkręgowców (gąbki, polipy koralowców, mięczaki itp.) składają się z różnych form węglanu wapnia (wapna). Zapotrzebowanie na wapń zależy od wieku. Dla dorosłych wymagana dzienna porcja do spożycia wynosi od 800 do 1000 miligramów (mg), a dla dzieci od 600 do 900 mg, co jest bardzo ważne dla dzieci ze względu na intensywny wzrost kośćca. Większość wapnia, który dostaje się do organizmu człowieka wraz z pożywieniem, znajduje się w produktach mlecznych, pozostała część wapnia znajduje się w mięsie, rybach i niektórych pokarmach roślinnych (szczególnie bogate są rośliny strączkowe).

Przyswajaniu wapnia zapobiega aspiryna, kwas szczawiowy, pochodne estrogenu. Łącząc się z kwasem szczawiowym, wapń daje nierozpuszczalne w wodzie związki będące składnikami kamieni nerkowych.

Nadmierne dawki wapnia i witaminy D mogą powodować hiperkalcemię, a następnie intensywne zwapnienie kości i tkanek (dotyczy to głównie układu moczowego). Maksymalna dzienna bezpieczna dawka dla osoby dorosłej wynosi od 1500 do 1800 miligramów.

wapń w twardej wodzie

Zespół właściwości określanych jednym słowem „twardość” nadają wodzie rozpuszczone w niej sole wapnia i magnezu. Twarda woda jest nieodpowiednia w wielu sytuacjach życiowych. Tworzy warstwę kamienia w kotłach parowych i kotłowniach, utrudnia barwienie i pranie tkanin, ale nadaje się do wyrobu mydła i emulgowania w przemyśle perfumeryjnym. Dlatego w przeszłości, gdy metody zmiękczania wody były niedoskonałe, przedsiębiorstwa tekstylne i perfumeryjne były zwykle zlokalizowane w pobliżu źródeł „miękkiej” wody.

Rozróżnij twardość tymczasową i trwałą. Tymczasową (lub węglanową) twardość nadają wodzie rozpuszczalne wodorowęglany Ca (HCO 3) 2 i Mg (HCO 3) 2. Można go wyeliminować przez proste gotowanie, w którym wodorowęglany przekształcają się w nierozpuszczalne w wodzie węglany wapnia i magnezu.

Trwałą twardość tworzą siarczany i chlorki tych samych metali. I można to wyeliminować, ale jest to znacznie trudniejsze.

Suma obu twardości daje całkowitą twardość wody. W różnych krajach jest różnie oceniany. Zwyczajowo wyraża się twardość wody jako liczbę miligramowych równoważników wapnia i magnezu w jednym litrze wody. Jeśli w litrze wody jest mniej niż 4 mEq, woda jest uważana za miękką; w miarę wzrostu ich stężenia stają się coraz bardziej sztywne, a jeśli zawartość przekracza 12 jednostek, bardzo sztywne.

Twardość wody jest zwykle określana za pomocą roztworu mydła. Taki roztwór (o określonym stężeniu) wkrapla się do odmierzonej ilości wody. Dopóki w wodzie znajdują się jony Ca 2+ lub Mg 2+, będą one przeszkadzać w tworzeniu się piany. Na podstawie kosztów roztworu mydła przed pojawieniem się piany oblicza się zawartość jonów Ca 2+ i Mg 2+.

Co ciekawe, twardość wody określano w podobny sposób już w starożytnym Rzymie. Jako odczynnik służyło tylko czerwone wino - jego substancje barwiące również tworzą osad z jonami wapnia i magnezu.

Magazynowanie wapnia

Wapń metaliczny można długo przechowywać w kawałkach o wadze od 0,5 do 60 kg. Takie kawałki są przechowywane w papierowych torebkach zamkniętych w ocynkowanych żelaznych bębnach z lutowanymi i malowanymi szwami. Szczelnie zamknięte beczki umieszczane są w drewnianych skrzyniach. Kawałki o wadze mniejszej niż 0,5 kg nie mogą być przechowywane przez długi czas - szybko zamieniają się w tlenek, wodorotlenek i węglan wapnia.