Сочинение про кальций по химии 9 класс

Обновлено: 30.06.2024

Кальций как элемент главной подгруппы второй группы периодической системы химических элементов Менделеева. Технологическая схема электролитического получения кальция. Способность кальция связывать кислород и азот. Применение металлического кальция.

Рубрика	Химия
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	19.12.2013
Размер файла	880,1 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Применение металлического Кальция

Метал в природе

Кальций в медицине

Кальций - элемент главной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 20. Обозначается символом Ca (лат. Calcium). Простое вещество кальций (CAS-номер: 7440-70-2) - мягкий, химически активный щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета.

И все-таки в качестве конструкционного материала элементарный кальций почти не применяется. Для этого он слишком активен. Кальций легко реагирует с кислородом, серой, галогенами. Даже с азотом и водородом при определенных условиях он вступает в реакции. Среда окислов углерода, инертная для большинства металлов, для кальция - агрессивная. Он сгорает в атмосфере CO и CO2.

Камльций - элемент главной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 20. Обозначается символом Ca (лат. Calcium). Простое вещество кальций (CAS-номер: 7440-70-2) - мягкий, химически активный щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета, лёгкий металл (немногим лишь тяжелее воды), ковкий, не загрязнённый примесями, обладает хорошей пластичностью и поддаётся всем видам обработки давлением.

Биография металла

В 1855 году Бунзен и Матиссен получили чистый кальций электролизом расплавленного хлористого кальция. Только в 1896 году в Германии разработан промышленный способ получения кальция. В 1938 году А. И. Войницкий предложил технологию вакуумно-термического восстановления оксида кальция, а в конце Второй мировой войны в США алюминотермический способ получения кальция получил промышленное применение.

Чистый оксид кальция впервые описан немецким ученым-химиком И. Потт. Это произошло в 1746 году. Соединения кальция - известняк, мрамор, гипс (а также известь - продукт обжига известняка) применялись в строительном деле уже несколько тысячелетий назад. Вплоть до конца XVIII века химики считали известь простым телом. В 1789 году А. Лавуазье предположил, что известь, магнезия, барит, глинозём и кремнезём - вещества сложные.

Характеристика кальция

Если кусочек кальция нагреть, он сгорает пламенем кирпично-красного цвета с образованием белого дыма. Плотность кальция меньше плотности алюминия, магния и бериллия. На воздухе он быстро окисляется, а при небольшом нагреве сгорает ярко-красным пламенем. Из горячей воды кальций бурно вытесняет водород, образуя гидрооксид кальция. Он активно соединяется с галогенами, серой, азотом, в струе водорода образует гидрид, при нагревании восстанавливает металлы из оксидов. Это свойство кальция применяют металлурги, добавляя его в расплавленный металл для связывания растворенного кислорода.

В наружной оболочке атома кальция два валентных электрона, довольно непрочно связанных с ядром. Поэтому-то в чистом виде кальция в природе не найти. Но он - обычная составная часть силикатных пород, наиболее часто встречающихся в земной коре.

Кальций обладает большой химической активностью. В ряду напряжений он располагается среди наиболее электроотрицательных металлов. При комнатной температуре кальций не реагирует с сухим воздухом. В порошкообразном состоянии при нагревании до 300°С он горит в кислороде, а при температуре выше 300°С взаимодействует с азотом, образуя нитрид Ca3N2. Во влажном воздухе кальций покрывается слоем гидроокиси. При температуре выше 400°С он образует с водородом гидрид Ca и интенсивно реагирует с галогенами. В концентрированных растворах NaOH и в растворах соды кальций почти не разрушается. Слабо действуют на кальций крепкая серная и азотная кислоты. Сильно действуют на кальций водные растворы соляной и азотной кислот.

Получение Кальция

Кальций впервые получен Дэви в 1808 г. с помощью электролиза. Но, как и другие щелочные и щелочноземельные металлы, элемент №20 нельзя получить электролизом из водных растворов. Кальций получают при электролизе его расплавленных солей.

Это сложный и энергоемкий процесс. В электролизере расплавляют хлорид кальция с добавками других солей (они нужны для того, чтобы снизить температуру плавления СаСl2).

Если стальной катод заменить катодом из металла, способного сплавляться с кальцием, то при электролизе будет получаться соответствующий сплав. В зависимости от назначения его можно использовать как сплав, либо отгонкой в вакууме получить чистый кальций. Так получают сплавы кальция с цинком, свинцом и медью. Отличительной особенностью схемы является утилизация выделяющегося при электролизе хлора, оборот катодного медно-кальциевого сплава, а также использование тепла отходящих газов для повышения концентрации хлорида кальция в чистом растворе. Свободный металлический кальций получают электролизом расплава, состоящего из CaCl2 (75-80%) и KCl или из CaCl2 и CaF2, а также алюминотермическим восстановлением CaO при 1170-1200 °C:

Технологическая схема электролитического получения кальция

Не только электролизом

Другой метод получения кальция - металлотермический - был теоретически обоснован еще в 1865 г. известным русским химиком Н. Н. Бекетовым. Кальций восстанавливают алюминием при давлении всего в 0, 01 мм ртутного столба. Температура процесса 1100. 1200°C. Кальций получается при этом в виде пара, который затем конденсируют.

В последние годы разработан еще один способ получения элемента №20. Он основан на термической диссоциации карбида кальция: раскаленный в вакууме до 1750°C карбид разлагается с образованием паров кальция и твердого графита.

Свойства металла

Металл кальций существует в двух аллотропных модификациях. До 443 °C устойчив б-Ca с кубической гранецентрированной решеткой (параметра = 0, 558 нм), выше устойчив в-Ca с кубической объемно-центрированной решеткой типа б-Fe (параметр a = 0, 448 нм). Стандартная энтальпия перехода б > в составляет 0, 93 кДж/моль.

При постепенном повышении давления начинает проявлять свойства полупроводника, но не становится полупроводником в полном смысле этого слова (металлом уже тоже не является). При дальнейшем повышении давления возвращается в металлическое состояние и начинает проявлять сверхпроводящие свойства (температура сверхпроводимости в шесть раз выше, чем у ртути, и намного превосходит по проводимости все остальные элементы). Уникальное поведение кальция похоже во многом на стронций (то есть параллели в периодической системе сохраняются) [4].

Кальций - типичный щёлочноземельный металл. Относится к очень активным химическим элементам. Химическая активность кальция высока, но ниже, чем более тяжёлых щёлочноземельных металлов. Он легко взаимодействует с кислородом, углекислым газом и влагой воздуха, из-за чего поверхность металлического кальция обычно тускло серая, поэтому в лаборатории кальций обычно хранят, как и другие щёлочноземельные металлы, в плотно закрытой банке под слоем керосина или жидкого парафина.

В ряду стандартных потенциалов кальций расположен слева от водорода. Стандартный электродный потенциал пары Ca2+/Ca0 ?2, 84 В, так что кальций активно реагирует с водой, но без воспламенения:

С активными неметаллами (кислородом, хлором, бромом) кальций реагирует при обычных условиях:

При нагревании на воздухе или в кислороде кальций воспламеняется и горит красным пламенем с оранжевым оттенком. С менее активными неметаллами (водородом, бором, углеродом, кремнием, азотом, фосфором и другими) кальций вступает во взаимодействие при нагревании, например:

Кроме фосфида кальция Ca3P2 известны также фосфиды кальция составов СаР и СаР5;

Кроме силицида кальция Ca2Si известны также силициды кальция составов CaSi, Ca3Si4 и CaSi2.

Протекание указанных выше реакций, как правило, сопровождается выделением большого количества теплоты. Во всех соединениях с неметаллами степень окисления кальция +2. Большинство из соединений кальция с неметаллами легко разлагается водой, например:

Ион Ca2+ бесцветен. При внесении в пламя растворимых солей кальция пламя окрашивается в кирпично-красный цвет.

Такие соли кальция, как хлорид CaCl2, бромид CaBr2, иодид CaI2 и нитрат Ca (NO3) 2, хорошо растворимы в воде. Нерастворимы в воде фторид CaF2, карбонат CaCO3, сульфат CaSO4, ортофосфат Ca3 (PO4) 2, оксалат СаС2О4 и некоторые другие.

Важное значение имеет то обстоятельство, что, в отличие от карбоната кальция СаСО3, кислый карбонат кальция (гидрокарбонат) Са (НСО3) 2 в воде растворим. В природе это приводит к следующим процессам. Когда холодная дождевая или речная вода, насыщенная углекислым газом, проникает под землю и попадает на известняки, то наблюдается их растворение, а тех же местах, где вода, насыщенная гидрокарбонатом кальция, выходит на поверхность земли и нагревается солнечными лучами, протекает обратная реакция

Так в природе происходит перенос больших масс веществ. В результате под землей могут образоваться огромные провалы, а в пещерах образуются красивые каменные «сосульки« - сталактиты и сталагмиты.

Наличие в воде растворенного гидрокарбоната кальция во многом определяет временную жёсткость воды. Временной её называют потому, что при кипячении воды гидрокарбонат разлагается, и в осадок выпадает СаСО3. Это явление приводит, например, к тому, что в чайнике со временем образуется накипь.

Применение кальция

До последнего времени металлический кальций почти не находил применения. США, например, до второй мировой войны потребляли в год всего 10. 25 т кальция, Германия - 5. 10 т. Но для развития новых областей техники нужны многие редкие и тугоплавкие металлы. Выяснилось, что кальции - очень удобный и активный восстановитель многих из них, и элемент №20 стали применять при получении тория, ванадия, циркония, бериллия, ниобия, урана, тантала и других тугоплавких металлов.

Способность кальция связывать кислород и азот позволила применить его для очистки инертных газов и как геттер (Геттер - вещество, служащее для поглощения газов и создания глубокого вакуума в электронных приборах.) в вакуумной радиоаппаратуре.

Кальций применяют в металлургии как активный раскислитель, его используют в качестве восстановителя при получении урана, тория, циркония, цезия, рубидия, ванадия, хрома.

Кальций образует интерметеллид - его используют для повышения твёрдости свинцовых сплавов в производстве баббитов, кабельных и аккумуляторных сплавов.

Негашеная известь применяется в строительном деле. Хлорид кальция благодаря сильной гигроскопичности применяется как увлажнитель или осушитель.

Фторид кальция - важная составляющая покровных рафинирующих флюсов, используемых при производстве алюминиевых сплавов.

Применение металлического кальция

кальций химический элемент

Главное применение металлического кальция - это использование его как восстановителя при получении металлов, особенно никеля, меди и нержавеющей стали. Кальций и его гидрид используются также для получения трудно-восстанавливаемых металлов, таких, как хром, торий и уран. Сплавы кальция со свинцом находят применение в аккумуляторных батареях и подшипниковых сплавах. Кальциевые гранулы используются также для удаления следов воздуха из электровакуумных приборов.

Металлотермия

Чистый металлический кальций широко применяется в металлотермии при получении редких металлов.

Легирование сплавов

Чистый кальций применяется для легирования свинца, идущего на изготовление аккумуляторных пластин, необслуживаемых стартерных свинцово-кислотных аккумуляторов с малым саморазрядом. Также металлический кальций идет на производство качественных кальциевых баббитов БКА.

Как хранят кальций

Металлический кальций длительно хранить можно в кусках весом от 0, 5 до 60 кг. Такие куски хранят в бумажных мешках, вложенных в железные оцинкованные барабаны с пропаянными и покрашенными швами. Плотно закрытые барабаны укладывают в деревянные ящики. Куски весом меньше 0, 5 кг подолгу хранить нельзя - они быстро превращаются в окись, гидроокись и карбонат кальция.

Металл в природе

Кальций - один из наиболее распространенных элементов в природе.

Из-за высокой химической активности кальций в свободном виде в природе не встречается.

На долю кальция приходится 3, 38% массы земной коры (5-е место по распространенности после кислорода, кремния, алюминия и железа). Содержание элемента в морской воде - 400 мг/л[3].

Кальций в медицине

В медицине препаратов Са устраняет нарушения, связанные с недостатком ионов Са в организме (при тетании, спазмофилии, рахите). Препараты Са снижают повышенную чувствительность к аллергенам и используются для лечения аллергических заболеваний (сывороточная болезнь, сонная лихорадка и др.). Препараты Са уменьшают повышенную проницаемость сосудов и оказывают противовоспалительное действие. Их применяют при геморрагическом васкулите, лучевой болезни, воспалительных процессах (пневмония, плеврит и др.) и некоторых кожных заболеваниях. Назначают как кровоостанавливающее средство, для улучшения деятельности сердечной мышцы и усиления действия препаратов наперстянки, как противоядия при отравлении солями магния. Вместе с другими средствами препараты Са применяют для стимулирования родовой деятельности. Хлористый Са вводят через рот и внутривенно. Оссокальцинол (15% -ная стерильная суспензия особым образом приготовленного костного порошка в персиковом масле) предложен для тканевой терапии.

К препаратам Са относятся также гипс (СаSО4), применяемый в хирургии для гипсовых повязок, и мел (СаСО3), назначаемый внутрь при повышенной кислотности желудочного сока и для приготовления зубного порошка.

Наибольшее распространение для производства извести получили шахтные печи, высота которых достигает 20 м. В шахтной печи различают (считая сверху вниз) три зоны: подогрева, обжига и охлаждения. В зоне подогрева из известняка и топлива (в случае использования твердого топлива - кокса или антрацита) удаляется влага. Известняк нагревается до температуры начала диссоциации, а топливо - до температуры воспламенения. В зоне обжига за счет сгорания топлива или поступления продуктов его сгорания из топок (в случае работы печи на жидком или газообразном топливе) достигается максимальная температура материала и активно происходит диссоциация СаСО3 и MgCO3. В третьей зоне материал охлаждается поступающим в печь снизу воздухом.

Шахтная печь (рис. 2) используется для производства кальция и его соединений. Шахтные печи различают по виду применяемого в них топлива и по способу его сжигания. В пересыпных печах твердое топливо подается вместе с сырьем и сгорает между кусками обжигаемого материала. Здесь применяют топливо с малым содержанием летучих - антрацит, кокс и тощие сорта каменного угля, дающие при горении короткое пламя. В печах с выносными топками последние расположены по внешнему периметру печи. В них сжигается твердое топливо (полностью или частично) и образующиеся горячие газы поступают в зону обжига. Применяют длиннопламенное топливо с высоким содержанием летучих, а также торф, дрова, горючие сланцы. В газовых печах топливом чаще всего служит природный газ, который подается непосредственно в шахтную печь и сжигается в слое материала.

Кальций - один из самых распространенных элементов на Земле. В природе его очень много: из солей кальция образованы горные массивы и глинистые породы, он есть в морской и речной воде, входит в состав растительных и животных организмов.

Кальций постоянно окружает горожан: почти все основные стройматериалы - бетон, стекло, кирпич, цемент, известь - содержат этот элемент в значительных количествах.

Естественно, что, обладая такими химическими свойствами, кальций не может находиться в природе в свободном состоянии. Зато соединения кальция - и природные и искусственные - приобрели первостепенное значение.

Список литературы:

Москвитин В. И., Николаев И. В., Фомин Б. А. - Металлургия легких металлов. (2005)

Кузнецов Л. А. - Производство карбида кальция.

Кальций — один из самых распространенных элементов на Земле. В природе его очень много: из солей кальция образованы горные массивы и глинистые породы, он есть в морской и речной воде, входит в состав растительных и животных организмов.

Кальций постоянно окружает горожан: почти все основные стройматериалы — бетон, стекло, кирпич, цемент, известь — содержат этот элемент в значительных количествах.

Кальций — элементарный

И все-таки в качестве конструкционного материала элементарный кальций почти не применяется. Для этого он слишком активен. Кальций легко реагирует с кислородом, серой, галогенами. Даже с азотом и водородом при определенных условиях он вступает в реакции. Среда окислов углерода, инертная для большинства металлов, для кальция — агрессивная. Он сгорает в атмосфере CO и CO2 .

Естественно, что, обладая такими химическими свойствами, кальций не может находиться в природе в свободном состоянии. Зато соединения кальция — и природные и искусственные — приобрели первостепенное значение. О них (хотя бы самых важных) стоит рассказать подробнее.

Кальций — углекислый

Карбонат кальция СаCO3 — одно из самых распространенных на Земле соединений. Минералы на основе СаCO3 покрывают около 40 млн км2 земной поверхности. Мел, мрамор, известняки, ракушечники — все это СаCO3 с незначительными примесями, а кальцит — чистый СаCO3 .

Самый важный из этих минералов — известняк. (Правильнее говорить не об известняке, а об известняках: известняки разных месторождений отличаются по плотности, составу и количеству примесей) Известняки есть практически везде. В европейской части СССР известняки встречаются в отложениях почти всех геологических возрастов. Ракушечники — известняки органического происхождения — особенно распространены на северном побережье Черного моря. Знаменитые Одесские катакомбы — это бывшие каменоломни, в которых добывали ракушечник. Из известняков главным образом сложены и западные склоны Урала.

В чистом виде известняки — белого или светло-желтого цвета, но примеси придают им более темную окраску.

Наиболее чистый СаCOз образует прозрачные кристаллы известкового или исландского шпата, широко применяемого в оптике. А обычные известняки используются очень широко — почти во всех отраслях народного хозяйства.

Больше всего известняка идет на нужды химической промышленности. Он незаменим в производстве цемента, карбида кальция, соды, всех видов извести (гашеной, негашеной, хлорной), белильных растворов, цианамида кальция, известковой воды и многих других полезных веществ.

Значительное количество известняка расходует и металлургия — в качестве флюсов.

Без известняка не обходится ни одно строительство. Во-первых, из него самого строят, во-вторых, из известняка делают многие строительные материалы.

Известняками (щебенкой) укрепляют дороги, известняками (в виде порошка) уменьшают кислотность почв. В сахарной промышленности известняк используют для очистки свекловичного сока.

Другая разновидность углекислого кальция — мел. Мел — это не только зубной порошок и школьные мелки. Его используют в бумажной и резиновой промышленности — в качестве наполнителя, в строительстве и при ремонте зданий — для побелки.

Третья разновидность карбоната кальция — мрамор — встречается реже. Считается, что мрамор образовался из известняка в давние геологические эпохи. При смещениях земной коры отдельные залежи известняка оказывались погребенными под слоями других пород. Под действием высокого давления и температуры там происходил процесс перекристаллизации, и известняк превращался в более плотную кристаллическую породу — мрамор.

Естественный цвет мрамора — белый, но чаще всего различные примеси окрашивают его в разнообразные цвета. Чистый белый мрамор встречается не часто и идет в основном в мастерские скульпторов. Из менее ценных сортов белого мрамора делают распределительные щиты и панели в электротехнике. В строительстве мрамор (всех цветов и оттенков) используют не столько как конструкционный, сколько как облицовочный материал.

И, чтобы покончить с углекислым кальцием, несколько слов о доломите — важном огнеупорном материале и сырье для производства цемента.

Это двойная магние-кальциевая соль угольной кислоты, ее состав — СаCO3 · MgCO3 .

Кальций — сернокислый

Сульфат кальция СаSO4 тоже широко распространен в природе. Известный минерал гипс — это кристаллогидрат СаSO4 · 2Н2 О. Как вяжущее гипс используют уже много веков, чуть ли не со времен египетских пирамид. Но природному гипсу (гипсовому камню) несвойственна способность твердеть на воздухе и при этом скреплять камни.

Это свойство гипс приобретает при обжиге.

Если природный гипс прокалить при температуре не выше 180°C, он теряет три четверти связанной с ним воды. Получается кристаллогидрат состава CaSО4 · 0,5H2 O. Это алебастр, или жженый гипс, который и используется в строительстве. Помимо вяжущих свойств у жженого гипса есть еще одно полезное свойство. Затвердевая, он немного увеличивается в объеме. Это позволяет получать хорошие слепки из гипса. В процессе твердения жженого гипса, смешанного с водой (гипсового теста), полторы молекулы воды, потерянные при обжиге, присоединяются, и снова получается гипсовый камень CaSO4 · 2H2 O.

Кальций — фосфорнокислый

Кальций — хлористый

Эта соль кальция встречается в природе намного реже, чем карбонат, сульфат или фосфаты кальция. Ее получают как побочный продукт в производстве соды аммиачным способом. Природный хлористый кальций это обычно кристаллогидрат СаСl2 · 6Н2 O, который при нагревании теряет сначала четыре молекулы воды, а затем и остальные.

Безводный хлористый кальций сильно гигроскопичен, его применяют для сушки жидкостей и газов.

Хлористый кальций хорошо растворяется в воде. Если полить таким раствором грунтовую или щебеночную дорогу, она останется влажной намного дольше, чем после поливки водой. Это происходит потому, что упругость пара над раствором хлористого кальция очень мала; такой раствор поглощает влагу из воздуха и поэтому долго не высыхает.

Другое применение этой соли связано с низкими температурами замерзания растворов хлористого кальция. Эти растворы используют в холодильных системах. А смеси этой соли со снегом или мелко истолченным льдом плавятся при температурах намного ниже нуля. Точка плавления холодильной смеси состава 58,8% CaCl2 · 6Н2 О и 41,2% снега минус 55°C.

Хлористый кальций широко применяют и в медицине. В частности, внутривенные инъекции растворов CaCl2 снимают спазмы сердечно-сосудистой системы, улучшают свертываемость крови, помогают бороться с отеками, воспалениями, аллергией. Растворы хлористого кальция врачи прописывают не только внутривенно, но и просто как внутреннее лекарство. Хлорид кальция стал также одним из компонентов витамина B15 .

Кальций — фтористый

Иногда в природе встречаются крупные, весом до 20 кг, абсолютно прозрачные кристаллы этой соли. У них другое минералогическое название — флюорит. Такие кристаллы представляют чрезвычайную ценность для оптики, потому что они пропускают ультрафиолетовые и инфракрасные лучи намного лучше, чем стекло, кварц или вода. Спрос на кристаллы флюорита намного превышает запасы разведанных месторождений, и не случайно флюорит стали получать в промышленных масштабах искусственным путем.

Искусственным путем.

Природные соединения кальция не всегда и не во всем удовлетворяют человека. Поэтому многие из них превращают в другие вещества. Некоторые соединения кальция, получаемые искусственным путем, стали даже более известными и привычными, чем известняки или гипс. Так, гашеную Са (OH) 2 и негашеную СаО известь применяли еще строители древности.

Цемент — это тоже соединение кальция, полученное искусственным путем. Сначала обжигают смесь глины или песка с известняком и получают клинкер, который затем размалывают в тонкий серый порошок. О цементе (вернее, о цементах) можно рассказывать очень много, это тема самостоятельной статьи.

То же самое относится и к стеклу, в состав которого тоже обычно входит элемент № 20.

А карбид кальция — вещество, открытое случайно при испытании новой конструкции печи! Еще недавно карбид кальция CaCl2 использовали главным образом для автогенной сварки и резки металлов. При взаимодействии карбида с водой образуется ацетилен, а горение ацетилена в струе кислорода позволяет получать температуру почти 3000°C. В последнее время ацетилен, а вместе с ним и карбид все меньше расходуются для сварки и все больше — в химической промышленности.

Искусственным путем получают и гидрид кальция — сильнейший восстановитель, и активные окислители — хлорную известь Са (СlO) Сl и гипохлорит кальция Са (СlO) 2 .

Число примеров, подтверждающих первостепенную важность элемента №20 и его соединений — природных и искусственных, — можно еще увеличить. Но вряд ли в этом есть необходимость.

Изотопы кальция

Природный кальций состоит из шести изотопов с массовыми числами 40, 42, 43, 44, 46 и 48. Основной изотоп — 40 Са; его содержание в металле около 97%. Полученные искусственным путем изотопы с массовыми числами 39, 41, 45, 47 и 49 — радиоактивны. Один из них — 45 Са может быть получен облучением металлического кальция или его соединений нейтронами в урановом реакторе. Наша промышленность выпускает следующие препараты с изотопом 45 Са: кальций металлический, СаCO3, СаО, CaCl, Ca (NO3 ) 2, CaSO4, CaC2 O4 .

Радиоактивный кальций широко используют в биологии и медицине в качестве изотопного индикатора при изучении процессов минерального обмена в живом организме. С его помощью установлено, что в организме происходит непрерывный обмен ионами кальция между плазмой, мягкими тканями и даже костной тканью. Большую роль сыграл 45 Са также при изучении обменных процессов, происходящих в почвах, и при исследовании процессов усвоения кальция растениями. С помощью этого же изотопа удалось обнаружить источники загрязнения стали и сверхчистого железа соединениями кальция в процессе выплавки.

Зубы и металлы чистит разный мел

Природный мел в виде порошка входит в составы для полировки металлов. Но чистить зубы порошком из природного мела нельзя, так как он содержит остатки раковин и панцирей мельчайших животных, которые обладают повышенной твердостью и разрушают зубную эмаль. Поэтому зубной порошок готовят только из химически осажденного мела.

Жесткая вода

Различают жесткость временную и постоянную. Временную (или карбонатную) жесткость придают воде растворимые гидрокарбонаты Са (НCO3 ) 2 и Mg (HCO3 ) 2. Устранить ее можно простым кипячением, при котором гидрокарбонаты превращаются в нерастворимые в воде карбонаты кальция и магния.

Постоянная жесткость создается сульфатами и хлоридами тех же металлов. И ее можно устранить, но сделать это намного сложнее.

Сумма обоих жесткостей составляет общую жесткость воды. Оценивают ее в разных странах по-разному. В СССР принято выражать жесткость воды числом миллиграмм-эквивалентов кальция и магния в одном литре воды. Если в литре воды меньше 4 мг-экв, то вода считается мягкой; по мере увеличения их концентрации — все более жесткой и, если содержание превышает 12 единиц, — очень жесткой.

Жесткость воды обычно определяют с помощью раствора мыла. Такой раствор (определенной концентрации) прибавляют по каплям к отмеренному количеству воды. Пока в воде есть ионы Са2+ или Mg2+, они будут мешать образованию пены. По затратам мыльного раствора до появления пены вычисляют содержание ионов Са2+ и Mg2+ .

Интересно, что аналогичным путем определяли жесткость воды еще в Древнем Риме. Только реактивом служило красное вино — его красящие вещества тоже образуют осадок с ионами кальция и магния.

Бетону — две тысячи лет

Почему кальций — кальций

Так назван материал, в состав которого входят отходы древесины, цемент, хлористый кальций и вода. После смешения компонентов и уплотнения вибрационным способом получается строительный материал с исключительно ценными свойствами: он не горит, не гниет, легко пилится пилой, обрабатывается на станке. Стоимость такого материала невелика. Плиты из арболита используют в строительстве малоэтажных зданий.

Как хранят кальций

Металлический кальций длительно хранить можно в кусках весом от 0,5 до 60 кг. Такие куски хранят в бумажных мешках, вложенных в железные оцинкованные барабаны с пропаянными и покрашенными швами. Плотно закрытые барабаны укладывают в деревянные ящики. Куски весом меньше 0,5 кг подолгу хранить нельзя — они быстро превращаются в окись, гидроокись и карбонат кальция.

Как получают кальций

Не только электролизом.

Другой метод получения кальция — металлотермический — был теоретически обоснован еще в 1865 г. известным русским химиком Н.Н. Бекетовым. Кальций восстанавливают алюминием при давлении всего в 0,01 мм ртутного столба. Температура процесса 1100. 1200°C. Кальций получается при этом в виде пара, который затем конденсируют.

Применение кальция

До последнего времени металлический кальций почти не находил применения. США, например, до второй мировой войны потребляли в год всего 10. 25 т кальция, Германия — 5. 10 т. Но для развития новых областей техники нужны многие редкие и тугоплавкие металлы. Выяснилось, что кальции — очень удобный и активный восстановитель многих из них, и элемент №20 стали применять при получении тория, ванадия, циркония, бериллия, ниобия, урана, тантала и других тугоплавких металлов.

Способность кальция связывать кислород и азот позволила применить его для очистки инертных газов и как геттер (Геттер — вещество, служащее для поглощения газов и создания глубокого вакуума в электронных приборах) в вакуумной радиоаппаратуре.

Кальций используют и в металлургии меди, никеля, специальных сталей и бронз; им связывают вредные примеси серы, фосфора, избыточного углерода. В тех же целях применяют сплавы кальция с кремнием, литием, натрием, бором, алюминием.

Связь автоускорения при радикальной полимеризации метилметакрилата в массе со структурными изменениями полимеризующейся системы

Здоровье – это основополагающее хорошей и счастливой жизни. Самое ценное, что у нас есть, это наше здоровье, которое нужно ценить и беречь.

Чтобы человек постоянно чувствовал себя хорошо и не имел никаких проблем со здоровьем, ему необходимо получать полезные вещества каждый день.

Основными и полезными веществами для нашего организма являются витамины, они благоприятно влияют на работу органов и укрепляют защитные свойства иммунитета, и делают организм человека менее восприимчивым к различным инфекциям и бактериям.

Для обеспечения оптимальной деятельности организма в нем обязательно должны присутствовать различные минералы. Они разделены на две категории. Макроэлементы присутствуют в объеме большем - 0,01%, а микроэлементов содержится меньше 0,001% [2].

Наверное, не найдётся человека, который не знает о пользе кальция, который является макроэлементом. Он нужен нашему организму для поддержания здоровья зубов и для укрепления костей. Но только ли в этом заключаются функции кальция? Какую еще роль он играет в организме человека? Может ли он быть вреден, и если да, то, в каких случаях.

Актуальность

Цель исследования: выявить роль и значение кальция для организма человека, а также проблемы, связанные с его недостатком и избытком.

Гипотеза исследования: нехватка кальция в организме человека приводит к ломкости и хрупкости костей.

Объект исследования: кальций и его свойства

Предмет исследования: влияние кальция на прочность костей.

Методы исследования:

Изучение, эксперимент, наблюдение, анализ и обобщение полученных данных.

Задачи исследования:

изучить и проанализировать литературу по данной теме;

выявить роль кальция в организме человека;

выявить положительное и отрицательное влияния нехватки кальция на

сравнить наличие кальция в различных продуктах питания;

провести химический эксперимент по исследованию влияния кислот на ионы кальция.

Глава 1. Теоретическая часть

1.1. История открытия кальция

1.2. Общая характеристика кальция как химического элемента

Кальций является элементом главной подгруппы II группы IV периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, имеет атомный номер 20 и атомную массу 40,08. Принятое обозначение – Ca.

Кальций – один из самых распространенных элементов на Земле. В природе его очень много: из солей кальция образованы горные массивы и глинистые породы, которые состоят из останков древнейших животных и растений. Кальций – это легкий металл, прирожденный строитель. Из его соединений природа создала готовые стройматериалы – мрамор, известняк, гипс, которые с древнейших времен применяли при постройке зданий [10].

Среди элементов, входящих в состав нашего организма, кальций занимает важное место после четырех главных: углерода, кислорода, водорода и азота.

Выполнение опыта [1, 3]: необходимо взять куриные косточки, поместить в банку и залить небольшим количеством уксуса. Закрыть банку плотно крышкой и оставить на 7 дней. За это время соли кальция переходят из костей в раствор. Через семь дней нужно достать косточки.

Наблюдение: косточки стали как "резиновые" - пружинят и разгибаются, если их согнуть пальцем. Тонкую косточку можно свернуть в колечко - у нее соли кальция растворились по всему объему. У толстой кости середина осталась твердой (рис. 1).

В общем виде, химическая реакция в данном опыте записывается так [3]:

То есть соли кальция из костей переходят в раствор. Соответственно, через определенное время в костях останутся только органические соединения, и можно ожидать, что кости станут гибкими и мягкими.

Вывод: кости без кальция стали гибкими и мягкими, они не смогут удерживать тело.

Кальций, содержащийся в костях, делает их крепкими и прочными.

Свойства кальция. Кальций является химически активным мягким щелочным металлом серебристо-белого цвета. Из-за взаимодействия с кислородом и углекислым газом поверхность металла тускнеет, поэтому кальций нуждается в особом режиме хранения – в обязательном порядке плотно закрытая ёмкость, в которой металл заливают слоем жидкого парафина или керосина.

1.3. Кальций в организме человека

Известно, что на кальций приходится 2% общего веса человека. В теле человека весом 70 кг приблизительно 1,4 кг кальция. Большая часть кальция находится в костях и зубах человека – около 99%. Оставшийся 1% кальция содержится в крови, мускулатуре и межклеточной жидкости. Кальций – это материал для постройки костной ткани. Но не только. Значение этого элемента для жизнедеятельности организма изучено достаточно полно. Установлено, что [4, 6, 7]:

Кальций – необходимая составляющая здоровой сердечнососудистой системы. Он помогает поддерживать правильный ритм сердцебиения, обеспечивает хорошую свертываемость крови, способствует снижению артериального давления и уровня вредного холестерина.

Кальций поддерживает все обменные процессы в организме и нормальное функционирование ряда эндокринных желез.

Заслуга кальция в организме человека заключается также в правильном функционировании нервной системы – он питает нервные клетки и помогает импульсам проходить по ним, защищает от стресса.

Кальций способствует укреплению мембран клеток. Это снижает выраженность аллергических реакций при бронхиальной астме, поллинозе, дерматите, аллергических сыпях.

Кальций обеспечивает клеточный и гуморальный иммунитет, усиливает сопротивляемость инфекциям.

Для поддержания здоровья организма следует ежедневно обеспечивать употребление определённого количества кальция. Норма зависит от половой и возрастной категории:

- младенцы до 6 месяцев – 400 мг;

- дети 6—12 месяцев – 500 мг;

- младшие дошкольники (1-5 лет) – 600 мг;

- учащиеся начальных классов (до 10 лет) – 800 мг;

- подростки 10—13 лет – 1000 мг;

- девушки и юноши в возрасте 14—24 года – 1200—1500 мг;

- женщины 25—55 лет – 1000 мг;

- мужчины 25—65 лет – 1000 мг.

Кальций необходим людям любого возраста и особенно – детям. Для растущего детского организма кальций – все равно, что кирпич для строящегося дома. Если кирпичики будут некачественными, недостаточно прочными, то и дом, построенный из них, не выдержит нагрузок и вряд ли простоит века. Так же и тело человека. Важно не просто обеспечить его в детстве необходимым материалом для роста, но и заложить качественный фундамент на долгие годы. От количества кальция, полученного человеком в ранние годы, зависит, насколько здоровыми и прочными будут его кости в течение всей жизни [5].

Корректировка дневной нормы кальция требуется спортсменам, поскольку минерал активно выводится при потоотделении. А также корректировка нужна при длительной гормональной терапии.

1.4 Какие продукты питания содержат кальций?

До недавнего времени считалось, что наилучшими источниками кальция являются молоко и сыр. Но в настоящее время установлено, что молоко содержит такой кальций, для усвоения которого, организм тратит много энергии, в том числе и часть собственного запаса кальция. Поэтому основными источниками кальция следует считать естественные продукты, которые необходимо включать в свой рацион питания [8].

Из овощей особенно богаты кальцием молодая репа с ботвой, шпинат, лук, морковь, огурцы, свекла, зелёная фасоль, сельдерей, укроп и петрушка; из ягод и фруктов – крыжовник, ежевика, смородина, виноград, клубника, земляника, апельсины, персики, ананасы, вишня. Прекрасным источником кальция являются отруби и кисломолочные продукты. Большое количество кальция содержится в маке, кунжутном семени и чае ройбуше (Приложение 1).

Лучше всего кальций усваивается организмом из тех продуктов, в которых он содержится в сочетании с другими полезными микроэлементами, фосфором, витаминами D, С, B9 и так далее. При попадании в организм этих продуктов полезные вещества вступают во взаимодействие друг с другом и усваиваются легче, чем по отдельности.

Так, например, установлено, что кальций не усваивается нашим организмом без витамина Д. Без него организм усваивает только 10% кальция, поступающего в организм, а благодаря витамину Д усваивается 80-90 %.

1.5. Недостаток и избыток кальция в организме человека

Из-за дефицита кальция наблюдаются:

чувствительные к разрушениям зубы;

блеклая серая кожа лица;

ломкие и нездоровые волосы и ногти;

истощение силы мышц, слабость и усталость;

пористое заболевание костей (или остеопороз), а также рахит и артрит, высокое кровяное давление, боли в спине, бессонница, экзема, бронхиальная астма, высокий уровень холестерина, колит, головные боли, камни в почках и т. д.

Кофеин, никотин и алкоголь способствуют интенсивному выведению кальция из организма и приводят к его дефициту.

При недостатке кальция у младенцев может развиться рахит. Это заболевание приводит к замедленному и неправильному развитию. У детей юношеского возраста при недостатке кальция могут наблюдаться болевые ощущения в процессе роста, судороги в конечностях, быстрая утомляемость, плохой сон, снижение памяти, частые простуды.

В зрелом возрасте может возникнуть заболевание – остеопороз, т.е. снижение плотности костей. Чаще это заболевание проявляется у женщин. Каждая третья женщина старше 45 лет половина всех мужчин и женщин у нас в стране страдают этим заболеванием. Поэтому у наших бабушек часто бывают переломы костей.

Дефицит кальция в организме ведет к тому, что человек не может полностью расслабить мышцы, у него развивается бессонница, слабеет нервная система, становятся хрупкими кости, возникают судороги в икрах ног. Особо опасен дефицит кальция для детей. У нервных, с запоздалым развитием, трудных по характеру детей очень часто обнаруживается дефицит кальция, и они чудесным образом изменяются, когда этот дефицит вовремя восполняется. У взрослых и детей недостаток кальция обнаруживается через нервные привычки грызть ногти, безостановочно двигать руками и ногами, постоянно чесать голову. Они не могут спокойно сидеть продолжительное время и часто бессознательно стучат пальцами (особенно взрослые). Установлено, что дефицит кальция в организме чаще встречается у девочек, поэтому потребности в кальции женского организма больше, чем мужского.

Вот именно по этим причинам нам необходимо постоянно пополнять запасы этого жизненно важного для нас элемента.

Избыток кальция встречается намного реже его дефицита, но такая ситуация ничем не лучше. Избыток кальция возникает чаще всего в случае его приёма в форме таблетированных препаратов – токсичной может быть доза более 2000 мг. Он также может появиться у людей, которые пьют постоянно сырое молоко и употребляют в большом количестве молочные продукты. Симптомы избытка кальция: потеря аппетита, тошнота, рвота, боли в нижней части живота. В более запущенных случаях могут появиться, слабость, наблюдается ритм биения сердца. В результате появляются камни в мочевом пузыре, нарушается свертываемость крови, ослабляется иммунитет, а значит, организм становится подверженным различным заболеваниям. При появлении злокачественных опухолей также наблюдается повышенный уровень кальция в организме. Избыток кальция приводит к нарушению нормальной работы головного мозга, следствием чего может стать потеря сознания и галлюцинации. Также кальций откладывается в почках, образуя камни [6, 9].

Цель проекта:

Узнать значение кальция в жизни человека.

Задачи проекта:

Узнать как кальций влияет на организм человека;

Провести опыты, показывающие влияние кальция на организм человека.

Гипотеза проекта:

Кальций важен для жизни человека, без него люди не смогли бы жить.

Основная часть

Элемент кальций и история открытия кальция

Физические и химические свойства кальция и его роль в природе:

Кальций (Ca) – легкий агрессивный металл серебристого цвета с беловатым оттенком. Он играет важную роль во многих сферах жизни. В свободном виде в природе его нет, так как он химически высокоактивен.

История открытия:

В первом десятилетии 19-го века Хэмфри Дэви получил вещество без примесей. Он взял для электролиза катод на основе ртути и увлажненную гашеную известь. На первом этапе результат – сплав кальция и ртути. На втором, после удаления ртутной части – чистый элемент.

Кальций в таблице Менделеева:

В системе Менделеева кальций занимает 20 порядковое место, что относится ко второй группе и четвертому периоду. Атомная масса вещества – 40,078 г/моль. Это металл, входящий в категорию щелочноземельных.

Физические свойства:

Это твердый металл серебряного цвета с беловатым оттенком в нормальных условиях. При постепенном нагревании переходит в жидкое агрегатное состояние, потом в газообразное.

Хорошо подвергается различным манипуляциям – режется, прессуется, прокатывается.

Химические свойства:

Является типичным представителем семейства щелочноземельных металлов. Кальций вступает в реакции с разными веществами, так как является химически активным.

Несмотря на свою высокую способность к взаимодействию, кальций не самый активный металл семейства. Степень окисления +2.

Рекомендовано не хранить кальций в открытом виде, а убирать в герметичную стеклянную посуду с добавлением парафина или керосина.

Кальций в природе:

В целом вещество является пятым по распространенности на планете. К осадочным породам с кальцием в составе относят меловые отложения и известняк. В основном они состоят из кальцита, который в кристаллической форме представляет собой мрамор.

Элемент способен мигрировать в земной коре и из-за своей активности вступать в различные реакции, образуя минералы. Насчитывается более 380 минералов с участием этого компонента.

Элемент содержится и в живых организмах. Большая часть, приходится на клетки костей, зубов. У губок, кораллов скелет целиком состоит из карбоната кальция.

В редких случаях кальций используется как самостоятельный компонент, чаще он находится в других веществах. В чистом виде применяется в восстановительных реакциях металлов из оксидов.

В металлургии востребован для удаления окислений или для получения трудно восстанавливаемых металлов, например урана или хрома.

В свинцовых аккумуляторах кальций используют как небольшую добавку. От общего объема вещества его меньше 1%. Однако этого достаточно, чтобы не дать аккумулятору перегреться или закипеть. Дополнительно элемент защищает основное вещество, свинец, от коррозии.

Каждый хоть раз видел мел, гипс, известняк. Мел используется для письма на досках, гипс – в медицине и строительстве зданий, а известняк – в качестве стройматериала, а также для пищевой, химической промышленности.

Отмечают биологическую роль элемента. Живым организмам он нужен для нормального сердцебиения. Его ионы участвуют в передаче сигнала по нервным клеткам, в работе мышц, в процессе свертывания крови.

Основная часть

Значение кальция в организме человека

Кальций распределен в нашем организме неравномерно – около 99% содержится в костях и зубах и лишь 1% приходится на другие органы и ткани. Однако при этом необходимое количество кальция присутствует в каждой клетке человеческого тела. Выводится кальций из организма через почки и кишечник (при активном участии желчных кислот).

Читайте также: