Загальні відомості і методи отримання
Кальцій (Са) - сріблясто-білий метал. Відкритий англійським хіміком Деві в 1808 р проте в чистому вигляді отриманий тільки в 1855 р Бунзеном і Матіссеном шляхом електролізу розплавленого хлористого кальцію. Промисловий спосіб отримання кальцію розроблений Зутер і Ред-лихом в 1896 р на заводі Ратенау (Німеччина). У 1904 р в Біттерфель-де почав працювати перший завод з отримання кальцію.
Свою назву елемент отримав від латинського calx (calcis) - вапно.
У вільному стані в природі не зустрічається. Входить до складу осадових і метаморфічних порід. Найчастіше зустрічаються карбонат-ні породи (вапняк, крейда). Крім того, кальцій міститься у мно-гих мінералах: гіпсі, кальциті, доломіті, мармурі і ін.
У вапняках присутні не менше 40% вуглекислого кальцію, в кальциті - 56% Сао, в доломіті - 30,4% СаО, в гіпсі - 32,5% СаО. Кальцій міститься в грунті та морській воді (0,042%).
Металевий кальцій і його сплави отримують електролітичним і металлотермічсскім способами. Електролітичні способи засновані на електролізі розплавленого хлористого кальцію. Добутий метал містить СаС12. тому його переплавляють, а для отримання високочистого кальцію переганяють. Обидва процеси проводять у вакуумі.
Кальцій отримують також методом алюмінотермічним восстанов-лення в вакуумі, а також термічної дисоціацією карбіду кальцію.
Атомні характеристики. Атомний номер 20, атомна маса 40,08 а. е. м. атомний об'єм 26,20 • 10 _6 м 3 / моль, атомний радіус 0,197 нм, іонний радіус (Са 2 +) 0,104 нм Конфігурація зовнішніх електронних оболонок Зр е 4А 2. Значення потенціалів іонізації атомів / (еВ): 6,111 ; 11,87; 51,21. Електронегативність 1,0. Кристалічна решітка р ц. к. с періодом а = 0,556 нм (координаційне число 12), що переходить близько 460 ° С в гексагональну з а = 0,448 нм (координаційне число 6; 6). Енергія кристалічної решітки 194,1 мкДж / кмоль.
Природний кальцій складається з суміші шести стабільних ізотопів (40 Са, 42 Са, 43 Ca. 44 Са, 46 Са, 48 Са), з яких найбільш поширений 40 Са (96,97%). Решта ізотопи (39 Са, "Са, 45 Са, 47 Са і 49 Са) об-ладан радіоактивними властивостями і можуть бути отримані искусст-іенним шляхом.
Ефективне поперечний переріз захоплення теплових нейтронів 0,44 * 10 -28 м 2. Робота виходу електронів ср = 2,70-н 2,80 еВ. Робота ви-ходу електронів на межі (100) монокристала 2,55 еВ.
Густина. Щільність кальцію при 20 ° С р = 1,540 Мг / м 3. а при 480 ° С 1,520 Мг / м 3. рідкого (865 ° С) 1,365 Мг / м 3.
Нормальний електродний потенціал реакції Са-2е ^ = Са 2 + ср = -2,84 В. В з'єднаннях виявляє ступінь окислення +2.
Кальцій - хімічно дуже активний елемент, витісняє майже всі метали з їх оксидів, сульфідів і галогенідів. Повільно взаємо-діє з холодною водою, при цьому виділяється водень, в гарячій ЗВде утворюється гідроксид. З сухим повітрям при кімнатній темпе-ратурі кальцій не реагує, при нагріванні до 300 ° С і вище сильно окислюється, а при подальшому нагріванні, особливо в присутності кисло-роду, запалюється, утворюючи СаО; теплота освіти АЯ0 йр = = 635,13 кДж / моль.
При взаємодії з воднем при 300-400 ° С утворюється гід-рид кальцію СаН2 (ДЯ0 бр = 192,1 кДж / моль), з киснем міцне ч. Високотемпературне з'єднання СаО. З фосфором кальцій утворює стійке і міцне з'єднання Са3 Р2. а з вуглецем - карбід СаС2. З фтором, хлором, бромом і в.о.-будинок взаємодіє, утворюючи CaF 2. СаС12. СаВг2. Са12. При нагріванні кальції з сіркою утворюється сульфід CaS. з кремнієм - силіциди Ca 2 Si. CaSi і CaSi 2.
Концентрована азотна кислота і концентрований розчин NaOH слабо взаємодіють з кальцієм, а розбавлена азотна кислота бурхливо. В міцної сірчаної кислоти кальцій покривається захисною плівкою CaS 04. яка перешкоджає подальшій взаємодії; розбавлена H 2 S 04 діє слабо, розбавлена соляна кислота - сильно.
З більшістю металів кальцій взаємодіє, утворюючи твер-Диє розчини і хімічні сполуки.
Нормальний електронний потенціал ф0 = -2,84 В. Електрохіміче-ський еквівалент 0,20767 мг / Кл.
Завдяки високій пластичності кальцію його можна подвераать обра-лення тиском всіх видів. При 200-460 ° С він добре пресується, прокочується в листи, кується, з нього легко отримують дріт та інші напівфабрикати. Кальцій добре обробляється різанням (про-точка на токарному, свердлильному і інших верстатах).
Застосування металевого кальцію обумовлено його високою химиче-ської активністю. Оскільки при підвищеній температурі кальцій мо-же енергійно з'єднуватися з усіма газами, крім інертних, його ис-товують для промислового очищення аргону і гелію, а також в якост-стве газовбирачів в високовакуумних приладах, наприклад електрон-тронних трубках і т. Д.
У металургії кальцій використовують в якості раскислителя і де-сульфуратора стали; при очищенні свинцю і олова від вісмуту і сурь-ми; в якості відновника при отриманні тугоплавких рідкісних ме-Таллі, що володіють високою спорідненістю до кисню (цирконію, ти-тана, танталу, ніобію, торію, урану і ін.); як легуючої добавки до свинцево-кальцієвих бабіти для підвищення їх механічного-ських і антифрикційних властивостей
Сплав свинцю з 0,04% Са володіє підвищеною твердістю по срав-рівняно з чистим свинцем. Невеликі добавки (0,1%) кальцію підвищена-шают стійкість проти повзучості. Сплав кальцію (до 70%) з цин-ком використовується тля виготовлення пінобетону.
Широко застосовуються лігатури кальцію з кремнієм і марганцем, з алюмінієм і кремнієм в якості розкислювачів і добавок у виробництві водстве легких сплавів
Присадка кальційлітіевих лігатур в незначних кількостях до сплавів на основі заліза (чавуну, вуглецевих і спеціальним ста-лям) збільшує їх вологотекучість і помітно підвищує твердість і тимчасовий опір.
Широке застосування отримали сполуки кальцію. Так, оксид каль-ція використовують в скляному виробництві, для футерування печей, по-лучения гашеного вапна. Гидросульфит кальцію застосовують у виробництві водстве штучного волокна і для очищення кам'яновугільного газу.
Хлорне вапно використовується як "відбілюючий засіб в текстиль-ної і целюлозно-паперової промисловості, а також як дезінфіці-ючий засіб. Пероксид кальцію йде на приготування гігієніч-ських і косметичних препаратів, а також зубних паст. Сульфід кальцію служить для отримання фосфоресцирующих препаратів, а в шкірі-кої промисловості - для видалення волосяного покриву шкіри. З'єднання кальцію з миш'яком отруйні і небезпечні. Їх використовують для знищення шкідників сільського господарства. З'єднання кальцію з фосфором і ціанамід кальцію служать для отримання добрив (суперфосфат, азотисті добрива та ін.). Широко застосовуються мі-нераль - мармур, гіпс, вапняк, доломіт і т. д.