Кальций и его характеристики
Общая характеристика кальция
Кальций принадлежит к числу самых распространенных в природе элементов. В земной коре его содержится приблизительно 3% (масс.). Он встречается в виде многочисленных отложений известняков и мела, а также мрамора, которые представляют собой природные разновидности карбоната кальция CaCO3. В больших количествах встречаются также гипс CaSO4×2H2O, фосфорит Ca3(PO4)2 и, наконец, различные содержащие кальций силикаты.
В виде простого вещества кальций представляет собой ковкий, довольно твердый металл белого цвета (рис.1). На воздухе быстро покрывается слоем оксида, а при нагревании сгорает ярким красноватым пламенем. С холодной водой кальций реагирует сравнительно медленно, но из горячей воды быстро вытесняет водород, образуя гидроксид.
Рис. 1. Кальций. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса кальция
Относительной молекулярная масса вещества (Mr) – это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (Ar) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Поскольку в свободном состоянии кальций существует в виде одноатомных молекул Ca, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 40,078.
Изотопы кальция
Известно, что в природе кальций может находиться в виде четырех стабильных изотопов 40Ca,42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca и 48Ca, с явным преобладанием изотопа 40Ca (99,97%). Их массовые числа равны 40, 42, 43, 44, 46 и 48 соответственно. Ядро атома изотопа кальция 40Ca содержит двадцать протонов и двадцать нейтронов, а остальные изотопы отличаются от него только числом нейтронов.
Существуют искусственные изотопы кальция с массовыми числами от 34-х до 57-ми, среди которых наиболее стабильным является 41Ca с периодом полураспада равным 102 тысячи лет.
Ионы кальция
На внешнем энергетическом уровне атома кальция имеется два электрона, которые являются валентными:
1s22s22p63s23p64s2.
В результате химического взаимодействия кальций отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
Ca0-2e → Ca2+.
Молекула и атом кальция
В свободном состоянии кальций существует в виде одноатомных молекул Ca. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу кальция:
|
Энергия ионизации атома, эВ |
6,11 |
|
Относительная электроотрицательность |
1,0 |
|
Радиус атома, нм |
0,197 |
|
Стандартная энтальпия диссоциации молекул при 25oС, кДж/моль |
192,5 |
Сплавы кальция
Кальций служит легирующим компонентом некоторых свинцовых сплавов.
Примеры решения задач
| Задание | Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
Ca → Ca(OH)2 → CaCO3→Ca(HCO3)2. |
| Ответ | Растворив кальций в воде можно получить мутный раствор соединения известного под названием «известковое молоко» — гидроксида кальция:
Ca+ 2H2O→ Ca(OH)2 + H2↑. Пропустив через раствор гидроксида кальция углекислый газ получаем карбонат кальция: 2Ca(OH)2 + CO2→ CaCO3 + H2O. Добавив к карбонату кальция воды и продолжая пропускать через данную смесь углекислый газ получаем гидрокарбонат кальция: CaCO3+ H2O + CO2→ Ca(HCO3)2. |
| Задание | Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
Ca → CaH2 → Ca(OH)2 → Ca(NO3)2. |
| Ответ | При нагревании кальций вступает в реакцию взаимодействия с водородом с образованием гидрида кальция:
Ca+ H2 → CaH2. При взаимодействии с водой гидрид кальция образует гидроксид кальция: CaH2+ H2O → Ca(OH)2 + 2H2↑. Добавив к раствору гидроксида кальция азотную кислоту можно получить нитрат кальция: Ca(OH)2+ 2HNO3→ Ca(NO3)2 + 2H2O. |
