Кальций

(далее К)(Calcium), , элемент группы периодической системы номер 20, масса 40,08; легкий металл. Природный элемент представляет смесь шести стабильных изотопов: 40, 42, 43, 44, 46 и 48, из которых наиболее распространен 40 (96, 97%).   Соединения - известняк, мрамор, гипс (а также известь - продукт обжига известняка) уже в глубокой древности применялись в строительном деле. Вплоть до конца 18 в. химики считали известь простым телом. В 1789 А. Лавуазье предположил, что известь, магнезия, глинозем и кремнезем - вещества сложные. В 1808 Г. Дэви, подвергая электролизу с катодом смесь влажной гашеной извести с окисью приготовил амальгаму , а отогнав из нее получил металл, названный "кальций" (от лат. calx, родительный падеж calcis - известь).   Распространение в природе. По распространенности в земной коре занимает 5-е место (после О, , и ); содержание 2,96% по массе. Он энергично мигрирует и накапливается в различных геохимических системах, образуя 385 минералов (4-е место по числу минералов). В мантии Земли мало и, вероятно, еще меньше в земном ядре (в метеоритах 0,02%). преобладает в нижней части земной коры, накапливаясь в основных породах; большая часть заключена в полевом шпате - анортите (228); содержание в основных породах 6,72%, в кислых (граниты и др.) 1,58%. В биосфере происходит исключительно резкая дифференциация , связанная главным образом с "карбонатным равновесием": при взаимодействии углекислого газа с карбонатом 3 образуется растворимый бикарбонат Са (НСО3)2: СаСО3 + 2 + 2 Û Са (НСО3)2 Û 2+ + 23-. Эта реакция обратима и является основой перераспределения . При высоком содержании 2 в водах находится в растворе, а при низком содержании 2 в осадок выпадает минерал СаСОз, образуя мощные залежи известняка, мела, мрамора.   Огромную роль в истории играет и биогенная миграция. В живом веществе из элементов - металлов - главный. Известны организмы, которые содержат более 10% (больше строящие свой скелет из соединений , главным образом из СаСО3 (известковые водоросли, многие моллюски, иглокожие, кораллы, корненожки и т.д.). С захоронением скелетов морских животных и растений связано накопление колоссальных масс водорослевых, коралловых и прочих известняков, которые, погружаясь в земные глубины и минерализуясь, превращаются в различные виды мрамора.   Огромные территории с влажным климатом (лесные зоны, тундра) характеризуются дефицитом - здесь он легко выщелачивается из почв. С этим связано низкое плодородие почв, низкая продуктивность домашних животных, их малые размеры, нередко болезни скелета. Поэтому большое значение имеет известкование почв, подкормка домашних животных и птиц и т.д. Напротив, в сухом климате СаСО3 трудно растворим, поэтому ландшафты степей и пустынь богаты . В солончаках и соленых озерах часто накапливается гипс 4·22.   Реки приносят в океан много , но он не задерживается в океанической воде (ср. содержание 0,04%), а концентрируется в скелетах организмов и после их гибели осаждается на дно преимущественно в форме СаСО3. Известковые илы широко распространены на дне всех океанов на глубинах не более 4000 м (на больших глубинах происходит растворение СаСО3, организмы там нередко испытывают дефицит ).   Важную роль в миграции играют подземные воды. В известняковых массивах они местами энергично выщелачивают СаСО3, с чем связано развитие карста, образование пещер, сталактитов и сталагмитов. Помимо в морях прошлых геологических эпох было широко распространено отложение фосфатов (например, месторождения Каратау в Казахстане), доломита СаСО3·3, а в лагунах при испарении -гипса.   В ходе геологической истории росло биогенное карбонатообразование, а осаждение уменьшалось. В докембрийских морях (свыше 600 млн. лет назад) не было животных с известковым скелетом; они приобрели широкое распространение начиная с кембрия (кораллы, губки и т.д.). Это связывают с высоким содержанием 2 в атмосфере докембрия.   Физические и свойства. решетка a-формы (устойчивой при обычной температуре) гранецентрированная кубическая а = 5,56 . радиус 1,97 , ионный радиус 2+, 1,04 . Плотность 1,54 г/см3 (20 °С). Выше 464 ° устойчива гексагональная b-форма. tпл 851°, tkип 1482 °; температурный коэффициент линейного расширения 22×10-6 (0-300 °); теплопроводность при 20 ° 125,6 Вт/(м×К) или 0,3 кал/(см×сек°С); удельная теплоемкость (0-100 °С) 623,9 дж/(кг×К) или 0,149 кал/(г×°); удельное электросопротивление при 20° 4,6×10-8 ом×м или 4,6×10-6 ом×см; температурный коэффициент электросопротивления 4,57×10-3 (20 °). Модуль упругости 26 Гн/м2 (2600 кгс/мм2); предел прочности при растяжении 60 Мн/м2 (6 кгс/мм2); предел упругости 4 Мн/м2 (0,4 кгс/мм2), предел текучести 38 Мн/м2 (3,8 кгс/мм2); относительное удлинение 50%; твердость по Бринеллю 200-300 Мн/м2 (20-30 кгс/мм2). К достаточно высокой чистоты пластичен, хорошо прессуется, прокатывается и поддается обработке резанием.   Конфигурация внешней электронной оболочки 4s2, в соответствии с чем в соединениях 2-валентен. очень активен. При обычной температуре легко взаимодействует с и влагой воздуха, поэтому его хранят в герметически закрытых сосудах или под минеральным маслом. При нагревании на воздухе или в воспламеняется, давая основной окисел (см. Кальция окись). Известны также перекиси - 2 и СаО4. С холодной водой взаимодействует сначала быстро, затем реакция замедляется вследствие образования пленки ()2 (см. Кальция гидроокись). энергично взаимодействует с горячей водой и кислотами, выделяя 2 (кроме концентрированной 3). С реагирует на холоду, а с и - выше 400 °С, давая соответственно 2, 2 и 2 (см. Кальция фторид, Кальция хлорид, Кальция бромид). Эти галогениды в расплавленном состоянии образуют с так называемого субсоединения - , , в которых формально одновалентен. При нагревании c серой получается кальция сульфид , последний присоединяет серу, образуя полисульфиды (2, 4 и др.). Взаимодействуя с сухим при 300-400 ° образует гидрид 2 - ионное соединение, в котором является анионом. При 500 ° и дают нитрид 32; взаимодействие с аммиаком на холоду приводит к комплексному аммиакату (3)6. При нагревании без доступа воздуха с графитом, или дает соответственно карбид кальция 2, силициды 2 и фосфид 32. образует интерметаллические соединения с , , , , , , , и др.   Получение и применение. В промышленности получают двумя способами: 1) нагреванием брикетированной смеси и порошка при 1200 °С в вакууме 0,01-0,02 мм рт. ст.; выделяющиеся по реакции: 6 +2 = 3 СаО×l23 + 3Са пары конденсируются на холодной поверхности; 2) электролизом расплава 2 и с жидким катодом приготовляют сплав - (65% ), из которого отгоняют при температуре 950-1000 °С в вакууме 0,1-0,001 мм рт. ст.   В виде чистого металла применяют как восстановитель , , , , , , и некоторых редкоземельных металлов из их соединений. Его используют также для раскисления сталей, бронз и др. сплавов, для удаления серы из нефтепродуктов, для обезвоживания органических жидкостей, для очистки от примеси и в качестве поглотителя газов в электровакуумных приборах. Большое применение в технике получили антифрикционные материалы системы --, а также сплавы -, служащие для изготовления оболочки электрических кабелей. Сплав -- (силикокальций) применяется как раскислитель и дегазатор в производстве качественных сталей. О применении соединений К см. в соответствующих статьях.   А. Я. Фишер, А. И. Перельман.   в организме. - один из биогенных элементов, необходимых для нормального протекания жизненных процессов. Он присутствует во всех тканях и жидкостях животных и растений. Лишь редкие организмы могут развиваться в среде, лишенной у некоторых организмов содержание достигает 38%; у человека - 1,4-2%. Клетки растительных и животных организмов нуждаются в строго определенных соотношениях ионов 2+, + и К+ во внеклеточных средах. Растения получают из почвы. По их отношению к растения делят на кальцефилов и кальцефобов. Животные получают с пищей и водой. необходим для образования ряда клеточных структур, поддержания нормальной проницаемости наружных клеточных мембран, для оплодотворения яйцеклеток рыб и др. животных, активации ряда ферментов. Ионы 2+ передают возбуждение на мышечное волокно, вызывая его сокращение, увеличивают силу сердечных сокращений повышают фагоцитарную функцию лейкоцитов, активируют систему защитных крови, участвуют в ее свертывании. В клетках почти весь находится в виде соединений с нуклеиновыми кислотами, фосфолипидами, в комплексах с неорганическими фосфатами и органическими кислотами. В плазме крови человека и высших животных только 20-40% может быть связано с У животных, обладающих скелетом, до 97-99% всего используется в качестве строительного материала: у беспозвоночных в основном в виде 3 (раковины моллюсков, кораллы), у позвоночных - в виде фосфатов. Многие беспозвоночные запасают перед линькой для построения нового скелета или для обеспечения жизненных функции в неблагоприятных условиях.   Содержание в крови человека и высших животных регулируется гормонами паращитовидных и щитовиднойК