Калцијум и jедињења

Милушка Пршић-професор хемије-мастер

Особине калцијумаРелативна атомска маса: 40,078 Редни број:  20 Тачка топљења: 839°с Тачка кључања:  1484°СЕлектронска конфигурација:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²

Налажење калцијума у природи Са уделом од 3,39 % калцијум

се налази на 5. месту по распрострањености у Земљиној кори.У елементарном стању се не налази у природу услед високе реактивности. Састојак је више од 200 добро познатих минерала. Од најважнијих ту су калцит, арагонит, гипс, флуорит, доломит. Калцијум је у организму састојак костију, зуба, љуске од јаја, рогова, оклопа шкољки... Широм света калцијума има у неограниченим количинама и у различитим облицима.

СаСО₃ -калцијум-карбонатје главни

састјакоклопа шкољке

СаСО₃ арагонит

СаSO₄ -калцијум-

сулфат-гипс

Флуорит (калцијум-флуорид)-СаF₂ СаСО₃ калцит

СаСО₃ x MgCO₃ доломит

Добијање калцијума Добија се елктролизом растопа

CaCl₂ (Зашто растопа, а не раствора)

CaCl2 →Ca2++2Cl-

K(-) Ca²⁺ + 2e → Ca A(+) 2Cl⁻ - 2e → Cl2

Добијање калцијума Индустријски поступак

подразумева добијање калцијума из СаО редукцијом са Al (због велике тежње Al за кисеоником!)

СаО добија се термичком разградњом СаСО₃

CaCO3 →CaO+CO2 3CaO + 2Al → Al2O3 + 3Ca

Особине калцијума У елементарсном стању,

калцијум је сребрнасто-бели метал који на ваздуху брзо потамни јер се превлачи слојем оксида. То је мекани метал, спада у биогене елементе, улази у састав костију и зуба, налази се у листовима виших биљака, а у облика Са²⁺ јона учествује у процесима згрушавања крви. Заједно са фосфором учествује у метаболизму витамина Д у организму. Са кисеоником гради оксиде, а са азотом нитриде:

2Ca + O2 → 2CaO     3Ca + N2 → Ca3N2

Особине калцијума Са водоником реагује при чему

настаје калцијум хидрид:Са + Н₂ СаН₂

У реакцији са водом настаје Са(ОН)₂ уз ослобађање

водоника:Са + Н₂О Са(ОН)₂ + Н₂

Са(ОН)₂ који настаје је слабија база у односу на алкалне

хидроксиде.

Особине калцијума

Примена калцијума Елементарни калцијум се

користи за производњу других метала, као што су хром, ванадијум, плутонијум или уранијум из руда, при чему се оксиди, хлориди или флуориди се редукују елементарним калцијумом.

Калцијумова једињења имају веома велику примену у грађевинској индустрији (калцијум карбонат, оксид и хидроксид), за производњу малтера

Једињења калцијума Калцијум гради

једињења са оксидационим бројем +2.Најважнија једињења су:Калцијум оксид- СаОКалцијум хидроксид- Са(ОН)₂Калцијум карбонат- СаСО₃Калцијум сулфат-СаSО₄Калцијум фосфат- Са₃ (РО₄)₂

CaO негашени креч Добија се жарењем СаСО₃, или

директним сједињавањем калцијума са кисеоником:

CaCO3 → CaO + CO22Ca + O2 → 2CaO

То је бела прашкаста супстанца, уколико садржи примесе, сивкасте је боје.

CaO негашени креч То је базни оксид,

сједињавањем са киселим окидима гради соли:

3CaO + P2O5 → Ca3(PO4)2• Користи се за добијање

гашеног креча (Са(ОН)₂), У металној индустрији за везивање киселих оксида.

• У индуструји стакла и керамике.

• Као вештачко ђубриво (киселе земље).

• Користи се за добијање калцијум карбида.

CaO негашени кречCaO + 3C → CaC2 + CO

CaC₂ се користи за производњу етина (ацетилена) који се кориусти за производњу сирћетне киселине:CaC2 + 2Н₂О С₂Н₂ + Са(ОН)₂

Ca(O Н) ₂гашени креч Растварањем СаО у води,

долази до бурне реакције уз ослобађање топлоте и грађења Са(ОН)₂ (“гашење креча”):

Лабораторијски се добија растварањем калцијума у води.

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

Ca(O Н) ₂ гашени креч• Са(ОН)₂ је јака неорганска

база.• Реагије са киселим оксидима:

Ca(OH)2 + SiO2 → CaSiO3 + H2O• Користи се за добијање

амонијака:2NH4Cl + Ca(OH)2 → 2NH3 + CaCl2

+ 2H2O• И за добијање хлорног креча

који се користи као дезинфекционо средство:Ca(OH)2 + Cl2 → Ca(OCl)Cl + H2O

Ca(O Н) гашени креч Растварањем у води гради ткз.

“кречно млеко” (суспензија) која се користи за кречење.

Стајањем, долази до издвајања бистрог раствора који се назива “кречна вода” и служи за доказивање СО₂:

Са(ОН)₂ + СО₂ СаСО₃ + Н₂ОНа овој реакцији заснива се

примена Са(ОН)₂ у грађевинарству!

Ca(O Н) гашени креч Исто тако важан грађевински материјал је и портланд цемент

који представља смесу Al₂O₃, CaO, SiO₂ i FeO₃.Овај цемент је хидраулично средство јер се

везује и под водом.Суспензија портланд цемента,шљунка и дробљеног камена назива се бетон.Данас је бетон главни материјал у грађевинарству.

CaСО₃ У природи се налази у два

кристална облика, као калцит и арагонит. Калцит је кречњак, креда и мермер, а арагонит је бисер:

CaСО₃ Кречњак је основни састојак

Земљине коре, изграђује читаве планинске ланце, креда је хомогенијег састава, настала је окамењавањем кречњачких остатака сићушних морских животињица, користи се у

школама и као везивно средство у индустрији боја и

лакова. Мермер се користи као цењени грађевински материјал.

Кречњак и креда садрже и примесе MgCO3, SiO2 и глине.

Смеса крецњака и глине назива се лапорац, а користи се за добијање цемента.

CaСО₃ СаСО₃ се раствара у

киселинама, када карбонате прелијемо киселинама, чује се шуштање од издвојеног СО₂:

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2

CaСО₃ Тврдоћа воде Калцијум карбонат је не

растворан у чистој води,али се раствара у води која има раствореног СО₂оксида:

CaCO3 + H2O +CO2 Ca(HCO3)2Ca(HCO3)2 ,калцијум бикарбонат је

растворан у води,процес је повратан на повишеној температури или

дужем стајању поново се издваја калцијум карбонат.На тај начин се

стварају пећински украсти сталактити и сталагмити,као и

каменац у парним котловима,бојлерима итд.Присуство

Ca(HCO3)2 узрокује пролазну тврдоцу воде.Збир сталне и

пролазне тврдоће представља укупну тврдоћу воде.

CaСО₃ Тврдоћа воде Процес превођења карбоната у

бикарбонат и обрнуто непожељан је јер ствара каменац који проузрокује

кварове на машинама, таложи се у бојлерима, парним

котловима и индустријским апаратима.

CaСО₃ Тврдоћа воде У тврдим водама сапун не пени

јер су сапуни алкалне соли вишемасних киселина, а са

калцијумове су нерсатворне у води:

2C17H35COONa + CaCl2 → (C17H35COO)2Ca + 2NaCl

CaСО₃ Тврдоћа воде Пролазна тврдоћа воде се одстрањује

кувањем, а стална тврдоћа воде се уклања помоћу јонских измењивача

и хемијским путем.За уклањање сталне тврдоће користе

се природни алуминосликати- ЗеОЛИТИ.

Na2Al2H4(SiO4)3 Na2O x Al2O3 x 3SiO2 x 2H2O

Када се тврда вода пропушта кроз зеолите јони калцијума из тврде воде замењују јоне натријума из

зеолита:2Na+(zeolit) + Ca2+ → 2Na+ + Ca2+(zeolit)

CaSО₄x 2H₂O ГипсНалази се у природи хидратисам са

два молекула воде као минерал гипс, или безводни CaSО₄ као

минерал анхидрит.То је бела прашкаста упстанца,

загревањем до 90⁰С губи 3/2 воде и прелази у ткз. полухидрат.

Кристална структура гипса се тада нарушава:

CaSO4 x 2H2O CaSO4 x 1⁄₂ H2O + 3⁄₂H2OДаљим загревањем преко 160⁰С , губи

се и пресотала количина воде и настаје безводни CaSO4 анхидрат:

CaSO4 x 1⁄₂ H2O CaSO4 + 1⁄₂H2O

CaSО₄x 2H₂O ГипсТо је ткз. “мртво печени гипс”. Додатком воде и полухидрат и

анхидрат поново очвршћавају. На овим реакцијама се заснива примена гипса у медицини,

вајарству и киипарству.

CaSО₄x 2H₂O ГипсНалази се у природи хидратисам са

два молекула воде као минерал гипс, или безводни CaSО₄ као

минерал анхидрит.То је бела прашкаста упстанца,

загревањем до 90⁰С губи 3/2 воде и прелази у ткз. полухидрат.

Кристална структура гипса се тада нарушава:

CaSO4 x 2H2O CaSO4 x 1⁄₂ H2O + 3⁄₂H2OДаљим загревањем преко 160⁰С , губи

се и пресотала количина воде и настаје безводни CaSO4 анхидрат:

CaSO4 x 1⁄₂ H2O CaSO4 + 1⁄₂H2O

Ca₃(РО₄)₂ Калцијум-фосфатНалази се у природи у облику

минерала фосфорита. Веома је важан јер садржи два биогена елемента-калцијум и фосфор.

Међутим, фосфорит, иако распрострањен у природи,

недоступан је биљкама јер није растворан у води.

Фосфорит се највише користи запроизводњу вештачких ђубрива,тако што се преводи у ткз. “суперфосфат” и двострукисуперфосфат”

фосфорит

Ca₃(РО₄)₂ Калцијум-фосфатТкз. “суперфосфат” добија се

превођењем нерастворног фосфата у дихидрогенфосфат (примарни

фосфат)-растворни облик, доступан биљкама, у реакцији фосфорита и

сумпорне киселине:Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 → Ca(H2PO4)2 +

2CaSO4Поред у води растворног-дихидроген

фосфата , добија се и гипс који је непожељан, већеи принос

дихидрогенфосфата добија се у реакцији фосфорита са Н₃РО₄, када

настаје ткз: “двоструки суперфосфат”:

Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 → 3 Ca(H2PO4)2