Кальций как химический элемент¶

Кальций — химический элемент второй группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы второй группы) четвёртого периода периодической системы, с атомным номером 20 и обозначением Ca (от лат. calx — «известь»). Относится к щёлочноземельным металлам. Простое вещество кальций — серебристо-белый, довольно твёрдый металл, химически весьма активный: на воздухе быстро покрывается оксидной и карбонатной плёнкой, реагирует с водой и кислотами. Кальций — один из самых распространённых элементов земной коры и незаменимый компонент живых организмов.

¶История открытия

Соединения кальция известны человечеству с древности: известь, гипс и мрамор использовались в строительстве и медицине задолго до выделения самого элемента. В 1808 году английский химик Хамфри Дэви получил металлический кальций электролизом смеси оксида кальция и оксида ртути. Название элементу дал шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус, произведя его от латинского calx — «известь».

¶Нахождение в природе

Кальций занимает пятое место среди элементов по распространённости в земной коре (около 3,4 % по массе). Вследствие высокой химической активности в свободном виде не встречается. Основные природные соединения:

• карбонаты — кальцит, мел, мрамор, известняк (CaCO₃);
• сульфаты — гипс и ангидрит (CaSO₄·2H₂O и CaSO₄);
• фосфаты — апатит и фосфорит;
• флюорит (CaF₂), доломит (CaMg(CO₃)₂).

Кальций присутствует в природных водах в виде ионов, обусловливая их жёсткость.

¶Физические и химические свойства

Кальций — пластичный металл с плотностью 1,55 г/см³, температурой плавления 842 °C и кипения 1484 °C. Кристаллическая решётка — кубическая гранецентрированная. Металл хорошо проводит тепло и электричество.

Химически кальций активен. На воздухе он окисляется с образованием оксида CaO, при нагревании реагирует с кислородом, галогенами, серой, азотом и водородом. С водой взаимодействует с выделением водорода:

Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑

В соединениях кальций проявляет степень окисления +2. Оксид кальция (негашёная известь) при взаимодействии с водой образует гидроксид (гашёную известь) с выделением большого количества тепла.

¶Получение и применение

Металлический кальций получают электролизом расплава хлорида кальция или алюминотермическим восстановлением оксида. Применяется он как восстановитель при получении тугоплавких металлов, для раскисления и десульфурации стали, в качестве геттера в вакуумных приборах.

Соединения кальция имеют массовое практическое значение:

¶Биологическая роль

Кальций — жизненно необходимый макроэлемент. В организме взрослого человека содержится около 1–1,2 кг кальция, преимущественно в костях и зубах в виде гидроксиапатита. Ионы кальция участвуют в свёртывании крови, мышечном сокращении, передаче нервных импульсов, регуляции проницаемости клеточных мембран и работе ряда ферментов.

Суточная потребность взрослого человека — примерно 800–1200 мг. Основные пищевые источники: молочные продукты, рыба, орехи, зелёные овощи. Регуляция обмена кальция осуществляется паратгормоном, кальцитонином и витамином D. Недостаток кальция ведёт к остеопорозу, рахиту у детей, нарушениям свёртываемости крови; избыток — к кальцинозу тканей и образованию камней в почках.

¶Значение в промышленности и технике

Помимо металлургии и строительства, кальций и его соединения используются в производстве стекла, керамики, бумаги, в водоочистке, сельском хозяйстве (известкование почв), пищевой промышленности (как добавка E509 — хлорид кальция). Изотопы кальция применяются в научных исследованиях и геохронологии.

¶Интересные факты

• Кальций — самый распространённый металл в организме человека.
• Название «кальций» происходит от латинского слова, означающего «известь».
• Кости и зубы почти на 99 % состоят из соединений кальция.
• Жёсткость воды определяется прежде всего содержанием солей кальция и магния.

Источники: Большая российская энциклопедия; Химическая энциклопедия; учебники по общей и неорганической химии; материалы по биологической химии.