Кальцій та його сполуки

* Розкажіть про місце Кальцію у періодичній системі хімічних елементів і зобразіть будову його атома. Напишіть електронну формулу атома Кальцію.

Електронна конфігурація зовнішнього і передостаннього електронних шарів атома Кальцію 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁰ 4s² показує, що в хімічних реакціях атоми Кальцію легко віддають обидва електрони із зовнішнього шару і виявляють ступінь окиснення +2.

Поширення у природі. Кальцій належить до найбільш поширених елементів у природі. Масова частка його у земній корі становить 3,4%. Трапляється він тільки у вигляді сполук. Значно поширені різні силікати й алюмосилікати, до складу яких входить Кальцій. Крім них, промислове значення мають кальцит СаСО₃ (вапняк, крейда, мармур), доломіт CaCO₃ • MgCO₃, гіпс CaSO₄ • 2Н₂О, флюорит CaF₂, фосфорити й апатити Ca₃(PO₄)₂ тощо. Кальцій міститься в організмах багатьох тварин: у кістковій тканині хребетних, у черепашках молюсків (СаСО₃), яєчній шкаралупі.

Добування. Кальцій добувають електролізом розплаву кальцій хлориду.

• Напишіть рівняння електролітичної дисоціації хлориду кальцію у розплаві і покажіть, які процеси відбуваються на катоді і на аноді під час електролізу.

Фізичні властивості. Кальцій – сріблясто-білий метал; легкий, густина його 1,54 г/см³; пластичний так само, як і лужні метали, але значно твердіший від них і не такий легкоплавкий, як натрій і калій (t _пл кальцію 842 °С). Атомний радіус 0,197 нм.

Хімічні властивості. Кальцій, подібно до натрію і калію, є сильним відновником, хімічно активним металом.

1. Взаємодія з киснем. На повітрі кальцій легко окиснюється, тому його також зберігають під шаром гасу. Внаслідок окиснення кальцію на повітрі утворюється його оксид:

2Са + О₂ = 2СаО кальцій оксид

Під час нагрівання в кисні та на повітрі кальцій займається.

2. Взаємодія з галогенами. Кальцій за звичайних умов інтенсивно реагує з галогенами з утворенням галогенідів:

Са + С1₂ = СаС1₂ кальцій хлорид

3. Взаємодія з іншими простими речовинами – неметалами. Під час нагрівання кальцій легко взаємодіє з сіркою з утворенням кальцій сульфіду:

Са + S = CaS

Під час нагрівання в середовищі азоту кальцій займається й утворює кальцій нітрид Ca₃N₂, а під час нагрівання з Карбоном (кокс) – кальцій карбід СаС₂:

ЗСа + N₂ = Ca₃N₂

Са + 2С = СаС₂

4. Взаємодія з водою. Візьмемо кристалізатор з водою й помістимо у воду шматочок кальцію. Швидко накриємо його перевернутим циліндром з водою. Водень, що виділяється, витискує воду з циліндра. Вода в кристалізаторі стає каламутною внаслідок утворення погано розчинного кальцій гідроксиду Са(ОН)₂. Довести його наявність можна за допомогою фенолфталеїну або лакмусу (що спостерігається?). Поява малинового забарвлення розчину після добавляння кількох крапель розчину фенолфталеїну свідчить про те, що Са(ОН)₂ – луг:

Са + 2Н₂О = Са(ОН)₂ + Н₂↑

Застосування. Металічний кальцій широкого застосування не знайшов. Його використовують у виробництві чавуну і сталі для очищення їх від кисню, сірки, фосфору і для добування сплавів із свинцем, з яких виготовляють підшипники. Завдяки великій хімічній активності кальцій використовують для відновлення деяких тугоплавких металів (титан, цирконій тощо) з їхніх оксидів.

Серед сполук кальцію, які добувають у промисловості, найбільше значення мають кальцій оксид і кальцій гідроксид.

Кальцій оксид СаО – це кристалічна речовина білого кольору, дуже тугоплавка (t_пл = 2 627 °С). У промисловості кальцій оксид добувають, випалюючи вапняк СаСО₃ за температури 900–1000 °С:

СаСО₃ = СаО + СО₂↑

Технічний кальцій оксид називають негашеним (паленим) вапном.

Кальцій оксид виявляє усі хімічні властивості, характерні для основних оксидів активних металів.

• Знаючи, що СаО – основний оксид, напишіть рівняння реакцій, що ілюструють його хімічні властивості.

Особливо підкреслимо взаємодію кальцій оксиду з водою. Ця властивість негашеного вапна широко використовується у промисловості.

Помістимо у хімічний стакан 2–3 грудочки негашеного вапна СаО і наллємо води стільки, щоб їх повністю змочити. Відбувається бурхлива реакція, що супроводжується шипінням і сильним розігріванням. Грудочки розсипаються у порошок. Відбувається процес гашення вапна з утворенням гашеного вапна, або кальцій гідроксиду, і виділенням великої кількості теплоти:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂

Кальцій гідроксид Са(ОН)₂ – безбарвні кристали, звичайно порошок сірого кольору, мало розчиняється у воді. Са(ОН)₂ – сильна основа.

• Напишіть рівняння реакцій, що ілюструють хімічні властивості кальцій гідроксиду як основи.

Гашене вапно Са(ОН)₂, змулене у воді, утворює завись (суспензію), яку називають вапняним молоком. Воно застосовується у виробництві цукру для його очищення і для вапнування стовбурів дерев.

Безбарвний прозорий розчин гашеного вапна називають вапняною водою. Її використовують як реактив на карбон (ІV) оксид СО₂:

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃↓ + H₂O

При цьому спостерігається помутніння вапняної води.

Гашене вапно Са(ОН)₂ широко використовується у будівництві як в'яжучий матеріал, у сільському господарстві – для вапнування ґрунтів, як компонент шихти у виробництві скла і для зм'якшення води.

Завдання для самоконтролю

204.Порівняйте калій і кальцій за фізичними властивостя ми. Обґрунтуйте причини їх подібності та відмінності.

205. Напишіть рівняння реакцій, що характеризують хімічні властивості кальцію. Зазначте умови їх перебігу.

206. Як добувають металічний кальцій і де його використо вують?

207. Напишіть рівняння реакцій, що відповідають таким

схемам:

Са → СаО → Са(ОН)₂→ Ca(NO₃)₂

↓ ↑

Са(ОН)₂ → СаСО₃ → СаО

Mg → MgO

↓ ↓

MgCl₂ Mg(OH)₂

↓

MgSO₄

208. Чому негашене вапно не можна зберігати на повітрі? Відповідь обґрунтуйте рівняннями реакцій.

209. Обчисліть об'єм карбон (ІV) оксиду (н. у.), який утворюється внаслідок прожарювання вапняку масою 5 кг з масовою часткою домішок 10%, і масу паленого вапна.

210. Обчисліть масу гашеного вапна, яке можна добути з 12 кг вапняку з масовою часткою карбонату кальцію 90%, і об'єм карбон (ІV) оксиду (н. у.), що виділяється в процесі реакції.

211*. Під час взаємодії двовалентного металу масою 6 г з водою виділяється водень об'ємом 3,36 л (н. у.). Цей метал

(l)Ca; (3)Ba;

(2) Mg; (4) Ra.

212*. Внаслідок згоряння двовалентного металу масою 1,2 г утворився його оксид масою 2 г. Цей метал

(1) Са; (3) Mg;

(2) Ва; (4) Sr.

Дата добавления: 2014-01-04