Кальций и его соединения

 Кальций Кальций находится в IV периоде, в главной подгруппе II группы периодической системы вместе с бериллием, магнием, стронцием, барием и радием. Три элемента - кальций, стронций и барий называются щелочно-земельными. Строение электронной оболочки кальция следующее: 20пСа (+20) ) ) ) ) '“ 2е 8е 8е 2е Два внешних электрона легко теряются: 0 Са + 2 ■ 2е ® Са поэтому кальций - очень активный металл и сильный восстановитель. Степень окисления кальция в соединениях всегда равна +2. Его название происходит от латинского са1с - “известь”. 41 • Вы когда-нибудь задавались вопросом,какова ценность соли? В былые времена соль было настолько трудно получить, и ее значение было настолько велико, что никто не позволял себе ее рассыпать. «Солью» иносказательно называлась оплата римских воинов (лат. заНз], и от этого произошло название мелкой монеты: в Италии сольди, во Франции солид; и французское слово салер - “жалованье” и румынское слово “за1апи” - “зарплата”. Крупинка соли создает разницу между хорошей и безвкусной едой. Дорогих гостей не случайно встречают «хлебом и солью». Соль является наиболее эффективным пищевым консервантом. Это и прекрасный медицинский препарат. ПЕРИОДЫ РЯДЫ II 1 1 II 2 4 Ве БЕРИЛЛИЙ 9,012 III 3 2 Ме МАГНИЙ 24,312 IV 4 20 Са КАЛЬЦИЙ 40,09 5 30 V 6 38 8г СТРОНЦИЙ 87,62 7 48 VI 8 56 Ва БАРИЙ 137,33 9 80 VII 10 88 Ва РАДИЙ [226,03] 11 112 КО Металлы в нашей жизни 42 Горизонты • Среди щелочно-земельных металлов есть страшный враг человека - радиоактивный стронций-90. Он образуется при взрыве атомной бомбы. В организме человека стронций-90 замещает кальций в костях и надолго закрепляется в них, постоянно испуская опасные для жизни лучи. • Магний входит в состав хлорофилла растений (2% от массы молекулы). Рис. 2.18. Листья картофеля при недостатке магния в почве Рис. 2.19. Крепость в г. Сорока построена из известняка В природе кальций встречается только в виде соединений. Например, горы, глина, природная вода, почва содержат соединения кальция. Основные минералы кальция: • мел, мрамор, известняк, исландский шпат - СаСО3; • гипс - Са804 . 2Н20; • фосфориты - Са3(Р04)2; • апатиты Са50Н(Р04)3, Са5Г(Р04)3. Молдова богата известняком, исландским шпатом и очень хорошим мелом (Каменка, Вертюжены, Сорокский район). Биологическая роль кальция очень велика. Он входит в состав костей и зубов, улучшает работу сердца, и его относят к “металлам жизни”. Примерно полтора килограмма кальция содержится в организме взрослого человека - больше, чем всех других металлов. Весь кальций человек и животные получают из воды и растений, а растения - из почвы. При нехватке кальция люди с давних пор применяют вываренную, высушенную и истолченную яичную скорлупу - природный склад соединений кальция и магния. Свойства. Кальций - это мягкий, легкий, серебристо-белый, очень активный металл. Подобно натрию он хранится под керосином. Легко реагирует с неметаллами и водой. На воздухе кальций покрывается светло-желтым оксидным слоем: 2Са + 0 2 = 2СаО оксид кальция При нагревании кальций реагирует с хлором и серой, образуя, соответственно, хлорид и сульфид кальция: Са + С12 = СаС12 Са + 8 = Са8 В присутствии воды кальций превращается в гидроксид: Са + 2Н20 = Са(ОН)2 + Н2Т + ^ 2.7.2. У Важнейшие соединения кальция Соединения кальция, которые добывают или получают в промышленности для использования в жизни, а также их химические и технические названия следующие: СаО Са(ОН)2 Са804 • 2Н20 оксид кальция, гидроксид кальция, сульфат кальция, или негашеная или гаш еная дигидрат, или гипс известь известь (Са804)2 • Н20 Металлы в нашей жизни м сульфат кальция, полугидрат, или жженый гипс (алебастр) СаС03 Са(НС03)2 карбонат кальция, гидрокарбонат или мел, мрамор, кальция известняк, исландский шпат Рассмотрим каждое из этих веществ подробнее. Оксид кальция СаО - твердое тугоплавкое вещество белого цвета. Техническое название - негашеная известь. Получают СаО при обжиге известняка: СаС03 С02Т Напиши уравнения реакций, иллюстрирующих свойства оксида кальция. = Са0 + известняк негашеная известь углекислый газ Эта реакция лежит в основе производства негашеной извести. Оксид кальция проявляет свойства основных оксидов (см. стр. 35, 36). Гидроксид кальция Са(ОН)2. Различают три технических разновидности этого вещества: 1) гашеную известь - белый (сероватый) порошок, применяемый в строительстве; 2) известковое молоко - взвесь извести в воде, применяется для побелки; 3) известковую воду - раствор Са(ОН)2 в воде. Растворимость гидроксида кальция в воде невелика (1,56 г в 1 л воды при 20°С). Получают гидроксид кальция по реакции оксида кальция с водой: Са0 + Н20 = Са(0Н)2 + ^ негашеная известь гашеная известь Эту реакцию проводят не только в лаборатории и промышленности, но и в домашних условиях. Она называется гашением извести. Гидроксид кальция - это щелочь, его химические свойства можно вывести из схемы генетической связи ( см. стр. 35, 36). Сульфат кальция Са804. Природный гипс Са804.2Н20 встречается в виде больших месторождений, содержится в почве и даже в растениях. В Молдове есть залежи гипса в Фалештском районе и возле города Бэлць. Жженый гипс, или алебастр, (Са804)2.Н2О получают при нагревании природного гипса до 150-180°С: 2[Са804 • 2Н20] = (Са804)2 • Н20 + 3Н20 Т природный гипс жженый гипс (алебастр) Алебастр - вяжущий строительный материал. При смешивании алебастра с водой образуется тестообразная масса, которая быстро твердеет за счет присоединения воды: (Са804)2 • Н20 + 3Н20 = 2[Са804 • 2Н20] жженый гипс (алебастр) гипс Благодаря этому свойству, а также тому факту, что это безопасный и доступный материал, алебастр широко применяют в строительных работах для штукатурки стен, в медицине - для накладывания гипсовых повязок при переломах, в архитектуре -для изготовления художественных изделий (лепка). Рис. 2.20. Гашение извести 43 Металлы в нашей жизни 44 Ё. Рис. 2.21. Сталактиты - “сосульки” известняка в пещерах Гидрокарбонат кальция Са(НС03)2. Из курса 8-го класса мы помним, что ионы кальция и магния вызывают жесткость воды. Гидрокарбонаты этих металлов придают воде временную жесткость. Ее можно устранить кипячением или обработкой основными реагентами: Са(НС03)2 = СаС031 + Н20 + С 02 Т Са(НС03)2 + ^ 2С 03 = СаС031 + 2 ^ Н С 0 3 *Распознавание ионов кальция. При добавлении щавелевой кислоты Н2С20 4 (или оксалата натрия в присутствии уксусной кислоты) к раствору, содержащему ионы кальция, происходит образование белого осадка оксалата кальция: СаС12 + Н2С20 4 = СаС20 41 + 2НС1 Са2+ + С202- = СаС20 41 оксалат кальция белый осадок Можно распознать щелочно-земельные металлы и их соединения по окраске пламени: Са окрашивает пламя в кирпично-красный, 8г и Ка - в карминово-красный, Ва - в желто-зеленый цвет (рис. 2.22). ЛАБОРАТОРНЫЙ о п ы т кирпичнокрасный карминовокрасный Ознакомление с образцами минералов и солей кальция, *магния и *бария. Обнаружение ионов кальция (Вспомните правила работы в лаборатории. Приложения 1 и 2) Реактивы и оборудование: набор реактивов и образцы солей магния, кальция, бария, Н2С 20 4, СН 3СООН, Nа2С 204; спиртовка, нихромовое кольцо, сосуд с водой, пробирки. О пы т 2.1. Изучение образцов важнейших солей и минералов *магния, кальция, *бария. Сравните цвет, кристаллическое строение (по внешнему виду) образцов солей и минералов. Запишите наблюдения. О пы т 2.2. Обнаружение ионов кальция. К раствору, содержащему ионы кальция, прибавьте раствор щавелевой кислоты или оксалата натрия и уксусную кислоту. Что наблюдается? Напишите уравнения реакций. желтозеленый Рис. 2.22. Окраска пламени щелочно-земельными металлами *О пы т 2.3. Окрашивание пламени солями кальция, *бария. С помощью нихромового кольца испытайте, как окрашивается пламя спиртовки солями кальция и бария (по указанию учителя). Не забывайте очищать нихромовое кольцо после каждого испытания, прокаливая его в пламени до исчезновения любой окраски. Соли каких металлов можно использовать для придания пиротехническим ракетам оранжевого, зеленого и красного цвета? Металлы в нашей жизни РАБОТА В ГРУППЕ М 45 1. Закончите уравнения следующих реакций: а) Са + О2 —— ? б) Са + С12 — ? *в) Са + Н2 — ? *г) Са + N2 — д) Са + ? — Са(ОН)2 + ? е) Са + НС1 — ? + ? ж) СаО + С 0 2 — ? з) СаО + ? — Са5Ю 3 и) СаО + ? — Са(ОН)2 *к) СаО + ? — СаС2 + СО Т 2. Какие из указанных в п. 1 реакций происходят: а) при гашении извести; б) при хранении кальция во влажном воздухе; *в) при получении карбида кальция СаС2; г) при хранении негашеной извести на воздухе? Почему негашеная известь даже в мороз теплая на ощупь? ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ 1. Дай характеристику элемента кальция по его положению в периодической системе. 2. Какие минералы образует в природе карбонат кальция? Где они применяются? 3. Как проще всего распознать соединения кальция, стронция и бария? 4. Опиши биологическую роль кальция. 5. Вода содержит соли жесткости: СаС12, МдС12, СаЗО4 МдЗО4 Са(НС03)2. С помощью каких веществ можно устранить жесткость: а) Nа25О4; б) Nа2СО3; в) NаС^; г) Nа3РО4? Напиши молекулярные и ионные уравнения соответствующих реакций. 6. На основе схемы генетических связей выведи химические свойства гидроксида кальция. Приведи конкретные примеры. 7. Закончи уравнения реакций: а) Са(ОН)2 + ? — СаС12 + Н2О в) Са(ОН)2 + ? — ? + NаОН б) Са(оН)2 + СО2 — ? + ? г) Са(ОН)2 + ? — С а ^ О 3)2 + ? Какая из этих реакций применяется для распознавания углекислого газа и происходит при высыхании оштукатуренных и побеленных стен в новом доме? Составь ионные уравнения реакций при условии, что взята известковая вода. 8. Как удалить накипь в чайнике химическим способом? 9. Могут ли одновременно находиться в растворе ионы: а) Са1 2+ и СГ; г) Са2+ и РО4-; б) Са2+ и СО3-; д) Са2+ и НСО-; в) Са2 4+ и NО-; е) Са2 67+и С2О|- ? Если нет, то почему? Ответ подтверди ионными уравнениями реакций. 10. Напиши уравнения реакций следующих превращений: ^ С а О 4 СаЗО4.2Н2О Са 2 ^ СаСО3 — Са(НСО3)2^ Т8 910 ^ Са(Он)2 (СаЗО4)2 . Н2О 46 Металлы в нашей жизни ЗАДАЧИ 1. К раствору хлорида кальция массой 10 г добавили избыток раствора соды. Выпавший осадок отфильтровали и прокалили, после чего его масса составила 0,28 г Вычисли массу хлорида кальция и его массовую долю в исходном растворе. 2. Вычисли потерю массы при прокаливании 20 г карбоната кальция. 3. Суточная потребность организма человека в кальции составляет 0,7 г Сколько коровьего молока (масса, г) нужно выпить для удовлетворения этой потребности, если массовая доля кальция в молоке 0,13%? 4. Прокаливанием гипса Са504.2Н20 до 180°С получают алебастр (Са504)2. Н20, применяемый в качестве добавки к извести при штукатурных работах. Какая масса гипса расходуется на получение алебастра массой 7 т?