תיאור קצר של סידן. סידן (Ca, סידן)

תרכובות סידן- אבן גיר, שיש, גבס (כמו גם סיד - תוצר של אבן גיר) שימשו בבנייה עוד מימי קדם. עד סוף המאה ה-18, כימאים ראו בסיד חומר פשוט. בשנת 1789 הציע א' לבואזיה שסיד, מגנזיה, בריט, אלומינה וסיליקה הם חומרים מורכבים. בשנת 1808, דייווי, על ידי הכפפת תערובת של סיד מושפל רטוב עם תחמוצת כספית לאלקטרוליזה עם קתודה כספית, הכין אמלגם סידן, ולאחר שהרחיק ממנה כספית, הוא השיג מתכת בשם "סידן" (מ-lat. קלקס,סוּג. מקרה calcis - ליים).

סידור אלקטרונים במסלולים.

+20Ca… |3s 3p 3d | 4 שניות

סידן נקרא מתכת אדמה אלקליין, הוא מסווג כיסוד S. מבחוץ מפלס אלקטרונילסידן יש שני אלקטרונים, ולכן הוא נותן תרכובות: CaO, Ca(OH)2, CaCl2, CaSO4, CaCO3 וכו'. סידן שייך למתכות טיפוסיות - יש לו זיקה גבוהה לחמצן, מפחית כמעט את כל המתכות מהתחמוצות שלהן ויוצר בסיס חזק למדי Ca (OH) 2.

סריגי הגביש של מתכות יכולים להיות סוגים שוניםעם זאת, סידן מאופיין בסריג מעוקב במרכז הפנים.

הגדלים, הצורה והסידור ההדדי של גבישים במתכות נפלטים בשיטות מטאלוגרפיות. ההערכה המלאה ביותר של מבנה המתכת מבחינה זו ניתנת על ידי ניתוח מיקרוסקופיהקטע הדק שלו. חותכים דגימה מהמתכת הנבדקת, והמטוס שלה נטחן, מלוטש ונחרט בתמיסה מיוחדת (תצריף). כתוצאה מהתחריט מודגש מבנה הדגימה, הנבדקת או מצולמת באמצעות מיקרוסקופ מטאלוגרפי.

סידן הוא מתכת קלה (d = 1.55), בצבע כסוף-לבן. הוא קשה יותר ונמס בטמפרטורה גבוהה יותר (851 מעלות צלזיוס) מהנתרן, שנמצא לידו ב מערכת תקופתית. הסיבה לכך היא שיש שני אלקטרונים לכל יון סידן במתכת. לכן, הקשר הכימי בין יונים לגז אלקטרונים חזק יותר מזה של נתרן. בתגובות כימיות, אלקטרונים ערכיות סידן מועברים לאטומים של יסודות אחרים. במקרה זה נוצרים יונים טעונים כפולים.

סידן מגיב מאוד עם מתכות, במיוחד עם חמצן. באוויר הוא מתחמצן לאט יותר ממתכות אלקליות, מכיוון שסרט התחמוצת שעליו פחות חדיר לחמצן. בחימום, סידן נשרף עם שחרור כמויות עצומות של חום:

סידן מגיב עם מים, עוקר מהם מימן ויוצר בסיס:

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2

בשל התגובתיות הגדולה שלו עם חמצן, סידן מוצא שימוש מסוים בהשגת מתכות נדירות מהתחמוצות שלהן. תחמוצות מתכת מחוממות יחד עם שבבי סידן; כתוצאה מהתגובות מתקבלים תחמוצת סידן ומתכת. השימוש בסידן ובחלק מסגסוגותיו עבור מה שנקרא דה-אוקסידציה של מתכות מבוסס על אותה תכונה. סידן מתווסף למתכת מותכת והוא מסיר עקבות של חמצן מומס; תחמוצת הסידן שנוצרה צפה אל פני המתכת. סידן הוא חלק מסגסוגות מסוימות.

סידן מתקבל על ידי אלקטרוליזה של סידן כלורי מותך או בשיטה אלונותרמית. תחמוצת סידן, או סיד מושפל, היא אבקה לבנה הנמסה ב-2570 מעלות צלזיוס. זה מתקבל על ידי קלצינה של אבן גיר:

CaCO3 \u003d CaO + CO2 ^

תחמוצת סידן היא תחמוצת בסיסית, ולכן היא מגיבה עם חומצות ואנהידריד חומצה. עם מים, זה נותן בסיס - סידן הידרוקסיד:

CaO + H2O = Ca(OH)2

הוספת מים לתחמוצת סידן, הנקראת השריית סיד, ממשיכה עם שחרור מספר גדולחוֹם. חלק מהמים הופך לאדים. סידן הידרוקסיד, או סיד שפוי, הוא חומר לבן, מסיס מעט במים. פתרון מיםסידן הידרוקסיד נקרא מי סיד. לתמיסה כזו יש תכונות אלקליות חזקות למדי, שכן סידן הידרוקסיד מתנתק היטב:

Ca (OH) 2 \u003d Ca + 2OH

בהשוואה להידרטים של תחמוצות מתכות אלקליות, סידן הידרוקסיד הוא בסיס חלש יותר. זה מוסבר על ידי העובדה שיון הסידן טעון כפול ומושך חזק יותר קבוצות הידרוקסיל.

סיד מודר ותמיסתו, הנקראת מי סיד, מגיבים עם חומצות ואנהידריד חומצה, כולל פחמן דו חמצני. מי סיד משמשים במעבדות לגילוי פחמן דו חמצני, מכיוון שהסידן הפחמתי הבלתי מסיס שנוצר גורם למים להיות עכורים:

Ca + 2OH + CO2 = CaCO3v + H2O

עם זאת, כאשר פחמן דו חמצני מועבר במשך זמן רב, התמיסה הופכת שוב לשקופה. זה נובע מהעובדה שסידן פחמתי הופך למלח מסיס - סידן ביקרבונט:

CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2

בתעשייה, הסידן מתקבל בשתי דרכים:

על ידי חימום תערובת לבנית של אבקת CaO ו-Al ב-1200 מעלות צלזיוס בוואקום של 0.01 - 0.02 מ"מ. rt. אומנות.; שוחרר מהתגובה:

6CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

אדי סידן מתעבים על משטח קר.

על ידי אלקטרוליזה של נמס של CaCl2 ו-KCl עם קתודה נוזלית נחושת-סידן, מכינים סגסוגת של Cu - Ca (65% Ca), ממנה מזוקק סידן בטמפרטורה של 950 - 1000 מעלות צלזיוס בוואקום של 0.1 - 0.001 מ"מ כספית.

כמו כן פותחה שיטה להשגת סידן על ידי פירוק תרמי של סידן קרביד CaC2.

סידן הוא אחד היסודות הנפוצים ביותר בטבע. הוא מכיל כ-3% (מסה) בקרום כדור הארץ. מלחי סידן יוצרים בטבע הצטברויות גדולות בצורה של קרבונטים (גיר, שיש), סולפטים (גבס), פוספטים (זרחנים). תחת פעולתם של מים ופחמן דו-חמצני, הקרבונטים עוברים לתמיסה בצורה של פחמימנים ומועברים על ידי מי תת-קרקעיים ומים נהרות למרחקים ארוכים. כאשר מלחי סידן נשטפים, עלולות להיווצר מערות. עקב אידוי מים או עלייה בטמפרטורה, יכולים להיווצר משקעים של סידן פחמתי במקום חדש. כך, למשל, נטיפים וזקיפים נוצרים במערות.

מלחי סידן ומגנזיום מסיסים קובעים את הקשיות הכללית של המים. אם הם נמצאים במים בכמויות קטנות, אז המים נקראים רכים. עם תכולה גבוהה של מלחים אלו (100 - 200 מ"ג של מלחי סידן - ב-1 ליטר מבחינת יונים), מים נחשבים קשים. במים כאלה, סבון קצף גרוע, שכן מלחי סידן ומגנזיום יוצרים איתו תרכובות בלתי מסיסות. במים קשים, מוצרי מזון מבושלים בצורה גרועה, וכאשר הם מבושלים, זה נותן אבנית על קירות דודי הקיטור. אבנית לא מוליכה חום טוב, גורמת לעלייה בצריכת הדלק ומאיצה את הבלאי של דפנות הדוד. היווצרות אבנית היא תהליך מורכב. בחימום, מלחי החומצה של סידן ומגנזיום חומצה פחמנית מתפרקים והופכים לקרבונטים בלתי מסיסים:

Ca + 2HCO3 = H2O + CO2 + CaCO3v

המסיסות של סידן סולפט CaSO4 יורדת גם בעת חימום, כך שהוא חלק מהסקאלה.

הקשיות הנגרמת על ידי נוכחות של סידן ומגנזיום ביקרבונטים במים נקראת קרבונט או זמנית, מכיוון שהיא מסולקת על ידי הרתחה. בנוסף לקשיות הקרבונט, מובחנת גם קשיות שאינה קרבונטית, התלויה בתכולת הסולפטים והכלורידים של סידן ומגנזיום במים. מלחים אלו אינם מוסרים על ידי הרתחה, ולכן קשיות שאינה קרבונטית נקראת גם קשיות קבועה. קשיות קרבונט ולא קרבונט מסתכמת לקשיות הכוללת.

כדי לבטל לחלוטין את הקשיות, לפעמים מזקקים מים. מרתיחים מים כדי להסיר את קשיות הקרבונט. הקשיות הכוללת מתבטלת על ידי הוספה חומרים כימיים, או בעזרת מה שנקרא מחליפי קטונים. כאשר משתמשים בשיטה הכימית, מלחי סידן ומגנזיום מסיסים מומרים לקרבונטים בלתי מסיסים, למשל מוסיפים חלב סיד וסודה:

Ca + 2HCO3 + Ca + 2OH = 2H2O + 2CaCO3v

Ca + SO4 + 2Na + CO3 = 2Na + SO4 + CaCO3v

הסרת קשיחות באמצעות מחליפי קטונים היא תהליך מתקדם יותר. מחליפי קטיון הם חומרים מורכבים (תרכובות טבעיות של סיליקון ואלומיניום, תרכובות אורגניות במשקל מולקולרי גבוה), שהרכבם יכול לבוא לידי ביטוי בנוסחה Na2R, כאשר R היא שארית חומצה מורכבת. כאשר מים מסוננים דרך שכבת מחליף קטונים, יוני Na (קטיונים) מוחלפים ליוני Ca ו-Mg:

Ca + Na2R = 2Na + CaR

כתוצאה מכך, יוני Ca מהתמיסה עוברים לתוך מחליף הקטיונים, ויוני Na עוברים ממחליף הקטיונים לתמיסה. כדי לשחזר את מחליף הקטיונים המשומש, הוא נשטף עם תמיסה מלח שולחן. במקרה זה, התהליך ההפוך מתרחש: יוני Ca במחליף הקטיונים מוחלפים ביוני Na:

2Na + 2Cl + CaR = Na2R + Ca + 2Cl

ניתן להשתמש שוב במחליף הקטיונים המחודש לטיפול במים.

בצורה של מתכת טהורה, Ca משמש כחומר מפחית עבור U, Th, Cr, V, Zr, Cs, Rb וכמה מתכות אדמה נדירות ותרכובותיהן. הוא משמש גם לסילוק חמצון של פלדות, ברונזה וסגסוגות אחרות, להסרת גופרית ממוצרי נפט, לייבוש נוזלים אורגניים, לטיהור ארגון מזיהומי חנקן וכסופג גז במכשירי ואקום חשמליים. חומרים אנטי בדיוניים של מערכת Pb - Na - Ca, כמו גם סגסוגות Pb - Ca, המשמשות לייצור מעטה של כבלים חשמליים, זכו ליישום נהדר בטכנולוגיה. סגסוגת Ca - Si - Ca (סיליקוקלציום) משמשת כמסיר חמצון ומסיר גז בייצור פלדות איכותיות.

סידן הוא אחד המרכיבים הביוגניים הנחוצים למהלך התקין של תהליכי החיים. הוא קיים בכל הרקמות והנוזלים של בעלי חיים וצמחים. רק אורגניזמים נדירים יכולים להתפתח בסביבה נטולת Ca. בחלק מהאורגניזמים, התוכן של Ca מגיע ל-38%: בבני אדם - 1.4 - 2%. תאים של אורגניזמים צמחיים ובעלי חיים זקוקים ליחסים מוגדרים בקפדנות של יוני Ca, Na ו-K במדיה חוץ-תאית. צמחים מקבלים Ca מהאדמה. על פי יחסם ל-Ca, הצמחים מחולקים לקלצפילים ולקלצפובים. בעלי חיים מקבלים Ca ממזון ומים. Ca נחוץ ליצירת מספר מבנים תאיים, שמירה על חדירות תקינה של קרומי התא החיצוניים, להפריה של ביצי דגים ובעלי חיים אחרים והפעלת מספר אנזימים. יוני Ca מעבירים עירור לסיבי השריר, גורמים להתכווצות שלו, מגבירים את עוצמת התכווצויות הלב, מגבירים את התפקוד הפאגוציטי של לויקוציטים, מפעילים את מערכת חלבוני הדם המגנים ומשתתפים בקרישה שלו. בתאים, כמעט כל Ca הוא בצורה של תרכובות עם חלבונים, חומצות גרעין, פוספוליפידים, בקומפלקסים עם פוספטים אנאורגניים וחומצות אורגניות. בפלסמת הדם של בני אדם וחיות גבוהות יותר, רק 20-40% Ca יכולים להיות קשורים לחלבונים. בבעלי חיים עם שלד, עד 97 - 99% מכל Ca משמש כחומר בניין: בחסרי חוליות, בעיקר בצורת CaCO3 (קונכיות רכיכות, אלמוגים), בבעלי חוליות, בצורת פוספטים. חסרי חוליות רבים אוגרים Ca לפני יצירת שלד חדש או כדי לספק פונקציות חיוניות בתנאים שליליים. תכולת Ca בדם של בני אדם וחיות גבוהות יותר מווסתת על ידי ההורמונים של בלוטת התריס ובלוטת התריס. ויטמין D ממלא את התפקיד החשוב ביותר בתהליכים אלו ספיגת Ca מתרחשת בחלק הקדמי של המעי הדק. הטמעת Ca מחמירה עם ירידה בחומציות במעי ותלויה ביחס של Ca, זרחן ושומן במזון. יחסי Ca/P האופטימליים בחלב פרה הם כ-1.3 (בתפוחי אדמה 0.15, בשעועית 0.13, בבשר 0.016). עם עודף של P וחומצה אוקסלית במזון, הספיגה של Ca מחמירה. חומצות מרה מאיצות את ספיגתה. היחס האופטימלי של Ca/שומן במזון אנושי הוא 0.04 - 0.08 גרם Ca ל-1 גרם. שמן. הפרשת Ca מתרחשת בעיקר דרך המעיים. יונקים במהלך ההנקה מאבדים הרבה Ca עם חלב. עם הפרות של חילוף החומרים של זרחן-סידן אצל בעלי חיים צעירים וילדים, רככת מתפתחת, אצל בעלי חיים בוגרים - שינוי בהרכב ובמבנה השלד (אוסטאומלציה).

ברפואה, תרופות Ca מסלקות הפרעות הקשורות לחוסר ביוני Ca בגוף (עם טטניה, ספסמופיליה, רככת). תכשירי Ca מפחיתים רגישות יתר לאלרגנים ומשמשים לטיפול מחלות אלרגיות(מחלת סרום, קדחת שינה וכו'). תכשירי Ca מפחיתים חדירות מוגברת של כלי הדם ויש להם השפעה אנטי דלקתית. הם משמשים עבור דלקת כלי דם דימומית, מחלת קרינה, תהליכים דלקתיים (דלקת ריאות, דלקת פלאוריטיס וכו') וכמה מחלות עור. זה נקבע כחומר המוסטטי, כדי לשפר את פעילות שריר הלב ולשפר את פעולתם של תכשירי דיגיטליס, כתרופה נגד הרעלה עם מלחי מגנזיום. יחד עם תרופות אחרות, תכשירי Ca משמשים לגירוי פעילות עבודה. Ca כלוריד ניתן דרך הפה ותוך ורידי. Ossocalcinol (תרחיף סטרילי של 15% של אבקת עצם שהוכנה במיוחד בשמן אפרסק) הוצע לטיפול ברקמות.

תכשירי Ca כוללים גם גבס (CaSO4), המשמש בניתוח ליציקות גבס, וגיר (CaCO3), הניתנים דרך הפה עם חומציות מוגברת של מיץ קיבה ולהכנת אבקת שיניים.

סִידָן אני סידן (סידן, Ca)

יסוד כימי מקבוצה II של המערכת המחזורית יסודות כימיים DI. מנדלייב; מתייחס למתכות אדמה אלקליין, בעל פעילות ביולוגית גבוהה.

המספר האטומי של סידן הוא 20, המסה האטומית היא 40.08. שישה איזוטופים יציבים של K נמצאו בטבע, עם מספרי המסה 40, 42, 43, 44, 46 ו-48.

סידן פעיל כימית, נמצא בטבע בצורת תרכובות - סיליקטים (למשל אסבסט), קרבונטים (גיר, שיש, גיר, קלציט, אראגוניט), סולפטים (גבס ואנהידריט), זרחן, דולומיט וכו'. האלמנט המבני העיקרי של רקמת העצם (ראה עצם) , מרכיב חשוב במערכת קרישת הדם (קרישת דם) , מרכיב חיוני של מזון אנושי, שמירה על היחס ההומיאוסטטי של אלקטרוליטים בסביבה הפנימית של הגוף.

בין התפקידים החשובים ביותר באורגניזם חי הוא השתתפותו בעבודה של מערכות אנזימים רבות (כולל אספקת שרירים) בהעברת דחף עצבי, בתגובת השרירים לעצבניים ובשינוי פעילות ההורמונים, שמתממש בהשתתפות אדנילט ציקלאז.

גוף האדם מכיל 1-2 ק"גסידן (בערך 20 Gבשביל 1 ק"גמשקל גוף, ביילודים בערך 9 גרם/ק"ג). מתוך הכמות הכוללת של סידן, 98-99% הוא בהרכב של רקמות עצם וסחוס בצורה של קרבונט, פוספט, תרכובות עם כלור, חומצות אורגניות וחומרים אחרים. השאר מופץ ברקמות רכות (בערך 20 מ"גלכל 100 Gרקמה) ונוזל חוץ תאי. פלזמת הדם מכילה כ-2.5 mmol/lסידן (9-11 מ"ג/100 ml) בצורה של שני שברים: לא מפוזרים (קומפלקסים עם חלבונים) ומתפזרים (K. מיונן וקומפלקסים עם חומצות). קומפלקסים עם חלבונים הם אחת הצורות של שקיעת סידן. הם מהווים 1/3 מהכמות הכוללת של K. פלזמה. K מיונן בדם הוא 1.33 mmol/l, קומפלקסים עם פוספטים, קרבונטים, ציטראטים ואניונים אחרים חומצה אורגנית - 0,3 mmol/l. קיים קשר הפוך בין K. מיונן ו-K. פוספט בפלסמת הדם, אולם עם רככת, נצפית ירידה בריכוז שני היונים, ועם hyperparathyroidism, עלייה. בתאים, החלק העיקרי של K. קשור לחלבונים ופוספוליפידים של ממברנות תאים וממברנות של אברוני תאים. הוויסות של העברת Ca 2+ טרנסממברנית, שבה לוקח חלק ספציפי Ca 2+ תלוי, מתבצע על ידי הורמונים בלוטת התריס(בלוטת התריס) ובלוטות הפאראתירואיד (בלוטות הפאראתירואיד) - הורמון פארתירואיד והאנטגוניסט שלו קלציטונין. התוכן של K. מיונן בפלזמה מווסת על ידי מנגנון מורכב, שמרכיביו הם (דיפו K.), כבד (עם מרה), וקלציטונין, וכן D (1,25-דיאוקסי-כולקלציפרול). מגביר את תכולת K. ומפחית את תכולת K. פוספט בדם, פועל בסינרגיה עם ויטמין D. הוא גורם להיפרקלצמיה על ידי הגברת פעילות האוסטאוקלסטים והגברת הספיגה, מגביר את ספיגה חוזרת של K. באבוביות הכליה. עם היפוקלצמיה, הורמון הפרתירואיד עולה באופן משמעותי. , בהיותו אנטגוניסט להורמון פארתירואיד, עם היפרקלצמיה מפחית את התוכן של K. בדם ואת מספר האוסטאוקלסטים, מגביר את הפרשת K. פוספט בכליות. בלוטת יותרת המוח מעורבת גם בוויסות חילוף החומרים K. (ראה. הורמוני יותרת המוח) , קליפת יותרת הכליה (אדרנל) . שמירה על הריכוז ההומיאוסטטי של K. בגוף מתואמת על ידי מערכת העצבים המרכזית. (בעיקר מערכת ההיפותלמוס-יותרת המוח (מערכת ההיפותלמוס-יותרת המוח)) ומערכת העצבים האוטונומית.

לק' יש תפקיד חשוב במנגנון עבודת השרירים (עבודת שרירים) . זהו גורם המאפשר התכווצות שרירים: עם עלייה בריכוז יוני K. במיופלזמה, K. נצמד לחלבון הרגולטורי, וכתוצאה מכך הוא הופך להיות מסוגל ליצור אינטראקציה עם מיוזין; מתחבר, שני החלבונים הללו נוצרים, והשריר מתכווץ. בתהליך היווצרות האקטומיוזין מתרחש ATP, שהאנרגיה הכימית שלו מבטיחה את היישום עבודה מכניתומתפזר חלקית כחום. השלד המתכווץ הגדול ביותר נצפה בריכוז סידן של 10 -6 -10 -7 חֲפַרפֶּרֶת; עם ירידה בריכוז יוני K. (פחות מ-10 -7 חֲפַרפֶּרֶת) השריר מאבד את היכולת להתקצר ולהתמתח. פעולתו של ק' על רקמות מתבטאת בשינוי בטרופיזם שלהן, בעוצמת תהליכי החיזור ובתגובות נוספות הקשורות להיווצרות אנרגיה. שינוי בריכוז K. בנוזל המקיף את תא העצב משפיע באופן משמעותי על הממברנות שלו עבור יוני אשלגן ובמיוחד עבור יוני נתרן (ראה ממברנות ביולוגיות) , יתרה מכך, ירידה ברמת K. גורמת לעלייה בחדירות הממברנה ליוני נתרן ולעלייה בריגוש של הנוירון. להגברת הריכוז של K. יש השפעה מייצבת על הממברנה של תא העצב. נקבע תפקידו של ק' בתהליכים הקשורים לסינתזה ושחרור מתווכים על ידי קצות העצבים (Mediators). , מתן העברה סינפטית של דחפים עצביים.

מקור ק' לגוף הם. מבוגר צריך לקבל 800-1100 ליום עם אוכל. מ"גסידן, ילדים מתחת לגיל 7 - בערך 1000 מ"ג, בני 14-18 - 1400 מ"ג, נשים בהריון - 1500 מ"ג,סיעוד - 1800-2000 מ"ג. סידן הכלול במוצרי מזון מיוצג בעיקר על ידי פוספט, תרכובות אחרות (קרבונט, טרטרט, K. oxalate ומלח סידן-מגנזיום של חומצה פיטית) - בכמויות קטנות בהרבה. מלחים בלתי מסיסים בעיקר בקיבה מומסים חלקית על ידי מיץ קיבה, ואז הם נחשפים לפעולה של חומצות מרה, אשר הופכות אותו לצורה מוטמעת. זה קורה בעיקר במחלקות פרוקסימליות של המעי הדק. מבוגר מטמיע פחות ממחצית מהכמות הכוללת של K שנבלעת במזון. ההטמעה של K. גוברת במהלך הגדילה במהלך ההריון וההנקה. ההטמעה של ק' מושפעת מהיחס שלו עם שומנים, מגנזיום וזרחן של מזון, ויטמין D וגורמים נוספים. עם צריכה לא מספקת של שומן, נוצר מחסור במלחי חומצות שומן סידן, הנחוצים ליצירת קומפלקסים מסיסים עם חומצות מרה. לעומת זאת, כאשר אוכלים מזון שומני יתר על המידה, אין מספיק חומצות מרה כדי להמיר אותן למצב מסיס, ולכן כמות משמעותית של סידן לא נספג מופרשת מהגוף. היחס האופטימלי בין K. וזרחן במזון מבטיח מינרליזציה של עצמות האורגניזם הגדל. המווסת של יחס זה הוא ויטמין D, מה שמסביר את הצורך המוגבר בו אצל ילדים.

שיטת ההפרשה של ק' תלויה באופי התזונה: במקרה של דומיננטיות של מוצרים חומציים בתזונה (בשר, לחם, תבשילי דגנים), ההפרשה של ק' בשתן עולה ומוצרים עם תגובה בסיסית. (מוצרי חלב, פירות, ירקות) - עם צואה. אפילו עלייה קלה בתכולתו בדם מביאה לעלייה בהפרשת ק' בשתן.

עודף () K. או אי ספיקה () שלו בגוף יכול להיות הגורם או התוצאה של מספר מצבים פתולוגיים. אז, היפרקלצמיה מתרחשת עם צריכה מוגזמת של מלחים של K., ספיגה מוגברת של K. במעי, ירידה בהפרשתו בכליות, צריכה מוגברת של ויטמין D, ומתבטאת בפיגור בגדילה, אנורקסיה, עצירות, צמא, פוליאוריה, תת לחץ דם בשרירים, היפרפלקסיה. היפרקלצמיה ממושכת מפתחת הסתיידות , עורקים, נפרופתיה. נצפתה במספר מחלות המלוות בהפרה של חילוף החומרים המינרלים (ראה רככת , אוסטאומלציה) , סרקואידוזיס עצם מערכתית ומיאלומה נפוצה, מחלת Itsenko-Cushing, אקרומגליה, תת פעילות של בלוטת התריס, גידולים ממאירים, במיוחד בנוכחות גרורות בעצמות, היפרפאראתירואידיזם. היפרקלצמיה בדרך כלל מלווה. היפוקלצמיה המתבטאת קלינית כטטניה (טטניה) , עלול להתרחש עם היפופאראתירואידיזם, טטניה אידיופטית (ספזמופיליה), מחלות מערכת עיכול, אי ספיקת כליות כרונית, סוכרת, תסמונת Fanconi-Albertini, hypovitaminosis D. עם מחסור של K. בגוף, תכשירי K. (סידן כלורי, סידן גלוקונאט, סידן לקטט, סידן, סידן פחמתי) משמשים לטיפול חלופי.

קביעת תכולת ק' בסרום הדם, השתן והצואה משמשת כבדיקת אבחון עזר למחלות מסוימות. לחקר נוזלים ביולוגיים משתמשים בשיטות ישירות ועקיפות. שיטות עקיפות מבוססות על משקעים ראשוניים של K. עם אמוניום אוקסלט, chloranilate, או picrolenate ולאחר מכן קביעה גרבימטרית, טיטרימטרית או קולורימטרית. שיטות ישירות כוללות טיטרציה קומפלקסומטרית בנוכחות ethylenediaminetetraacetate או ethylene glycoltetraacetate ומדדי מתכת, כגון murexide (שיטת Greenblatt-Hartman), פלואורקסון, חומצה כרום כחול כהה, סידן וכו', שיטות קולורימטריות באמצעות אליזארין, מתילתימול כחול, או-קרסולף. קומפלקסון, גליוקאל -ביס-2-הידרוקסיאניל; שיטות פלואורימטריות שיטת פוטומטריית להבה; ספקטרומטריית ספיגה אטומית (השיטה המדויקת והרגישה ביותר המאפשרת לקבוע עד 0.0001% סידן); שיטה באמצעות אלקטרודות סלקטיביות ליונים (מאפשרת לך לקבוע את הפעילות של יוני סידן). ניתן לקבוע את תכולת K. מיונן בסרום הדם באמצעות הנתונים) של ריכוז סך K. וסה"כ חלבון באמצעות הנוסחה האמפירית: אחוז סידן הקשור לחלבון = 8 () + 2 () + 3 G/100 ml.

בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה:קוסטיוק פ.ג. סידן ותאי, מ., 1986, ביבליוגר.; שיטות מחקר מעבדתיות במרפאה, עורך. V.V. מנשיקוב, עמ'. 59, 265, M., 1987; ויסות ויוני סידן, ed. מ.ד. קורסקי ואח', קייב, 1977; רומננקו V.D. מטבוליזם של סידן, קייב, 1975, ביבליוגר.

II סידן (סידן; Ca)

יסוד כימי מקבוצה II של המערכת המחזורית D.I. מנדלייב; מספר אטומי 20, מסה אטומית 40.08; בעל פעילות ביולוגית גבוהה; הוא מרכיב חשוב במערכת קרישת הדם; הוא חלק מרקמת העצם; תרכובות סידן שונות משמשות כתרופות.

1. אנציקלופדיה רפואית קטנה. - M.: אנציקלופדיה רפואית. 1991-96 2. ראשית בריאות. - מ.: האנציקלופדיה הרוסית הגדולה. 1994 3. מילון אנציקלופדי תנאים רפואיים. - מ.: האנציקלופדיה הסובייטית. - 1982-1984.

מילים נרדפות:

- (סידן), Ca, יסוד כימי מקבוצה II של המערכת המחזורית, מספר אטומי 20, מסה אטומית 40.08; מתייחס למתכות אדמה אלקליין; mp 842shC. כלול ברקמת העצם של בעלי חוליות, קונכיות רכיכות, קליפות ביצים. סידן ...... אנציקלופדיה מודרנית

המתכת לבנה כסופה, צמיגה, ניתנת לגיבוש, מתחמצנת במהירות באוויר. קצב התכה pa 800 810°. בטבע, הוא מופיע בצורה של מלחים שונים, היוצרים משקעים של גיר, אבן גיר, שיש, זרחנים, אפטות, גבס וכו' על הצהוב. דור…… מילון רכבת טכנית

- (lat. סידן) Ca, יסוד כימי מקבוצה II של המערכת המחזורית, מספר אטומי 20, מסה אטומית 40.078, שייך למתכות האדמה האלקליות. השם הוא מהלטינית calx, גניטיב calcis lime. מתכת לבנה כסופה, ... ... מילון אנציקלופדי גדול

- (סמל Ca), מתכת לבנה כסופה נפוצה מקבוצת ALKALINE EARTH, בודדה לראשונה בשנת 1808. היא כלולה בהרבה סלעיםאה ומינרלים, במיוחד באבן גיר ובגבס, כמו גם בעצמות. תורם לגוף... מילון אנציקלופדי מדעי וטכני

Ca (מ- lat. Calx, סוג calcis lime *a. סידן; נ. Kalzium; f. סידן; and. calcio), chem. קבוצת יסוד II תקופתית. מערכות של מנדלייב, at.s. 20, בשעה. מ' 40.08. הוא מורכב משישה איזוטופים יציבים: 40Ca (96.97%), 42Ca (0.64%), ... ... אנציקלופדיה גיאולוגית

סידן, סידן, pl. בלי בעל. (מ-lat. calx lime) (כימי). היסוד הכימי הוא מתכת כסופה-לבנה שנמצאת בסיד. מילוןאושאקוב. ד.נ. אושאקוב. 1935 1940... מילון הסבר אושאקוב אנציקלופדיה פיזיקלית

מבוא

תכונות ושימושים של סידן

1 תכונות פיזיקליות

2 תכונות כימיות

3 יישום

מקבל סידן

1 ייצור אלקטרוליטי של סידן וסגסוגותיו

2 הכנה תרמית

3 שיטה ואקום-תרמית להשגת סידן

3.1 שיטה אלומינותרמית להפחתת סידן

3.2 שיטה סיליקוטרמית להפחתת סידן

חלק מעשי

בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה

מבוא

יסוד כימי מקבוצה II של המערכת המחזורית של מנדלייב, מספר אטומי 20, מסה אטומית 40.08; מתכת קלה כסוף-לבן. יסוד טבעי הוא תערובת של שישה איזוטופים יציבים: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca ו 48Ca, מתוכם 40 הוא הנפוץ ביותר Ca (96.97%).

תרכובות Ca - אבן גיר, שיש, גבס (כמו גם סיד - תוצר של שריפת אבן גיר) שימשו בבנייה עוד מימי קדם. עד סוף המאה ה-18, כימאים ראו בסיד חומר פשוט. בשנת 1789 הציע א' לבואזיה שסיד, מגנזיה, בריט, אלומינה וסיליקה הם חומרים מורכבים. בשנת 1808, G. Davy, שהעביר תערובת של סיד מושפל רטוב עם תחמוצת כספית לאלקטרוליזה באמצעות קתודה כספית, הכין תערובת של Ca, ולאחר שהרחיק ממנה כספית, הוא השיג מתכת בשם "סידן" (מלטינית calx , סוג case calcis - ליים).

יכולתו של סידן לקשור חמצן וחנקן אפשרה להשתמש בו לניקוי גזים אינרטיים וכגטר (גטר הוא חומר המשמש לקליטת גזים ויצירת ואקום עמוק במכשירים אלקטרוניים.) בציוד רדיו ואקום.

סידן משמש גם במטלורגיה של נחושת, ניקל, פלדות מיוחדות וברונזה; הם נקשרים זיהומים מזיקיםגופרית, זרחן, עודף פחמן. לאותן מטרות, נעשה שימוש בסגסוגות סידן עם סיליקון, ליתיום, נתרן, בורון ואלומיניום.

בתעשייה, הסידן מתקבל בשתי דרכים:

) על ידי חימום תערובת לבנית של אבקת CaO ו-Al ב-1200 מעלות צלזיוס בוואקום של 0.01 - 0.02 מ"מ. rt. אומנות.; שוחרר מהתגובה:

CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

אדי סידן מתעבים על משטח קר.

) על ידי אלקטרוליזה של נמס של CaCl2 ו-KCl עם קתודה נוזלית נחושת-סידן, מכינים סגסוגת של Cu - Ca (65% Ca), שממנה מזוקק סידן בטמפרטורה של 950 - 1000 מעלות צלזיוס בוואקום של 0.1 - 0.001 מ"מ כספית.

) פותחה גם שיטה להשגת סידן על ידי פירוק תרמי של סידן קרביד CaC2.

סידן נפוץ מאוד בטבע בצורה של תרכובות שונות. בקרום כדור הארץ, הוא תופס את המקום החמישי, המהווה 3.25%, ונמצא לרוב בצורת אבן גיר CaCO 3, דולומיט CaCO 3MgCO 3, גבס CaSO 42H 2הו, פוספוריט Ca 3(PO 4)2 ופלאון CaF 2, לא סופר חלק ניכר של סידן בהרכב סלעי סיליקט. מי ים מכילים בממוצע 0.04% (משקל) סידן.

בזה עבודת קודשהמאפיינים והיישום של סידן נלמדים, כמו גם התיאוריה והטכנולוגיה של שיטות ואקום-תרמיות לייצורו נלמדות גם בפירוט.

. תכונות ושימושים של סידן

.1 תכונות פיזיקליות

סידן הוא מתכת לבנה כסופה, אך מוכתם באוויר עקב היווצרות תחמוצת על פני השטח שלה. זוהי מתכת רקיעה קשה יותר מעופרת. תא קריסטל ?-טופס Ca (יציב בטמפרטורה רגילה) מעוקב במרכז הפנים, a = 5.56 Å . רדיוס אטומי 1.97 Å , רדיוס יוני Ca 2+, 1,04Å . צפיפות 1.54 גרם/ס"מ 3(20 מעלות צלזיוס). מעל 464 מעלות צלזיוס משושה יציב ?-הצורה. mp 851°C, tbp 1482°C; מקדם טמפרטורה של התפשטות לינארית 22 10 -6 (0-300 מעלות צלזיוס); מוליכות תרמית ב-20°C 125.6 W/(m K) או 0.3 cal/(cm s°C); קיבולת חום סגולית (0-100 מעלות צלזיוס) 623.9 j/(kg K) או 0.149 cal/(g °C); התנגדות חשמלית ב-20 מעלות צלזיוס 4.6 10 -8אוהם m או 4.6 10 -6 אוהם ס"מ; מקדם טמפרטורה של התנגדות חשמלית 4.57 10-3 (20 מעלות צלזיוס). מודול אלסטיות 26 Gn/m 2(2600 ק"ג/מ"מ 2); חוזק מתיחה 60 MN/m 2(6 ק"ג/מ"מ 2); גבול אלסטי 4 MN/m 2(0.4 ק"ג/מ"מ 2), חוזק תפוקה 38 MN/m 2(3.8 ק"ג/מ"מ 2); התארכות 50%; קשיות ברינל 200-300 MN/m 2(20-30 ק"ג/מ"מ 2). סידן בטוהר גבוה מספיק הוא פלסטיק, דחוס היטב, מגולגל וניתן לעיבוד במכונה.

1.2 תכונות כימיות

סידן הוא מתכת פעילה. אז בתנאים רגילים, הוא יוצר אינטראקציה בקלות עם חמצן אטמוספרי והלוגנים:

Ca + O 2= 2 CaO (תחמוצת סידן) (1)

Ca + Br 2= CaBr 2(סידן ברומיד). (2)

עם מימן, חנקן, גופרית, זרחן, פחמן ושאר לא-מתכות, סידן מגיב בעת חימום:

Ca + H 2= CaN 2(סידן הידריד) (3)

Ca + N 2= כ 3נ 2(סידן ניטריד) (4)

Ca + S = CaS (סידן גופרתי) (5)

Ca + 2 P \u003d Ca 3ר 2(סידן פוספיד) (6)

Ca + 2 C \u003d CaC 2 (סידן קרביד) (7)

מ מים קריםסידן יוצר אינטראקציה איטית, ועם חם - נמרץ מאוד, נותן בסיס חזק Ca (OH) 2 :

Ca + 2 H 2O \u003d Ca (OH) 2 + H 2 (8)

בהיותו חומר מפחית אנרגטי, סידן יכול לקחת חמצן או הלוגנים מתחמוצות והלידים של מתכות פחות פעילות, כלומר יש לו תכונות מפחיתות:

Ca + Nb 2O5 = CaO + 2 Nb; (9)

Ca + 2 NbCl 5= 5 CaCl2 + 2 Nb (10)

סידן מגיב בעוצמה עם חומצות עם שחרור מימן, מגיב עם הלוגנים, עם מימן יבש ליצירת CaH הידריד 2. כאשר סידן מחומם עם גרפיט, נוצר CaC קרביד 2. סידן מתקבל על ידי אלקטרוליזה של CaCl מותכת 2או הפחתה אלונותרמית בוואקום:

6СаО + 2Al = 3Ca + 3CaO Al2 O 3 (11)

מתכת טהורה משמשת להפחתת תרכובות Cs, Rb, Cr, V, Zr, Th, U למתכות, לצורך ניקוי חמצון של פלדה.

1.3 יישום

סידן נמצא בשימוש יותר ויותר בתעשיות שונות. לאחרונה, הוא קיבל חשיבות רבה כגורם מפחית בייצור של מספר מתכות.

מתכת טהורה. אורניום מתקבל על ידי הפחתת אורניום פלואוריד עם מתכת סידן. ניתן להפחית תחמוצות טיטניום, כמו גם תחמוצות של זירקוניום, תוריום, טנטלום, ניוביום ומתכות נדירות אחרות באמצעות סידן או ההידרידים שלו.

סידן הוא מסיר חמצון ומסיר גז טוב בייצור של נחושת, ניקל, סגסוגות כרום-ניקל, פלדות מיוחדות, ברונזה ניקל ופח; הוא מסיר גופרית, זרחן, פחמן ממתכות וסגסוגות.

סידן יוצר תרכובות עקשנות עם ביסמוט, ולכן הוא משמש לטיהור עופרת מביסמוט.

סידן מתווסף לסגסוגות קלות שונות. הוא תורם לשיפור פני השטח של המטיל, עדינות והפחתת יכולת החמצון.

סגסוגות נושאות המכילות סידן נמצאות בשימוש נרחב. ניתן להשתמש בסגסוגות עופרת (0.04% Ca) לייצור מעטפות כבלים.

סגסוגות נגד חיכוך של סידן עם עופרת משמשות בהנדסה. מינרלים סידן נמצאים בשימוש נרחב. אז, אבן גיר משמשת בייצור של סיד, מלט, לבני סיליקט ובאופן ישיר כחומר בניין, במטלורגיה (שטף), בתעשייה הכימית לייצור סידן קרביד, סודה, סודה קאוסטית, אקונומיקה, דשנים, ב. ייצור סוכר, זכוכית.

לגיר, שיש, ספוג איסלנדי, גבס, פלואוריט וכו' יש חשיבות מעשית. בשל היכולת לקשור חמצן וחנקן, סגסוגות סידן או סידן עם נתרן ומתכות אחרות משמשות לטיהור גזים אצילים וכמשלט בציוד רדיו ואקום. סידן משמש גם לייצור הידריד, המהווה מקור למימן בשטח.

2. קבלת סידן

ישנן מספר דרכים להשיג סידן, אלו הן אלקטרוליטיות, תרמיות, תרמיות ואקום.

.1 ייצור אלקטרוליטי של סידן וסגסוגותיו

מהות השיטה טמונה בעובדה שהקתודה נוגעת בתחילה באלקטרוליט המותך. בנקודת המגע נוצרת טיפת מתכת נוזלית שמרטיבה את הקתודה, שכאשר הקתודה מועלית באיטיות ובאופן שווה, מוסרת איתה מההמסה ומתמצקת. במקרה זה, טיפת ההתמצקות מכוסה בסרט מוצק של אלקטרוליט, המגן על המתכת מפני חמצון וניטרידה. על ידי הרמה מתמשכת ובזהירות של הקתודה, הסידן נשאב אל המוטות.

2.2 הכנה תרמית

סידן כימי אלקטרוליטי תרמית

· תהליך כלוריד: הטכנולוגיה מורכבת מהמסה וייבוש של סידן כלורי, המסת עופרת, קבלת סגסוגת כפולה של עופרת - נתרן, קבלת סגסוגת טרינרית של עופרת - נתרן - סידן, ודילול הסגסוגת הטרינרית בעופרת לאחר הסרת מלחים. התגובה עם סידן כלורי ממשיכה לפי המשוואה

CaCl 2 + נא 2Pb 5=2NaCl + PbCa + 2Pb (12)

· תהליך קרביד: הבסיס להשגת סגסוגת עופרת סידן היא התגובה בין סידן קרביד לעופרת מותכת לפי המשוואה

CaC 2+ 3Pb = Pb3 Ca+2C. (13)

2.3 שיטה ואקום-תרמית להשגת סידן

חומר גלם לתהליך תרמי ואקום

חומר הגלם להפחתה תרמית של תחמוצת סידן הוא סיד המתקבל על ידי קליית אבן גיר. הדרישות העיקריות לחומרי גלם הן כדלקמן: הגיר חייב להיות טהור ככל האפשר ולהכיל מינימום זיהומים הניתנים להפחתה ולהפיכה למתכת יחד עם סידן, במיוחד מתכות אלקליות ומגנזיום. חידוד של אבן גיר צריך להתבצע עד לפירוק מוחלט של הקרבונט, אך לא לפני שהוא חודר, שכן כושר ההפחתה של החומר הסינטר נמוך יותר. המוצר הנורה חייב להיות מוגן מפני ספיגת לחות ופחמן דו חמצני, ששחרורם במהלך ההתאוששות מפחית את ביצועי התהליך. הטכנולוגיה של שריפת אבן גיר ועיבוד המוצר השרוף דומה לעיבוד הדולומיט לשיטה הסיליקוטרמית להשגת מגנזיום.

.3.1 שיטה אלומינותרמית להפחתת סידן

התרשים של תלות הטמפרטורה של השינוי באנרגיה החופשית של חמצון של מספר מתכות (איור 1) מראה שתחמוצת סידן היא אחת התחמוצות העמידות והקשות להפחתתן. לא ניתן להפחית אותו על ידי מתכות אחרות בדרך הרגילה - בטמפרטורה נמוכה יחסית ובלחץ אטמוספרי. להיפך, סידן עצמו הוא חומר מפחית מצוין עבור תרכובות אחרות שקשה להפחית וחומר מסיר חמצון עבור מתכות וסגסוגות רבות. הפחתת תחמוצת סידן עם פחמן היא בדרך כלל בלתי אפשרית בגלל היווצרות של סידן קרבידים. עם זאת, בשל העובדה שלסידן יש לחץ אדים גבוה יחסית, ניתן להפחית את התחמוצת שלו בוואקום עם אלומיניום, סיליקון או סגסוגות שלהם לפי התגובה

CaO + אני? Ca + MeO (14).

שימוש מעשיעד כה, הוא מצא רק שיטה אלונותרמית להשגת סידן, שכן קל הרבה יותר להפחית את CaO עם אלומיניום מאשר עם סיליקון. ישנן דעות שונות על הכימיה של הפחתת תחמוצת סידן עם אלומיניום. ל. פידג'ון ואני אטקינסון מאמינים שהתגובה ממשיכה עם היווצרות של סידן מונואלומינאט:

CaO + 2Al = CaO Al 2O3 + 3Ca. (חֲמֵשׁ עֶשׂרֵה)

V. A. Pazukhin ו- A. Ya. Fisher מציינים שהתהליך ממשיך עם היווצרות של טריקלציום אלומינאט:

CaO + 2Al = 3CaO Al 2O 3+ 3Ca. (16)

לפי A.I. Voynitsky, היווצרות של pentacicium trialuminate היא השולטת בתגובה:

CaO + 6Al = 5CaO 3Al 2O3 + 9Ca. (17)

המחקר האחרון של A. Yu Taits ו-AI Voinitsky קבע שההפחתה האלונותרמית של סידן מתקדמת בהדרגה. בתחילה, שחרור הסידן מלווה ביצירת 3CaO AI 2O 3, אשר לאחר מכן מגיב עם תחמוצת סידן ואלומיניום ליצירת 3CaO 3AI 2O 3. התגובה ממשיכה לפי הסכמה הבאה:

CaO + 6Al = 2 (3CaO Al 2O 3)+ 2CaO + 2Al + 6Ca

(3CaO Al 2O 3) + 2CaO + 2Al = 5CaO 3Al 2O 3+ 3Са

CaO + 6A1 \u003d 5CaO 3Al 2O 3+ 9Ca

מכיוון שהפחתת תחמוצת מתרחשת עם שחרור סידן אדים, ותוצרי התגובה הנותרים נמצאים במצב מעובה, ניתן להפריד ולעבות אותו בקלות בחלקים המקוררים של התנור. התנאים העיקריים הדרושים להפחתה בוואקום-תרמית של תחמוצת סידן הם טמפרטורה גבוהה ולחץ שיורי נמוך במערכת. הקשר בין הטמפרטורה ללחץ האדים בשיווי המשקל של סידן מובא להלן. האנרגיה החופשית של התגובה (17), המחושבת עבור טמפרטורות 1124-1728°K, מבוטאת כ

ו ט \u003d 184820 + 6.95T-12.1 T lg T.

מכאן התלות הלוגריתמית של גמישות שיווי המשקל של אדי סידן (מ"מ כספית)

Lg p \u003d 3.59 - 4430 \ T.

L. Pidgeon ו-I. Atkinson קבעו בניסוי את לחץ האדים בשיווי המשקל של סידן. ניתוח תרמודינמי מפורט של תגובת ההפחתה של תחמוצת סידן עם אלומיניום בוצע על ידי I.I. Matveenko, שנתן את תלות הטמפרטורה הבאה של לחץ שיווי המשקל של אדי סידן:

lgp Ca(1) \u003d 8.64 - 12930\T mm Hg

lgp Ca(2) \u003d 8.62 - 11780\T mm Hg

lgp Ca(3 )\u003d 8.75 - 12500\T mm Hg

הנתונים המחושבים והניסויים מושווים בטבלה. אחד.

טבלה 1 - השפעת הטמפרטורה על השינוי בגמישות שיווי המשקל של אדי סידן במערכות (1), (2), (3), (3), מ"מ כספית.

טמפרטורה °С נתונים ניסויים מחושבים במערכות(1)(2)(3)(3) )1401 1451 1500 1600 17000,791 1016 - - -0,37 0,55 1,2 3,9 11,01,7 3,2 5,6 18,2 492,7 3,5 4,4 6,6 9,50,66 1,4 2,5 8,5 25,7

ניתן לראות מהנתונים שהוצגו כי אינטראקציות במערכות (2) ו-(3) או (3") הן בתנאים הנוחים ביותר. הדבר עולה בקנה אחד עם תצפיות, שכן פנטסקלציום טריאלומינאט וטריקלציום אלומינאט שולטים בשאריות המטען לאחר הפחתת תחמוצת הסידן עם אלומיניום.

נתוני גמישות שיווי המשקל מראים שהפחתת תחמוצת הסידן עם אלומיניום אפשרית בטמפרטורה של 1100-1150 מעלות צלזיוס. כדי להשיג קצב תגובה מקובל מעשית, הלחץ השיורי במערכת Rost חייב להיות מתחת לשיווי המשקל P שווים , כלומר, אי השוויון Р שווים >פ ost , ועל התהליך להתבצע בטמפרטורות בסדר גודל של 1200°. מחקרים קבעו כי בטמפרטורה של 1200-1250 מעלות מושגת שימוש גבוה(עד 70-75%) וצריכה ספציפית נמוכה של אלומיניום (כ-0.6-0.65 ק"ג לק"ג סידן).

לפי הפרשנות לעיל לכימיה של התהליך, ההרכב האופטימלי הוא התערובת המיועדת להיווצרות 5CaO 3Al בשאריות 2O 3. כדי להגביר את מידת השימוש באלומיניום, כדאי לתת עודף של תחמוצת סידן, אך לא יותר מדי (10-20%), אחרת זה ישפיע לרעה על אינדיקטורים תהליכים אחרים. עם עלייה בדרגת טחינת האלומיניום מחלקיקים של 0.8-0.2 מ"מ למינוס 0.07 מ"מ (לפי V. A. Pazukhin ו- A. Ya. Fisher), השימוש באלומיניום בתגובה עולה מ-63.7 ל-78%.

השימוש באלומיניום מושפע גם מאופן הלבנת הטעינה. תערובת של אבקת סיד ואבקת אלומיניום צריכה להיות משולבת ללא קלסרים (כדי למנוע הוצאת גז בוואקום) בלחץ של 150 ק"ג/ס"מ 2. בלחצים נמוכים יותר, השימוש באלומיניום פוחת עקב הפרדה של אלומיניום מותך בבריקטים נקבוביים מדי, ובלחצים גבוהים יותר, עקב חדירות גז ירודה. השלמות ומהירות ההתאוששות תלויות גם בצפיפות האריזה של הלבנים ברטורט. כאשר מניחים אותם ללא פערים, כאשר חדירות הגז של המטען כולו נמוכה, השימוש באלומיניום מופחת באופן משמעותי.

איור 2 - תכנית להשגת סידן בשיטה ואקום-תרמית.

טכנולוגיה של דרך אלומינו-תרמית

התוכנית הטכנולוגית לייצור סידן בשיטה אלונותרמית מוצגת באיור. 2. אבן גיר משמשת כחומר גלם, ואבקת אלומיניום שהוכנה מאלומיניום ראשוני (טוב יותר) או משני משמשת כחומר מפחית. אלומיניום המשמש כחומר מפחית, כמו גם חומרי גלם, לא אמור להכיל זיהומים של מתכות נדיפות בקלות: מגנזיום, אבץ, אלקליות וכו', המסוגלות להתאדות ולהפוך לעיבוי. יש לקחת זאת בחשבון בבחירת דרגות אלומיניום ממוחזר.

על פי התיאור של S. Loomis ו-P. Staub, בארה"ב, במפעל New England Lime Co. בכנען (Connecticut), סידן מתקבל בשיטה אלונותרמית. נעשה שימוש בסיד בהרכב הטיפוסי הבא, %: 97.5 CaO, 0.65 MgO, 0.7 SiO 2, 0.6 Fe 2עוז + אלוז, 0.09 נא 2O+K 2אה, 0.5 השאר. המוצר המבושל נטחן בטחנת ריימונד עם מפריד צנטריפוגלי, עדינות הטחינה היא (60%) מינוס 200 mesh. כחומר מפחית, משתמשים באבק אלומיניום, שהוא בזבוז בייצור אבקת אלומיניום. סיד שרוף ממיכלים סגורים ואלומיניום מתופים מוזנים אל מאזני המינון ולאחר מכן אל המיקסר. לאחר הערבוב, התערובת עוברת לבריקט בצורה יבשה. במפעל הנזכר מופחת סידן בתנורי רטורט, ששימשו בעבר להשגת מגנזיום בשיטה הסיליקותרמית (איור 3). תנורים מחוממים עם גז גנרטור. לכל תנור יש 20 רטורטים אופקיים העשויים מפלדה עקשנית המכילה 28% Cr ו-15% Ni.

איור 3 - תנור רטורט לייצור סידן

אורך רטורט 3 מ', קוטר 254 מ"מ, עובי דופן 28 מ"מ. ההפחתה מתרחשת בחלק המחומם של הרטורט, ועיבוי מתרחש בקצה המקורר הבולט מהדיבור. הבריקטים מוכנסים לתוך הרטורט בשקיות נייר, לאחר מכן מכניסים את המעבים והרטורט נסגר. האוויר נשאב החוצה על ידי משאבות ואקום מכניות בתחילת המחזור. לאחר מכן מחברים את משאבות הדיפוזיה והלחץ השיורי מופחת ל-20 מיקרון.

הרטורטים מחוממים עד 1200°. לאחר 12 שעות. לאחר הטעינה, הרטורטים נפתחים ופורקים. לסידן שנוצר יש צורה של גליל חלול של מסה צפופה של גבישים גדולים המופקדים על פני שרוול פלדה. הטומאה העיקרית בסידן היא מגנזיום המופחת מלכתחילה ומתרכז בעיקר בשכבה הצמודה לשרוול. התוכן הממוצע של זיהומים הוא; 0.5-1% Mg, כ-0.2% Al, 0.005-0.02% Mn, עד 0.02% N, זיהומים אחרים - Cu, Pb, Zn, Ni, Si, Fe - נמצאים בטווח של 0.005-0.04%. A. Yu. Taits ו- A. I. Voinitsky השתמשו בכבשן ואקום חשמלי למחצה מפעל עם מחממי פחם להשגת סידן בשיטה אלונותרמית והשיגו דרגת ניצול אלומיניום של 60%, צריכת אלומיניום ספציפית של 0.78 ק"ג, צריכת טעינה ספציפית של 4.35 ק"ג, בהתאמה, וצריכת חשמל ספציפית 14 קוט"ש לכל 1 ק"ג מתכת.

המתכת שהתקבלה, למעט טומאה מגנזיום, נבחנה בטוהר גבוה יחסית. בממוצע, תכולת הזיהומים בו הייתה: 0.003-0.004% Fe, 0.005-0.008% Si, 0.04-0.15% Mn, 0.0025-0.004% Cu, 0.006-0.009% N, 0.25% Al.

2.3.2 שיטת הפחתה סיליקוטרמית סִידָן

השיטה הסיליקותרמית מפתה מאוד; החומר המצמצם הוא פרוסיליקון, המגיב הוא הרבה יותר זול מאלומיניום. עם זאת, התהליך הסיליקו-תרמי קשה יותר ליישום מאשר אלונותרמי. הפחתת תחמוצת הסידן על ידי סיליקון ממשיכה לפי המשוואה

CaO + Si = 2CaO SiO2 + 2Ca. (שמונה עשרה)

גמישות שיווי המשקל של אדי סידן, מחושבת מערכי האנרגיה החופשית, היא:

°С1300140015001600Р, מ"מ כספית st0.080.150.752.05

לכן, בוואקום בסדר גודל של 0.01 מ"מ כספית. אומנות. הפחתת תחמוצת סידן אפשרית מבחינה תרמודינמית בטמפרטורה של 1300 מעלות. בפועל, כדי להבטיח מהירות מקובלת, התהליך צריך להתבצע בטמפרטורה של 1400-1500°.

תגובת ההפחתה של תחמוצת סידן עם סיליקו אלומיניום מתקדמת מעט יותר, שבה הן אלומיניום והן הסיליקון של הסגסוגת משמשים כחומרי הפחתה. הוכח בניסוי כי הפחתה עם אלומיניום שולטת בהתחלה; יתר על כן, התגובה ממשיכה עם היווצרות סופית של bCaO 3Al 2עוז על פי התכנית המתוארת לעיל (איור 1). הפחתת הסיליקון הופכת משמעותית בטמפרטורות גבוהות יותר כאשר רוב האלומיניום הגיב; התגובה ממשיכה עם היווצרות 2CaO SiO 2. לסיכום, תגובת ההפחתה של תחמוצת סידן עם סיליקו אלומיניום מתבטאת במשוואה הבאה:

mSi + n Al + (4m +2 ?) CaO \u003d m (2CaO SiO 2) + ?n(5CaO Al 2O3 ) + (2m +1, 5n) כ.

מחקר של A. Yu Taits ו- A. I. Voinitsky מצא כי תחמוצת הסידן מופחתת ב-75% פרוסיליקון עם תפוקת מתכת של 50-75% בטמפרטורה של 1400-1450 מעלות בוואקום של 0.01-0.03 מ"מ כספית. אומנות.; סיליקו אלומיניום המכיל 60-30% Si ו-32-58% אל (השאר ברזל, טיטניום וכו') מפחית תחמוצת סידן עם תפוקת מתכת של כ-70% בטמפרטורות של 1350-1400 מעלות בוואקום של 0.01-0.05 מ"מ Hg . אומנות. ניסויים בקנה מידה מפעל למחצה הוכיחו את האפשרות הבסיסית להשיג סידן על סיד עם פרוסיליקון וסיליקואלומיניום. קושי החומרה העיקרי הוא בחירת בטנה עמידה לתהליך זה.

כאשר פותרים בעיה זו ניתן ליישם את השיטה בתעשייה. פירוק סידן קרביד ייצור סידן מתכתי על ידי פירוק סידן קרביד

CaC2 = Ca + 2C

צריך להתייחס כמבטיח. במקרה זה, גרפיט מתקבל כמוצר השני. W. Mauderly, E. Moser ו-W. Treadwell, לאחר שחישבו את האנרגיה החופשית של היווצרות סידן קרביד מנתונים תרמוכימיים, השיגו את הביטוי הבא ללחץ האדים של סידן על פני סידן קרביד טהור:

כ \u003d 1.35 - 4505 \ T (1124 - 1712 ° K),

lgp כ \u003d 6.62 - 13523 \ T (1712-2000 ° K).

ככל הנראה, סידן קרביד מסחרי מתפרק בטמפרטורות גבוהות בהרבה מהנובע מביטויים אלה. אותם מחברים מדווחים על פירוק תרמי של סידן קרביד בחתיכות קומפקטיות ב-1600-1800 מעלות צלזיוס בוואקום של 1 מ"מ כספית. אומנות. תפוקת הגרפיט הייתה 94%, סידן התקבל בצורה של ציפוי צפוף על המקרר. A. S. Mikulinsky, F. S. Morii, R. Sh. Shklyar כדי לקבוע את המאפיינים של גרפיט המתקבל על ידי פירוק של סידן קרביד, האחרון היה מחומם בוואקום של 0.3-1 מ"מ כספית. אומנות. בטמפרטורה של 1630-1750 מעלות. הגרפיט שנוצר שונה מזה של Acheson בגרגרים גדולים יותר, מוליכות חשמלית גבוהה יותר וצפיפות צבר נמוכה יותר.

3. חלק מעשי

הזרם היומי של מגנזיום מהאלקטרוליזר עבור זרם של 100 kA היה 960 ק"ג כאשר האמבטיה הוזנה במגנזיום כלוריד. המתח על ליצן התא הוא 0.6 V. קבע:

)פלט זרם בקתודה;

)כמות הכלור המתקבלת ביום, ובלבד שתפוקת הזרם באנודה שווה לפלט הנוכחי בקוד;

)מילוי יומי MgCl 2לתוך האלקטרוליזר, בתנאי שהאובדן של MgCl 2 מתרחשים בעיקר עם בוצה וסובלימציה. כמות בוצה 0.1 לכל טון Mg המכילה MgCl 2 בסובלימציה 50%. כמות הסובלימציה היא 0.05 t ל-1 t Mg. הרכב מגנזיום כלוריד שנשפך, %: 92 MgCl2 ו-8 NaCl.

.קבע את פלט הזרם בקתודה:

M וכו =אני ?ק מ"ג · ?

?= מ וכו \אני ?ק מ"ג \u003d 960000\100000 0.454 24 \u003d 0.881 או 88.1%

.קבע את כמות Cl המתקבלת ביום:

x \u003d 960000 גרם \ 24 גרם \ מול \u003d 40000 מול

המרה לנפח:

х=126785.7 מ"ק

3.א) נמצא MgCl טהור 2, לייצור 960 ק"ג מ"ג.

x \u003d 95 960 \ 24.3 \u003d 3753 ק"ג \u003d 37.53 טון.

ב) הפסדים עם בוצה. מההרכב של אלקטרוליזרי מגנזיום, %: 20-35 MgO, 2-5 Mg, 2-6 Fe, 2-4 SiO 2, 0.8-2 TiO 2, 0.4-1.0 C, 35 MgCl2 .

ק"ג - 1000 ק"ג

M של \u003d 960 ק"ג - מסה של בוצה ליום.

ליום 96 ק"ג בוצה: 96 0.35 (MgCl2 עם בוצה).

ג) הפסדים עם סובלימציות:

ק"ג - 1000 ק"ג

ק"ג סובלימציה: 48 0.5 = 24 ק"ג MgCl 2 עם סובלימציות.

כל מה שאתה צריך כדי למלא Mg:

33.6+24=3810.6 ק"ג MgCl2 ליום

בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה

יסודות המטלורגיה III

<#"justify">מטלורגיה של אל ומג. Vetyukov M.M., Tsyplokov A.M.

שיעורי עזר

צריכים עזרה בלימוד נושא?

המומחים שלנו ייעצו או יספקו שירותי הדרכה בנושאים שמעניינים אותך.
הגש בקשהמציין את הנושא עכשיו כדי לברר על האפשרות לקבל ייעוץ.

האוניברסיטה הטכנית של אופא סטייט לנפט

המחלקה לכימיה כללית ואנליטית

מצגת בנושא: "יסוד הסידן. נכסים, השגה, בקשה"

הוכן על ידי תלמיד הקבוצה BTS-11-01 Prokaev G.L.

פרופסור חבר Krasko S.A.

מבוא

היסטוריה ומקור השם

להיות בטבע

קַבָּלָה

תכונות גשמיות

תכונות כימיות

יישומים של סידן מתכתי

השימוש בתרכובות סידן

תפקיד ביולוגי

סיכום

בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה

מבוא

סידן הוא יסוד של תת-הקבוצה העיקרית של הקבוצה השנייה, התקופה הרביעית של המערכת המחזורית של יסודות כימיים של D. I. מנדלייב, עם מספר אטומי 20. הוא מסומן על ידי הסמל Ca (lat. סידן). החומר הפשוט סידן (מספר CAS: 7440-70-2) הוא מתכת אדמה אלקליין רכה, תגובתית, כסוף-לבן.

סידן נקרא מתכת אדמה אלקליין, הוא מסווג כיסוד S. ברמה האלקטרונית החיצונית, לסידן יש שני אלקטרונים, ולכן הוא נותן תרכובות: CaO, Ca (OH) 2, CaCl2, CaSO4, CaCO3 וכו'. סידן שייך למתכות טיפוסיות - יש לו זיקה גבוהה לחמצן, מפחית כמעט את כל המתכות מהתחמוצות שלהן ויוצר בסיס חזק למדי Ca (OH) 2.

למרות נוכחותו בכל מקום של יסוד #20, אפילו כימאים לא ראו סידן יסודי. אבל מתכת זו, הן חיצונית והן בהתנהגות, אינה דומה כלל למתכות אלקליות, שהמגע איתן טומן בחובו סכנה של שריפות וכוויות. ניתן לאחסן אותו בבטחה באוויר, הוא אינו מתלקח ממים.

סידן יסודי כמעט ואינו משמש כחומר מבני. הוא פעיל מדי בשביל זה. סידן מגיב בקלות עם חמצן, גופרית, הלוגנים. אפילו עם חנקן ומימן, בתנאים מסוימים, הוא מגיב. הסביבה של תחמוצות פחמן, אינרטית עבור רוב המתכות, אגרסיבית לסידן. הוא נשרף באטמוספירה של CO ו-CO2.

היסטוריה ומקור השם

שמו של היסוד בא מ-lat. calx (במקרה גניטיבי calcis) - "ליים", "אבן רכה". הוא הוצע על ידי הכימאי האנגלי האמפרי דייווי, אשר ב-1808 בודד מתכת סידן בשיטה אלקטרוליטית. דייווי ביצע אלקטרוליזה של תערובת של סיד מושפל רטוב עם תחמוצת כספית HgO על צלחת פלטינה, שהייתה האנודה. חוט פלטינה טבול בכספית נוזלית שימש כקתודה. כתוצאה מאלקטרוליזה התקבל סידן אמלגם. לאחר שהרחיק ממנה כספית, דייווי קיבל מתכת בשם סידן.

תרכובות סידן - אבן גיר, שיש, גבס (כמו גם סיד - תוצר של שריפת אבן גיר) שימשו בבנייה כבר לפני כמה אלפי שנים. עד סוף המאה ה-18, כימאים ראו בסיד גוף פשוט. בשנת 1789 הציע א' לבואזיה שסיד, מגנזיה, בריט, אלומינה וסיליקה הם חומרים מורכבים.

להיות בטבע

בשל הפעילות הכימית הגבוהה של סידן בצורה החופשית בטבע לא נמצא.

סידן מהווה 3.38% ממסת קרום כדור הארץ (מקום 5 בשפע אחרי חמצן, סיליקון, אלומיניום וברזל).

איזוטופים. סידן מופיע בטבע כתערובת של שישה איזוטופים: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca ו-48Ca, ביניהם הנפוץ ביותר - 40Ca - הוא 96.97%.

מתוך ששת איזוטופי הסידן המופיעים באופן טבעי, חמישה יציבים. האיזוטופ 48Ca השישי, הכבד מבין השישה ודי נדיר (השפע האיזוטופי שלו הוא רק 0.187%), התגלה לאחרונה כשהוא עובר ריקבון בטא כפול עם זמן מחצית חיים של 5.3 ×1019 שנים.

בסלעים ובמינרלים. רוב הסידן כלול בהרכב של סיליקטים ואלונוסיליקטים של סלעים שונים (גרניטים, גנייס וכו'), בעיקר בשדה ספייר - אנורתיט Ca.

בצורה של סלעי משקע, תרכובות סידן מיוצגות על ידי גיר ואבן גיר, המורכבות בעיקר מהמינרל קלציט (CaCO3). הצורה הגבישית של קלציט - שיש - נמצאת בטבע בתדירות נמוכה בהרבה.

מינרלים של סידן כגון קלציט CaCO3, אנהידריט CaSO4, בהט CaSO4 0.5H2O וגבס CaSO4 2H2O, פלואוריט CaF2, אפטות Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), דולומיט MgCO3 CaCO3 נפוצים למדי. נוכחותם של מלחי סידן ומגנזיום במים טבעיים קובעת את קשיותם.

סידן, הנודד במרץ בקרום כדור הארץ ומצטבר במערכות גיאוכימיות שונות, יוצר 385 מינרלים (הרביעי מבחינת מספר המינרלים).

נדידה בקרום כדור הארץ. בנדידה הטבעית של סידן, תפקיד משמעותי ממלא "שיווי המשקל הקרבונטי", הקשור לתגובה הפיכה של האינטראקציה של סידן פחמתי עם מים ופחמן דו חמצני עם היווצרות ביקרבונט מסיס:

CaCO3 + H2O + CO2 ↔ Ca (HCO3) 2 ↔ Ca2+ + 2HCO3ˉ

(שיווי המשקל עובר שמאלה או ימינה בהתאם לריכוז הפחמן הדו חמצני).

הגירה ביוגנית. בביוספרה, תרכובות סידן נמצאות כמעט בכל רקמות החי והצומח (ראה גם להלן). כמות משמעותית של סידן היא חלק מאורגניזמים חיים. אז, הידרוקסיאפטיט Ca5(PO4)3OH, או, בסימון אחר, 3Ca3(PO4)2·Ca(OH)2 הוא הבסיס לרקמת העצם של בעלי חוליות, כולל בני אדם; קליפות וקונכיות של חסרי חוליות רבים, קליפות ביצים וכו' מורכבות מסידן פחמתי CaCO3. ברקמות חיות של בני אדם ובעלי חיים, 1.4-2% Ca (לפי חלק מסה); בגוף אדם השוקל 70 ק"ג, תכולת הסידן היא כ-1.7 ק"ג (בעיקר בהרכב החומר הבין-תאי של רקמת העצם).

קַבָּלָה

סידן מתכתי חופשי מתקבל על ידי אלקטרוליזה של נמס המורכב מ-CaCl2 (75-80%) ו-KCl או מ-CaCl2 ו-CaF2, וכן על ידי הפחתה אלונותרמית של CaO ב-1170-1200 מעלות צלזיוס:

CaO + 2Al = CaAl2O4 + 3Ca.

כמו כן פותחה שיטה להשגת סידן על ידי פירוק תרמי של סידן קרביד CaC2

תכונות גשמיות

מתכת סידן קיימת בשני שינויים אלוטרופיים. עמיד עד 443 מעלות צלזיוס α -Ca עם סריג מעוקב, יציב גבוה יותר β-Ca עם סריג מרוכז בגוף מהסוג α -Fe. אנתלפיה סטנדרטית ΔH0 מַעֲבָר α → β הוא 0.93 קילו ג'ל/מול.

סידן הוא מתכת קלה (d = 1.55), בצבע כסוף-לבן. הוא קשה יותר ונמס בטמפרטורה גבוהה יותר (851 מעלות צלזיוס) מהנתרן, שנמצא לידו בטבלה המחזורית. הסיבה לכך היא שיש שני אלקטרונים לכל יון סידן במתכת. לכן, הקשר הכימי בין יונים לגז אלקטרונים חזק יותר מזה של נתרן. בתגובות כימיות, אלקטרונים ערכיות סידן מועברים לאטומים של יסודות אחרים. במקרה זה נוצרים יונים טעונים כפולים.

תכונות כימיות

סידן הוא מתכת אדמה אלקליין טיפוסית. הפעילות הכימית של סידן גבוהה, אך נמוכה מזו של כל מתכות האדמה האלקליות האחרות. הוא מגיב בקלות עם חמצן, פחמן דו חמצני ולחות באוויר, שבגללם פני השטח של מתכת סידן הם בדרך כלל אפורים עמומים, ולכן הסידן בדרך כלל מאוחסן במעבדה, כמו מתכות אדמה אלקליות אחרות, בצנצנת סגורה היטב מתחת לשכבה של נפט או פרפין נוזלי.

בסדרת הפוטנציאלים הסטנדרטיים, הסידן ממוקם משמאל למימן. פוטנציאל האלקטרודות הסטנדרטי של זוג Ca2+/Ca0 הוא -2.84 V, כך שסידן מגיב באופן פעיל עם מים, אך ללא הצתה:

2H2O \u003d Ca (OH) 2 + H2 + Q.

עם לא-מתכות פעילות (חמצן, כלור, ברום), סידן מגיב בתנאים רגילים:

Ca + O2 = 2CaO, Ca + Br2 = CaBr2.

כאשר מחומם באוויר או בחמצן, סידן מתלקח. עם לא-מתכות פחות פעילות (מימן, בורון, פחמן, סיליקון, חנקן, זרחן ואחרים), סידן יוצר אינטראקציה בעת חימום, למשל:

Ca + H2 = CaH2, Ca + 6B = CaB6,

Ca + N2 = Ca3N2, Ca + 2C = CaC2,

Ca + 2P = Ca3P2 (סידן פוספיד),

ידועים גם סידן פוספידים של קומפוזיציות CaP ו-CaP5;

Ca + Si = Ca2Si (סידן סידן),

סיליקידי סידן של קומפוזיציות CaSi, Ca3Si4 ו- CaSi2 ידועים גם.

מהלך התגובות לעיל, ככלל, מלווה בשחרור של כמות גדולה של חום (כלומר, תגובות אלה הן אקסותרמיות). בכל התרכובות עם לא מתכות, מצב החמצון של הסידן הוא +2. רוב תרכובות הסידן עם לא-מתכות מתפרקות בקלות על ידי מים, למשל:

CaH2 + 2H2O \u003d Ca (OH) 2 + 2H2, N2 + 3H2O \u003d 3Ca (OH) 2 + 2NH3.

יון Ca2+ חסר צבע. כאשר מוסיפים ללהבה מלחי סידן מסיסים, הלהבה הופכת לאדום לבנים.

מלחי סידן כגון CaCl2 כלוריד, CaBr2 ברומיד, CaI2 יודיד ו- Ca(NO3)2 חנקתי מסיסים מאוד במים. פלואוריד CaF2, CaCO3 קרבונט, CaSO4 סולפט, Ca3(PO4)2 אורתופוספט, CaC2O4 אוקסלט ועוד כמה אינם מסיסים במים.

חשובה העובדה שבניגוד לסידן קרבונט CaCO3, סידן קרבונט חומצי (הידרוקרבונט) Ca(HCO3) 2 מסיס במים. בטבע, זה מוביל לתהליכים הבאים. כאשר גשם קר או מי נהר, רוויים בפחמן דו חמצני, חודרים אל מתחת לאדמה ונופלים על אבני גיר, נצפה פירוקם:

CaCO3 + CO2 + H2O \u003d Ca (HCO3) 2.

באותם מקומות שבהם מגיעים מים רוויים בסידן ביקרבונט אל פני כדור הארץ ומחוממים על ידי קרני השמש, מתרחשת התגובה ההפוכה:

Ca (HCO3) 2 \u003d CaCO3 + CO2 + H2O.

אז בטבע יש העברה של מסות גדולות של חומרים. כתוצאה מכך עלולים להיווצר מרווחים אדירים מתחת לאדמה, ובמערות נוצרים "נטיפי אבן" יפהפיים - נטיפים וזקיפים.

הנוכחות של סידן ביקרבונט מומס במים קובעת במידה רבה את הקשיות הזמנית של המים. זה נקרא זמני מכיוון שכאשר מים מורתחים, הביקרבונט מתפרק, ומשקע CaCO3. תופעה זו מובילה, למשל, לכך שעם הזמן נוצרת אבנית בקומקום.

מתכת סידן פיזיקלית

השימוש העיקרי במתכת סידן הוא כחומר מפחית בייצור מתכות, במיוחד ניקל, נחושת ונירוסטה. סידן והידריד שלו משמשים גם להשגת מתכות קשות לשחזור כגון כרום, תוריום ואורניום. סגסוגות של סידן עם עופרת משמשות בסוללות ובסגסוגות מיסבים. גרגירי סידן משמשים גם להסרת עקבות אוויר ממכשירי אלקטרו ואקום. מלחי סידן ומגנזיום מסיסים קובעים את הקשיות הכללית של המים. אם הם נמצאים במים בכמויות קטנות, אז המים נקראים רכים. עם תכולה גבוהה של מלחים אלה, המים נחשבים קשים. קשיות מתבטלת על ידי רתיחה; לפעמים מזקקים מים כדי לחסל אותם לחלוטין.

מתכתרמיה

סידן מתכתי טהור נמצא בשימוש נרחב במטלותרמיה להשגת מתכות נדירות.

נִתוּך

סידן טהור משמש לסגסוגת עופרת, המשמשת לייצור לוחות סוללות, סוללות עופרת-חומצה המתנעות ללא תחזוקה עם פריקה עצמית נמוכה. כמו כן, סידן מתכתי משמש לייצור של סידן babbits באיכות גבוהה BKA.

היתוך גרעיני

איזוטופ 48Ca הוא החומר היעיל והנפוץ ביותר לייצור יסודות סופר-כבדים ולגילוי יסודות חדשים בטבלה המחזורית. לדוגמה, במקרה של שימוש ביוני 48Ca לייצור יסודות סופר-כבדים במאיצים, הגרעינים של יסודות אלו נוצרים בצורה יעילה יותר מאות ואלפי מונים מאשר בעת שימוש ב"קליעים" אחרים (יונים).

השימוש בתרכובות סידן

סידן הידריד. על ידי חימום סידן באווירת מימן מתקבל CaH2 (סידן הידריד) המשמש במטלורגיה (מטאלותרמיה) ובהפקת מימן בשטח.

חומרים אופטיים ולייזר. סידן פלואוריד (פלואוריט) משמש בצורה של גבישים בודדים באופטיקה (מטרות אסטרונומיות, עדשות, מנסרות) וכחומר לייזר. סידן טונגסטאט (scheelite) בצורה של גבישים בודדים משמש ב טכנולוגיית לייזרוגם כמנצנץ.

סידן קרביד. סידן קרביד CaC2 נמצא בשימוש נרחב להשגת אצטילן ולהפחתת מתכות, כמו גם בייצור של סידן ציאנמיד (על ידי חימום סידן קרביד בחנקן ב-1200 מעלות צלזיוס, התגובה היא אקסותרמית, המתבצעת בתנורי ציאנמיד).

מקורות זרם כימיים. סידן, כמו גם סגסוגות שלו עם אלומיניום ומגנזיום, משמשים בסוללות חשמליות תרמיות מילואים כאנודה (לדוגמה, יסוד סידן-כרומט). סידן כרומט משמש בסוללות כמו הקתודה. תכונה של סוללות כאלה היא חיי מדף ארוכים במיוחד (עשורים) במצב שמיש, היכולת לפעול בכל תנאי (חלל, לחצים גבוהים), אנרגיה ספציפית גבוהה לפי משקל ונפח. החיסרון הוא משך הזמן הקצר. סוללות אלה משמשות במידת הצורך טווח קצרליצור כוח חשמלי אדיר (טילים בליסטיים, כמה חלליות וכו').

חומרים עקשן. תחמוצת סידן, הן בצורה חופשית והן כחלק מתערובות קרמיות, משמשת לייצור חומרים עקשן.

תרופות. ברפואה, תרופות Ca מסלקות הפרעות הקשורות לחוסר ביוני Ca בגוף (עם טטניה, ספסמופיליה, רככת). תכשירי Ca מפחיתים רגישות יתר לאלרגנים ומשמשים לטיפול במחלות אלרגיות (מחלת סרום, קדחת שינה וכו'). תכשירי Ca מפחיתים חדירות מוגברת של כלי הדם ויש להם השפעה אנטי דלקתית. הם משמשים לדלקת וסקוליטיס דימומית, מחלת קרינה, תהליכים דלקתיים (דלקת ריאות, דלקת רחם וכו') וכמה מחלות עור. זה נקבע כחומר המוסטטי, כדי לשפר את פעילות שריר הלב ולהגביר את ההשפעה של תכשירי דיגיטליס, כתרופה נגד הרעלה עם מלחי מגנזיום. יחד עם תרופות אחרות, תכשירי Ca משמשים להמרצת לידה. Ca כלוריד ניתן דרך הפה ותוך ורידי.

תפקיד ביולוגי

סידן הוא מקרו-נוטריינט נפוץ בצמחים, בעלי חיים ובני אדם. בבני אדם ובבעלי חוליות אחרים, רובו נמצא בשלד ובשיניים בצורה של פוספטים. מ צורות שונותסידן פחמתי (סיד) מורכב משלדים של רוב קבוצות חסרי החוליות (ספוגים, פוליפים אלמוגים, רכיכות וכו'). יוני סידן מעורבים בתהליכי קרישת הדם, כמו גם בשמירה על לחץ אוסמוטי קבוע של הדם. יוני סידן משמשים גם כאחד האוניברסליים מתווכים משנייםומווסת מגוון תהליכים תוך תאיים - התכווצות שרירים, אקסוציטוזיס, כולל הפרשת הורמונים ונוירוטרנסמיטורים ועוד. ריכוז הסידן בציטופלזמה של תאים אנושיים הוא כ-10-7 מול, בנוזלים בין-תאיים כ-10-3 מול.

רוב הסידן שנכנס לגוף האדם עם מזון כלול במוצרי חלב, סידן הנותר נופל על בשר, דגים וחלק מוצרים צמחיים(שעועית גבוהה במיוחד). הספיגה מתרחשת הן במעי הגס והן במעיים הדק ומקלה על ידי סביבות חומציות, ויטמין D וויטמין C, לקטוז, בלתי רווי חומצות שומן. תפקידו של המגנזיום במטבוליזם של סידן חשוב אף הוא, עם המחסור בו, סידן "נשטף" מהעצמות ומושקע בכליות (אבנים בכליות) ובשרירים.

הטמעת סידן נמנעת על ידי אספירין, חומצה אוקסלית, נגזרות אסטרוגן. בשילוב עם חומצה אוקסלית, סידן נותן תרכובות בלתי מסיסות במים שהן מרכיבים של אבנים בכליות.

תכולת הסידן בדם, בשל ריבוי התהליכים הקשורים אליו, מווסתת במדויק, ומתי תזונה נכונהאין מחסור. היעדרות ממושכת מהתזונה עלולה לגרום להתכווצויות, כאבי פרקים, ישנוניות, ליקויי גדילה ועצירות. מחסור עמוק יותר מוביל להתכווצויות שרירים קבועות ואוסטיאופורוזיס. שימוש לרעה בקפה ובאלכוהול יכול להיות הגורמים למחסור בסידן, שכן חלק ממנו מופרש בשתן.

מינונים מוגזמים של סידן וויטמין D עלולים לגרום להיפרקלצמיה, ולאחריה הסתיידות אינטנסיבית של עצמות ורקמות (המשפיעות בעיקר על מערכת השתן). עודף ממושך משבש את תפקוד רקמות השריר והעצב, מגביר את קרישת הדם ומפחית את ספיגת האבץ על ידי תאי העצם. המינון היומי הבטוח המרבי למבוגר הוא 1500 עד 1800 מיליגרם.

מוצרים סידן, מ"ג/100 גרם

סומסום 783

סרפד 713

פלנטיין גדול 412

סרדינים בשמן 330

בודה קיסוס 289

שושנה לכלב 257

שקד 252

פלנטיין אזמל. 248

אגוז לוז 226

גרגיר הנחלים 214

פולי סויה יבשים 201

ילדים מתחת לגיל 3 שנים - 600 מ"ג.

ילדים מגיל 4 עד 10 שנים - 800 מ"ג.

ילדים מגיל 10 עד 13 - 1000 מ"ג.

מתבגרים מגיל 13 עד 16 - 1200 מ"ג.

נוער 16 ומעלה - 1000 מ"ג.

מבוגרים בגילאי 25 עד 50 - 800 עד 1200 מ"ג.

נשים בהריון ומניקות - 1500 עד 2000 מ"ג.

סיכום

סידן הוא אחד היסודות הנפוצים ביותר על פני כדור הארץ. יש הרבה ממנו בטבע: רכסי הרים וסלעי חרס נוצרים ממלחי סידן, הוא נמצא במי הים והנהרות, והוא חלק מיצורים צמחיים ובעלי חיים.

סידן מקיף ללא הרף את תושבי העיר: כמעט כל חומרי הבנייה העיקריים - בטון, זכוכית, לבנים, מלט, סיד - מכילים את האלמנט הזה בכמויות משמעותיות.

באופן טבעי, בעל תכונות כימיות כאלה, לא ניתן למצוא סידן בטבע במצב חופשי. אבל תרכובות סידן - טבעיות ומלאכותיות כאחד - הפכו לחשיבות עליונה.

בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה

1.צוות המערכת: קנוניאנטס אי.ל. (עורך ראשי) אנציקלופדיה כימית: ב-5 כרכים - מוסקבה: האנציקלופדיה הסובייטית, 1990. - ת' 2. - ס' 293. - 671 עמ'.

2.דורונין. N.A. Kaltsy, Goshimizdat, 1962. 191 עמודים עם איורים.

.Dotsenko V.A. - תזונה טיפולית ומונעת. - ש. תזונה, 2001 - N1-p.21-25

4.Bilezikian J. P. מטבוליזם של סידן ועצם // בתוך: K. L. Becker, ed.

5.M.Kh. Karapetyants, S.I. דרקין - כימיה כללית ואי-אורגנית, 2000. 592 עמודים עם איורים.

בין כל מרכיבי המערכת המחזורית ניתן להבחין בכמה, שבלעדיהם לא רק ניתן לפתח מחלות שונות באורגניזמים חיים, אלא בדרך כלל בלתי אפשרי לחיות ולגדול כרגיל. אחד מהם הוא סידן.

מעניין שבכל הנוגע למתכת הזו, כחומר פשוט, אין לה שום תועלת לאדם, אפילו נזק. עם זאת, צריך רק להזכיר את יוני Ca 2+, שכן מיד יש מסה של נקודות המאפיינות את חשיבותם.

מיקום הסידן בטבלה המחזורית

אפיון הסידן, כמו כל יסוד אחר, מתחיל באינדיקציה של מיקומו במערכת המחזורית. אחרי הכל, זה מאפשר ללמוד הרבה על האטום הזה:

מטען גרעיני;
מספר האלקטרונים והפרוטונים, נויטרונים;
מצב חמצון, גבוה ונמוך יותר;
תצורה אלקטרונית ודברים חשובים אחרים.

היסוד שאנו שוקלים נמצא בתקופה הגדולה הרביעית של הקבוצה השנייה, תת-הקבוצה הראשית ויש לו את המספר הסידורי 20. כמו כן, הטבלה המחזורית הכימית מציגה את המשקל האטומי של סידן - 40.08, שהוא הערך הממוצע של הקיים איזוטופים של האטום הזה.

מצב החמצון הוא אחד, תמיד קבוע, שווה ל-+2. נוסחת CaO. שם לטינייסוד סידן, ומכאן הסמל של האטום Ca.

אפיון הסידן כחומר פשוט

בתנאים רגילים, אלמנט זה הוא מתכת, בצבע כסוף-לבן. הנוסחה של סידן כחומר פשוט היא Ca. בשל פעילותו הכימית הגבוהה, הוא מסוגל ליצור תרכובות רבות השייכות למעמדות שונים.

במצב מוצק של צבירה, הוא אינו חלק מגוף האדם, ולכן הוא חשוב לצרכים תעשייתיים וטכניים (בעיקר סינתזות כימיות).

זוהי אחת המתכות הנפוצות ביותר מבחינת חלקה בקרום כדור הארץ, כ-1.5%. הוא שייך לקבוצת כדור הארץ הבסיסי, שכן כאשר הוא מומס במים הוא נותן אלקליות, אך בטבע הוא מתרחש בצורה של מינרלים ומלחים מרובים. הרבה סידן (400 מ"ג/ליטר) כלול במי הים.

תא קריסטל

המאפיין של סידן מוסבר על ידי המבנה סריג קריסטל, שיכולים להיות לה שני סוגים (מכיוון שיש צורת אלפא ובטא):

פנים מעוקב ממוקד;
ממוקד נפח.

סוג הקשר במולקולה הוא מתכתי, באתרי הסריג, כמו כל המתכות, יש יוני-אטום.

להיות בטבע

ישנם מספר חומרים בסיסיים בטבע המכילים יסוד זה.

מי ים.
סלעים ומינרלים.
אורגניזמים חיים (קונכיות וקונכיות, רקמת עצם וכן הלאה).
מי תהום בקרום כדור הארץ.

ניתן לייעד הסוגים הבאיםסלעים ומינרלים שהם מקורות טבעיים לסידן.

דולומיט היא תערובת של סידן ומגנזיום פחמתי.
פלואוריט הוא סידן פלואוריד.
גבס - CaSO 4 2H 2 O.
קלציט - גיר, אבן גיר, שיש - סידן פחמתי.
אלבסטר - CaSO 4 0.5H 2 O.
אדישות.

בסך הכל מבודדים כ-350 מינרלים וסלעים שונים המכילים סידן.

איך להגיע

הפרידו את המתכת בצורה חופשית במשך זמן רבזה לא היה אפשרי, מכיוון שהפעילות הכימית שלו גבוהה, לא תמצאו אותו בטבע בצורתו הטהורה. לכן, עד המאה ה-19 (1808), היסוד המדובר היה עוד תעלומה שהטבלה המחזורית נשאה.

סידן כמתכת הצליח לסנתז את הכימאי האנגלי המפרי דייווי. זה היה זה שגילה לראשונה את תכונות האינטראקציה של נמסים של מינרלים מוצקים ומלחים עם התחשמלות. עד כה, עדיין הדרך הרלוונטית ביותר להשיג מתכת זו היא אלקטרוליזה של המלחים שלה, כגון:

תערובת של כלורי סידן ואשלגן;
תערובת של פלואוריד וסידן כלורי.

כמו כן, ניתן להפיק סידן מהתחמוצת שלו בשיטה אלונותרמית הנפוצה במטלורגיה.

תכונות גשמיות

ניתן לתאר את אפיון הסידן במונחים של פרמטרים פיזיקליים במספר נקודות.

מצב מצטבר - בתנאים רגילים, מוצק.
נקודת התכה - 842 0 С.
המתכת רכה וניתנת לחיתוך בסכין.
צבע - כסוף-לבן, מבריק.
יש לו תכונות מוליכות ומוליכות חום טובות.
עם חימום ממושך, הוא עובר לנוזל, ואז למצב אדים, מאבד תכונות מתכתיות. נקודת רתיחה 1484 0 С.

לתכונות הפיזיקליות של סידן יש תכונה אחת. כאשר מופעל לחץ על מתכת, בנקודת זמן מסוימת היא מאבדת את תכונותיה המתכתיות ואת יכולתה להוליך חשמל. עם זאת, עם עלייה נוספת בחשיפה, הוא משוחזר שוב ומתבטא כמוליך-על, גבוה פי כמה משאר האלמנטים מבחינת האינדיקטורים הללו.

תכונות כימיות

הפעילות של מתכת זו גבוהה מאוד. לכן, ישנן אינטראקציות רבות שבהן נכנס סידן. תגובות עם כל הלא מתכות שכיחות אצלו, כי בתור גורם מפחית הוא חזק מאוד.

בתנאים רגילים, הוא מגיב בקלות עם היווצרות התרכובות הבינאריות המתאימות עם: הלוגנים, חמצן.
בחימום: מימן, חנקן, פחמן, סיליקון, זרחן, בורון, גופרית ואחרים.
באוויר הפתוח, הוא יוצר אינטראקציה מיידית עם פחמן דו חמצני וחמצן, ולכן הוא מתכסה בציפוי אפור.
מגיב באלימות עם חומצות, לפעמים עם הצתה.

תכונות מעניינות של סידן באות לידי ביטוי בכל הנוגע אליו בהרכב המלחים. אז, מערות יפות הגדלות על התקרה והקירות אינן אלא נוצרות עם הזמן ממים, פחמן דו חמצני וביקרבונט בהשפעת תהליכים בתוך מי תהום.

בהתחשב עד כמה המתכת פעילה במצבה הרגיל, היא מאוחסנת במעבדות, כמו אלו אלקליות. בכלי זכוכית כהה, עם מכסה סגור היטב ומתחת לשכבת נפט או פרפין.

תגובה איכותית ליון הסידן היא צבע הלהבה בצבע אדום לבנים רווי יפה. כמו כן, ניתן לזהות מתכת בהרכב התרכובות לפי משקעים בלתי מסיסים של חלק ממלחיה (סידן קרבונט, פלואוריד, סולפט, פוספט, סיליקט, סולפיט).

חיבורי מתכת

סוגי תרכובות המתכת הם כדלקמן:

תַחמוֹצֶת;
הידרוקסיד;
מלחי סידן (בינוני, חומצי, בסיסי, כפול, מורכב).

תחמוצת סידן המכונה CaO משמשת ליצירת חומר בניין (סיד). אם מכבים את התחמוצת במים, מקבלים את ההידרוקסיד המתאים, המציג את התכונות של אלקלי.

מלחי הסידן השונים המשמשים במגזרים שונים במשק הם בעלי חשיבות מעשית רבה. איזה סוג של מלחים קיימים, כבר הזכרנו לעיל. הבה ניתן דוגמאות לסוגי התרכובות הללו.

מלחים בינוניים - CaCO 3 קרבונט, Ca 3 פוספט (PO 4) 2 ואחרים.
חומצי - הידרוסולפט CaHSO 4.
העיקריים שבהם הם ביקרבונט (CaOH) 3 PO 4.
קומפלקס - Cl 2.
כפול - 5Ca (NO 3) 2 * NH 4 NO 3 * 10H 2 O.

זה בצורת תרכובות ממעמד זה שסידן חשוב למערכות ביולוגיות, שכן מלחים הם מקור היונים לגוף.

תפקיד ביולוגי

מדוע סידן חשוב לגוף האדם? ישנן מספר סיבות.

היונים של יסוד זה הם חלק מהחומר הבין-תאי ונוזל הרקמה, המשתתפים בוויסות מנגנוני העירור, ייצור ההורמונים והנוירוטרנסמיטורים.
סידן מצטבר בעצמות, אמייל השן בכמות של כ-2.5% ממשקל הגוף הכולל. זה די הרבה ויש לו תפקיד חשוב בחיזוק המבנים הללו, שמירה על החוזק והיציבות שלהם. הצמיחה של הגוף בלעדיו היא בלתי אפשרית.
קרישת הדם תלויה גם ביונים המדוברים.
הוא חלק משריר הלב, משתתף בגירוי ובכיווץ שלו.
הוא משתתף בתהליכי אקסוציטוזיס ושינויים תוך תאיים אחרים.

אם כמות הסידן הנצרכת אינה מספיקה, אזי התפתחות מחלות כגון:

רַכֶּכֶת;
אוסטאופורוזיס;
מחלות דם.

הנורמה היומית למבוגר היא 1000 מ"ג, ולילדים מגיל 9 1300 מ"ג. על מנת למנוע שפע יתר של יסוד זה בגוף, אין לחרוג מהמינון המצוין. אחרת, עלולות להתפתח מחלות מעיים.

עבור כל שאר היצורים החיים, הסידן חשוב לא פחות. לדוגמה, למרות שלרבים אין שלד, האמצעים החיצוניים לחיזוקם הם גם תצורות של מתכת זו. ביניהם:

רכיכות;
מולים וצדפות;
ספוגים;
פוליפים אלמוגים.

כולם נושאים על הגב או, באופן עקרוני, יוצרים בתהליך החיים סוג של שלד חיצוני המגן עליהם מפני השפעות חיצוניות וטורפים. המרכיב העיקרי שלו הוא מלחי סידן.

בעלי חוליות, כמו בני אדם, זקוקים ליונים אלה לצמיחה והתפתחות תקינים ומקבלים אותם עם מזון.

ישנן אפשרויות רבות איתן ניתן להשלים את הנורמה החסרה של האלמנט בגוף. החשוב מכל, כמובן, שיטות טבעיות - מוצרים המכילים את האטום הרצוי. עם זאת, אם מסיבה כלשהי זה לא מספיק או בלתי אפשרי, גם הדרך הרפואית מקובלת.

אז, רשימת המזונות המכילים סידן היא משהו כזה:

מוצרי חלב וחלב חמוץ;
דג;
יְרָקוֹת;
דגנים (כוסמת, אורז, מאפים מקמח מלא);
כמה פירות הדר (תפוזים, קלמנטינות);
קטניות;
כל האגוזים (במיוחד שקדים ואגוזי מלך).

אם אתה אלרגי למוצרים מסוימים או שאתה לא יכול להשתמש בהם מסיבה אחרת, תכשירים המכילים סידן יעזרו לחדש את רמת האלמנט הרצוי בגוף.

כולם מלחים של מתכת זו, בעלי יכולת להיספג בקלות בגוף, להיספג במהירות בדם ובמעיים. ביניהם, הפופולריים והמשומשים ביותר הם הבאים.

סידן כלורי - תמיסה להזרקה או למתן דרך הפה למבוגרים וילדים. זה שונה בריכוז המלח בהרכב, הוא משמש ל"זריקות חמות", מכיוון שהוא גורם לתחושה כזו בעת הזרקה. יש צורות עם מיץ פירות כדי להקל על הבליעה.
זמין כטבליות (0.25 או 0.5 גרם) ותמיסות להזרקה לווריד. לעתים קרובות בצורה של טבליות מכיל תוספי פירות שונים.
סידן לקטט - זמין בטבליות של 0.5 גרם.