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
יישומים של סידן מתכתי
השימוש בתרכובות סידן
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 מבחינה 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 (ב מקרה גניטיבי calcis) - "ליים", "אבן רך". 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 התייחסו לסיד 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. בְּ סלעיםאה ומינרלים. 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, בערך אחר, 3Ca3 (PO4) 2 Ca (OH) 2 - הבסיס רקמת עצםבעלי חוליות, כולל בני אדם; קונכיות וקונכיות של חסרי חוליות רבים עשויים מסידן פחמתי CaCO3, קליפת ביצהואחרים 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 מספר גדולחום (כלומר, תגובות אלו 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 (מטלותרמיה) ובייצור מימן ב תנאי שטח. 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 כאלה משמשות במקום שבו יש צורך ליצור כוח חשמלי אדיר לזמן קצר (טילים בליסטיים, חלליות מסוימות 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 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 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. תכשירי Ca כוללים גם גבס (CaSO4), המשמש בניתוח ליציקות גבס, וגיר (CaCO3), הניתנים דרך הפה עם חומציות מוגברת של מיץ קיבה ולהכנת אבקת שיניים. 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 במתן קבוע לחץ אוסמוטידָם. 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 במעי הדק ומקלה על ידי סביבה חומצית, ויטמין D וויטמין C, לקטוז וחומצות שומן בלתי רוויות. 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 - גנרל ו כימיה אנאורגנית, 2000. 592 עמודים עם איורים.
תרכובות של סידן.
קאו- תחמוצת סידן או סיד חצוי, הוא מתקבל על ידי פירוק של אבן גיר: CaCO 3 \u003d CaO + CO 2 היא תחמוצת של מתכת אדמה אלקליין, ולכן היא מקיימת אינטראקציה פעילה עם מים: CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2
Ca(OH) 2 - סידן הידרוקסיד או סיד מושפל, ולכן התגובה CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2 נקראת השריית סיד. אם מסננים את התמיסה מתקבלים מי סיד - זוהי תמיסה אלקלית, ולכן היא משנה את צבע הפנולפטלין לארגמן.
סיד hydrated נמצא בשימוש נרחב בבנייה. התערובת שלו עם חול ומים היא חומר קשירה טוב. תחת פעולת פחמן דו חמצני, התערובת מתקשה Ca (OH) 2 + CO 2 \u003d CaCO3 + H 2 O.
במקביל, חלק מהחול והתערובת הופכים לסיליקט Ca (OH) 2 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + H 2 O.
המשוואות Ca (OH) 2 + CO 2 \u003d CaCO 2 + H 2 O ו- CaCO 3 + H 2 O + CO 2 \u003d Ca (HCO 3) 2 ממלאות תפקיד חשוב בטבע ובעיצוב המראה של כוכב הלכת שלנו . פחמן דו חמצני בדמות פסל ואדריכל יוצר ארמונות תת קרקעיים בשכבות של סלעי קרבונט. הוא מסוגל להעביר מאות ואלפי טונות של אבן גיר מתחת לאדמה. דרך סדקים בסלעים, מים המכילים פחמן דו חמצני מומסים בו נכנסים לעובי אבן הגיר ויוצרים חללים - מערות קסטרה. סידן ביקרבונט קיים רק בתמיסה. מי תהום נעים בקרום כדור הארץ ומאדים מים בתנאים מתאימים: Ca (HCO3) 2 \u003d CaCO3 + H 2 O + CO 2 , כך נוצרים נטיפים וזקיפים, שתוכנית היווצרותם הוצעה על ידי הגיאוכימאי המפורסם A.E. פרסמן. יש הרבה מערות קסטרה בחצי האי קרים. המדע חוקר אותם ספלולוגיה.
משמש בבנייה סידן פחמתי CaCO3- זה גיר, אבן גיר, שיש. כולכם ראיתם את תחנת הרכבת שלנו: היא גמורה בשיש לבן שהובא מחו"ל.
חוויה:לנשוף דרך צינור לתוך תמיסה של מי סיד, הוא הופך מעונן .
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O
רוכב אל המשקע שנוצר חומצה אצטית, נצפה תסיסה, כי פחמן דו חמצני משתחרר.
CaCO 3 +2CH 3 COOH \u003d Ca (CH 3 אז או) 2 +H 2 O + CO 2
הסיפור על האחים קרבונט.
שלושה אחים חיים על פני האדמה
ממשפחת קרבונט.
האח הגדול הוא MARBLE נאה,
מפואר בשמה של קרארה,
אדריכל מעולה. הוא
הוא בנה את רומא ואת הפרתנון.
כולם מכירים אבן גיר,
בגלל זה קוראים לזה ככה.
מפורסם בזכות עבודתו
בניית בית מאחורי הבית.
גם מסוגל וגם מסוגל
האח הרך הצעיר MEL.
איך לצייר, תראה
CaCO 3 הזה!
אחים אוהבים להשתולל
צורבים בתנור חם
לאחר מכן נוצרים CaO ו-CO 2.
זה פחמן דו חמצני
כל אחד מכם מכיר אותו,
אנחנו נושמים את זה החוצה.
ובכן, זה סאו -
סיד חריף שרוף חם.
הוסף לו מים
ערבוב יסודי
כדי למנוע צרות
אנחנו מגנים על הידיים שלנו
ליים מעורבב מגניב, אבל SLAKED!
חלב של ליים
הקירות מסוידים בקלות.
הבית המואר התעודד
הפיכת ליים לגיר.
הוקוס פוקוס לעם:
צריך רק לנשוף במים,
כמה זה קל
הפך לחלב!
עכשיו זה די חכם.
אני מקבל סודה
חלב בתוספת חומץ. אה!
קצף נשפך על הקצה!
הכל בדאגות, הכל בעבודה
מבוקר עד עלות השחר -
האחים האלה הקרבונטים,
אלה CaCO 3!
חזרה:
CaO- תחמוצת סידן, סיד חצוי;
Ca(OH) 2
- סידן הידרוקסיד (סיד מושפל, מי סיד, חלב סיד, תלוי בריכוז התמיסה).
גנרל זהה נוסחה כימית Ca(OH) 2 . הבדל: מי סיד הם תמיסה רוויה שקופה של Ca (OH) 2, וחלב סיד הוא תרחיף לבן של Ca (OH) 2 במים.
CaCl 2
- סידן כלורי, סידן כלורי;
CaCO 3
- סידן פחמתי, גיר, שיש סלעים, אבן גיר.
L/R: אוספים.לאחר מכן, נדגים את אוסף המינרלים הזמינים במעבדת בית הספר: אבן גיר, גיר, שיש, סלע קונכיות.
CaS0 4
∙ 2H 2
0
- סידן גופרתי מודר, גבס;
CaCO 3
- קלציט, סידן פחמתי הוא חלק ממינרלים רבים המכסים 30 מיליון קמ"ר על פני כדור הארץ.
החשוב ביותר מבין המינרלים הללו הוא אֶבֶן גִיר. סלעי מעטפת, אבני גיר ממקור אורגני. זה הולך לייצור של מלט, סידן קרביד, סודה, כל מיני סיד, במטלורגיה. אבן גיר היא עמוד השדרה של תעשיית הבנייה וממנה עשויים חומרי בניין רבים.
גִירזה לא רק אבקת שיניים וגיר בית ספר. הוא גם תוסף רב ערך בייצור נייר (מצופה - האיכותי ביותר) וגומי; בבנייה ותיקון מבנים - כסיד.
השיש הוא סלע גבישי צפוף. יש צבע - לבן, אבל לרוב זיהומים שונים צובעים אותו בצבעים שונים. שיש לבן טהור הוא נדיר ומשמש בעיקר פסלים (פסלים של מיכלאנג'לו, רודן. בבנייה, השיש הצבעוני משמש כחומר חזית (מטרו של מוסקבה) או אפילו כחומר הבנייה העיקרי של ארמונות (טאג' מאהל).
בעולם של "מאוזוליאום" המעניין טאג' מאהל ""
שאה ג'האן מהשושלת המוגולית החזיק בפחד ובציות כמעט בכל אסיה. בשנת 1629, מומזאת מאהל, אשתו האהובה של שאה ג'האן, מתה בגיל 39 במהלך לידה בקמפיין (זה היה ילדם ה-14, כולם בנים). היא הייתה יפה בצורה יוצאת דופן, מבריקה, אינטליגנטית, הקיסר ציית לה בכל דבר. לפני מותה היא ביקשה מבעלה לבנות קבר, לטפל בילדים ולא להתחתן. המלך העצוב שלח את שליחיו לכל הערים הגדולות, בירות המדינות השכנות - לבוכרה, סמרקנד, בגדאד, דמשק, כדי למצוא ולהזמין את מיטב בעלי המלאכה - לזכר אשתו, החליט המלך להקים את הטובים ביותר. בניין בעולם. במקביל, שליחים שנשלחו לאגרה (הודו) תכניות לכל המבנים הטובים באסיה וחומרי הבנייה הטובים ביותר. הם אפילו הביאו מלכיט מרוסיה ומאזור אוראל. הבונים הראשיים הגיעו מדלהי וקנדהאר; אדריכלים - מאיסטנבול, סמרקנד; מעצבים - מבוכרה; גננים מבנגל; האמנים הם מדמשק ובגדד, והמאסטר הידוע Ustad-Isa היה האחראי.
יחד, במשך 25 שנים, נבנה מבנה עשוי מלומר, מוקף בגנים ירוקים, מזרקות כחולות ומסגד אבן חול אדומה. 20,000 עבדים הקימו את הנס הזה של 75 מ' (עם בניין בן 25 קומות). בקרבת מקום, הוא רצה לבנות לעצמו מאוזוליאום שני משיש שחור, אבל לא היה לו זמן. הוא הופל מהכס על ידי בנו שלו (ב', והוא גם הרג את כל אחיו).
השליט והשליט של אגרה בילה את השנים האחרונות לחייו במבט מבעד לחלון הצר של הצינוק שלו. 7 שנים אז האב התפעל מהיצירה שלו. כשאביו התעוור, בנו הכין לו מערכת מראות כדי שאביו יוכל להתפעל מהמאוזוליאום. הוא נקבר בטאג' מאהל, ליד המומטז שלו.
הנכנסים למאוזוליאום רואים צנוטפים - קברי שקר. מקומות המנוחה הנצחית של החאן הגדול ואשתו נמצאים למטה, במרתף. הכל שם עטוף באבנים יקרות הזוהרות כמו חיות, וענפי עצים נהדרים, שזורים בפרחים, מעטרים את קירות הקבר בדוגמאות מורכבות. לאפיס לזולי כחול-טורקיז, נפריטים ירוקים-שחורים ואמטיסטים אדומים שעובדו על ידי מיטב הגילפים שרים את אהבתם של שאה ג'האל ומומזת מאהל.
מדי יום ממהרים לאגרה תיירים שרוצים לראות את האמת פלא העולם - המאוזוליאום של הטאג' מאהל, כאילו מרחף מעל האדמה.
CaCO 3 - זהו חומר הבנייה של השלד החיצוני של רכיכות, אלמוגים, קונכיות וכו', קליפות ביצים. (איורים או בעלי חיים של הביוקנוזה של האלמוגים" ותצוגה של אוסף של אלמוגי ים, ספוגים, סלע קונכיות).
שלד העצם מורכב ממנו, אך הגוף אינו מסוגל לייצר את היסוד בעצמו. זה לגבי סידן. נשים וגברים בוגרים צריכים לקבל לפחות 800 מיליגרם של מתכת אדמה אלקליין ליום. אפשר לחלץ אותו משיבולת שועל, אגוזי לוז, חלב, גריסי שעורה, שמנת חמוצה, שעועית, שקדים.
סִידָןנמצא באפונה, חרדל, גבינת קוטג'. נכון, אם משלבים אותם עם ממתקים, קפה, קולה ומזונות עשירים בחומצה אוקסלית, העיכול של היסוד יורד.
סביבת הקיבה הופכת לבסיסית, סידן נלכד בבלתי מסיס ומופרש מהגוף. עצמות ושיניים מתחילות להתפרק. מה הקשר לאלמנט, שכן הוא הפך לאחד החשובים ביותר עבור יצורים חיים, והאם יש שימוש בחומר מחוץ לאורגניזמים שלהם?
תכונות כימיות ופיזיקליות של סידן
בטבלה המחזורית, היסוד תופס את המקום ה-20. הוא נמצא בתת-הקבוצה הראשית של הקבוצה השנייה. התקופה שאליה שייך הסידן היא הרביעית. זה אומר שלאטום של חומר יש 4 מפלס אלקטרוני. יש להם 20 אלקטרונים, אשר מסומן על ידי המספר האטומי של היסוד. זה גם מעיד על חיובו - +20.
סידן בגוף, כמו בטבע, היא מתכת אדמה אלקליין. המשמעות היא שבצורתו הטהורה, האלמנט לבן כסוף, מבריק וקל. הקשיות של מתכות אדמה אלקליות גבוהה מזו של מתכות אלקליות.
מדד הסידן הוא כ-3 נקודות לפי. לגבס, למשל, יש אותה קשיות. האלמנט ה-20 נחתך בסכין, אבל הרבה יותר קשה מכל המתכות האלקליות הפשוטות.
מה משמעות השם "אדמה בסיסית"? אז סידן ומתכות אחרות מקבוצתו כונו על ידי אלכימאים. הם קראו לתחמוצות של היסודות אדמה. תחמוצות של חומרים קבוצות סידןלהפוך את המים לבסיסיים.
עם זאת, רדיום, בריום, כמו גם היסוד ה-20, נמצאים לא רק בשילוב עם חמצן. יש הרבה מלחי סידן בטבע. המפורסם שבהם הוא המינרל קלציט. הצורה הפחמנית של המתכת היא הגיר הידוע לשמצה, אבן הגיר והגבס. כל אחד מהם הוא סידן פחמתי.
ליסוד ה-20 יש גם תרכובות נדיפות. הם צובעים את הלהבה כתום-אדום, שהופך לאחד הסמנים לזיהוי חומרים.
כל מתכות אדמה אלקליין נשרפות בקלות. כדי שסידן יגיב עם חמצן, מספיקים תנאים רגילים. רק בטבע, היסוד אינו מופיע בצורתו הטהורה, רק בתרכובות.
סידן אוקסי- סרט המכסה את המתכת, אם היא באוויר. הציפוי צהבהב. הוא מכיל לא רק תחמוצות סטנדרטיות, אלא גם פרוקסידים, ניטרידים. אם הסידן לא נחשף לאוויר, אלא למים, הוא יעקור ממנו מימן.
במקביל, המשקעים סידן הידרוקסיד. שרידי מתכת טהורה צפים אל פני השטח, נדחפים על ידי בועות מימן. אותה תכנית עובדת עם חומצות. עם חומצה הידרוכלורית, למשל, הוא משקע סידן כלוריומימן משתחרר.
חלק מהתגובות דורשות טמפרטורות גבוהות. אם זה יגיע ל-842 מעלות, יכול סידןלהמיס. ב-1484 בסולם צלזיוס, המתכת רותחת.
תמיסת סידן, כמו יסוד טהור, מוליך היטב חום וזרם חשמלי. אבל אם החומר חם מאוד, תכונות מתכתיותאבודים. כלומר, לא מותך ולא סידן גזי יש אותם.
בגוף האדם, היסוד מיוצג על ידי מצבי צבירה מוצקים ונוזליים כאחד. התרכך מי סידן, אשר קיים ב, מעביר בקלות רבה יותר. מחוץ לעצמות נמצא רק 1% מהחומר ה-20.
עם זאת, ההובלה שלו דרך רקמות משחקת תפקיד חשוב. סידן בדם מווסת את התכווצות השרירים, כולל שריר הלב, שומר על לחץ דם תקין.
יישום של סידן
בצורתה הטהורה, מתכת משמשת ב. הם הולכים לרשתות סוללות. הנוכחות של סידן בסגסוגת מפחיתה את הפריקה העצמית של סוללות ב-10-13%. זה חשוב במיוחד עבור דגמים נייחים. מיסבים עשויים גם מתערובת של עופרת והאלמנט ה-20. אחת הסגסוגות נקראת מיסב.
בתמונה מזונות עשירים בסידן.
מתכת אדמה אלקליין מתווספת לפלדה כדי לטהר את הסגסוגת מזיהומי גופרית. התכונות המפחיתות של סידן שימושיות גם בייצור אורניום, כרום, צזיום, רובידיום,.
איזה סוג של סידןבשימוש במטלורגיית ברזל? הכל אותו טהור. ההבדל הוא במטרת האלמנט. עכשיו, הוא משחק את התפקיד. זהו תוסף לסגסוגות המפחית את טמפרטורת היווצרותן ומקל על הפרדת סיגים. גרגירי סידןלהירדם במכשירי אלקטרו ואקום כדי להסיר מהם עקבות אוויר.
האיזוטופ ה-48 של סידן מבוקש במפעלי גרעין. אלמנטים סופר-כבדים מיוצרים שם. חומרי גלם מתקבלים במאיצים גרעיניים. לפזר אותם בעזרת יונים - מעין קליעים. אם Ca48 פועל בתפקידם, יעילות הסינתזה עולה מאות מונים בהשוואה לשימוש ביונים של חומרים אחרים.
באופטיקה, היסוד ה-20 כבר מוערך כתרכובות. פלואוריד וסידן טונגסטאט הופכים לעדשות, מטרות ומנסרות של מכשירים אסטרונומיים. מינרלים נמצאים גם בטכנולוגיית הלייזר.
גיאולוגים קוראים לסידן פלואוריד פלואוריט, ולוולפרמיד - סכילייט. עבור התעשייה האופטית נבחרים הגבישים הבודדים שלהם, כלומר אגרגטים נפרדים וגדולים עם סריג רציף וצורה ברורה.
ברפואה רושמים גם לא מתכת טהורה, אלא חומרים המבוססים עליה. הם נספגים בקלות רבה יותר בגוף. סידן גלוקונאט- התרופה הזולה ביותר המשמשת לאוסטאופורוזיס. סם " סידן מגנזיום"נרשם למתבגרים, נשים בהריון וקשישים.
הם זקוקים לתוספי תזונה כדי לספק את הצורך המוגבר של הגוף באלמנט ה-20, כדי להימנע מפתולוגיות התפתחותיות. חילוף החומרים של סידן-זרחן מווסת "סידן D3". "D3" בשם המוצר מעיד על נוכחות של ויטמין D. זה נדיר, אך הכרחי לספיגה מלאה סִידָן.
הוראהל "סידן nycomed3"מציין כי התרופה שייכת לניסוחים פרמצבטיים של פעולה משולבת. אותו הדבר נאמר על סידן כלורי. זה לא רק ממלא את המחסור באלמנט ה-20, אלא גם חוסך משיכרון, והוא גם מסוגל להחליף את פלזמת הדם. עבור חלק מצבים פתולוגייםזה במקרה הכרחי.
בבתי מרקחת, התרופה " סידן הוא חומצהאסקורבי". דואט כזה נקבע במהלך ההריון, במהלך ההנקה. גם בני נוער צריכים תוספת.
מיצוי סידן
סידן במזונות, מינרלים, תרכובות, המוכרות לאנושות מאז ימי קדם. בצורתה הטהורה, המתכת בודדה רק ב-1808. המזל העדיף את האמפרי דייווי. פיזיקאי אנגלי הוציא סידן על ידי אלקטרוליזה של המלחים המותכים של היסוד. שיטה זו משמשת עד היום.
עם זאת, תעשיינים נוקטים לעתים קרובות יותר בשיטה השנייה, שהתגלתה לאחר מחקרו של האמפרי. סידן מופחת מהתחמוצת שלו. התגובה מתחילה עם אבקה, לפעמים,. האינטראקציה מתרחשת בתנאי ואקום בטמפרטורות גבוהות. לראשונה, סידן בודד בדרך זו באמצע המאה הקודמת, בארה"ב.
מחיר הסידן
יש מעט יצרנים של סידן מתכתי. אז, ברוסיה, המפעל המכני של צ'פטסקי עוסק בעיקר במשלוחים. הוא ממוקם באודמורטיה. החברה סוחרת בגרגירים, שבבים וגושי מתכת. תג המחיר עבור טונה של חומרי גלם הוא בסביבות 1,500 דולר.
המוצר מוצע גם על ידי כמה מעבדות כימיות, למשל, החברה הרוסית הכימאית. אחרון, מציע 100 גרם סִידָן. ביקורותלהעיד שזו אבקה מתחת לשמן. עלות חבילה אחת היא 320 רובל.
בנוסף להצעות לקניית סידן אמיתי, נמכרות באינטרנט גם תוכניות עסקיות לייצורו. עבור כ-70 עמודים של חישובים תיאורטיים, הם מבקשים כ-200 רובל. רוב התוכניות נערכו ב-2015, כלומר, הן עדיין לא איבדו את הרלוונטיות שלהן.
סידן הוא יסוד כימי מקבוצה II עם מספר אטומי 20 במערכת המחזורית, מסומן בסמל Ca (lat. סידן). סידן הוא מתכת אדמה אלקליין רכה, כסופה-אפורה.
20 יסוד הטבלה המחזורית שמו של היסוד בא מ-lat. calx (במקרה גניטיבי calcis) - "ליים", "אבן רכה". הוא הוצע על ידי הכימאי האנגלי האמפרי דייווי, אשר בודד סידן מתכתי ב-1808.
תרכובות סידן - אבן גיר, שיש, גבס (כמו גם סיד - תוצר של שריפת אבן גיר) שימשו בבנייה כבר לפני כמה אלפי שנים.
סידן הוא אחד היסודות הנפוצים ביותר על פני כדור הארץ. תרכובות סידן נמצאות כמעט בכל רקמות החי והצומח. הוא מהווה 3.38% ממסת קרום כדור הארץ (מקום 5 בשפע אחרי חמצן, סיליקון, אלומיניום וברזל).
מציאת סידן 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). תוכן אלמנט ב מי ים- 400 מ"ג לליטר.
איזוטופים
סידן מופיע בטבע בצורה של תערובת של שישה איזוטופים: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca ו-48Ca, ביניהם הנפוץ ביותר - 40Ca - הוא 96.97%. גרעיני סידן מכילים את המספר הקסום של הפרוטונים: Z = 20. איזוטופים
40
20
Ca20 ו
48
20
Ca28 הם שניים מחמשת גרעיני מספר קסם כפול המצויים בטבע.
מתוך ששת איזוטופי הסידן המופיעים באופן טבעי, חמישה יציבים. איזוטופ 48Ca השישי, הכבד מבין השישה והנדיר מאוד (השפע האיזוטופי שלו הוא רק 0.187%), עובר ריקבון בטא כפול עם זמן מחצית חיים של 1.6 1017 שנים.
בסלעים ובמינרלים
רוב הסידן כלול בהרכב של סיליקטים ואלומוסיליקטים של סלעים שונים (גרניטים, גנייס וכו'), במיוחד 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, הרבה פחות נפוצה בטבע.
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).
תפקידו הביולוגי של סידן
סידן הוא מקרו-נוטריינט נפוץ בצמחים, בעלי חיים ובני אדם. בבני אדם ובעלי חוליות אחרים, רובו בשלד ובשיניים. סידן נמצא בעצמות בצורה של הידרוקסיאפטיט. ה"שלדים" של רוב קבוצות חסרי החוליות (ספוגים, פוליפים אלמוגים, רכיכות ועוד) מורכבים מצורות שונות של סידן פחמתי (סיד). יוני סידן מעורבים בתהליכי קרישת דם, ומשמשים גם כאחד מהשליחים השניים האוניברסליים בתוך התאים ומווסתים מגוון תהליכים תוך תאיים - התכווצות שרירים, אקסוציטוזיס, כולל הפרשת הורמונים ונוירוטרנסמיטורים. ריכוז הסידן בציטופלזמה של תאים אנושיים הוא כ-10–4 ממול/ליטר, בנוזלים בין-תאיים כ-2.5 ממול/ליטר.
הצורך בסידן תלוי בגיל. עבור מבוגרים בגילאי 19-50 שנים וילדים מגיל 4-8 כולל, הדרישה היומית (RDA) היא 1000 מ"ג (הכלול בכ-790 מ"ל חלב עם תכולת שומן של 1%), ולילדים מגיל 9 עד 18 שנים כולל. - 1300 מ"ג ליום (נכלל בכ-1030 מ"ל חלב עם תכולת שומן של 1%). בְּ גיל ההתבגרותצריכת סידן מספקת חשובה מאוד בשל הצמיחה האינטנסיבית של השלד. עם זאת, על פי מחקר בארה"ב, רק 11% מהבנות ו-31% מהבנים בגילאי 12-19 משיגים את הצרכים שלהם. בתזונה מאוזנת רוב הסידן (כ-80%) נכנס לגופו של הילד עם מוצרי חלב. הסידן הנותר מגיע מדגנים (כולל לחם מדגנים מלאים וכוסמת), קטניות, תפוזים, ירוקים, אגוזים. מוצרי חלב המבוססים על שומן חלב (חמאה, שמנת, שמנת חמוצה, גלידה על בסיס שמנת) אינם מכילים כמעט סידן. ככל שיש יותר שומן חלב במוצר חלב, כך הוא מכיל פחות סידן. ספיגת הסידן במעי מתרחשת בשתי דרכים: טרנס-תאית (טרנס-תאית) ובין-תאית (פארא-תאית). המנגנון הראשון מתווך על ידי פעולת הצורה הפעילה של ויטמין D (קלציטריול) והקולטנים שלו במעיים. זה ממלא תפקיד גדול בצריכת סידן נמוכה עד בינונית. בְּ יותר תוכןסידן בתזונה, ספיגה בין-תאית מתחילה לשחק את התפקיד העיקרי, אשר קשור לשיפוע גדול בריכוז הסידן. בשל המנגנון הטרנס-תאי, סידן נספג במידה רבה יותר ב תְרֵיסַריוֹן(עקב ריכוז הקולטנים הגבוה ביותר שיש בקלציטריול). עקב העברה פסיבית בין תאית, ספיגת הסידן הפעילה ביותר בכל שלושת החלקים של המעי הדק. ספיגת הסידן מקודמת פר-תאית על ידי לקטוז (סוכר חלב).
ספיגת סידן מעוכבת על ידי כמה שומנים מן החי (כולל חלב פרהושומן בקר, אבל לא שומן חזיר) ושמן דקלים. החומצות הפלמיטיות והסטאריות הכלולות בשומנים כאלה חומצת שומןמתפצלים במהלך העיכול במעי ובצורה החופשית קושרים היטב סידן, ויוצרים סידן פלמיטאט וסידן סטארט (סבונים בלתי מסיסים). בצורה של סבון זה עם כיסא, גם סידן וגם שומן הולכים לאיבוד. מנגנון זה אחראי על ירידה בספיגת סידן, מופחתת מינרליזציה של העצם והפחתת מדדים עקיפים של חוזק העצם אצל תינוקות עם פורמולת תינוקות המבוססת על שמן דקל (פאלם olein). בילדים אלו, היווצרות סבוני סידן במעיים קשורה בהתקשות הצואה, ירידה בתדירותה, כמו גם רגורגיטציה וקוליק תכופות יותר.
ריכוז הסידן בדם בשל חשיבותו עבור מספר גדולתהליכים חיוניים מוסדרים במדויק, ועם תזונה נכונה וצריכה מספקת של מוצרי חלב דלי שומן וויטמין D, מחסור אינו מתרחש. מחסור ממושך של סידן ו/או ויטמין D בתזונה מוביל לסיכון מוגבר לאוסטאופורוזיס וגורם לרככת בינקות.
מינון מוגזם של סידן וויטמין D עלול לגרום להיפרקלצמיה. המינון הבטוח המרבי למבוגרים מגיל 19 עד 50 כולל הוא 2500 מ"ג ליום (כ-340 גרם גבינת אדם).
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 כימיקבוצה 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.
בעבודה בקורס זה נלמדות התכונות והיישום של הסידן וכן התיאוריה והטכנולוגיה של שיטות ואקום-תרמיות לייצורו.
. 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= CaH 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)
סידן יוצר אינטראקציה איטית עם מים קרים, ובעוצמה רבה עם מים חמים, 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. בְּ בתקופה האחרונההוא רכש 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 נמשך 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 מצאו כי בטמפרטורה של 1200-1250 מעלות מושגת ניצול 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 שיטת 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 סידן 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 טכני מתפרק בהרבה יותר טמפרטורה גבוההממה שנובע 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.