Общая характеристика кальция на основе положения в таблице Менделеева

Кальций (Са) - химический элемент II группы периодической системы Менделеева; атомный номер 20, атомная масса 40, относится к щелочноземельным металлам. Кальций-металл серебристо-белого цвета, как и щелочные металлы очень лёгкий (р=1,55г/см3), но несравненно твёрже их и имеет гораздо более высокую температуру плавления.

Названия элементов с атомными номерами 19 и 20 — калий и кальций — в русском языке очень похожи. Но происхождение этих слов различно. Название калия идет от арабского «аль-кали» — «зола». В золе действительно довольно много этого элемента. Название же кальция происходит от латинского слова «калькс», которым обозначали не только известняк, мел и мрамор, где кальций есть, но и многие другие легко обрабатываемые минералы, где кальция может и не быть.

А что роднит калий с кальцием, кроме соседства в таблице Менделеева? Довольно многое. Оба элемента в виде металлов были открыты почти одновременно (кальций в -1808г. , а калий - в 1807г. ), одним и тем же методом электролиза, одним и тем же ученым – Г. Дэви.

В первых попытках получить кальций он пропускал электрический ток через влажную землю, закрытую от воздуха слоем керосина. (Аналогично он пытался получить барий и стронций. ) В результате своих экспериментов Г. Дэви выработал метод получения щелочноземельных металлов в чистом виде. Суть его состояла в следующем. Г. Дэви смешивал влажную землю с 1/3 (по массе) оксида ртути, помещал эту смесь в платиновый стакан, к которому был подведен положительный полюс сильной батареи. Затем в середину смеси он помещал капельку металлической ртути. Платиновый электрод, погруженный в эту капельку, был подключен к отрицательному полюсу батареи. Таким образом, Г. Дэви вначале получал амальгаму, которую затем разделял на ртуть и новый серебристо-белый металл — кальций. Это произошло в 1808 г.

Как и калий, кальций принадлежит к числу весьма распространенных и активных химических элементов. Щелочноземельный металл кальций окисляется кислородом воздуха, взаимодействует с водой и углекислым газом, но далеко не так активно, как щелочной металл калий. В виде больших кусков кальций можно хранить на воздухе, не опасаясь, что произойдет его быстрое окисление. Металлический кальций применяется ограниченно, в основном в цветной металлургии.

Благодаря большой химической активности металлический кальций применяют для восстановления некоторых тугоплавких металлов (титан, цирконий и др. ) из их оксидов. Также его используют в производстве: стали и чугуна, для очистки последних от кислорода, серы и фосфора, для получения некоторых сплавов, в частности свинцово-кальциевых, необходимых для изготовления подшипников.

Если кусочек Са нагреть, он сгорает пламенем кирпично-красного цвета с образованием белого дыма. Этот дым образован тончайшими твёрдыми частичками оксида кальция СаО.

Оксид кальция получают в промышленности обжигом известняка:

СаСОз = СаО + СО2 — Q

Оксид кальция - тугоплавкое вещество. При смешивании с водой он соединяется с ней с выделением такого большого количества теплоты, что вода закипает. Куски оксида кальция, впитывая воду, разбухают и рассыпаются, превращаясь в тонкий рыхлый порошок гидроксида кальция:

СаО + Н2О = Са(ОН)2 + Q

В производстве эта реакция называется гашением извести, оксид кальция — негашеной известью, a гидроксид кальция — гашеной известью (см. рис).

Гашёная известь Са(ОН)2 используется для получения отбеливателей, для нейтрализации кислот в промышленных сточных водах, для умягчения воды и для обработки канализационных сточных вод.

Гидроксид кальция немного растворим в воде. Его водный раствор называется известковой водой. В ней гидроксид кальция полностью диссоциирован на ионы:

Са(ОН)2 = Са2+ + 2ОН-

Если бросить в воду больше гидроксида кальция, чем его может раствориться, то получается белая суспензия частиц гидроксида кальция в известковой воде — известковое молоко. Его применяют для получения хлорной извести, при производстве сахара, для приготовления смесей, необходимых в борьбе с болезнями растений, для побелки стволов деревьев.

Самым важным соединением кальция является карбонат кальция СаСО3. Он представляет собой главную составную часть известняка, мрамора и мела, а также входит в состав доломита наряду с карбонатом магния.

Известняк образован в основном из скелетов и раковин морских животных.

Слабокислая дождевая вода частично растворяет известняк, в результате чего возникают причудливые системы пещер. При испарении насыщенной минералами воды в пещерах образуются сталактиты и сталагмиты.

Но как они образуются? Так как известняк довольно мягкая порода, которая может быть растворена слабой кислотой. Кислота, которая растворяет известняк, содержится в дождевой воде. Падающие капли дождя забирают двуокись углерода из воздуха и из почвы. Эта двуокись углерода превращает дождевую воду в углекислоту.

Около миллиона лет назад одна капля дождя удержалась на потолке пещеры. Когда вода испарилась, крошечное кольцо извести закристаллизовалась на потолке. Вторая капля, а за ней третья, четвёртая и пятая оставили известь на том же месте. Время шло, кольца извести образовывали маленький бугорок, «сосульку». Она продолжала расти.

Другая капля воды упала на пол пещеры. И снова осталась известь. Время шло, тысячи капель падали на то же самое место. Частички извести образовывали что-то похожее на толстую каменную свечку. «Свеча» продолжала расти.

Каменная сосулька на потолке называется сталактитом. Толстая свеча на полу – сталагмитом. Сталактиты и сталагмиты бывают разной высоты, что зависит от степени сырости в пещере, температуры и толщины слоя известняка над пещерой. Некоторые сталактиты вырастают в год по 2 см. , на что другим требуется сотня лет.

Часто сталагмиты, растущие вверх, соединяются со сталактитами, растущими вниз, и образуют колонны.

Когда вода перестаёт попадать в пещеры, сталактиты перестают расти, и пещера считается «мёртвой» (см. рис. ).

Известняк, известь и содержащие известь промышленные отходы применяют в сельском хозяйстве для известкования почв в целях понижения их кислотности и улучшения структуры.

Кроме того, карбонат кальция используется в строительной промышленности, в дорожном строительстве и в производстве стали, карбоната натрия и стекла. Кальций входит в состав почти всех сортов стекла.

Как и калий, в виде солей кальций используется в огромных количествах. Трудно найти строительный материал, в котором не было бы кальция.

Когда человек, не довольствуясь уже готовыми дарами природы, начал строить каменные жилища сам, по-видимому, в качестве строительного материала он использовал, прежде всего известняк. Ведь его много, он достаточно прочен и в то же время легче поддается обработке, чем другие твердые породы.

Из известняковых плит сложены знаменитые египетские пирамиды. Наши южные города — такие, как Одесса, Евпатория, — строились из известняка. А Москва — ведь она потому и называлась белокаменной, что стены ее слагались из подмосковных известняков!

Сооружения древних времен возводились без применения каких-либо веществ; скрепляющих, «склеивающих» камни друг с другом. Прочность кладки обеспечивалась идеальной подгонкой, пришлифовкой камней. Трудно себе даже представить, какую титаническую работу приходилось при этом проделывать. Готовить вяжущие материалы люди научились гораздо позже. И в этом им снова пришел на помощь кальций.

В качестве вяжущего вещества люди стали использовать известь. В наше время ежегодно расходуют десятки миллионов тонн извести.

Для приготовления извести обжигают известняк в больших печах при температурах около 900 градусов. Чтобы превратить известь в вяжущий материал, ее «гасят» водой:

СаО + Н2О - Са(ОН)2.

Если воду взять в избытке, образуется «известковое молоко». К нему добавляют еще песок и полученную массу, (строители называют ее «раствором») используют для скрепления камней или кирпичей в строительстве.

Как происходит схватывание, затвердевание такой массы? Главную роль, при этом играет поглощение углекислого газа из воздуха:

Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + Н2О.

Частично также образуются силикаты за счет песка, имеющегося в массе:

Са(ОН)2 + SiO2 = CaSiO3 + Н2О.

Легко понять, почему отвердение известкового раствора происходит медленно: углекислого газа в воздухе не так уж много, а главное — при схватывании выделяется вода, на просыхание которой необходимо значительное время. Да и прочность извести после затвердевания сравнительно невысока.

Этих недостатков лишен самый важный вяжущий материал нашего времени — цемент. Это в основном смесь силикатов или алюминатов. Сырьем для получения цемента служит известняк (источник СаО) и глина (источник кислотных окислов SiO2 и А12О3). Сырье тщательно измельчают и постепенно вводят в слегка наклоненную вращающуюся печь, в которую с противоположной стороны — противотоком — поступает топливо: угольная пыль или газ. Печи эти имеют довольно внушительные размеры — 150 метров в длину и 3,5 метра в диаметре. Такие печи могут давать до 23 тонн цемента в час.

При сгорании топлива в печи развивается температура до 1500 градусов, исходная смесь медленно перемещается и обжигается. Комковатый продукт — клинкер — охлаждают и размалывают, после чего получается зеленовато-серая пудра – это и есть готовый цемент (см. рис). Приготовленный таким способом силикатный цемент содержит СаО (около 60 %), SiO2 (25 %), AI2О3(10 %), Fе2Оз (около 5 %).

Иногда в качестве исходного вещества берут не известняк, а гипс, добавляя к нему еще уголь и, как обычно, глину. При обжиге такой смеси тоже получается цемент, но отходящие газы содержат сернистый газ, образовавшийся из гипса и используемый для одновременного получения серной кислоты.

Современное строительство предъявляет к цементу высокие требования. Во-первых, он должен хорошо схватываться после смешивания с водой. Но это схватывание не должно быть и «молниеносным», — ведь нужно успеть доставить раствор к рабочему месту и уложить его. Технические условия предусматривают, что затвердевание цемента должно начинаться через 45—60 минут после приготовления раствора. Нельзя допустить также, чтобы процесс затягивался. Нормальным считается, если схватывание происходит в течение 12 часов. В дальнейшем прочность массы возрастает.

Чтобы оценить качество цемента, его марку, через четыре недели массу испытывают на сжатие. Лучшие марки силикатного цемента выдерживают нагрузку до 600 кг/см2.

Процесс затвердевания, цементных растворов похож на тот, что обусловливает схватывание алебастра: силикаты кальция присоединяют воду, давая твердые кристаллогидраты. Здесь, происходят также и другие, более сложные химические и физико-химические изменения. Важно отметить, что для затвердевания цемента (его еще называют «портландцемент») необходима не слишком низкая температура. Поэтому в зимнее время приходиться принимать специальные меры для обогрева строящихся сооружений.

Если взять в обжиг глину с малым содержанием SiО2, то получается глиноземистый цемент, состав которого уже другой: СаО (около 40 %), А12О3 (около 40 %), Fe2O3 (10-15 %) и только 5-10 % SiO2. В этом цементе главной составной частью является не силикат, а алюминат кальция. Если глина, используемая в качестве исходного сырья, содержит слишком много SiO2, то в шихту добавляют железную руду, благодаря чему SiO2 удаляется, связавшись с железом в силикат.

Очень существенная особенность глиноземистого цемента — его быстрое схватывание. Кроме того, присоединение воды к алюминату кальция СаО А12Оз сопровождается выделением тепла. А это очень важное обстоятельство; в зимнее время применение такого цемента не требует специальных мер по утеплению. Уже через сутки после приготовления раствора прочность затвердевшего цемента достигает 500—600 кг/см2.

В наше время значение цемента не ограничивается использованием его для скрепления кирпичей или камней в кладке. При добавлении в цементное тесто щебня, гравия, шлака получается самостоятельный строительный материал — бетон. Смеси, приготовленной в специальных приспособлениях — бетономешалках, можно придать любую форму. На бетонных заводах так изготовляют плиты, крупные блоки, детали сложного профиля. Использование железного скелета — арматуры — позволяет резко улучшить механически свойства бетонных изделий. Сейчас изделия из железобетона в больших количествах производятся нашей промышленностью строительных материалов.

Чтобы бетонные сооружения были прочными, недостаточно только приготовить бетон из высококачественного цемента, его еще нужно уложить в нужное место и уплотнить. Ещё не так давно такое уплотнение бетона производилось исключительно вручную — с помощью трамбовок. Сейчас для этой цели применяют специальные вибраторы, передающие свои колебания массе бетона, заставляя ее уплотниться, оседать.

Современные требования к изделиям из бетона очень разнообразны. Для жилищного строительства у нас недавно начал применяться пенобетон, при изготовлении которого специально добиваются максимальной пористости массы. Плиты из такого материала плохо проводят тепло и звук. Цемент в сочетании с волокнистым силикатом магния — асбестом позволяет получать тонкие плиты шифера, ценного кровельного материала.

Природный карбонат кальция — соединение чрезвычайно многоликое. Прежде всего, в зависимости от строения кристаллов карбонат кальция образует два минерала — кальцит и арагонит.

Кальцит встречается в нескольких разновидностях. Мел и известняки – самые распространённые формы кальцита.

Тело многих водных простейших заключено в известковую раковину. После гибели организмов их раковины опускаются на дно. Там за многие миллионы лет из них образуются многометровые толщи известковых отложений, например, мела.

Мел – это скопление раковин организмов, населявших землю в далёком прошлом. Он состоит из микроскопических раковин, а некоторые скопления известняков иногда состоят из более крупных раковин, видимых невооружённым глазом.

А что представляют собой меловые отложения?

Не везде береговая линия представляет собой песчаные пляжи, постепенно спускающиеся к морю. В некоторых местах на берегу возвышаются скалистые утёсы, и иногда они не коричневого, а белого цвета.

Почему эти скалы белого цвета? Да, потому что они состоят из мела. Его белый цвет объясняется тем, что содержавшийся в ископаемых животных Са со временем превратился в известняк. А известняк, как известно, минерал белого цвета.

Окаймляющий эти побережья камень может быть белым, серым или голубоватым. Чем большее количество мела содержится в камне, тем он светлее.

Мел – очень непрочный минерал, поэтому состоящие из него скалы постепенно размываются морем и разрушаются ветром. Не менее разрушительное воздействие на меловые отложения оказывают наводнения.

В этом можно убедиться самому, если просто положить кусок мела в воду, то можно увидеть, что он, пропитавшись водой, станет совсем мягким.

Когда вода постоянно накатывается на одно и то же место, в скале образуются огромные пещеры.

Если пещера становится слишком большой, верхние слои мела обрушиваются, и внутрь пещеры затекает вода. Такая пещера называется гротом.

Один из примеров использования мела вы хорошо знаете – это школьные мелки и зубные пасты.

Мрамор по химическому составу — тоже карбонат кальция, а по строению кристаллов — кальцит. Но из-за иных, чем для известняка и мела, условий образования в природе он и по внешнему виду и по свойствам отличается от других форм кальцита. Мрамор – популярный отделочный камень, который представляет собой метаморфизированный известняк. В ходе метаморфических процессов зёрна песка соединяются и образуют кварцит. Метаморфизм превращает известняк в мрамор. По мере того, как СаСО3 перекристаллизовывается в мрамор, из его кристаллов удаляются примеси. В результате этого часто появляются прожилки, благодаря которым мрамор ценится, как декоративный камень. Самые известные в мире статуи были вырезаны из знаменитого каррарского мрамора, который добывают в Италии.

Мрамор – это минерал скульпторов, архитекторов и облицовщиков.

Разнообразие окрасок мрамора, варьирующих во всех цветах и оттенках, определяет богатые декоративные возможности камня и в этом отношении с ним не может сравниться никакой другой материал.

Несмотря на значительную прочность, мрамор довольно легко обрабатывается резцом, пилой, сверлом и напильником. Благодаря зернистому строению он не растрескивается. Окончательная обработка пемзой даёт чрезвычайно нежную поверхность. После этого мрамор легко полируется, причём полировка получается прочная и блестящая.

Для человека нет лучшего материала, чем белый мрамор. В нашей стране белый скульптурный мрамор долгое время не был известен, и скульпторам и архитекторам приходилось пользоваться плотными известняками. Уже в X – XI вв. на плитах плотного известняка для церквей вырезался затейливый рисунок. Этот материал в руках опытного мастера принимает полировку и на нём можно вырезать тонкие детали. В ту пору из известняка делали фигурки святых, а стены покрывали сложным орнаментом. Однако недостаточная чистота известняка по сравнению с мрамором ухудшали качество и долговечность изделий, из которых сравнительно немногие дошли до наших дней.

Многие знаменитые по своей архитектуре церкви, построенные в XI – XIII вв. в Московской, Владимирской и Суздальской землях, были орнаментованы известняком с большим художественным вкусом. Прекрасным примером служит известный Дмитриевский собор во Владимире, построенный в конце XII в. князем Всеволодом Большое Гнездо, братом Андрея Боголюбского (см. рис. ).

В строительстве Георгиевского собора в городе Юрьеве-Польском с очень сложной и причудливой орнаментовкой использован палеозойский известняк из окрестностей Владимира. В нашей стране статуарный мрамор находится на Урале и в Закарпатье.

В химии вещества, состоящие из металлов и неметаллов – называются солями. Множество солей образуется в земной коре естественным образом, и при определённых условиях формируют чудесные кристаллы. Например, обезвоженный сульфат кальция СаSО4, также называемый гипсом, - это соль, применяющаяся в дек. скульптуре, для изготовления различных украшений, статуэток. В смеси с гашёной известью полуводный гипс применяют для штукатурки стен; в хирургии – для наложения гипсовых повязок, которые удерживают кости в правильном положении, пока те не срастутся.

Гипс немного растворим в воде. С повышением t свыше 60 С растворимость гипса не возрастает, а уменьшается. Поэтому в чайниках возможно осаждение гипса в виде накипи .

В природе вода, прежде чем попасть в колодец или водопроводную сеть, просачивается сквозь почву и насыщается в ней растворимыми солями.

Природные воды содержат сульфаты и гидрокарбонаты кальция и магния. Вода, в которой содержание ионов Са2+ и Mg2+ незначительно, называется мягкой, вода с повышенным содержанием этих ионов — жесткой.

Всем известно, что в дождевой воде мыло хорошо пенится (мягкая вода), а в ключевой — обычно плохо (жесткая вода). Анализ жесткой воды показывает, что в ней содержатся значительные количества растворимых солей кальция и магния. Эти соли образуют с мылом нерастворимые соединения. Такая вода непригодна для охлаждения двигателей внутреннего сгорания и питания паровых котлов, так как при нагревании жесткой воды на стенках охладительных систем образуется накипь. Накипь плохо проводит теплоту; поэтому возможен перегрев моторов, паровых котлов, кроме того, ускоряется их изнашивание.

Для хозяйственно-бытовых нужд требуется вода с незначительной жесткостью. В жесткой воде плохо развариваются мясо, овощи, крупа. При стирке тканей жесткой водой образующиеся нерастворимые соединения осаждаются на поверхности нитей и постепенно разрушают волокна.

Для понижения жесткости воды используют химические методы, приводящие к переводу ионов кальция и магния в состав нерастворимых солей, обычно в карбонаты. Карбонатную жесткость устраняют добавлением известкового молока:

Са (НСО3)2 + Са (ОН)2 = 2СаСО3+2Н2О

Некарбонатная жесткость устраняется добавкой соды:

CaSO4 + Na2CO3 = СаСО3 + Na2SO4

Природную воду, содержащую ионы Са2+и магния Mg2+, можно смягчить, освободить от этих ионов, заменив их, например, ионами натрия, при помощи ионообмена. В резервуаре для ионного обмена жёсткая вода, содержащая соединения Са и Mg, проходит через материал под названием цеолит (алюмосиликат натрия). Таким образом, ионы Са и Mg заменяются ионами Nа, не придающим воде жёсткость .

В жизни разных животных «элемент-строитель» играет важнейшую роль.

Если для многих низших животных самым «ходовым» материалом для постройки твёрдых раковин является карбонат кальция, то высшие животные для постройки твёрдого скелета используют фосфат кальция Са3(РО4)2.

В организме человека содержится в среднем около 3% кальция. Большая его часть находится в костях. Кальций является неотъемлемой частью структуры кости.

Фактически можно сравнить структуру кости с железобетоном. Кости содержат коллагеновые волокна, которые напоминают гибкую металлическую проволоку, входящую в состав железобетона. Кальций является основанием, к которому прикрепляются эти костные волокна. Когда человек стареет, содержание кальция в костях изменяется. В течение первого года кости детей содержат мало кальция, поэтому они очень гибкие. И дети могут перенести различные вывихи без переломов. К 80 годам кости людей могут состоять на 80% из кальция и легко ломаются.

Очевидно, что маленьким детям необходимо пить много молока, так как молоко-это идеальная содержащая кальций пища. А детскому организму необходим в достатке кальций для костей.

В тех районах, где кальций трудно доступен, у людей чаще встречаются заболевания зубов и переломы костей. Частая причина недостатка кальция возникает при процессе, когда воду из жёсткой делают мягкой путём выделения из неё кальция.

Кальций имеет важное значение для живых организмов, это материал для постройки костных скелетов. Он играет существенную роль и в самих процессах жизнедеятельности: ионы кальция регулируют работу сердца, участвуют в процессах свертывания крови.

На долю кальция приходится около 3% от массы тела человека.

Может быть, это не так уж много? Но представьте себе человека. без костей, этакую медузу вместо высшего произведения природы, — вот что значит «всего 3 процента»! Впрочем, и медузу обижать не стоит: ведь она самый близкий родственник тех самых полипов, которые воздвигают в морях и океанах грозу мореплавателей — коралловые рифы.

Однако кальций не только делает наши кости крепче, но и способствует работе нервной системы. При недостатке кальция руки теряют способность удерживать предметы, мышцы начинают судорожно сокращаться, кровь перестает свертываться, нервная система приходит в негодность, а сердечная мышца отказывается нормально работать.

Чтобы не было проблем со здоровьем из-за нехватки кальция, здоровый человек должен получать в день 1,5 г его. Необходимо при этом помнить, что организм усваивает кальций только в присутствии жиров: на каждые 0,06 г кальция нужно съесть 1 г жира. Наибольшее количество кальция содержится в сыре, твороге, петрушке, салате и других продуктах. Кальций содержится не только в костях, но и в зубах. Поэтому зубы следует чистить зубной пастой, в состав которой входит Са. Так как именно кальций укрепляет зубы и восстанавливает зубную эмаль на начальной стадии кариеса.

При недостатке кальция прочность скелета снижается, появляется опасность переломов, куры несут яйца без скорлупы. Поэтому животные с кормом должны получать достаточное количество минеральных солей, содержащих кальций. В качестве подкормки в животноводстве применяют молотый мел или костяную муку, содержащую фосфат кальция в готовом виде.

Если вы когда-нибудь гуляли по пляжу, то, вероятно, видели морские ракушки, лежащие на песке, куда они были выброшены волнами. Такие ракушки почти всегда пусты - это бывшее жилище некоторых умёрших морских животных.

Большинство моллюсков имеет раковину, защищающую их мягкое тело. Раковина – это скелет моллюска.

Раковина сделана из известняка (карбоната кальция) самим моллюском. Определённые его железы могут забирать известняк из воды и откладывать его мельчайшие частички на краях или вдоль внутренней части раковины. Поскольку моллюск внутри растёт, то и раковина увеличивается в размерах. На ней можно увидеть линии роста, которые отмечены рубчиками (утолщениями), идущими параллельно внешнему краю раковины.

Окраска раковины зависит от цвета вещества, выделяемого некоторыми железами моллюска. Поэтому ракушка может быть в крапинку, одноцветной или раскрашенной полосками и линиями.

Раковина моллюска состоит из трёх слоёв. Внешний - покрыт слоем рогового вещества, в составе которого нет извести. Под ним – слой карбоната кальция. Внутренний слой – «мать жемчуга», или перламутр. Он состоит из очень тонкого слоя карбоната кальция и рогового вещества.

Известно, что некоторые моллюски отлагают карбонат кальция не только при постройки раковин, но и вокруг инородных тел (например, песчинок). Случайно попавшие внутрь створок ракушки песчинки образуют жемчуг. Любопытно, что и в организме человека может происходить процесс, внешне похожий на образование отложений карбоната у жемчужниц. Так, при туберкулёзе происходит обызвествление очага заболевания. При некоторых заболеваниях сердца окружающие его ткани также могут обызвествляться, заключая сердце в плотный панцирь.

Ну, а что же собой представляют кораллы?

Коралл – это один из самых любопытных и удивительных предметов в мире! Для начала, следует сказать, что красные кораллы ценились наравне с драгоценными камнями с незапамятных времён.

Что такое коралл? Это скелет кораллового полипа – крошечного желеобразного морского организма с большим количеством маленьких щупальцев. Полипы выделяют из морской воды растворимый в ней кальций и из него строят свои маленькие дома. Они прикрепляются к морским водорослям и ракушкам. Кальций для кораллов можно найти только в чистой мелководной солёной воде, где температура не слишком отличается от температуры воздуха.

В водах, где полипы жили тысячелетиями, образуются коралловые заграждения-рифы, видимые на поверхности при низкой воде. Кораллы бывают красными, черными и белыми. Их довольно много в Индийском океане, а также у берегов Австралии и Сицилии.

Наиболее известен Большой Барьерный риф. Он тянется вдоль восточного побережья Австралии на несколько сотен километров.

Когда масса кораллов начинает подниматься выше поверхности моря, она образует коралловый остров.

Коралловый остров – это коралловый риф, который разрастается до таких размеров, что образует целый остров. Коралловый остров часто также называют атоллом. Типичными примерами коралловых островов являются острова Бермуды и Багамы.

Кальций не только строитель. Трудно назвать такую отрасль промышленности и народного хозяйства в целом, где на службе у человека не стояли бы соединения кальция. Например, при накаливании смеси окиси кальция с углем в электрических печах получается важный технический продукт - карбид кальция:

СаО +ЗС = СаС2 +СО.

Если подействовать на него водой, выделяется ацетилен:

СаС2 + 2Н. 0 = Са(ОН)2 + С2Н2.

Раньше ацетиленом пользовались лишь в качестве горючего для освещения. Когда для сжигания ацетилена применили не воздух, а чистый кислород, отчего температуру пламени удалось довести до 3 тысяч градусов, ацетиленовые горелки стали использовать для резки и сварки металлов. В результат, работ знаменитого русского химика А. Е. Фаворского ацетилену была открыта широкая дорога в химическую промышленность.

Интересно, что действие на карбид кальция водяного пара при высокой температуре приводит к образованию не ацетилена, а водорода:

СаС2 + 5Н2О = СаСОз + СО2 +5Н2.

Таким методом можно получать водород для технических целей.

Карбид кальция, соединяясь с азотом воздуха, образует цианамид:

CaC2 + N2 = CaCN2 + С

Это соединение также имеет широкое применение. Прежде всего, образование цианамида было одним из первых способов связывания азота воздуха: при действии водяного пара на цианамид его азот освобождается уже в форме аммиака. Медленно этот процесс идет и при внесении цианамида в почву:

CaCN2 +3H2O = СаСО3 + 2NH3.

Это позволяет использовать цианамид непосредственно в качестве удобрения. Из цианамида можно получить и еще более ценное вещество — мочевину, которая используется в промышленности пластмасс, а также в качестве удобрения и белкового корма в животноводстве. Цианамид имеет и еще одно любопытное применение в сельском хозяйстве. Если обработать этим веществом поля хлопчатника, растения сбрасывают листья. Это позволяет убирать хлопок машинами.

Кальций является одним из самых важных элементов Земли. Изучение упавших на Землю метеоритов позволяет убедиться в том, наша планета не исключение, Са есть и на других небесных телах.

Анализ каменных метеоритов показал, что в них содержатся значительные количества кальция (в среднем 1,8 %).

Кальций обнаруживает свое присутствие во вселенной и при спектральном изучении звездных миров. Атомы кальция есть в протуберанцах Солнца и на многих звездах. Они вместе с атомами других легких элементов заполняют межзвездное пространство. Это обстоятельство дало в руки астрономам средство для оценки расстояний до далеких звезд.

В итоге можно сказать, что Са – важнейший строительный материал природы.

Название минерала Химическая формула (основной составной части) Важнейшие месторождения

Известняк, мрамор, мел СаСО3 Широко распространён

Гипс СаSО4 Н2О Широко распространён

Фосфориты и апатиты Са3(РО4)2 Апатиты - в Хибинах, фосфориты – в горах Каратау

Широко распространён

Доломит СаСО3 МgСО3

Земная кора содержит 3,5 % кальция. В природе встречаются только его соединения, из которых наиболее распространены: известняк, мел, мрамор, доломит, гипс, фосфорит. Соединения кальция содержатся в природных водах и почве. Они имеют большое значение в жизни животных и растений.

Металлический кальций применяется в металлургии как раскислитель и восстановитель; он входит в состав не содержащих олова подшипниковых материалов. Соединения кальция, а также содержащие кальций искусственные силикаты – цемент, стекло, широко употребляются как строительные материалы.

Значительная физиологическая активность кальция является основанием для широкого употребления его соединений в медицине.

Кальций в организме необходим для нормального протекания жизненных процессов. Он содержится во всех тканях и жидкостях животных и растений. Лишь редкие организмы могут развиваться в среде, лишённой кальция. Некоторые организмы концентрируют кальций и могут содержать его до 38 % (некоторые литотамниевые водоросли, моллюски, корненожки). Обычно содержание кальция в животных и растительных организмах составляет десятые или сотые доли процента. В организме млекопитающих содержится относительно больше кальция (например, у человека – 3 %), что связано с наличием у них костного скелета (в котором кальций составляет около 25 %).

Растительные организмы получают кальций из почвы. Физиологическая роль кальция в растениях изучена ещё недостаточно. Известно, что при отсутствии Са задерживается рост корней, а на листьях появляются коричневые пятна; такие листья отмирают. Кальций нейтрализует щавельную кислоту, образующуюся при синтезе аминокислот, и другие кислоты, образующиеся при дыхании.

В животный организм Са поступает с пищей и питьевой водой в виде минеральных и органических солей, а также белковых соединений. Потребность животного организма в кальции зависит от его возраста и физиологического состояния. Растущий организм нуждается в большом количестве Са, чем взрослый, у которого закончено развитие скелета.

При старении организма меняется состав соединений кальция, содержащихся в костной ткани, так как в ней уменьшается количество фосфора.

Скелеты морских организмов могут состоять из кальцита, арагонита, аморфного углекислого кальция, фосфацитов Са, карбонат-апатита и различных комбинаций этих соединений кальция.

Для нормального образования и отложения в костях кальциевых соединений необходимо определённое соотношение в крови кальция.

Кальций участвует во многих физиологических процессах, совершающихся в животном организме. Его присутствие необходимо для свёртывания крови. Избыток ионов кальция подавляет возбудимость мышечной ткани и нервных волокон, уменьшает тонус гладких мышц, ослабляет перистальтику желудка, повышает тонус сердечной мышцы, усиливает действие симпатической нервной системы.

Нет сомнения, что чем дальше, тем больше люди будут узнавать об этом химическом элементе.

А закончить свой доклад я хочу такой фразой: «Недаром же кальций – элемент, благодаря которому человек прочно стоит на земле».