Właściwości wapnia, struktura, uzyskiwanie, użycie

On wapń Jest to metal alkaliczny, który należy do grupy 2 stolika okresowego (SR. Scholambara). Ten metal zajmuje piąte miejsce w obfitości między elementami obecnymi w skorupie ziemi; Za żelazem i aluminium. Jest reprezentowany z symbolem chemicznym CA, a jego liczba atomowa wynosi 20.

Wapń reprezentuje 3,64% skorupy ziemskiej i jest najliczniejszym metalem w ludzkim ciele, co stanowi 2% jego masy. On nie ma natury wolnego; Ale jest to część wielu minerałów i związków chemicznych.

Metal o wysokiej czystości wapń przechowywany w oleju mineralnym w celu ochrony go przed tlenem i wilgotnością. Źródło: 2 × 910 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)]

Na przykład znajduje się w minerałach Callita, który z kolei jest częścią wapienia. Węglan wapnia jest obecny na ziemi, taki jak marmur, dolomit, skorupka jajka, chór, perły, stalaktyty, stalagmity, a także w skorupach wielu zwierząt morskich lub ślimakach.

Ponadto wapń jest częścią innych minerałów, takich jak tynk, anhydryt, fluoryt i apatyt. Nic więc dziwnego, że jest to synonim kości na poziomie kulturowym.

Gdy wapń jest narażony na powietrze, pokrywa się żółtawą powłokę, produkt mieszanki tlenku, nitrur i wodorotlenku wapnia. Jednak świeżo przecięte powierzchnia jest lśniące, srebrno-białe. Jest miękki z twardością w skali 1,75 MOHS.

Wapń wykonuje liczne funkcje w żywych istotach, w tym część związków, które określają strukturę i funkcjonowanie układu kostnego; interweniuje w wodospadzie krzepnięcia, aktywując kilka czynników krzepnięcia, identyfikuj jako czynnik IV.

Ponadto wapń interweniuje w skurczu mięśni, umożliwiając połączenie białek skurczowych (aktynę i miozynę); i ułatwia uwalnianie niektórych neuroprzekaźników, w tym acetylocholiny.

Chemicznie prawie zawsze uczestniczy w swoich związkach organicznych lub nieorganicznych, takich jak CAM Dyspolitacja²⁺. Jest to jeden z kationów o największej liczbie koordynacji, to znaczy może oddziaływać z kilkoma cząsteczkami lub jonami jednocześnie.

[TOC]

Historia

W czasach starożytnych

Związki wapnia, takie jak wapno (CAO) lub tynk (przypadek₄) były używane przez tysiąclecia przez człowieka, ignorując ich strukturę chemiczną. Wapno jako materiał budowlany i tynk do opracowania rzeźb zastosowano 7.000 lat a.C.

W Mezopotamii znaleziono piekarnik wapienny, który został użyty 2.500 a.C. W bliskim czasie gips był używany podczas budowy Wielkiej Piramidy Giza.

Identyfikacja i izolacja

Joseph Black (1755) wyjaśnił, że wapno jest lżejsze niż wapień (węglan wapnia), co daje to. Dzieje się tak, ponieważ traci dwutlenek węgla podczas ogrzewania.

Antoine Lavoiser (1787) doszedł do wniosku, że wapno powinno być tlenkiem nieznanego elementu chemicznego.

Sir Humphrey Davy (1808) dokładnie w roku, w którym odkrył Boro, zrobił to samo z wapniem przy użyciu techniki elektrolizy, stosowanej przez Jakara Berzeliusa i Magnusa Martina.

Davy izolowane wapń i magnez przy użyciu tego samego projektu eksperymentalnego.  Mieszałem tlenek wapnia z tlenkiem rtęci (II) na platynowej płytce, stosowanej jako anoda (+), podczas gdy katoda (-) była częściowo zanurzonym drutem platynowym w rtęci.

Może ci służyć: hybrydyzacja chemiczna

Elektroliza spowodowała połączenie wapnia i rtęci. Aby oczyszczyć wapń, amalgamat poddano destylacji. Jednak nie uzyskano czystego wapnia.

Nieruchomości

Opis fizyczny

Srebrny metal, zmień na szarawe białe po wystawieniu na powietrze. W wilgotnym powietrzu nabywa niebieskawą szarą mgłę. Stały lub suchy kurz. Struktura krystaliczna wyśrodkowana na twarzy.

Masa atomowa

40 078 g/mol.

Temperatura topnienia

842 ºC.

Punkt wrzenia

1.484 ° C.

Gęstość

-1,55 g/cm³ w temperaturze pokojowej.

-1378 g/cm³ W stanie płynnym w temperaturze topnienia.

Fusion Heat

8,54 kJ/mol.

Ciepło parowe

154,7 kJ/mol.

Pojemność kaloryczna trzonowa

25 929 J/(mol · k).

Specyficzna pojemność kaloryczna

0,63 j/g · k

Elektronialiczność

1.0 w skali Pauling

Energia jonizacji

-Pierwsza jonizacja 589,8 kJ/mol

-Druga jonizacja 1.145 kJ/mol

-Trzecia jonizacja 4.912 kJ/mol

-Czwarta jonizacja 6.490,57 kJ/mol i jest 4 więcej energii jonizacji.

Radio atomowe

197 PM

Radio Kowalencyjne

176 ± 22:00

Rozszerzalność cieplna

22,3 µm/m · k w 20 ° C.

Przewodnictwo cieplne

201 w/m · k

Rezystancja

336 nω · m w 20 ° C.

Twardość

1,75 w skali MOHS.

Izotopy

Wapń ma 6 naturalnych izotopów: ⁴⁰AC, ⁴²AC, ⁴³AC, ⁴⁴AC, ⁴⁶CA i ⁴⁸CA i 19 radioaktywnych izotopów syntetycznych. Najliczniejsze izotopy to ⁴⁰CA (96,94%), ⁴⁴CA (2 086%) i ⁴²CA (0,647%).

Reaktywność

Wapń reaguje spontanicznie z wodą, powodując wodorotlenek wapnia i wodoru. Reaguje z tlenem i azotem powietrza, wytwarzając odpowiednio tlenek wapnia i azotek wapnia. Kiedy frakcja jest spalana spontanicznie w powietrzu.

Po podgrzaniu wapnia reaguje z wodorem, tworząc halluro. Reaguje również ze wszystkimi halogenami, tworząc halogenuros. Reaguje również z borami, siarką, węglem i fosforem.

Elektroniczna struktura wapnia i konfiguracja

Atomy wapnia wiążą wiązania metalowe, przyczyniając się do ich dwóch elektronów walencji do fali elektronów. Zatem interakcja między atomami CA a wynikowymi pasmami elektronicznymi kończą się Centeererder-Centersed Cubic).

Jeśli ten CCC wapnia jest podgrzewany w temperaturze około 450 ° C, cierpi ono na przejście do fazy HCP (kompaktowy sześciokątny, lub Sześciokąta najbliższa). To znaczy, że struktura staje się gęsta.

Atom wapnia ma następującą konfigurację elektroniczną:

[Ar] 4s²

Co wyjaśniałoby, że dwa elektrony walencyjne dla tego metalu pochodzą z ich najbardziej zewnętrznego orbitalnego 4S. Kiedy je straci, tworzenie się kationu bilansowego²⁺, Izolaktroniczny do szlachetnego gazu argonowego; To jest zarówno AR, jak i CA²⁺ Mają taką samą liczbę elektronów.

To 4s orbitali wapnia łączą się w celu ustalenia pasma Walencijan tych kryształów. W ten sam sposób, w jaki zdarza się to z pustymi orbitalami 4p, które ustanawiają pasmo jazdy.

Może ci służyć: aluminiowy wodorek (ALH3): struktura, właściwości, użycia

Uzyskanie

Wapń jest produkowany w handlu przez elektrolizę stopionego chlorku wapnia. W elektrodach występują następujące reakcje:

W anodzie: 2cl^- (L) => Cl₂ (g) +2e^-

Wapń jest osadzany jako metal w katodzie podczas przechwytywania elektronów jonowych wapnia.

W katodzie: CA²⁺ (L) +2 e^-    => Ca (s)

W wapniu na małą skalę może wystąpić poprzez zmniejszenie tlenku wapnia o aluminium lub chlorku wapnia z metalicznym sodem.

6 Cao +2 al => 3 Ca +Ca₃Do₂ALBO₆

Cacl₂      +      2 na => ca +nacl

Aplikacje

Wapń żywiołowy

Wapń jest używany jako dodatek do produkcji szklanych żarówek, dodając do żarówki podczas początkowego etapu opracowania. Jest również dodawany do końca, aby połączyć się z gazami, które pozostają w żarówki.

Jest stosowany jako dezintegrator w produkcji metali, takich jak miedź i stal. Stop wapnia i cezu jest stosowany w peddelorach do generowania iskier. Wapń jest środkiem redukującym, ale ma również zastosowania odtleniania i odtłuszczania.

Wapń stosuje się w przygotowaniu metali, takich jak chrom, tor, otaczający uran i inne z ich tlenków. Jest stosowany jako środek stopowy do aluminium, miedzi, ołowiu, magnezu i innych podstawowych metali; i jako deoksydant dla niektórych stopów o wysokiej temperaturze.

Wapń w stopie ołowiu (0,04%) służy jako pokrycie kabli telefonicznych. Jest stosowany w stopie z magnezem w implantach ortopedycznych, aby przedłużyć swój czas trwania.

Węglan wapnia

Jest to napełniający materiał ceramiki, szkła, tworzyw sztucznych i obrazów, a także surowca do produkcji wapna. Węglan syntetyczny o wysokiej czystości jest stosowany w medycynie jako suplement diety zobojętniający kwas i wapń. Jest również stosowany jako dodatek do żywności.

Tlenek wapnia

W branży budowlanej stosuje się tlenek wapnia, stosowany w frisado ścian. Dołącza również do betonu. W dziewiętnastym wieku bloki tlenku wapnia spalono, aby oświetlić etapy intensywnym białym światłem.

Wapno (ponownie, tlenek wapnia) służy do wyeliminowania niepożądanych składników ze stali, takich jak dwutlenek krzemu (Sio₂) Obecny w żelaznym materiale. Produktem reakcji jest krzemian wapnia (Casio₃) nazywany „Scara”.

Wapno łączy się z wodą z tworzeniem wodorotlenku wapnia; Ta złożona flocula i tonie przez zanieczyszczenia w kierunku dna zbiorników.

Wnętrze kominów jest pokryte wapnem w celu wyeliminowania emanacji z fabryk. Zatem na przykład wychwytywanie dwutlenku siarki (więc₂), który przyczynia się do kwaśnego deszczu i przekształca go w siarczan wapnia (przypadek₃).

Chlorek wapnia

Chlorek wapnia jest stosowany w kontroli lodu na drogach; Odżywka do pomidora obecnego w puszkach; Rozwój ciał samochodowych i ciężarówek.

Może ci służyć: alkohol wtórny: co to jest, struktura, właściwości, użycia

Siarczan wapnia

Jest powszechnie prezentowany jako przypadek₄· 2H₂Lub (tynk), stosowany jako odżywka gleby. Kalcynowany tynk jest używany do produkcji płytek, desek i wstążków. Jest również stosowany do unieruchomienia złamań kości.

Fosforany wapnia

Fosforany wapnia są w różnych postaciach i są stosowane jako nawozy. Kwasowa sól wapnia (cah₂PO₄) Jest stosowany jako nawóz i stabilizator z tworzywa sztucznego. Fosforan wapnia jest częścią tkanki kostnej, szczególnie jako hydroksyapatyt.

Inne związki wapnia

Istnieje wiele związków wapnia o różnych zastosowaniach. Na przykład węglika wapnia jest stosowane do uzyskania acetylenu, stosowanego w spawaniu pochodni. Alginian wapnia jest stosowany jako środek zagęszczający w produktach spożywczych, takich jak lody.

Hipochloryt wapnia jest stosowany jako wybielanie, dezodorant, fungicydy i środek algicydalny.

Permanganan wapnia jest płynem śmigła dla rakiety. Jest również używany jako środek oczyszczający wodę i w produkcji tekstylnej.

Funkcja biologiczna

Wapń spełnia liczne funkcje w żywych istotach:

-Interweniuje w wodospadzie krzepnięcia, takie jak czynnik IV.

-Jest to konieczne do aktywacji kilku czynników krzepnięcia, w tym trombiny.

-W mięśniach szkieletowych wapnia uwalnia hamujące działanie układu białkowego na skurcz mięśni, umożliwiając tworzenie mostów aktyny-miliozyny, co powoduje skurcz.

-Stabilizuj kanały jonowe komórek pobudliwych. W hipokalcemii aktywowane są kanały sodowe, co wytwarza wejście sodu do komórek, można wygenerować trwały skurcz (tetania), który może być śmiertelny.

-Ponadto wapń sprzyja uwalnianiu neuroprzekaźnika acetylocholiny w terminalach presynaptycznych.

Ryzyko i środki ostrożności

Reaguj egzotermicznie z wodą. Dlatego może kiedyś spowodować poważne urazy w jamie ustnej, przełyku lub żołądka.

Do tego ryzyka pracownicy są eksponowani w miejscach, w których występuje element wapnia lub w przypadku, w których zastosowania są podawane do metalu. Środki ostrożności mają ochronić maskami, które unikają odpowiedniego kurzu, odzieży i wentylacji.

Hiperkalcemia jest wyjątkowo niebezpieczna i może być głównie spowodowana nadmiernym wydzielaniem hormonu przytarczyc lub wyolbrzymione spożycie witaminy D. Nadmierne spożycie wapnia, na przykład większe niż 2,5 g/dzień, rzadko jest przyczyną hiperkalcemii.

Nadmiar wapnia gromadzi się w nerkach powodujących obliczenia nerek i nefrozę nerek. Ponadto akumulacja wapnia w ścianach naczyń krwionośnych modyfikuje jego elastyczność, która może być przyczyną nadciśnienia, spowalniając przepływ krwi i zakrzepicę.

Podstawowym środkiem ostrożności jest włączenie między badaniami laboratoryjnymi badaniami wapnia, podczas obserwacji lekarza w charakterystyce symptomatologii pacjenta, które sprawiają, że hiperkalcemia podejrzewa i inicjuje odpowiedni leczenie.

Bibliografia

1. W. Kadłub. (1921). Struktura krystaliczna wapnia. doi.Org/10.1103/Physrev.17.42
2. Wikipedia. (2019). Wapń. Źródło: w:.Wikipedia.org
3. Advameg, inc. (2019). Wapń. Wyjaśniono chemię. Odzyskane z: chemistryrexplaed.com
4.  Timothy p. Hanusa. (11 stycznia 2019). Wapń. Encyclopædia Britannica. Odzyskane z: Britannica.com
5. National Center for Biotechnology Information. (2019). Wapń. Baza danych Pubchem. CID = 5460341. Odzyskane z: Pubchem.NCBI.NLM.Nih.Gov
6. Śledzenie. (2019). Wapń: niezbędne. Źródło: Śleki.com