CANXI: ĐẶC TÍNH, CẤU TRÚC, THU NHẬN, SỬ DỤNG - HÓA HỌC - 2025

Các canxi là một kim loại kiềm thổ thuộc 2 (Mr. Becambara) nhóm bảng tuần hoàn. Kim loại này chiếm vị trí thứ năm về mức độ phong phú trong số các nguyên tố có trong vỏ trái đất; đứng sau sắt và nhôm. Nó được biểu thị bằng ký hiệu hóa học Ca, và số nguyên tử của nó là 20.

Canxi chiếm 3,64% vỏ trái đất và là kim loại có nhiều nhất trong cơ thể con người, chiếm 2% trọng lượng. Anh ta không tự do về bản chất; nhưng nó là một phần của nhiều khoáng chất và hợp chất hóa học.

Canxi kim loại có độ tinh khiết cao được lưu trữ trong dầu khoáng để bảo vệ nó khỏi oxy và độ ẩm. Nguồn: 2 × 910

Ví dụ, nó được tìm thấy trong khoáng vật canxit, lần lượt là một phần của đá vôi. Canxi cacbonat có trong trái đất như đá cẩm thạch, đá dolomit, vỏ trứng, san hô, ngọc trai, nhũ đá, măng đá, cũng như trong vỏ của nhiều động vật biển hoặc ốc sên.

Ngoài ra, canxi là một phần của các khoáng chất khác, chẳng hạn như thạch cao, anhydrit, fluorit và apatit. Không có gì ngạc nhiên khi nó đồng nghĩa với xương trên bình diện văn hóa.

Khi tiếp xúc với không khí, canxi bị bao phủ bởi một lớp phủ màu vàng, là sản phẩm của hỗn hợp canxi oxit, nitrua và hydroxit. Tuy nhiên, khi mới cắt, bề mặt bóng, có màu trắng bạc. Nó mềm với độ cứng trên thang Mohs là 1,75.

Canxi thực hiện nhiều chức năng trong cơ thể sống, trong số đó, nó là một phần của các hợp chất quyết định cấu trúc và chức năng của hệ thống xương; nó can thiệp vào dòng thác đông máu bằng cách kích hoạt một số yếu tố đông máu, được xác định là Yếu tố IV.

Hơn nữa, canxi tham gia vào quá trình co cơ, cho phép liên kết các protein co lại (actin và myosin); và tạo điều kiện giải phóng một số chất dẫn truyền thần kinh, bao gồm cả acetylcholine.

Về mặt hóa học, nó hầu như luôn tham gia vào các hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ của nó như cation Ca ²⁺ hóa trị hai . Nó là một trong những cation có số phối trí cao nhất, tức là nó có thể tương tác với một số phân tử hoặc ion cùng một lúc.

Lịch sử

Thời cổ đại

Các hợp chất canxi như vôi (CaO) hoặc thạch cao (CaSO ₄ ) đã được con người sử dụng trong hàng thiên niên kỷ, bỏ qua cấu trúc hóa học của chúng. Vôi làm vật liệu xây dựng và thạch cao để làm các tác phẩm điêu khắc đã được sử dụng 7.000 năm trước Công nguyên

Ở Lưỡng Hà, người ta đã tìm thấy một lò nung vôi được sử dụng cách đây 2.500 năm trước Công nguyên, trong một khoảng thời gian gần đây, thạch cao được sử dụng trong quá trình xây dựng Đại kim tự tháp Giza.

Nhận dạng và cách ly

Joseph Black (1755) giải thích rằng vôi nhẹ hơn đá vôi (canxi cacbonat) tạo ra nguồn gốc của nó. Điều này là do nó mất carbon dioxide trong quá trình sưởi ấm.

Antoine Lavoiser (1787) kết luận rằng vôi sống phải là một oxit của một nguyên tố hóa học chưa biết.

Ngài Humphrey Davy (1808) chính xác vào năm ông phát hiện ra boron, cũng đã làm điều tương tự với canxi bằng kỹ thuật điện phân, được sử dụng bởi Jakar Berzelius và Magnus Martin.

Davy cô lập canxi và magiê bằng cách sử dụng cùng một thiết kế thử nghiệm. Ông trộn canxi oxit với thủy ngân (II) oxit trên một tấm bạch kim, được dùng làm cực dương (+), còn cực âm (-) là một sợi dây bạch kim ngập một phần trong thủy ngân.

Sự điện phân tạo ra hỗn hợp canxi và thủy ngân. Để tinh chế canxi, hỗn hống đã được chưng cất. Tuy nhiên, không thu được canxi nguyên chất.

Tính chất

Mô tả vật lý

Kim loại màu trắng bạc, chuyển sang màu trắng xám khi tiếp xúc với không khí. Trong không khí ẩm, nó có màu xám xanh. Dạng bột rắn hoặc khô. Cấu trúc tinh thể tập trung vào khuôn mặt.

Trọng lượng nguyên tử

40,078 g / mol.

Độ nóng chảy

842 ° C.

Điểm sôi

1.484 ° C.

Tỉ trọng

-1,55 g / cm ³ ở nhiệt độ phòng.

-1,378 g / cm ³ ở trạng thái lỏng ở điểm nóng chảy.

Nhiệt của nhiệt hạch

8,54 kJ / mol.

Nhiệt hóa hơi

154,7 kJ / mol.

Công suất nhiệt lượng mol

25,929 J / (mol · K).

Công suất calo cụ thể

0,63 J / gK

Độ âm điện

1,0 trên thang điểm Pauling

Năng lượng ion hóa

-Sự ion hóa đầu tiên 589,8 kJ / mol

- Ion hóa thứ hai 1,145 kJ / mol

- Ion hóa thứ ba 4,912 kJ / mol

-Phân tử thứ 4 6.490,57 kJ / mol và có thêm 4 năng lượng ion hoá.

Đài nguyên tử

197 giờ chiều

Bán kính cộng hóa trị

176 ± 10 giờ tối

Sự giãn nở nhiệt

22,3 µm / m · K ở 20 ° C.

Dẫn nhiệt

201 W / m K

Điện trở suất

336 nΩ · m ở 20 ° C.

Độ cứng

1,75 trên thang Mohs.

Đồng vị

Canxi có 6 đồng vị tự nhiên: ⁴⁰ Ca, ⁴² Ca, ⁴³ Ca, ⁴⁴ Ca, ⁴⁶ Ca và ⁴⁸ Ca, và 19 đồng vị tổng hợp phóng xạ. Các đồng vị phong phú nhất là ⁴⁰ Ca (96,94%), ⁴⁴ Ca (2,086%) và ⁴² Ca (0,647%).

Phản ứng

Canxi phản ứng tự nhiên với nước, tạo ra canxi hydroxit và khí hydro. Phản ứng với oxy và nitơ trong không khí, tạo ra canxi oxit và canxi nitrua tương ứng. Khi tách ra, nó tự bốc cháy trong không khí.

Khi đun nóng canxi, nó phản ứng với hydro để tạo thành halogenua. Nó cũng phản ứng với tất cả các halogen để tạo thành halogenua. Nó cũng phản ứng với bo, lưu huỳnh, cacbon và phốt pho.

Cấu trúc và cấu hình electron của canxi

Các nguyên tử canxi được liên kết bằng các liên kết kim loại, đóng góp hai điện tử hóa trị của chúng vào thủy triều của các điện tử. Do đó, sự tương tác giữa các nguyên tử Ca và các dải điện tử kết quả sẽ xác định một tinh thể có cấu trúc lập phương tâm mặt (ccc, trong tiếng Tây Ban Nha; hoặc fcc, trong tiếng Anh, nghĩa là lập phương tâm mặt).

Nếu tinh thể ccc canxi này được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 450 ° C, nó sẽ chuyển sang pha hcp (hình lục giác nhỏ gọn, hoặc hình lục giác được đóng gói gần nhất). Nói cách khác, cấu trúc trở nên dày đặc hơn, như thể sự chuyển động của các electron và dao động của các nguyên tử thu hẹp khoảng cách ngăn cách chúng.

Nguyên tử canxi có cấu hình điện tử sau:

4s ²

Điều này sẽ giải thích rằng hai electron hóa trị của kim loại này đến từ quỹ đạo 4s ngoài cùng của nó. Khi mất chúng, cation Ca ²⁺ hóa trị hai ^{được hình thành} , đẳng điện tử đối với khí argon; nghĩa là cả Ar và Ca ²⁺ đều có cùng số electron.

Các obitan 4s của canxi kết hợp để thiết lập vùng hóa trị của các tinh thể này. Điều tương tự cũng xảy ra với các obitan 4p trống, chúng thiết lập một vùng dẫn.

Thu được

Canxi được sản xuất thương mại bằng cách điện phân canxi clorua nóng chảy. Các phản ứng sau đây xảy ra ở các điện cực:

Ở cực dương: 2Cl ^- (l) => Cl ₂ (g) + 2e ^-

Canxi được lắng đọng dưới dạng kim loại trên catốt bằng cách bắt các điện tử từ ion canxi.

Ở catot: Ca ²⁺ (l) + 2 e ^- => Ca (s)

Ở quy mô nhỏ, canxi có thể được sản xuất bằng cách khử canxi oxit với nhôm, hoặc canxi clorua với natri kim loại.

6 CaO + 2 Al => 3 Ca + Ca ₃ Al ₂ O ₆

CaCl ₂ + 2 Na => Ca + NaCl

Các ứng dụng

Canxi nguyên tố

Canxi được sử dụng như một chất phụ gia trong sản xuất bóng đèn thủy tinh, được thêm vào bóng đèn trong giai đoạn sản xuất ban đầu. Nó cũng được thêm vào cuối để nó kết hợp với các khí còn lại bên trong bóng đèn.

Nó được sử dụng như một chất phân hủy trong sản xuất kim loại như đồng và thép. Hợp kim của canxi và xêzi được sử dụng trong đá lửa của bật lửa để tạo ra tia lửa. Canxi là một chất khử, nhưng nó cũng có các ứng dụng khử khí và khử oxi.

Canxi được sử dụng để điều chế các kim loại như crom, thori, urani, zirconi và các kim loại khác từ oxit của chúng. Nó được sử dụng làm chất tạo hợp kim cho nhôm, đồng, chì, magiê và các kim loại cơ bản khác; và như một chất khử oxy cho một số hợp kim nhiệt độ cao.

Canxi trong hợp kim với chì (0,04%) dùng làm vỏ bọc cho cáp điện thoại. Nó được sử dụng bằng hợp kim với magiê trong cấy ghép chỉnh hình để kéo dài tuổi thọ của chúng.

Canxi cacbonat

Nó là một vật liệu phụ trong gốm sứ, thủy tinh, nhựa và sơn, cũng như một nguyên liệu để sản xuất vôi. Cacbonat tổng hợp có độ tinh khiết cao được sử dụng trong y tế như một chất kháng axit và bổ sung canxi trong chế độ ăn uống. Nó cũng được sử dụng như một chất phụ gia trong thực phẩm.

Canxi oxit

Canxi oxit được sử dụng trong ngành công nghiệp xây dựng, được sử dụng trong việc dán các bức tường. Nó cũng được kết hợp vào bê tông. Vào thế kỷ 19, các khối canxi oxit được đốt cháy để chiếu sáng các sân khấu bằng ánh sáng trắng cường độ cao.

Vôi (một lần nữa, oxit canxi) được sử dụng để loại bỏ các thành phần không mong muốn như silic đioxit (SiO ₂ ) có trong vật liệu sắt từ thép. Sản phẩm của phản ứng là canxi silicat (CaSiO ₃ ) được gọi là "xỉ".

Vôi kết hợp với nước tạo thành canxi hydroxit; Hợp chất này sẽ kết tụ và chìm xuống, kéo theo các tạp chất xuống đáy bể.

Bên trong các ống khói được lót bằng vôi để khử khói từ các nhà máy. Ví dụ, nó bắt giữ lưu huỳnh điôxít (SO ₂ ), góp phần tạo ra mưa axit và biến nó thành canxi sunfua (CaSO ₃ ).

Clorua canxi

Clorua vôi được sử dụng để kiểm soát băng trên đường; chất dưỡng cho cà chua có trong bảo quản; sản xuất thùng xe ô tô và xe tải.

Canxi sunfat

Nó thường được giới thiệu là CaSO ₄ · 2H ₂ O (thạch cao), được sử dụng làm chất điều hòa đất. Thạch cao nung được sử dụng trong sản xuất ngói, ván và thanh. Nó cũng được sử dụng để cố định gãy xương.

Canxi phốt phát

Canxi phốt phát được tìm thấy ở nhiều dạng khác nhau trong tự nhiên và được sử dụng làm phân bón. Muối canxi có tính axit (CaH ₂ PO ₄ ) được sử dụng làm phân bón và chất ổn định cho nhựa. Canxi photphat được tìm thấy như một phần của mô xương, đặc biệt là hydroxyapatite.

Các hợp chất canxi khác

Có rất nhiều hợp chất canxi với các ứng dụng khác nhau. Ví dụ, canxi cacbua được sử dụng để thu được axetylen, dùng trong mỏ hàn. Alginate canxi được sử dụng làm chất làm đặc trong các sản phẩm thực phẩm như kem.

Canxi hypoclorit được sử dụng làm chất tẩy trắng, khử mùi, diệt nấm và tảo.

Canxi pemanganat là chất lỏng đẩy tên lửa. Nó cũng được sử dụng như một chất làm sạch nước và trong sản xuất dệt may.

Chức năng sinh học

Canxi đáp ứng nhiều chức năng trong cơ thể sống:

-Nó can thiệp vào dòng chảy đông máu là Yếu tố IV.

-Nó cần thiết cho việc kích hoạt một số yếu tố đông máu, bao gồm thrombin.

-Trong cơ xương, canxi giải phóng tác dụng ức chế của hệ thống protein đối với sự co cơ, cho phép hình thành các cầu nối actin-myosin, là nguyên nhân gây co cơ.

- Ổn định các kênh ion của các tế bào dễ bị kích thích. Trong tình trạng hạ calci huyết, các kênh natri được kích hoạt, khiến natri đi vào tế bào, tạo ra một cơn co kéo dài (tetany) có thể gây chết người.

-Ngoài ra, canxi hỗ trợ việc giải phóng chất dẫn truyền thần kinh acetylcholine tại các đầu cuối trước synap.

Rủi ro và biện pháp phòng ngừa

Phản ứng tỏa nhiệt với nước. Do đó, nó có thể gây tổn thương nghiêm trọng cho miệng, thực quản hoặc dạ dày một khi ăn vào.

Công nhân phải chịu rủi ro này ở những nơi sản xuất nguyên tố canxi hoặc những nơi có phủ kim loại. Các biện pháp phòng ngừa là bảo vệ bản thân bằng khẩu trang tránh khói bụi, quần áo và thông gió đầy đủ.

Tăng calci huyết cực kỳ nguy hiểm và có thể chủ yếu do tiết quá nhiều hormone tuyến cận giáp hoặc hấp thụ quá mức vitamin D. Lượng calci dư thừa, ví dụ trên 2,5 g / ngày, hiếm khi là nguyên nhân gây tăng calci huyết. .

Canxi dư thừa sẽ tích tụ trong thận gây ra sỏi thận và thận hư. Ngoài ra, sự tích tụ canxi trong thành mạch làm thay đổi độ đàn hồi của chúng, có thể là nguyên nhân gây tăng huyết áp, làm chậm lưu lượng máu và hình thành huyết khối.

Một biện pháp phòng ngừa cơ bản là đưa canxi huyết vào trong các xét nghiệm trong phòng thí nghiệm, khi bác sĩ quan sát thấy các đặc điểm trong các triệu chứng của bệnh nhân khiến họ nghi ngờ tăng canxi máu và bắt đầu điều trị thích hợp.

Người giới thiệu

1. W. Hull. (Năm 1921). Cấu trúc tinh thể của Canxi. doi.org/10.1103/PhysRev.17.42
2. Wikipedia. (2019). Canxi. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
3. Advameg, Inc. (2019). Canxi. Hóa học giải thích. Phục hồi từ: chemistryexplained.com
4. Timothy P. Hanusa. (Ngày 11 tháng 1 năm 2019). Canxi. Encyclopædia Britannica. Phục hồi từ: britannica.com
5. Trung tâm Thông tin Công nghệ Sinh học Quốc gia. (2019). Canxi. Cơ sở dữ liệu PubChem. CID = 5460341. Được khôi phục từ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Thiết bị Web. (2019). Canxi: chất cần thiết. Được khôi phục từ: webelements.com