Μεταξύ όλων των στοιχείων περιοδικό σύστημαυπάρχουν αρκετά από αυτά, χωρίς τα οποία όχι μόνο είναι δυνατό να αναπτυχθούν διάφορες ασθένειες σε ζωντανούς οργανισμούς, αλλά γενικά είναι αδύνατο να ζήσουν και να αναπτυχθούν κανονικά. Ένα από αυτά είναι το ασβέστιο.
Είναι ενδιαφέρον ότι όταν πρόκειται για αυτό το μέταλλο, ως απλή ουσία, δεν έχει κανένα όφελος για τον άνθρωπο, ούτε καν κακό. Ωστόσο, πρέπει να αναφέρουμε μόνο τα ιόντα Ca 2+, καθώς αμέσως υπάρχει μια μάζα σημείων που χαρακτηρίζει τη σημασία τους.
Θέση του ασβεστίου στον περιοδικό πίνακα
Ο χαρακτηρισμός του ασβεστίου, όπως και κάθε άλλο στοιχείο, ξεκινά με μια ένδειξη της θέσης του στο περιοδικό σύστημα. Μετά από όλα, καθιστά δυνατό να μάθουμε πολλά για αυτό το άτομο:
- πυρηνικό φορτίο?
- τον αριθμό των ηλεκτρονίων και πρωτονίων, νετρόνια.
- κατάσταση οξείδωσης, υψηλότερη και χαμηλότερη.
- ηλεκτρονική διαμόρφωση και άλλα σημαντικά πράγματα.
Το στοιχείο που εξετάζουμε βρίσκεται στο τέταρτο μεγάλη περίοδοςη δεύτερη ομάδα, η κύρια υποομάδα και έχει αύξοντα αριθμό 20. Επίσης πίνακας χημικώνΟ Mendeleev δείχνει το ατομικό βάρος του ασβεστίου - 40,08, που είναι η μέση τιμή των υπαρχόντων ισοτόπων αυτού του ατόμου.
Η κατάσταση οξείδωσης είναι μία, πάντα σταθερή, ίση με +2. Φόρμουλα CaO. Η λατινική ονομασία του στοιχείου είναι ασβέστιο, εξ ου και το σύμβολο για το άτομο Ca.
Χαρακτηρισμός του ασβεστίου ως απλής ουσίας
Υπό κανονικές συνθήκες, αυτό το στοιχείο είναι ένα μεταλλικό, ασημί-λευκό χρώμα. Φόρμουλα ασβεστίου ως μια απλή ουσία- ΑΝΩΝΥΜΗ ΕΤΑΙΡΙΑ. Λόγω της υψηλής χημικής του δράσης, είναι σε θέση να σχηματίσει πολλές ενώσεις που ανήκουν σε διαφορετικές κατηγορίες.
σε στερεά κατάσταση συνάθροισηςδεν αποτελεί μέρος του ανθρώπινου σώματος, επομένως είναι σημαντικό για βιομηχανικές και τεχνικές ανάγκες (κυρίως χημικές συνθέσεις).
Είναι ένα από τα πιο κοινά μέταλλα ως προς το μερίδιό του στον φλοιό της γης, περίπου 1,5%. Ανήκει στην ομάδα των αλκαλικών γαιών, αφού όταν διαλυθεί στο νερό δίνει αλκάλια, αλλά στη φύση εμφανίζεται με τη μορφή πολλαπλών ορυκτών και αλάτων. Πολύ ασβέστιο (400 mg/l) περιλαμβάνεται στο θαλασσινό νερό.
Κρυσταλλική κυψέλη
Το χαρακτηριστικό του ασβεστίου εξηγείται από τη δομή του κρυσταλλικού πλέγματος, το οποίο μπορεί να είναι δύο τύπων (αφού υπάρχει μια μορφή άλφα και βήτα):
- κυβικό πρόσωπο-κεντρικό?
- ογκοκεντρικός.
Ο τύπος του δεσμού στο μόριο είναι μεταλλικός, στις θέσεις του πλέγματος, όπως όλα τα μέταλλα, υπάρχουν άτομα-ιόντα.
Όντας στη φύση
Υπάρχουν αρκετές βασικές ουσίες στη φύση που περιέχουν αυτό το στοιχείο.
- Θαλασσινό νερό.
- Βράχοι και ορυκτά.
- Ζωντανοί οργανισμοί (όστρακα και κοχύλια, οστικός ιστός κ.λπ.).
- Υπόγεια ύδατα στο φλοιό της γης.
Μπορούν να αναγνωριστούν τα ακόλουθα είδη πετρωμάτων και ορυκτών, τα οποία είναι φυσικές πηγές ασβεστίου.
- Ο δολομίτης είναι ένα μείγμα ανθρακικού ασβεστίου και μαγνησίου.
- Ο φθορίτης είναι φθοριούχο ασβέστιο.
- Γύψος - CaSO 4 2H 2 O.
- Ασβεστίτης - κιμωλία, ασβεστόλιθος, μάρμαρο - ανθρακικό ασβέστιο.
- Αλάβαστρο - CaSO 4 0,5 H 2 O.
- Απατιότητα.
Συνολικά, απομονώνονται περίπου 350 διαφορετικά μέταλλα και πετρώματα που περιέχουν ασβέστιο.
Πώς να πάρει
Για πολύ καιρό, δεν ήταν δυνατό να απομονωθεί το μέταλλο σε ελεύθερη μορφή, καθώς η χημική του δράση είναι υψηλή, δεν θα το βρείτε στη φύση στην καθαρή του μορφή. Ως εκ τούτου, μέχρι τον 19ο αιώνα (1808), το επίμαχο στοιχείο ήταν ένα άλλο μυστήριο που κουβαλούσε ο περιοδικός πίνακας.
Το ασβέστιο ως μέταλλο μπόρεσε να συνθέσει τον Άγγλο χημικό Humphrey Davy. Ήταν αυτός που ανακάλυψε για πρώτη φορά τα χαρακτηριστικά της αλληλεπίδρασης τήγματος στερεών ορυκτών και αλάτων με ηλεκτροπληξία. Μέχρι σήμερα, ο πιο σχετικός τρόπος για να ληφθεί αυτό το μέταλλο είναι η ηλεκτρόλυση των αλάτων του, όπως:
- ένα μείγμα χλωριούχων ασβεστίου και καλίου.
- ένα μείγμα φθορίου και χλωριούχου ασβεστίου.
Είναι επίσης δυνατή η εξαγωγή ασβεστίου από το οξείδιο του χρησιμοποιώντας την αλουμινοθερμική μέθοδο που είναι κοινή στη μεταλλουργία.
Φυσικές ιδιότητες
Ο χαρακτηρισμός του ασβεστίου ως προς τις φυσικές παραμέτρους μπορεί να περιγραφεί σε πολλά σημεία.
- Αθροιστική κατάσταση - υπό κανονικές συνθήκες, στερεό.
- Σημείο τήξης - 842 0 С.
- Το μέταλλο είναι μαλακό και μπορεί να κοπεί με ένα μαχαίρι.
- Χρώμα - ασημί-λευκό, λαμπρό.
- Έχει καλές αγώγιμες και θερμοαγώγιμες ιδιότητες.
- Με παρατεταμένη θέρμανση, περνά σε υγρή, στη συνέχεια σε κατάσταση ατμού, χάνοντας τις μεταλλικές του ιδιότητες. Σημείο βρασμού 1484 0 С.
Οι φυσικές ιδιότητες του ασβεστίου έχουν ένα χαρακτηριστικό. Όταν ασκείται πίεση σε ένα μέταλλο, κάποια στιγμή χάνει τις μεταλλικές του ιδιότητες και την ικανότητά του να άγει ηλεκτρισμό. Ωστόσο, με περαιτέρω αύξηση της έκθεσης, αποκαθίσταται ξανά και εκδηλώνεται ως υπεραγωγός, αρκετές φορές υψηλότερος από τα υπόλοιπα στοιχεία ως προς αυτούς τους δείκτες.
Χημικές ιδιότητες
Η δραστηριότητα αυτού του μετάλλου είναι πολύ υψηλή. Επομένως, υπάρχουν πολλές αλληλεπιδράσεις στις οποίες εισέρχεται το ασβέστιο. Οι αντιδράσεις με όλα τα αμέταλλα είναι κοινές για αυτόν, γιατί ως αναγωγικός παράγοντας είναι πολύ δυνατός.
- Υπό κανονικές συνθήκες, αντιδρά εύκολα με το σχηματισμό των αντίστοιχων δυαδικών ενώσεων με: αλογόνα, οξυγόνο.
- Όταν θερμαίνεται: υδρογόνο, άζωτο, άνθρακας, πυρίτιο, φώσφορος, βόριο, θείο και άλλα.
- Στην ύπαιθρο, αλληλεπιδρά αμέσως με το διοξείδιο του άνθρακα και το οξυγόνο, επομένως καλύπτεται με μια γκρίζα επίστρωση.
- Αντιδρά βίαια με οξέα, μερικές φορές με ανάφλεξη.
Ενδιαφέρουσες ιδιότητες του ασβεστίου εκδηλώνονται όταν πρόκειται για αυτό στη σύνθεση των αλάτων. Έτσι, οι όμορφες σπηλιές που αναπτύσσονται στην οροφή και τους τοίχους δεν είναι τίποτα άλλο παρά σχηματίζονται με την πάροδο του χρόνου από νερό, διοξείδιο του άνθρακα και διττανθρακικά υπό την επίδραση διεργασιών στο εσωτερικό των υπόγειων υδάτων.
Λαμβάνοντας υπόψη πόσο ενεργό είναι το μέταλλο στην κανονική του κατάσταση, αποθηκεύεται σε εργαστήρια, όπως τα αλκαλικά. Σε ένα σκούρο γυάλινο δοχείο, με ερμητικά κλειστό καπάκι και κάτω από μια στρώση κηροζίνης ή παραφίνης.
Μια ποιοτική αντίδραση στο ιόν ασβεστίου είναι το χρώμα της φλόγας σε ένα όμορφο, κορεσμένο τούβλο-κόκκινο χρώμα. Είναι επίσης δυνατό να αναγνωριστεί ένα μέταλλο στη σύνθεση των ενώσεων με αδιάλυτα ιζήματα ορισμένων από τα άλατά του (ανθρακικό ασβέστιο, φθόριο, θειικό, φωσφορικό, πυριτικό, θειικό).
μεταλλικές συνδέσεις
Οι τύποι των μεταλλικών ενώσεων είναι οι εξής:
- οξείδιο;
- υδροξείδιο;
- άλατα ασβεστίου (μεσαία, όξινα, βασικά, διπλά, σύνθετα).
Το οξείδιο του ασβεστίου γνωστό ως CaO χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός οικοδομικού υλικού (άσβεστος). Εάν σβήσετε το οξείδιο με νερό, παίρνετε το αντίστοιχο υδροξείδιο, το οποίο εμφανίζει τις ιδιότητες ενός αλκαλίου.
Είναι τα διάφορα άλατα ασβεστίου που χρησιμοποιούνται σε διάφορους τομείς της οικονομίας που έχουν μεγάλη πρακτική σημασία. Τι είδους άλατα υπάρχουν, έχουμε ήδη αναφέρει παραπάνω. Ας δώσουμε παραδείγματα των τύπων αυτών των ενώσεων.
- Μέτρια άλατα - ανθρακικό CaCO 3, φωσφορικό Ca 3 (PO 4) 2 και άλλα.
- Όξινο - υδροθειικό CaHSO 4.
- Τα κυριότερα είναι τα διττανθρακικά (CaOH) 3 PO 4.
- Σύμπλεγμα - Cl 2.
- Διπλό - 5Ca (NO 3) 2 * NH 4 NO 3 * 10H 2 O.
Με τη μορφή ενώσεων αυτής της κατηγορίας το ασβέστιο είναι σημαντικό για τα βιολογικά συστήματα, καθώς τα άλατα είναι η πηγή ιόντων για το σώμα.
Βιολογικός ρόλος
Γιατί είναι σημαντικό το ασβέστιο για τον ανθρώπινο οργανισμό; Υπάρχουν διάφοροι λόγοι.
- Είναι τα ιόντα αυτού του στοιχείου που αποτελούν μέρος της μεσοκυττάριας ουσίας και του υγρού των ιστών, συμμετέχοντας στη ρύθμιση των μηχανισμών διέγερσης, στην παραγωγή ορμονών και νευροδιαβιβαστών.
- Το ασβέστιο συσσωρεύεται στα οστά, το σμάλτο των δοντιών σε ποσότητα περίπου 2,5%. συνολικό βάροςσώμα. Αυτό είναι αρκετά και παίζει σημαντικό ρόλο στην ενίσχυση αυτών των δομών, στη διατήρηση της αντοχής και της σταθερότητάς τους. Η ανάπτυξη του σώματος χωρίς αυτό είναι αδύνατη.
- Η πήξη του αίματος εξαρτάται επίσης από τα εν λόγω ιόντα.
- Αποτελεί μέρος του καρδιακού μυός, συμμετέχοντας στη διέγερση και τη συστολή του.
- Συμμετέχει στις διαδικασίες εξωκυττάρωσης και άλλων ενδοκυτταρικών αλλαγών.
Εάν η ποσότητα του ασβεστίου που καταναλώνεται δεν είναι αρκετή, τότε η ανάπτυξη ασθενειών όπως:
- ραχιτισμός;
- οστεοπόρωση?
- ασθένειες του αίματος.
Ο ημερήσιος κανόνας για έναν ενήλικα είναι 1000 mg και για παιδιά από 9 ετών 1300 mg. Προκειμένου να αποφευχθεί η υπερβολική αφθονία αυτού του στοιχείου στον οργανισμό, δεν πρέπει να γίνεται υπέρβαση της ενδεικνυόμενης δόσης. Διαφορετικά, μπορεί να αναπτυχθούν εντερικές ασθένειες.
Για όλα τα άλλα έμβια όντα, το ασβέστιο δεν είναι λιγότερο σημαντικό. Για παράδειγμα, αν και πολλοί δεν έχουν σκελετό, ωστόσο, εξωτερικά μέσα ενίσχυσης τους είναι επίσης σχηματισμοί αυτού του μετάλλου. Ανάμεσα τους:
- οστρακόδερμο;
- μύδια και στρείδια?
- σφουγγάρια?
- πολύποδες κοραλλιών.
Όλοι τους φέρουν στην πλάτη τους ή, κατ 'αρχήν, σχηματίζουν στη διαδικασία της ζωής κάποιο είδος εξωτερικού σκελετού που τους προστατεύει από εξωτερικές επιρροές και αρπακτικά. Το κύριο συστατικό του είναι τα άλατα ασβεστίου.
Τα σπονδυλωτά ζώα, όπως και οι άνθρωποι, χρειάζονται αυτά τα ιόντα για φυσιολογική ανάπτυξη και ανάπτυξη και τα λαμβάνουν με την τροφή.
Υπάρχουν πολλές επιλογές με τις οποίες είναι δυνατό να αναπληρώσετε τον κανόνα που λείπει του στοιχείου στο σώμα. Το καλύτερο από όλα, φυσικά, φυσικές μέθοδοι - προϊόντα που περιέχουν το επιθυμητό άτομο. Ωστόσο, εάν για κάποιο λόγο αυτό είναι ανεπαρκές ή αδύνατο, η ιατρική διαδρομή είναι επίσης αποδεκτή.
Έτσι, η λίστα με τα τρόφιμα που περιέχουν ασβέστιο είναι κάπως έτσι:
- γαλακτοκομικά και ξινόγαλα·
- ψάρι;
- χόρτα;
- δημητριακά (φαγόπυρο, ρύζι, αρτοσκευάσματα από αλεύρι ολικής αλέσεως).
- μερικά εσπεριδοειδή (πορτοκάλια, μανταρίνια).
- όσπρια;
- όλους τους ξηρούς καρπούς (ειδικά τα αμύγδαλα και τα καρύδια).
Εάν είστε αλλεργικοί σε ορισμένα προϊόντα ή δεν μπορείτε να τα χρησιμοποιήσετε για άλλο λόγο, τότε τα σκευάσματα που περιέχουν ασβέστιο θα σας βοηθήσουν να αναπληρώσετε το επίπεδο του επιθυμητού στοιχείου στο σώμα.
Όλα είναι άλατα αυτού του μετάλλου, που έχουν την ιδιότητα να απορροφώνται εύκολα από τον οργανισμό, να απορροφώνται γρήγορα στο αίμα και τα έντερα. Μεταξύ αυτών, τα πιο δημοφιλή και χρησιμοποιημένα είναι τα ακόλουθα.
- Χλωριούχο ασβέστιο - ενέσιμο διάλυμα ή από του στόματος χορήγηση σε ενήλικες και παιδιά. Διαφέρει στη συγκέντρωση του αλατιού στη σύνθεση, χρησιμοποιείται για "καυτές ενέσεις", επειδή προκαλεί ακριβώς μια τέτοια αίσθηση όταν εγχέεται. Υπάρχουν μορφές με χυμό φρούτων για διευκόλυνση της κατάποσης.
- Διατίθεται ως δισκία (0,25 ή 0,5 g) και διαλύματα για ενδοφλέβια ένεση. Συχνά με τη μορφή δισκίων περιέχει διάφορα πρόσθετα φρούτων.
- Γαλακτικό ασβέστιο - διαθέσιμο σε ταμπλέτες των 0,5 g.
ΑΣΒΕΣΤΙΟ (Λατινικό Calcium), Ca, χημικό στοιχείο της ομάδας II της βραχείας μορφής (2η ομάδα της μακράς μορφής) του περιοδικού συστήματος. αναφέρεται σε μέταλλα αλκαλικών γαιών. ατομικός αριθμός 20; ατομική μάζα 40,078. Στη φύση, υπάρχουν 6 σταθερά ισότοπα: 40 Ca (96,941%), 42 Ca (0,647%), 43 Ca (0,135%), 44 Ca (2,086%), 46 Ca (0,004%), 48 Ca (0,187%) ; τεχνητά ληφθέντα ραδιοϊσότοπα με αριθμούς μάζας 34-54.
Αναφορά ιστορίας.Πολλές φυσικές ενώσεις ασβεστίου ήταν γνωστές στην αρχαιότητα και χρησιμοποιούνταν ευρέως στις κατασκευές (για παράδειγμα, γύψος, ασβέστης, μάρμαρο). Το μεταλλικό ασβέστιο απομονώθηκε για πρώτη φορά από τον G. Davy το 1808 κατά την ηλεκτρόλυση ενός μείγματος οξειδίων CaO και HgO και την επακόλουθη αποσύνθεση του προκύπτοντος αμαλγάματος ασβεστίου. Το όνομα προέρχεται από το λατινικό calx (γενικό calcis) - ασβέστης, μαλακή πέτρα.
Κατανομή στη φύση. Η περιεκτικότητα σε ασβέστιο στον φλοιό της γης είναι 3,38% κατά μάζα. Λόγω της υψηλής χημικής του δράσης, δεν εμφανίζεται σε ελεύθερη κατάσταση. Τα πιο κοινά ορυκτά είναι ο ανορθίτης Ca, ο ανυδρίτης CaSO 4, ο απατίτης Ca 5 (PO 4) 3 (F, Cl, OH), ο γύψος CaSO 4 2H 2 O, ο ασβεστίτης και ο αραγωνίτης CaCO 3, ο περοβσκίτης CaTiO 3, ο φθορίτης CaF 2, ο σχελίτης CaWO τέσσερα. Τα ορυκτά ασβεστίου αποτελούν μέρος ιζηματογενών (για παράδειγμα, ασβεστόλιθων), πυριγενών και μεταμορφωμένων πετρωμάτων. Οι ενώσεις ασβεστίου βρίσκονται σε ζωντανούς οργανισμούς: είναι τα κύρια συστατικά των οστικών ιστών των σπονδυλωτών (υδροξυαπατίτης, φθοραπατίτης), οι σκελετοί κοραλλιών, τα κελύφη μαλακίων (ανθρακικό ασβέστιο και φωσφορικά άλατα) κ.λπ. Η παρουσία ιόντων Ca 2+ καθορίζει τη σκληρότητα του νερού .
Ιδιότητες. Η διαμόρφωση του εξωτερικού κελύφους ηλεκτρονίων του ατόμου ασβεστίου είναι 4s 2 . στις ενώσεις εμφανίζει κατάσταση οξείδωσης +2, σπάνια +1. Ηλεκτραρνητικότητα Pauling 1,00, ατομική ακτίνα 180 pm, ακτίνα ιόντων Ca 2+ 114 pm (αριθμός συντονισμού 6). Το ασβέστιο είναι ένα ασημί-λευκό μαλακό μέταλλο. έως 443 °C, η τροποποίηση με ένα κυβικό κρυσταλλικό πλέγμα με επίκεντρο την όψη είναι σταθερή, πάνω από 443 °C - με κυβικό πλέγμα με κέντρο το σώμα. t pl 842°С, t kip 1484 °С, πυκνότητα 1550 kg/m3; θερμική αγωγιμότητα 125,6 W/(m K).
Το ασβέστιο είναι ένα μέταλλο υψηλής χημικής δραστηριότητας (αποθηκεύεται σε ερμητικά κλειστά δοχεία ή κάτω από ένα στρώμα ορυκτελαίου). Υπό κανονικές συνθήκες, αλληλεπιδρά εύκολα με το οξυγόνο (σχηματίζεται οξείδιο του ασβεστίου CaO), όταν θερμαίνεται - με υδρογόνο (υδρίδιο CaH 2), αλογόνα (αλογονίδια ασβεστίου), βόριο (βορίδιο CaB 6), άνθρακα (καρβίδιο του ασβεστίου CaC 2), πυρίτιο (πυριτικά Ca 2 Si, CaSi, CaSi 2, Ca 3 Si 4), άζωτο (νιτρίδιο Ca 3 N 2), φώσφορος (φωσφίδια Ca 3 P 2, CaP, CaP 5), χαλκογόνα (CaX chalcogenides, όπου X είναι S, Se, εκείνα). Το ασβέστιο αλληλεπιδρά με άλλα μέταλλα (Li, Cu, Ag, Au, Mg, Zn, Al, Pb, Sn κ.λπ.) σχηματίζοντας διαμεταλλικές ενώσεις. Το μεταλλικό ασβέστιο αντιδρά με το νερό για να σχηματίσει υδροξείδιο του ασβεστίου Ca(OH) 2 και H 2 . Αλληλεπιδρά έντονα με τα περισσότερα οξέα, σχηματίζοντας τα αντίστοιχα άλατα (για παράδειγμα, νιτρικό ασβέστιο, θειικό ασβέστιο, φωσφορικό ασβέστιο). Διαλύεται σε υγρή αμμωνία για να σχηματίσει ένα σκούρο μπλε διάλυμα με μεταλλική αγωγιμότητα. Όταν η αμμωνία εξατμίζεται, απελευθερώνεται αμμωνία από ένα τέτοιο διάλυμα. Σταδιακά, το ασβέστιο αντιδρά με την αμμωνία για να σχηματίσει το αμίδιο Ca(NH 2) 2 . Μορφές διάφορες σύνθετες ενώσεις, σύμπλοκα με πολυοδοντικούς συνδέτες που περιέχουν οξυγόνο, για παράδειγμα συμπλοκοποιήματα Ca, έχουν τη μεγαλύτερη σημασία.
Βιολογικός ρόλος. Το ασβέστιο αναφέρεται σε βιογενή στοιχεία. Η ημερήσια ανάγκη του ανθρώπου σε ασβέστιο είναι περίπου 1 γρ. Στους ζωντανούς οργανισμούς, τα ιόντα ασβεστίου συμμετέχουν στις διαδικασίες της μυϊκής συστολής και στη μετάδοση των νευρικών ερεθισμάτων.
Παραλαβή. Το μέταλλο ασβεστίου λαμβάνεται με ηλεκτρολυτικές και μεταλλοθερμικές μεθόδους. Η ηλεκτρολυτική μέθοδος βασίζεται στην ηλεκτρόλυση τετηγμένου χλωριούχου ασβεστίου με κάθοδο αφής ή υγρή κάθοδο χαλκού-ασβεστίου. Το ασβέστιο αποστάζεται από το προκύπτον κράμα χαλκού-ασβεστίου σε θερμοκρασία 1000-1080 °C και πίεση 13-20 kPa. Η μεταλλοθερμική μέθοδος βασίζεται στην αναγωγή του ασβεστίου από το οξείδιο του με αλουμίνιο ή πυρίτιο στους 1100-1200 °C. Αυτό παράγει αργιλικό ή πυριτικό ασβέστιο, καθώς και αέριο ασβέστιο, το οποίο στη συνέχεια συμπυκνώνεται. Παγκόσμια παραγωγή ενώσεων ασβεστίου και υλικών που περιέχουν ασβέστιο, περίπου 1 δισεκατομμύριο τόνοι/έτος (1998).
Εφαρμογή. Το ασβέστιο χρησιμοποιείται ως αναγωγικός παράγοντας στην παραγωγή πολλών μετάλλων (Rb, Cs, Zr, Hf, V κ.λπ.). Τα πυριτικά ασβεστίου, καθώς και τα κράματα ασβεστίου με νάτριο, ψευδάργυρο και άλλα μέταλλα, χρησιμοποιούνται ως αποοξειδωτές και αποθείωτες για ορισμένα κράματα και λάδι, για τον καθαρισμό αργού από οξυγόνο και άζωτο και ως απορροφητής αερίων σε συσκευές κενού. Το χλωριούχο CaCl 2 χρησιμοποιείται ως ξηραντικός παράγοντας στη χημική σύνθεση, ο γύψος χρησιμοποιείται στην ιατρική. Το πυριτικό ασβέστιο είναι τα κύρια συστατικά του τσιμέντου.
Λιτ.: Rodyakin VV Ασβέστιο, οι ενώσεις και τα κράματά του. Μ., 1967; Spitsyn V.I., Martynenko L.I. Ανόργανη χημεία. Μ., 1994. Μέρος 2; Ανόργανη Χημεία / Επιμέλεια Yu. D. Tretyakov. Μ., 2004. Τ. 2.
L. N. Komissarova, M. A. Ryumin.
ΟΡΙΣΜΟΣ
Ασβέστιο- το εικοστό στοιχείο του Περιοδικού πίνακα. Ονομασία - Ca από το λατινικό "calcium". Βρίσκεται στην τέταρτη περίοδο, ομάδα IIA. Αναφέρεται σε μέταλλα. Η βασική χρέωση είναι 20.
Το ασβέστιο είναι ένα από τα πιο άφθονα στοιχεία στη φύση. Περιέχει περίπου 3% (μάζα) στον φλοιό της γης. Εμφανίζεται ως πολυάριθμες αποθέσεις ασβεστόλιθου και κιμωλίας, καθώς και μαρμάρου, που είναι φυσικές ποικιλίες ανθρακικού ασβεστίου CaCO 3 . ΣΤΟ μεγάλες ποσότητεςυπάρχουν επίσης γύψος CaSO 4 × 2H 2 O, φωσφορίτης Ca 3 (PO 4) 2 και, τέλος, διάφορα πυριτικά που περιέχουν ασβέστιο.
Με τη μορφή απλής ουσίας, το ασβέστιο είναι ένα εύπλαστο, μάλλον σκληρό λευκό μέταλλο (Εικ. 1). Στον αέρα, καλύπτεται γρήγορα με ένα στρώμα οξειδίου και όταν θερμαίνεται, καίγεται με μια φωτεινή κοκκινωπή φλόγα. Το ασβέστιο αντιδρά σχετικά αργά με το κρύο νερό, αλλά γρήγορα εκτοπίζει το υδρογόνο από το ζεστό νερό, σχηματίζοντας υδροξείδιο.
Ρύζι. 1. Ασβέστιο. Εμφάνιση.
Ατομικό και μοριακό βάρος ασβεστίου
Η σχετική μοριακή μάζα μιας ουσίας (M r) είναι ένας αριθμός που δείχνει πόσες φορές η μάζα ενός δεδομένου μορίου είναι μεγαλύτερη από το 1/12 της μάζας ενός ατόμου άνθρακα και τη σχετική ατομική μάζα ενός στοιχείου (Ar r) είναι πόσες φορές η μέση μάζα των ατόμων ενός χημικού στοιχείου είναι μεγαλύτερη από το 1/12 της μάζας ενός ατόμου άνθρακα.
Δεδομένου ότι στην ελεύθερη κατάσταση το ασβέστιο υπάρχει με τη μορφή μονοατομικών μορίων Ca, οι τιμές της ατομικής και μοριακής του μάζας είναι ίδιες. Είναι ίσα με 40.078.
Ισότοπα ασβεστίου
Είναι γνωστό ότι στη φύση το ασβέστιο μπορεί να βρεθεί με τη μορφή τεσσάρων σταθερών ισοτόπων 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca και 48Ca, με σαφή υπεροχή του ισοτόπου 40Ca (99,97%). Οι μάζες τους είναι 40, 42, 43, 44, 46 και 48, αντίστοιχα. Ο πυρήνας του ατόμου του ισοτόπου ασβεστίου 40 Ca περιέχει είκοσι πρωτόνια και είκοσι νετρόνια και τα υπόλοιπα ισότοπα διαφέρουν από αυτόν μόνο στον αριθμό των νετρονίων.
Υπάρχουν τεχνητά ισότοπα ασβεστίου με μαζικούς αριθμούς από 34 έως 57, μεταξύ των οποίων το πιο σταθερό είναι το 41 Ca με χρόνο ημιζωής 102 χιλιάδες χρόνια.
Ιόντα ασβεστίου
Στο εξωτερικό επίπεδο ενέργειας του ατόμου ασβεστίου, υπάρχουν δύο ηλεκτρόνια που είναι σθένους:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 .
Ως αποτέλεσμα της χημικής αλληλεπίδρασης, το ασβέστιο εγκαταλείπει τα ηλεκτρόνια του σθένους, δηλ. είναι ο δότης τους και μετατρέπεται σε θετικά φορτισμένο ιόν:
Ca 0 -2e → Ca 2+.
Μόριο και άτομο ασβεστίου
Στην ελεύθερη κατάσταση, το ασβέστιο υπάρχει με τη μορφή μονατομικών μορίων Ca. Ακολουθούν ορισμένες ιδιότητες που χαρακτηρίζουν το άτομο και το μόριο ασβεστίου:
κράματα ασβεστίου
Το ασβέστιο χρησιμεύει ως συστατικό κράματος ορισμένων κραμάτων μολύβδου.
Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1
| Ασκηση | Γράψτε τις εξισώσεις αντίδρασης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να πραγματοποιηθούν οι ακόλουθοι μετασχηματισμοί: Ca → Ca(OH) 2 → CaCO 3 → Ca(HCO 3) 2. |
| Απάντηση | Διαλύοντας το ασβέστιο στο νερό, μπορείτε να πάρετε ένα θολό διάλυμα μιας ένωσης που είναι γνωστή ως "γάλα ασβέστη" - υδροξείδιο του ασβεστίου: Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2. διέρχεται από διάλυμα υδροξειδίου του ασβεστίου διοξείδιο του άνθρακαπαίρνουμε ανθρακικό ασβέστιο: 2Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O. Προσθέτοντας νερό στο ανθρακικό ασβέστιο και συνεχίζοντας να περνάμε διοξείδιο του άνθρακα μέσα από αυτό το μείγμα, παίρνουμε όξινο ανθρακικό ασβέστιο: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 → Ca(HCO 3) 2. |
Μαθαίνοντας να κατανοούμε τις αναλύσεις μας Elena V. Pogosyan
Ασβέστιο (Ca2+)
Ασβέστιο (Ca2+)
Το ασβέστιο (Ca2+) - το κύριο συστατικό του οστικού ιστού και των δοντιών, εμπλέκεται στην πήξη του αίματος, στη σύσπαση των μυών και στη δραστηριότητα ορισμένων ενδοκρινών αδένων. Η απορρόφηση και η απέκκριση του ασβεστίου ελέγχεται από ορμόνες και ενεργούς μεταβολίτες της βιταμίνης D.
Περίπου το 50% του ασβεστίου του πλάσματος είναι σε ιονισμένη μορφή, το 45% σχετίζεται με λευκωματίνη και περίπου το 5% με ιόντα συμπλοκοποίησης (φωσφορικό, κιτρικό). Το ιονισμένο ασβέστιο έχει την υψηλότερη φυσιολογική δραστηριότητα.
Κανονικά, η συγκέντρωση του ολικού ασβεστίου στον ορό (πλάσμα) του αίματος είναι 2,00-2,80 mmol / l, ιονισμένο - 1,10-1,40 mmol / l.
Αύξηση της συγκέντρωσης ασβεστίου στο αίμα (υπερασβεστιαιμία) παρατηρείται όταν:
# περίσσεια στη χορήγηση βιταμίνης d στο σώμα του παιδιού.
# αποσύνθεση των κυττάρων των ιστών κατά τη διάρκεια της μαλάκυνσης των οστών που προκαλείται από κακοήθεις όγκους.
# πρωτοπαθής υπερπαραθυρεοειδισμός;
# υπερθυρεοειδισμός;
# χρήση θεραπείας ορμονικής υποκατάστασης (HRT). υπερβολική δόση βιταμινών.
# χρόνια εντερίτιδα.
Η υπασβεστιαιμία εμφανίζεται όταν:
# Νεφρική Νόσος;
# Μειωμένη έκκριση παραθυρεοειδούς ορμόνης στο αίμα.
# μείωση της περιεκτικότητας σε λευκωματίνη στο πλάσμα.
# ανεπάρκεια βιταμίνης D.
# ραχίτιδα και σπασμοφιλία.
# δυσαπορρόφηση ασβεστίου στο έντερο.
# χρόνια νεφρική ανεπάρκεια;
# κίρρωση του ήπατος.
# υπερπλασία επινεφριδίων;
# υπό την επίδραση αντιεπιληπτικής θεραπείας.
Από το βιβλίο Θεραπευτική Διατροφή για τον Διαβήτη συγγραφέας Alla Viktorovna NesterovaΑσβέστιο (Ca) Αυτό το στοιχείο είναι ένα από τα κύρια δομικά στοιχεία του οστικού ιστού, ιδιαίτερα των δοντιών. Το ασβέστιο είναι σημαντικό για τη φυσιολογική λειτουργία του μυϊκού και του νευρικού συστήματος: σταθεροποιεί τη διεγερσιμότητα των ιστών που σχηματίζουν αυτά τα συστήματα. Παίζει μεγάλο ρόλοσε
Από το βιβλίο Yoga Therapy. Μια νέα προσέγγιση στην παραδοσιακή θεραπεία γιόγκα συγγραφέας Σουάμι ΣιβανάνταΑσβέστιο Το ασβέστιο εμπλέκεται στο σχηματισμό των οστών και των δοντιών, παίζει ουσιαστικό ρόλο στη ρύθμιση της καρδιακής δραστηριότητας και λειτουργίας. νευρικό σύστημα, είναι σημαντικό συστατικό του μητρικού γάλακτος. Εξαρτάται από τη φυσιολογική περιεκτικότητα του σώματος σε ασβέστιο
Από το βιβλίο Βιταμίνες και Μέταλλα στην Καθημερινή Ανθρώπινη Διατροφή συγγραφέας Γκενάντι Πέτροβιτς ΜαλάχοφΑσβέστιο Μεταξύ των στοιχείων που συνθέτουν το σώμα μας, το ασβέστιο κατέχει την πέμπτη θέση μετά τον άνθρακα, το οξυγόνο, το υδρογόνο και το άζωτο.Το ασβέστιο είναι μέρος του σκελετού, των δοντιών, των νυχιών, των μαλλιών. Το σώμα περιέχει κανονικά περίπου 1200 g ασβεστίου, το 99% αυτής της ποσότητας
Από το βιβλίο Χρυσό Μουστάκι και Κυτταρίτιδα συγγραφέας Βίκτορ Σεργκέεβιτς ΑλεξέεφΑσβέστιο Το μεγαλύτερο ποσοστό όλων των χημικών στοιχείων που περιέχονται στο χρυσό μουστάκι πέφτει στο ασβέστιο, το οποίο είναι πολύ σημαντικό για τη φυσιολογική ανάπτυξη και ανάπτυξη του ανθρώπινου σώματος στο σύνολό του. Το ασβέστιο βρίσκεται κυρίως στα οστά και στα δόντια. Επιπλέον, το δικό του
Από το βιβλίο Your Home Doctor. Αποκρυπτογράφηση αναλύσεων χωρίς συμβουλή γιατρού συγγραφέας D. V. NesterovΑσβέστιο Το ασβέστιο είναι ένα από τα πιο σημαντικά μακροθρεπτικά συστατικά του ανθρώπινου σώματος. Συμμετέχει σε πολλά ζωτικής σημασίας σημαντικές διαδικασίες, περιλαμβάνεται στη δομή του οστικού ιστού Η περιεκτικότητα σε ασβέστιο στα μαλλιά και τα νύχια δεν σχετίζεται άμεσα με το επίπεδο κατανάλωσης αυτού του στοιχείου και κυμαίνεται σε
Από το βιβλίο Μαθαίνοντας να καταλαβαίνουμε τις αναλύσεις σας συγγραφέας Elena V. PoghosyanΑσβέστιο (Ca2+) Το ασβέστιο (Ca2+) είναι το κύριο συστατικό του οστικού ιστού και των δοντιών· εμπλέκεται στην πήξη του αίματος, στη σύσπαση των μυών και στη δραστηριότητα ορισμένων ενδοκρινών αδένων. Η απορρόφηση και η απέκκριση του ασβεστίου ελέγχεται από ορμόνες και ενεργούς μεταβολίτες της βιταμίνης D. Περίπου το 50% του ασβεστίου στο πλάσμα
Από το βιβλίο Για να κρατήσουμε τις αρθρώσεις υγιείς συγγραφέας Λυδία Σεργκέεβνα ΛιουμπίμοβαΑσβέστιο Το ασβέστιο είναι ένα απαραίτητο μακροθρεπτικό συστατικό στο σώμα. Παρά το γεγονός ότι η κύρια ποσότητα ασβεστίου βρίσκεται στον οστικό ιστό, το ασβέστιο εκτελεί επίσης πολλές άλλες λειτουργίες που σχετίζονται στενά με τον αθλητισμό και τη φυσική κατάσταση: ενεργοποιεί
Από το βιβλίο Orthotrophy: The Basics κατάλληλη διατροφήκαι θεραπευτική νηστεία συγγραφέας Χέρμπερτ ΜακΓκόλφιν ΣέλτονΑσβέστιο Τα θηλυκά ελάφια καταβροχθίζουν συχνά τα πεσμένα κέρατα των αρσενικών. Στο βιβλίο του για τα κόκκινα ελάφια, ο Δρ ΜακΦέρσον γράφει: «Σχετικά τεράστιος αριθμόςκόκαλα που τρώγονται από ελάφια, αναφέρει η αναφορά του κ. Williamson στον Δρ. Harvey-Brown: σε λίγους μήνες, ελάφια στις Εβρίδες
Από το βιβλίο Living Vitamins συγγραφέας Άννα Βλαντιμίροβνα ΜπογκντάνοβαΑΣΒΕΣΤΙΟ Η συνολική ποσότητα ασβεστίου στο σώμα είναι περίπου το 2% του σωματικού βάρους και το 99% του βρίσκεται στον ιστό των οστών, την οδοντίνη και το σμάλτο των δοντιών. Επομένως, είναι φυσικό το ασβέστιο να παίζει σημαντικό ρόλο στον σχηματισμό των οστών, ειδικά στα παιδιά.Το ασβέστιο εμπλέκεται σε όλη τη ζωή
Από το βιβλίο Διατροφή συγγραφέας Σβετλάνα Βασίλιεβνα ΜπαράνοβαΑσβέστιο Το σώμα περιέχει 1200 g ασβεστίου. Το 99% αυτής της ποσότητας συγκεντρώνεται στα οστά. Εισέρχεται στην καρδιά 7 φορές περισσότερο από άλλα όργανα Φυσιολογική λειτουργία: το ασβέστιο δίνει δύναμη στον σκελετό, τα δόντια, τους μύες. Στο σώμα, αποτελεί τα 3/4 όλων των ορυκτών
Από το βιβλίο Healing Aloe συγγραφέαςΑσβέστιο Το ασβέστιο στο σώμα είναι 1,1-1,2 kg ανά μέσο βάρος ενός υγιούς άνδρα και 900 g ανά μέσο βάρος μιας υγιούς γυναίκας. Σχεδόν όλο το ασβέστιο βρίσκεται στα δόντια και τα οστά, με εξαίρεση το 1%, το οποίο βρίσκεται στο αίμα, τη λέμφο και τα κύτταρα.Η πιο διάσημη λειτουργία του ασβεστίου είναι
Από το βιβλίο Υγιείς συνήθειες. Δίαιτα Δρ Ionova συγγραφέας Lidia IonovaΑσβέστιο Αυτό είναι ένα από τα πιο γνωστά μέταλλα που χρειάζεται ένα άτομο σε καθημερινή βάση. Η κύρια λειτουργία του είναι να σχηματίζει και να δομεί τον οστικό ιστό. Ένας άλλος βασικός ρόλος του ασβεστίου, ιδιαίτερα σημαντικός για άτομα που ασχολούνται ενεργά με τον αθλητισμό, είναι να παρέχει
Από το βιβλίο Healing Jerusalem αγκινάρα συγγραφέας Νικολάι Ιλλάριονοβιτς ΝτανίκοφΑσβέστιο Αυτό το στοιχείο είναι σημαντικό να θυμάστε όταν αναφερόμαστε σε «αυθόρμητα κατάγματα οστών». «Αυθόρμητο» σημαίνει αυθόρμητο, δηλαδή που προκύπτει χωρίς προφανή λόγο. Οι «αόρατες» αιτίες αυτού του φαινομένου περιλαμβάνουν συχνότερα την οστεοπόρωση στους ηλικιωμένους ή τις μεταστάσεις
Από το βιβλίο 700 ερωτήσεις για τις βλαβερές και φαρμακευτικές τροφές και 699 ειλικρινείς απαντήσεις σε αυτές συγγραφέας Alla Viktorovna MarkovaΑσβέστιο Ανεπάρκεια ασβεστίου. Η ανεπάρκεια ασβεστίου στο αίμα είναι η αιτία τέτοιων σοβαρών ασθενειών όπως η οστεοπόρωση και στα παιδιά - η ραχίτιδα. Η έλλειψη ασβεστίου στο σώμα οδηγεί σε παραβίαση πολλών φυσιολογικών λειτουργιών, με αποτέλεσμα τη μείωση της ψυχικής και σωματικής
Από το βιβλίο 100 συνταγές για πιάτα πλούσια σε ιχνοστοιχεία. Νόστιμο, υγιεινό, ειλικρινές, θεραπευτικό συγγραφέας Irina Vecherskaya Από το βιβλίο Τζίντζερ. Ένας θησαυρός υγείας και μακροζωίας συγγραφέας Νικολάι Ιλλάριονοβιτς ΝτανίκοφΑσβέστιο Το ασβέστιο στο σώμα είναι 1,1–1,2 kg ανά μέσο βάρος ενός υγιούς άνδρα και 900 g ανά μέσο βάρος μιας υγιούς γυναίκας. Σχεδόν όλο το ασβέστιο βρίσκεται στα δόντια και τα οστά, με εξαίρεση το 1%, που βρίσκεται στο αίμα, τη λέμφο και τα κύτταρα (!).Η πιο διάσημη λειτουργία του ασβεστίου είναι
Εισαγωγή
Ιδιότητες και χρήσεις του ασβεστίου
1 Φυσικές ιδιότητες
3 Εφαρμογή
Λήψη ασβεστίου
1 Ηλεκτρολυτική παραγωγή ασβεστίου και των κραμάτων του
2 Θερμική προετοιμασία
3 Θερμική μέθοδος κενού για τη λήψη ασβεστίου
3.1 Αλουμινοθερμική μέθοδος αναγωγής ασβεστίου
3.2 Πυριτιοθερμική μέθοδος αναγωγής ασβεστίου
Πρακτικό μέρος
Βιβλιογραφία
Εισαγωγή
Χημικό στοιχείοομάδα II του περιοδικού συστήματος Mendeleev, ατομικός αριθμός 20, ατομική μάζα 40,08. ασημί-λευκό ελαφρύ μέταλλο. Ένα φυσικό στοιχείο είναι ένα μείγμα έξι σταθερών ισοτόπων: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca και 48Ca, από τα οποία τα 40 είναι τα πιο συνηθισμένα Ca (96,97%).
Οι ενώσεις ασβεστίου - ασβεστόλιθος, μάρμαρο, γύψος (καθώς και ασβέστης - προϊόν καύσης ασβεστόλιθου) χρησιμοποιούνται στην κατασκευή από την αρχαιότητα. Μέχρι τα τέλη του 18ου αιώνα, οι χημικοί θεωρούσαν τον ασβέστη απλή ουσία. Το 1789, ο A. Lavoisier πρότεινε ότι ο ασβέστης, η μαγνησία, ο βαρίτης, η αλουμίνα και το πυρίτιο είναι σύνθετες ουσίες. Το 1808, ο G. Davy, υποβάλλοντας ένα μείγμα υγρού σβησμένου ασβέστη με οξείδιο υδραργύρου σε ηλεκτρόλυση με μια κάθοδο υδραργύρου, ετοίμασε ένα άμαλγαμα Ca και αφού έβγαλε τον υδράργυρο από αυτό, έλαβε ένα μέταλλο που ονομάζεται "Calcium" (από το λατινικό calx , γένος περίπτωση calcis - lime) .
Η ικανότητα του ασβεστίου να δεσμεύει οξυγόνο και άζωτο κατέστησε δυνατή τη χρήση του για τον καθαρισμό αδρανών αερίων και ως λήπτη (ο ληκτής είναι μια ουσία που χρησιμεύει για την απορρόφηση αερίων και τη δημιουργία βαθύ κενού σε ηλεκτρονικές συσκευές.) σε ραδιοεξοπλισμό κενού.
Το ασβέστιο χρησιμοποιείται επίσης στη μεταλλουργία του χαλκού, του νικελίου, των ειδικών χάλυβων και των μπρούντζων. σχετίζονται με επιβλαβείς ακαθαρσίες θείου, φωσφόρου, περίσσειας άνθρακα. Για τους ίδιους σκοπούς, χρησιμοποιούνται κράματα ασβεστίου με πυρίτιο, λίθιο, νάτριο, βόριο και αλουμίνιο.
Στη βιομηχανία, το ασβέστιο λαμβάνεται με δύο τρόπους:
) Με θέρμανση ενός μπρικετοποιημένου μίγματος σκόνης CaO και Al στους 1200 ° C σε κενό 0,01 - 0,02 mm. rt. Τέχνη.; απελευθερώνεται από την αντίδραση:
CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca
Οι ατμοί ασβεστίου συμπυκνώνονται σε μια ψυχρή επιφάνεια.
) Με ηλεκτρόλυση τήγματος CaCl2 και KCl με υγρή κάθοδο χαλκού-ασβεστίου, παρασκευάζεται ένα κράμα Cu - Ca (65% Ca), από το οποίο το ασβέστιο αποστάζεται σε θερμοκρασία 950 - 1000 ° C σε κενό από 0,1 - 0,001 mm Hg.
) Έχει επίσης αναπτυχθεί μια μέθοδος για τη λήψη ασβεστίου με θερμική διάσταση του καρβιδίου του ασβεστίου CaC2.
Το ασβέστιο είναι πολύ κοινό στη φύση με τη μορφή διαφόρων ενώσεων. Στον φλοιό της γης, καταλαμβάνει την πέμπτη θέση, αντιπροσωπεύοντας το 3,25%, και απαντάται συχνότερα με τη μορφή ασβεστόλιθου CaCO 3, δολομίτης CaCO 3MgCO 3, γύψος CaSO 42Η 2Ο, φωσφορίτης Ca 3(ΤΑΧΥΔΡΟΜΕΙΟ 4)2 και φθοριούχος CaF 2, χωρίς να υπολογίζεται σημαντική αναλογία ασβεστίου στη σύνθεση των πυριτικών πετρωμάτων. Το θαλασσινό νερό περιέχει κατά μέσο όρο 0,04% (κ.β.) ασβέστιο.
Στην παρούσα εργασία μελετώνται οι ιδιότητες και η εφαρμογή του ασβεστίου, καθώς και η θεωρία και η τεχνολογία των μεθόδων κενού-θερμικής παραγωγής του.
. Ιδιότητες και χρήσεις του ασβεστίου
.1 Φυσικές ιδιότητες
Το ασβέστιο είναι ένα ασημί λευκό μέταλλο, αλλά αμαυρώνεται στον αέρα λόγω του σχηματισμού ενός οξειδίου στην επιφάνειά του. Είναι όλκιμο μέταλλο πιο σκληρό από τον μόλυβδο. Κρυσταλλική κυψέλη ?-από Ca (σταθερό σε κανονική θερμοκρασία) προσωποκεντρικό κυβικό, a = 5,56 Å . Ατομική ακτίνα 1,97 Å , ιοντική ακτίνα Ca 2+, 1,04Å . Πυκνότητα 1,54 g/cm 3(20°C). Πάνω από 464 °C σταθερό εξαγωνικό ?-η μορφή. σ.τ. 851°C, σ.σ. 1482°C. συντελεστής θερμοκρασίας γραμμικής διαστολής 22 10 -6 (0-300°C); θερμική αγωγιμότητα στους 20 °C 125,6 W/(m K) ή 0,3 cal/(cm s °C). ειδική θερμοχωρητικότητα (0-100 °C) 623,9 j/(kg K) ή 0,149 cal/(g °C). ηλεκτρική ειδική αντίσταση στους 20 °C 4,6 10 -8ohm m ή 4,6 10 -6 ohm cm; συντελεστής θερμοκρασίας ηλεκτρικής αντίστασης 4,57 10-3 (20 °C). Μέτρο ελαστικότητας 26 Gn/m 2(2600 kgf/mm 2); αντοχή σε εφελκυσμό 60 MN/m 2(6 kgf/mm 2); ελαστικό όριο 4 MN/m 2(0,4 kgf/mm 2), αντοχή διαρροής 38 MN/m 2(3,8 kgf/mm 2); επιμήκυνση 50%; Σκληρότητα Brinell 200-300 MN/m 2(20-30 kgf/mm 2). Το ασβέστιο επαρκώς υψηλής καθαρότητας είναι πλαστικό, καλά συμπιεσμένο, έλασης και μπορεί να υποστεί μηχανική επεξεργασία.
1.2 Χημικές ιδιότητες
Το ασβέστιο είναι ένα ενεργό μέταλλο. Έτσι, υπό κανονικές συνθήκες, αλληλεπιδρά εύκολα με το ατμοσφαιρικό οξυγόνο και τα αλογόνα:
Ca + O 2= 2 CaO (οξείδιο του ασβεστίου) (1)
Ca + Br 2= CaBr 2(βρωμιούχο ασβέστιο). (2)
Με υδρογόνο, άζωτο, θείο, φώσφορο, άνθρακα και άλλα αμέταλλα, το ασβέστιο αντιδρά όταν θερμαίνεται:
Ca + H 2= CanN 2(υδρίδιο ασβεστίου) (3)
Ca + N 2= Ca 3Ν 2(νιτρίδιο ασβεστίου) (4)
Ca + S = CaS (θειούχο ασβέστιο) (5)
Ca + 2 P \u003d Ca 3R 2(φωσφίδιο ασβεστίου) (6)
Ca + 2 C \u003d CaC 2 (καρβίδιο ασβεστίου) (7)
Το ασβέστιο αλληλεπιδρά αργά με το κρύο νερό και πολύ έντονα με το ζεστό νερό, δίνοντας μια ισχυρή βάση Ca (OH) 2 :
Ca + 2 H 2O \u003d Ca (OH) 2 + Η 2 (8)
Ως ενεργητικός αναγωγικός παράγοντας, το ασβέστιο μπορεί να αφαιρέσει οξυγόνο ή αλογόνα από οξείδια και αλογονίδια λιγότερο ενεργών μετάλλων, δηλαδή έχει αναγωγικές ιδιότητες:
Ca + Nb 2Ο5 = CaO + 2 Nb; (9)
Ca + 2 NbCl 5= 5 CaCl2 + 2 Nb (10)
Το ασβέστιο αντιδρά έντονα με οξέα με την απελευθέρωση υδρογόνου, αντιδρά με αλογόνα, με ξηρό υδρογόνο για να σχηματίσει υδρίδιο CaH 2. Όταν το ασβέστιο θερμαίνεται με γραφίτη, σχηματίζεται καρβίδιο CaC 2. Το ασβέστιο λαμβάνεται με ηλεκτρόλυση τετηγμένου CaCl 2ή αλουμινοθερμική μείωση στο κενό:
6СаО + 2Al = 3Ca + 3CaO Al2 Ο 3 (11)
Το καθαρό μέταλλο χρησιμοποιείται για την αναγωγή των ενώσεων Cs, Rb, Cr, V, Zr, Th, U σε μέταλλα, για την αποξείδωση του χάλυβα.
1.3 Εφαρμογή
Το ασβέστιο βρίσκει ολοένα και αυξανόμενη χρήση σε διάφορες βιομηχανίες. ΣΤΟ πρόσφατους χρόνουςαπέκτησε μεγάλης σημασίαςως αναγωγικό παράγοντα στην παραγωγή ορισμένων μετάλλων.
Καθαρό μέταλλο. Το ουράνιο λαμβάνεται με αναγωγή του φθοριούχου ουρανίου με μέταλλο ασβεστίου. Τα οξείδια του τιτανίου, καθώς και τα οξείδια του ζιρκονίου, του θορίου, του τανταλίου, του νιοβίου και άλλων σπάνιων μετάλλων μπορούν να αναχθούν με ασβέστιο ή τα υδρίδια του.
Το ασβέστιο είναι καλός αποοξειδωτικός και απαερωτής για την παραγωγή χαλκού, νικελίου, κραμάτων χρωμίου-νικελίου, ειδικών χάλυβων, νικελίου και κασσίτερου μπρούντζων. Αφαιρεί θείο, φώσφορο, άνθρακα από μέταλλα και κράματα.
Το ασβέστιο σχηματίζει πυρίμαχες ενώσεις με το βισμούθιο, επομένως χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό του μολύβδου από το βισμούθιο.
Το ασβέστιο προστίθεται σε διάφορα ελαφρά κράματα. Συμβάλλει στη βελτίωση της επιφάνειας των πλινθωμάτων, στη λεπτότητα και στη μείωση της οξειδωσιμότητας.
Τα κράματα που περιέχουν ασβέστιο χρησιμοποιούνται ευρέως. Κράματα μολύβδου (0,04% Ca) μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή περιβλημάτων καλωδίων.
Τα αντιτριβικά κράματα ασβεστίου με μόλυβδο χρησιμοποιούνται στη μηχανική. Τα μέταλλα ασβεστίου χρησιμοποιούνται ευρέως. Έτσι, ο ασβεστόλιθος χρησιμοποιείται στην παραγωγή ασβέστη, τσιμέντου, πυριτικών τούβλων και απευθείας ως δομικό υλικό, στη μεταλλουργία (flux), στη χημική βιομηχανία για την παραγωγή καρβιδίου του ασβεστίου, σόδας, καυστικής σόδας, χλωρίνης, λιπασμάτων, παραγωγή ζάχαρης, γυαλιού.
Πρακτική αξίαέχουν κιμωλία, μάρμαρο, ισλανδικό σπάρ, γύψο, φθορίτη κ.λπ. Λόγω της ικανότητας δέσμευσης οξυγόνου και αζώτου, το ασβέστιο ή τα κράματα ασβεστίου με νάτριο και άλλα μέταλλα χρησιμοποιούνται για τον καθαρισμό ευγενών αερίων και ως συλλέκτης σε ραδιοεξοπλισμό κενού. Το ασβέστιο χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή υδριδίου, το οποίο είναι πηγή υδρογόνου στο χωράφι.
2. Λήψη ασβεστίου
Υπάρχουν διάφοροι τρόποι λήψης ασβεστίου, αυτοί είναι ηλεκτρολυτικοί, θερμικοί, θερμικοί κενού.
.1 Ηλεκτρολυτική παραγωγή ασβεστίου και κραμάτων του
Η ουσία της μεθόδου έγκειται στο γεγονός ότι η κάθοδος αγγίζει αρχικά τον τηγμένο ηλεκτρολύτη. Στο σημείο επαφής σχηματίζεται μια υγρή σταγόνα μετάλλου που βρέχει την κάθοδο, η οποία όταν η κάθοδος ανυψωθεί αργά και ομοιόμορφα, αφαιρείται από το τήγμα μαζί της και στερεοποιείται. Σε αυτή την περίπτωση, η σταγόνα στερεοποίησης καλύπτεται με ένα στερεό φιλμ ηλεκτρολύτη, το οποίο προστατεύει το μέταλλο από την οξείδωση και τη νιτρίωση. Ανυψώνοντας συνεχώς και προσεκτικά την κάθοδο, το ασβέστιο τραβιέται στις ράβδους.
2.2 Θερμική προετοιμασία
ασβεστίου χημική ηλεκτρολυτική θερμική
· Διαδικασία χλωρίου: η τεχνολογία αποτελείται από τήξη και αφυδάτωση χλωριούχου ασβεστίου, τήξη μολύβδου, λήψη διπλού κράματος μολύβδου - νατρίου, λήψη τριαδικού κράματος μολύβδου - νατρίου - ασβεστίου και αραίωση του τριμερούς κράματος με μόλυβδο μετά την αφαίρεση των αλάτων. Η αντίδραση με το χλωριούχο ασβέστιο προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση
CaCl 2 + Να 2Pb 5=2NaCl + PbCa + 2Pb (12)
· Διαδικασία καρβιδίου: η βάση για τη λήψη ενός κράματος μολύβδου-ασβεστίου είναι η αντίδραση μεταξύ καρβιδίου ασβεστίου και τετηγμένου μολύβδου σύμφωνα με την εξίσωση
CaC 2+ 3Pb = Pb3 Ca+2C. (13)
2.3 Θερμική μέθοδος κενού για τη λήψη ασβεστίου
Πρώτη ύλη για θερμική διεργασία κενού
Η πρώτη ύλη για τη θερμική αναγωγή του οξειδίου του ασβεστίου είναι ο ασβέστης που λαμβάνεται με ψήσιμο ασβεστόλιθου. Οι βασικές απαιτήσεις για τις πρώτες ύλες είναι οι εξής: ο ασβέστης πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο καθαρός και να περιέχει ελάχιστες ακαθαρσίες που μπορούν να αναχθούν και να μετατραπούν σε μέταλλο μαζί με ασβέστιο, ιδιαίτερα αλκαλικά μέταλλα και μαγνήσιο. Η φρύξη του ασβεστόλιθου πρέπει να πραγματοποιείται έως ότου αποσυντεθεί πλήρως το ανθρακικό άλας, αλλά όχι πριν από την πυροσυσσωμάτωση, καθώς η αναγωγιμότητα του συντηγμένου υλικού είναι μικρότερη. Το καμένο προϊόν πρέπει να προστατεύεται από την απορρόφηση υγρασίας και διοξειδίου του άνθρακα, η απελευθέρωση των οποίων κατά την ανάκτηση μειώνει την απόδοση της διαδικασίας. Η τεχνολογία της καύσης του ασβεστόλιθου και της επεξεργασίας του καμένου προϊόντος είναι παρόμοια με την επεξεργασία του δολομίτη για την πυριτοθερμική μέθοδο λήψης μαγνησίου.
.3.1 Αλουμινοθερμική μέθοδος αναγωγής ασβεστίου
Το διάγραμμα της εξάρτησης από τη θερμοκρασία της μεταβολής της ελεύθερης ενέργειας οξείδωσης ενός αριθμού μετάλλων (Εικ. 1) δείχνει ότι το οξείδιο του ασβεστίου είναι ένα από τα πιο ανθεκτικά και δύσκολα αναγόμενα οξείδια. Δεν μπορεί να αναχθεί από άλλα μέταλλα με τον συνήθη τρόπο - σε σχετικά χαμηλή θερμοκρασία και ατμοσφαιρική πίεση. Αντίθετα, το ίδιο το ασβέστιο είναι εξαιρετικός αναγωγικός παράγοντας για άλλες δύσκολα αναγωγικές ενώσεις και αποοξειδωτικός παράγοντας για πολλά μέταλλα και κράματα. Η αναγωγή του οξειδίου του ασβεστίου με άνθρακα είναι γενικά αδύνατη λόγω του σχηματισμού καρβιδίων του ασβεστίου. Ωστόσο, λόγω του γεγονότος ότι το ασβέστιο έχει σχετικά υψηλή τάση ατμών, το οξείδιο του μπορεί να αναχθεί στο κενό με αλουμίνιο, πυρίτιο ή τα κράματά τους ανάλογα με την αντίδραση
CaO + Εγώ; Ca + MeO (14).
Μέχρι στιγμής, μόνο η αλουμινοθερμική μέθοδος λήψης ασβεστίου έχει βρει πρακτική εφαρμογή, αφού είναι πολύ πιο εύκολο να μειωθεί το CaO με αλουμίνιο παρά με πυρίτιο. Υπάρχουν διαφορετικές απόψεις σχετικά με τη χημεία της αναγωγής του οξειδίου του ασβεστίου με το αλουμίνιο. Οι L. Pidgeon και I. Atkinson πιστεύουν ότι η αντίδραση προχωρά με το σχηματισμό μονοαργιλικού ασβεστίου:
CaO + 2Al = CaO Al 2Ο3 + 3 Ca. (δεκαπέντε)
Οι V. A. Pazukhin και A. Ya. Fisher υποδεικνύουν ότι η διαδικασία προχωρά με το σχηματισμό αργιλικού τριασβεστίου:
CaO + 2Al = 3CaO Al 2Ο 3+ 3 Ca. (16)
Σύμφωνα με τον A. I. Voynitsky, ο σχηματισμός τριαργιλικού πεντακιίου κυριαρχεί στην αντίδραση:
CaO + 6Al = 5CaO 3Al 2Ο3 + 9 Ca. (17)
Τελευταία έρευνα, A. Yu. Taits και AI Voynitsky διαπίστωσαν ότι η αλουμινοθερμική μείωση του ασβεστίου προχωρά σταδιακά. Αρχικά, η απελευθέρωση ασβεστίου συνοδεύεται από το σχηματισμό 3CaO AI 2Ο 3, το οποίο στη συνέχεια αντιδρά με οξείδιο του ασβεστίου και αλουμίνιο για να σχηματίσει 3CaO 3AI 2Ο 3. Η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα:
CaO + 6Al = 2 (3CaO Al 2Ο 3)+ 2CaO + 2Al + 6Ca
(3CaO Αλ 2Ο 3) + 2CaO + 2Al = 5CaO 3Al 2Ο 3+ 3 σ
CaO + 6A1 \u003d 5CaO 3Al 2Ο 3+ 9 Ca
Δεδομένου ότι η αναγωγή του οξειδίου συμβαίνει με την απελευθέρωση ατμού ασβεστίου και τα υπόλοιπα προϊόντα της αντίδρασης βρίσκονται σε συμπυκνωμένη κατάσταση, είναι δυνατός ο εύκολος διαχωρισμός και συμπύκνωση του στα ψυχόμενα τμήματα του κλιβάνου. Οι βασικές προϋποθέσεις που είναι απαραίτητες για τη θερμική αναγωγή του οξειδίου του ασβεστίου είναι η υψηλή θερμοκρασία και η χαμηλή υπολειμματική πίεση στο σύστημα. Η σχέση μεταξύ της θερμοκρασίας και της τάσης ατμών ισορροπίας του ασβεστίου δίνεται παρακάτω. Η ελεύθερη ενέργεια της αντίδρασης (17), υπολογισμένη για θερμοκρασίες 1124-1728°K, εκφράζεται ως
φά Τ \u003d 184820 + 6,95T-12,1 T lg T.
Εξ ου και η λογαριθμική εξάρτηση της ελαστικότητας ισορροπίας των ατμών ασβεστίου (mm Hg)
Lg p \u003d 3,59 - 4430 \ T.
Οι L. Pidgeon και I. Atkinson προσδιόρισαν πειραματικά την πίεση ατμών ισορροπίας του ασβεστίου. Μια λεπτομερής θερμοδυναμική ανάλυση της αντίδρασης αναγωγής του οξειδίου του ασβεστίου με το αλουμίνιο διεξήχθη από τον I. I. Matveenko, ο οποίος έδωσε τις ακόλουθες εξαρτήσεις θερμοκρασίας της πίεσης ισορροπίας των ατμών ασβεστίου:
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.
Τα υπολογισμένα και τα πειραματικά δεδομένα συγκρίνονται στον Πίνακα. ένας.
Πίνακας 1 - Η επίδραση της θερμοκρασίας στη μεταβολή της ελαστικότητας ισορροπίας των ατμών ασβεστίου στα συστήματα (1), (2), (3), (3), mm Hg.
Θερμοκρασία °С Πειραματικά δεδομένα Υπολογισμένα σε συστήματα(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
Μπορεί να φανεί από τα δεδομένα που παρουσιάζονται ότι οι αλληλεπιδράσεις στα συστήματα (2) και (3) ή (3") είναι υπό τις πιο ευνοϊκές συνθήκες. Αυτό είναι σύμφωνο με τις παρατηρήσεις, καθώς το τριαργιλικό πεντασβέστιο και το αργιλικό τριασβέστιο κυριαρχούν στα υπολείμματα του φορτίου μετά την αναγωγή του οξειδίου του ασβεστίου με αλουμίνιο.
Τα δεδομένα ελαστικότητας ισορροπίας δείχνουν ότι η αναγωγή του οξειδίου του ασβεστίου με το αλουμίνιο είναι δυνατή σε θερμοκρασία 1100–1150 ° C. Για να επιτευχθεί πρακτικά αποδεκτός ρυθμός αντίδρασης, η υπολειπόμενη πίεση στο σύστημα ανάπτυξης πρέπει να είναι κάτω από την ισορροπία P ισοδυναμεί , δηλ. η ανισότητα Р ισοδυναμεί >Σελ ost και η διαδικασία πρέπει να εκτελείται σε θερμοκρασίες της τάξης των 1200°. Μελέτες έχουν δείξει ότι σε θερμοκρασία 1200-1250 ° επιτυγχάνεται υψηλή χρησιμοποίηση (έως 70-75%) και χαμηλή ειδική κατανάλωση αλουμινίου (περίπου 0,6-0,65 kg ανά kg ασβεστίου).
Σύμφωνα με την παραπάνω ερμηνεία της χημείας της διαδικασίας, η βέλτιστη σύνθεση είναι το μείγμα που έχει σχεδιαστεί για το σχηματισμό 5CaO 3Al στο υπόλειμμα 2Ο 3. Για να αυξηθεί ο βαθμός χρήσης του αλουμινίου, είναι χρήσιμο να δοθεί μια ορισμένη περίσσεια οξειδίου του ασβεστίου, αλλά όχι πολύ (10-20%), διαφορετικά αυτό θα επηρεάσει αρνητικά άλλους δείκτες διαδικασίας. Με αύξηση του βαθμού λείανσης αλουμινίου από σωματίδια 0,8-0,2 mm σε μείον 0,07 mm (σύμφωνα με τους V. A. Pazukhin και A. Ya. Fisher), η χρήση αλουμινίου στην αντίδραση αυξάνεται από 63,7 σε 78%.
Η χρήση του αλουμινίου επηρεάζεται επίσης από τον τρόπο μπρικετοποίησης φορτίου. Ένα μείγμα ασβέστη και σκόνης αλουμινίου πρέπει να μπρικετοποιείται χωρίς συνδετικά (για να αποφευχθεί η εξάτμιση αερίων στο κενό) σε πίεση 150 kg/cm 2. Σε χαμηλότερες πιέσεις, η χρήση αλουμινίου μειώνεται λόγω του διαχωρισμού του τηγμένου αλουμινίου σε υπερβολικά πορώδεις μπρικέτες και σε υψηλότερες πιέσεις, λόγω κακής διαπερατότητας αερίων. Η πληρότητα και η ταχύτητα ανάκτησης εξαρτώνται επίσης από την πυκνότητα συσκευασίας των μπρικετών στον αποστακτήρα. Κατά την τοποθέτησή τους χωρίς κενά, όταν η διαπερατότητα αερίων ολόκληρης της φόρτισης είναι χαμηλή, η χρήση αλουμινίου μειώνεται σημαντικά.
Σχήμα 2 - Σχέδιο λήψης ασβεστίου με θερμική μέθοδο κενού.
Τεχνολογία αλουμινοθερμικής μεθόδου
Το τεχνολογικό σχήμα για την παραγωγή ασβεστίου με την αλουμινοθερμική μέθοδο φαίνεται στο σχ. 2. Ως πρώτη ύλη χρησιμοποιείται ο ασβεστόλιθος και ως αναγωγικός παράγοντας χρησιμοποιείται σκόνη αλουμινίου που παρασκευάζεται από πρωτογενές (καλύτερο) ή δευτερογενές αλουμίνιο. Το αλουμίνιο που χρησιμοποιείται ως αναγωγικός παράγοντας, καθώς και οι πρώτες ύλες, δεν πρέπει να περιέχει ακαθαρσίες από εύκολα πτητικά μέταλλα: μαγνήσιο, ψευδάργυρο, αλκάλια κ.λπ., ικανά να εξατμιστούν και να μετατραπούν σε συμπύκνωμα. Αυτό πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την επιλογή ποιοτήτων ανακυκλωμένου αλουμινίου.
Σύμφωνα με την περιγραφή των S. Loomis και P. Staub, στις ΗΠΑ στο εργοστάσιο New England Lime Co. στο Canaan (Connecticut), το ασβέστιο λαμβάνεται με την αλουμινοθερμική μέθοδο. Χρησιμοποιείται ασβέστης της ακόλουθης τυπικής σύνθεσης, %: 97,5 CaO, 0,65 MgO, 0,7 SiO 2, 0,6 Fe 2Oz + AlOz, 0,09 Na 2Ο+Κ 2Α, 0,5 τα υπόλοιπα. Το φρυγμένο προϊόν αλέθεται σε μύλο Raymond με φυγοκεντρικό διαχωριστή, η λεπτότητα άλεσης είναι (60%) μείον 200 mesh. Ως αναγωγικός παράγοντας χρησιμοποιείται σκόνη αλουμινίου, η οποία είναι απόβλητο στην παραγωγή σκόνης αλουμινίου. Η καμένη ασβέστης από κλειστές χοάνες και το αλουμίνιο από τα τύμπανα τροφοδοτούνται στη ζυγαριά δοσομέτρησης και μετά στο μίξερ. Μετά την ανάμειξη, το μείγμα μπρικετοποιείται με στεγνό τρόπο. Στην αναφερόμενη μονάδα, το ασβέστιο μειώνεται σε κλιβάνους αποστακτήρα, οι οποίοι προηγουμένως χρησιμοποιούνταν για τη λήψη μαγνησίου με την πυριτοθερμική μέθοδο (Εικ. 3). Οι φούρνοι θερμαίνονται με αέριο γεννήτριας. Κάθε κλίβανος έχει 20 οριζόντιους αποστακτήρες από πυρίμαχο χάλυβα που περιέχει 28% Cr και 15% Ni.
Εικόνα 3 - Κλίβανος αποστακτήρα για παραγωγή ασβεστίου
Μήκος αποστακτήρα 3 m, διάμετρος 254 mm, πάχος τοιχώματος 28 mm. Η μείωση εμφανίζεται στο θερμαινόμενο τμήμα του αποστακτήρα και η συμπύκνωση εμφανίζεται στο ψυχρό άκρο που προεξέχει από την ομιλία. Οι μπρικέτες εισάγονται στον θάλαμο υποδοχής σε χάρτινες σακούλες, στη συνέχεια εισάγονται οι συμπυκνωτές και ο θάλαμος κλείνει. Ο αέρας αντλείται από μηχανικές αντλίες κενού στην αρχή του κύκλου. Στη συνέχεια συνδέονται οι αντλίες διάχυσης και η υπολειπόμενη πίεση μειώνεται στα 20 μικρά.
Οι αποστακτήρες θερμαίνονται έως και 1200°. Μετά από 12 ώρες. μετά τη φόρτωση ανοίγουν και ξεφορτώνονται οι αποστακτήρες. Το ασβέστιο που προκύπτει έχει τη μορφή ενός κοίλου κυλίνδρου πυκνής μάζας μεγάλων κρυστάλλων που εναποτίθενται στην επιφάνεια ενός χαλύβδινου χιτωνίου. Η κύρια πρόσμειξη στο ασβέστιο είναι το μαγνήσιο, το οποίο μειώνεται αρχικά και συγκεντρώνεται κυρίως στο στρώμα δίπλα στο χιτώνιο. Η μέση περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες είναι: 0,5-1% Mg, περίπου 0,2% Al, 0,005-0,02% Mn, έως 0,02% N, άλλες ακαθαρσίες - Cu, Pb, Zn, Ni, Si, Fe - βρίσκονται στην περιοχή από 0,005-0,04%. Οι A. Yu. Taits και A. I. Voinitsky χρησιμοποίησαν έναν ημι-εργοστασιακό ηλεκτρικό κλίβανο κενού με θερμαντήρες άνθρακα για να λάβουν ασβέστιο με την αλουμινοθερμική μέθοδο και πέτυχαν βαθμό χρησιμοποίησης αλουμινίου 60%, ειδική κατανάλωση αλουμινίου 0,78 kg, ειδική κατανάλωση φόρτισης 4,35 κιλά, αντίστοιχα, και ειδική κατανάλωση ρεύματος 14 kWh ανά 1 κιλό μετάλλου.
Το μέταλλο που προέκυψε, με εξαίρεση την ακαθαρσία μαγνησίου, διακρίθηκε από σχετικά υψηλή καθαρότητα. Κατά μέσο όρο, η περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες σε αυτό ήταν: 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 Μέθοδος πυριτιοθερμικής αναγωγής ασβέστιο
Η σιλικοθερμική μέθοδος είναι πολύ δελεαστική. ο αναγωγικός παράγοντας είναι σιδηροπυρίτιο, το αντιδραστήριο είναι πολύ φθηνότερο από το αλουμίνιο. Ωστόσο, η πυριτοθερμική διαδικασία είναι πιο δύσκολη στην εφαρμογή της από την αλουμινόθερμη. Η αναγωγή του οξειδίου του ασβεστίου από το πυρίτιο προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση
CaO + Si = 2CaO SiO2 + 2Ca. (δεκαοχτώ)
Η ελαστικότητα ισορροπίας των ατμών ασβεστίου, που υπολογίζεται από τις τιμές της ελεύθερης ενέργειας, είναι:
°С1300140015001600Р, mm Hg st0.080.150.752.05
Επομένως, σε κενό της τάξης των 0,01 mm Hg. Τέχνη. η μείωση του οξειδίου του ασβεστίου είναι θερμοδυναμικά δυνατή σε θερμοκρασία 1300°. Στην πράξη, για να εξασφαλιστεί μια αποδεκτή ταχύτητα, η διαδικασία θα πρέπει να διεξάγεται σε θερμοκρασία 1400-1500°.
Η αντίδραση αναγωγής του οξειδίου του ασβεστίου με το πυριτιοαλουμίνιο προχωρά κάπως ευκολότερα, στην οποία τόσο το αλουμίνιο όσο και το πυρίτιο του κράματος χρησιμεύουν ως αναγωγικοί παράγοντες. Έχει διαπιστωθεί πειραματικά ότι η αναγωγή με αλουμίνιο κυριαρχεί στην αρχή. Επιπλέον, η αντίδραση προχωρά με τον τελικό σχηματισμό του bCaO 3Al 2Oz σύμφωνα με το σχήμα που περιγράφηκε παραπάνω (Εικ. 1). Η μείωση του πυριτίου γίνεται σημαντική σε υψηλότερες θερμοκρασίες όταν το μεγαλύτερο μέρος του αλουμινίου έχει αντιδράσει. η αντίδραση προχωρά με το σχηματισμό 2CaO SiO 2. Συνοπτικά, η αντίδραση αναγωγής του οξειδίου του ασβεστίου με το πυριτικό αλουμίνιο εκφράζεται με την ακόλουθη εξίσωση:
mSi + n Al + (4m +2 ?) CaO \u003d m (2CaO SiO 2) + ?n(5CaO Al 2Ο3 ) + (2m +1, 5n) Ca.
Έρευνα των A. Yu. Taits και A. I. Voinitsky διαπίστωσε ότι το οξείδιο του ασβεστίου μειώνεται κατά 75% σιδηροπυρίτιο με απόδοση μετάλλου 50-75% σε θερμοκρασία 1400-1450 ° σε κενό 0,01-0,03 mm Hg. Τέχνη.; Το πυριτικό αλουμίνιο που περιέχει 60-30% Si και 32-58% Al (το υπόλοιπο είναι σίδηρος, τιτάνιο κ.λπ.) μειώνει το οξείδιο του ασβεστίου με απόδοση μετάλλου περίπου 70% σε θερμοκρασίες 1350-1400 ° σε κενό 0,01-0,05 mm Hg . Τέχνη. Πειράματα σε ημι-εργοστασιακή κλίμακα απέδειξαν τη θεμελιώδη δυνατότητα λήψης ασβεστίου σε ασβέστη με σιδηροπυρίτιο και πυριτιοαργίλιο. Η κύρια δυσκολία υλικού είναι η επιλογή μιας επένδυσης που να είναι ανθεκτική σε αυτή τη διαδικασία.
Κατά την επίλυση αυτού του προβλήματος, η μέθοδος μπορεί να εφαρμοστεί στη βιομηχανία. Αποσύνθεση καρβιδίου ασβεστίου Παραγωγή μεταλλικού ασβεστίου με αποσύνθεση καρβιδίου ασβεστίου
CaC2 = Ca + 2C
πρέπει να θεωρηθεί ως πολλά υποσχόμενη. Σε αυτή την περίπτωση, ο γραφίτης λαμβάνεται ως το δεύτερο προϊόν. Οι W. Mauderly, E. Moser και W. Treadwell υπολόγισαν την ελεύθερη ενέργεια του σχηματισμού καρβιδίου του ασβεστίου από θερμοχημικά δεδομένα και έλαβαν την ακόλουθη έκφραση για την τάση ατμών του ασβεστίου έναντι του καθαρού καρβιδίου του ασβεστίου:
περ \u003d 1,35 - 4505 \ T (1124 - 1712 ° K),
lgp περ \u003d 6,62 - 13523 \ T (1712-2000 ° K).
Προφανώς, το καρβίδιο του ασβεστίου του εμπορίου αποσυντίθεται σε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες από ό,τι προκύπτει από αυτές τις εκφράσεις. Οι ίδιοι συγγραφείς αναφέρουν θερμική αποσύνθεση του καρβιδίου του ασβεστίου σε συμπαγή κομμάτια στους 1600-1800°C σε κενό 1 mm Hg. Τέχνη. Η απόδοση του γραφίτη ήταν 94%, το ασβέστιο ελήφθη με τη μορφή πυκνής επικάλυψης στο ψυγείο. A. S. Mikulinsky, F. S. Morii, R. Sh. Shklyar για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων του γραφίτη που λαμβάνεται με την αποσύνθεση του καρβιδίου του ασβεστίου, ο τελευταίος θερμάνθηκε σε κενό 0,3-1 mm Hg. Τέχνη. σε θερμοκρασία 1630-1750°. Ο γραφίτης που προκύπτει διαφέρει από τον γραφίτη του Acheson σε μεγαλύτερους κόκκους, υψηλότερη ηλεκτρική αγωγιμότητα και χαμηλότερη πυκνότητα όγκου.
3. Πρακτικό μέρος
Η ημερήσια εκροή μαγνησίου από τον ηλεκτρολύτη για ρεύμα 100 kA ήταν 960 kg όταν το λουτρό τροφοδοτήθηκε με χλωριούχο μαγνήσιο. Η τάση στο γελωτοποιό στοιχείου είναι 0,6 V. Προσδιορίστε:
)Έξοδος ρεύματος στην κάθοδο.
)Η ποσότητα χλωρίου που λαμβάνεται ανά ημέρα, με την προϋπόθεση ότι η έξοδος ρεύματος στην άνοδο είναι ίση με την έξοδο ρεύματος στον κωδικό.
)Καθημερινή πλήρωση MgCl 2στον ηλεκτρολύτη, με την προϋπόθεση ότι η απώλεια MgCl 2 εμφανίζονται κυρίως με λάσπη και εξάχνωση. Ποσότητα λάσπης 0,1 ανά 1 τόνο Mg που περιέχει MgCl 2 σε εξάχνωση 50%. Η ποσότητα εξάχνωσης είναι 0,05 τόνοι ανά 1 τόνο Mg. Η σύνθεση του χυμένου χλωριούχου μαγνησίου, %: 92 MgCl2 και 8 NaCl.
.Προσδιορίστε την έξοδο ρεύματος στην κάθοδο:
Μ και τα λοιπά =Ι ?κ mg · ?
?=m και τα λοιπά \ΕΓΩ ?κ mg \u003d 960000\100000 0,454 24 \u003d 0,881 ή 88,1%
.Προσδιορίστε την ποσότητα Cl που λαμβάνεται ανά ημέρα:
x \u003d 960000g \ 24 g \ mol \u003d 40000 mol
Μετατροπή σε όγκο:
х=126785,7 m3
3.α) Βρίσκουμε καθαρό MgCl 2, για την παραγωγή 960 kg Mg.
x \u003d 95 960 \ 24,3 \u003d 3753 kg \u003d 37,53 τόνοι.
β) απώλειες με λάσπη. Από τη σύνθεση ηλεκτρολύτη μαγνησίου, %: 20-35 MgO, 2-5 Mg, 2-6 Fe, 2-4 SiO 2, 0,8-2 TiO 20,4-1,0 C, 35 MgCl2 .
kg - 1000 kg
Μ shl \u003d 960 kg - μάζα λάσπης ανά ημέρα.
Ανά ημέρα 96 kg λάσπης: 96 0,35 (MgCl2 με λάσπη).
γ) απώλειες με εξάχνωση:
kg - 1000 kg
kg εξαχνώματα: 48 0,5 = 24 kg MgCl 2 με εξάχνωση.
Το μόνο που χρειάζεστε για να συμπληρώσετε Mg:
33,6+24=3810,6 kg MgCl2 ανά μέρα
Βιβλιογραφία
Βασικές αρχές Μεταλλουργίας III
<#"justify">μεταλλουργία Al και Mg. Vetyukov M.M., Tsyplokov A.M.
Φροντιστήριο
Χρειάζεστε βοήθεια για να μάθετε ένα θέμα;
Οι ειδικοί μας θα συμβουλεύσουν ή θα παρέχουν υπηρεσίες διδασκαλίας σε θέματα που σας ενδιαφέρουν.
Υποβάλλω αίτησηυποδεικνύοντας το θέμα αυτή τη στιγμή για να ενημερωθείτε σχετικά με τη δυνατότητα λήψης μιας διαβούλευσης.
