Teorija

Kalcijs
period_tab_Ca.PNG
Kalcijs dabā un tā iegūšana
Pēc ķīmisko elementu izplatības Zemes garozā kalcijs ieņem 5. vietu. Savas ķīmiskās aktivitātes dēļ kalcijs dabā brīvā veidā nav sastopams, taču kalciju saturošie minerāli ir plaši izplatīti. Okeānu ūdeņi satur aptuveni 0,04 % kalcija.
Izplatītākie kalciju saturošie minerāli ir kalcīts CaCO3, ģipsis jeb ģipšakmensCaSO42H2O, anhidrītsCaSO4, fluorītsCaF2 (kušņu špats).
Izplatītākie kalciju saturošie ieži ir kaļķakmens, krīts un marmors, kuru sastāvā ir vairāk nekā 90 % kalcija. Marmors ir kalcīta un dolomīta pārkristalizējusies forma. Rūpnieciska nozīme ir fosforītiem un apatītiem, kas satur kalcija fosfātu. Kalcija silikāti un alumosilikāti atrodas kalnu iežos.
Latvijā lielākās kaļķakmens nogulas ir Liepājas, Saldus, Nīgrandes un Auces apkārtnē. Latvijā ir lielākie ģipšakmens krājumi Baltijā. Salaspils un Sauriešu apkaimē to kopējā masa ir aptuveni 22 miljoni tonnu.
 
Kalcija savienojumi sastopami gandrīz visos dabā esošajos ūdeņos, tie ir galvenais ūdens cietības cēlonis. Kalcija savienojumi atrodas gandrīz visos augu un dzīvnieku audos. Cilvēka un dzīvnieku organismā ir 1,4 - 2 % kalcija, galvenokārt skeletā kalcija fosfāta un kalcija karbonāta sastāvā.
 
Rūpniecībā kalciju iegūst, reducējot kalcija oksīdu ar alumīniju vakuumā 1200°C temperatūrā vai elektrizējot izkausētu kalcija hlorīda un kālija hlorīda maisījumu.
Kalcija īpašības un izmantošana
Vienkāršas vielas veidā kalcijs ir sudrabbalts metāls, kas cietāks par sārmu metāliem, bet mīkstāks par beriliju un magniju.
Kalcijs pieder pie ķīmiski aktīviem metāliem, tāpēc to uzglabā petrolejā vai hermētiski noslēgtās metāla kārbās, jo, saskaroties ar gaisu, tas oksidējas un sairst.
Kalcijs reaģē ar visiem nemetāliem, bet ar metāliem tas veido cietus šķīdumus un intermetāliskos savienojumus, kas ietilpst sakausējumu sastāvā.
Kalcijs reaģē ar daudzām saliktām vielām, arī ar ūdeni.
Please install Adobe Flash player to see the video.
Ca+2H2OCa(OH)2+H2
Kalciju izmanto par reducētāju reto un grūti kūstošo metālu, piemēram, torija, berilija, tantala, cirkonija, vanādija, hroma, cēzija, rubīdija, urāna iegūšanai no to oksīdiem vai halogenīdiem.
Kalciju lieto par leģējošu piedevu svina un citos sakausējumos.
Kalciju izmanto skābekļa un sēra izdalīšanai no tērauda un citiem sakausējumiem, gāzu palieku absorbēšanai vakuumiekārtās, šķidro organisko vielu atūdeņošanai.
Kalcija savienojumi
Kalcija oksīdsCaO (dedzinātie kaļķi, nedzēstie kaļķi) ir balta pulverveida viela ar augstu kušanas temperatūru (2580°C). Rūpniecībā to iegūst speciālās krāsnīs (kaļķu cepļos), apdedzinot kaļķakmeni (1000°C). Šī iemesla dēļ kalcija oksīdu sauc par dedzinātajiem kaļķiem. Tos izmanto celtniecībā kaļķu javas pagatavošanai.
Apdedzinot dolomītu, iegūst dedzinātos dolomītkaļķus CaOMgO:
CaCO3MgCO3t0CaOMgO+2CO2
Kalcija oksīdu izmanto stikla un ugunsizturīgu materiālu ražošanā, kalcija karbīda CaC2 iegūšanai, kā arī par palīgmateriālu tērauda, sodas un cukura ražošanā. Visvairāk kalcija oksīda izmanto kalcija hidroksīda jeb dzēsto kaļķu iegūšanai, nedzēstos kaļķus CaO aplejot ar ūdeni. Šo procesu, kas saistīts ar lielu siltuma izdalīšanos, sauc par kaļķu dzēšanu, tāpēc tehnikā kalcija hidroksīdu sauc par dzēstajiem kaļķiem.
  
Kalcija hidroksīds Ca(OH)2 (dzēstie kaļķi) pieder pie stiprajām bāzēm, taču tā šķīdība istabas temperatūras ūdenī ir tikai 0,16 g/ 100g ūdens. Kalcija hidroksīda šķīdumu ūdenī sauc par kaļķūdeni. To izmanto oglekļa dioksīda pierādīšanai. Kaļķūdens ātri kļūst duļķains pat gaisā, jo tas absorbē oglekļa (IV) oksīdu un veido nešķīstošu kalcija karbonātu CaCO3. Ja kaļķūdenī oglekļa dioksīdu ievada pārākumā, tad kalcija karbonāta nogulšņu daudzums samazinās vai tās pilnībā izzūd, jo veidojas ūdenī šķīstošs sāls - kalcija hidrogēnkarbonāts Ca(HCO)32:
Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2OCa(OH)2+2CO2Ca(HCO3)2
Tehnikā lieto kalcija hidroksīda uzduļķojumu ūdenī, ko sauc par kaļķu pienu. To izmanto cukurrūpniecībā, hlorkaļķu iegūšanai un minerālmēslojuma - kalcija nitrāta ražošanai.
Visvairāk kalcija hidroksīda izmanto celtniecībā kaļķu javas veidā. Kaļķu java ir dzēsto kaļķu, smilšu un ūdens maisījums, ko lieto apmetumiem, kā arī ķieģeļu sienu mūrēšanai. Kaļķu java sacietē un žūst samērā lēni, vienlaikus notiekot šādiem procesiem:
Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2OCa(OH)2+SiO2CaSiO3+H2O
Dzēstie kaļķi saista atmosfēras oglekļa dioksīdu, kā arī reaģē ar silīcija dioksīdu, kas ietilpst smilšu sastāvā. Nedaudz kalcija hidroksīda kristalizējas.
  
Kalcija karbonāts CaCO3 ir viens no izplatītākajiem savienojumiem zemes dzīlēs. Tīrs kalcija karbonāts ir bezkrāsaina, ūdenī nešķīstoša, kristāliska viela, kurai ir divi alotropiskie veidi - kalcīts un aragonīts. Kalcīts dabā veidojas, kalcija karbonātam kristalizējoties no dabīgiem ūdeņiem ar karbonātu cietību. Kalcija karbonāts visvairāk izplatīts kaļķakmens, saldūdens kaļķiežu, marmora un krīta veidā.
Kaļķakmeni izmanto būvmateriālu rūpniecībā, celtniecībā, augsnes kaļķošanā.
Marmoru lieto celtniecībā un tēlniecībā, jo tas ir izturīgs, viegli slīpējams un pulējams materiāls.
Krītu izmanto celtniecībā telpu balsināšanai, no tā gatavo rakstāmo krītu un zobu pastu. Krīts ir izejviela porcelāna un cementa ražošanā, pildviela gumijas un papīra ražošanā.
Nogulas, kas satur kalcija karbonātu, veido dabā esošo ūdeņu pārejošo cietību.
  
Kalcija karbīdu CaC2 izmanto acetilēna iegūšanai, ko savukārt lieto metālu metināšanā un griešanā. Kalcija karbīdu iegūst elektriskajās krāsnīs, karsējot kalcija oksīda un koksa maisījumu:
CaO+3Ct0CaC2+CO
Iedarbojoties ar ūdeni uz kalcija karbīdu, iegūst acetilēnu:
CaC2+2H2OCa(OH)2+C2H2
Kalcija sulfātsCaSO4 tīrā veidā ir bezkrāsaina, kristāliska viela, kas slikti šķīst ūdenī. Dabā tas sastopams samērā reti - minerāla  anhidrīta veidā. Kalcija sulfāts veido divus kristālhidrātus - CaSO42H2O, ko sauc par ģipsi jeb dihidrātu un CaSO40,5H2O - pushidrātu.
Dabā izplatīts kalcija sulfāta dihidrāts, kas veido ģipšakmens jeb ģipša iežus. Ģipšakmeni dabā sastop galvenokārt šķiedrainā, rupjkristāliskā un kārtainā ģipša veidā. Kārtainajā ģipsī mijas šķiedrainā un rupjkristāliskā ģipša slāņi, kas pēc pulēšanas veido dekoratīvus rakstus. Jelgavas un Rundāles pilīs ģipšakmens izmantots kā dekoratīvs apdares materiāls iekštelpām.
Visvairāk ģipšakmens izmanto celtniecības ģipša ražošanai. Speciālās krāsnīs ģipšakmeni apdedzina 140...190°C temperatūrā. Noris daļējs dehidratācijas process:
CaSO42H2Ot0CaSO40,5H2O+1,5H2O
Izkarsēto masu samaļ un iegūst pelēku vai baltu pulverveida vielu - dedzināto ģipsi, kas satur kalcija sulfāta pushidrātu CaSO40,5H2O. Ja dedzināto ģipsi sajauc ar ūdeni noteiktā masu attiecībā, iegūst ģipša javu, kas ātri sacietē un nedaudz izplešas, jo noris pretējs process - dedzinātā ģipša hidratācija:
CaSO40,5H2O+1,5H2OCaSO42H2O
Dedzināto ģipsi lieto ģipša lējumu iegūšanai tēlniecībā, arhitektūrā un medicīnā.
Ja ģipšakmeni karsē temperatūrā, kas augstāka par 200°C, tad iegūst kalcija sulfātu CaSO4, ko tehnikā sauc par bezūdens ģipsi jeb anhidrītu:
CaSO42H2Ot0CaSO4+2H2O
 
Kalcija ortofosfātuCa3(PO4)2 un kalcija hidrogēnortofosfātus Ca(H2PO4)2, CaHPO4, kā arī kalcija nitrātuCa(NO3)2 izmanto par minerālmēslojumu.
 
Kalcija fluorīds CaF2 (dabā minerāls fluorīts) ir bezkrāsaina kristāliska viela, kas ūdenī nešķīst. To izmanto fluorūdeņraža un citu fluora savienojumu iegūšanai, kā arī par kušņiem metalurģijā. Kalcija fluorīda kristālus lieto optikā.
 
Kalcija hlorīds CaCl2 ir bezkrāsaina, ļoti higroskopiska viela, kas labi šķīst ūdenī un veido vairākus kristālhidrātus:
CaCl2H2O,CaCl22H2O,CaCl24H2O,CaCl26H2O.
Bezūdens kalcija hlorīdu izmanto par ūdensatņēmēju vielu gāzu un šķidrumu žāvēšanas procesā. 10 % kalcija hlorīda šķīdumu ūdenī izmanto injekcijām medicīnā.
 
Kalcija hidrīdsCaH2 ir bezkrāsaina, kristāliska viela, kas aktīvi reaģē ar ūdeni, izdalot relatīvi daudz ūdeņraža, tāpēc šo savienojumu izmanto ūdeņraža iegūšanai:
CaH2+3H2OCa(OH)2+2H2
Kalcija hidrīds ir spēcīgs reducētājs, tāpēc to lieto dažu grūti kūstošu metālu iegūšanai:
ZrO2+CaH2t0Ca(OH)2+Zr
 
Kalcija joni nepieciešami organismu dzīvības procesos. Kalcija joni regulē normālu šūnu darbību, tiem ir liela nozīme sirds muskulatūras un nervu audu darbībā. Kalcija joni veicina asins sarecēšanu, kaulu lūzumu un ievainojumu sadzīšanu, pastiprina organisma pretestību infekcijai, novērš dažādas kaulu slimības, piemēram, rahītu. Elementa kalcija diennakts deva cilvēkam ir 0,8...1,5 grami.
Kalcija katjonu pazīšanai izmanto bezkrāsas gāzes liesmu - tā krāsojas ķieģeļsarkana.
Ca_liesma.PNG
 
Atsauce:
Bergmanis U. Neorganiskā ķīmija vidusskolām, "Lielvārds",1996, 58 - 64.