Кальций

Конфигурация внешней электронной оболочки атома кальция 4s² ; в соединениях проявляет степень окисления +2, редко +1; электроотрицательность по Полингу 1,00; атомный радиус 180 пм, радиус иона Ca²⁺ 114 пм (координационное число 6). Кальций – серебристо-белый мягкий металл; до 443 °C устойчива модификация с кубической гранецентрированной кристаллической решёткой, выше 443 °C – с кубической объёмноцентрированной решёткой; t_пл 842 °C, t_кип 1484 °C, плотность 1550 кг/м³ (при 20 °C); теплопроводность 125,6 Вт/(м·К).

Кальций – металл высокой химической активности (хранят в герметически закрытых сосудах или под слоем минерального масла). При нормальных условиях легко взаимодействует с кислородом (образуется кальция оксид CaO), при нагревании – с водородом (гидрид CaH₂ ), бором (борид CaB₆ ), углеродом (карбид кальция CaC₂ ), кремнием (силициды Ca₂ Si, CaSi, CaSi₂ , Ca₃ Si₄ ), азотом (нитрид Ca₃ N₂ ), фосфором (фосфиды Ca₃ P₂ , CaP, CaP₅ ), халькогенами (халькогениды состава CaX, где X – S, Se, Te). Интенсивно реагирует с галогенами с образованием галогенидов. Кальций взаимодействует с другими металлами (Li, Cu, Ag, Au, Mg, Zn, Al, Pb, Sn и др.) с образованием интерметаллидов. Металлический кальций взаимодействует с водой с образованием гидроксида кальция Ca(OH)₂ и H₂ . Энергично взаимодействует с большинством кислот, образуя соответствующие соли (например, нитрат кальция, сульфат кальция, фосфаты кальция). Растворяется в жидком аммиаке с образованием тёмно-синего раствора с металлической проводимостью. При испарении аммиака из такого раствора выделяется аммиакат [Ca(NH₃ )₆ ]. Постепенно кальций взаимодействует с аммиaком с образованием амида Ca(NH₂ )₂ . Образует различные комплексные соединения, наибольшее значение имеют комплексы с кислородсодержащими полидентатными лигандами, например комплексонаты Ca.

Кальций относится к биогенным элементам. Суточная потребность человека в кальции – около 1 г. В живых организмах ионы кальция участвуют в процессах сокращения мышц, передачи нервных импульсов.

Металлический кальций получают электролитическим и металлотермическим способами. Электролитический способ основан на электролизе расплавленного хлорида кальция с катодом касания или жидким медно-кальциевым катодом. Из образующегося медно-кальциевого сплава отгоняют кальций при температуре 1000–1080 °C и давлении 13–20 кПа. Металлотермический способ основан на восстановлении кальция из его оксида алюминием или кремнием при 1100–1200 °C. При этом образуется алюминат или силикат кальция, а также газообразный кальций, который затем конденсируют. Мировое производство соединений кальция и материалов, содержащих кальций, около 1 млрд т/год (1998).

Кальций применяют в качестве восстановителя при получении многих металлов (Rb, Cs, Zr, Hf, V и др.). Силициды кальция, а также сплавы кальция с натрием, цинком и другими металлами используют в качестве раскислителей и десульфураторов некоторых сплавов и нефти, для очистки аргона от кислорода и азота, в электровакуумных приборах в качестве поглотителя газов. Хлорид CaCl₂ используют в качестве осушителя в химическом синтезе, гипс применяют в медицине. Cиликаты кальция являются основными компонентами цемента.