Propriedades de cálcio, estrutura, obtenção, usa

Ele cálcio É um metal alcalino que pertence ao grupo 2 da tabela periódica (SR. Scholambara). Este metal ocupa o quinto lugar em abundância entre os elementos presentes na crosta terrestre; Atrás de ferro e alumínio. É representado com o símbolo químico da CA, e seu número atômico é 20.

O cálcio representa 3,64% da crosta terrestre e é o metal mais abundante do corpo humano, representando 2% de seu peso. Ele não é de natureza livre; Mas faz parte de numerosos minerais e compostos químicos.

Cálcio de metal de alta pureza armazenado em óleo mineral para protegê -lo de oxigênio e umidade. Fonte: 2 × 910 [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)]

Por exemplo, está localizado no Mineral Calcita, que por sua vez faz parte do calcário. O carbonato de cálcio está presente na terra, como mármore, dolomita, casca de ovo, coral, pérolas, estalactites, estalagmitas, bem como nas conchas de muitos animais marinhos ou caracóis.

Além disso, o cálcio faz parte de outros minerais, como gesso, anidrita, fluorita e apatita. Não é de surpreender que seja sinônimo de ossos em nível cultural.

Quando o cálcio é exposto ao ar, um revestimento amarelado é coberto, produto de uma mistura de óxido, niturrr e hidróxido de cálcio. No entanto, recém-cortado, a superfície é lustrosa, prata-branca. É macio com uma dureza na escala de 1,75 Mohs.

O cálcio desempenha inúmeras funções nos seres vivos, entre eles faz parte de compostos que determinam a estrutura e o funcionamento do sistema ósseo; intervém na cachoeira de coagulação ativando vários fatores de coagulação, identifique como fator IV.

Além disso, o cálcio intervém na contração muscular, permitindo a união de proteínas contráteis (actina e miosina); e facilita a liberação de alguns neurotransmissores, incluindo acetilcolina.

Quimicamente quase sempre participa de seus compostos orgânicos ou inorgânicos, como a câmera divalente²⁺. É um dos cátions com o maior número de coordenação, ou seja, pode interagir com várias moléculas ou íons ao mesmo tempo.

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História

Na antiguidade

Compostos de cálcio como cal (cao) ou gesso (caso₄) foram usados ​​por milênios pelo homem, ignorando sua estrutura química. Lime como material de construção e gesso para a elaboração de esculturas foram usados ​​7.000 anos a.C.

Na Mesopotâmia, foi encontrado um forno de limão que foi usado 2.500 a.C. Em um período próximo, o gesso foi usado durante a construção da Grande Pirâmide de Gizé.

Identificação e isolamento

Joseph Black (1755) explicou que o cal é mais leve que o calcário (carbonato de cálcio) que dá origem a ele. Isso ocorre porque perde dióxido de carbono durante o aquecimento.

Antoine Lavoiser (1787) concluiu que a cal deveria ser um óxido de um elemento químico desconhecido.

Sir Humphrey Davy (1808) Precisamente no ano em que descobriu Boro, fez o mesmo com cálcio usando a técnica de eletrólise, usada por Jakar Berzelius e Magnus Martin.

Davy isolou cálcio e magnésio usando o mesmo projeto experimental.  Eu misturei óxido de cálcio com óxido de mercúrio (II) em uma placa de platina, usada como ânodo (+), enquanto o cátodo (-) era um fio de platina parcialmente submerso em mercúrio.

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A eletrólise produziu um amálgama de cálcio e mercúrio. Para purificar cálcio, o amálgama foi submetido a uma destilação. No entanto, nenhum cálcio puro foi obtido.

Propriedades

Descrição física

Metal branco-prateado, mude para branco acinzentado quando exposto ao ar. No ar úmido adquire uma névoa cinza azulada. Poeira sólida ou seca. Estrutura cristalina centrada no rosto.

Peso atômico

40.078 g/mol.

Ponto de fusão

842 ºC.

Ponto de ebulição

1.484 ºC.

Densidade

-1,55 g/cm³ à temperatura ambiente.

-1.378 g/cm³ No estado líquido no ponto de fusão.

Calor de fusão

8,54 kJ/mol.

Calor de vaporização

154,7 kJ/mol.

Capacidade calórica molar

25.929 J/(mol · k).

Capacidade calórica específica

0,63 J/G · K

Eletro-negatividade

1.0 na escala Pauling

Energia de ionização

-Primeira ionização 589,8 kJ/mol

-Segunda ionização 1.145 kJ/mol

-Terceira ionização 4.912 KJ/mol

-Quarta ionização 6.490,57 kJ/mol e há mais 4 energias de ionização.

Rádio atômico

196 pm

Rádio covalente

176 ± 22:00

Expansão térmica

22,3 µm/m · k a 20 ° C.

Condutância térmica

201 w/m · k

Resistividade elétrica

336 Nω · m a 20 ºC.

Dureza

1,75 na escala MOHS.

Isótopos

O cálcio tem 6 isótopos naturais: ⁴⁰AC, ⁴²AC, ⁴³AC, ⁴⁴AC, ⁴⁶Ca e ⁴⁸CA e 19 isótopos sintéticos radioativos. Os isótopos mais abundantes são os ⁴⁰CA (96,94%), o ⁴⁴CA (2.086%) e ⁴²CA (0,647%).

Reatividade

O cálcio reage espontaneamente com a água, causando hidróxido de gases de cálcio e hidrogênio. Reage com oxigênio e nitrogênio do ar, produzindo óxido de cálcio e nitreto de cálcio, respectivamente. Quando a fração é queimada espontaneamente no ar.

Quando o cálcio é aquecido, ele reage com hidrogênio para formar um haluro. Também reage com todos os halogênios para formar halogenuros. Também reage com boro, enxofre, carbono e fósforo.

Estrutura e configuração eletrônica de cálcio

Os átomos de cálcio se ligam por ligações metálicas, contribuindo com seus dois elétrons de Valência para a maré de elétrons. Assim, a interação entre os átomos da CA e as bandas eletrônicas resultantes terminam Cúbico cúbico de rosto).

Se esse CCC de cálcio for aquecido a uma temperatura em torno de 450 ° C, sofre uma transição para a fase HCP (compacta hexagonal, ou Hexagonal mais próximo lotado). Isto é, que a estrutura se torna densa.

O átomo de cálcio possui a seguinte configuração eletrônica:

[AR] 4s²

O que explicaria que os dois elétrons de valência para este metal vêm de seus 4s orbitais mais externos. Quando os perde, o cátion divalente é formado²⁺, Isoletrônico a Noble Argon Gas; Este é o AR e o CA²⁺ Eles têm o mesmo número de elétrons.

São os 4s de orbitais de cálcio que se combinam para estabelecer a banda de Valência desses cristais. Da mesma maneira, isso acontece com os orbitais vazios 4p, que estabelecem uma banda motriz.

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Obtenção

O cálcio é produzido comercialmente pela eletrólise do cloreto de cálcio fundido. As seguintes reações ocorrem nos eletrodos:

No ânodo: 2cl^- (L) => cl₂ (g) +2e^-

O cálcio é depositado como um metal no cátodo ao capturar elétrons iônicos cálcio.

No cátodo: CA²⁺ (L) +2 e^-    => CA (s)

Em pequena escala, o cálcio pode ocorrer reduzindo o óxido de cálcio com alumínio ou cloreto de cálcio com sódio metálico.

6 Cao +2 AL => 3 CA +CA₃Para o₂QUALQUER₆

CACL₂      +      2 Na => Ca +NaCl

Formulários

Cálcio elementar

O cálcio é usado como um aditivo na fabricação de lâmpadas de vidro, aumentando a lâmpada durante sua fase inicial de elaboração. Também é adicionado ao final para combinar com os gases que permanecem dentro da lâmpada.

É usado como desintegrador na produção de metais como cobre e aço. A liga de cálcio e césio é usada nos Peddelors para gerar faíscas. O cálcio é um agente redutor, mas também possui aplicações de desoxidação e degradação.

O cálcio é usado na preparação de metais como cromo, tório, urânio ao redor e outros de seus óxidos. É usado como agente de liga para alumínio, cobre, chumbo, magnésio e outros metais básicos; e como desoxidante para algumas ligas de alta temperatura.

O cálcio em liga com chumbo (0,04%) serve como uma cobertura para cabos telefônicos. É usado em liga com magnésio em implantes ortopédicos para prolongar sua duração.

Carbonato de cálcio

Está preenchendo material em cerâmica, vidro, plásticos e pinturas, bem como matéria -prima para produção de cal. O carbonato sintético de alta pureza é usado na medicina como um suplemento dietético antiácido e cálcio. Também é usado como aditivo alimentar.

Óxido de cálcio

O óxido de cálcio é usado na indústria da construção, sendo usado no Frisado das paredes. Também se junta ao concreto. No século XIX, os blocos de óxido de cálcio foram queimados para iluminar os estágios com intensa luz branca.

Lime (novamente, óxido de cálcio) é usado para eliminar componentes indesejados de aço como dióxido de silício (SIO₂) Presente no material de ferro. O produto da reação é silicato de cálcio (Casio₃) chamado "scora".

A cal é combinada com água para formar hidróxido de cálcio; Este composto Flocula e afunda por impurezas em direção ao fundo dos tanques.

O interior das chaminés é coberto de limão para eliminar emanações das fábricas. Assim, por exemplo, captura de dióxido de enxofre (então₂), que contribui para a chuva ácida, e a transforma em sulfito de cálcio (caso₃).

Cloreto de cálcio

O cloreto de cálcio é usado no controle do gelo nas estradas; Condicionador para o tomate presente em enlatado; Desenvolvimento de corpos e caminhões de carro.

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Sulfato de Calcio

É comumente apresentado como um caso₄· 2h₂Ou (gesso), sendo usado como condicionador de solo. O gesso calcinado é usado na fabricação de ladrilhos, tábuas e fitas. Também é usado para imobilização de fraturas ósseas.

Fosfatos de cálcio

Os fosfatos de cálcio são de várias formas na natureza e são usados ​​como fertilizantes. Sal de cálcio ácido (Cah₂Po₄) É usado como fertilizante e estabilizador de plástico. O fosfato de cálcio está fazendo parte do tecido ósseo, especialmente como hidroxiapatita.

Outros compostos de cálcio

Existem inúmeros compostos de cálcio com várias aplicações. Por exemplo, o carboneto de cálcio é usado na obtenção de acetileno, usado na tocha de soldagem. O alginato de cálcio é usado como agente espessante em produtos alimentícios, como sorvete.

O hipoclorito de cálcio é usado como um agente de clareamento, desodorante, fungicida e algicida.

Permanganato de cálcio é um fluido de hélice para foguete. Também é usado como um agente purificador de água e na produção têxtil.

Função biológica

O cálcio cumpre inúmeras funções nos seres vivos:

-Intervém na cachoeira de coagulação, como o fator IV.

-É necessário para a ativação de vários fatores de coagulação, incluindo trombina.

-No músculo esquelético, o cálcio libera a ação inibitória de um sistema de proteínas sobre a contração muscular, permitindo que as pontes de actina-miliosina se forem, que produz contração.

-Estabilizar os canais iônicos de células excitáveis. Em uma hipocalcemia, os canais de sódio são ativados, o que produz a entrada de sódio nas células, uma contração sustentada (tetania) que pode ser letal pode ser gerada.

-Além disso, o cálcio favorece a liberação do neurotransmissor acetilcolina nos terminais pré -sinápticos.

Riscos e precauções

Reagir exotermicamente com água. Portanto, pode produzir ferimentos graves na boca, o esôfago ou o estômago.

Para esse risco. As precauções são proteger com máscaras que evitam poeira, roupas e ventilação adequadas.

A hipercalcemia é extremamente perigosa e pode ser causada principalmente pela secreção excessiva do hormônio da paratireóide ou por uma ingestão exagerada de vitamina D. A ingestão excessiva de cálcio, por exemplo, maior que 2,5 g/dia, raramente é causa de hipercalcemia.

O excesso de cálcio se acumula nos rins, causando cálculos renais e nefrose nos rins. Além disso, o acúmulo de cálcio nas paredes dos vasos sanguíneos modifica sua elasticidade, o que pode ser a causa da hipertensão, diminuindo o fluxo sanguíneo e a trombose.

Uma precaução básica é a inclusão entre os exames laboratoriais do cálcio, ao observar o médico nas características de sintomatologia do paciente que tornam a hipercalcemia suspeita e iniciam o tratamento adequado.

Referências

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