칼슘 : 특성, 구조, 획득, 용도 - 화학 - 2025

칼슘 2- (씨 Becambara) 주기율표 그룹에 속하는 알칼리 토류 금속이다. 이 금속은 지각에 존재하는 원소 중에서 5 위를 차지합니다. 철과 알루미늄 뒤에. 화학 기호 Ca로 표시되며 원자 번호는 20입니다.

칼슘은 지각의 3.64 %를 차지하며 인체에서 가장 풍부한 금속으로 무게의 2 %를 차지합니다. 그는 본질적으로 자유롭지 않습니다. 그러나 그것은 수많은 미네랄과 화합물의 일부입니다.

미네랄 오일에 저장된 고순도 금속 칼슘으로 산소와 습기로부터 보호합니다. 출처 : 2 × 910

예를 들어, 석회석의 일부인 광물 방해석에서 발견됩니다. 탄산 칼슘은 대리석, 백운석, 달걀 껍질, 산호, 진주, 종유석, 석순뿐만 아니라 많은 해양 동물이나 달팽이의 껍질에도 존재합니다.

또한 칼슘은 석고, 무수 석고, 형석 및 인회석과 같은 다른 미네랄의 일부입니다. 문화적 수준에서 뼈와 동의어라는 것은 놀라운 일이 아닙니다.

공기에 노출되면 칼슘은 산화 칼슘, 질화물 및 수산화물의 혼합물 인 황색 코팅으로 덮여 있습니다. 그러나 갓 자른 표면은 광택이 있고 은백색입니다. Mohs 척도 1.75의 경도로 부드럽습니다.

칼슘은 생명체에서 수많은 기능을 수행하며, 그중에서도 뼈 시스템의 구조와 기능을 결정하는 화합물의 일부입니다. 이는 Factor IV로 확인 된 여러 응고 인자를 활성화하여 응고 캐스케이드에 개입합니다.

또한 칼슘은 근육 수축에 관여하여 수축성 단백질 (액틴과 미오신)의 결합을 허용합니다. 아세틸 콜린을 포함한 일부 신경 전달 물질의 방출을 촉진합니다.

화학적으로 그것은 거의 항상 2가 양이온 Ca ²⁺ 와 같은 유기 또는 무기 화합물에 참여 합니다. 배위 수가 가장 높은 양이온 중 하나입니다. 즉, 동시에 여러 분자 또는 이온과 상호 작용할 수 있습니다.

역사

고대에는

석회 (CaO) 또는 석고 (CaSO ₄ ) 와 같은 칼슘 화합물 은 화학 구조를 무시하고 수천 년 동안 인간에 의해 사용되었습니다. 건축 자재로 석회와 조각품을 만들기위한 석고는 기원전 7,000 년에 사용되었습니다.

메소포타미아에서는 기원전 2,500 년에 사용 된 석회 가마가 발견되었습니다. 가까운 시간에 기자의 대 피라미드를 건설하는 동안 석고가 사용되었습니다.

식별 및 격리

Joseph Black (1755)은 석회가 기원을 부여하는 석회암 (탄산 칼슘)보다 가볍다 고 설명했습니다. 가열하는 동안 이산화탄소를 잃기 때문입니다.

Antoine Lavoiser (1787)는 석회가 알려지지 않은 화학 원소의 산화물이어야한다고 결론지었습니다.

Sir Humphrey Davy (1808)는 정확히 그가 붕소를 발견 한 해에 Jakar Berzelius와 Magnus Martin이 사용한 전기 분해 기술을 사용하여 칼슘에 대해서도 동일하게 수행했습니다.

Davy는 동일한 실험 설계를 사용하여 칼슘과 마그네슘을 분리했습니다. 그는 양극 (+)으로 사용되는 백금 판에 산화 칼슘과 산화수은 (II)을 혼합 한 반면 음극 (-)은 부분적으로 수은에 잠긴 백금 와이어였습니다.

전기 분해는 칼슘과 수은의 아말감을 생성했습니다. 칼슘을 정제하기 위해 아말감을 증류시켰다. 그러나 순수한 칼슘은 얻지 못했습니다.

속성

물리적 설명

은백색 금속으로 공기에 노출되면 회백색으로 바뀝니다. 습한 공기에서는 흐린 청회색이 나타납니다. 고체 또는 건조 분말. 얼굴을 중심으로 한 결정 구조.

원자량

40.078g / 몰.

녹는 점

842 ° C

비점

1,484 ° C

밀도

-1.55 g / cm ³ 실온에서.

-1.378 g / cm ³ 융점에서 액체 상태이다.

융합 열

8.54 kJ / 몰.

기화열

154.7 kJ / 몰.

몰 칼로리 용량

25.929 J / (몰 · K).

특정 열량

0.63 J / gK

전기 음성도

폴링 척도 1.0

이온화 에너지

-첫 번째 이온화 589.8 kJ / mol

-2 차 이온화 1,145 kJ / mol

-3 차 이온화 4.912 kJ / mol

-4 번째 이온화 6,490.57 kJ / mol 및 4 개의 이온화 에너지가 더 있습니다.

원자 라디오

197 오후

공유 반경

176 ± 오후 10시

열 팽창

20 ° C에서 22.3 µm / m · K

열 전도도

201 W / m K

전기 저항

20 ° C에서 336nΩ · m

경도

모스 척도 1.75.

동위 원소

칼슘은 6 개의 천연 동위 원소 ( ⁴⁰ Ca, ⁴² Ca, ⁴³ Ca, ⁴⁴ Ca, ⁴⁶ Ca 및 ⁴⁸ Ca 및 19 개의 방사성 합성 동위 원소)를 가지고 있습니다. 가장 풍부한 동위 원소는 ⁴⁰ Ca (96.94 %), ⁴⁴ Ca (2.086 %) 및 ⁴² Ca (0.647 %)입니다.

반동

칼슘은 물과 자발적으로 반응하여 수산화칼슘과 수소 가스를 생성합니다. 공기 중의 산소 및 질소와 반응하여 각각 산화 칼슘과 질화 칼슘을 생성합니다. 쪼개 질 때 자연적으로 공기 중에 타 오릅니다.

칼슘이 가열되면 수소와 반응하여 할로겐화물을 형성합니다. 또한 모든 할로겐과 반응하여 할로겐화물을 형성합니다. 또한 붕소, 황, 탄소 및 인과 반응합니다.

칼슘의 구조 및 전자 구성

칼슘 원자는 금속 결합으로 결합되어 두 원자가 전자를 전자의 조수에 기여합니다. 따라서 Ca 원자와 결과 전자 밴드 사이의 상호 작용은 얼굴 중심 입방체 구조 (스페인어로 ccc, 얼굴 중심 입방체를 영어로 fcc)로 결정을 정의합니다.

이 칼슘 ccc 결정이 약 450 ° C의 온도로 가열되면 hcp 상 (컴팩트 육각형 또는 가장 가까운 압축 육각형)으로 전환됩니다. 즉, 전자의 움직임과 원자의 진동이 그들을 분리하는 거리를 축소 한 것처럼 구조가 더 조밀 해집니다.

칼슘 원자는 다음과 같은 전자 구성을 가지고 있습니다.

4 초 ²

이것은이 금속의 두 원자가 전자가 가장 바깥 쪽 4s 궤도에서 나온다는 것을 설명합니다. 그것이 그것들을 잃으면, 2가 양이온 Ca ^{2+가 형성되고} , 희가스 아르곤에 등 전자이다. 즉, Ar과 Ca ²⁺ 는 모두 같은 수의 전자를 가지고 있습니다.

이 결정의 원자가 밴드를 설정하기 위해 결합하는 것은 칼슘의 4s 오비탈입니다. 전도대를 설정하는 빈 4p 궤도에서도 마찬가지입니다.

구하기

칼슘은 용융 염화칼슘의 전기 분해에 의해 상업적으로 생산됩니다. 다음 반응이 전극에서 발생합니다.

애노드에서 : 2Cl ^- (l) => (CL) ₂ (g) + 2E ^-

칼슘은 이온 성 칼슘에서 전자를 포착하여 음극에 금속으로 증착됩니다.

음극에서 : Ca ²⁺ (l) + 2 e ^- => Ca (s)

칼슘은 알루미늄으로 산화 칼슘을 환원하거나 금속성 나트륨으로 염화칼슘을 환원시켜 소규모로 생산할 수 있습니다.

6 CaO + 2 Al => 3 Ca + Ca ₃ Al ₂ O ₆

CaCl ₂ + 2 Na => Ca + NaCl

응용

원소 칼슘

칼슘은 유리 전구 제조시 첨가제로 사용되며 초기 제조 단계에서 전구에 첨가됩니다. 또한 끝에 추가되어 전구 내부에 남아있는 가스와 결합됩니다.

구리 및 강철과 같은 금속 생산에서 분해 제로 사용됩니다. 칼슘과 세슘의 합금은 스파크를 발생시키기 위해 라이터의 부싯돌에 사용됩니다. 칼슘은 환원제이지만 탈산 및 탈산 응용도 있습니다.

칼슘은 산화물에서 크롬, 토륨, 우라늄, 지르코늄 및 기타와 같은 금속을 제조하는 데 사용됩니다. 알루미늄, 구리, 납, 마그네슘 및 기타 비금속의 합금 제로 사용됩니다. 그리고 일부 고온 합금의 탈산제로 사용됩니다.

납과 합금 (0.04 %)의 칼슘은 전화 케이블의 외피 역할을합니다. 정형 외과 임플란트에서 마그네슘과 합금하여 수명을 연장하는 데 사용됩니다.

탄산 칼슘

세라믹, 유리, 플라스틱 및 페인트의 충전재이자 석회 생산 용 원료입니다. 고순도 합성 탄산염은 제산제 및식이 칼슘 보충제로 의학적으로 사용됩니다. 또한 식품 첨가제로도 사용됩니다.

산화 칼슘

산화 칼슘은 건설 산업에서 사용되며 벽의 축성에 사용됩니다. 그것은 또한 콘크리트에 통합됩니다. 19 세기에는 산화 칼슘 블록을 태워 무대를 강렬한 백색광으로 비췄습니다.

석회 (다시 말하지만, 산화 칼슘)는 철 재료에 존재하는 이산화 규소 (SiO ₂ ) 와 같은 불필요한 성분 을 강철에서 제거하는 데 사용됩니다 . 반응의 생성물은 "슬래그"라고 불리는 규산 칼슘 (CaSiO ₃ )입니다.

석회는 물과 결합하여 수산화칼슘을 형성합니다. 이 화합물은 응집되어 가라 앉아 불순물을 탱크 바닥으로 끌어 당깁니다.

굴뚝 내부에는 공장에서 나오는 연기를 제거하기 위해 석회가 깔려 있습니다. 예를 들어 산성비에 기여하는 이산화황 (SO ₂ )을 포획 하여 아황산 칼슘 (CaSO ₃ ) 으로 변환합니다 .

염화칼슘

염화칼슘은 도로의 얼음을 제어하는 ​​데 사용됩니다. 보존 식품에 존재하는 토마토 용 컨디셔너; 자동차 및 트럭 차체 제조.

황산 칼슘

일반적으로 CaSO ₄ · 2H ₂ O (석고)로 표시되며 토양 조절 제로 사용됩니다. 소성 석고는 타일, 보드 및 판금 제조에 사용됩니다. 골절 고정에도 사용됩니다.

인산 칼슘

인산 칼슘은 자연에서 다양한 형태로 발견되며 비료로 사용됩니다. 산성 칼슘 염 (CaH ₂ PO ₄ )은 플라스틱의 비료 및 안정제로 사용됩니다. 인산 칼슘은 뼈 조직의 일부로, 특히 수산화 인회석으로 발견됩니다.

기타 칼슘 화합물

다양한 용도의 칼슘 화합물이 많이 있습니다. 예를 들어, 칼슘 카바이드는 용접 토치에 사용되는 아세틸렌을 얻는 데 사용됩니다. 알긴산 칼슘은 아이스크림과 같은 식품의 농축 제로 사용됩니다.

차아 염소산 칼슘은 표백제, 탈취제, 살균제 및 조류 처리 제로 사용됩니다.

과망간산 칼슘은 로켓 추진 액체입니다. 정수 제로도 사용되며 섬유 생산에도 사용됩니다.

생물학적 기능

칼슘은 생명체의 다양한 기능을 수행합니다.

-인자 IV로 응고 캐스케이드에 개입합니다.

-트롬빈을 포함한 여러 응고 인자의 활성화에 필요합니다.

-골격근에서 칼슘은 근육 수축에 대한 단백질 시스템의 억제 작용을 방출하여 액틴-미오신 다리를 형성하여 수축을 유발합니다.

-흥분성 세포의 이온 채널을 안정화합니다. 저 칼슘 혈증에서는 나트륨 채널이 활성화되어 나트륨이 세포로 들어가고 치명적일 수있는 지속적인 수축 (파상 성)이 생성 될 수 있습니다.

-또한 칼슘은 시냅스 전 말단에서 신경 전달 물질 아세틸 콜린의 방출을 촉진합니다.

위험 및 예방 조치

물과 발열 반응. 따라서 일단 섭취하면 입, 식도 또는 위에 심각한 부상을 입힐 수 있습니다.

작업자는 칼슘 원소가 생성되는 곳이나 금속이 도포 된 곳에서 이러한 위험에 노출됩니다. 예방 조치는 먼지, 의복 및 적절한 환기를 피하는 마스크로 자신을 보호하는 것입니다.

고칼슘 혈증은 매우 위험하며 주로 부갑상선 호르몬의 과도한 분비 나 비타민 D의 과다 섭취로 인해 발생할 수 있습니다. 예를 들어 하루에 2.5g 이상 칼슘을 과도하게 섭취하는 것은 고칼슘 혈증의 원인이되는 경우가 거의 없습니다. .

과도한 칼슘이 신장에 축적되어 신장 결석과 신장 신증을 유발합니다. 또한 혈관벽에 칼슘이 축적되면 탄력이 바뀌어 고혈압, 혈류 저하 및 혈전증의 원인이 될 수 있습니다.

기본적인 예방 조치는 의사가 환자의 증상에서 고칼슘 혈증을 의심하고 적절한 치료를 시작하게 만드는 특징을 관찰 할 때 실험실 검사에 칼슘 혈증을 포함시키는 것입니다.

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