Ca
Wapń
Charakterystyka i jego związki
Spis treści
1.Wiadomości ogólne
2.Występowanie w przyrodzie
3.Właściwości fizyczne
4.Właściwości chemiczne
5.Zastosowanie
6.Główne związki
Wapń
Nazwa łac. : calcium
Symbol: Ca
Wapń to metal z drugiej grupy głównej.
Odkryty przez: sir H. Davy'ego w Anglia
Wydzielony w 1808 z wapna gaszonego, przez H.Davy'ego, obecnie metodą Faradaya z CaCl2.
Liczba atomowa: 20
Liczba masowa izotopów: Ma sześć trwałych izotopów :40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca i 48Ca.
Średnia masa atomowa 22,990
Konfiguracja elektronowa 1 s2 2 s2p6 3s2p6 (3d) [Ar]4s2
Wartościowość(stopień utleniania) +2
Własności kwasowe tlenków silnie zasadowe
Struktura krystaliczna regularna, centrowana
Wapń wchodzi w skład kości oraz niektórych rodzajów ścian komórkowych.
Całkowita zawartość wapnia w organizmie to 1,4-1,66% masy ciała, czyli ponad 1 kg, z czego 99% występuje w postaci związanej w kościach (hydroksyapatyty), natomiast pozostała część występuje w postaci zjonizowanej w surowicy krwi.
Wapń zjonizowany jest obecny w płynie śród komórkowym oraz pozakomórkowym i pełni szereg ważnych funkcji:
-second messenger - kinazy białkowe
-przewodzenie impulsów bioelektrycznych
-udział w krzepnięciu krwi
-udział w skurczu mięśni
-udział w reakcjach zapalenia, regeneracji i proliferacji
-udział w wydzielaniu hormonów
Zalecane w Polsce dzienne spożycie wapnia wynosi:
* dla dzieci i młodzieży do 24 roku życia - 1200 mg
* dla ludzi powyżej 24 roku życia - 900 mg
Wapń jest także niezbędnym składnikiem komórek roślin. Jego niedobór powodować może suchą wierzchołkową zgniliznę owoców pomidora.
Występowanie w przyrodzie
Wapń jest bardzo rozpowszechniony w przyrodzie; występuje jedynie w stanie związanym. Nie występuje w stanie wolnym, tylko w związkach chemicznych, np. w minerałach: dolomicie MgCO3* CaCO3, skałach wapiennych (kalcyt CaCO3).. Tworzy liczne minerały skałotwórcze, z których najważniejsze to: kalcyt( szpat islandzki), aragonit, dolomit, gips, anhydryt, fluoryt(występujący w Stanach Zjednoczonych- Stan Illinois, Niemcy- Palatyna bawarska) apatyt oraz minerały z grupy amfiboli, piroksenów i skaleni. Związki wapnia (gł. ortofosforan) wchodzą w skład szkieletów organizmów (ludzkich i zwierzęcych). Jako metal reaktywny wapń łatwo łączy się z wodą i tlenem powietrza, dlatego przechowuje się go w oleju lub nafcie. W przyrodzie występuje w ogromnych ilościach, głównie są to węglany (kreda), siarczany (gips), fosforany, krzemiany. Stanowi 3.4% chemicznego składu skorupy ziemskiej. Odgrywa dużą rolę w funkcjonowaniu organizmów żywych. W glebach zajmuje do 2%. Na ziemi o małej zawartości wapnia rośnie chaber i rumianek, zaś na ziemiach przesyconych tym metalem-mak, jaskier i oset.
Właściwości fizyczne
Stan skupienia stały
Kolor srebrzystobiały
Gęstość 1,55 g/cm3
Objętość atomowa 26,20×10-6 m³/mol
Temperatura topnienia 842 °C
Temperatura wrzenia 1484 °C
Ciepło topnienia 8,54 kJ/mol
Ciepło parowania 155 kJ/mol
Przewodność cieplna 200 W/m*K
Powinowactwo elektronowe 0 kJ/mol
Energia jonizacji I 589,8 kJ/mol
Energia jonizacji II 1145,4 kJ/mol
Energia jonizacji III 4912,4 kJ/mol
Elektroujemność (wg Allred Rochowa) 1,04
Elektroujemność (wg Paulinga) 1,00
Właściwości chemiczne wapnia
Jest reaktywnym metalem. We wszystkich związkach jest dwuwartościowy.
Reaguje z tlenem tworząc zasadowy tlenek CaO, który w reakcji z wodą daje wodorotlenek:
CaO + H2O ---> Ca(OH)2
W podwyższonej temperaturze reaguje z azotem atmosferycznym, tworząc azotek Ca3N2. Wypiera wodór z kwasów, np.:
Ca + 2HCl ---> CaCl2+ H2
Wapń reaguje już z zimną wodą, wydzielając z niej wodór
Ca + 2H2O ---> Ca(OH)2 + H2
Reaguje też z wieloma niemetalami, tworząc chlorki, bromki, siarczki, azotki i węgliki (np. karbid CaC2, czyli węglik wapnia).
Otrzymywanie wapnia
Wapń otrzymuje się przez elektrolizę stopionego chlorku CaCl2.
Tlenek wapnia jest substancja żrąca, ma właściwości zasadowe. Z powietrza pochłania dwutlenek węgla. Z wodą reaguje z wytworzeniem wodorotlenku i wydzieleniem dużych ilości ciepła (przemiana egzotermiczna).
Najważniejsze związki wapnia
CaCO3 - węglan wapnia (wapień, marmur, kreda)
CaO - tlenek wapnia (wapno palone)
Ca(OH)2 - wodorotlenek wapnia (wapno gaszone)
CaSO4+ 2H2O - dwu wodny siarczan wapnia (gips)
Zastosowanie wapnia
Wapń ma wiele praktycznych zastosowań, jako odtleniacz do żelaza, stali, miedzi i stopów miedzi i jako składnik stopów ołowiu (metali łożyskowych i powłok do kabli elektrycznych) i stopów glinu oraz jako środek redukujący do wytwarzania innych metali z ich tlenków.
Węglan wapnia ma zastosowanie
* jako materiał budowlany pod postacią wapienia i marmuru
* surowiec do produkcji zapraw murarskich
* surowiec do produkcji cementów portlandzkich
* środek do odkwaszania ziemi
* kreda do pisania na tablicy
Siarczan(VI) wapnia ma zastosowanie:
* w budownictwie jako gips
* w lecznictwie
Wapń jest makroelementem, kompleksy wapnia z białkami mają duże znaczenie w wielu procesach biochemicznych i fizjologicznych, np. w pracy mięśni
Pierwiastek jest stosowany jako dodatek utwardzający stopy łożyskowe, reduktor do otrzymywania niektórych metali (np. cyrkonu, toru, uranu, miedzi) z ich rud tlenkowych oraz do odsiarczania metali.
Bardzo duże znaczenie mają związki wapnia, m.in.:
W budownictwie: do wyrobu zaprawy murarskiej wykorzystuje się wodorotlenek (tzw. wapno gaszone) i tlenek (wapno palone), węglan wapnia (CaCO3 - wapień) jako kamień budowlany; siarczan wapnia jako gips sztukatorski i dodatek do cementu
Wapno palone, tlenek wapnia, CaO, związek nieorganiczny, biały, higroskopijny proszek, otrzymywany przez prażenie wapienia (węglanu wapnia) stosowane w przemyśle szklarskim, ceramicznym, w metalurgii, do otrzymywania zaprawy murarskiej, wapnowania gleb; przez działanie wodą, zw. gaszeniem lub lasowaniem wapna, otrzymuje się tzw. wapno gaszone (wodorotlenek wapnia, Ca(OH)2)
Stosowane jako środek bakteriobójczy, tania zasada, zwana też mlekiem wapiennym (stosowanym do dezynfekcji i bielenia wnętrz, w cukrowniach do oczyszczania soku buraczanego oraz do produkcji tzw. wapnia chlorowanego) oraz jako składnik zaprawy murarskiej(połączenie wapna gaszonego z piaskiem i wodą):
Sole wapnia są stosowane jako nawozy (azotan - tzw. saletra wapniowa, tlenek, węglan, metafosforan) w celu obniżenia kwasowości gleb, szczególnie dla takich roślin jak: lucerna, kończyna, pszenica, jęczmień).Do wyrobu karbidu, w metalurgii jako dodatek szlakujący, w cukrownictwie (defekacja), w garbarstwie do odwłosiania skór, a także do oczyszczania gazów do zmydlania tłuszczów podczas produkcji stearyny i do wyrobu farb wapiennych.
Związki wapnia
Najważniejsze związki wapnia to tlenek wapnia, nadtlenek wapnia, wodorotlenek wapnia oraz wiele soli jak np: węglan wapnia, azotan wapnia czy węglik wapnia.
1 Tlenek wapnia (CaO) Wapno palone
Jest to biały, higroskopijny proszek, temp. topnienia 2576 oC, reaguje gwałtownie z wodą z wydzieleniem dużych ilości ciepła:
CaO + H2O => Ca(OH)2
Technicznie na wielką skalę jest otrzymywany przez prażenie kamienia wapiennego w temp.
900-1000 oC:
CaCO3 => CaO + CO2
Stosowany do wyrobu zaprawy murarskiej. Jej twardnienie polega m.in. na reakcji
Ca(OH)2 + CO2 => CaCO2 + H 2O
Ca(OH)2- wodorotlenek wapnia
Kreda