Manakah dari berikut ini yang tidak berinteraksi dengan kalsium? Kalsium (unsur kimia). Sifat kimia kalsium

Sejarah dan asal usul nama

Nama elemen berasal dari lat. calx (dalam kasus genitif calcis) - "kapur", "batu lunak". Ini diusulkan oleh ahli kimia Inggris Humphry Davy, yang pada tahun 1808 mengisolasi logam kalsium dengan metode elektrolitik. Davy mengelektrolisis campuran kapur terhidrasi basah di atas pelat platinum, yang merupakan anoda. Sebuah kawat platinum direndam dalam cairan berfungsi sebagai katoda. Sebagai hasil dari elektrolisis, kalsium amalgam diperoleh. Setelah mengusir merkuri darinya, Davy menerima logam yang disebut kalsium.

isotop

Kalsium terjadi di alam sebagai campuran enam isotop: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca dan 48 Ca, di antaranya yang paling umum - 40 Ca - adalah 96,97%. Inti kalsium mengandung bilangan ajaib proton: Z= 20 . isotop 40
20 Ca20
dan 48
20 Ca28
adalah dua dari lima inti ajaib ganda yang ada di alam.

Dari enam isotop kalsium alami, lima stabil. Isotop keenam 48Ca, yang terberat dari enam dan sangat langka (kelimpahan isotopnya hanya 0,187%), mengalami peluruhan beta ganda dengan waktu paruh (4,39 ± 0,58)⋅10 19 tahun.

Dalam batuan dan mineral

Kalsium, yang bermigrasi dengan kuat di kerak bumi dan terakumulasi dalam berbagai sistem geokimia, membentuk 385 mineral (keempat dalam hal jumlah mineral).

Sebagian besar kalsium terkandung dalam komposisi silikat dan aluminosilikat dari berbagai batuan (granit, gneisses, dll.), terutama di feldspar - anorthite Ca.

Mineral kalsium seperti kalsit CaCO 3 , anhidrit CaSO 4 , alabaster CaSO 4 0.5H 2 O dan gipsum CaSO 4 2H 2 O, fluorit CaF 2 , apatit Ca 5 (PO 4) 3 (F, Cl, OH), dolomit MgCO 3 CaCO3. Kehadiran garam kalsium dan magnesium dalam air alami menentukan kekerasannya.

Batuan sedimen, terutama terdiri dari kalsit kriptokristalin - batu kapur (salah satu varietasnya adalah kapur). Di bawah aksi metamorfisme regional, batu kapur berubah menjadi marmer.

Migrasi di kerak bumi

Dalam migrasi alami kalsium, peran penting dimainkan oleh "keseimbangan karbonat", yang terkait dengan reaksi reversibel dari interaksi kalsium karbonat dengan air dan karbon dioksida dengan pembentukan bikarbonat terlarut:

(keseimbangan bergeser ke kiri atau kanan tergantung pada konsentrasi karbon dioksida).

Migrasi biogenik memainkan peran penting.

Di biosfer

Senyawa kalsium ditemukan di hampir semua jaringan hewan dan tumbuhan (lihat di bawah). Sejumlah besar kalsium adalah bagian dari organisme hidup. Jadi, hidroksiapatit Ca 5 (PO 4) 3 OH, atau, dalam entri lain, 3Ca 3 (PO 4) 2 Ca (OH) 2 - dasar jaringan tulang vertebrata, termasuk manusia; cangkang dan cangkang banyak invertebrata, cangkang telur, dll. terbuat dari kalsium karbonat CaCO 3. Dalam jaringan hidup manusia dan hewan, 1,4-2% Ca (berdasarkan fraksi massa); dalam tubuh manusia dengan berat 70 kg, kandungan kalsiumnya sekitar 1,7 kg (terutama dalam komposisi zat antar sel jaringan tulang).

Resi

Kalsium logam bebas diperoleh dengan elektrolisis lelehan yang terdiri dari CaCl 2 (75-80%) dan KCl atau dari CaCl 2 dan CaF 2, serta reduksi aluminotermik CaO pada 1170-1200 ° C 4 C a O + 2 A l → C a A l 2 O 4 + 3 C a (\displaystyle (\mathsf (4CaO+2Al\panah kanan CaAl_(2)O_(4)+3Ca)))

Properti fisik

Logam kalsium ada dalam dua modifikasi alotropik. Tahan hingga 443 °C -Ca dengan kisi berpusat muka kubik (parameter sebuah= 0,558 nm), stabil lebih tinggi -Ca dengan kisi berpusat badan kubik dari tipe -Fe(parameter sebuah= 0,448 nm). Entalpi standar H 0 (\displaystyle \Delta H^(0)) transisi α → β adalah 0,93 kJ/mol.

Dengan peningkatan tekanan secara bertahap, ia mulai menunjukkan sifat-sifat semikonduktor, tetapi tidak menjadi semikonduktor dalam arti kata yang sebenarnya (itu juga bukan lagi logam). Dengan peningkatan tekanan lebih lanjut, ia kembali ke keadaan logam dan mulai menunjukkan sifat superkonduktor (suhu superkonduktivitas enam kali lebih tinggi daripada merkuri, dan jauh melebihi semua elemen lain dalam konduktivitas). Perilaku unik kalsium dalam banyak hal mirip dengan strontium (yaitu, kesejajaran dalam sistem periodik dipertahankan).

Sifat kimia

Dalam rangkaian potensial standar, kalsium terletak di sebelah kiri hidrogen. Potensial elektroda standar dari pasangan Ca 2+ / Ca 0 2,84 V, sehingga kalsium aktif bereaksi dengan air, tetapi tanpa penyalaan:

Kehadiran kalsium bikarbonat terlarut dalam air sangat menentukan kesadahan sementara air. Disebut sementara karena ketika air direbus, bikarbonat terurai, dan CaCO 3 mengendap. Fenomena ini, misalnya, mengarah pada fakta bahwa kerak terbentuk di dalam ketel dari waktu ke waktu.

Aplikasi

Kegunaan utama logam kalsium adalah sebagai reduktor dalam produksi logam, terutama nikel, tembaga, dan baja tahan karat. Kalsium dan hidridanya juga digunakan untuk memproduksi logam yang sulit direduksi seperti kromium, torium, dan uranium. Paduan kalsium-timbal digunakan dalam beberapa jenis baterai dan dalam pembuatan bantalan. Butiran kalsium juga digunakan untuk menghilangkan jejak udara dari perangkat electrovacuum. Kalsium logam murni banyak digunakan dalam metalotermi untuk mendapatkan unsur tanah jarang.

Kalsium banyak digunakan dalam metalurgi untuk mendeoksidasi baja bersama dengan aluminium atau dalam kombinasi dengannya. Pemrosesan di luar tungku dengan kabel yang mengandung kalsium menempati posisi terdepan karena efek multifaktorial kalsium pada keadaan fisikokimia lelehan, struktur makro dan mikro logam, kualitas dan sifat produk logam dan bagian integral dari teknologi produksi baja. Dalam metalurgi modern, kawat injeksi digunakan untuk memasukkan kalsium ke dalam lelehan, yaitu kalsium (kadang-kadang silicocalcium atau aluminium kalsium) dalam bentuk bubuk atau logam tekan dalam cangkang baja. Seiring dengan deoksidasi (penghilangan oksigen terlarut dalam baja), penggunaan kalsium memungkinkan untuk memperoleh inklusi non-logam yang menguntungkan di alam, komposisi dan bentuk, yang tidak runtuh selama operasi teknologi lebih lanjut.

Isotop 48 Ca adalah salah satu bahan yang paling efektif dan berguna untuk produksi unsur superberat dan penemuan unsur baru dalam tabel periodik. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa kalsium-48 adalah inti ajaib ganda, sehingga stabilitasnya memungkinkannya menjadi cukup kaya neutron untuk inti ringan; sintesis inti superberat membutuhkan kelebihan neutron.

Peran biologis

Konsentrasi kalsium dalam darah, karena pentingnya untuk sejumlah besar proses vital, diatur dengan tepat, dan dengan nutrisi yang tepat dan asupan yang cukup dari produk susu rendah lemak dan vitamin D, kekurangan tidak terjadi. Kekurangan kalsium dan/atau vitamin D yang berkepanjangan dalam makanan menyebabkan peningkatan risiko osteoporosis dan menyebabkan rakhitis pada masa bayi.

Catatan

1. Kekerasan Brinell 200-300 MPa
2. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang, Kun Zhu. Berat atom unsur 2011 (Laporan Teknis IUPAC) // Kimia Murni dan Terapan. - 2013. - Jil. 85, tidak. 5 . - Hal. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
3. Staf redaksi: Knunyants I. L. (pemimpin redaksi). Ensiklopedia Kimia: dalam 5 jilid - Moskow: Ensiklopedia Soviet, 1990. - T. 2. - S. 293. - 671 hal. - 100.000 eksemplar.
4. Riley J.P. dan Skirow G. Oseanografi Kimia V. 1, 1965.
5. Pritychenko B. Sistematika Waktu Paruh yang Dievaluasi dari Peluruhan Beta Ganda // Lembar Data Nuklir. - 2014. - Juni (vol. 120). - S.102-105. - ISSN 0090-3752. - DOI:10.1016/j.nds.2014.07.018 .[membenarkan]
6. Pritychenko B. Daftar Nilai Peluruhan Beta Ganda (ββ) yang Diadopsi (tidak ditentukan) . Pusat Data Nuklir Nasional, Laboratorium Nasional Brookhaven. Diakses pada 6 Desember 2015.
7. Handbook of a chemist / Editorial board: Nikolsky B.P. and others - 2nd ed., dikoreksi. - M.-L.: Kimia, 1966. - T. 1. - 1072 hal.
8. Koran. En: Elemen di bawah tekanan
9. Kalsium // Ensiklopedia Besar Soviet: [dalam 30 volume] / bab. ed. A. M. Prokhorov. - edisi ke-3. - M.: Ensiklopedia Soviet, 1969-1978.
10. Dyudkin D.A., Kisilenko V.V. Pengaruh berbagai faktor pada asimilasi kalsium dari kawat inti fluks dengan pengisi kompleks SK40 (rus.) // Elektrometallurgiya: zhurnal. - 2009. - Mei (No. 5). - S.2-6.
11. Mikhailov G.G., Chernova L.A. Analisis termodinamika proses deoksidasi baja oleh kalsium dan aluminium (Rusia) // Elektrometallurgiya: zhurnal. - 2008. - Maret (No. 3). - S.6-8.
12. Model Shell Nukleus
13. Komite Institut Kedokteran (AS) untuk Meninjau Asupan Referensi Diet untuk Vitamin D dan Kalsium; Ross AC, Taylor CL, Yaktine AL, Del Valle HB, editor (2011).

Kalsium- unsur periode ke-4 dan golongan PA dari Sistem Periodik, nomor seri 20. Rumus elektronik atom adalah [ 18 Ar] 4s 2, bilangan oksidasi +2 dan 0. Mengacu pada logam alkali tanah. Ini memiliki elektronegativitas rendah (1,04), menunjukkan sifat logam (dasar). Membentuk (sebagai kation) banyak garam dan senyawa biner. Banyak garam kalsium sedikit larut dalam air. Di alam - keenam dalam hal kelimpahan kimia, unsur (yang ketiga di antara logam) berada dalam bentuk terikat. Unsur vital bagi semua organisme Kekurangan kalsium dalam tanah diisi kembali dengan pemberian pupuk kapur (CaCO 3 , CaO, kalsium sianamida CaCN 2, dll.). Kalsium, kation kalsium dan senyawanya mewarnai nyala kompor gas dengan warna jingga tua ( deteksi kualitatif).

Kalsium Ca

Logam perak-putih, lunak, ulet. Di udara lembab, itu menodai dan menjadi ditutupi dengan film CaO dan Ca(OH) 2. Sangat reaktif; menyala ketika dipanaskan di udara, bereaksi dengan hidrogen, klorin, belerang dan grafit:

Mengurangi logam lain dari oksidanya (metode yang penting secara industri adalah kalsiumtermi):

Resi kalsium dalam industri:

Kalsium digunakan untuk menghilangkan kotoran non-logam dari paduan logam, sebagai komponen paduan ringan dan anti-gesekan, untuk memisahkan logam langka dari oksidanya.

Kalsium oksida CaO

oksida dasar. Nama teknisnya kapur. Putih, sangat higroskopis. Memiliki struktur ion Ca 2+ O 2- . Tahan api, stabil secara termal, mudah menguap saat pengapian. Menyerap kelembaban dan karbon dioksida dari udara. Bereaksi kuat dengan air (tinggi exo- efek), membentuk larutan basa kuat (presipitasi hidroksida dimungkinkan), prosesnya disebut slaking kapur. Bereaksi dengan asam, oksida logam dan non-logam. Ini digunakan untuk sintesis senyawa kalsium lainnya, dalam produksi Ca (OH) 2, CaC 2 dan pupuk mineral, sebagai fluks dalam metalurgi, katalis dalam sintesis organik, komponen pengikat dalam konstruksi.

Persamaan reaksi yang paling penting:

Resi Cao di industri– pemanggangan batu kapur (900-1200 °С):

CaCO3 = CaO + CO2

Kalsium hidroksida Ca(OH) 2

Hidroksida dasar. Nama teknisnya adalah slaked lime. Putih, higroskopis. Memiliki struktur ion Ca2+ (OH-)2. Terurai pada pemanasan sedang. Menyerap kelembaban dan karbon dioksida dari udara. Sedikit larut dalam air dingin (larutan basa terbentuk), apalagi dalam air mendidih. Larutan bening (air kapur) dengan cepat menjadi keruh karena pengendapan hidroksida (suspensinya disebut susu kapur). Reaksi kualitatif terhadap ion Ca2+ adalah lewatnya karbon dioksida melalui air kapur dengan munculnya endapan CaCO3 dan transisinya ke dalam larutan. Bereaksi dengan asam dan oksida asam, masuk ke dalam reaksi pertukaran ion. Ini digunakan dalam produksi gelas, kapur pemutih, pupuk mineral kapur, untuk soda api dan pelunakan air tawar, serta untuk persiapan mortar kapur - campuran pucat (pasir + kapur + air), berfungsi sebagai pengikat untuk batu dan bata, finishing ( plesteran) dinding dan keperluan konstruksi lainnya. Curing ("pengaturan") dari solusi tersebut adalah karena penyerapan karbon dioksida dari udara.

Kalsium(Kalsium), Ca, unsur kimia golongan II dari sistem periodik Mendeleev, nomor atom 20, massa atom 40,08; logam ringan perak-putih. Unsur alami adalah campuran dari enam isotop stabil: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca dan 48 Ca, dimana 40 Ca adalah yang paling umum (96,97%).

Senyawa Ca - batu kapur, marmer, gipsum (serta kapur - produk pembakaran batu kapur) telah digunakan dalam konstruksi sejak zaman kuno. Sampai akhir abad ke-18, ahli kimia menganggap kapur sebagai zat sederhana. Pada tahun 1789, A. Lavoisier mengemukakan bahwa kapur, magnesia, barit, alumina dan silika adalah zat yang kompleks. Pada tahun 1808, G. Davy, melakukan elektrolisis campuran kapur basah dengan oksida merkuri dengan katoda merkuri, menyiapkan campuran Ca, dan setelah mengeluarkan merkuri darinya, ia memperoleh logam yang disebut "Kalsium" (dari bahasa Latin calx , genus case calcis - lime) .

Distribusi kalsium di alam. Dalam hal kelimpahan di kerak bumi, Ca menempati urutan ke-5 (setelah O, Si, Al, dan Fe); konten 2,96% berat. Ini bermigrasi dengan penuh semangat dan terakumulasi dalam berbagai sistem geokimia, membentuk 385 mineral (tempat ke-4 dalam hal jumlah mineral). Ada sedikit Ca di mantel bumi dan, mungkin, bahkan lebih sedikit di inti bumi (0,02% dalam meteorit besi). Ca mendominasi di bagian bawah kerak bumi, terakumulasi dalam batuan dasar; sebagian besar Ca terbungkus dalam feldspar - Ca anorthite; kandungan dalam batuan dasar 6,72%, dalam asam (granit dan lain-lain) 1,58%. Diferensiasi Ca yang sangat tajam terjadi di biosfer, terutama terkait dengan "keseimbangan karbonat": ketika karbon dioksida berinteraksi dengan CaCO 3 karbonat, bikarbonat Ca larut (HCO 3) 2 terbentuk: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca (HCO 3) 2 \u003d Ca 2+ + 2HCO 3-. Reaksi ini reversibel dan merupakan dasar dari redistribusi Ca. Dengan kandungan CO 2 yang tinggi di perairan, Ca berada dalam larutan, dan dengan kandungan CO 2 yang rendah, mineral kalsit CaCO 3 mengendap, membentuk endapan batu kapur, kapur, dan marmer yang kuat.

Migrasi biogenik juga memainkan peran besar dalam sejarah Ca. Dalam materi hidup dari unsur-logam, Ca adalah yang utama. Organisme diketahui mengandung lebih dari 10% Ca (lebih banyak karbon), membangun kerangka mereka dari senyawa Ca, terutama dari CaCO 3 (alga berkapur, banyak moluska, echinodermata, karang, rimpang, dll.). Dengan penguburan kerangka laut. Hewan dan tumbuhan dikaitkan dengan akumulasi massa ganggang, karang, dan batu gamping lainnya yang sangat besar, yang, jatuh ke kedalaman bumi dan termineralisasi, berubah menjadi berbagai jenis marmer.

Daerah yang luas dengan iklim lembab (zona hutan, tundra) ditandai dengan kekurangan Ca - di sini mudah tercuci dari tanah. Hal ini terkait dengan kesuburan tanah yang rendah, produktivitas hewan peliharaan yang rendah, ukurannya yang kecil, dan seringkali penyakit tulang. Oleh karena itu, pengapuran tanah, memberi makan hewan peliharaan dan burung, dll adalah sangat penting.Sebaliknya, CaCO 3 sedikit larut dalam iklim kering, oleh karena itu lanskap padang rumput dan gurun kaya akan Ca. Gipsum CaSO 4 2H 2 O sering terakumulasi di rawa-rawa garam dan danau garam.

Sungai membawa banyak Ca ke laut, tetapi tidak berlama-lama di air laut (kandungan rata-rata 0,04%), tetapi terkonsentrasi di kerangka organisme dan, setelah kematiannya, diendapkan di dasar terutama dalam bentuk CaCO3. Lumpur kapur tersebar luas di dasar semua lautan pada kedalaman tidak lebih dari 4000 m (CaCO 3 larut pada kedalaman yang sangat dalam, organisme di sana sering mengalami kekurangan Ca).

Air tanah memainkan peran penting dalam migrasi Ca. Dalam massa batu kapur, mereka dengan kuat melepaskan CaCO 3 di beberapa tempat, yang terkait dengan perkembangan karst, pembentukan gua, stalaktit, dan stalagmit. Selain kalsit, di lautan era geologis masa lalu, deposisi Ca fosfat (misalnya, deposit fosfat Karatau di Kazakhstan), dolomit CaCO 3 ·MgCO 3, dan gipsum di laguna selama penguapan tersebar luas.

Dalam perjalanan sejarah geologi, pembentukan biogenik karbonat meningkat, sedangkan pengendapan kimia kalsit menurun. Di laut Prakambrium (lebih dari 600 juta tahun yang lalu) tidak ada hewan dengan kerangka berkapur; mereka telah menyebar luas sejak Kambrium (karang, bunga karang, dll.). Hal ini disebabkan oleh tingginya kandungan CO2 di atmosfer Prakambrium.

Sifat fisik kalsium. Kisi kristal bentuk dari Ca (stabil pada suhu biasa) adalah kubik berpusat muka, a = 5,56Å. Jari-jari atom 1,97Å, jari-jari ionik Ca 2+ 1,04Å. Kepadatan 1,54 g/cm3 (20 °C). Di atas 464 °C, bentuk heksagonal stabil. t pl 851 °C, t kip 1482 °C; koefisien suhu ekspansi linier 22 10 -6 (0-300 °C); konduktivitas termal pada 20 °C 125,6 W/(m K) atau 0,3 kal/(cm·s °C); kapasitas panas spesifik (0-100 °C) 623,9 j/(kg K) atau 0,149 kal/(g °C); resistivitas listrik pada 20 °C 4,6 10 -8 ohm m atau 4,6 10 -6 ohm cm; koefisien suhu hambatan listrik 4,57 10 -3 (20 °C). Modulus elastisitas 26 Gn / m 2 (2600 kgf / mm 2); kekuatan tarik 60 MN / m 2 (6 kgf / mm 2); batas elastis 4 MN / m 2 (0,4 kgf / mm 2), kekuatan luluh 38 MN / m 2 (3,8 kgf / mm 2); perpanjangan 50%; Kekerasan Brinell 200-300 MN / m 2 (20-30 kgf / mm 2). Kalsium dengan kemurnian yang cukup tinggi adalah plastik, dipres dengan baik, digulung dan dapat dikerjakan dengan mesin.

Sifat kimia kalsium. Konfigurasi kulit elektron terluar dari atom Ca 4s 2, yang menyatakan bahwa Ca dalam senyawa adalah 2-valent. Secara kimiawi Ca sangat aktif. Pada suhu biasa, Ca mudah berinteraksi dengan oksigen dan uap air di udara, sehingga disimpan dalam wadah tertutup rapat atau di bawah minyak mineral. Ketika dipanaskan di udara atau oksigen, ia menyala, memberikan oksida dasar CaO. Peroksida Ca-CaO 2 dan CaO 4 juga dikenal. Pada awalnya, Ca bereaksi cepat dengan air dingin, kemudian reaksi melambat karena pembentukan film Ca(OH)2. Ca bereaksi hebat dengan air panas dan asam, melepaskan H2 (kecuali HNO3 pekat). Bereaksi dengan fluor dalam cuaca dingin, dan dengan klorin dan bromin - di atas 400 ° C, masing-masing menghasilkan CaF 2, CaCl 2 dan CaBr 2. Halida-halida ini dalam bentuk cair dengan Ca disebut subsenyawa - CaF, CaCl, di mana Ca secara formal monovalen. Ketika Ca dipanaskan dengan belerang, kalsium sulfida CaS diperoleh, yang terakhir menambahkan belerang, membentuk polisulfida (CaS 2, CaS 4 dan lainnya). Berinteraksi dengan hidrogen kering pada 300-400 ° C, Ca membentuk hidrida CaH 2 - senyawa ionik di mana hidrogen adalah anion. Pada 500 °C Ca dan nitrogen memberikan Ca 3 N 2 nitrida; interaksi Ca dengan amonia dalam cuaca dingin menyebabkan kompleks amonia Ca 6 . Ketika dipanaskan tanpa akses ke udara dengan grafit, silikon atau fosfor, Ca memberikan kalsium karbida CaC 2 , silisida Ca 2 Si, CaSi, CaSi 2 dan fosfida Ca 3 P 2 , masing-masing. Ca membentuk senyawa intermetalik dengan Al, Ag, Au, Cu, Li, Mg, Pb, Sn dan lain-lain.

Mendapatkan Kalsium. Dalam industri, Ca diperoleh dengan dua cara: 1) dengan memanaskan campuran bubuk CaO dan Al yang telah dibriket pada suhu 1200 ° C dalam ruang hampa 0,01-0,02 mm Hg. Seni.; dilepaskan oleh reaksi: 6CaO + 2 Al \u003d 3CaO Al 2 O 3 + 3Ca Uap Ca mengembun pada permukaan yang dingin; 2) dengan elektrolisis lelehan CaCl 2 dan KCl dengan katoda tembaga-kalsium cair, paduan Cu - Ca (65% Ca) disiapkan, dari mana Ca didistilasi pada suhu 950-1000 ° C dalam vakum 0,1-0,001 mm Hg. Seni.

Penggunaan kalsium. Dalam bentuk logam murni, Ca digunakan sebagai reduktor untuk U, Th, Cr, V, Zr, Cs, Rb dan beberapa logam tanah jarang dari senyawanya. Hal ini juga digunakan untuk deoksidasi baja, perunggu dan paduan lainnya, untuk menghilangkan belerang dari produk minyak bumi, untuk dehidrasi cairan organik, untuk pemurnian argon dari kotoran nitrogen, dan sebagai penyerap gas dalam perangkat vakum listrik. Bahan anti-gesekan dari sistem Pb-Na-Ca, serta paduan Pb-Ca, yang digunakan untuk pembuatan cangkang listrik, telah menerima aplikasi besar dalam teknologi. kabel. Paduan Ca-Si-Ca (silicocalcium) digunakan sebagai deoxidizer dan degasser dalam produksi baja berkualitas tinggi.

kalsium dalam tubuh. Ca adalah salah satu elemen biogenik yang diperlukan untuk proses kehidupan normal. Ini hadir di semua jaringan dan cairan hewan dan tumbuhan. Hanya organisme langka yang dapat berkembang di lingkungan tanpa Ca. Pada beberapa organisme, kandungan Ca mencapai 38%; pada manusia - 1,4-2%. Sel organisme tumbuhan dan hewan membutuhkan rasio ion Ca 2+ , Na + dan K + yang ditentukan secara ketat dalam media ekstraseluler. Tanaman mendapatkan Ca dari tanah. Menurut hubungannya dengan Ca, tumbuhan dibagi menjadi calcephiles dan calcephobes. Hewan mendapatkan Ca dari makanan dan air. Ca diperlukan untuk pembentukan sejumlah struktur seluler, mempertahankan permeabilitas normal membran sel luar, untuk membuahi telur ikan dan hewan lain, dan mengaktifkan sejumlah enzim. Ion Ca2+ mentransmisikan eksitasi ke serat otot, menyebabkannya berkontraksi, meningkatkan kekuatan kontraksi jantung, meningkatkan fungsi fagositosis leukosit, mengaktifkan sistem protein pelindung darah, dan berpartisipasi dalam koagulasinya. Di dalam sel, hampir semua Ca dalam bentuk senyawa dengan protein, asam nukleat, fosfolipid, dalam kompleks dengan fosfat anorganik dan asam organik. Dalam plasma darah manusia dan hewan tingkat tinggi, hanya 20-40% Ca yang dapat diasosiasikan dengan protein. Pada hewan dengan kerangka, hingga 97-99% dari semua Ca digunakan sebagai bahan bangunan: pada invertebrata, terutama dalam bentuk CaCO 3 (cangkang moluska, karang), pada vertebrata, dalam bentuk fosfat. Banyak invertebrata menyimpan Ca sebelum molting untuk membangun kerangka baru atau untuk menyediakan fungsi vital dalam kondisi buruk.

Kandungan Ca dalam darah manusia dan hewan tingkat tinggi diatur oleh hormon paratiroid dan kelenjar tiroid. Vitamin D memainkan peran paling penting dalam proses ini, penyerapan Ca terjadi di bagian anterior usus kecil. Asimilasi Ca memburuk dengan penurunan keasaman di usus dan tergantung pada rasio Ca, P dan lemak dalam makanan. Rasio Ca / P optimal dalam susu sapi adalah sekitar 1,3 (dalam kentang 0,15, dalam kacang 0,13, dalam daging 0,016). Dengan kelebihan P atau asam oksalat dalam makanan, penyerapan Ca memburuk. Asam empedu mempercepat penyerapannya. Rasio Ca/lemak optimal dalam makanan manusia adalah 0,04-0,08 g Ca per 1 g lemak. Ekskresi Ca terutama terjadi melalui usus. Mamalia selama menyusui kehilangan banyak Ca dengan susu. Dengan pelanggaran metabolisme fosfor-kalsium pada hewan muda dan anak-anak, rakhitis berkembang, pada hewan dewasa - perubahan komposisi dan struktur kerangka (osteomalacia).

Kalsium adalah unsur kimia golongan II dengan nomor atom 20 dalam sistem periodik, dilambangkan dengan simbol Ca (lat. Kalsium). Kalsium adalah logam alkali tanah lunak berwarna abu-abu keperakan.

20 unsur tabel periodik Nama unsur berasal dari lat. calx (dalam kasus genitif calcis) - "kapur", "batu lunak". Ini diusulkan oleh ahli kimia Inggris Humphry Davy, yang mengisolasi kalsium logam pada tahun 1808.
Senyawa kalsium - batu kapur, marmer, gipsum (serta kapur - produk pembakaran batu kapur) telah digunakan dalam konstruksi selama beberapa milenium yang lalu.
Kalsium adalah salah satu unsur yang paling melimpah di bumi. Senyawa kalsium ditemukan di hampir semua jaringan hewan dan tumbuhan. Ini menyumbang 3,38% dari massa kerak bumi (tempat ke-5 dalam kelimpahan setelah oksigen, silikon, aluminium dan besi).

Menemukan kalsium di alam

Karena aktivitas kimia yang tinggi kalsium dalam bentuk bebas di alam tidak ditemukan.
Kalsium menyumbang 3,38% dari massa kerak bumi (tempat ke-5 dalam kelimpahan setelah oksigen, silikon, aluminium dan besi). Kandungan unsur dalam air laut adalah 400 mg/l.

isotop

Kalsium terjadi di alam dalam bentuk campuran enam isotop: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca dan 48Ca, di antaranya yang paling umum - 40Ca - adalah 96,97%. Inti kalsium mengandung bilangan ajaib proton: Z = 20. Isotop
40
20
Ca20 dan
48
20
Ca28 adalah dua dari lima inti bilangan ajaib ganda yang ditemukan di alam.
Dari enam isotop kalsium alami, lima stabil. Isotop 48Ca keenam, yang terberat dari enam dan sangat langka (kelimpahan isotopnya hanya 0,187%), mengalami peluruhan beta ganda dengan waktu paruh 1,6 1017 tahun.

Dalam batuan dan mineral

Sebagian besar kalsium terkandung dalam komposisi silikat dan aluminosilikat dari berbagai batuan (granit, gneisses, dll.), terutama dalam feldspar - anorthite Ca.
Dalam bentuk batuan sedimen, senyawa kalsium diwakili oleh kapur dan batugamping, terutama terdiri dari mineral kalsit (CaCO3). Bentuk kristal kalsit, marmer, jauh lebih jarang ditemukan di alam.
Mineral kalsium seperti kalsit CaCO3, anhidrit CaSO4, alabaster CaSO4 0.5H2O dan gipsum CaSO4 2H2O, fluorit CaF2, apatit Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), dolomit MgCO3 CaCO3 cukup tersebar luas. Kehadiran garam kalsium dan magnesium dalam air alami menentukan kekerasannya.
Kalsium, yang bermigrasi dengan kuat di kerak bumi dan terakumulasi dalam berbagai sistem geokimia, membentuk 385 mineral (keempat dalam hal jumlah mineral).

Peran biologis kalsium

Kalsium adalah makronutrien umum pada tumbuhan, hewan dan manusia. Pada manusia dan vertebrata lainnya, sebagian besar terdapat pada rangka dan gigi. Kalsium ditemukan dalam tulang dalam bentuk hidroksiapatit. “Kerangka” sebagian besar kelompok invertebrata (spons, polip karang, moluska, dll.) terdiri dari berbagai bentuk kalsium karbonat (kapur). Ion kalsium terlibat dalam proses pembekuan darah, dan juga berfungsi sebagai salah satu pembawa pesan kedua universal di dalam sel dan mengatur berbagai proses intraseluler - kontraksi otot, eksositosis, termasuk sekresi hormon dan neurotransmiter. Konsentrasi kalsium dalam sitoplasma sel manusia adalah sekitar 10−4 mmol/l, dalam cairan antar sel sekitar 2,5 mmol/l.

Kebutuhan kalsium tergantung pada usia. Untuk orang dewasa berusia 19-50 tahun dan anak-anak berusia 4-8 inklusif, kebutuhan harian (AKG) adalah 1000 mg (terkandung dalam sekitar 790 ml susu dengan kandungan lemak 1%), dan untuk anak-anak berusia 9 hingga 18 tahun inklusif - 1300 mg per hari (terkandung dalam sekitar 1030 ml susu dengan kandungan lemak 1%). Pada masa remaja, asupan kalsium yang cukup sangat penting karena pertumbuhan kerangka yang intensif. Namun, menurut penelitian di AS, hanya 11% anak perempuan dan 31% anak laki-laki berusia 12-19 yang mencapai kebutuhan mereka. Dalam diet seimbang, sebagian besar kalsium (sekitar 80%) masuk ke tubuh anak dengan produk susu. Kalsium yang tersisa berasal dari sereal (termasuk roti gandum dan soba), kacang polong, jeruk, sayuran hijau, kacang-kacangan. Produk susu berdasarkan lemak susu (mentega, krim, krim asam, es krim berbasis krim) praktis tidak mengandung kalsium. Semakin banyak lemak susu dalam produk susu, semakin sedikit kalsium yang dikandungnya. Penyerapan kalsium di usus terjadi melalui dua cara: transeluler (transseluler) dan interseluler (paraseluler). Mekanisme pertama dimediasi oleh aksi bentuk aktif vitamin D (kalsitriol) dan reseptor ususnya. Ini memainkan peran besar dalam asupan kalsium rendah hingga sedang. Dengan kandungan kalsium yang lebih tinggi dalam makanan, penyerapan antar sel mulai memainkan peran utama, yang terkait dengan gradien konsentrasi kalsium yang besar. Karena mekanisme transeluler, kalsium diserap lebih banyak di duodenum (karena konsentrasi reseptor tertinggi di calcitriol di sana). Karena transfer pasif antar sel, penyerapan kalsium paling aktif di ketiga bagian usus kecil. Penyerapan kalsium secara paraseluler dipromosikan oleh laktosa (gula susu).

Penyerapan kalsium terhambat oleh beberapa lemak hewani (termasuk lemak susu sapi dan lemak sapi, tetapi bukan lemak babi) dan minyak sawit. Asam lemak palmitat dan stearat yang terkandung dalam lemak tersebut dipecah selama pencernaan di usus dan, dalam bentuk bebas, mengikat kalsium dengan kuat, membentuk kalsium palmitat dan kalsium stearat (sabun tidak larut). Dalam bentuk sabun dengan kursi ini, kalsium dan lemak hilang. Mekanisme ini bertanggung jawab atas penurunan penyerapan kalsium, pengurangan mineralisasi tulang, dan pengurangan pengukuran tidak langsung kekuatan tulang pada bayi dengan susu formula berbasis minyak kelapa sawit (palm olein). Pada anak-anak ini, pembentukan sabun kalsium di usus dikaitkan dengan pengerasan tinja, penurunan frekuensi, serta regurgitasi dan kolik yang lebih sering.

Konsentrasi kalsium dalam darah, karena pentingnya untuk sejumlah besar proses vital, diatur dengan tepat, dan dengan nutrisi yang tepat dan asupan yang cukup dari produk susu rendah lemak dan vitamin D, kekurangan tidak terjadi. Kekurangan kalsium dan/atau vitamin D yang berkepanjangan dalam makanan menyebabkan peningkatan risiko osteoporosis dan menyebabkan rakhitis pada masa bayi.

Dosis kalsium dan vitamin D yang berlebihan dapat menyebabkan hiperkalsemia. Dosis aman maksimum untuk orang dewasa berusia 19 hingga 50 tahun inklusif adalah 2500 mg per hari (sekitar 340 g keju Edam).