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1、1. 引言 22. 元素简介 33. 钙的来源和制备 64. 钙与生活 75. 钙的重要化合物 116. 结束语 167. 参考文献 161. 引言有“生命元素”之称的钙元素可以说是伴随着我们这一 生。现代的科学发现,地壳中的各种物质元素按它们的含 量多少可以标出一条曲线,其中钙的含量很高。我们的身体中也有这些物质元素,按含量多少也可以标出一条曲 线。将这两条曲线放在一起比较,您就会发现这两条曲线 惊人的相似,表明着我们生命与自然与大地的必然联系。 生命一旦消亡,机体中的有机物飘然回归自然,在留下的 骨灰中可以测得钙元素的含量达1公斤以上。这也就表明了钙对于我们的重要性。下面我们就来探讨一下钙
2、。2. 元素简介1)历史发现钙是在自然界中分布最广的十个元素之一,但由于它不 易从化合物中还原成单质状态,所以迟迟未被发现。长时 期里,化学家们将从含碳酸钙的石灰石焙烧获得的钙的氧 化物当作是不可再分割的物质。1789年,拉瓦锡发表的元素表中就列有它。1808年,英国的戴维、瑞典的贝采利乌 斯、法国的蓬丁,使用汞阴极电解石灰石制得在电解质, 在阴极的汞齐中提出金属钙。从此钙被确定为元素,并被命名为Calcium,元素符号是 Ca。Calcium来自拉丁文中表 示生石灰的词 calx。2)总体特性钙(Calcium )是一种化学元素,它的化学符号是Ca,它的原子序数是 20,是一种银白色的碱土金
3、属.位于 第四周期第n A族,位于s区。地壳含量为 3.39%。3)原子属性原子量为40.078原子量单位,原子半径为 180pm,共 价半径为174pm,最外层的电子排布为 4s2.晶体结构为面 心立方晶格。4)物理属性物质状态为固态(顺磁性),密度 1.55克/厘米3,熔 点839 C ,沸点1484 C,硬度1.5,电导性20.8。汽化热 为 153.6kJ/mol ,声速为 3810m/s,熔化热为 8.54kJ/mol。5)化学属性化学性质活泼,在空气中表面上能形成一层氧化物或氮 化物薄膜,可减缓进一步腐蚀。跟氧化合生成氧化钙,跟 氮化合生成氮化钙 Ca3N2,跟氟、氯、溴、碘等化合
4、生成相 应卤化物,跟氢气在 400 C催化剂作用下生成氢化钙。常温 下跟水反应生成氢氧化钙并放出氢气,跟盐酸、稀硫酸等 反应生成盐和氢气,跟碳在高温下反应生成碳化钙CaC2加热时几乎能还原所有金属氧化物,在熔融时也能还原许 多金属氯化物。钙常用做合金的脱氧剂,冶金的还原剂, 制备铬、锆、铀,铁和铁合金的脱硫、脱碳剂,氮和氩气 体的分离剂,以及油类的脱水剂等。有关钙的方程式:Ca+2HCI=CaCI2+H2 TN2+3Ca=Ca3N23C+CaO=CaC2+CO TCO2+Ca(OH)2(过量)=CaC03 J +H2O2CO2(过量)+Ca(OH)2=Ca(HCO3)2SO2+Ca(OH)2=
5、CaSO3+H2OSO3+Ca(OH)2=CaSO4 J +H2O 2HNO3+CaCO3=Ca (NO3) 2+H2O+CO2 T 2CI2+2Ca (OH) 2=CaCI2+Ca (CIO) 2+2H2O CaH2+2H2O=Ca(OH)2+2H2 T 2HF+CaCI2=CaF2+2HCISiO2+CaO=CaSiO3SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2 TCa(HCO3)2=CaCO3+H2O+CO2 T CaCO3=CaO+CO2 T6)其他属性11电负性为1.00(泡林标度),第一电离能为 589.8KJ/mol,自然界有6种稳定同位素存在,另外有 种放射性同位素。3. 钙的
6、来源和制备存在于血浆在自然界分布广,以化合物的形态存在,如 石灰石、白垩、石、石膏、磷灰石等;也和骨骼中,并参 与凝血和肌肉的收缩过程。有电解法及还原法两种方式。其中电解法是拉特瑙(W.Rathenau)于1904年首先应用的,所用的电解质为 CaCI2和CaF2的混合物。电解槽阳极用石墨等作衬,阴极 用钢制成。电解析出的钙漂浮在电解质表面,同钢制阴极 接触而冷凝在阴极上。还原法是生产金属钙的主要方法。 通常用石灰石为原料,经烧成氧化钙,以铝粉作还原剂。 粉碎的氧化钙与铝粉按一定比例混合均匀,压制成块。先由石灰石与盐酸反应得到氯化钙CaCO3+2HCI=CaCI2+H2O+CO2电解氯化钙Ca
7、Cl2=(通电)Ca +Cl24. 钙与生活1)人体中的钙钙是人体必需的矿物质营养素,所有的细胞都需要钙。 钙离子Ca2+在生物体中是许多生化过程及生理过程的触发 器,如触发肌肉收缩、释放激素、传递脉冲、促进血液凝 结、调节心律和分泌乳汁等等。Ca2+尤为各种高级生物体所必需。现代医学研究表明,钙营养与体免疫、神经、分 泌、消化、循环、运动、生殖等十多个系统的功能密切相 关,钙离子参与生命进化及生命运动的全过程。也就是说 人类健康离不开钙。用钙剂对一颗已经停止跳动的试验动 物的心脏进行灌流,就可以看到心脏获钙后又重新恢复了 跳动。钙是骨骼、牙齿和细胞壁形成时的必需结构成分。 骨钙的组成主要是羟
8、磷灰石结晶,占骨骼重量40 %以上,骨钙对维持血钙的浓度极为重要,被称作人体钙元素的 “储存库”。当血钙浓度降低时,可迅速动员骨钙补充, 此过程即为骨质分解;反之钙则在骨骼“暂存”。牙齿的化学组成大部分与骨一致,牙齿的表层为牙釉质(又称珐 琅质),牙齿一旦形成和钙化后,新代谢就降到最低程 度。血浆中的钙有 48%为离子形式,46%与蛋白质结合, 3%为复合物形式(Complex ),还有3%未被确认。血浆 中钙浓度大约为1011 mg /100 mL ,无年龄、性别差 异。钙离子对神经组织有特殊且重要的影响,如果血钙离 子浓度下降,神经组织会过度兴奋,导致手足抽搐;另一 方面,高血钙抑制神经兴
9、奋。血钙的浓度相当稳定,由副 甲状腺素(PTH)精密控制,使骨钙和血钙处于平衡之中。 血钙浓度低,则由骨钙补充;反之,血钙浓度高,则将钙 沉积于骨中储存,或经肾脏于尿中排出体外。人体缺钙的表现,儿 童:夜惊、夜啼、烦躁、盗汗、 厌食、方颅、佝偻病、骨骼发育不良、免疫力低下、易感染。青少年:腿软、抽筋、体育成绩不佳、疲倦乏力、烦 躁、精力不集中、偏食、厌食、蛀牙、牙齿发育不良、易 感冒、易过敏。青壮年:经常性的倦怠、乏力、抽筋、腰酸背痛、易感冒、过敏。孕产妇:小腿痉挛、腰酸背痛、 关节痛、浮肿、妊娠高血压等。中老年:腰酸背痛、小腿痉挛、骨质疏松和骨质增生、骨质软化、各类骨折、高血 压、心脑血管病
10、、糖尿病、结石、肿瘤等。假。我们不要一味 而且钙片并不是越 自身的情况合理的 饮食结构,达到从 钙的目的。补钙不现在市场上有许多打着“补钙”旗号的商家,各式各样 的钙片让人难分真 的听信宣传和广告。 贵越好,我们要根据 选用。尽量通过改善J天然食品中获取足量 是越多越好,重要的是看吸收。2)食物中的钙自然的食品以牛奶和优酪乳所含的钙最多,其他食物如 干豆类、鱼、豆腐、深色的蔬菜如花椰菜、甘蓝类蔬菜和 芥兰菜等都含有丰富的钙。此外还有很多添加钙强化的食 物,例如:橙汁、蔓越莓汁、早餐谷类食品等。也有人服 用钙补充剂以补不足。然而摄取过量的钙可以保持人体中 的血钙溶度,30岁以前维持骨本,30岁以
11、后维持血钙溶度 。 最新的膳食标准指出钙的上限摄取量是每天2500 mg ; 一般人每天只须从自然食物和补充剂中摄取1500 mg的钙,有趣四遍关于食物中的钙有2个很 的实验:实验一:熬棒骨,第才有钙科晔便已经足够。解放军309医院营养做过一个实验:用 2.5千克猪棒骨,加入 2升水和10毫升 醋,放在高压锅里炖,待压力上来后炖20分钟。把汤和棒骨上的肉吃完后,再加入同样2.5升水和10毫升醋,同样在高压锅里炖20分钟。如此反复。她发现,前三次汤中并 没有钙。待到第四次后,大量钙质才会从棒骨中被逐渐煮 出来,到第10遍时钙含量就会逐渐下降,到第14遍后钙就完全没有了。实验二:骨汤补钙仅为牛奶的
12、 4%。使用除去肌肉的新鲜猪股骨500克,敲碎,采用家庭常规烹制方法,根据骨骼重量,按比例加入适量去离子 水和醋、食盐、料酒、大葱、生姜等作料,加水量在1500毫升左右,以覆盖骨骼为标准。电炉加热至沸腾,保持微 沸120分钟。为了对照,他们制备了无醋骨汤、低醋骨 汤、高醋骨汤和本底汤汁(不放猪骨头的原料汤汁)四种汤, 各组食物原料的比例和加热时间一致。低醋组加入75克醋,高醋组加入150克。实验结果表明,无醋组骨汤钙含 量与本底组几乎相等。这说明,不加醋的话,基本没有钙 从骨中游离出来。这是因为钙主要以羟基磷灰石形式存在 于骨骼中,溶解度极低,所以用传统方法烹制的骨头汤难 以发挥补钙功效。从骨
13、头游离出来钙,不加醋的组含量有4毫克/千克,低醋组为13毫克/千克,高醋组为35毫克/千 克。普通牛奶钙含量为 1000毫克/千克左右。高醋组的骨 汤口味很差,一般人不会这么去做。由此可见,骨汤补 钙,仅为牛奶的4%。35%。之间。除了钙,加入适量的 食醋也会使镁、钾、锌、铁、铜等矿物质溶出量增加,而 且加醋量多时含量更高。由于两个实验的方式不同,结果有所差异。但是结果说 明,骨汤中的确含钙。对于急需补钙者,骨汤并非首选。 如果单纯为了补钙,骨汤中的钙的确有限,但是骨汤中含有丰富的营养元素。尤其适合小孩和孕妇吃,比如可以用 骨汤做鸡蛋羹,胆固醇可能高,但是对小孩和婴儿的神经 发育非常有益。3)
14、 钙在生活中的利用钙化合物与我们日常生活息息相关水壶底部,为什么 原因便是由于含有 时,会发生:我们长期用来烧水的 会出现白色水垢呢?其 CO2的地表水流过岩石CaCO3+CO2+H 20=Ca(HC0 3)2的反应,从而使岩石发生溶 解,水中含有一定的钙离子加热含有Ca(HCO3)2的水,便会发生Ca(HCO3)2=CaCO3+H2O+CO2 f从而产生水垢,故水 垢的主要成份为 CaCO3,当然还有 MgC0 3。石灰浆常用于建筑上,石灰浆与沙子水混合便是胶泥; 是很好建筑粘合剂,其原理便是Ca(OH)2与空气中CO2反应生成很坚硬的 CaCO3,从而将建筑材料粘在一起,如何 使新建房子或
15、新粉刷的房子干燥呢?使是打开窗户;让其 通风,如果你新粉刷的;在房中烧起一盘炭火,会发现墙 面不但不干,反而会冒出水珠更潮湿了,其实是发生了Ca(OH)2+ CO2= CaCO3 J + H2O 的反应。在化学上把这样含较多钙离子的水,称之为硬水。其中 钙离子会降低水的使用价值,如果水洗衣服效果不佳,很 难洗干净,这里由于肥皂中主要成份,为高级脂肪酸钠, 其中有效成份为高级脂肪酸根。高级脂肪酸根结构如下:CH3CH2 CH2COO辛油基 辛油基在洗衣除油污时辛油基与衣上油污结合,辛水基与水结 合,当我搓动衣服时,高级脂肪酸根会将油污从衣物上带 走。溶于水,从而达到除污效果,但是当水中溶有Ca2
16、+时高级脂肪酸根会与 Ca2+完成高级脂肪酸钙沉淀降低其去污 能力。5. 钙的重要化合物钙有许许多多的化合物,下面介绍几种重要的化合物1)碳酸钙碳酸钙,俗称石灰石、石粉,是一种化合物,化学式是 CaC03,呈碱性,基本上不溶于水,溶于酸。它是地球上 常见物质,存在于、霰石、方解石、白垩、石灰岩石、石 灰华等岩石。亦为动物骨骼或外壳的主要成份。它的性质如下:在一大气压下将碳酸钙加热到900 C会分解成氧化钙和二氧化碳:CaCO3 f CaO + CO 2碳酸钙会和稀氢氯酸反应,会呈泡腾现 象,并生成氯化钙、水和二氧化碳CaCO3 + 2HCI CaCl2 + H 2O + CO 2碳酸钙溶液通入
17、过量二氧化碳,会生成 碳酸氢钙溶液CaCO3 + CO 2 + H 20 Ca(HCO3)2碳酸钙和碳酸溶液(雨水)反应,生成 碳酸氢钙CaCO3 + H 2CO3 Ca(HCO 3)2二思它的制备方法:把二氧化碳通入氢氧化钙会生成碳酸钙和水+ Ca(OH) 2 CaCO3 ; + H 20电线电璀它的用途:冶金工业中,主要用于助溶剂人单亠4宀4地嘏扣扳 5用钙用于制造建筑材料水泥、石灰、人造石 中和二氧化硫、水、酸性土壤或农田 制造玻璃、钙片等溃指肠溃疡等病。医疗上用作抗酸药,能中和胃酸、保护 疡面,用于胃酸过多、胃和十二2)氟化钙氟化钙(化学式:CaF2)是钙的氟化物,为白色晶体, 难溶于
18、水,单晶是透明的。它是萤石矿物的主要成分,也 是氟元素的主要来源,可用于制取氟化氢、氟气、氟化物 等重要化学试剂,年产量达50万吨(1990年代后期)。氟化钙型结构是晶体结构中的一种重要结构。立方体晶胞 中,Ca2+与八个F-以立方体型配位,F-与四个Ca2+以四 面体型配位。由于晶格中 F心存在,矿物中的氟化钙常带 很深的颜色。工业上和实验室中都以氟化钙为原料制取氟化氢。氟化钙 与浓硫酸在铅皿中反应,便会有氟化氢气体放出:CaF2(s) + H 2SO4Q) CaSO4(s) + 2 HF(g)氟化氢是化工中极为重要的中间体,可以配制氢氟酸,也 是制取有机氟化合物、氟化物等多种化学试剂的原料
19、。3 )氢氧化钙氢氧化钙,化学式 Ca(OH)2俗称熟石灰或消石灰,白色 固体,微溶于水,其水溶液常称为石灰水,呈碱性。在空 气中吸收二氧化碳和水等从而变质,通常称其具有吸水 性。一般用于建筑或酸性土地的改良。常见的反应:生石灰(氧化钙)与水反应生成氢氧化钙,化学方程式为: CaO + H 20 Ca(OH) 2氢氧化钙会与二氧化碳反应生成碳酸钙与水,化学方程式为:Ca(OH) 2 + CO 2 CaCQj + H 20 (该反应常用于检验二氧 化碳,阳性结果为氢氧化钙溶液变成乳白 色。)氢氧化钙会与碳酸钠或碳酸氢钠反应生成 氢氧化钠和碳酸钙,化学方程式:Ca(OH) 2+ Na 2CO3 C
20、aC03 J + 2NaOH2NaHC0a + Ca(OH) 2 CaC03 J +Na 2CO3 + 2H 20 (NaHCQ 过量)NaHC03 + Ca(OH) 2 CaC03 J +NaOH+H 2O (Ca(0H)2过量)(该反应在工业上用于制取氢氧化钠。)对健康的危害:人体过量服食和吸收氢氧化钙会导致有危 险的症状,例如呼吸困难、出血、低血压、肌肉瘫痪、阻 碍肌球蛋白和肌动蛋白系统,以及增加血液的pH值,使脏受损等。它的用途:降低土壤酸性。改良土壤结构。制造的波尔多液用于果树和蔬菜的来消灭虫 害。石灰沙浆可用于砌砖抹墙。在制糖工业中用来中和糖浆中的酸,从而减 少糖的酸味。4)电石电石是在有机化学中一种重要的原料。电石的主要成 分是碳化钙(英文:Calcium carbide ),异名乙炔钙,化学式CaC2。电石是一种呈绿色或灰黑色的粉末或块
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