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

---