Kalcijs- Periodiskās sistēmas 4. perioda un PA grupas elements, kārtas numurs 20. Elektroniskā formula atoms [ 18 Ar] 4s 2, oksidācijas pakāpes +2 un 0. Attiecas uz sārmzemju metāliem. Tam ir zema elektronegativitāte (1,04), tai piemīt metāliskas (pamata) īpašības. Veido (kā katjonu) daudzus sāļus un binārus savienojumus. Daudzi kalcija sāļi slikti šķīst ūdenī. Dabā - sestaisķīmiskā daudzuma ziņā elements (trešais starp metāliem) ir saistītā formā. Svarīgs elements visiem organismiem Kalcija trūkumu augsnē papildina ar kaļķu mēslojumu (CaCO 3 , CaO, kalcija cianamīds CaCN 2 u.c.). Kalcijs, kalcija katjons un tā savienojumi iekrāso gāzes degļa liesmu tumši oranžā krāsā ( kvalitatīva noteikšana).

Kalcijs Ca

Sudrabbalts metāls, mīksts, kaļams. Mitrā gaisā tas notraipās un pārklājas ar CaO un Ca(OH) plēvi 2. Ļoti reaģējošs; uzliesmo, karsējot gaisā, reaģē ar ūdeņradi, hloru, sēru un grafītu:

Reducē citus metālus no to oksīdiem (rūpnieciski svarīga metode ir kalcija termomija):

Kvīts kalcijs iekšā nozare:

Kalcijs tiek izmantots, lai noņemtu nemetālu piemaisījumus no metālu sakausējumiem, kā vieglo un antifrikcijas sakausējumu sastāvdaļu, lai izolētu retos metālus no to oksīdiem.

Kalcija oksīds CaO

bāzes oksīds. Tehniskais nosaukums ir dzēsts kaļķis. Balts, ļoti higroskopisks. Ir jonu struktūra Ca 2+ O 2- . Ugunsizturīgs, termiski stabils, aizdegšanās laikā gaistošs. Uzsūc mitrumu un oglekļa dioksīds no gaisa. Spēcīgi reaģē ar ūdeni (augsti ekso- efekts), veido stipri sārmainu šķīdumu (iespējama hidroksīda nogulsnēšanās), procesu sauc par kaļķu dzēšanu. Reaģē ar skābēm, metāliem un nemetālu oksīdiem. To izmanto citu kalcija savienojumu sintēzei, Ca(OH) 2, CaC 2 un minerālmēslu ražošanā, kā kušņu metalurģijā, katalizatoru organiskajā sintēzē, saistvielu sastāvdaļu būvniecībā.

Svarīgāko reakciju vienādojumi:

Kvīts Cao rūpniecībā– kaļķakmens apdedzināšana (900-1200 °С):

CaCO3 = CaO + CO2

Kalcija hidroksīds Ca(OH) 2

bāzes hidroksīds. Tehniskais nosaukums ir dzēstie kaļķi. Balts, higroskopisks. Tam ir jonu struktūra Ca 2+ (OH -) 2. Sadalās mērenā siltumā. Absorbē mitrumu un oglekļa dioksīdu no gaisa. Nedaudz šķīst aukstā ūdenī (veidojas sārmains šķīdums), vēl mazāk šķīst verdošā ūdenī. Dzidrs šķīdums (kaļķu ūdens) ātri kļūst duļķains hidroksīda nokrišņu dēļ (suspensiju sauc par kaļķa pienu). Kvalitatīva reakcija uz Ca 2+ jonu ir oglekļa dioksīda pāreja caur kaļķa ūdeni, parādoties CaCO 3 nogulsnēm un pārejot šķīdumā. Reaģē ar skābēm un skābju oksīdiem, iesaistās jonu apmaiņas reakcijās. To izmanto stikla, balināšanas, kaļķu minerālmēslu ražošanā, sodas kausticizācijai un mīkstināšanai. saldūdens, kā arī kaļķu javu - mīklas maisījumu (smiltis + dzēstie kaļķi + ūdens) pagatavošanai, kas kalpo kā saistviela mūrēšanai un ķieģeļu mūrēšanai, sienu apdarei (apmešanai) un citiem būvniecības mērķiem. Šādu šķīdumu sacietēšana ("konfiskācija") ir saistīta ar oglekļa dioksīda absorbciju no gaisa.

kalcijs - ķīmiskais elements II grupa ar atomskaitli 20 periodiskajā sistēmā, ko apzīmē ar simbolu Ca (lat. Kalcijs). Kalcijs ir mīksts, sudrabaini pelēks sārmzemju metāls.

20 periodiskās tabulas elements Elementa nosaukums cēlies no lat. calx (in ģenitīvs gadījums kalcis) - "kaļķis", "mīksts akmens". To ierosināja angļu ķīmiķis Hamfrijs Deivijs, kurš 1808. gadā izolēja metālisko kalciju.
Kalcija savienojumi – kaļķakmens, marmors, ģipsis (kā arī kaļķi – kaļķakmens degšanas produkts) celtniecībā izmantoti jau pirms vairākiem gadu tūkstošiem.
Kalcijs ir viens no visbiežāk sastopamajiem elementiem uz Zemes. Kalcija savienojumi ir atrodami gandrīz visos dzīvnieku un augu audos. Tas veido 3,38% no zemes garozas masas (5. vieta pēc pārpilnības aiz skābekļa, silīcija, alumīnija un dzelzs).

Kalcija atrašana dabā

Augstās ķīmiskās aktivitātes dēļ kalcijs brīvā formā dabā nav atrodams.
Kalcijs veido 3,38% no zemes garozas masas (5. vieta pēc pārpilnības aiz skābekļa, silīcija, alumīnija un dzelzs). Elementa saturs jūras ūdens- 400 mg / l.

izotopi

Kalcijs dabā sastopams sešu izotopu maisījuma veidā: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca un 48Ca, starp kuriem visizplatītākais - 40Ca - ir 96,97%. Kalcija kodoli satur maģisko protonu skaitu: Z = 20. Izotopi
40
20
Ca20 un
48
20
Ca28 ir divi no pieciem dabā sastopamajiem divkāršā maģiskā skaitļa kodoliem.
No sešiem dabā sastopamajiem kalcija izotopiem pieci ir stabili. Sestais 48Ca izotops, smagākais no sešiem un ļoti rets (tā izotopu daudzums ir tikai 0,187%), tiek pakļauts dubultai beta sabrukšanai ar pussabrukšanas periodu 1,6 1017 gadi.

Akmeņos un minerālos

Visvairāk kalcija ir dažādu iežu (granītu, gneisu u.c.) silikātu un aluminosilikātu sastāvā, īpaši laukšpatā – anortītā Ca.
Nogulumiežu formā kalcija savienojumus attēlo krīts un kaļķakmens, kas galvenokārt sastāv no minerālā kalcīta (CaCO3). Kalcīta kristāliskā forma, marmors, dabā ir daudz retāk sastopama.
Diezgan plaši izplatīti ir tādi kalcija minerāli kā kalcīts CaCO3, anhidrīts CaSO4, alabastrs CaSO4 0,5H2O un ģipsis CaSO4 2H2O, fluorīts CaF2, apatīti Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), dolomīts MgCO3 CaCO3. Kalcija un magnija sāļu klātbūtne dabīgajā ūdenī nosaka tā cietību.
Kalcijs, kas enerģiski migrē uz zemes garoza un akumulējoties dažādās ģeoķīmiskajās sistēmās, veido 385 minerālus (ceturtā vieta pēc derīgo izrakteņu skaita).

Kalcija bioloģiskā loma

Kalcijs ir izplatīts makroelements augos, dzīvniekos un cilvēkos. Cilvēkiem un citiem mugurkaulniekiem lielākā daļa ir skeletā un zobos. Kalcijs ir atrodams kaulos hidroksilapatīta formā. No dažādas formas kalcija karbonāts (kaļķis) sastāv no vairuma bezmugurkaulnieku grupu "skeletiem" (sūkļi, koraļļu polipi, mīkstmieši utt.). Kalcija joni ir iesaistīti asins koagulācijas procesos, kā arī kalpo kā viens no universālajiem otrajiem vēstnešiem šūnu iekšienē un regulē dažādus intracelulāros procesus - muskuļu kontrakciju, eksocitozi, tostarp hormonu un neirotransmiteru sekrēciju. Kalcija koncentrācija cilvēka šūnu citoplazmā ir aptuveni 10-4 mmol/l, starpšūnu šķidrumos ap 2,5 mmol/l.

Kalcija nepieciešamība ir atkarīga no vecuma. Pieaugušajiem vecumā no 19 līdz 50 gadiem un bērniem vecumā no 4 līdz 8 gadiem ikdienas nepieciešamība (RDA) ir 1000 mg (satur aptuveni 790 ml piena ar tauku saturu 1%) un bērniem vecumā no 9 līdz 18 gadiem ieskaitot - 1300 mg dienā (satur aptuveni 1030 ml piena ar tauku saturu 1%). Pusaudža gados adekvāta kalcija uzņemšana ir ļoti svarīga skeleta intensīvas augšanas dēļ. Tomēr saskaņā ar pētījumiem ASV, tikai 11% meiteņu un 31% zēnu vecumā no 12 līdz 19 gadiem sasniedz savas vajadzības. Sabalansētā uzturā lielākā daļa kalcija (apmēram 80%) nonāk bērna organismā kopā ar piena produktiem. Atlikušo kalciju iegūst no graudaugiem (tostarp pilngraudu maizes un griķu), pākšaugiem, apelsīniem, zaļumiem, riekstiem. Piena produkti uz piena tauku bāzes (sviests, krējums, krējums, saldējums uz krējuma bāzes) praktiski nesatur kalciju. Jo vairāk piena tauku piena produktā, jo mazāk kalcija tas satur. Kalcija uzsūkšanās zarnās notiek divos veidos: transcelulāri (transcelulāri) un starpšūnu (paracelulāri). Pirmais mehānisms ir saistīts ar D vitamīna aktīvās formas (kalcitriola) un tā zarnu receptoru darbību. Tam ir liela nozīme zemā vai mērenā kalcija uzņemšanā. Ar lielāku kalcija saturu uzturā galveno lomu sāk spēlēt starpšūnu uzsūkšanās, kas saistīta ar lielu kalcija koncentrācijas gradientu. Pateicoties transcelulārajam mehānismam, kalcijs lielākā mērā uzsūcas divpadsmitpirkstu zarnā (jo tur ir visaugstākā kalcitriola receptoru koncentrācija). Pateicoties starpšūnu pasīvajai pārnešanai, kalcija uzsūkšanās ir visaktīvākā visās trīs tievās zarnas daļās. Kalcija uzsūkšanos paracelulāri veicina laktoze (piena cukurs).

Kalcija uzsūkšanos kavē daži dzīvnieku tauki (tostarp govs piena tauki un liellopu tauki, bet ne speķis) un palmu eļļa. Šādos taukos esošās palmitīnskābes un stearīnskābes taukskābju gremošanas procesā zarnās tiek atšķelti un brīvā veidā cieši saistās ar kalciju, veidojot kalcija palmitātu un kalcija stearātu (nešķīstošās ziepes). Šo ziepju veidā ar krēslu tiek zaudēts gan kalcijs, gan tauki. Šis mehānisms ir atbildīgs par samazinātu kalcija uzsūkšanos, samazinātu kaulu mineralizāciju un samazinātu netiešo kaulu stipruma mērījumu skaitu zīdaiņiem ar palmu eļļas (palmu oleīna) bāzes mākslīgo maisījumu zīdaiņiem. Šiem bērniem kalcija ziepju veidošanās zarnās ir saistīta ar izkārnījumu sacietēšanu, to biežuma samazināšanos, kā arī biežāku regurgitāciju un kolikām.

Kalcija koncentrācija asinīs, jo tā ir svarīga liels skaits vitālie procesi tiek precīzi regulēti, un ar pareizu uzturu un pietiekamu zema tauku satura piena produktu un D vitamīna uzņemšanu deficīts nerodas. Ilgstošs kalcija un/vai D vitamīna deficīts uzturā palielina osteoporozes risku un izraisa rahītu zīdaiņa vecumā.

Pārmērīgas kalcija un D vitamīna devas var izraisīt hiperkalciēmiju. Maksimālā drošā deva pieaugušajiem vecumā no 19 līdz 50 gadiem ir 2500 mg dienā (apmēram 340 g Edam siera).

Siltumvadītspēja
Kalcija savienojumi.

CaO- kalcija oksīds vai nedzēsts kaļķis, to iegūst, sadaloties kaļķakmenim: CaCO 3 \u003d CaO + CO 2 ir oksīds sārmzemju metāls, tāpēc tas aktīvi mijiedarbojas ar ūdeni: CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2

Ca(OH) 2 - kalcija hidroksīds vai dzēstie kaļķi, tāpēc reakciju CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2 sauc par kaļķu dzēšanu. Ja šķīdumu filtrē, tiek iegūts kaļķa ūdens - tas ir sārmu šķīdums, tāpēc tas maina fenolftaleīna krāsu uz tumšsarkanu.

Hidratēts kaļķis tiek plaši izmantots būvniecībā. Tā maisījums ar smiltīm un ūdeni ir labs saistviela. Oglekļa dioksīda iedarbībā maisījums sacietē Ca (OH) 2 + CO 2 \u003d CaCO3 + H 2 O.

Tajā pašā laikā daļa smilšu un maisījuma pārvēršas par silikātu Ca (OH) 2 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + H 2 O.

Vienādojumiem Ca (OH) 2 + CO 2 \u003d CaCO 2 + H 2 O un CaCO 3 + H 2 O + CO 2 \u003d Ca (HCO 3) 2 ir svarīga loma dabā un mūsu planētas izskata veidošanā. . Oglekļa dioksīds tēlnieka un arhitekta veidolā rada pazemes pilis karbonātu iežu slāņos. Tas spēj pazemē pārvietot simtiem un tūkstošiem tonnu kaļķakmens. Caur iežu plaisām ūdens, kas satur tajā izšķīdinātu oglekļa dioksīdu, nonāk kaļķakmens biezumā, veidojot dobumus - kastra alas. Kalcija bikarbonāts pastāv tikai šķīdumā. Gruntsūdeņi pārvietojas zemes garozā, piemērotos apstākļos iztvaicējot ūdeni: Ca (HCO3) 2 \u003d CaCO3 + H 2 O + CO 2 , šādi veidojas stalaktīti un stalagmīti, kuru veidošanās shēmu ierosināja slavenais ģeoķīmiķis A.E. Fersmans. Krimā ir daudz kastras alu. Zinātne tos pēta speleoloģija.

Celtniecībā izmanto kalcija karbonātu CaCO3- tas ir krīts, kaļķakmens, marmors. Jūs visi esat redzējuši mūsu dzelzceļa staciju: tā ir pabeigta ar baltu marmoru, kas atvests no ārzemēm.

pieredze: iepūš caur cauruli kaļķa ūdens šķīdumā, tas kļūst duļķains .

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 PAR

Izveidotajām nogulsnēm pievieno etiķskābi, tiek novērota putošanās. izdalās oglekļa dioksīds.

CaCO 3 +2 kanāli 3 COOH \u003d Ca (CH 3 SOO) 2 +H 2 O + CO 2

PASAKA PAR KĀRBONĀTA BRĀĻIEM.

Trīs brāļi dzīvo uz zemes
No karbonātu ģimenes.
Vecākais brālis ir izskatīgs marmors,
Slava Karara vārdā,
Izcils arhitekts. Viņš
Viņš uzcēla Romu un Partenonu.
Ikviens zina kaļķakmeni,
Tāpēc tas ir nosaukts šādi.
Slavens ar savu darbu
Mājas celtniecība aiz mājas.
Gan spējīgs, gan spējīgs
Jaunākais mīkstais brālis MEL.
Kā zīmēt, paskaties
Šis CaCO 3!
Brāļiem patīk rotaļāties
Sadedzināt karstā cepeškrāsnī
Pēc tam veidojas CaO un CO 2.
Tas ir oglekļa dioksīds
Katrs no jums ir pazīstams ar viņu,
Mēs to izelpojam.
Nu, tas ir Sao -
Karsti dedzināti dzēsti kaļķi.
Pievienojiet tam ūdeni
Rūpīgi samaisot
Lai izvairītos no nepatikšanām
Mēs aizsargājam savas rokas
Forši jaukts LAIMS, bet DZĒKSTS!
kaļķu piens
Sienas ir viegli balinātas.
Gaišā māja uzmundrināja
Laima pārvēršana krītā.
Hocus pocus cilvēkiem:
Atliek tikai pūst caur ūdeni,
Cik tas ir viegli
Pārvērts pienā!
Tagad tas ir diezgan gudrs.
Es saņemu soda
Piens plus etiķis. Ak!
Putas līst pāri malai!
Visi rūpēs, visi darbā
No rītausmas līdz rītausmai -
Šie brāļi karbonāti,
Šie CaCO 3!

Atkārtojums: CaO– kalcija oksīds, dzēstie kaļķi;
Ca(OH) 2 - kalcija hidroksīds (dzēstie kaļķi, kaļķu ūdens, kaļķa piens, atkarībā no šķīduma koncentrācijas).
Ģenerālis ir tas pats ķīmiskā formula Ca(OH)2. Atšķirība: kaļķu ūdens ir caurspīdīgs piesātināts Ca (OH) 2 šķīdums, un kaļķu piens ir balta Ca (OH) 2 suspensija ūdenī.
CaCl 2 - kalcija hlorīds, kalcija hlorīds;
CaCO 3 - kalcija karbonāts, krīts, gliemežvāku marmors, kaļķakmens.
L/R: kolekcijas. Tālāk demonstrējam skolas laboratorijā pieejamo minerālu kolekciju: kaļķakmeni, krītu, marmoru, gliemežvāku iezi.
CaS0 4 ∙ 2H 2 0 - hidratēts kalcija sulfāts, ģipsis;
CaCO 3 - kalcīts, kalcija karbonāts ir daļa no daudziem minerāliem, kas uz zemes klāj 30 miljonus km 2.

Vissvarīgākais no šiem minerāliem ir kaļķakmens. Čaulas ieži, organiskas izcelsmes kaļķakmeņi. Tas tiek izmantots cementa, kalcija karbīda, sodas, visu veidu kaļķu ražošanai metalurģijā. Kaļķakmens ir būvniecības nozares mugurkauls, un no tā tiek izgatavoti daudzi būvmateriāli.

Krīts tas nav tikai zobu pulveris un skolas krīts. Tā ir arī vērtīga piedeva papīra (pārklāta - augstākā kvalitāte) un gumija; ēku celtniecībā un remontā - kā balināšana.

Marmors ir blīvs kristālisks iezis. Ir krāsa - balta, bet visbiežāk dažādi piemaisījumi to iekrāso dažādās krāsās. Tīri balts marmors ir retums, un to galvenokārt izmanto tēlnieki (Mikelandželo, Rodēna statujas. Būvniecībā krāsains marmors tiek izmantots kā apdares materiāls (Maskavas metro) vai pat kā galvenais piļu celtniecības materiāls (Taj Mahal).

Interesantā Tadžmahala "MAUSOLEIUM" pasaulē

Šahs Džahans no Mogulu dinastijas bailēs un paklausībā turēja gandrīz visu Āziju. 1629. gadā Mumzats Mahals, Šaha Džahana mīļotā sieva, nomira 39 gadu vecumā dzemdību laikā kampaņā (tas bija viņu 14. bērns, visi zēni). Viņa bija neparasti skaista, gaiša, inteliģenta, imperators viņai paklausīja it visā. Pirms nāves viņa lūdza vīru uzcelt kapu, rūpēties par bērniem un neprecēties. Noskumis karalis sūtīja savus sūtņus pie visiem lielajām pilsētām, kaimiņvalstu galvaspilsētas - uz Buhāru, Samarkandu, Bagdādi, Damasku, lai atrastu un uzaicinātu labākos amatniekus - savas sievas piemiņai karalis nolēma uzcelt pasaulē labāko ēku. Tajā pašā laikā ziņneši nosūtīja uz Agru (Indija) plānus par visām labākajām ēkām Āzijā un labākajiem būvmateriāliem. Viņi pat atveda malahītu no Krievijas un Urāliem. Galvenie mūrnieki nāca no Deli un Kandahāras; arhitekti - no Stambulas, Samarkandas; dekoratori - no Buhāras; dārznieki no Bengālijas; mākslinieki ir no Damaskas un Bagdādes, un to vadīja pazīstamais meistars Ustad-Isa.

Kopā vairāk nekā 25 gadus tika uzcelta melomarble struktūra, ko ieskauj zaļi dārzi, zilas strūklakas un sarkana smilšakmens mošeja. 20 000 vergu uzcēla šo 75 m brīnumu (ar 25 stāvu ēku). Netālu viņš gribēja sev uzcelt otru melnā marmora mauzoleju, taču viņam nebija laika. Viņu no troņa gāza viņa paša dēls (2., un viņš arī nogalināja visus savus brāļus).

Agras valdnieks un valdnieks pēdējos dzīves gadus pavadīja, skatoties pa sava cietuma šauro logu. 7 gadus, tāpēc tēvs apbrīnoja viņa radīšanu. Kad viņa tēvs kļuva akls, dēls viņam izgatavoja spoguļu sistēmu, lai tēvs varētu apbrīnot mauzoleju. Viņš tika apglabāts Tadžmahalā blakus savam Mumtazam.

Tie, kas ieiet mauzolejā, redz kenotafus - viltus kapenes. Lielā hana un viņa sievas mūžīgās atdusas vietas atrodas zemāk, pagrabā. Tur viss ir apbērts ar dārgakmeņiem, kas mirdz it kā dzīvs, un pasakainu koku zari, savijušies ar ziediem, kapa sienas grezno ar sarežģītiem rakstiem. Tirkīzzili lapis lazuli, zaļi melni nefrīti un sarkanie ametisti, ko apstrādājuši labākie kokgriezēji, apdzied Shah Jahal un Mumzat Mahal mīlestību.

Katru dienu uz Agru steidzas tūristi, kuri vēlas redzēt patieso pasaules brīnums - Tadžmahala mauzolejs, it kā lidināties virs zemes.

CaCO 3 -Šo celtniecības materiāls molusku, koraļļu, čaumalu u.c. ārējais skelets, olu čaumalas. (ilustrācijas vai Koraļļu biocenozes dzīvnieki” un jūras koraļļu, sūkļu, gliemežvāku kolekcijas apskate).

Senatnē cilvēki celtniecībā izmantoja kalcija savienojumus. Būtībā tas bija kalcija karbonāts, kas atradās klintīs, vai tā sadegšanas produkts – kaļķis. Tika izmantots arī marmors un apmetums. Iepriekš zinātnieki uzskatīja, ka kaļķis, kas ir kalcija oksīds, ir vienkārša viela. Šis nepareizs priekšstats pastāvēja līdz 18. gadsimta beigām, līdz Antuāns Lavuazjē izteica savus pieņēmumus par šo vielu.

Kaļķu ieguve

IN XIX sākums gadsimtā angļu zinātnieks Hamfrijs Deivijs atklāja kalciju tīrā veidā, izmantojot elektrolīzi. Turklāt viņš saņēma kalcija amalgamu no dzēstiem kaļķiem un dzīvsudraba oksīda. Pēc tam pēc dzīvsudraba destilācijas viņš ieguva metālisku kalciju.

Kalcija reakcija ar ūdeni ir vardarbīga, bet to nepavada aizdegšanās. Pateicoties bagātīgai ūdeņraža izdalīšanai, plāksne ar kalciju pārvietosies pa ūdeni. Veidojas arī viela - kalcija hidroksīds. Ja šķidrumam pievieno fenolftaleīnu, tas kļūs spilgti sārtināts - tāpēc Ca(OH)₂ ir bāze.

Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂↓ + H₂

Kalcija reakcija ar skābekli

Ca un O₂ reakcija ir ļoti interesanta, taču eksperimentu nevar veikt mājās, jo tas ir ļoti bīstams.

Apsveriet kalcija reakciju ar skābekli, proti, šīs vielas sadegšanu gaisā.

Uzmanību! Nemēģiniet šo pieredzi atkārtot pats! jūs atradīsit drošus ķīmijas eksperimentus, ko varat veikt mājās.

Par skābekļa avotu ņemsim kālija nitrātu KNO₃. Ja kalcijs tika uzglabāts petrolejas šķidrumā, tad pirms eksperimenta tas jānotīra ar degli, turot virs liesmas. Pēc tam kalciju iemērc KNO₃ pulverī. Tad degļa liesmā jāieliek kalcijs ar kālija nitrātu. Kālija nitrāts sadalās kālija nitrītā un skābeklī. Atbrīvotais skābeklis aizdedzina kalciju, un liesma kļūst sarkana.

KNO₃ → KNO₂ + O₂

2Ca + O₂ → 2CaO

Ir vērts atzīmēt, ka kalcijs reaģē ar dažiem elementiem tikai sildot, tie ietver: sēru, boru, slāpekli un citus.

Ievads

Kalcija īpašības un pielietojums

1 Fizikālās īpašības

2 Ķīmiskās īpašības

3 Pieteikums

Kalcija iegūšana

1 Kalcija un tā sakausējumu elektrolītiskā ražošana

2 Termiskā sagatavošana

3 Vakuuma termiskā metode kalcija iegūšanai

3.1. Aluminotermiskā kalcija reducēšanas metode

3.2. Silikotermiskā kalcija reducēšanas metode

Praktiskā daļa

Bibliogrāfija

Ievads

II grupas ķīmiskais elements periodiska sistēma Mendeļejevs, atomskaitlis 20, atomu masa 40,08; sudrabbalts viegls metāls. Dabiskais elements ir sešu stabilu izotopu maisījums: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca un 48Ca, no kuriem 40 ir visizplatītākais Ca (96,97%).

Ca savienojumi - kaļķakmens, marmors, ģipsis (kā arī kaļķi - kaļķakmens degšanas produkts) ir izmantoti celtniecībā kopš seniem laikiem. Līdz 18. gadsimta beigām ķīmiķi kaļķi uzskatīja par vienkāršu vielu. 1789. gadā A. Lavuazjē ierosināja, ka kaļķi, magnēzijs, barīts, alumīnija oksīds un silīcija dioksīds ir sarežģītas vielas. 1808. gadā G. Deivijs, pakļaujot slapjo dzēstu kaļķu maisījumu ar dzīvsudraba oksīdu elektrolīzei ar dzīvsudraba katodu, sagatavoja Ca amalgamu un pēc dzīvsudraba izdzīšanas no tās ieguva metālu ar nosaukumu "kalcijs" (no latīņu calx , ģints gadījums calcis - laima) .

Kalcija spēja saistīt skābekli un slāpekli ļāva to izmantot inerto gāzu attīrīšanai un kā geters (Geters ir viela, kas kalpo gāzu absorbēšanai un dziļa vakuuma radīšanai elektroniskajās ierīcēs.) vakuuma radioiekārtās.

Kalcijs tiek izmantots arī vara, niķeļa, speciālo tēraudu un bronzas metalurģijā; tie ir saistīti ar kaitīgiem sēra, fosfora, liekā oglekļa piemaisījumiem. Tiem pašiem nolūkiem tiek izmantoti kalcija sakausējumi ar silīciju, litiju, nātriju, boru un alumīniju.

Rūpniecībā kalciju iegūst divos veidos:

) Sildot briketētu CaO un Al pulvera maisījumu 1200 °C vakuumā 0,01 - 0,02 mm. rt. Art.; atbrīvo reakcija:

CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

Kalcija tvaiki kondensējas uz aukstas virsmas.

) CaCl2 un KCl kausējuma elektrolīzē ar šķidru vara-kalcija katodu tiek iegūts Cu-Ca (65% Ca) sakausējums, no kura 950-1000 °C temperatūrā vakuumā tiek destilēts kalcijs. no 0,1 līdz 0,001 mm Hg.

) Izstrādāta arī metode kalcija iegūšanai, termiski disociējot kalcija karbīdu CaC2.

Kalcijs dabā ir ļoti izplatīts dažādu savienojumu veidā. Zemes garozā tas ieņem piekto vietu, veidojot 3,25%, un visbiežāk sastopams kaļķakmens CaCO formā. 3, dolomīts CaCO 3MgCO 3, ģipsis CaSO 42H 2O, fosforīts Ca 3(PO 4)2 un fluoršpata CaF 2, neskaitot ievērojamu kalcija daļu silikātu iežu sastāvā. Jūras ūdens satur vidēji 0,04% (masas) kalcija.

Šajā kursa darbs tiek pētītas kalcija īpašības un pielietojums, kā arī detalizēti apskatīta vakuuma-termisko metožu teorija un tehnoloģija tā ražošanai.

. Kalcija īpašības un pielietojums

.1 Fizikālās īpašības

Kalcijs ir sudrabaini balts metāls, bet gaisā kļūst tumšāks, jo uz tā virsmas veidojas oksīds. Tas ir kaļamais metāls, kas ir cietāks par svinu. Kristāla šūna ?-forma Ca (stabils parastā temperatūrā) uz sejas centrēta kubiskā, a = 5,56 Å . Atomu rādiuss 1,97 Å , jonu rādiuss Ca 2+, 1,04Å . Blīvums 1,54 g/cm 3(20°C). Virs 464 °C stabils sešstūrains ?-formā. tp 851 °C, tp 1482 °C; lineārās izplešanās temperatūras koeficients 22 10 -6 (0-300°C); siltumvadītspēja pie 20 °C 125,6 W/(m K) vai 0,3 cal/(cm s °C); īpatnējā siltumietilpība (0-100 °C) 623,9 j/(kg K) vai 0,149 cal/(g °C); elektriskā pretestība pie 20 °C 4,6 10 -8omi m vai 4,6 10 -6 omi cm; elektriskās pretestības temperatūras koeficients 4,57 10-3 (20 °C). Elastības modulis 26 Gn/m 2(2600 kgf/mm 2); stiepes izturība 60 MN/m 2(6 kgf/mm 2); elastības robeža 4 MN/m 2(0,4 kgf/mm 2), tecēšanas robeža 38 MN/m 2(3,8 kgf/mm 2); pagarinājums 50%; Brinela cietība 200-300 MN/m 2(20-30 kgf/mm 2). Pietiekami augstas tīrības pakāpes kalcijs ir plastmasas, labi presēts, velmēts un apstrādājams.

1.2 Ķīmiskās īpašības

Kalcijs ir aktīvs metāls. Tātad plkst normāli apstākļi tas viegli mijiedarbojas ar atmosfēras skābekli un halogēniem:

Ca + O 2= 2 CaO (kalcija oksīds) (1)

Ca + Br 2= CaBr 2(kalcija bromīds). (2)

Ar ūdeņradi, slāpekli, sēru, fosforu, oglekli un citiem nemetāliem kalcijs karsējot reaģē:

Ca + H 2= Var 2(kalcija hidrīds) (3)

Ca + N 2= Ca 3N 2(kalcija nitrīds) (4)

Ca + S = CaS (kalcija sulfīds) (5)

Ca + 2 P \u003d Ca 3R 2(kalcija fosfīds) (6)

Ca + 2 C \u003d CaC 2 (kalcija karbīds) (7)

Kalcijs lēnām mijiedarbojas ar aukstu ūdeni un ļoti enerģiski mijiedarbojas ar karstu ūdeni, veidojot spēcīgu bāzi Ca (OH) 2 :

Ca + 2 H 2O \u003d Ca (OH) 2 + H 2 (8)

Kalcijs, būdams enerģisks reducētājs, var atņemt skābekli vai halogēnus no mazāk aktīvo metālu oksīdiem un halogenīdiem, t.i., tam ir atjaunojošas īpašības:

Ca + Nb 2O5 = CaO + 2 Nb; (9)

Ca + 2 NbCl 5= 5 CaCl2 + 2 Nb (10)

Kalcijs enerģiski reaģē ar skābēm, izdalot ūdeņradi, reaģē ar halogēniem, ar sausu ūdeņradi, veidojot CaH hidrīdu 2. Karsējot kalciju ar grafītu, veidojas CaC karbīds 2. Kalciju iegūst izkausēta CaCl elektrolīzē 2vai aluminotermiskā reducēšana vakuumā:

6СаО + 2Al = 3Ca + 3CaO Al2 PAR 3 (11)

Tīru metālu izmanto Cs, Rb, Cr, V, Zr, Th, U savienojumu reducēšanai par metāliem, tērauda deoksidācijai.

1.3. Pieteikums

Kalcijs tiek arvien vairāk izmantots dažādas nozares ražošanu. Nesen viņš ir ieguvis liela nozīme kā reducētājs vairāku metālu ražošanā.

Tīrs metāls. Urānu iegūst, reducējot urāna fluorīdu ar metālu kalciju. Titāna oksīdus, kā arī cirkonija, torija, tantala, niobija un citu retu metālu oksīdus var reducēt ar kalciju vai tā hidrīdiem.

Kalcijs ir labs deoksidētājs un degazētājs vara, niķeļa, hroma-niķeļa sakausējumu, speciālo tēraudu, niķeļa un alvas bronzas ražošanā; tas atdala sēru, fosforu, oglekli no metāliem un sakausējumiem.

Kalcijs ar bismutu veido ugunsizturīgus savienojumus, tāpēc to izmanto svina attīrīšanai no bismuta.

Kalcijs tiek pievienots dažādiem vieglajiem sakausējumiem. Tas veicina lietņu virsmas uzlabošanos, smalkumu un oksidējamības samazināšanos.

Plaši tiek izmantoti gultņu sakausējumi, kas satur kalciju. Svina sakausējumus (0,04% Ca) var izmantot kabeļu apvalku izgatavošanai.

Inženierzinātnēs izmanto kalcija pretberzes sakausējumus ar svinu. Kalcija minerālvielas tiek plaši izmantotas. Tātad kaļķakmens tiek izmantots kaļķu, cementa, silikāta ķieģeļu ražošanā un tieši kā būvmateriāls metalurģijā (flux), ķīmiskajā rūpniecībā kalcija karbīda, sodas, kaustiskā soda, balinātāja, mēslošanas līdzekļu ražošanai. cukura, stikla ražošana.

Praktiska nozīme ir krītam, marmoram, Islandes špatam, ģipsim, fluorītam utt. Pateicoties spējai saistīt skābekli un slāpekli, kalciju vai kalcija sakausējumus ar nātriju un citiem metāliem izmanto cēlgāzu attīrīšanai un kā geters vakuuma radioiekārtās. Kalcijs tiek izmantots arī hidrīda ražošanai, kas ir ūdeņraža avots uz lauka.

2. Kalcija iegūšana

Ir vairāki veidi, kā iegūt kalciju, tie ir elektrolītiski, termiski, vakuumtermiski.

.1 Kalcija un tā sakausējumu elektrolītiskā ražošana

Metodes būtība ir tāda, ka katods sākotnēji pieskaras izkausētajam elektrolītam. Saskares vietā veidojas šķidrs metāla piliens, kas saslapina katodu, kas, katodu lēnām un vienmērīgi paceļot, kopā ar to tiek noņemts no kausējuma un sacietē. Šajā gadījumā cietinātais piliens ir pārklāts ar cietu elektrolīta plēvi, kas aizsargā metālu no oksidēšanās un nitridēšanas. Nepārtraukti un uzmanīgi paceļot katodu, kalcijs tiek ievilkts stieņos.

2.2. Termiskā sagatavošana

kalcija ķīmiskā elektrolītiskā termiskā

· Hlorīda process: tehnoloģija sastāv no kalcija hlorīda kausēšanas un dehidratācijas, svina kausēšanas, svina - nātrija dubulta sakausējuma iegūšanas, trīskāršā svina - nātrija - kalcija sakausējuma iegūšanas un trīskāršā sakausējuma atšķaidīšanas ar svinu pēc sāļu atdalīšanas. Reakcija ar kalcija hlorīdu notiek saskaņā ar vienādojumu

CaCl 2 + Na 2Pb 5=2NaCl + PbCa + 2Pb (12)

· Karbīda process: svina-kalcija sakausējuma iegūšanas pamatā ir reakcija starp kalcija karbīdu un izkausētu svinu saskaņā ar vienādojumu

CaC 2+ 3Pb = Pb3 Ca+2C. (13)

2.3. Vakuuma-termiskā metode kalcija iegūšanai

Izejviela vakuuma termiskajam procesam

Kalcija oksīda termiskās reducēšanas izejviela ir kaļķi, kas iegūti, apgrauzdējot kaļķakmeni. Galvenās prasības attiecībā uz izejvielām ir šādas: kaļķiem jābūt pēc iespējas tīrākiem un jāsatur minimāls piemaisījumu daudzums, kas var tikt samazināts un pārvērsts metālā kopā ar kalciju, īpaši sārmu metāliem un magniju. Kaļķakmens kalcinēšana jāveic, līdz karbonāts ir pilnībā sadalījies, bet ne pirms tā saķepināšanas, jo saķepinātā materiāla reducējamība ir mazāka. Apdedzinātais produkts ir jāaizsargā no mitruma un oglekļa dioksīda uzsūkšanās, kura izdalīšanās reģenerācijas laikā samazina procesa veiktspēju. Kaļķakmens dedzināšanas un sadedzinātā produkta apstrādes tehnoloģija ir līdzīga dolomīta apstrādei magnija iegūšanas silikotermiskajai metodei.

.3.1 Aluminotermiskā kalcija reducēšanas metode

Vairāku metālu oksidēšanās brīvās enerģijas izmaiņu temperatūras atkarības diagramma (1. att.) parāda, ka kalcija oksīds ir viens no izturīgākajiem un grūtāk reducējamajiem oksīdiem. To nevar reducēt citi metāli parastajā veidā – salīdzinoši zemā temperatūrā un atmosfēras spiedienā. Gluži pretēji, kalcijs pats par sevi ir lielisks reducētājs citiem grūti reducējamiem savienojumiem un deoksidējošs līdzeklis daudziem metāliem un sakausējumiem. Kalcija oksīda reducēšana ar oglekli parasti nav iespējama kalcija karbīdu veidošanās dēļ. Tomēr, tā kā kalcijam ir salīdzinoši augsts tvaika spiediens, tā oksīdu var reducēt vakuumā ar alumīniju, silīciju vai to sakausējumiem atbilstoši reakcijai.

CaO + es? Ca + MeO (14).

Praktiska lietošana Līdz šim viņš ir atradis tikai aluminotermisku metodi kalcija iegūšanai, jo CaO ir daudz vieglāk reducēt ar alumīniju nekā ar silīciju. Ir dažādi viedokļi par kalcija oksīda reducēšanas ar alumīniju ķīmiju. L. Pidžons un I. Atkinsons uzskata, ka reakcija notiek, veidojot kalcija monoaluminātu:

CaO + 2Al = CaO Al 2O3 + 3Ca. (15)

V. A. Pazukhin un A. Ya Fisher norāda, ka process norisinās, veidojot trikalcija aluminātu:

CaO + 2Al = 3CaO Al 2O 3+ 3Ca. (16)

Pēc A. I. Voynitsky teiktā, reakcijā dominē pentacicija trialumināta veidošanās:

CaO + 6Al = 5CaO 3Al 2O3 + 9Ca. (17)

Jaunākais pētījums, A. Yu. Taits un AI Voynitsky atklāja, ka kalcija aluminotermiskā reducēšana notiek pakāpeniski. Sākotnēji kalcija izdalīšanos pavada 3CaO AI veidošanās 2O 3, kas pēc tam reaģē ar kalcija oksīdu un alumīniju, veidojot 3CaO 3AI 2O 3. Reakcija notiek saskaņā ar šādu shēmu:

CaO + 6Al = 2 (3CaO Al 2O 3)+ 2CaO + 2Al + 6Ca

(3CaO Al 2O 3) + 2CaO + 2Al = 5CaO 3Al 2O 3+ 3Са

CaO + 6A1 \u003d 5CaO 3Al 2O 3+ 9Ca

Tā kā oksīda reducēšana notiek, izdalot tvaiku kalciju, un atlikušie reakcijas produkti ir kondensētā stāvoklī, to ir iespējams viegli atdalīt un kondensēt atdzesētajās krāsns sekcijās. Galvenie nosacījumi, kas nepieciešami kalcija oksīda vakuumtermiskai reducēšanai, ir augsta temperatūra un zems atlikušais spiediens sistēmā. Attiecības starp temperatūru un kalcija līdzsvara tvaika spiedienu ir norādītas zemāk. Reakcijas brīvā enerģija (17), kas aprēķināta 1124-1728°K temperatūrā, ir izteikta kā

F T \u003d 184820 + 6,95T-12,1 T lg T.

Tādējādi kalcija tvaiku līdzsvara elastības logaritmiskā atkarība (mm Hg)

Lg p \u003d 3,59 - 4430 \ T.

L. Pidžons un I. Atkinsons eksperimentāli noteica kalcija līdzsvara tvaika spiedienu. Detalizētu kalcija oksīda reducēšanās reakcijas ar alumīniju termodinamisko analīzi veica I. I. Matveenko, kurš sniedza šādas kalcija tvaiku līdzsvara spiediena temperatūras atkarības:

lgp Ca(1) \u003d 8,64 - 12930\T mm Hg

lgp Ca(2) \u003d 8,62 - 11780\T mm Hg

lgp Ca(3 )\u003d 8,75 - 12500\T mm Hg.

Aprēķinātie un eksperimentālie dati ir salīdzināti tabulā. 1.

1. tabula. Temperatūras ietekme uz kalcija tvaiku līdzsvara elastības izmaiņām sistēmās (1), (2), (3), (3), mm Hg.

Temperatūra °С Eksperimentālie dati Aprēķināts sistēmās(1)(2)(3)(3 )1401 1451 1500 1600 17000,791 1016 - - -0,37 0,55 1,2 3,9 11,01,7 3,2 5,6 18,2 492,7 3,5 4,4 6,6 9,50,66 1,4 2,5 8,5 25,7

No iesniegtajiem datiem var redzēt, ka mijiedarbība sistēmās (2) un (3) vai (3") notiek vislabvēlīgākajos apstākļos. Tas atbilst novērojumiem, jo ​​lādiņa atlikumos dominē pentakalcija trialumināts un trikalcija alumināts. pēc kalcija oksīda reducēšanas ar alumīniju.

Līdzsvara elastības dati liecina, ka kalcija oksīda reducēšana ar alumīniju ir iespējama 1100-1150 ° C temperatūrā. Lai sasniegtu praktiski pieņemamu reakcijas ātrumu, atlikušajam spiedienam Rost sistēmā jābūt zem līdzsvara P. vienāds , t.i., nevienlīdzība Р vienāds >P ost , un process jāveic 1200° temperatūrā. Pētījumos konstatēts, ka 1200-1250 ° temperatūrā tiek sasniegts augsts alumīnija patēriņš (līdz 70-75%) un zems īpatnējais alumīnija patēriņš (apmēram 0,6-0,65 kg uz kg kalcija).

Saskaņā ar iepriekš minēto procesa ķīmijas interpretāciju, optimālais sastāvs ir maisījums, kas paredzēts 5CaO 3Al veidošanai atlikumā. 2O 3. Lai palielinātu alumīnija izmantošanas pakāpi, ir lietderīgi dot nedaudz kalcija oksīda, bet ne pārāk daudz (10-20%), pretējā gadījumā tas negatīvi ietekmēs citus procesa rādītājus. Palielinoties alumīnija slīpēšanas pakāpei no 0,8-0,2 mm daļiņām līdz mīnus 0,07 mm (pēc V. A. Pazukhin un A. Ya. Fisher domām), alumīnija izmantošana reakcijā palielinās no 63,7 līdz 78%.

Alumīnija izmantošanu ietekmē arī uzlādes briketēšanas režīms. Kaļķa un alumīnija pulvera maisījumu briketēt bez saistvielām (lai izvairītos no gāzu izdalīšanās vakuumā) ar spiedienu 150 kg/cm 2. Pie zemāka spiediena alumīnija izmantošana samazinās, jo pārāk porainās briketēs izdalās izkusis alumīnijs, un pie augstāka spiediena – sliktas gāzes caurlaidības dēļ. Atgūšanas pilnīgums un ātrums ir atkarīgs arī no brikešu iepakošanas blīvuma retortē. Ieklājot tos bez atstarpēm, kad visa lādiņa gāzes caurlaidība ir zema, alumīnija izmantošana ievērojami samazinās.

2. attēls - shēma kalcija iegūšanai ar vakuumtermisko metodi.

Alumīnija-termiskā ceļa tehnoloģija

Tehnoloģiskā shēma kalcija iegūšanai ar aluminotermisko metodi parādīta att. 2. Kā izejvielu izmanto kaļķakmeni, bet kā reducētāju izmanto alumīnija pulveri, kas sagatavots no primārā (labāka) vai sekundārā alumīnija. Alumīnijs, ko izmanto kā reducētāju, kā arī izejvielas nedrīkst saturēt viegli gaistošu metālu piemaisījumus: magniju, cinku, sārmus utt., kas spēj iztvaikot un pārvērsties kondensātā. Tas jāņem vērā, izvēloties pārstrādāta alumīnija kategorijas.

Saskaņā ar S. Loomis un P. Staub aprakstu ASV, New England Lime Co rūpnīcā Kanaānā (Konektikutā), kalciju iegūst ar aluminotermisko metodi. Izmantoti šāda tipiskā sastāva kaļķi, %: 97,5 CaO, 0,65 MgO, 0,7 SiO 2, 0,6 Fe 2Oz + AlOz, 0,09 Na 2O+K 2Ak, 0,5 pārējie. Kalcinētais produkts tiek samalts Raimonda dzirnavās ar centrbēdzes separatoru, maluma smalkums (60%) mīnus 200 acs. Kā reducētājs tiek izmantoti alumīnija putekļi, kas ir atkritumi alumīnija pulvera ražošanā. Sadegušais kaļķis no slēgtām tvertnēm un alumīnijs no mucām tiek padots uz dozēšanas svariem un pēc tam uz maisītāju. Pēc sajaukšanas maisījumu sausā veidā briketē. Minētajā rūpnīcā kalcijs tiek reducēts retortes krāsnīs, kuras iepriekš tika izmantotas magnija iegūšanai ar silikotermisko metodi (3. att.). Krāsnis tiek apsildītas ar ģeneratora gāzi. Katrā krāsnī ir 20 horizontālas retortes, kas izgatavotas no ugunsizturīga tērauda, ​​kas satur 28% Cr un 15% Ni.

3. attēls. Retortes krāsns kalcija ražošanai

Retortes garums 3 m, diametrs 254 mm, sienas biezums 28 mm. Samazinājums notiek apsildāmajā retortes daļā, un kondensāts notiek atdzesētajā galā, kas izvirzīts no runas. Briketes tiek ievadītas retortē papīra maisiņos, pēc tam tiek ievietoti kondensatori un retorte tiek aizvērta. Gaiss tiek izsūknēts ar mehāniskiem vakuumsūkņiem cikla sākumā. Pēc tam tiek pievienoti difūzijas sūkņi un atlikušais spiediens tiek samazināts līdz 20 mikroniem.

Retortes tiek uzkarsētas līdz 1200°. Pēc 12 stundām. pēc iekraušanas retortes tiek atvērtas un izkrautas. Iegūtajam kalcijam ir doba cilindra forma ar lielu kristālu blīvu masu, kas nogulsnējas uz tērauda uzmavas virsmas. Galvenais kalcija piemaisījums ir magnijs, kas, pirmkārt, ir samazināts un galvenokārt koncentrējas slānī, kas atrodas blakus uzmavai. Vidējais piemaisījumu saturs ir; 0,5-1% Mg, apmēram 0,2% Al, 0,005-0,02% Mn, līdz 0,02% N, citi piemaisījumi - Cu, Pb, Zn, Ni, Si, Fe - ir sastopami 0,005-0,04% robežās. A. Yu. Taits un A. I. Voinitsky izmantoja daļēji rūpnīcas elektrisko vakuuma krāsni ar ogļu sildītājiem, lai iegūtu kalciju ar aluminotermisko metodi, un sasniedza alumīnija izmantošanas pakāpi 60%, īpatnējo alumīnija patēriņu 0,78 kg, īpatnējo lādiņa patēriņu attiecīgi 4,35 kg un īpatnējais elektroenerģijas patēriņš 14 kWh uz 1 kg metāla.

Iegūtais metāls, izņemot magnija piemaisījumu, izcēlās ar salīdzinoši augstu tīrības pakāpi. Vidēji piemaisījumu saturs tajā bija: 0,003-0,004% Fe, 0,005-0,008% Si, 0,04-0,15% Mn, 0,0025-0,004% Cu, 0,006-0,009% N, 0,25% Al.

2.3.2. Silikotermiskās reducēšanas metode kalcijs

Silikotermiskā metode ir ļoti vilinoša; reducētājs ir ferosilīcijs, reaģents ir daudz lētāks nekā alumīnijs. Tomēr silikotermisko procesu ir grūtāk īstenot nekā aluminotermisko. Kalcija oksīda reducēšana ar silīciju notiek saskaņā ar vienādojumu

CaO + Si = 2CaO SiO2 + 2Ca. (18)

Kalcija tvaiku līdzsvara elastība, kas aprēķināta no brīvās enerģijas vērtībām, ir:

°С1300140015001600Р, mm Hg st0.080.150.752.05

Tāpēc vakuumā 0,01 mm Hg. Art. kalcija oksīda reducēšana termodinamiski iespējama 1300° temperatūrā. Praksē, lai nodrošinātu pieņemamu ātrumu, process jāveic 1400-1500° temperatūrā.

Kalcija oksīda reducēšanas reakcija ar silīcijaalumīniju norit nedaudz vienkāršāk, kurā kā reducētājs kalpo gan alumīnijs, gan sakausējuma silīcijs. Eksperimentāli ir noskaidrots, ka sākumā dominē reducēšana ar alumīniju; turklāt reakcija turpinās līdz ar galīgo bCaO 3Al veidošanos 2Oz saskaņā ar iepriekš izklāstīto shēmu (1. att.). Silīcija samazinājums kļūst ievērojams augstākās temperatūrās, kad lielākā daļa alumīnija ir reaģējusi; reakcija norisinās, veidojoties 2CaO SiO 2. Rezumējot, kalcija oksīda reducēšanās reakciju ar silīcija alumīniju izsaka ar šādu vienādojumu:

mSi + n Al + (4m +2 ?) CaO \u003d m (2CaO SiO 2) + ?n(5CaO Al 2O3 ) + (2m +1, 5n) Ca.

A. Yu Taits un A. I. Voinitsky pētījumi atklāja, ka kalcija oksīds tiek reducēts par 75% ferosilīcija ar 50-75% metāla iznākumu 1400-1450 ° temperatūrā vakuumā 0,01-0,03 mm Hg. Art.; silīcija alumīnijs, kas satur 60-30% Si un 32-58% Al (pārējais ir dzelzs, titāns utt.), Reducē kalcija oksīdu ar metāla iznākumu aptuveni 70% 1350-1400 ° temperatūrā 0,01-0,05 mm vakuumā. Hg . Art. Eksperimenti pusfabrikātu mērogā pierādīja fundamentālo iespēju iegūt kalciju uz kaļķa ar ferosilīciju un silīcijaalumīniju. Galvenā aparatūras grūtība ir tāda oderes izvēle, kas ir izturīga pret šo procesu.

Risinot šo problēmu, metodi var ieviest rūpniecībā. Kalcija karbīda sadalīšanās Metāliskā kalcija ražošana, sadaloties kalcija karbīdam

CaC2 = Ca + 2C

jāuzskata par daudzsološu. Šajā gadījumā grafītu iegūst kā otro produktu. V. Mauderlijs, E. Mozers un V. Tredvels, aprēķinot kalcija karbīda veidošanās brīvo enerģiju no termoķīmiskiem datiem, ieguva šādu izteiksmi kalcija tvaika spiedienam attiecībā pret tīru kalcija karbīdu:

apm \u003d 1,35 - 4505 \ T (1124 - 1712 °K),

lgp apm \u003d 6,62 - 13523 \ T (1712-2000 °K).

Acīmredzot komerciālais kalcija karbīds sadalās daudz augstākās temperatūrās, nekā izriet no šiem izteicieniem. Tie paši autori ziņo par kalcija karbīda termisko sadalīšanos kompaktos gabalos 1600-1800°C temperatūrā 1 mm Hg vakuumā. Art. Grafīta iznākums bija 94%, kalcijs tika iegūts blīva pārklājuma veidā uz ledusskapja. A. S. Mikulinsky, F. S. Morii, R. Sh. Shklyar, lai noteiktu grafīta īpašības, kas iegūtas, sadaloties kalcija karbīdam, pēdējais tika uzkarsēts vakuumā 0,3-1 mm Hg. Art. 1630-1750° temperatūrā. Iegūtais grafīts atšķiras no Acheson's ar lielākiem graudiem, augstāku elektrovadītspēju un mazāku tilpuma blīvumu.

3. Praktiskā daļa

Magnija ikdienas aizplūšana no elektrolizatora 100 kA strāvai bija 960 kg, kad vannu baroja ar magnija hlorīdu. Elementa spriegums ir 0,6 V. Nosakiet:

)Strāvas izvade pie katoda;

)Hlora daudzums, kas iegūts dienā, ar nosacījumu, ka strāvas jauda pie anoda ir vienāda ar strāvas izvadi kodā;

)Ikdienas uzpildīšana MgCl 2elektrolizatorā ar nosacījumu, ka tiek zaudēts MgCl 2 rodas galvenokārt ar dūņām un sublimāciju. Dūņu daudzums 0,1 uz 1 tonnu Mg, kas satur MgCl 2 sublimācijā 50%. Sublimācijas daudzums ir 0,05 t uz 1 t Mg. Ielietā magnija hlorīda sastāvs, %: 92 MgCl2 un 8 NaCl.

.Nosakiet strāvas izvadi pie katoda:

m utt =I ?k mg · ?

?=m utt \I ?k mg \u003d 960000\100000 0,454 24 \u003d 0,881 jeb 88,1%

.Nosakiet dienā saņemto Cl daudzumu:

x \u003d 960000g \ 24 g \ mol \u003d 40000 mol

Konvertēšana uz skaļumu:

х=126785,7 m3

3.a) Mēs atrodam tīru MgCl 2, 960 kg Mg ražošanai.

x \u003d 95 960 \ 24,3 \u003d 3753 kg \u003d 37,53 tonnas.

b) zudumi ar dūņām. No magnija elektrolizatoru sastāva %: 20-35 MgO, 2-5 Mg, 2-6 Fe, 2-4 SiO 2, 0,8-2 TiO 2, 0,4-1,0 C, 35 MgCl2 .

kg - 1000 kg

m shl \u003d 960 kg - dūņu masa dienā.

Dienā 96 kg dūņu: 96 0,35 (MgCl2 ar dūņām).

c) zaudējumi ar sublimātiem:

kg - 1000 kg

kg sublimātu: 48 0,5 = 24 kg MgCl 2 ar sublimātiem.

Viss, kas jums nepieciešams, lai aizpildītu Mg:

33,6+24=3810,6 kg MgCl2 dienā

Bibliogrāfija

Metalurģijas pamati III

<#"justify">Al un Mg metalurģija. Vetjukovs M.M., Ciplokovs A.M.

Apmācība

Nepieciešama palīdzība tēmas apguvē?

Mūsu eksperti konsultēs vai sniegs apmācību pakalpojumus par jums interesējošām tēmām.
Iesniedziet pieteikumu norādot tēmu tieši tagad, lai uzzinātu par iespēju saņemt konsultāciju.