Vápník - Ca. Andělová Michaela Chemická značka. Protonové číslo 20 Relativní atomová hmotnost (Ar) 40,078 Tvrdost 1,5 2

Transkript

1 Vápník - Ca Andělová Michaela Latinský název Calcium Chemická značka Ca Protonové číslo 20 Relativní atomová hmotnost (Ar) 40,078 Tvrdost 1,5 2 Skupina II.A Perioda 4 Elektronová konfigurace [ 18 Ar] 4s 2 Elektronegativita 1,04 Teplota tání 839 C Teplota varu C Skupenství při 20 C pevné (s) Počet přírodních izotopů 6 Oxidační čísla ve sloučeninách II Hustota (při 20 C) 1,55 g.cm -3 Barva plamene cihlově červená orbitaly práškový vápník mikročástice Historie Název calcium pochází z latinského calx, což znamená vápno. Přestože vápno bylo známo již v Římě v 1. století n. l., čistý kov byl objeven mnohem později. Berzelius a Pontin připravili amalgám vápníku elektrolýzou vápna se rtuťovou elektrodou. Ale až roku 1808 H. Davy získal "čistý" vápník. Výskyt V přírodě se volně nevyskytuje, ale je hojný ve sloučeninách, minerálech: 1

2 CaSO 4 - anhydrit Ca 5 (PO 4 ) 3 F - fluoroapatit CaCO 3 - kalcit CaCO3 - vápenec (čistý = mramor) CaCO 3. MgCO 3 - dolomit (tvoří celá pohoří) CaSO 4. 2 H 2 O - sádrovec (čistý = alabastr) CaF 2 kazivec fluorapatit, chlorapatit, fosforit, vápenaté křemičitany 3 Ca 3 (PO 4 ) 2. Ca(F,Cl) 2 - apatit Ca 3 (PO 4 ) 2 - apatit Vápenaté ionty jsou obsaženy v povrchových i minerálních vodách. Vápník je se svými třemi procenty obsahu pátý nejrozšířenější prvek v zemské kůře (3,4 %). Je nepostradatelnou součástí kostí, zubů a lastur mořských živočichů. aragonit kalcit fluorit dolomit Vlastnosti Vápník je šedobílý, lesklý, lehký kov. Je tavitelný, měkký a dá se krájet nožem. Na povrchu se pokrývá vrstvičkou Ca(OH) 2 a CaCO 3. Má silné redukční vlastnosti. Je méně kovový a zásaditý než stroncium (Sr) a baryum (Ba). Tvoří iontové a kovové vazby. Kation Ca 2+ je bezbarvý a nejedovatý. Vápník netvoří ale dvouatomové kationty. Ca 2+ 2 je tvořen Ca 0 a Ca 2+, což má za následek diamagnetické vlastnosti kationtu. S vodou reaguje již za studena za vzniku hydroxidu. Vápenaté ionty barví plamen cihlově červeně. Vápník je důležitý biogenní prvek, který řídí srdeční činnost a ovlivňuje oběh krve. Jako uhličitan a fosforečnan se váže na kosti. Denní potřeba je asi 800 mg. Velmi reaktivní a proto se uchovává pod petrolejem. Nereaguje s hydroxidy. Způsobuje zásaditost půd a na vzduchu se pokrývá bílou vrstvičkou nitridu vápenatého, je silně zásaditý, ve sloučeninách má vždy 2 + náboje, ionty jsou bezbarvé. Připravuje se elektrolýzou chloridu vápenatého: CaCl 2 Ca + Cl 2. Vápník spolu s hořčíkem (Mg) způsobují tvrdost vody. Typické reakce 2 Ca + O 2 2 CaO Ca + 2 H 2 O Ca(OH) 2 + H 2 Ca + X 2 CaX 2 (tºc) Ca + S CaS (tºc) 3 Ca + N 2 Ca 3 N 2 6 Ca + P 4 2 Ca 3 P 2 Ca + OH - nereaguje 2

3 Průmyslová výroba Vyrábí se elektrolýzou taveniny chloridu a fluoridu vápenatého. Elektrolýzou taveniny CaCl 2 a CaF 2 při teplotě 700 C. Použití Používá se jako redukční činidlo při výrobě kovů např. thoria, uranu, zirkonu. Nachází díky této vlastnosti uplatnění v metalurgii a jako desoxidační činidlo při výrobě speciálních ocelí (pro zvýšení pevnosti slitin). Používá se do slitin s hliníkem, beryliem, mědí, olovem, hořčíkem a také na výrobu hnojiv. Sloučeniny vápníku jsou nejdůležitější surovinou ve stavebnictví: CaO - pálené vápno Ca(OH) 2 - hašené vápno CaSO 4. 1/2 H 2 O - sádra Dále se používá k pohlcování zbytků plynů v žárovkách a elektronkách. Sloučeniny CaH 2 hydrid vápníku Vzniká přímou syntézou vápníku a vodíku. Je našedlé barvy a reaguje s vodou za vzniku hydroxidu. CaBr 2 - bromid vápenatý Silně hygroskopická krystalická látka, která je bezbarvá a rozpustná. Používá se ve fotografickém průmyslu a lékařství. CaSO 4.2H 2 O - dihydrát síranu vápenatého - sádrovec Je bílý, špatně rozpustný ve vodě; mletý se používá jako vápenaté hnojivo, pálením se získává hemihydrát CaSO 4.1/2H 2 O pálená sádra, která se používá jako maltovina (obklady, sádrokartonové desky), k odlévání soch, na sádrové obvazy tuhne přijímáním vody, při tom se zahřívá a zvětšuje objem. Při teplotě nad 900 C vzniká ostře pálená sádra, která je směsí CaO + CaSO 4 tuhne pomaleji ve velmi tvrdou hmotu. Užívá se ve štukatérství. Při teplotě 128 C ztrácí 1,5 molekuly vody, při teplotě 163 C ztrácí obě dvě molekuly vody. Bezvodý se vyskytuje jako minerál anhydrit. CaSO 4 - síran vápenatý Je bílý, krystalický, úpravami vzniká hemihydrát CaSO 4.1/2H 2 O - sádra CaF 2 - fluorid vápenatý - kazivec, fluorit V přírodě se vyskytuje jako minerál různého zabarvení. Krystalizuje v krychlové soustavě. Hustota je 3,1 g.cm -3. Ca(OH) 2 - hydroxid vápenatý - hašené vápno Hydroxid je bílý, krystalický, silně zásaditý, v H 2 O rozpustný, použití hlavně ve stavebnictví, k desinfekčnímu bílení místnostní. Je laciný a proto se užívá při výrobě cukru a nakládání vajec. Vzniká smícháním páleného vápna s vodou = hašení vápna. Hydroxid vápenatý vzniká po klidném sloučení vápníku s vodou: Ca + 2H 2 O Ca(OH) 2 + H 2, nebo hašeného vápna s vodou: CaO + H 2 O Ca(OH) 2, kdy se při reakci vyvíjí značné množství tepla. Z hašeného vápna zpětně vzniká vápenec: Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O - toto je též rovnice tuhnutí malty. 3

4 CaCl 2 - chlorid vápenatý Je bezbarvý, krystalický, silně hygroskopický, používá se na vysoušení vlhkých plynů a k impregnování dřeva. Vyskytuje se jako hexahydrát. Používá se jako příměs do betonu pro rychlejší tuhnutí. Vzniká při rozpouštění uhličitanu vápenatého v kyselině chlorovodíkové. Hustota: 2,15 g.cm -3, teplota tání: 774 C, teplota varu: 1600 C. Ca(OCl) 2 - chlornan vápenatý Je pevný. Hlavní účinná složka chlorového vápna. Chlorové vápno je bělicí, oxidační a desinfekční prostředek.uvolňuje chlór působením CO 2. CaCO 3 - uhličitan vápenatý - triviálně: vápenec, kalcit, aragonit, mramor Ve vodě je nerozpustný, při teplotě 899 C se rozkládá na oxid vápenatý (vápno) a oxid uhličitý. Působením oxidu uhličitého ve vodě se vytváří hydrogenuhličitan: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Ca(HCO 3 ) 2, změnami teplot vody a podmínek v jeskyních vznikají krápníky. Reakcí s kyselinami uvolňuje oxid uhličitý: CaCO HCl CaCl 2 + H 2 O + CO 2. V přírodě je rozšířený jako minerály vápenec, aragonit, mramor, kalcit nebo jako skořápky tvorů, korále, perly, krápníky atd. Hustota je 2,71 g.cm -3. CaO - oxid vápenatý - pálené vápno V atmosféře kyslíku shoří vápník na oxid vápenatý: Ca + ½O 2 CaO. Je bílý, krystalický, ve vodě nerozpustný. Průmyslově se vyrábí ve vápenkách z vápence: CaCO 3 CaO + CO 2. Má bohaté využití ve stavebnictví, používá se i ve sklářství, vodárenství (měkčení vody) a chemickém průmyslu (neutralizace kyselin). Hustota: 3,4 g.cm -3, teplota tání: C, teplota varu: C. CaC 2 - karbid vápenatý Reakcí s vodou se vyvíjí hořlavý acetylen, karbid je potřebný ke zpracování kovů (např. Ag, Cu, Ni, Pb). Ca(ClO)Cl - chlorové vápno Je bílý, hrudkovitý prášek, silně oxidační, odštěpuje kyslík, používá se k desinfekcím (chemicky jde o směs vápenaté soli kyseliny chlorné a chlorovodíkové při účinku chloru na hydroxid vápenatý). CaF 2 - fluorid vápenatý Vzniká při pálení kryolitu s vápencem, je potřebný pro leptání skla. Superfosfáty jsou směsi fosforečnanů a síranů vápenatých, používají se jako hnojiva. Ca(H 2 PO 4 ) 2 - dihydrogenfosforečnan vápenatý Je bílý, hygroskopický, ve vodě rozpustný v přítomnosti CO 2 nebo dalších solí, v kostech, popelu rostlin, v tělních orgánech, v apatitu, fosforitu, je podstatou superfosfátů. Ca(NO 3 ) 2 - dusičnan vápenatý: salnytr vápenatý, norský ledek Je bezbarvý, rozpustný, užívá se jako hnojivo. Vznikal často při hnití organických látek v přítomnosti vápna působením bakterií jako bílý květ na zdech chlévů aj. 2 NH O 2 + CaO Ca(NO 3 ) H 2 O. Ca(HCO 3 ) 2 - hydrogenuhličitan vápenatý Rozpustný ve vodě, způsobuje tvrdost vody a odpovídá za krasové jevy. 4

5 Cement je umělá nebo přirozená hmota, která s vodou přímo tuhne i pod hladinou vody: - portlandský cement - tavený vápenec se slínem, semletím se získá jemný šedozelený prášek - cement struskový - rozemleté přísady popílků, strusek z vysokých pecí - beton - směs cementu s drobným štěrkem, železobeton - beton proložený železnými pruty a konstrukcemi CaO 2 - peroxid vápenatý Je bílý, používá se jako oxidační činidlo, připravuje se z hydroxidu vápenatého: Ca(OH) 2 + H 2 O 2 CaO H 2 O Ca (ClO) 2 - chlornan vápenatý Používá se jako oxidační činidlo a bělící prostředek. CaS - sulfid vápenatý Je bílá rozpustná látka, užívá se k výrobě fosforeskujících barev a jako depilační prostředek; vyrábí se redukcí ze síranu: CaSO C CaS + 4 CO Ca(HSO 3 ) 2 - hydrogensiřičitan vápenatý Je bílý, rozpustný; vzniká reakcí roztoku Ca(OH) 2 + SO 2 ; je podstatou sulfitového louhu, užívaného k výrobě celulózy ze dřeva (dřevo se vaří s louhem). Ca 3 (PO 4 ) 2 - fosforečnan vápenatý Je bílý, nerozpustný; je podstatou apatitu a fosforitu; používá se na výrobu P, H 3 PO 4 a fosforečných hnojiv (superfosfátů). CaC 2 - acetylid (karbid) vápenatý Výroba: CaO + 3 C CaC 2 + CO (2000 C); Používá se na výrobu ethinu: CaC H 2 O C 2 H 2 + Ca(OH) 2. CaCN 2 - kyanid vápenatý Vzniká reakcí: CaC 2 + N 2 CaCN 2 + C (1000 C); reakcí s vodou uvolňuje NH 3, užívá se jako dusíkaté hnojivo. Ca(COO) 2 - šťavelan vápenatý Nejméně rozpustná sůl vápníku, často se nachází v podobě krystalů v rostlinných buňkách. Je výchozí látkou pro organické syntézy (aceton). VÁPNÍK Lidské tělo obsahuje velké množství tohoto prvku. Většinou je v kostech a zubech, pro jejichž zdravý vývoj je naprosto nezbytný. Vápník je však nutný i pro správnou činnost svalů, zejména pro stahy svalů, podmiňuje dobrou činnost srdce a správnou srážlivost krve. Kosti slouží zároveň jako sklad nadbytečného vápníku a v případě potřeby jej uvolňují do krve. Pokud jsou tyto zásoby nízké nebo nedostatečně doplňované, odplaví se vápník z kostí a dochází k lámavosti kostí nebo osteoporóze (lidově řídnutí kostí). Lékaři v Africe se často setkávají s jevem, který popisují jako "skleněné kosti". Postižený člověk pak mívá, v důsledku nedostatku vápníku a hořčíku v potravě, velmi křehké a lámavé kosti. Lidé s těmito potížemi navíc obvykle trpí i nekontrolovatelnými svalovými stahy, což bývá rovněž důsledek nedostatku vápníku a hořčíku v krvi. 5

6 Koncentrace vápníku uvnitř buněk je celkem nízká, neboť buňky jej využívají jako signální iont. Přítomnost vápenatého iontu v buňce tedy vyvolá kaskádu reakcí. Vápník se účastní též svalového stahu. Vápník také pomáhá stabilizovat fosfolipidové membrány tak, že kompenzuje odpuzující se záporné náboje fosfátů. Hydroxid a oxid vápenatý jsou žíraviny, chlorid vápenatý leptá sliznice a oči, při dlouhodobém působení vznikají vředy. Jinak jsou sloučeniny vápníku málo toxické. vápenaté mořské korály kosti a zuby potřebují vápník nejsnáze je získatelný z mléka Použitá literatura Greenwood, N. N., Earnshaw, A.: Chemie prvků, svazek I. Informatorium, Praha1993 Brown, G. I.: Úvod do anorganické chemie. SNTL - nakladatelství technické literatury, Praha 1982 Klikorka, DrSc., J., Hájek, DrSc., B., Votinský, CSc., J.: Obecná a anorganická chemie. SNTL - nakladatelství technické literatury, Praha products.html girlarea/gamespuz 6