5. Применение
5.1 Карбонат кальция
Карбонат кальция (мел, углекислый кальций, известняк) — неорганическое химическое соединение, соль угольной кислоты и кальция. Химическая формула — . В природе встречается в виде минералов — кальцита, арагонита и ватерита. Карбонат кальция является главной составной частью известняка, мела и мрамора. Нерастворим в воде и этаноле.
Зарегистрирован как белый пищевой краситель (E170).
Используется как белый пищевой краситель Е170. В виде карбоната кальция мел используется для написания на досках. Для самых различных целей используется в быту: для побелки потолков, покраски стволов деревьев, для подщелачивания почвы в садоводстве.
Очищенный от посторонних примесей, карбонат кальция широко используется в бумажной и пищевой промышленности, при производстве пластмасс, красок, резины, продукции бытовой химии, в строительстве. Производители бумаги используют карбонат кальция одновременно в качестве отбеливателя, наполнителя (заменяя им дорогостоящие волокна и красители), а также раскислителя. Производители стеклянной посуды, бутылок, стекловолокна используют карбонат кальция в огромных количествах в качестве источника кальция — одного из основных элементов, необходимых для производства стекла. Широко используется при производстве продукции личной гигиены (например, зубной пасты), и даже в медицинской промышленности. В пищевой промышленности часто используется в качестве антислеживающего агента и разделителя в сухих молочных продуктах. При употреблении сверх рекомендованной дозы (1,5 г в день) может вызывать молочно-щелочной синдром (синдром Бернетта). Рекомендован при болезнях костных тканей.
Производители пластмассы — одни из основных потребителей карбоната кальция (более 50 % всего потребления). Используемый в качестве наполнителя и красителя, карбонат кальция необходим при производстве поливинилхлорида (PVC), полиэфирных волокон (кримплен, лавсан, и т. п.), полеолефинов. Изделия из данных видов пластмасс распространены повсеместно — это трубы, сантехника, кафельная плитка, черепица, линолеум, ковровые покрытия, и т. п. Карбонат кальция составляет порядка 20 % красящего пигмента, используемого при производстве красок.
Подавляющее большинство карбоната кальция, добывающееся из полезных ископаемых, используется в промышленности. Чистый карбонат кальция (например, для производства продуктов питания или использования в фармацевтических целях), может быть изготовлен из чистого источника (как правило, мрамор).
В качестве альтернативы карбонат кальция может быть подготовлен кальцинацией оксида кальция. Вода добавляется к этому оксиду, давая гидроксид кальция, и затем проводится углекислый газ, который проходит через этот раствор для осаждения желаемого карбоната кальция.
5.2 Применение металлического кальция
Главное применение металлического кальция — это использование его как восстановителя при получении металлов, особенно никеля, меди и нержавеющей стали. Кальций и его гидрид используются также для получения трудновосстанавливаемых металлов, таких, как хром, торий и уран. Сплавы кальция со свинцом находят применение в аккумуляторных батареях и подшипниковых сплавах. Кальциевые гранулы используются также для удаления следов воздуха из электровакуумных приборов.
Написать реакции
Металлотермия
Чистый металлический кальций широко применяется в металлотермии при получении редких металлов.
Написать реакции
Легирование сплавов
Чистый кальций применяется для легирования свинца, идущего на изготовление аккумуляторных пластин, необслуживаемых стартерных свинцово-кислотных аккумуляторов с малым саморазрядом. Также металлический кальций идет на производство качественных кальциевых баббитов БКА.
Ядерный синтез
Изотоп 48Ca — наиболее эффективный и употребительный материал для производства сверхтяжёлых элементов и открытия новых элементов таблицы Менделеева. Например, в случае использования ионов 48Ca для получения сверхтяжёлых элементов на ускорителях ядра этих элементов образуются в сотни и тысячи раз эффективней, чем при использовании других «снарядов» (ионов).
5.3 Гидрид кальция
Гидри́д ка́льция — сложное неорганическое вещество с химической формулой CaH2, получаемое нагреванием кальция в атмосфере водорода.
Написать реакцию
Белого цвета. При плавлении разлагается. Чувствителен к кислороду воздуха. Сильный восстановитель, реагирует с водой, кислотами. Применяется как твердый источник водорода (1 кг. CaH2 дает 1 000 л. H2), осушитель газов и жидкостей, аналитический реагент для количественного определения воды в кристаллогидратах.
Нагреванием кальция в атмосфере водорода получают CaH2 (гидрид кальция), используемый в металлургии (металлотермии) и при получении водорода в полевых условиях.
Написать реакцию
5.4 Оксид кальция
Написать получение
Оксид кальция CaO, в составе твёрдого раствора оксидов других щёлочноземельных металлов — бария и стронция (BaO, SrO), используется в качестве активного слоя катодов косвенного накала в вакуумных электронных приборах.
При взаимодействии с водой выделяется большое количество теплоты, и оксид кальция превращается в гидроксид кальция - гашеная известь:
CaO + H2O Ca(OH)2 + Q
5.5 Гидроксид кальция (Ca(OH)2) - гашеная известь
Получение: Получается при взаимодействии негашеной извести с водой.
CaO + H2O Ca(OH)2 + Q
Применение: Гидроксид кальция применяется в виде гашеной извести, известкового молока, и известковой воды.
Гашеная известь:
Белый рыхлый порошок немного растворенный в воде. Тестообразную смесь гашеной извести с цементом, водой и песком используют в строительстве. Смесь постепенно твердеет.
Известковое молоко:
Суспензия, похожая на молоко. Она образуется при смешивании избытка гашеной извести с водой. Известковое молоко применяется для получения хлорной извести, производстве сахара, для побелки стволов деревьев.
Известковая вода:
Прозрачный раствор гидроксида кальция. Известковую воду получают фильтрованием известкового молока. При прохождении через нее оксида углерода мутнеет:
Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O
5.6 Оптические и лазерные материалы
Фторид кальция (флюорит) применяется в виде монокристаллов в оптике (астрономические объективы, линзы, призмы) и как лазерный материал. Вольфрамат кальция (шеелит) в виде монокристаллов применяется в лазерной технике, а также как сцинтиллятор.
5.7 Карбид кальция
Написать получение
Карбид кальция CaC2 широко применяется для получения ацетилена и для восстановления металлов, а также при получении цианамида кальция (нагреванием карбида кальция в азоте при 1200 °C, реакция идет экзотермически, проводится в цианамидных печах).
Написать реакцию
5.8 Ацетат кальция
Ацетат кальция — кальциевая соль уксусной кислоты. Бесцветное кристаллическое вещество хорошо растворимое в воде.Формула (CH3COO)2Ca
В лаборатории получают действием уксусной кислоты на карбонат кальция до прекращения выделения газа.
2CH3COOH+CaCO3→(CH3COO)2Ca+H2O+CO2↑
Используется в лаборатории для получения диметилкетона (ацетона). Эту реакцию осуществляют нагревая ацетат кальция.
(CH3COO)2Ca→CH3C(O)CH3↑+CaCO3
Ацетат кальция зарегистрирован в пищевой промышленности в качестве пищевой добавки E263
5.9 Сульфид кальция
Написать получение
Сульфид кальция — неорганическое бинарное химическое соединение с формулой CaS.
Известен минерал Ольдгамит (англ. Oldhamite) состоящий из сульфида кальция с примесями магния, натрия, железа, меди. Кристаллы бледно-коричневого цвета, переходящего в темно-коричневый.
Физические свойства
Белые кристаллы, кубическая гранецентрированная решётка типа NaCl (a=0.6008 нм). При плавлении разлагается. В кристалле каждый ион S2− ион окружен октаэдром, состоящим из шести ионов Са2+, в то время как каждый ион Са2+ окружен шестью S2− ионами.
Малорастворим в холодной воде, кристаллогидратов не образует. Как и многие другие сульфиды, сульфид кальция в присутствии воды подвергается гидролизу и имеет запах сероводорода.
Применяют для приготовления люминофоров, а также в кожевенной промышленности для удаления волос со шкур, также применяется в медицинской промышленности в качестве гомеопатического средства.
5.10 Химические источники тока
Кальций, а также его сплавы с алюминием и магнием используются в резервных тепловых электрических батареях в качестве анода(например кальций-хроматный элемент). Хромат кальция используется в таких батареях в качестве катода. Особенность таких батарей — чрезвычайно долгий срок хранения (десятилетия) в пригодном состоянии, возможность эксплуатации в любых условиях (космос, высокие давления), большая удельная энергия по весу и объёму. Недостаток в недолгом сроке действия. Такие батареи используются там, где необходимо на короткий срок создать колоссальную электрическую мощность (баллистические ракеты, некоторые космические аппараты и.др.).
5.11 Огнеупорные материалы
Оксид кальция, как в свободном виде, так и в составе керамических смесей, применяется в производстве огнеупорных материалов.
5.12 Строительные материалы
Использование соединений кальция в производстве строительных материалов является самым масштабным из всех применений. Окись (и гидроокись) кальция используется и как связующее, и как пигмент в производстве строительных растворов, разного рода водорастворимых красок, побелок, при получении силикатного кирпича. Соединения кальция используются в производстве цемента, стекла. В качестве наполнителей — для приготовления замазок и шпатлёвок, красок и эмалей. Широко используется также алебастр (строительный гипс), для отливки лепных украшений, статуй и горельефов. как компонент в строительных растворах.
Находит применение природный минерал мрамор — для отделки фасадов зданий, внутренних помещений, полов, для изготовления элементов интерьера, столешниц, подоконников и т. д.
5.13 Лекарственные средства
Соединения кальция широко применяются в качестве антигистаминного средства.
Хлорид кальция
Написать получение
Хлорид кальция (CaCl2) — лекарственное средство, восполняющие дефицит Ca2+. Растворы хлорида кальция использовались в качестве противоаллергического средства (внутреннее).
Препарат Ca2+, восполняет дефицит Ca2+, необходимого для осуществления процесса передачи нервных импульсов, сокращения скелетных и гладких мышц, деятельности миокарда, формирования костной ткани, свёртывания крови. Снижает проницаемость клеток и сосудистой стенки, предотвращает развитие воспалительных реакций, повышает устойчивость организма к инфекциям и может значительно усиливать фагоцитоз (фагоцитоз, снижающийся после приёма NaCl, возрастает после приема Ca2+). При внутривенном введении стимулирует симпатический отдел вегетативной нервной системы, усиливает выделение надпочечниками адреналина, оказывает умеренное диуретическое действие.
Приблизительно 1/5-1/3 часть перорально введенного препарата всасывается в тонком кишечнике; этот процесс зависит от присутствия витамина D, pH, особенностей диеты и наличия факторов, способных связывать Ca2+. Абсорбция Ca2+ возрастает при его дефиците и использовании диеты со сниженным содержанием Ca2+. В плазме около 45% находится в комплексе с белками. Около 20% выводится почками, остальное количество (80%) удаляется с содержимым кишечника.
Повышенная потребность в Ca2+ (беременность, период лактации, период усиленного роста организма); кровотечения различной этиологии и локализации (легочные, желудочно-кишечные, носовые, маточные и др.); аллергические заболевания (сывороточная болезнь, крапивница, лихорадочный синдром, зуд, ангионевротический отёк); бронхиальная астма, дистрофические алиментарные отёки, спазмофилия, тетания, туберкулез легких, рахит, остеомаляция, свинцовые колики; гипопаратиреоз, гипокальциемия, повышенная проницаемость сосудов (геморрагический васкулит, лучевая болезнь), гепатит паренхиматозный, гепатит токсический, нефрит, эклампсия, слабость родовой деятельности, отравление солями Mg2+, щавелевой и фтористой кислотами; пароксизмальная миоплегия (гиперкалиемическая форма); воспалительные и экссудативные процессы (пневмония, плеврит, аднексит, эндометрит и др.); экзема, псориаз.
При приеме внутрь - гастралгия, изжога. При внутривенном введении - ощущение жара, гиперемия кожи лица, брадикардия, при быстром введении - фибрилляция желудочков сердца. Местные реакции (при внутривенном введении): боль и гиперемия по ходу вены.
Нельзя вводить подкожно или внутримышечно - возможен некроз тканей (высокие концентрации CaCl2, начиная с 5%, вызывают сильное раздражение). При внутривенном введении CaCl2 появляется ощущение жара сначала в полости рта, а затем по всему телу (ранее использовали для определения скорости кровотока - время между моментом его введения в вену и появлением ощущения жара).
Замедляет абсорбцию тетрациклинов, дигоксина, пероральных препаратов Fe (интервал между их приемами должен быть не менее 2 ч). При сочетании с тиазидовыми диуретиками может усиливать гиперкальциемию, снижать эффект кальцитонина при гиперкальциемии, снижает биодоступность фенитоина.
2) Глюконат кальция
Порошок белого цвета зернистый или кристаллический. Растворим в воде, практически нерастворим в спирте и эфире. Содержит до 9% кальция.
Препарат Ca2+, восполняет дефицит Ca2+, необходимого для осуществления процесса передачи нервных импульсов, сокращения скелетных и гладких мышц, деятельности миокарда, формирования костной ткани, свертывания крови.
Показания
1) Заболевания, сопровождающиеся гипокальциемией, повышением проницаемости клеточных мембран (в том числе сосудов), нарушением проведения нервных импульсов в мышечной ткани.
2) Гипопаратиреоз (латентная тетания, остеопороз), нарушения обмена витамина D: рахит (спазмофилия, остеомаляция), гиперфосфатемия у больных ХПН.
3) Повышенная потребность в Ca2+ (беременность, период лактации, период усиленного роста организма), недостаточное содержание Ca2+ в пище, нарушение его обмена (в постменопаузном периоде).
4) Усиленное выведение Ca2+ (длительный постельный режим, хроническая диарея, вторичная гипокальциемия на фоне длительного приема диуретиков и противоэпилептических ЛС, ГКС).
5) Кровотечения различной этиологии; аллергические заболевания (сывороточная болезнь), крапивница, лихорадочный синдром, зуд, зудящие дерматозы, реакции на введение ЛС и прием пищевых продуктов, ангионевротический отек); бронхиальная астма, дистрофические алиментарные отеки, легочный туберкулёз, свинцовые колики; эклампсия.
6) Отравление солями Mg2+, щавелевой и фтористой кислотами и их растворимыми солями (при взаимодействии с кальция глюконатом образуются нерастворимые и нетоксичные кальция оксалат и кальция фторид).
7) Паренхиматозный гепатит, токсические поражения печени, нефриты, гиперкалиемическая форма пароксизмальной миоплегии.
Больным с незначительной гиперкальциурией, снижением клубочковой фильтрации или с нефроуролитиазом в анамнезе назначение должно проводиться под контролем концентрации Ca2+ в моче. Для снижения риска развития нефроуролитиаза рекомендуется обильное питьё.
5.14 Гипс
Существует несколько видов гипса - природный, жженый и безводный. Жженый гипс или алебастр получают при нагревании природного гипса до температуры 150о - 180о С. Если смешать алебастр с водой, то получится полужидкая пластическая масса, которая быстро твердеет из-за присоединения воды. Свойство жженого гипса застывать используется на практике. Алебастр смешивают с известью и используют как штукатурку. Из чистого алебастра изготавливают скульптуры, а в медицине он используется при переломах.