Кальций и магний

Простые вещества магний и кальций - металлы. Кальций быстро окисляется на воздухе, а магний в этих условиях значительно устойчивее - он окисляется лишь с поверхности. Кальций хранят под слоем керосина. Температуры плавления магния и кальция - 650 и 851 °С соответственно. Магний и кальций значительно более твердые вещества, чем щелочные металлы. Невысокая плотность магния (1,74 г./см³) при значительной прочности дает возможность использовать его сплавы в авиационной промышленности.

И магний, и кальций - сильные восстановители (особенно при нагревании). Их часто используют для восстановления других, менее активных, металлов из их оксидов (магний - в лаборатории, а кальций - в промышленности).

Магний и кальций - одни из немногих металлов реагирующих с азотом. При нагревании они образует с ним нитриды Mg₃N₂ и Ca₃N₂. Поэтому, сгорая на воздухе, магний и кальций превращаются в смесь оксидов с нитридами.

Кальций легко реагирует с водой, а магний - только при кипячении. В обоих случаях выделяется водород и образуются малорастворимые гидроксиды.

Оксиды магния и кальция - ионные вещества; по химическому поведению они - основные оксиды. Оксид магния с водой не реагирует, а оксид кальция (тривиальное название - «негашеная известь») реагирует бурно с выделением теплоты. Образующийся гидроксид кальция в промышленности называют «гашеной известью».

Гидроксид магния нерастворим в воде, тем не менее он является основанием. Гидроксид кальция заметно растворим в воде; его насыщенный раствор называют «известковой водой», это щелочной раствор (изменяет окраску индикаторов). Гидроксид кальция в сухом, а особенно во влажном состоянии поглощает углекислый газ из окружающего воздуха и превращается в карбонат кальция. Это свойство гашеной извести много веков использовалось в строительстве: гашеная известь как основной компонент входила в состав строительных известковых растворов, в настоящее время почти полностью замененных цементными. Оба гидроксида при умеренном нагревании, не плавясь, разлагаются.

Соли магния и особенно кальция входят в состав многих породообразующих минералов. Из этих горных пород наиболее известны мел, мрамор и известняк, основным веществом которых является карбонат кальция. Карбонаты кальция и магния при нагревании разлагаются на соответствующие оксиды и углекислый газ. С водой, содержащей растворенный диоксид углерода, эти карбонаты реагируют, образуя растворы гидрокарбонатов, например:

MCO₃ + CO₂ + H₂O = M² + 2HCO₃.

При нагревании, и даже при попытке выделить гидрокарбонаты из раствора, удаляя воду при комнатной температуре, они разлагаются по обратной реакции:

M² + 2HCO₃ = MCO₃Размещено на http://www.allbest.ru/

5

Размещено на http://www.allbest.ru/

+ CO₂Размещено на http://www.allbest.ru/

5

Размещено на http://www.allbest.ru/

+ H₂O.

Гидратированный сульфат кальция CaSO₄·2H₂O представляет собой бесцветное кристаллическое вещество малорастворимое в воде. При нагревании оно частично обезвоживается, переходя в кристаллогидрат состава 2CaSO₄·H₂O. Тривиальное название двуводного гидрата - гипс, а полуводного - алебастр. При смешивании алебастра с водой он гидратируется, при этом образуется плотная твердая масса гипса. Это свойство алебастра используется в медицине (гипсовые повязки) и строительстве (армированные гипсовые перегородки, заделка дефектов). Скульпторы используют алебастр для изготовления гипсовых моделей и форм.
Карбид (ацетиленид) кальция CaC₂. Структурная формула (Ca²)(CC). Получают спеканием негашеной извести с углем:

CaO + 3C = CaC₂ + COРазмещено на http://www.allbest.ru/

5

Размещено на http://www.allbest.ru/

Это ионное вещество не является солью и полностью гидролизуется водой с образованием ацетилена, который долгое время и получали таким способом:

CaC₂ + 2H₂O = C₂H₂Размещено на http://www.allbest.ru/

5

Размещено на http://www.allbest.ru/

+ Ca(OH)₂.

Гидратированный ион магния [Mg(H₂O)₆]² - катионная кислота, поэтому растворимые соли магния подвергаются гидролизу. По этой же причине магний может образовывать основные соли, например, Mg(OH) Cl. Гидратированный ион кальция не является катионной кислотой.

Кальций в соединении может быть обнаружен по окрашиванию пламени. Цвет пламени - оранжево-красный. Качественная реакция на ионы Ca², Sr² и Ba², не позволяющая однако различить эти ионы между собой - осаждение соответствующих сульфатов разбавленным раствором серной кислоты (или любым раствором сульфата в кислотной среде):

M² + SO₄² = MSO₄Размещено на http://www.allbest.ru/

5

Размещено на http://www.allbest.ru/

.

Кальций и магний незаменимы для человеческого организма. Кальций обеспечивает усвоение организмом железа, помогает при бессоннице, укрепляет кости и скелет, улучшает функцию нервной системы. Его недостаток приводит к размягчению костей, остеопорозу, порче зубов, чувствительности к стрессам, аллергии, судорогам некоторых групп мышц. Жёсткость воды и способы её устранения.

Растворимые соли кальция и магния обуславливают общую жёсткость воды. Если они присутствуют в воде в небольших количествах, то вода называется мягкой. При большом содержании этих солей (100 - 200 мг солей кальция - в 1 л. в пересчёте на ионы) вода считается жёсткой. В такой воде мыло плохо пенится, так как соли кальция и магния образуют с ним нерастворимые соединения. В жёсткой воде плохо развариваются пищевые продукты, и при кипячении она даёт на стенках бытовой утвари и паровых котлов накипь. Накипь обладает малой теплопроводностью, вызывает увеличение расхода топлива или потребляемой мощности электроприбора и ускоряет изнашивание стенок сосуда для кипячения воды. При нагревании кислые карбонаты кальция и магния разлагаются и переходят в нерастворимые основные карбонаты: Са(НСО₃) = Н₂О + СО₂ + СаСО₃v Растворимость сульфата кальция СаSO₄ при нагревании также снижается, поэтому он входит в состав накипи. Жёсткость, вызванная присутствием в воде кислых карбонатов кальция и магния, называется карбонатной или временной, так как она может быть устранена. Помимо карбонатной жёсткости, различают ещё некарбонатную жёсткость, которая зависит от содержания в воде ЭСl₂ и ЭSO₄, где Э - Са, Мg. Эти соли не удаляются при кипячении, и поэтому некарбонатную жёсткость называют также постоянной жёсткостью. Карбонатная и некарбонатная жёсткость в сумме дают общую жёсткость. Для полного ее устранения воду иногда перегоняют. Но это дорого. Для устранения карбонатной жёсткости воду можно прокипятить, но это тоже дорого и образуется накипь. Жёсткость удаляют прибавлением соответствующего количества Са(ОН)₂: Са(ОН)₂ + Са(НСО₃)₂ = СаСО₃v + 2Н₂О. Общую жёсткость устраняют или добавлением Na₂CO₃, или при помощи так называемых катионитов. При использовании углекислого натрия растворимые соли кальция и магния тоже переводят в нерастворимые карбонаты: Са²⁺ + Na₂CO₃ = 2Na⁺ + CaCO₃v. Устранение жёсткости при помощи катионитов - процесс более совершенный. Катиониты - высокомолекулярные натрийсодержащие органические соединения, состав которых можно выразить формулой Na₂R, где R - сложный кислотный остаток. При фильтровании воды через слой катионита происходит обмен катионов Na⁺ кристаллической решетки на катионы Са²⁺ и Mg²⁺ из раствора по схеме: Са²⁺ + Na₂R = 2Na⁺ + CaR. Следовательно, ионы Са из раствора переходят в катионит, а ионы Na⁺ переходят из катионита в раствор. Для восстановления использованного катионита его промывают концентрированным раствором поваренной соли. При этом происходит обратный процесс: ионы Са²⁺ в кристаллической решетке в катионита заменяются на ионы Na⁺ из раствора. Регенерированный катионит снова применяют для очистки воды. Подобным образом работают фильтры на основе пермутита:

магний металл кальций соединение

Na₂[Al₂Si₂O₈] + Ca²⁺ = 2Na⁺ + Ca[Al₂Si₂O₈]

Размещено на Allbest.ru