Početna za: KALCIJ, Ca  

SPOJEVI, DOBIVANJE I UPORABA

Dobivanje kalcija:

Glavna sirovina za dobivanje kalcija je prirodni kalcijev karbonat, a može se dobiti elektrolizom taline kalcijevog klorida (CaCl2) i aluminotermijskom redukcijom kalcijevog oksida. 

Kalcijev klorid, koji se dobiva pri proizvodnji sode po Solvayu, sirovina je za dobivanje kalcija elektrolizom. Reaktor za elektrolizu izgrađen je od čeličnog kućišta i grafitne obloge. Anoda je ugljena ploča, a katoda tanki željezni štap. Reaktor se zagrijava na 780 - 800°C. Za vrijeme elektrolize kalcij se izlučuje na vodom hlađenoj željeznoj katodi koja se postupno izvlači iz taline s porastom količine kalcija. Ovako dobiveni kalcij sadrži dosta primjesa klorida, oksida, ugljika, alkalijskih i zemnoalkalijskih metala. 

Kao sirovina za dobivanje kalcija aluminotermijski koristi se vrlo čisti vapnenac ili vapno. Proces se odvija u dugim cjevastim retortama od nehrđajućeg čelika koje se na jednom kraju pune briketiranom smjesom usitnjenog živog vapna i suviškom praha aluminija. Napunjeni krajevi retorti zagrijavaju se do 1200°C, a suprotni krajevi hlade se vodom. Vrlo sporom reakcijom oslobađaju se pare kalcija koje se kondenziraju u hladnim krajevima retorti prema jednadžbi:

6CaO + 2Al -> 3Ca + Ca3Al2O6.

Na ovaj način dobije se tehnički kalcij koji sadrži do 1% primjesa, poglavito magnezij i aluminij, koji se prema potrebi rafinira redestilacijom pod sniženim tlakom do čistoće 99,9%.


Svojstva i upotreba kalcija:

Elementarni kalcij je mekan, srebnobijel metal koji se može oblikovati lijevanjem, prešanjem ili valjanjem. Do temperature 464°C ima plošno centriranu kubičnu kristaInu rešetku, a iznad te temperature stabilna je prostorno centrirana kubična rešetka. Jedan je od boljih vodiča elektriciteta. Na zraku se brzo prekrije tankim slojem nitrida, a njegovim zagrijavanjem na zraku nastaje smjesa oksida i nitrida. Fino usitnjen kalcij se zapali i gori žutocrvenim plamenom. Pri sobnoj temperaturi s vodom reagira sporo, a zagrijan burno uz razvijanje vodika. Burno reagira i s kisikom iznad 300°C dajući oksid, CaO, a s dušikom reagira tek pri temperaturi od 900°C stvarajući nitrid, Ca3N2. Iznad 400°C izgara u vodiku stvarajući kalcijev hidrid (CaH2). Otapa se u tekućem amonijaku dajući tamnomodar, skoro crn kalcijev heksamin, a s alkoholima stvara alkokside uz oslobađanje vodika.

Kalcij je jedan od najvažnijih biogenih elemenata. Ulazi u sastav stanica gdje utječe na električnu propusnost stanične membrane i na taj način regulira izmjenu tvari stanice s okolinom. Također regulira živčanu i mišićnu podražljivost, aktivira određene enzimske katalitičke reakcije te utječe na proces koagulacije krvi. Najveći dio kalcija u toplokrvnim organizmima nalazi se u sastavu kostiju i zubi, čak 99%. Uz fosfate i karbonate, kalcij kostima daje mehaničku čvrstoću i stabilnost. Na tržištu se nalaze različite kalcijeve soli i organski spojevi kalcija u kombinaciji s vitaminskim smjesama kao dijetalni nadomjesci određenih prehrambenih proizvoda. Kalcij se u organizam unosi apsorpcijom i prehranom kalcijem bogatih namirnica. To su prvenstveno mlijeko i mliječni proizvodi. Dnevne potrebe organizma za kalcijem su od 400 - 1100 mg.

Pored biološkog značenja kalcij ima relativno veliku tehnološku primjenu. Velike se količine kalcija troši u proizvodnji željeza i čelika jer je jak dezoksidans i lako stvara sulfide te im na taj način povećava čistoću vežući na sebe kisik, sumpor i fosfor. Istovremeno se poboljšava morfologija mikrostrukture jer kalcij smanjuje segregaciju legirajućih primjesa i brojnost mikrostrukturnih defekata. Kalcijem tretirani čelici koriste se u automobilskoj i zrakoplovnoj industriji te u proizvodnji opreme za eksploataciju nafte (ventila, cijevi, alata za bušenje i sl.) Kalcij ima važnu primjenu kod lijevanja čeličnih odljevaka. U kalupe (kokile) se prije lijevanja stavlja određena količina legure kalcija s magnezijevim ferosilikatom (koja sadrži 15 - 50% Ca u obliku granula) nakon čega se ulijeva talina čelika. Uloga je ove legure da usporuje proces nukleacije i očvršćivanja tekuće faze poboljšavajući na taj način morfologiju mikrostrukture čeličnog odljevka. 

Kalcij se kao redukcijsko sredstvo upotrebljava pri dobivanju metala cirkonija, hafnija, vanadija, niobija, itrija, torija i uranija također za uklanjanje kisika, sumpora i fosfora i drugih primjesa te za uklanjanje vode iz organskih otapala. Legira se olovom, aluminijem, litijem i silicijem.


Spojevi kalcija:

Zbog velike kemijske reaktivnosti kalcija njegovi spojevi obično nastaju uz oslobađanje znatne količine energije, tj. reakcije su mu egzotermne. U svim spojevima kalcij je dvovalentan, a Ca2+ ioni (obično imaju kubičnu ili oktaedarsku koordinaciju). U kompleksima uglavnom ima kisikove ligande (fosfate).

Navodimo važnije spojeve:

-Kalcijev cijanamid (dušično vapno, CaCN) je bezbojan, higroskopan, romboedarski kristal sive do sivo-crvene boje. Upotrebljava se kao umjetno gnojivo i sredstvo protiv biljnih bolesti te za uklanjanje sumpora iz sirovog željeza pri proizvodnji čelika. 

-Kalcijev cijanid (Ca(CN)2) u vodi hidrolizira stvarajući cijanovodik koji je vrlo otrovan za ljude, životinje i ribe. Upotrebljava se: za izluživanje zlata i srebra iz mineralnih sirovina, kao inhibitor pri flotaciji ruda olova i cinka, kao insekticid, za dobivanje cijanovodika i za površinsko cementiranje čelika.

-Kalcijev hidrid (CaH2) je bijeli kristal koji u vodi disocira na kalcij i vodik, jako veže vodu i snažno je redukcijsko sredstvo. Upotrebljava se za redukciju oksida nekih metala (titanija, cirkonija, volframa i uranija) te kao sredstvo za sušenje zraka, vodika, etera i sličnih organskih otapala.

-Kalcijev hidroksid (Ca(OH)2, gašeno vapno) u vodi je slabo topljiva tvar. Iz zraka apsorbira ugljikov(IV)-oksid, CO2. Upotrebljava se za dezinfekciju, dobivanje vapnenog mlijeka za ličenje zidova te za pripremu klasične građevinske žbuke. 

-Kalcijev karbid (CaC2) bezbojna je tvar bez mirisa, a s primjesama je sive do smeđe-crne boje i karakteristična mirisa. Uporebljava se kao sirovina za dobivanje etina i kalcijevog cijanamida. 

-Kalcijev karbonat (CaCO3, kalcit) u prirodi je najrašireniji spoj kalcija koji se nalazi u obliku vapnenca, mramora i krede. Jako čisti i prozirni kristal kalcit (dvolomac) polarizira svjetlost pa se upotrebljava za izradu posebnih optičkih stakala (Nicolovih prizmi). U čistoj vodi je netopljiv, a u vodi koja sadrži CO2 otapa se polagano i utječe na tvrdoću prirodne vode. Upotrebljava se kao građevinski materijal, sredstvo za sušenje i kao materijal za dobivanje živog vapna (CaO).

-Kalcijev klorid (CaCl2) bezbojan je i higroskopan kristal koji nastaje u velikim količinama kao sporedni proizvod kod dobivanja sode po Solvayevljevu postupku. U prirodi se pojavljuje u mineralu tahidritu, a u malim količinama ima ga u moru i mineralnim vodama. Lako je topljiv u vodi i alkoholima. Upotrebljava se za sušenje plinova i organskih proizvoda te kao katalizator i vezivo praškastih tvari.

-Kalcijev oksid (CaO, živo vapno) obično je bijela amorfna krutina koja najčešće dolazi onečišćena s oksidima magnezija, aluminija i željeza. Vrlo čisti CaO bezbojan je i ima kubičnu strukturu. S vodom reagira uz razvijanje topline dajući gašeno vapno, a pri jakom zagrijavanju plamenom plina praskavca isijava jasno bijelo svjetlo ("Drummondovo vapneno svjetlo"). Upotrebljava se za dobivanje cementa, karbida i amonijaka te za izradu obloga peći. Koristi se i kao umjetno gnojivo, alkalni dodatak pri taljenju metala, u proizvodnji stakla i za dobivanje gašenog vapna (Ca(OH)2).

-Kalcijev sulfat (CaSO4) bijel je kristaličan prah gotovo netopljiv u vodi. Javlja se u nekoliko oblika koji se kao minerali nalaze u prirodi kao anhidrit (bezvodan CaSO4), sadra ili gips, koji je dihidrat (CaSO4 x 2H2O), te kao zrnata, potpuno bijela sadra - alabaster. Zagrijavanjem do 97°C sadra gubi 3/4 vode i prelazi u poluhidrat, a zagrijavanjem do 150°C izgubi svu vodu pri čemu se dobije anhidrid. On može ponovo vezati izgubljenu vodu i pritom očvrsne pa služi za izradu kalupa u kiparstvu, medicini i građevinarstvu. Važno svojstvo CaSO4 je termoluminiscencija pa se upotrebljava za dozimetre u zaštiti od zračenja. Termoluminiscencija je svojstvo materijala da zagrijavanjem na određenu temperaturu isijava svjetlost akumuliranu tijekom izlaganja ionizirajućem zračenju (alfa, beta i gama rengenskim zrakama).

 Početna za: KALCIJ, Ca