Calci

nguyên tố hóa học và là một kim loại kiềm thổ của nguyên tử số 20
(Đổi hướng từ Canxi)


Calci (bắt nguồn từ từ tiếng Pháp calcium /kalsjɔm/),[5] còn được viết là canxi,[5]nguyên tố hoá học ký hiệu Ca, số thứ tự 20 trong bảng tuần hoàn. Nó là một kim loại kiềm thổ có nguyên tử khối là 40.

Calci,  20Ca
Quang phổ vạch của calci
Tính chất chung
Tên, ký hiệuCalci, Ca
Hình dạngÁnh kim xám bạc
Calci trong bảng tuần hoàn
Hydro (diatomic nonmetal)
Heli (noble gas)
Lithi (alkali metal)
Beryli (alkaline earth metal)
Bor (metalloid)
Carbon (polyatomic nonmetal)
Nitơ (diatomic nonmetal)
Oxy (diatomic nonmetal)
Fluor (diatomic nonmetal)
Neon (noble gas)
Natri (alkali metal)
Magnesi (alkaline earth metal)
Nhôm (post-transition metal)
Silic (metalloid)
Phosphor (polyatomic nonmetal)
Lưu huỳnh (polyatomic nonmetal)
Chlor (diatomic nonmetal)
Argon (noble gas)
Kali (alkali metal)
Calci (alkaline earth metal)
Scandi (transition metal)
Titani (transition metal)
Vanadi (transition metal)
Chrom (transition metal)
Mangan (transition metal)
Sắt (transition metal)
Cobalt (transition metal)
Nickel (transition metal)
Đồng (transition metal)
Kẽm (transition metal)
Gali (post-transition metal)
Germani (metalloid)
Arsenic (metalloid)
Seleni (polyatomic nonmetal)
Brom (diatomic nonmetal)
Krypton (noble gas)
Rubidi (alkali metal)
Stronti (alkaline earth metal)
Yttri (transition metal)
Zirconi (transition metal)
Niobi (transition metal)
Molypden (transition metal)
Techneti (transition metal)
Rutheni (transition metal)
Rhodi (transition metal)
Paladi (transition metal)
Bạc (transition metal)
Cadmi (transition metal)
Indi (post-transition metal)
Thiếc (post-transition metal)
Antimon (metalloid)
Teluri (metalloid)
Iod (diatomic nonmetal)
Xenon (noble gas)
Caesi (alkali metal)
Bari (alkaline earth metal)
Lantan (lanthanide)
Ceri (lanthanide)
Praseodymi (lanthanide)
Neodymi (lanthanide)
Promethi (lanthanide)
Samari (lanthanide)
Europi (lanthanide)
Gadolini (lanthanide)
Terbi (lanthanide)
Dysprosi (lanthanide)
Holmi (lanthanide)
Erbi (lanthanide)
Thulium (lanthanide)
Ytterbi (lanthanide)
Luteti (lanthanide)
Hafni (transition metal)
Tantal (transition metal)
Wolfram (transition metal)
Rheni (transition metal)
Osmi (transition metal)
Iridi (transition metal)
Platin (transition metal)
Vàng (transition metal)
Thuỷ ngân (transition metal)
Thali (post-transition metal)
Chì (post-transition metal)
Bismuth (post-transition metal)
Poloni (metalloid)
Astatin (diatomic nonmetal)
Radon (noble gas)
Franci (alkali metal)
Radi (alkaline earth metal)
Actini (actinide)
Thori (actinide)
Protactini (actinide)
Urani (actinide)
Neptuni (actinide)
Plutoni (actinide)
Americi (actinide)
Curium (actinide)
Berkeli (actinide)
Californi (actinide)
Einsteini (actinide)
Fermi (actinide)
Mendelevi (actinide)
Nobeli (actinide)
Lawrenci (actinide)
Rutherfordi (transition metal)
Dubni (transition metal)
Seaborgi (transition metal)
Bohri (transition metal)
Hassi (transition metal)
Meitneri (unknown chemical properties)
Darmstadti (unknown chemical properties)
Roentgeni (unknown chemical properties)
Copernici (transition metal)
Nihoni (unknown chemical properties)
Flerovi (post-transition metal)
Moscovi (unknown chemical properties)
Livermori (unknown chemical properties)
Tennessine (unknown chemical properties)
Oganesson (unknown chemical properties)
Mg

Ca

Sr
KaliCalciScandi
Số nguyên tử (Z)20
Khối lượng nguyên tử chuẩn (Ar)40,078(4)[1]
Phân loại  kim loại kiềm thổ
Nhóm, phân lớp2s
Chu kỳChu kỳ 4
Cấu hình electron[Ar] 4s2
mỗi lớp
2, 8, 8, 2
Tính chất vật lý
Màu sắcÁnh kim xám bạc
Trạng thái vật chấtChất rắn
Nhiệt độ nóng chảy1115 K ​(842 °C, ​1548 °F)
Nhiệt độ sôi1757 K ​(1484 °C, ​2703 °F)
Mật độ1,55 g·cm−3 (ở 0 °C, 101.325 kPa)
Mật độ ở thể lỏngở nhiệt độ nóng chảy: 1,378 g·cm−3
Nhiệt lượng nóng chảy8,54 kJ·mol−1
Nhiệt bay hơi154,7 kJ·mol−1
Nhiệt dung25,929 J·mol−1·K−1
Áp suất hơi
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
ở T (K) 864 956 1071 1227 1443 1755
Tính chất nguyên tử
Trạng thái oxy hóa2, 1[2]Base mạnh
Độ âm điện1,00 (Thang Pauling)
Năng lượng ion hóaThứ nhất: 589.8 kJ·mol−1
Thứ hai: 1145.4 kJ·mol−1
Thứ ba: 4912.4 kJ·mol−1
Bán kính cộng hoá trịthực nghiệm: 197 pm
Bán kính liên kết cộng hóa trị176±10 pm
Bán kính van der Waals231 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thểLập phương tâm mặt
Cấu trúc tinh thể Lập phương tâm mặt của Calci
Vận tốc âm thanhque mỏng: 3810 m·s−1 (ở 20 °C)
Độ giãn nở nhiệt22,3 µm·m−1·K−1 (ở 25 °C)
Độ dẫn nhiệt201 W·m−1·K−1
Điện trở suấtở 20 °C: 33,6 n Ω·m
Tính chất từNghịch từ
Mô đun Young20 GPa
Mô đun cắt7,4 GPa
Mô đun khối17 GPa
Hệ số Poisson0,31
Độ cứng theo thang Mohs1,75
Độ cứng theo thang Brinell167 MPa
Số đăng ký CAS7440-70-2
Đồng vị ổn định nhất
Bài chính: Đồng vị của Calci
Iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP
40Ca 96.941% 40Ca ổn định với 20 neutron[3]
41Ca Vết 1,03×105 năm ε 41K
42Ca 0.647% 42Ca ổn định với 22 neutron
43Ca 0.135% 43Ca ổn định với 23 neutron
44Ca 2.086% 44Ca ổn định với 24 neutron
45Ca Tổng hợp 162,7 ngày β- 0.258 45Sc
46Ca 0.004% 46Ca ổn định với 46 neutron[4]
47Ca Tổng hợp 4,536 ngày β- 0.694, 1.99 47Sc
γ 1.297 -
48Ca 0.187% 6,4×1019 năm ββ ? 48Ti

Calcium là nguyên tố thiết yếu cho sinh vật sống, đặc biệt trong sinh lý học tế bào và tồn tại dưới 3 dạng trong máu: 50% dưới dạng ion Ca2+, gần 50% kết hợp với protein huyết tương, chủ yếu là albumin và chỉ còn rất ít dưới dạng phức hợp với phosphate, citrate, carbonate. Ở đây có sự di chuyển ion Ca2+ vào và ra khỏi tế bào chất có vai trò mang tín hiệu cho nhiều quá trình tế bào. Là một khoáng chất chính trong việc tạo xương, răngvỏ sò, calcium là kim loại phổ biến nhất về khối lượng có trong nhiều loài động vật.

Đặc tính

sửa
 
Kiểm tra ngọn lửa. Màu đỏ gạch bắt nguồn từ calci.

Về hóa học, calcium là một kim loại mềm và phản ứng mạnh (mặc dù chỉ cứng hơn chì, nó có thể bị cắt bằng dao một cách khó khăn). Nó là nguyên tố kim loại có màu bạc phải được tách ra bằng phương pháp điện phân từ muối nóng chảy như calci chloride.[6] Khi được tạo ra, nó nhanh chóng hình thành một lớp áo oxide và nitrite màu trắng xám do tiếp xúc với không khí. Ở dạng khối, kim loại khó đốt cháy, thậm chí còn khó hơn các miếng magnesi; nhưng khi cắt ra, kim loại cháy trong không khí cho ngọn lửa cam-đỏ có độ chói cao. Kim loại calci phản ứng với nước tạo khí hydro với tốc độ nhanh đến mức có thể nhận biết được, nhưng không đủ nhanh ở nhiệt độ phòng để tạo ra nhiều nhiệt, do vậy nên nó rất hữu ích trong việc dùng sản xuất hydro.[7] Tuy nhiên, khi ở dạng bột nó phản ứng với nước cực kỳ nhanh do diện tích bề mặt tiếp xúc tăng do ở dạng bột. Một phần phản ứng với nước bị chậm lại do nó tạo ra sản phẩm không hòa tan là calcium hydroxide có tính bảo vệ.

Calci có tỉ trọng 1,55 g/cm³, là kim loại kiềm thổ nhẹ nhất; magie (1,74) và beryli (1,84) nặng hơn mặc dù chúng có số khối nhỏ hơn. Kể từ strontium trở đi, các kim loại kiềm thổ có tỷ trọng tăng theo số khối. Calci có hai đồng hình.[8]

Calci có điện trở suất lớn hơn đồngnhôm, tính trên cùng khối lượng, do nó có khối lượng riêng thấp hơn, nó cũng là chất dẫn điện tốt hơn hai loại trên. Tuy nhiên, trong thực tế nó ít khi được sử dụng bởi rất dễ phản ứng với không khí.

Các muối của calci không màu cho dù calci ở dạng nào đi nữa, và ion calci hòa tan (Ca2+) cũng không màu. Cùng với các muối của magnesi và các muối của kim loại kiềm thổ khác, các muối calci thường tan khá trong nước ngoại trừ calci hydroxide, calci sulfat, calci cacbonatcalci phosphat. Khi ở trong dung dịch, ion calci cho nhiều vị giác ấn tượng như mặn, chua, trơn.

Lịch sử

sửa

Vôi ở dạng vật liệu xây dựng đã được sử dụng từ thời tiền sử cách nay khoảng 7000 đến 14000 TCN.[9] Lò vôi được định tuổi đầu tiên có niên đại 2500 TCN và được tìm thấy ở Khafajah Mesopotamia.[10][11] Calcium (từ tiếng Latin calx, thuộc về calcis, nghĩa là "vôi")[12] đã được biết từ rất sớm vào thế kỷ I khi người La Mã cổ đại điều chế vôi ở dạng calci oxide. Văn liệu năm 975 ghi nhận rằng calci sulfat là chất hữu ích trong việc hình thành xương. Nó không được tách biệt mãi cho đến năm 1808 ở Anh khi Sir Humphry Davy điện phân một hỗn hợp gồm vôi và thủy ngân oxide.[13].

Ứng dụng

sửa

Calci là một thành phần quan trọng của khẩu phần dinh dưỡng. Sự thiếu hụt rất nhỏ của nó đã ảnh hưởng tới sự hình thành và phát triển của xươngrăng. Thừa calci có thể dẫn đến sỏi thận (vì khi nồng độ cao dễ bị kết tinh gây ngưng trệ quá trình bài tiết). Vitamin D là cần thiết để hấp thụ calci. Các sản phẩm sữa chứa một lượng lớn calci.

Để hiểu thêm về vai trò của calci trong thế giới sự sống, xem thêm bài Calci trong sinh học.

Các ứng dụng khác còn có:

  • Chất khử trong việc điều chế các kim loại khác như urani, zirconi hay thori.
  • Chất chống oxy hóa, chống sulfide hóa hay chống carbide hóa cho các loại hợp kim chứa hay không chứa sắt.
  • Một chất tạo thành trong các hợp kim của nhôm, beryli, đồng, chì hay magiê.
  • Nó được sử dụng trong sản xuất xi măng hay vữa xây sử dụng rộng rãi trong xây dựng.
  • Đồng vị calci-48 được sử dụng để tổng hợp một số nguyên tố siêu urani như nobeli hay oganesson.

Đồng vị

sửa

Calci có 6 đồng vị ổn định, hai trong chúng có nguồn gốc tự nhiên: đồng vị Ca40 và đồng vị phóng xạ Ca41 với chu kỳ bán rã = 103.000 năm. 97% của nguyên tố này là ở dạng Ca40. Ca40 là một trong các sản phẩm sinh ra bởi sự phân rã của K40, cùng với Ar40. Trong khi tỷ lệ K/Ar được sử dụng rộng rãi trong địa chất học thì sự phổ biến của Ca40 trong tự nhiên đã cản trở việc sử dụng chỉ số K/Ca này trong địa chất. Không giống như các đồng vị có nguồn gốc vũ trụ được tạo ra trong khí quyển, Ca41 được sản xuất do việc hấp thụ neutron của Ca40. Phần lớn của việc tạo ra đồng vị này là ở những mét cao nhất hay ở những lớp đất đá mà ở đó các bức xạ neutron vũ trụ là đủ mạnh. Ca41 đã thu được sự chú ý của các nhà khoa học trong nghiên cứu các chòm sao vì Ca41 phân rã thành K41, một chỉ số quan trọng của các bất thường trong hệ Mặt Trời.

Calci trong sinh học

sửa

Calci là nguyên tố thiết yếu cho sự sống. Mức calci trong động vật có vú được kiểm soát chặt. regulated,[14][15] Trong cơ thể thì 98% calci nằm ở xương và răng; 2% còn lại là ion calci nằm trong máu để thực hiện các chức năng thần kinh cơ, đông máu. Trong máu, Ca ở dưới 3 dạng: 50% dưới dạng ion Ca++, gần 50% kết hợp với protein huyết tương, chủ yếu là albumin và chỉ còn rất ít dưới dạng phức hợp với phosphat, citrat, carbonat.

Nếu tuyến cận giáp bị kích thích do thiếu calci, tuyến cận giáp phải liên tục tiết ra quá nhiều hooc môn, chức năng tuyến cận giáp làm việc quá mức nên không còn kiểm soát được nồng độ calci trong máu nữa, do vậy nồng độ calci trong máu tăng cao, dẫn đến loạn nhịp tim. Khi nhịp tim loạn thì tuyến giáp lại phải tiết ra hooc môn để giảm nồng độ calci trong máu, chuyển lượng calci thừa đó ra ngoài tới các tổ chức khác để duy trì ổn định nồng độ calci trong máu. Quá trình đó gọi là "calci di chuyển".

Phương trình

sửa

CaO + H2O → Ca(OH)2

CaO + 2CO2 + H2O → Ca(HCO3)2

CaCO3 (to) → CaO + CO2

Ca + 2HCl → CaCl2 + H2

CaO + 3C → CaC2 + CO (xảy ra ở nhiệt độ 3.000 °C)

Chú thích

sửa
  1. ^ “Trọng lượng nguyên tử tiêu chuẩn: Calci”.CIAAW.1983
  2. ^ Krieck, Sven; Görls, Helmar; Westerhausen, Matthias (2010). “Mechanistic Elucidation of the Formation of the Inverse Ca(I) Sandwich Complex [(thf)3Ca(μ-C6H3-1,3,5-Ph3)Ca(thf)3] and Stability of Aryl-Substituted Phenylcalcium Complexes”. Journal of the American Chemical Society. 132 (35): 100818110534020. doi:10.1021/ja105534w. PMID 20718434.
  3. ^ Được cho là trải qua quá trình bắt giữ electron kép thành 40Ar với chu kỳ bán rã không nhỏ hơn 5,9×1021 năm
  4. ^ Được cho là trải qua phân rã ββ thành 46Ti với chu kỳ bán rã không nhỏ hơn 2,8×1015 năm
  5. ^ a b Đặng Thái Minh, "Dictionnaire vietnamien - français. Les mots vietnamiens d’origine française", Synergies Pays riverains du Mékong, n° spécial, năm 2011. ISSN: 2107-6758. Trang 79.
  6. ^ Pauling, Linus (1970). General Chemistry. Dover Publications. tr. 627. ISBN 0-7167-0149-9.
  7. ^ Theodore Gray. The Elements. Page 55
  8. ^ doi:10.1007/BF02873196
  9. ^ Miller, M. Michael. “Commodity report:Lime” (PDF). United States Geological Survey. Truy cập ngày 6 tháng 3 năm 2012.
  10. ^ Williams, Richard (2004). Lime Kilns and Lime Burning. tr. 4. ISBN 978-0-7478-0596-0.[liên kết hỏng]
  11. ^ Oates, J. A. H (ngày 1 tháng 7 năm 2008). Lime and Limestone: Chemistry and Technology, Production and Uses. ISBN 978-3-527-61201-7.
  12. ^ calx. Charlton T. Lewis and Charles Short. A Latin Dictionary trên Dự án Perseus.
  13. ^ Davy H (1808). “Electro-chemical researches on the decomposition of the earths; with observations on the metals obtained from the alkaline earths, and on the amalgam procured from ammonia”. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 98: 333–370. Bibcode:1808RSPT...98..333D. doi:10.1098/rstl.1808.0023.
  14. ^ Brini, Marisa; Ottolini, Denis; Calì, Tito; Carafoli, Ernesto (2013). “Chapter 4. Calcium in Health and Disease”. Trong Astrid Sigel, Helmut Sigel and Roland K. O. Sigel (biên tập). Interrelations between Essential Metal Ions and Human Diseases. Metal Ions in Life Sciences. 13. Springer. tr. 81–137. doi:10.1007/978-94-007-7500-8_4.
  15. ^ Brini, Marisa; Call, Tito; Ottolini, Denis; Carafoli, Ernesto (2013). “Chapter 5 Intracellular Calcium Homeostasis and Signaling”. Trong Banci, Lucia (biên tập). Metallomics and the Cell. Metal Ions in Life Sciences. 12. Springer. doi:10.1007/978-94-007-5561-1_5. ISBN 978-94-007-5560-4. electronic-book ISBN 978-94-007-5561-1 ISSN 1559-0836 electronic-ISSN 1868-0402

Các hợp chất Ca (Calci)

sửa