순수칼슘. 칼슘(화학 원소)

칼슘

칼슘-나; 중.[위도부터. 칼크스(calcis) - 석회] 화학원소(Ca)는 석회석, 대리석 등의 일부인 은백색 금속이다.

◁ 칼슘, 오, 오. K 염.

칼슘

(위도 칼슘)은 주기율표 II족의 화학 원소로 알칼리 토금속에 속합니다. 위도의 이름 calx, 속격 calcis-석회. 은백색 금속, 밀도 1.54g/cm 3, 티 pl 842°C. 상온에서는 공기 중에서 쉽게 산화됩니다. 지각의 유병률은 5위(광물 방해석, 석고, 형석 등)입니다. 활성 환원제로서 그 화합물로부터 U, Th, V, Cr, Zn, Be 및 기타 금속을 얻고 철강, 청동 등을 탈산하는데 사용됩니다. 감마재의 일부입니다. 칼슘 화합물은 건축(석회, 시멘트)에 사용되며 칼슘 제제는 의약품에 사용됩니다.

칼슘

원자 번호 20의 화학 원소인 칼슘(위도 칼슘), Ca(“칼슘”으로 읽음)는 멘델레예프 원소 주기율표 IIA족의 네 번째 주기에 위치합니다. 원자 질량 40.08. 알칼리토류 원소에 속함 (cm.알칼리 토금속).
천연 칼슘은 핵종의 혼합물로 구성됩니다 (cm.핵종)질량수는 40(질량비로 96.94%), 44(2.09%), 42(0.667%), 48(0.187%), 43(0.135%) 및 46(0.003%)입니다. 외부 전자층 4 구성 에스 2 . 거의 모든 화합물에서 칼슘의 산화 상태는 +2(II 원자가)입니다.
중성 칼슘 원자의 반경은 0.1974 nm이고, Ca 2+ 이온의 반경은 0.114 nm(배위수 6의 경우) ~ 0.148 nm(배위수 12의 경우)입니다.
중성 칼슘 원자의 순차적 이온화 에너지는 각각 6.133, 11.872, 50.91, 67.27 및 84.5 eV입니다. 폴링 척도에 따르면 칼슘의 전기 음성도는 약 1.0입니다. 자유 형태의 칼슘은 은백색 금속입니다.
발견의 역사 (cm.칼슘 화합물은 자연의 모든 곳에서 발견되므로 인류는 고대부터 친숙해졌습니다. 라임은 오랫동안 건축에 사용되어 왔습니다.라임) (cm.(생석회와 소석회)는 오랫동안 단순한 물질인 “흙”으로 여겨져 왔습니다. 그러나 1808년 영국 과학자 G. 데이비(G. Davy)는석회에서 새로운 금속을 얻는 데 성공했습니다. 이를 위해 Davy는 약간 축축한 소석회와 산화 수은의 혼합물을 전기 분해하고 수은 음극에 형성된 아말감에서 새로운 금속을 분리하여 칼슘이라고 불렀습니다 (라틴어 calx, calcis 속-석회에서 유래). 러시아에서는 한동안 이 금속을 “석회”라고 불렀습니다.
자연 속에 존재하기
칼슘은 지구상에서 가장 흔한 원소 중 하나입니다. 이는 지각 질량의 3.38%를 차지합니다(산소, 규소, 알루미늄, 철 다음으로 5번째로 풍부함). 화학적 활성이 높기 때문에 칼슘은 자연에서 자유 형태로 발생하지 않습니다. 대부분의 칼슘은 규산염에서 발견됩니다. (cm.규산염)및 알루미노규산염 (cm.알루미늄 규산염)각종 암석(화강암 (cm.화강암), 편마암 (cm.편마암)등.). 퇴적암의 형태에서 칼슘 화합물은 주로 광물 방해석으로 구성된 분필과 석회암으로 표시됩니다. (cm.방해석)(CaCO3). 방해석의 결정질 형태인 대리석은 자연에서 훨씬 덜 일반적입니다.
석회석과 같은 칼슘 미네랄은 매우 흔합니다. (cm.석회암) CaCO3, 무수석고 (cm.경석고) CaSO4 및 석고 (cm.석고) CaSO 4 2H 2 O, 형석 (cm.형석) CaF 2, 인회석 (cm.인회석) Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl,OH), 백운석 (cm.백운석) MgCO3·CaCO3 . 자연수에 칼슘과 마그네슘 염이 존재하면 경도가 결정됩니다. (cm.물 경도). 상당한 양의 칼슘이 살아있는 유기체에서 발견됩니다. 따라서 수산화인회석 Ca 5 (PO 4) 3 (OH), 또는 다른 항목에서 3Ca 3 (PO 4) 2 ·Ca(OH) 2는 인간을 포함한 척추동물의 뼈 조직의 기초입니다. 많은 무척추 동물의 껍질과 껍질, 달걀 껍질 등은 탄산 칼슘 CaCO 3로 만들어집니다.
영수증
금속 칼슘은 CaCl 2 (75-80%)와 KCl 또는 CaCl 2와 CaF 2로 구성된 용융물의 전기 분해와 1170-1200 °C에서 CaO의 알루미늄열 환원을 통해 얻습니다.
4CaO + 2Al = CaAl2O4 + 3Ca.
물리적, 화학적 특성
칼슘 금속은 두 가지 동소체 변형으로 존재합니다(동소체 참조). (cm.동소체)). 최대 443°C에서는 입방형 면심 격자(매개변수 a = 0.558nm)를 갖는 a-Ca가 안정적입니다. 더 안정적입니다. 칼슘의 녹는점은 839°C, 끓는점은 1484°C, 밀도는 1.55g/cm3입니다.
칼슘의 화학적 활성은 높지만 다른 모든 알칼리 토금속보다 낮습니다. 공기 중의 산소, 이산화탄소 및 습기와 쉽게 반응하므로 칼슘 금속의 표면은 일반적으로 흐릿한 회색이므로 실험실에서 칼슘은 일반적으로 다른 알칼리 토금속과 마찬가지로 단단히 닫힌 병에 층 아래에 ​​저장됩니다. 등유.
일련의 표준 전위에서 칼슘은 수소의 왼쪽에 위치합니다. Ca 2+ /Ca 0 쌍의 표준 전극 전위는 –2.84 V이므로 칼슘은 물과 활발하게 반응합니다.
Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2.
칼슘은 정상적인 조건에서 활성 비금속(산소, 염소, 브롬)과 반응합니다.
2Ca + O 2 = 2CaO; Ca + Br 2 = CaBr 2.
공기나 산소 중에서 가열되면 칼슘이 발화됩니다. 칼슘은 가열되면 덜 활동적인 비금속(수소, 붕소, 탄소, 규소, 질소, 인 등)과 반응합니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
Ca + H 2 = CaH 2 (수소화칼슘),
Ca + 6B = CaB 6 (붕화칼슘),
3Ca + N 2 = Ca 3 N 2 (질화칼슘)
Ca + 2C = CaC 2 (탄화칼슘)
3Ca + 2P = Ca 3 P 2 (인산 칼슘), CaP 및 CaP 5 조성의 인산 칼슘도 알려져 있습니다.
2Ca + Si = Ca 2 Si(칼슘 규화물), CaSi, Ca 3 Si 4 및 CaSi 2 조성의 칼슘 규화물도 알려져 있습니다.
일반적으로 위 반응의 발생에는 다량의 열 방출이 수반됩니다(즉, 이러한 반응은 발열 반응입니다). 비금속을 포함하는 모든 화합물에서 칼슘의 산화 상태는 +2입니다. 비금속을 함유한 대부분의 칼슘 화합물은 물에 의해 쉽게 분해됩니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
CaH 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 2,
Ca 3 N 2 + 3H 2 O = 3Ca(OH) 2 + 2NH 3.
산화칼슘은 일반적으로 염기성입니다. 실험실 및 기술에서는 탄산염의 열분해를 통해 얻습니다.
CaCO 3 = CaO + CO 2.
기술적인 산화칼슘 CaO를 생석회라고 합니다.
물과 반응하여 Ca(OH) 2를 형성하고 많은 양의 열을 방출합니다.
CaO + H 2 O = Ca(OH) 2.
이렇게 얻은 Ca(OH)2를 보통 소석회 또는 석회유라고 한다. (cm.라임우유)수산화칼슘은 물에 대한 용해도가 낮고(20°C에서 0.02mol/l) 물에 첨가하면 흰색 현탁액이 형성되기 때문입니다.
산성 산화물과 상호작용할 때 CaO는 염을 형성합니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
CaO + CO 2 = CaCO 3; CaO + SO3 = CaSO4.
Ca 2+ 이온은 무색입니다. 불꽃에 칼슘염을 첨가하면 불꽃이 벽돌색으로 변합니다.
CaCl 2 염화물, CaBr 2 브롬화물, CaI 2 요오드화물 및 Ca(NO 3) 2 질산염과 같은 칼슘염은 물에 잘 녹습니다. 물에 불용성인 것은 불소 CaF 2, 탄산염 CaCO 3, 황산염 CaSO 4, 평균 오르토인산염 Ca 3 (PO 4) 2, 옥살산염 CaC 2 O 4 등입니다.
평균 탄산 칼슘 CaCO 3와 달리 산성 탄산 칼슘 (중탄산염) Ca(HCO 3) 2는 물에 용해된다는 것이 중요합니다. 본질적으로 이는 다음과 같은 프로세스로 이어집니다. 이산화탄소로 포화된 차가운 비나 강물이 지하로 침투하여 석회암에 떨어지면 용해가 관찰됩니다.
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2.
중탄산칼슘으로 포화된 물이 지구 표면으로 와서 태양 광선에 의해 가열되는 동일한 장소에서 역반응이 발생합니다.
Ca(HCO 3) 2 = CaCO 3 + CO 2 + H 2 O.
이것은 자연에서 얼마나 많은 양의 물질이 전달되는지입니다. 결과적으로 지하에 거대한 구멍이 형성될 수 있습니다(카르스트 참조). (cm. KARST(자연현상))) 그리고 아름다운 돌 "고드름"(종유석)이 동굴에 형성됩니다. (cm.종유석(광물 형성))그리고 석순 (cm.석순).
물에 용해된 중탄산칼슘의 존재 여부에 따라 물의 임시 경도가 결정됩니다. (cm.물 경도). 물이 끓으면 중탄산염이 분해되어 CaCO3가 침전되기 때문에 일시적이라고 합니다. 예를 들어, 이 현상은 시간이 지남에 따라 주전자에 스케일이 형성된다는 사실로 이어집니다.
칼슘 및 그 화합물의 응용
칼슘 금속은 우라늄의 금속열 생산에 사용됩니다. (cm.우라늄(화학 원소)), 토륨 (cm.토륨), 티타늄 (cm.티타늄(화학 원소)), 지르코늄 (cm.지르코늄), 세슘 (cm.세슘)루비듐 (cm.루비듐).
천연 칼슘 화합물은 결합제(시멘트) 생산에 널리 사용됩니다. (cm.시멘트), 석고 (cm.석고), 라임 등). 소석회의 결합 효과는 시간이 지남에 따라 수산화칼슘이 공기 중의 이산화탄소와 반응한다는 사실에 근거합니다. 지속적인 반응의 결과로 바늘 모양의 방해석 CaCO3 결정이 형성되어 근처의 돌, 벽돌 및 기타 건축 자재로 성장하여 그대로 하나의 전체로 용접됩니다. 결정질 탄산칼슘(대리석)은 탁월한 마감재입니다. 분필은 표백에 사용됩니다. 철광석의 내화성 불순물(예: 석영 SiO2)을 상대적으로 저융점 슬래그로 변환할 수 있기 때문에 주철 생산에는 다량의 석회석이 소비됩니다.
표백제는 소독제로 매우 효과적입니다. (cm.표백제)- "표백제" Ca(OCl)Cl - 혼합 염화물과 차아염소칼슘 (cm.차아염소산칼슘)높은 산화 능력으로.
황산칼슘은 또한 무수 화합물의 형태와 소위 "반수성" 황산염인 결정질 수화물의 형태로 존재하는 설화석고로 널리 사용됩니다. (cm. ALEVIZ FRYAZIN (밀라노)) CaSO 4 ·0.5H 2 O 및 황산 이수화물 - 석고 CaSO 4 ·2H 2 O. 석고는 건축, 조각, 치장 벽토 성형 및 다양한 예술 제품 제조에 널리 사용됩니다. 석고는 골절 시 뼈를 고정하기 위해 의학에서도 사용됩니다.
염화칼슘 CaCl 2는 식염과 함께 도로 표면의 결빙을 방지하는 데 사용됩니다. 불화 칼슘 CaF 2는 우수한 광학 재료입니다.
체내 칼슘
칼슘은 생물학적 요소입니다. (cm.생물학적 요소), 식물과 동물의 조직에 지속적으로 존재합니다. 동물과 인간의 미네랄 대사와 식물의 미네랄 영양의 중요한 구성 요소인 칼슘은 신체에서 다양한 기능을 수행합니다. 인회석으로 구성 (cm.인회석), 황산염 및 탄산염뿐만 아니라 칼슘도 뼈 조직의 미네랄 성분을 형성합니다. 체중 70kg의 인체에는 약 1kg의 칼슘이 포함되어 있습니다. 칼슘은 이온 채널의 기능에 참여합니다. (cm.이온 채널)신경 자극 전달 시 생물학적 막을 통해 물질 운반 (cm.신경충동), 혈액 응고 과정에서 (cm.혈액 응고)그리고 수정. 칼시페롤은 신체의 칼슘 대사를 조절합니다. (cm.칼시페롤)(비타민 D). 칼슘이 부족하거나 과잉되면 다양한 질병이 발생합니다 - 구루병 (cm.구루병), 하소증 (cm.석회화)따라서 인간의 식품에는 필요한 양(하루 800-1500mg의 칼슘)으로 칼슘 화합물이 포함되어야 합니다. 칼슘 함량은 유제품(예: 코티지 치즈, 치즈, 우유), 일부 야채 및 기타 식품에서 높습니다. 칼슘 제제는 의학에서 널리 사용됩니다.

백과사전. 2009 .

동의어:

칼슘은 고대부터 분필이나 석회석과 같은 알칼리성 화합물의 형태로 인간에게 알려져 왔습니다. 이 원소는 19세기 초에 순수한 형태로 얻어졌습니다. 그런 다음 기본 특성 측면에서 칼슘이 알칼리 금속에 속한다는 것이 확인되었습니다.

칼슘은 중요한 생물학적 역할을 합니다. 이는 지구상 대부분의 종에서 골격(외부 포함)의 주요 구성 요소이며 호르몬의 일부이며 신경 및 근육 상호 작용의 조절자입니다. 화학적으로 순수한 칼슘은 다양한 반응, 야금 및 기타 여러 산업에서 사용됩니다.

일반적인 특성

칼슘은 활성 알칼리 금속 계열의 전형적인 대표자 중 하나입니다. 순수한 형태에서는 질감과 외관이 철과 유사하며 광택이 덜합니다. 부서지기 쉽고, 이질적인 결정질 과립이 형성되면서 부서집니다. 칼슘은 화합물(분필, 석회석, 실리카 등)의 형태로 가장 잘 알려져 있으며, 희끄무레하고 부서지는 물질처럼 보입니다.

반응성이 높기 때문에 순수한 형태로는 발견되지 않습니다. 그것은 대부분의 광물의 일부이며, 그중 가장 중요한 것은 대리석, 화강암, 설화석고 및 기타 귀중한 암석입니다.

기본 물리적, 화학적 특성

주기율표의 두 번째 그룹에 속하며 알칼리 그룹의 다른 대표자와 유사한 물리적 특성을 나타냅니다.

• 상대적으로 낮은 밀도(1.6g/cm3);
• 용융 온도 한계는 정상적인 조건에서 840°C입니다.
• 평균 열전도도는 일반적으로 대부분의 금속보다 현저히 낮습니다.

전반적으로, 칼슘의 물리학은 그다지 놀라운 일이 아닙니다. 전형적인 결정 격자를 갖는 이 요소는 강도가 다소 낮고 연성이 거의 0에 가깝고, 파단 경계에서 특징적인 결정 패턴이 형성되면서 쉽게 부서지고 부서집니다.

그러나 최근 연구에서는 매우 흥미로운 결과가 나타났습니다. 대기압이 높으면 요소의 물리적 특성이 변하기 시작하는 것으로 나타났습니다. 어떤 금속에도 전혀 특징이 없는 반도체 특성이 나타납니다. 극심한 압력으로 인해 칼슘의 초전도 특성이 나타납니다. 이러한 연구는 광범위한 의미를 갖고 있지만 지금까지 칼슘의 적용은 기존 특성에 국한되어 있습니다.

화학적 성질에서 칼슘은 어떤 식으로도 눈에 띄지 않으며 전형적인 알칼리 토금속입니다.

• 높은 반응성;
• 대기와의 자발적인 상호 작용 및 요소 표면에 특유의 둔한 필름 형성;
• 물과 적극적으로 상호 작용하지만 나트륨과 같은 원소와 달리 폭발적인 발열 반응이 일어나지 않습니다.
• 요오드 및 브롬을 포함한 모든 활성 비금속과 반응합니다.

보다 활동적인 알칼리 금속과 달리 칼슘은 금속 및 상대적으로 불활성인 원소(예: 탄소)와 반응하기 위해 촉매나 강한 열이 필요합니다. 칼슘은 자발적인 반응을 방지하기 위해 단단히 밀봉된 유리 용기에 보관됩니다.

칼슘은 지구상에서 가장 흔한 다섯 가지 물질 중 하나이며, 철과 함께 산소, 실리콘, 알루미늄에 이어 두 번째입니다. 더욱이, 자연에서 이 원소는 주로 고체 또는 과립형 광물 형태로 발견됩니다. 가장 잘 알려진 칼슘 화합물은 석회석입니다. 칼슘은 또한 위에서 언급한 화강암과 대리석에서부터 덜 일반적인 중정석과 스파에 이르기까지 다양한 미네랄을 형성합니다. 연구자들의 대략적인 추정에 따르면, 순수 등가물의 칼슘 함량은 중량 기준으로 약 3.4%입니다.

산업용 애플리케이션

산업 분야에서 칼슘은 야금 목적으로 널리 요구되는 재료 그룹 중 하나입니다. 그것의 도움으로 우라늄과 토륨은 물론 일부 희토류 원소를 포함한 정제된 금속을 얻습니다. 강철 용융물에 칼슘을 첨가하면 유리 산소를 결합하고 제거하는 데 도움이 되어 금속 합금의 구조적 특성이 향상됩니다. 칼슘은 배터리 및 배터리의 전해질 성분으로도 사용됩니다.

소개

칼슘의 성질과 용도

1 물리적 특성

2 화학적 성질

3 적용

칼슘 섭취

1 칼슘 및 그 합금의 전해 생산

2 열생산

3 칼슘을 얻기 위한 진공-열 방법

3.1 칼슘 감소를 위한 알루미노열 방법

3.2 칼슘 감소를 위한 규소열법

실용적인 부분

사용된 문헌 목록

소개

멘델레예프 주기율표의 II족 화학 원소, 원자 번호 20, 원자 질량 40.08; 은백색 경금속. 천연 원소는 6가지 안정 동위원소의 혼합물입니다: 40캘리포니아, 42캘리포니아, 43캘리포니아, 44캘리포니아, 46칼슘과 48Ca(가장 흔한 것은 40) Ca (96, 97%).

Ca 화합물 - 석회석, 대리석, 석고 (석회 - 석회석 소성 제품)는 이미 고대 건설에 사용되었습니다. 18세기 말까지 화학자들은 석회를 단순한 고체로 간주했습니다. 1789년에 A. Lavoisier는 석회, 마그네시아, 중정석, 알루미나 및 실리카가 복합 물질이라고 제안했습니다. 1808년에 G. Davy는 젖은 소석회와 산화수은의 혼합물을 수은 음극으로 전기분해하여 Ca 아말감을 제조하고 이로부터 수은을 증류하여 "칼슘"(라틴어 calx에서 유래)이라는 금속을 얻었습니다. 성별 칼시스 - 라임) .

산소와 질소를 결합하는 칼슘의 능력으로 인해 칼슘은 불활성 가스의 정화 및 진공 무선 장비의 게터(게터는 가스를 흡수하고 전자 장치에 깊은 진공을 생성하는 데 사용되는 물질)로 사용할 수 있습니다.

칼슘은 구리, 니켈, 특수강 및 청동 야금에도 사용됩니다. 그들은 황, 인 및 과도한 탄소의 유해한 불순물을 결합합니다. 동일한 목적으로 규소, 리튬, 나트륨, 붕소 및 알루미늄과의 칼슘 합금이 사용됩니다.

산업계에서는 두 가지 방법으로 칼슘을 얻습니다.

) CaO와 Al 분말의 연탄 혼합물을 0.01 - 0.02 mm의 진공에서 1200 °C로 가열합니다. rt. 미술.; 반응으로 구별:

CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

칼슘 증기는 차가운 표면에 응축됩니다.

) 액체 구리-칼슘 음극을 사용하여 CaCl2 및 KCl 용융물을 전기분해하여 Cu-Ca 합금(65% Ca)을 제조하고, 이로부터 진공 상태에서 950~1000°C의 온도에서 칼슘을 증류 제거합니다. 0.1~0.001mmHg.

) 탄화칼슘 CaC2를 열분해하여 칼슘을 생산하는 방법도 개발되었다.

칼슘은 자연에서 다양한 화합물의 형태로 매우 흔합니다. 지각에서는 5위로 3.25%를 차지하며 석회암 CaCO의 형태로 가장 흔히 발견됩니다. 3, 백운석 CaCO 3Mg CO 3, 석고 CaSO 42시간 2O, 인산염 Ca 3(P.O. 4)2 및 형석 CaF 2, 규산염 암석 구성에서 칼슘의 상당 부분을 계산하지 않습니다. 바닷물에는 평균 0.04%(wt.)의 칼슘이 포함되어 있습니다.

이 과정에서는 칼슘의 특성과 용도뿐만 아니라 칼슘 생산을 위한 진공열 방법의 이론과 기술도 연구합니다.

. 칼슘의 성질과 용도

.1 물리적 특성

칼슘은 은백색의 금속이지만 공기에 노출되면 표면에 산화물이 형성되어 변색됩니다. 납보다 단단한 연성 금속입니다. 결정 격자 ?-Ca 형상(상온에서 안정) 면심 입방체, a = 5.56 Å . 원자 반경 1.97 Å , 이온 반경 Ca 2+, 1,04Å . 밀도 1.54g/cm2 3(20°C). 464°C 이상 육각형 ?-형태. 녹는점 851°C, 끓는점 1482°C; 선팽창온도계수 22·10 -6 (0-300℃); 20°C에서의 열전도율 125.6W/(m·K) 또는 0.3cal/(cm·sec·°C); 비열 용량(0-100 °C) 623.9 J/(kg K) 또는 0.149 cal/(g °C); 20°C에서의 전기 저항률 4.6 10 -8옴·m 또는 4.6 10 -6 옴cm; 전기 저항의 온도 계수는 4.57·10-3(20°C)입니다. 탄성률 26 Gn/m 2(2600kgf/mm 2); 인장강도 60MN/m 2(6kgf/mm 2); 탄성 한계 4 MN/m 2(0.4kgf/mm 2), 항복강도 38 MN/m 2(3.8kgf/mm 2); 상대 신장 50%; 브리넬 경도 200-300 Mn/m 2(20-30kgf/mm 2). 충분히 높은 순도의 칼슘은 플라스틱이며 쉽게 압축되고 굴려지며 절단이 가능합니다.

1.2 화학적 성질

칼슘은 활성 금속입니다. 따라서 정상적인 조건에서는 대기 산소 및 할로겐과 쉽게 상호 작용합니다.

칼슘 + O 2= 2 CaO(산화칼슘) (1)

칼슘 + 브롬 2= CaBr 2(브롬화칼슘). (2)

칼슘은 가열되면 수소, 질소, 황, 인, 탄소 및 기타 비금속과 반응합니다.

칼슘 + H 2= 산 2(수소화칼슘)(3)

칼슘 + N 2=칼슘 3N 2(질화칼슘)(4)

Ca + S = CaS(황화칼슘)(5)

칼슘 + 2P = 칼슘 3아르 자형 2(인산칼슘) (6)

Ca + 2C = CaC 2 (탄화칼슘) (7)

칼슘은 찬물과 천천히 반응하지만 뜨거운 물과 매우 활발하게 반응하여 강염기인 Ca(OH)2를 생성합니다. :

칼슘 + 2H 2O = Ca(OH)2 + 엔 2 (8)

에너지 환원제인 칼슘은 활성이 덜한 금속의 산화물과 할로겐화물에서 산소나 할로겐을 제거할 수 있습니다. 즉, 환원 특성을 가지고 있습니다.

칼슘 + Nb 2O5 = CaO + 2Nb; (9)

캘리포니아 + 2 NbCl 5= 5 CaCl2 + 2Nb (10)

칼슘은 산과 격렬하게 반응하여 수소를 방출하고, 할로겐 및 건조 수소와 반응하여 CaH 수소화물을 형성합니다. 2. 칼슘을 흑연과 가열하면 CaC 탄화물이 생성됩니다. 2. 칼슘은 용융된 CaCl을 전기분해하여 얻습니다. 2또는 진공에서의 알루미늄열 환원:

6CaO + 2Al = 3Ca + 3CaO Al2 에 대한 3 (11)

순수 금속은 Cs, Rb, Cr, V, Zr, Th, U의 화합물을 금속으로 환원하고 강의 탈산에 사용됩니다.

1.3 적용

칼슘은 다양한 산업 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 최근에는 다양한 금속을 제조할 때 환원제로서 매우 중요해졌습니다.

순수 금속. 우라늄은 불화우라늄을 금속칼슘으로 환원시켜 얻는다. 칼슘 또는 그 수소화물은 티타늄 산화물뿐만 아니라 지르코늄, 토륨, 탄탈륨, 니오븀 및 기타 희귀 금속의 산화물을 감소시키는 데 사용될 수 있습니다.

칼슘은 구리, 니켈, 크롬-니켈 합금, 특수강, 니켈 및 주석 청동 생산에 사용되는 우수한 탈산제 및 탈기 장치입니다. 금속과 합금에서 황, 인, 탄소를 제거합니다.

칼슘은 비스무트와 내화성 화합물을 형성하므로 비스무트에서 납을 정화하는 데 사용됩니다.

다양한 경합금에 칼슘이 첨가됩니다. 잉곳 표면을 개선하고 입자 크기를 미세화하며 산화를 줄이는 데 도움이 됩니다.

칼슘을 함유한 베어링 합금이 널리 사용됩니다. 납 합금(0.04% Ca)을 사용하여 케이블 피복을 만들 수 있습니다.

칼슘과 납의 감마 합금이 기술에 사용됩니다. 칼슘 미네랄이 널리 사용됩니다. 따라서 석회석은 석회, 시멘트, 규회 벽돌 생산에 사용되며 건축 자재, 야금(플럭스), 탄화칼슘, 소다, 가성 소다, 표백제, 비료 생산을 위한 화학 산업에서 직접 사용됩니다. 설탕, 유리 생산.

분필, 대리석, 아이슬란드 스파, 석고, 형석 등이 실질적으로 중요합니다. 산소와 질소를 결합하는 능력으로 인해 칼슘 또는 칼슘과 나트륨 및 기타 금속의 합금은 희가스 정화 및 진공 무선 장비의 게터로 사용됩니다. 칼슘은 현장에서 수소의 공급원인 수소화물을 생산하는 데에도 사용됩니다.

2. 칼슘 섭취

칼슘을 얻는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 전해, 열, 진공 열이 ​​있습니다.

.1 칼슘 및 그 합금의 전해 생산

이 방법의 핵심은 음극이 처음에 용융된 전해질에 닿는다는 것입니다. 접촉 지점에서 음극을 잘 적시는 금속 액체 방울이 형성되며, 음극이 천천히 고르게 올라가면 이와 함께 용융물에서 제거되어 응고됩니다. 이 경우, 응고된 방울은 고체 전해질막으로 덮여 금속이 산화 및 질화되는 것을 방지합니다. 계속해서 조심스럽게 음극을 들어 올리면 칼슘이 막대 모양으로 끌어당겨집니다.

2.2 열 생산

칼슘 화학 전해열

· 염화물 공정: 염화칼슘을 용해 및 탈수하고, 납을 용해하여 이중 납-나트륨 합금을 생성하고, 3원 납-나트륨-칼슘 합금을 생성하고, 염을 제거한 후 납으로 3원 합금을 희석하는 기술로 구성됩니다. 염화칼슘과의 반응은 다음 방정식에 따라 진행됩니다.

CaCl 2 +나 2납 5=2NaCl + PbCa + 2Pb (12)

· 탄화물 공정: 납-칼슘 합금을 생산하는 기본은 다음 방정식에 따라 탄화칼슘과 용융 납 사이의 반응입니다.

CaC 2+ 3Pb = Pb3 Ca+2C. (13)

2.3 진공열을 이용한 칼슘 제조방법

진공열방식 원료

산화칼슘의 열환원 원료는 석회석을 소성하여 얻은 석회이다. 원료의 주요 요구 사항은 다음과 같습니다. 석회는 가능한 한 순수해야 하며 칼슘, 특히 알칼리 금속 및 마그네슘과 함께 환원되어 금속으로 전환될 수 있는 최소한의 불순물을 포함해야 합니다. 석회석은 탄산염이 완전히 분해될 때까지 소성해야 하며, 소결된 물질의 환원성이 떨어지기 때문에 소결되기 전에 소성해서는 안 된다. 소성된 제품은 수분과 이산화탄소의 흡수로부터 보호되어야 하며, 회복 중에 방출되면 공정 성능이 저하됩니다. 석회석을 소성하고 소성된 제품을 가공하는 기술은 규소열 방식으로 마그네슘을 생산하는 백운석 가공과 유사합니다.

.3.1 칼슘 감소를 위한 알루미노열 방법

여러 금속의 산화 자유 에너지 변화에 대한 온도 의존성 다이어그램 (그림 1)은 산화 칼슘이 가장 내구성이 있고 환원하기 어려운 산화물 중 하나임을 보여줍니다. 상대적으로 낮은 온도와 대기압에서는 일반적인 방법으로 다른 금속에 의해 환원될 수 없습니다. 반대로, 칼슘 자체는 환원이 어려운 다른 화합물에 대한 우수한 환원제이자 많은 금속 및 합금에 대한 탈산제입니다. 탄소에 의한 산화칼슘의 환원은 일반적으로 탄화칼슘의 형성으로 인해 불가능합니다. 그러나 칼슘은 상대적으로 증기압이 높기 때문에 그 산화물은 진공에서 알루미늄, 규소 또는 그 합금에 의해 반응에 따라 환원될 수 있습니다.

CaO + 나? Ca + MeO (14).

지금까지는 실리콘을 사용하는 것보다 알루미늄을 사용하여 CaO를 환원하는 것이 훨씬 쉽기 때문에 칼슘을 생산하는 알루미노열 방법만이 실용적인 적용을 발견했습니다. 알루미늄을 이용한 산화칼슘 환원의 화학적 성질에 대해서는 다양한 견해가 있습니다. L. Pidgeon과 I. Atkinson은 반응이 칼슘 모노알루미네이트의 형성으로 진행된다고 믿습니다.

CaO + 2Al = CaOAl 2O3 + 3Ca. (15)

V. A. Pazukhin과 A. Ya.

CaO + 2Al = 3CaOAl 2O 3+ 3Ca. (16)

A.I. Voinitsky에 따르면, 반응에서 펜타칼슘 트리루미네이트의 형성이 우세합니다.

CaO + 6Al = 5CaO 3Al 2O3 + 9Ca. (17)

A. Yu. Taits와 A. I. Voinitsky의 최신 연구에서는 칼슘의 알루미늄열 감소가 단계적으로 발생한다는 사실을 확인했습니다. 처음에는 칼슘의 방출과 함께 3CaO·Al의 형성이 동반됩니다. 2영형 3, 산화칼슘 및 알루미늄과 반응하여 3CaO 3Al을 형성합니다. 2영형 3. 반응은 다음 계획에 따라 진행됩니다.

CaO + 6Al = 2 (3CaO Al 2영형 3)+ 2CaO + 2Al + 6Ca

(3CaOAl 2영형 3) + 2CaO + 2Al = 5CaO 3Al 2O 3+ 3Ca

CaO+ 6A1 = 5CaO 3Al 2O 3+ 9Ca

칼슘 증기가 방출되면서 산화물의 환원이 일어나고, 남은 반응생성물은 응축된 상태이므로 로 냉각부에서 분리, 응축이 용이하다. 산화칼슘의 진공열환원에 필요한 주요 조건은 시스템 내 높은 온도와 낮은 잔압입니다. 아래는 온도와 평형 칼슘 증기압 사이의 관계입니다. 온도 1124-1728° K에 대해 계산된 반응의 자유 에너지(17)는 다음과 같이 표현됩니다.

에프 티 = 184820 + 6.95T-12.1 Tlg T.

따라서 평형 칼슘 증기압 (mm Hg)의 대수 의존성

Lg p = 3.59 - 4430\T.

L. Pidgeon과 I. Atkinson은 칼슘의 평형 증기압을 실험적으로 결정했습니다. 산화 칼슘과 알루미늄의 환원 반응에 대한 상세한 열역학적 분석은 I. I. Matveenko에 의해 수행되었으며, 그는 칼슘 증기의 평형 압력에 대해 다음과 같은 온도 의존성을 제공했습니다.

LGP 칼슘(1) =8.64 - 12930\T mmHg.

LGP 칼슘(2) =8.62 - 11780\TmmHg.

LGP Ca(3 )=8.75 - 12500\TmmHg.

계산된 데이터와 실험 데이터를 표에 비교했습니다. 1.

표 1 - 시스템 (1), (2), (3), (3), mmHg에서 칼슘 증기의 평형 탄성 변화에 대한 온도의 영향.

온도 °С실험 데이터시스템에서 계산됨(1)(2)(3)(3) )1401 1451 1500 1600 17000,791 1016 - - -0,37 0,55 1,2 3,9 11,01,7 3,2 5,6 18,2 492,7 3,5 4,4 6,6 9,50,66 1,4 2,5 8,5 25,7

제시된 데이터에서 가장 유리한 조건은 시스템 (2), (3) 또는 (3")의 상호 작용에 대한 것임이 분명합니다. 이는 펜타칼슘 트리알루미네이트 및 트리칼슘 알루미네이트가 충전 후 잔류물에서 우세하기 때문에 관찰과 일치합니다. 알루미늄으로 산화칼슘을 환원시킨다.

평형 탄성에 대한 데이터는 1100-1150°C의 온도에서 알루미늄을 이용한 산화칼슘의 환원이 가능하다는 것을 보여줍니다. 실제로 허용되는 반응 속도를 달성하려면 성장 시스템의 잔류 압력이 평형 P보다 낮아야 합니다. 같음 즉, 부등식 P를 관찰해야 합니다. 같음 >피 오스트 , 공정은 1200° 정도의 온도에서 수행되어야 합니다. 연구에 따르면 1200~1250°의 온도에서 높은 활용도(최대 70~75%)와 낮은 알루미늄 소비량(칼슘 1kg당 약 0.6~0.65kg)이 달성되는 것으로 나타났습니다.

위의 공정 화학적 해석에 따르면 최적의 조성은 잔류물에서 5CaO 3Al을 형성하도록 설계된 전하입니다. 2영형 3. 알루미늄 활용도를 높이려면 산화칼슘을 약간 과량(10-20%) 공급하는 것이 유용합니다. 그렇지 않으면 공정의 다른 지표에 부정적인 영향을 미칠 것입니다. 알루미늄 분쇄 정도가 0.8-0.2mm 입자에서 마이너스 0.07mm로 증가함에 따라(V. A. Pazukhin 및 A. Ya. Fischer에 따르면) 반응에서 알루미늄의 사용은 63.7에서 78%로 증가합니다.

알루미늄의 사용은 전하 연탄 모드의 영향도 받습니다. 석회와 알루미늄 분말의 혼합물은 결합제 없이 150kg/cm3의 압력에서 연탄 처리되어야 합니다(진공에서 가스 발생을 방지하기 위해). 2. 낮은 압력에서는 과도한 다공성 브리켓에서 용융 알루미늄이 분리되고, 높은 압력에서는 가스 투과성이 낮아 알루미늄 사용이 감소합니다. 완전성과 회복 속도는 레토르트의 연탄 밀도에 따라 달라집니다. 간격 없이 배치할 경우 케이지 전체의 가스 투과도가 낮을 ​​경우 알루미늄의 사용이 크게 줄어듭니다.

그림 2 - 진공열 방법으로 칼슘을 얻는 방법.

알루미늄열공법 기술

알루미노열법에 의한 칼슘 생산 기술 계획은 그림 1에 나와 있습니다. 2. 석회석을 출발물질로 사용하고, 1차(더 나은) 알루미늄 또는 2차 알루미늄으로 만든 알루미늄 분말을 환원제로 사용합니다. 환원제로 사용되는 알루미늄 및 원료에는 증발하여 응축수로 변할 수 있는 휘발성이 높은 금속(마그네슘, 아연, 알칼리 등)의 불순물이 포함되어서는 안 됩니다. 재활용 알루미늄 등급을 선택할 때 이 점을 고려해야 합니다.

미국의 S. Loomis와 P. Staub의 설명에 따르면 Canaan(코네티컷)에 있는 New England Lime Co. 공장에서 칼슘은 알루미늄열 방법으로 생산됩니다. 다음과 같은 전형적인 조성의 석회가 사용됩니다. %: 97.5 CaO, 0.65 MgO, 0.7 SiO 2, 0.6Fe 2오즈 + AlOz, 0.09 Na 2확인+확인 2아, 나머지는 0.5입니다. 하소된 생성물을 원심분리기를 갖춘 레이먼드 밀에서 분쇄하고, 분쇄 정밀도는 (60%) - 200 메쉬이다. 알루미늄 분말을 생산할 때 발생하는 폐기물인 알루미늄 더스트를 환원제로 사용합니다. 닫힌 용기에서 탄 석회와 드럼에서 나온 알루미늄은 계량 저울로 공급된 다음 혼합기로 공급됩니다. 혼합 후 건식법으로 연탄화한다. 언급된 공장에서는 이전에 규소열 방법으로 마그네슘을 얻기 위해 사용되었던 레토르트 용광로에서 칼슘이 감소됩니다(그림 3). 용광로는 발전기 가스로 가열됩니다. 각 용해로는 28% Cr과 15% Ni를 함유한 내열강으로 만들어진 20개의 수평 레토르트를 갖추고 있습니다.

그림 3 - 칼슘 생산용 레토르트로

레토르트 길이 3m, 직경 254mm, 벽 두께 28mm. 레토르트의 가열된 부분에서는 환원이 일어나고, 연설에서 튀어나온 냉각된 끝부분에서는 응결이 일어난다. 연탄을 종이 봉지에 담긴 레토르트에 넣은 다음 커패시터를 삽입하고 레토르트를 닫습니다. 사이클 시작 시 기계식 진공 펌프를 사용하여 공기를 펌핑합니다. 그런 다음 확산 펌프를 연결하고 잔류 압력을 20미크론으로 줄입니다.

레토르트는 1200°로 가열됩니다. 12시간 안에. 로딩 후 레토르트를 열고 언로드합니다. 생성된 칼슘은 강철 슬리브의 표면에 침전된 조밀한 덩어리의 큰 결정으로 이루어진 속이 빈 원통형입니다. 칼슘의 주요 불순물은 마그네슘으로, 먼저 환원되어 주로 슬리브에 인접한 층에 집중됩니다. 평균 불순물 함량은 다음과 같습니다. 0.5-1% Mg, 약 0.2% Al, 0.005-0.02% Mn, 최대 0.02% N, 기타 불순물 - Cu, Pb, Zn, Ni, Si, Fe - 0.005-0.04% 범위에서 발생합니다. A. Yu. Taits와 A. I. Voinitsky는 석탄 히터가 장착된 반공장 전기 진공로를 사용하여 알루미노열 방식으로 칼슘을 생산했으며, 알루미늄 활용도는 60%, 알루미늄 소비량은 0.78kg, 전하 소비량은 4.35kg, 금속 1kg당 특정 전력 소비량은 14kW/h입니다.

마그네슘 혼합물을 제외하고 생성된 금속은 상대적으로 높은 순도를 특징으로 합니다. 평균적으로 불순물 함량은 Fe 0.003-0.004%, Si 0.005-0.008%, Mn 0.04-0.15%, Cu 0.0025-0.004%, N 0.006-0.009%, Al 0.25%였습니다.

2.3.2 규열 회수 방법 칼슘

규열요법 방법은 매우 유혹적입니다. 환원제는 알루미늄보다 훨씬 저렴한 시약인 규소철입니다. 그러나 규열열 공정은 알루미늄열 공정보다 구현하기가 더 어렵습니다. 규소에 의한 산화칼슘의 환원은 다음 방정식에 따라 진행됩니다.

CaO + Si = 2CaO SiO2 + 2Ca. (18)

자유 에너지 값으로부터 계산된 칼슘의 평형 증기압은 다음과 같습니다.

°С1300140015001600Р, mm Hg. st0.080.150.752.05

따라서 0.01mmHg 정도의 진공에서. 미술. 산화칼슘의 환원은 1300°의 온도에서 열역학적으로 가능합니다. 실제로 허용 가능한 속도를 보장하려면 공정을 1400~1500°의 온도에서 수행해야 합니다.

알루미늄과 규소 합금이 모두 환원제 역할을 하는 규소알루미늄과 산화칼슘의 환원 반응은 다소 쉽습니다. 실험에 따르면 처음에는 알루미늄을 사용한 환원이 우세하다는 것이 확인되었습니다. 반응은 bCaO 3Al의 최종 형성으로 진행됩니다. 2위에서 설명한 계획에 따라 Oz를 사용합니다(그림 1). 대부분의 알루미늄이 반응하는 고온에서는 실리콘 감소가 중요해집니다. 반응은 2CaO SiO의 형성과 함께 진행됩니다. 2. 요약하면, 산화칼슘과 실리코알루미늄의 환원반응은 다음 식으로 표현됩니다.

mSi + n Al + (4m +2 ?) CaO = m(2CaO ·SiO 2) + ?n(5CaOAl 2O3 ) + (2m +1, 5n) Ca.

A. Yu. Taits와 A. I. Voinitsky의 연구에 따르면 산화칼슘은 0.01~0.03mmHg의 진공에서 1400~1450°의 온도에서 50~75%의 금속 수율로 75%의 페로실리콘이 감소한다는 사실이 입증되었습니다. 미술.; 60-30% Si와 32-58% Al(나머지는 철, 티타늄 등)을 함유한 규소알루미늄은 0.01-0.05의 진공 상태에서 1350-1400°의 온도에서 약 70%의 금속 수율로 산화칼슘을 감소시킵니다. mmHg . 미술. 반공장 규모의 실험을 통해 페로실리콘과 규소알루미늄을 사용하여 석회에서 칼슘을 생산할 수 있는 근본적인 가능성이 입증되었습니다. 주요 하드웨어 어려움은 이 라이닝 프로세스 조건에서 스탠드를 선택하는 것입니다.

이 문제를 해결하면 해당 방법을 산업적으로 구현할 수 있습니다. 탄화칼슘의 분해 탄화칼슘의 분해에 의한 금속칼슘 획득

CaC2 = 칼슘 + 2C

유망한 방법으로 여겨져야 한다. 이 경우, 두 번째 생성물로서 흑연이 획득된다. V. Mauderli, E. Moser 및 V. Treadwell은 열화학 데이터로부터 탄화칼슘 형성의 자유 에너지를 계산하여 순수 탄화칼슘에 대한 칼슘 증기압에 대해 다음 식을 얻었습니다.

캘리포니아 = 1.35 - 4505\T (1124-1712° K),

LGP 캘리포니아 = 6.62 - 13523\T (1712-2000° K).

분명히 상업용 탄화칼슘은 이러한 표현에서 나오는 것보다 훨씬 더 높은 온도에서 분해됩니다. 동일한 저자는 1mmHg의 진공에서 1600~1800°에서 탄화칼슘이 소형 조각으로 열분해되는 것을 보고했습니다. 미술. 흑연의 수율은 94%였으며, 칼슘은 냉장고에 촘촘하게 코팅된 형태로 얻어졌다. A. S. Mikulinsky, F. S. Morii, R. Sh. Shklyar는 탄화칼슘의 분해로 얻은 흑연의 특성을 확인하기 위해 후자를 0.3-1 mm Hg의 진공에서 가열했습니다. 미술. 1630-1750°의 온도에서. 생성된 흑연은 더 큰 입자, 더 큰 전기 전도성 및 더 낮은 부피 중량을 갖는다는 점에서 Acheson 흑연과 다릅니다.

3. 실무적인 부분

염화마그네슘을 욕조에 공급할 때 100kA 전류에서 전해조에서 매일 배출되는 마그네슘은 960kg이었습니다. 전해조의 전압은 0.6V입니다. 결정:

)음극에서의 전류 출력

)양극의 현재 생산량이 양극의 현재 생산량과 동일할 경우 하루에 생산되는 염소의 양입니다.

)MgCl 매일 충전 2MgCl이 손실되는 경우 전해조에 투입 2 주로 슬러지 및 승화로 발생합니다. 슬러지의 양은 MgCl을 함유한 Mg 1t당 0.1입니다. 2 승화 50%. 승화량은 Mg 1t당 0.05t이다. 부어지는 염화마그네슘의 조성,%: 92 MgCl2 및 8 NaCl.

.음극의 전류 출력을 결정합니다.

중 홍보 =나 ?·케이 마그네슘 · ?

?=m 홍보 \나· ?케이 마그네슘 =960000\100000·0.454·24=0.881 또는 88.1%

.하루에 받는 Cl의 양을 결정합니다.

x=960000g\24g\mol=40000몰

볼륨으로 변환:

x=126785.7m3

3.a) 순수한 MgCl 찾기 2, 960kg Mg을 생산합니다.

x=95·960\24.3=3753kg=37.53t.

b) 슬러지로 인한 손실. 마그네슘 전해조 구성에서 %: 20-35 MgO, 2-5 Mg, 2-6 Fe, 2-4 SiO 2, 0.8-2 TiO2 2, 0.4-1.0C, 35 MgCl2 .

kg - 1000kg

중 우와 =960 kg - 하루 슬러지의 질량.

1일 슬러지 96kg : 96·0.35(MgCl2 슬러지로).

c) 승화로 인한 손실:

kg - 1000kg

kg 승화: 48·0.5=24 kg MgCl 2 승화.

채워야 할 총 Mg:

33.6+24=3810.6kg MgCl2 하루에

사용된 문헌 목록

야금학의 기초 III

<#"justify">Al과 Mg의 야금. Vetyukov M.M., Tsyplokov A.M.

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칼슘은 자연에서 다양한 화합물의 형태로 매우 흔합니다. 지각에서는 5위로 3.25%를 차지하며 석회석 CaCO3, 백운석 CaCO3*MgCO3, 석고 CaSO4*2H2O, 인산염 Ca3(PO4)2 및 형석 CaF2의 형태로 가장 흔히 발견되며, 그 비중은 매우 높습니다. 규산염 암석의 구성성분 중 칼슘의 비율. 바닷물에는 평균 0.04%(wt)의 칼슘이 포함되어 있습니다.

칼슘의 물리적, 화학적 성질

칼슘은 주기율표의 II족 알칼리 토금속의 하위 그룹에 속합니다. 일련번호 20, 원자량 40.08, 원자가 2, 원자량 25.9. 칼슘 동위원소: 40(97%), 42(0.64%), 43(0.15%), 44(2.06%), 46(0,003%), 48(0.185%). 칼슘 원자의 전자 구조: 1s2, 2s2p6, 3s2p6, 4s2. 원자 반경은 1.97A, 이온 반경은 1.06A입니다. 300°까지 칼슘 결정은 중앙에 면이 있고 측면 크기가 5.53A인 입방체 모양을 가지며, 450° 이상에서는 육각형 모양을 갖습니다. 칼슘의 비중은 1.542, 녹는점 851°, 끓는점 1487°, 융해열 2.23kcal/mol, 기화열 36.58kcal/mol입니다. 고체 칼슘의 원자 열용량 Cр = 5.24 + 3.50*10В-3 T(298-673° K) 및 Cp = 6.29+1.40*10В-3T(673-1124° K); 액체 칼슘의 경우 Cp = 7.63입니다. 고체 칼슘의 엔트로피는 9.95 ± 1이고, 25°에서 기체 상태인 경우 37.00 ± 0.01입니다.
고체 칼슘의 증기 탄성은 Yu.A.에 의해 연구되었습니다. Priselkov 및 A.N. Nesmeyanov, P. Douglas 및 D. Tomlin. 칼슘의 포화 증기압 값이 표에 나와 있습니다. 1.

열전도율 측면에서 칼슘은 나트륨과 칼륨에 접근하며, 20-100°의 온도에서 선팽창 계수는 25 * 10v-6이고, 20°에서 전기 저항률은 3.43 μohm/cm3이며, 0에서 100°까지입니다. 전기 저항의 온도 계수는 0.0036입니다. 전기화학적 등가물 0.74745g/a*h. 칼슘 인장강도 4.4kg/mm2, 브리넬 경도 13, 신율 53%, 상대수축 62%.
칼슘은 은백색을 띠며, 깨지면 빛을 낸다. 공기 중에서 금속은 질화물, 산화물 및 부분적으로 과산화칼슘으로 구성된 얇은 청회색 필름으로 덮여 있습니다. 칼슘은 유연하고 가단성이 있습니다. 선반에서 가공, 드릴링, 절단, 톱질, 압착, 인발 등을 할 수 있습니다. 금속이 순수할수록 연성은 더 커집니다.
전압 계열에서 칼슘은 전기음성도가 가장 높은 금속 중 하나이며 이는 높은 화학적 활성을 설명합니다. 실온에서 칼슘은 건조한 공기와 반응하지 않으며 300° 이상에서는 집중적으로 산화되며 강한 가열로 밝은 주황색-붉은 불꽃으로 연소됩니다. 습한 공기에서 칼슘은 점차 산화되어 수산화물로 변합니다. 찬물과 상대적으로 느리게 반응하지만 뜨거운 물에서 수소를 격렬하게 대체하여 수산화물을 형성합니다.
질소는 300°의 온도에서 눈에 띄게 칼슘과 반응하고 900°에서 매우 집중적으로 반응하여 질화물 Ca3N2를 형성합니다. 400°의 온도에서 수소와 함께 칼슘은 수소화물 CaH2를 형성합니다. 칼슘은 실온에서 불소를 제외한 건조 할로겐과 결합하지 않습니다. 할로겐화물의 집중적인 형성은 400° 이상에서 발생합니다.
강한 황산(65-60° Be)과 질산은 순수 칼슘에 약한 영향을 미칩니다. 무기산 수용액 중에서 염산은 매우 강하고, 질산은 강하고, 황산은 약하다. 농축된 NaOH 용액과 소다 용액에서는 칼슘이 거의 파괴되지 않습니다.

애플리케이션

칼슘은 다양한 산업 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 최근에는 다양한 금속을 제조할 때 환원제로서 매우 중요해졌습니다. 순수한 우라늄 금속은 불화우라늄을 금속칼슘으로 환원시켜 얻는다. 칼슘 또는 그 수소화물은 티타늄 산화물뿐만 아니라 지르코늄, 토륨, 탄탈륨, 니오븀 및 기타 희귀 금속의 산화물을 감소시키는 데 사용될 수 있습니다. 칼슘은 구리, 니켈, 크롬-니켈 합금, 특수강, 니켈 및 주석 청동 생산 시 우수한 탈산제 및 탈기 장치이며 금속 및 합금에서 황, 인 및 탄소를 제거합니다.
칼슘은 비스무트와 내화성 화합물을 형성하므로 비스무트에서 납을 정화하는 데 사용됩니다.
다양한 경합금에 칼슘이 첨가됩니다. 잉곳 표면을 개선하고 입자 크기를 미세화하며 산화를 줄이는 데 도움이 됩니다. 칼슘을 함유한 베어링 합금이 널리 사용됩니다. 납 합금(0.04% Ca)을 사용하여 케이블 피복을 만들 수 있습니다.
칼슘은 석유제품의 탈황을 위한 용매와 알코올의 탈수에 사용됩니다. 칼슘과 아연 또는 아연과 마그네슘(70% Ca)의 합금은 고품질 다공성 콘크리트를 생산하는 데 사용됩니다. 칼슘은 감마합금(납-칼슘 바빗)의 일부입니다.
산소와 질소를 결합하는 능력으로 인해 칼슘 또는 칼슘과 나트륨 및 기타 금속의 합금은 희가스 정화 및 진공 무선 장비의 게터로 사용됩니다. 칼슘은 현장에서 수소의 공급원인 수소화물을 생산하는 데에도 사용됩니다. 탄소와 함께 칼슘은 탄화칼슘 CaC2를 형성하며 이는 아세틸렌 C2H2를 생산하는 데 대량으로 사용됩니다.

개발의 역사

Dewi는 1808년에 수은 음극을 사용하여 젖은 석회를 전기분해하여 처음으로 아말감 형태의 칼슘을 얻었습니다. 1852년에 분젠은 염화칼슘의 염산 용액을 전기분해하여 칼슘 함량이 높은 아말감을 얻었습니다. 1855년 Bunsen과 Matthiessen은 CaCl2를 전기분해하여 순수한 칼슘을 얻었고 Moissan은 CaF2를 전기분해하여 순수한 칼슘을 얻었습니다. 1893년에 Borchers는 음극 냉각을 사용하여 염화칼슘의 전기분해를 크게 개선했습니다. Arndt는 1902년에 91.3%의 Ca를 함유한 금속을 전기분해하여 얻었습니다. Ruff와 Plata는 전기분해 온도를 낮추기 위해 CaCl2와 CaF2의 혼합물을 사용했습니다. Borchers와 Stockham은 칼슘의 녹는점보다 낮은 온도에서 스펀지를 얻었습니다.
칼슘의 전해 생산 문제는 Rathenau와 Suter에 의해 해결되었으며, 터치 음극을 이용한 전기 분해 방법을 제안하여 곧 산업화되었습니다. 특히 액체 음극에서 전기분해를 통해 칼슘 합금을 생산하려는 많은 제안과 시도가 있었습니다. F.O. Banzel, 칼슘 합금은 다른 금속의 염 또는 불산화물을 첨가하여 CaF2를 전기 분해하여 얻을 수 있습니다. Poulene과 Melan은 액체 알루미늄 음극 위에 Ca-Al 합금을 준비했습니다. Kügelgen과 Seward는 아연 음극에서 Ca-Zn 합금을 얻었습니다. Ca-Zn 합금의 생산은 1913년 W. Moldenhauer와 J. Andersen에 의해 연구되었으며, 그들은 또한 납 음극에 Pb-Ca 합금을 준비했습니다. Koba, Simkins 및 Gire는 2000A 납 음극 전해조를 사용하여 전류 효율 20%에서 Ca 2% 합금을 얻었습니다. I. Tselikov와 V. Wasinger는 전해질에 NaCl을 첨가하여 나트륨과의 합금을 얻었습니다. R.R. Syromyatnikov는 합금을 혼합하여 40-68%의 전류 효율을 달성했습니다. 납, 아연, 구리를 함유한 칼슘 합금은 산업 규모의 전기분해를 통해 생산됩니다.
칼슘을 생산하는 열적 방법은 상당한 관심을 끌었습니다. 산화물의 알루미노열 환원은 1865년 H.H. 베케토프. 1877년 Malet는 가열 시 칼슘, 바륨 및 산화스트론튬 혼합물과 알루미늄의 상호작용을 발견했습니다. Winkler는 동일한 산화물을 마그네슘으로 환원시키려고 했습니다. Biltz와 Wagner는 진공에서 알루미늄으로 산화칼슘을 환원하여 1929년에 낮은 수율의 금속을 얻었고 더 나은 결과를 얻었습니다. 일체 포함. 1938년 보이니츠키는 실험실에서 알루미늄과 실리콘 합금으로 산화칼슘을 환원시켰습니다. 이 방법은 1938년에 특허를 받았습니다. 제2차 세계 대전이 끝난 후 열적 방법이 산업적으로 응용되었습니다.
1859년에 Caron은 염화물에 금속 나트륨을 작용시켜 알칼리 토금속과 나트륨 합금을 생산하는 방법을 제안했습니다. 이 방법을 사용하여 납과 합금으로 칼슘(및 바린)을 얻습니다. 제2차 세계 대전 이전에는 독일과 Fraction에서 전기 분해를 통한 산업적 칼슘 생산이 이루어졌습니다. 독일 비터펠트(Bieterfeld)에서는 1934년부터 1939년까지 매년 5~10톤의 칼슘이 생산되었습니다. 미국의 칼슘 수요는 수입으로 충당되었으며, 1920~1940년에는 연간 10~25g에 달했습니다. 1940년부터 프랑스로부터의 수입이 중단되자 미국은 전기분해를 통해 상당량의 칼슘 자체를 생산하기 시작했습니다. 전쟁이 끝나자 그들은 진공열 방법을 사용하여 칼슘을 얻기 시작했습니다. S. Loomis에 따르면 하루 생산량은 4.5톤에 달했습니다. Minerale Yarbook에 따르면 캐나다의 Dominium Magnesium은 매년 칼슘을 생산합니다.

최근 몇 년 동안 칼슘 생산 규모에 대한 정보는 없습니다.

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오늘날 가스 분석기는 석유 및 가스 산업, 공공 시설 부문, 실험실 단지 분석 중 다음 용도로 활발히 사용되고 있습니다.

칼슘은 지구상에 매우 널리 퍼져 있지만 자연계에서는 자유 상태로 존재하지 않습니다.

순수한 칼슘을 얻는 방법을 배우기 전에 천연 칼슘 화합물에 대해 알아 보겠습니다.

칼슘은 금속입니다. 멘델레예프의 주기율표에서 칼슘(Calcium), Ca는 원자번호 20번과그룹 II에 위치합니다. 이것은 화학적으로 활성인 원소이며 산소와 쉽게 상호작용합니다. 은백색을 띤다.

천연 칼슘 화합물

우리는 거의 모든 곳에서 칼슘 화합물을 발견합니다.

탄산칼슘,또는 탄산칼슘 – 가장 흔한 칼슘 화합물입니다. 화학식은 CaCO 3입니다. 대리석, 백악, 석회석, 조개암 - 이러한 모든 물질에는 소량의 불순물이 포함된 탄산칼슘이 포함되어 있습니다. 방해석에는 불순물이 전혀 없으며 그 공식도 CaCO 3입니다.

황산칼슘황산칼슘이라고도 한다. 황산칼슘의 화학식은 CaSO4이다. 우리에게 알려진 광물 석고는 결정 수화물 CaSO 4 2H 2 O입니다.

인산칼슘,오르토인산칼슘염. 이것은 인간과 동물의 뼈를 만드는 재료입니다. 이 미네랄을 인산삼칼슘 Ca 3 (PO 4) 2라고 합니다.

염화칼슘CaCl 2 또는 염화칼슘은 자연적으로 결정질 수화물 CaCl 2 6H 2 O의 형태로 발생합니다. 가열되면 이 화합물은 물 분자를 잃습니다.

불화칼슘 CaF 2 또는 불화칼슘은 광물 형석에서 자연적으로 발견될 수 있습니다. 그리고 순수한 결정성 이불화칼슘을 형석이라고 합니다.

그러나 천연 칼슘 화합물이 항상 사람들에게 필요한 특성을 갖고 있는 것은 아닙니다. 따라서 인간은 그러한 화합물을 인위적으로 다른 물질로 변환하는 방법을 배웠습니다. 이러한 인공 화합물 중 일부는 천연 화합물보다 우리에게 훨씬 더 친숙합니다. 예를 들어 소석회 Ca(OH) 2 와 생석회 CaO는 아주 오랫동안 인간이 사용해 왔습니다. 시멘트, 탄화칼슘, 표백제와 같은 많은 건축 자재에도 인공 칼슘 화합물이 포함되어 있습니다.

전기 분해 란 무엇입니까?

아마도 우리 모두는 전기분해라는 현상에 대해 들어본 적이 있을 것입니다. 우리는 이 과정을 가장 간단하게 설명하려고 노력할 것입니다.

염 수용액에 전류를 흘려주면 화학적 변형의 결과로 새로운 화학 물질이 형성됩니다. 용액에 전류를 흘릴 때 용액에서 일어나는 과정을 전기분해라고 합니다. 이러한 모든 과정은 전기화학이라는 과학에 의해 연구됩니다. 물론, 전기분해 과정은 전류를 전도하는 매체에서만 일어날 수 있습니다. 산, 염기 및 염의 수용액이 그러한 매체입니다. 이를 전해질이라고 합니다.

전극은 전해질에 잠겨 있습니다. 음전하를 띤 전극을 음극이라고 합니다. 양전하를 띤 전극을 양극이라고 합니다. 전류가 전해질을 통과하면 전기 분해가 발생합니다. 전기분해의 결과로 용해된 물질의 성분이 전극에 침전됩니다. 음극에서는 양전하를 띠고 양극에서는 음극을 띠게 됩니다. 그러나 전극 자체에서 2차 반응이 일어나 2차 물질이 형성될 수 있습니다.

전기 분해의 도움으로 화학 시약을 사용하지 않고도 화학 제품이 형성되는 것을 볼 수 있습니다.

칼슘은 어떻게 얻나요?

산업계에서는 용융된 염화칼슘(CaCl 2)을 전기분해하여 칼슘을 얻을 수 있습니다.

CaCl 2 = Ca + Cl 2

이 과정에서 흑연으로 만들어진 욕조가 양극 역할을 합니다. 욕조는 전기 오븐에 배치됩니다. 욕조의 폭을 가로질러 움직이고 상승 및 하강할 수 있는 쇠막대가 음극입니다. 전해질은 용융된 염화칼슘으로 욕조에 부어집니다. 음극은 전해질로 낮아집니다. 이것이 전기분해 과정이 시작되는 방식입니다. 음극 아래에 용융된 칼슘이 형성됩니다. 음극이 상승하면 칼슘이 음극에 닿는 부분에서 응고됩니다. 그래서 점차적으로 음극을 높이는 과정에서 칼슘이 막대 형태로 쌓이게 됩니다. 그런 다음 칼슘 막대가 음극에서 떨어져 나옵니다.

순수한 칼슘은 1808년에 처음으로 전기분해를 통해 얻어졌습니다.

칼슘은 또한 알루미노열 환원을 사용하여 산화물로부터 얻습니다. .

4CaO + 2Al -> CaAl2O4 + Ca

이 경우 칼슘은 증기 형태로 얻어집니다. 그러면 이 증기가 응축됩니다.

칼슘은 화학적 활성이 높습니다. 이것이 바로 철강 및 주철 생산뿐만 아니라 산화물로부터 내화 금속을 회수하기 위해 업계에서 널리 사용되는 이유입니다.