元素

20 钙 生命中的钢筋混凝土元素

本文投稿作者 漂泊

是人体内最普遍的元素之一,被称为“生命中的钢筋混凝土”,人体中钙的含量占总体重的1.5–2%,其中骨骼和牙齿约占99%。体液和软组织占1%。对于人体代谢、细胞功能、神经系统运作、蛋白激素合成等起到至关重要的作用。

钙的基本物理性质

分类 碱土金属
原子序号原子量 40.078
电子配置 4s2
密度 1540kg / m 3 
熔点 839°C
沸点 1484℃
硬度 1.75
形状 银白色金属
丰度 3%
发现者 汉弗莱▪戴维贝采尼乌斯蓬丁
主要的同位素 40 Ca(96.94%), 42 Ca(0.65%), 43 Ca(0.14%), 44 Ca(2.09%), 46 Ca(0.19%)
用途例 钙片、石灰、石膏、豆腐
前后的元素 钾-钙-钪

钙的发现

钙是一种在自然界分布非常广泛的元素,从大理石到鸡蛋壳,到处都有它的身影。钙在自然界几乎不存在游离态,其活泼的性质使得钙单质难以被还原制备。长期以来,化学家们把从自然界分布广泛的碳酸钙分解得到的氧化钙当成一种不可分离的物质,1789年,拉瓦锡发表的元素表中就把氧化钙列为一种元素。

但是化学家戴维坚信氧化钙不是一种单质,1808年,他开始用电解的方法来制备钙金属单质。一开始,他采用了直接电解的方法,可这种方法的结果不够理想,他没有得到预想的单质钙。就在同一时间,瑞典科学家贝齐里乌斯和瑞典皇家医生蓬丁也在想办法制取单质钙,他们采用共同电解生石灰和水银的混合物制取钙,通过这种方法,他们制得了钙汞合金。把钙汞合金蒸馏后就得到了银白色的金属钙。戴维从他们的实验中得到启发:他将湿润的生石灰和氧化汞按3:1的比例混合后,放置在一铂片上,与电池的正极相接,然后又在混合物中作一洼穴,灌入水银,插入一铂丝,与电池的负极相接,得到较大量钙汞合金,从而制备了大量的钙金属。从此钙被确定为元素,并被命名为calcium,元素符号是Ca。calcium来自拉丁文中表示生石灰的词calx。

钙单质

贝采尼乌斯

贝采尼乌斯(JonsJakob Berzelius,1779-1848)是瑞典著名化学家,他在化学领域做出了非常突出的贡献。贝采尼乌斯测定了众多元素的原子量并制定了元素符号——他用氧作标准(即把氧的原子量作为基准,定为100)测定了当时已知四十九种元素中四十五种元素的原子量,并先后发现硒(1818年)、硅(1823年)、钛(1825年)等元素以及许多新的矿物。此外,他还在化学的各领域发展和运用了道尔顿的原子论。

贝采尼乌斯根据研究电解实验时的实验结果提出了各元素原子之间相互作用源自相反电性吸引的假说,叫做“电化二元论”。该理论对酸、碱、盐等无机化合物的形成和性质作出了较满意的解释。

贝采尼乌斯也是最早提出“有机化学”,“同分异构”,“催化”等概念的化学家。他是位精巧的实验化学家,观察精确,描述清晰严密,系统化的能力强。对化学各分支的知识都有深邃的见解,在众多领域均有建树。

 

神奇的钟乳石

在我国的广西,云南一带,有许多非常美丽的岩洞,当我们前往岩洞中游玩时,常常可以看到许多巨大而美丽的钟乳石,有的钟乳石像一把巨大的锥子,有的钟乳石则以巨大的石柱、石笋的形式存在。钟乳石光泽剔透、形状奇特,具有很高的欣赏和收藏价值,深受人们喜爱。碧野在《富春江畔·“冰壶”与“双龙”》中写道:“洞内到处都是钟乳石,湿润清新,有的像玉柱从顶垂直到地,有的像雨云倒悬空中,有的像白浪滔滔,波涌连天,真是气象万千,蔚为奇观。”

这么美丽、奇妙的钟乳石是怎么形成的呢?要解决这个问题还得从钟乳石的成分说起。钟乳石的主要由石灰岩构成,其主要成分是碳酸钙。岩洞当中通常比较潮湿,有一些含有二氧化碳的水会渗入石灰石的缝隙中,溶解其中的碳酸钙,发生反应:

CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(aq) → Ca(HCO3)2(aq)
这溶解了碳酸钙的水,顺岩石流下,到达底端,滴下来的时候,由于水分蒸发,二氧化碳逸出,被溶解的碳酸钙又固化形成固体,发生反应:

Ca(HCO3)2(aq) → CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(aq)
每一个钟乳石都开始于一滴载有矿物的水滴。钟乳石每年平均增长率为0.13毫米。快速增长的钟乳石的水溶液中往往富含碳酸钙和二氧化碳,并且流动很快。

形态各异的钟乳石

石灰和石膏

石灰是一种非常常用的建筑材料,通常是利用石灰石、贝壳等富含碳酸钙的材料在高温下焙烧得到的。其主要成分为氧化钙。这种材料又被称为生石灰。生石灰具有很强的吸水性,在空气中极易吸收空气中的水分形成氢氧化钙,氢氧化钙又被称为熟石灰,在装修房子时,很多涂料中都含有氢氧化钙,氢氧化钙吸收空气中的二氧化碳,干燥之后就形成了洁白的碳酸钙。除此之外,氢氧化钙还能用来配置一种非常常用的农药——波尔多液。

石膏的主要成分是硫酸钙的水合物,根据其中含水量的不同又可以分为生石膏和熟石膏,生石膏的主要成分是CaSO4▪2H2O,而熟石膏的主要成分是2CaSO4▪H2O。石膏在很多领域都有巨大的用途。石膏用量最大是建筑行业,很多建筑当中都需要使用石膏板,一种重量轻、强度较高、厚度较薄、加工方便以及隔音绝热和防火等性能较好的建筑材料,它被广泛用于住宅、办公楼、商店、旅馆和工业厂房等各种建筑物的内隔墙、墙体覆面板(代替墙面抹灰层)、天花板吸音板、地面基层板和各种装饰板等场合。除此之外,石膏还可以用于医疗领域以及艺术领域。很多的雕塑作品所运用的材料就是洁白的石膏。

石灰石                                      波尔多液                                      石膏板                                         石膏雕塑

含钙的食物

钙是人体牙齿和骨骼的主要成分,是人体不可或缺的一种元素,在人的内环境中,还存在着大量的Ca2+,神经传递、肌肉收缩、血液凝结、激素释放和乳汁分泌等众多过程都需要Ca2+的参与。钙参与人体的代谢过程,因此必须及时补钙,儿童缺钙会导致发育不良,产生O型腿,而老年人缺钙则会导致骨质疏松等病症。

一般补钙会选择钙片,第四代和第五代钙片的主要成分是乳钙和酪蛋白钙,这也是奶制品中钙的主要存在形式。牛奶和豆浆等乳制品中含有丰富的钙和蛋白质,是补钙最佳的食物,除此之外,鸡蛋、肉类、海鲜当中也含有非常丰富的钙质,另外,芹菜、油菜、胡萝卜、芝麻、香菜、黑木耳、蘑菇等蔬菜中也含有非常丰富的钙元素,这些都是非常有益于身体健康的食物。

含钙丰富的食物及钙片

参考文献

  1. 百度百科“钙”
  2. 百度百科“钟乳石”
  3. 百度百科“钙片”
  4. 金属百科“钙”

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