Canxi

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm
Canxi
KaliCanxiScandi
Mg
  Cubic-face-centered.svg
 
20
Ca
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Ca
Sr
Bảng tiêu chuẩn
Hình dạng
Ánh kim xám bạc


Quang phổ vạch của Canxi
Tính chất chung
Tên, Ký hiệu, Số Canxi, Ca, 20
Phiên âm /ˈkælsiəm/ KAL-see-əm
Phân loại Kim loại kiềm thổ
Nhóm, Chu kỳ, Phân lớp 24, s
Khối lượng nguyên tử 40,078(4)
Cấu hình electron [Ar] 4s2
Số electron trên vỏ điện tử 2, 8, 8, 2
Electron shell 020 Calcium.svg
Tính chất vật lý
Màu Ánh kim xám bạc
Trạng thái vật chất Chất rắn
Mật độ gần nhiệt độ phòng 1,55 g·cm−3
Mật độ ở thể lỏng khi đạt nhiệt độ nóng chảy 1,378 g·cm−3
Nhiệt độ nóng chảy 1115 K, 842 °C, 1548 °F
Nhiệt độ sôi 1757 K, 1484 °C, 2703 °F
Nhiệt lượng nóng chảy 8,54 kJ·mol−1
Nhiệt lượng bay hơi 154,7 kJ·mol−1
Nhiệt dung 25,929 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 ôxi hóa +2, +1[1]
(Bazơ mạnh)
Độ âm điện 1,00 (thang Pauling)
Năng lượng ion hóa Thứ nhất: 589.8 kJ·mol−1
Thứ hai: 1145.4 kJ·mol−1
Thứ ba: 4912.4 kJ·mol−1
Bán kính cộng hoá trị 197 pm
Độ dài liên kết cộng hóa trị 176±10 pm
Bán kính van der Waals 231 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể Lập phương tâm mặt
Trạng thái trật tự từ Nghịch từ
Điện trở suất (20 °C) 33,6 n Ω·m
Độ dẫn nhiệt 201 W·m−1·K−1
Độ giãn nở nhiệt (25 °C) 22,3 µm·m−1·K−1
Tốc độ truyền âm thanh (thanh mỏng; 20 °C) 3810 m·s−1
Mô đun Young 20 GPa
Mô đun cắt 7,4 GPa
Mô đun nén 17 GPa
Hệ số Poisson 0,31
Độ cứng theo thang Mohs 1,75
Độ cứng theo thang Brinell 167 MPa
Số đăng ký CAS 7440-70-2
Đồng vị ổn định nhất
iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP
40Ca 96.941% 40Ca ổn định với 20 nơtron
41Ca Tổng hợp 1,03×105 năm ε - 41K
42Ca 0.647% 42Ca ổn định với 22 nơtron
43Ca 0.135% 43Ca ổn định với 23 nơtron
44Ca 2.086% 44Ca ổn định với 24 nơtron
45Ca Tổng hợp 162,7 ngày β 0.258 45Sc
46Ca 0.004% >2.8×1015 năm ββ  ? 46Ti
47Ca Tổng hợp 4,536 ngày β 0.694, 1.99 47Sc
γ 1.297 -
48Ca 0.187% >4×1019 năm ββ  ? 48Ti

Canxi (từ tiếng Latinh: Calcis) là 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.

Cãni là nguyên tố thiết yếu cho sinh vật sống, đặc biệt trong sinh lý học tế bào, ở đây có sự di chuyển ion Ca2+ vào và ra khỏi tế bào chất có vai trò mang tính hiệu cho nhiều quá trình tế bào. Là một khoáng chất chính trong việc tạo xương, răngvỏ sò, canxi là kim loại phổ biến nhất về khối lượng có trong nhiều loài động vật.

Đặc tính[sửa | sửa mã nguồn]

Flame test. Brick-red color originates from calcium.

Về hóa học, canxi là một kim loại mềm và phản ứng mạnh (mặc dù 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 canxi clorua.[2] Khi được tạo ra, nó nhanh chóng hình thành một lớp áo ôxít và nitrit màu trắng xám do tiếp xúc với không khí. Ở dạng khối, kim loại khó đốt cháy, thậm chí còn khó hơn các miếng magie; nhưng khi cắt ra, kim loại cháy trong không khí cho ngọn lửa cam-đỏ có độ chói cao. Kim loại canxi 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.[3] 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 canxi hydroxit có tính bảo vệ.

Canxi có tỉ trong 1,55 g/cm3, là kim loại kiềm thổ nhẹ nhất; magie (1,74) và bery (1,84) đặc hơn mặc dù chúng có số khối nhỏ hơn. Kể từ stronti trở đi, các kim loại kiềm thổ có tỷ trọng tăng theo số khối. Canxi có hai đồng hình.[4]

Calcium has a higher electrical resistivity than copper or aluminium, yet weight-for-weight, due to its much lower density, it is a rather better conductor than either. However, its use in terrestrial applications is usually limited by its high reactivity with air.

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

Lịch sử[sửa | sửa mã nguồn]

Vôi ở dạng vật liệu xâyy dựng đã được sử dụng từ thời tiền sử cách nay khoảng 7000 đến 14000 TCN.[5] Lò vôi được định tuổi đầu tiên có niên đại 2500 TCN và được tìm thấy ở Khafajah mesopotamia.[6][7] Calcium (từ tiếng Latin calx, thuộc về calcis, nghĩa là "vôi")[8] đã được biết từ rất sớm vào thế kỷ 1 khi người La Mã cổ đại điều chế vôi ở dạng canxi ôxit. Văn liệu năm 975 ghi nhận rằng canxi sulfat là chất hữu ích trong việc hình thành xương. Nó không đươc tách biệt mãi cho đến năm 1808 ở Anh khi Sir Humphry Davy điện phân một hỗn hợp gồm vôi và thủy ngân ôxit.[9].

Ứng dụng[sửa | sửa mã nguồn]

Canxi 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 can xi có thể dẫn đến sỏi thận. Vitamin D là cần thiết để hấp thụ canxi. Các sản phẩm sữa chứa một lượng lớn canxi.

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

Các ứng dụng khác còn có:

  • Chất khử trong việc điều chế các kim loại khác như uran, ziriconi hay thori.
  • Chất chống ôxi hóa, chống sulfua hóa hay chống cacbua 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.

Hợp chất[sửa | sửa mã nguồn]

Vôi sống (CaO) được sử dụng trong nhiều quy trình làm sạch hóa học và được sản xuất bằng cách nung nóng đá vôi. Khi thêm nước vào vôi sống thì nó tạo ra vôi tôi Ca(OH)2. Khi Ca(OH)2 được trộn với cát nó tạo ra vữa sử dụng trong xây dựng, vữa này cứng lại khi để lâu trong không khí do điôxít cacbon có phản ứng chậm với vôi tôi tạo ra cacbonat canxi. Trộn với các chất khác, chẳng hạn đất sétthạch cao khi bị nung nóng ở nhiệt độ cao, CaO tạo ra một thành phần quan trọng của xi măng Portlandcờ lanh ke (clinker).

Khi nước thấm qua đá vôi hoặc các loại đá cacbonat,nó hòa tan một phần của đá (do sự hiện diện của khí CO2) và sinh ra các loại hình nhũ đá cũng như hình thành nên nước cứng. Các hợp chất quan trọng của canxi là nitrat, sulfua, clorua, cacbua, xyanuahypôclorit canxi.

Đồng vị[sửa | sửa mã nguồn]

Canxi 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 nơtron 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 nơtron 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.

Xem thêm: Các rối loạn trong trao đổi chất canxi

Phương trình[sửa | sửa mã nguồn]

CaO + H2O -> Ca(OH)2

CaO + 2CO2 + H2O -> Ca(HCO3)2

CaCO3 (to) -> CaO + CO2

Ca + 2HCl -> CaCl2 + H2

CaO + 3C --(3000oC)> CaC2 + CO

Chú thích[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ 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. 
  2. ^ Pauling, Linus (1970). General Chemistry. Dover Publications. tr. 627. ISBN 0-7167-0149-9. 
  3. ^ Theodore Gray. The Elements. Page 55
  4. ^ doi:10.1007/BF02873196
  5. ^ Miller, M. Michael. “Commodity report:Lime”. United States Geological Survey. Truy cập ngày 6 tháng 3 năm 2012. 
  6. ^ Williams, Richard (2004). Lime Kilns and Lime Burning. tr. 4. ISBN 978-0-7478-0596-0. 
  7. ^ Oates, J. A. H (1 tháng 7 năm 2008). Lime and Limestone: Chemistry and Technology, Production and Uses. ISBN 978-3-527-61201-7. 
  8. ^ Bản mẫu:L&S
  9. ^ 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. 

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]