小论文 钙元素.doc

四川师范大学20120318绽放生命的元素钙 化学与材料科学学院4班1.引言12.元素简介23.钙的来源和制备44.钙与生活55.钙的重要化合物96.结束语147.参考文献141. 引言有“生命元素 ”之称的钙元素可以说是伴随着我们这一生。现代的科学发现，地壳中的各种物质元素按它们的含量多少可以标出一条曲线，其中钙的含量很高。我们的身体中也有这些物质元素，按含量多少也可以标出一条曲线。将这两条曲线放在一起比较，您就会发现这两条曲线惊人的相似，表明着我们生命与自然与大地的必然联系。生命一旦消亡，机体中的有机物飘然回归自然，在留下的骨灰中可以测得钙元素的含量达1公斤以上。这也就表明了钙对于我们的重要性。下面我们就来探讨一下钙。2. 元素简介1) 历史发现钙是在自然界中分布最广的十个元素之一，但由于它不易从化合物中还原成单质状态，所以迟迟未被发现。长时期里，化学家们将从含碳酸钙的石灰石焙烧获得的钙的氧化物当作是不可再分割的物质。1789年，拉瓦锡发表的元素表中就列有它。1808年，英国的戴维、瑞典的贝采利乌斯、法国的蓬丁，使用汞阴极电解石灰石制得在电解质，在阴极的汞齐中提出金属钙。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。2) 总体特性钙（Calcium）是一种化学元素，它的化学符号是Ca，它的原子序数是20，是一种银白色的碱土金属. 位于第四周期第A族，位于s区。地壳含量为3.39%。3) 原子属性 原子量为40.078原子量单位，原子半径为180pm，共价半径为174pm，最外层的电子排布为4s2.晶体结构为面心立方晶格。4) 物理属性 物质状态为固态（顺磁性），密度1.55克/厘米3，熔点839，沸点1484，硬度1.5，电导性20.8。汽化热为153.6kJ/mol，声速为3810m/s,熔化热为8.54kJ/mol。5) 化学属性化学性质活泼，在空气中表面上能形成一层氧化物或氮化物薄膜，可减缓进一步腐蚀。跟氧化合生成氧化钙，跟氮化合生成氮化钙Ca3N2，跟氟、氯、溴、碘等化合生成相应卤化物，跟氢气在400催化剂作用下生成氢化钙。常温下跟水反应生成氢氧化钙并放出氢气，跟盐酸、稀硫酸等反应生成盐和氢气，跟碳在高温下反应生成碳化钙CaC2。加热时几乎能还原所有金属氧化物，在熔融时也能还原许多金属氯化物。钙常用做合金的脱氧剂，冶金的还原剂，制备铬、锆、铀，铁和铁合金的脱硫、脱碳剂，氮和氩气体的分离剂，以及油类的脱水剂等。有关钙的方程式：Ca+2HCl=CaCl2+H2 N2+3Ca=Ca3N2 3C+CaO=CaC2+CO CO2+Ca(OH)2(过量)=CaCO3+H2O 2CO2(过量)+Ca(OH)2=Ca(HCO3)2 SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2O SO3+Ca(OH)2=CaSO4+H2O 2HNO3+CaCO3=Ca（NO3）2+H2O+CO2 2Cl2+2Ca（OH）2=CaCl2+Ca（ClO）2+2H2O CaH2+2H2O=Ca(OH)2+2H2 2HF+CaCl2=CaF2+2HCl SiO2+CaO=CaSiO3 SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2 Ca(HCO3)2=CaCO3+H2O+CO2 CaCO3=CaO+CO2 6) 其他属性电负性为1.00(泡林标度)，第一电离能为589.8KJ/mol，自然界有6种稳定同位素存在，另外有11种放射性同位素。3. 钙的来源和制备 存在于血浆在自然界分布广，以化合物的形态存在，如石灰石、白垩、大理石、石膏、磷灰石等；也和骨骼中，并参与凝血和肌肉的收缩过程。有电解法及还原法两种方式。其中电解法是拉特瑙(W.Rathenau)于1904年首先应用的，所用的电解质为CaCl2和CaF2的混合物。电解槽阳极用石墨等作内衬，阴极用钢制成。电解析出的钙漂浮在电解质表面，同钢制阴极接触而冷凝在阴极上。还原法是生产金属钙的主要方法。通常用石灰石为原料，经烧成氧化钙，以铝粉作还原剂。粉碎的氧化钙与铝粉按一定比例混合均匀，压制成块。先由石灰石与盐酸反应得到氯化钙CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2电解氯化钙CaCl2=(通电)Ca +Cl24. 钙与生活1）人体中的钙钙是人体必需的矿物质营养素，所有的细胞都需要钙。钙离子Ca2+在生物体中是许多生化过程及生理过程的触发器，如触发肌肉收缩、释放激素、传递脉冲、促进血液凝结、调节心律和分泌乳汁等等。Ca2+尤为各种高级生物体所必需。 现代医学研究表明，钙营养与体内免疫、神经、内分泌、消化、循环、运动、生殖等十多个系统的功能密切相关，钙离子参与生命进化及生命运动的全过程。也就是说人类健康离不开钙。用钙剂对一颗已经停止跳动的试验动物的心脏进行灌流，就可以看到心脏获钙后又重新恢复了跳动。钙是骨骼、牙齿和细胞壁形成时的必需结构成分。骨钙的组成主要是羟磷灰石结晶，占骨骼重量40以上，骨钙对维持血钙的浓度极为重要，被称作人体钙元素的“储存库”。当血钙浓度降低时，可迅速动员骨钙补充，此过程即为骨质分解；反之钙则在骨骼“暂存”。 牙齿的化学组成大部分与骨一致，牙齿的表层为牙釉质（又称珐琅质），牙齿一旦形成和钙化后，新陈代谢就降到最低程度。血浆中的钙有48%为离子形式，46%与蛋白质结合，3%为复合物形式（Complex），还有3%未被确认。血浆中钙浓度大约为1011 mg100 mL，无年龄、性别差异。钙离子对神经组织有特殊且重要的影响，如果血钙离子浓度下降，神经组织会过度兴奋，导致手足抽搐；另一方面，高血钙抑制神经兴奋。血钙的浓度相当稳定，由副甲状腺素（PTH）精密控制，使骨钙和血钙处于平衡之中。血钙浓度低，则由骨钙补充；反之，血钙浓度高，则将钙沉积于骨中储存，或经肾脏于尿中排出体外。人体缺钙的表现，儿 童： 夜惊、夜啼、烦躁、盗汗、厌食、方颅、佝偻病、骨骼发育不良、免疫力低下、易感染。青少年 ：腿软、抽筋、体育成绩不佳、疲倦乏力、烦躁、精力不集中、偏食、厌食、蛀牙、牙齿发育不良、易感冒、易过敏。青壮年： 经常性的倦怠、乏力、抽筋、腰酸背痛、易感冒、过敏。孕产妇：小腿痉挛、腰酸背痛、关节痛、浮肿、妊娠高血压等。中老年： 腰酸背痛、小腿痉挛、骨质疏松和骨质增生、骨质软化、各类骨折、高血压、心脑血管病、糖尿病、结石、肿瘤等。现在市场上有许多打着“补钙”旗号的商家，各式各样的钙片让人难分真假。我们不要一味的听信宣传和广告。而且钙片并不是越贵越好，我们要根据自身的情况合理的选用。尽量通过改善饮食结构，达到从天然食品中获取足量钙的目的。补钙不是越多越好，重要的是看吸收。2) 食物中的钙自然的食品以牛奶和优酪乳所含的钙最多，其他食物如干豆类、鱼、豆腐、深色的蔬菜如花椰菜、甘蓝类蔬菜和芥兰菜等都含有丰富的钙。此外还有很多添加钙强化的食物，例如：橙汁、蔓越莓汁、早餐谷类食品等。也有人服用钙补充剂以补不足。然而摄取过量的钙可以保持人体中的血钙溶度,30岁以前维持骨本,30岁以后维持血钙溶度 。最新的膳食标准指出钙的上限摄取量是每天2500 mg；一般人每天只须从自然食物和补充剂中摄取1500 mg的钙，便已经足够。关于食物中的钙有2个很有趣的实验：实验一：熬棒骨，第四遍才有钙解放军309医院营养科张晔做过一个实验：用2.5千克猪棒骨，加入2升水和10毫升醋，放在高压锅里炖，待压力上来后炖20分钟。把汤和棒骨上的肉吃完后，再加入同样2.5升水和10毫升醋，同样在高压锅里炖20分钟。如此反复。她发现，前三次汤中并没有钙。待到第四次后，大量钙质才会从棒骨中被逐渐煮出来，到第10遍时钙含量就会逐渐下降，到第14遍后钙就完全没有了。实验二：骨汤补钙仅为牛奶的4%。使用除去肌肉的新鲜猪股骨500克，敲碎，采用家庭常规烹制方法，根据骨骼重量，按比例加入适量去离子水和陈醋、食盐、料酒、大葱、生姜等作料，加水量在1500毫升左右，以覆盖骨骼为标准。电炉加热至沸腾，保持微沸120分钟。为了对照，他们制备了无醋骨汤、低醋骨汤、高醋骨汤和本底汤汁(不放猪骨头的原料汤汁)四种汤，各组食物原料的比例和加热时间一致。低醋组加入75克醋，高醋组加入150克。实验结果表明，无醋组骨汤钙含量与本底组几乎相等。这说明，不加醋的话，基本没有钙从骨中游离出来。这是因为钙主要以羟基磷灰石形式存在于骨骼中，溶解度极低，所以用传统方法烹制的骨头汤难以发挥补钙功效。从骨头游离出来钙，不加醋的组含量有4毫克/千克，低醋组为13毫克/千克，高醋组为35毫克/千克。普通牛奶钙含量为1000毫克/千克左右。高醋组的骨汤口味很差，一般人不会这么去做。由此可见，骨汤补钙，仅为牛奶的4%。35%。之间。除了钙，加入适量的食醋也会使镁、钾、锌、铁、铜等矿物质溶出量增加，而且加醋量多时含量更高。由于两个实验的方式不同，结果有所差异。但是结果说明，骨汤中的确含钙。对于急需补钙者，骨汤并非首选。如果单纯为了补钙，骨汤中的钙的确有限，但是骨汤中含有丰富的营养元素。尤其适合小孩和孕妇吃，比如可以用骨汤做鸡蛋羹，胆固醇可能高，但是对小孩和婴儿的神经发育非常有益。3) 钙在生活中的利用钙化合物与我们日常生活息息相关。我们长期用来烧水的水壶底部，为什么会出现白色水垢呢？其原因便是由于含有CO2的地表水流过岩石时，会发生：CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2的反应，从而使岩石发生溶解，水中含有一定的钙离子加热含有Ca(HCO3)2的水，便会发生Ca(HCO3)2=CaCO3+H2O+CO2 从而产生水垢，故水垢的主要成份为CaCO3，当然还有MgCO3。石灰浆常用于建筑上，石灰浆与沙子水混合便是胶泥；是很好建筑粘合剂，其原理便是Ca(OH)2与空气中CO2反应生成很坚硬的CaCO3，从而将建筑材料粘在一起，如何使新建房子或新粉刷的房子干燥呢？使是打开窗户；让其通风，如果你新粉刷的；在房中烧起一盘炭火，会发现墙面不但不干，反而会冒出水珠更潮湿了，其实是发生了Ca(OH)2+ CO2= CaCO3+ H2O的反应。在化学上把这样含较多钙离子的水，称之为硬水。其中钙离子会降低水的使用价值，如果水洗衣服效果不佳，很难洗干净，这里由于肥皂中主要成份，为高级脂肪酸钠，其中有效成份为高级脂肪酸根。高级脂肪酸根结构如下：CH3CH2CH2COO 辛油基 辛油基在洗衣除油污时辛油基与衣上油污结合，辛水基与水结合，当我搓动衣服时，高级脂肪酸根会将油污从衣物上带走。溶于水，从而达到除污效果，但是当水中溶有Ca2+时高级脂肪酸根会与Ca2+完成高级脂肪酸钙沉淀降低其去污能力。5. 钙的重要化合物 钙有许许多多的化合物，下面介绍几种重要的化合物。1）碳酸钙 碳酸钙，俗称石灰石、石粉，是一种化合物，化学式是CaCO3，呈碱性，基本上不溶于水，溶于酸。它是地球上常见物质，存在于、霰石、方解石、白垩、石灰岩大理石、石灰华等岩石内。亦为动物骨骼或外壳的主要成份。 它的性质如下：在一大气压下将碳酸钙加热到900会分解成氧化钙和二氧化碳：CaCO3 CaO + CO2 碳酸钙会和稀氢氯酸反应，会呈泡腾现象，并生成氯化钙、水和二氧化碳CaCO3 + 2HCl CaCl2 + H2O + CO2 碳酸钙溶液通入过量二氧化碳，会生成碳酸氢钙溶液CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2 碳酸钙和碳酸溶液（雨水）反应，生成碳酸氢钙CaCO3 + H2CO3 Ca(HCO3)2 它的制备方法：把二氧化碳通入氢氧化钙会生成碳酸钙和水CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O 会及时除去水垢，使其溶解掉。131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313它的用途：冶金工业中，主要用于助溶剂 用于制造建筑材料水泥、石灰、人造石 中和二氧化硫、水、酸性土壤或农田 制造玻璃、钙片等 医疗上用作抗酸药，能中和胃酸、保护溃 疡面，用于胃酸过多、胃和十二指肠溃疡等病。2）氟化钙 氟化钙（化学式：CaF2）是钙的氟化物，为白色晶体，难溶于水，单晶是透明的。它是萤石矿物的主要成分，也是氟元素的主要来源，可用于制取氟化氢、氟气、氟化物等重要化学试剂，年产量达50万吨（1990年代后期）。氟化钙型结构是晶体结构中的一种重要结构。立方体晶胞中，Ca2+与八个F以立方体型配位，F与四个Ca2+以四面体型配位。由于晶格中F心存在，矿物中的氟化钙常带很深的颜色。工业上和实验室中都以氟化钙为原料制取氟化氢。氟化钙与浓硫酸在铅皿中反应，便会有氟化氢气体放出：CaF2(s) + H2SO4(l) CaSO4(s) + 2 HF(g) 氟化氢是化工中极为重要的中间体，可以配制氢氟酸，也是制取有机氟化合物、氟化物等多种化学试剂的原料。3）氢氧化钙 氢氧化钙，化学式Ca(OH)2俗称熟石灰或消石灰，白色固体，微溶于水，其水溶液常称为石灰水，呈碱性。在空气中吸收二氧化碳和水等从而变质，通常称其具有吸水性。一般用于建筑或酸性土地的改良。 常见的反应：生石灰（氧化钙）与水反应生成氢氧化钙，化学方程式为：CaO + H2O Ca(OH)2 氢氧化钙会与二氧化碳反应生成碳酸钙与水，化学方程式为：Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O （该反应常用于检验二氧化碳，阳性结果为氢氧化钙溶液变成乳白色。）氢氧化钙会与碳酸钠或碳酸氢钠反应生成氢氧化钠和碳酸钙，化学方程式：Ca(OH)2 + Na2CO3 CaCO3 + 2NaOH 2NaHCO3 + Ca(OH)2 CaCO3 +Na2CO3 + 2H2O （NaHCO3过量） NaHCO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + NaOH+H2O （Ca(OH)2过量） （该反应在工业上用于制取氢氧化钠。） 对健康的危害：人体过量服食和吸收氢氧化钙会导致有危险的症状，例如呼吸困难、内出血、低血压、肌肉瘫痪、阻碍肌球蛋白和肌动蛋白系统，以及增加血液的pH值，使内脏受损等。它的用途：降低土壤酸性。 改良土壤结构。 制造的波尔多液用于果树和蔬菜的来消灭虫害。 石灰沙浆可用于砌砖抹墙。 在制糖工业中用来中和糖浆中的酸，从而减少糖的酸味。4) 电石 电石是在有机化学中一种重要的原料。电石的主要成分是碳化钙（英文：Calcium carbide），异名乙炔钙，化学式CaC2。电石是一种呈绿色或灰黑色的粉末或块状固体，带有大蒜味，工业上常用电石与水混合制取乙炔气体；亦被应用于冶炼