Кальций (Ca) относится к щелочноземельным металлам и занимает 2-ю группу периодической системы элементов. В чистом виде металл серебристо-белого цвета с характерным блеском, который быстро тускнеет на воздухе из-за образования поверхностной оксидной плёнки. Плотность кальция составляет 1,55 г/см³, температура плавления 842 °C, температура кипения 1484 °C. Металл достаточно мягкий, может резаться ножом. Водородный показатель электроотрицательности по шкале Полинга равен 1,00, что отражает высокую химическую активность.
Кальций проявляет сильные восстановительные свойства и активно взаимодействует с неметаллами, кислотами и водой.
Взаимодействие с кислородом:
2Ca + O2 → 2CaO
Образуется оксид кальция (известь), который представляет собой белый порошок, растворимый в кислотах с выделением тепла.
С водой:
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2↑
Реакция идет медленнее, чем у щелочных металлов, с образованием гидроксида кальция (известкового молока), слабощелочного раствора.
С галогенами:
Ca + Cl2 → CaCl2
Кальций образует хлорид, бромид и йодид, все они хорошо растворимы в воде.
С кислотами: Кальций активно взаимодействует с разбавленными кислотами, например:
Ca + 2HCl → CaCl2 + H2↑
Выделяется водород, раствор приобретает солевой характер.
Оксид кальция (CaO) — белый твёрдый порошок, получаемый при термическом разложении карбоната кальция:
$$ CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO + CO_2 \uparrow $$
Используется для получения известкового раствора, нейтрализации кислот и в металлургии. Образует гидроксид кальция при взаимодействии с водой:
CaO + H2O → Ca(OH)2
Гидроксид кальция (Ca(OH)_2) — слабощелочное соединение, растворимое в воде частично, образует суспензию “известковое молоко”. Применяется в строительстве, химической промышленности и сельском хозяйстве для обработки почв.
Карбонат кальция (CaCO₃) встречается в природе в виде минералов кальцита и мрамора. Практически нерастворим в воде, разлагается при нагревании:
$$ CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO + CO_2 \uparrow $$
Используется в строительстве, производстве цемента, стекла и как наполнитель в химической промышленности.
Сульфат кальция (CaSO₄) — существует в виде дигидрата (гипс, CaSO₄·2H₂O) и безводного сульфата (ангидрит, CaSO₄). Гипс растворим в воде ограниченно, при нагревании теряет воду:
$$ CaSO_4·2H_2O \xrightarrow{t} CaSO_4 + 2H_2O \uparrow $$
Применяется в строительстве, медицине и сельском хозяйстве.
Фосфаты кальция (Ca₃(PO₄)₂) — важные соединения в биохимии и промышленности. Образуются при взаимодействии растворимых солей кальция с фосфорными кислотами. Используются для производства удобрений и в пищевой промышленности.
Кальций образует соли с карбоновыми кислотами (ацетаты, стеараты), которые применяются в качестве загустителей, стабилизаторов и пищевых добавок. Кальциевые комплексы с аминокислотами и органическими кислотами участвуют в биохимических процессах.
Кальций является важнейшим макроэлементом для организма. Он входит в состав костной ткани и зубов в форме фосфата и карбоната, участвует в свертывании крови, передаче нервных импульсов и мышечных сокращениях. Растворимые соединения кальция (например, Ca²⁺ в крови) регулируют физиологические процессы и обеспечивают стабильность клеточных мембран.
Кальций и его соединения образуют широкий спектр химических веществ, проявляя разнообразные физические и химические свойства, что делает его одним из фундаментальных элементов в промышленности, биологии и строительстве.