Доклад - Магний и кальций в природе
Подождите немного. Документ загружается.
Общеобразовательная школа I-III ступеней
им. А.В. Бобковой № 32
Учащегося 10 «Б» класса
Г. Кадомцева
Магний и кальций
Реферат по химии
Севастополь
2011 г.
Магний и кальций
Простые вещества магний и кальций – металлы. Кальций быстро окисляется на
воздухе, а магний в этих условиях значительно устойчивее – он окисляется лишь с
поверхности. Кальций хранят под слоем керосина. Температуры плавления магния и
кальция – 650 и 851 °С соответственно. Магний и кальций значительно более твердые
вещества, чем щелочные металлы. Невысокая плотность магния (1,74 г/см
3
) при
значительной прочности дает возможность использовать его сплавы в авиационной
промышленности.
И магний, и кальций – сильные восстановители (особенно при нагревании). Их
часто используют для восстановления других, менее активных, металлов из их оксидов
(магний – в лаборатории, а кальций – в промышленности).
Магний и кальций – одни из немногих металлов реагирующих с азотом. При
нагревании они образует с ним нитриды Mg
3
N
2
и Ca
3
N
2
. Поэтому, сгорая на воздухе,
магний и кальций превращаются в смесь оксидов с нитридами.
Кальций легко реагирует с водой, а магний – только при кипячении. В обоих
случаях выделяется водород и образуются малорастворимые гидроксиды.
Оксиды магния и кальция – ионные вещества; по химическому поведению они –
основные оксиды. Оксид магния с водой не реагирует, а оксид кальция (тривиальное
название – "негашеная известь") реагирует бурно с выделением теплоты. Образующийся
гидроксид кальция в промышленности называют "гашеной известью".
Гидроксид магния нерастворим в воде, тем не менее он является основанием. Гидроксид
кальция заметно растворим в воде; его насыщенный раствор называют "известковой
водой", это щелочной раствор (изменяет окраску индикаторов). Гидроксид кальция в
сухом, а особенно во влажном состоянии поглощает углекислый газ из окружающего
воздуха и превращается в карбонат кальция. Это свойство гашеной извести много веков
использовалось в строительстве: гашеная известь как основной компонент входила в
состав строительных известковых растворов, в настоящее время почти полностью
замененных цементными. Оба гидроксида при умеренном нагревании, не плавясь,
разлагаются.
Соли магния и особенно кальция входят в состав многих породообразующих
минералов. Из этих горных пород наиболее известны мел, мрамор и известняк, основным
веществом которых является карбонат кальция. Карбонаты кальция и магния при
нагревании разлагаются на соответствующие оксиды и углекислый газ. С водой,
содержащей растворенный диоксид углерода, эти карбонаты реагируют, образуя
растворы гидрокарбонатов, например:
MCO
3
+ CO
2
+ H
2
O = M
2
+ 2HCO
3
.
При нагревании, и даже при попытке выделить гидрокарбонаты из раствора,
удаляя воду при комнатной температуре, они разлагаются по обратной реакции:
M
2
+ 2HCO
3
= MCO
3
+ CO
2
+ H
2
O.
Гидратированный сульфат кальция CaSO
4
·2H
2
O представляет собой бесцветное
кристаллическое вещество малорастворимое в воде. При нагревании оно частично
обезвоживается, переходя в кристаллогидрат состава 2CaSO
4
·H
2
O. Тривиальное название
двуводного гидрата – гипс, а полуводного – алебастр. При смешивании алебастра с водой
2
он гидратируется, при этом образуется плотная твердая масса гипса. Это свойство
алебастра используется в медицине (гипсовые повязки) и строительстве (армированные
гипсовые перегородки, заделка дефектов). Скульпторы используют алебастр для
изготовления гипсовых моделей и форм.
Карбид (ацетиленид) кальция CaC
2
. Структурная формула (Ca
2
)( C C ). Получают
спеканием негашеной извести с углем:
CaO + 3C = CaC
2
+ CO
Это ионное вещество не является солью и полностью гидролизуется водой с
образованием ацетилена, который долгое время и получали таким способом:
CaC
2
+ 2H
2
O = C
2
H
2
+ Ca(OH)
2
.
Гидратированный ион магния [Mg(H
2
O)
6
]
2
– катионная кислота, поэтому
растворимые соли магния подвергаются гидролизу. По этой же причине магний может
образовывать основные соли, например, Mg(OH)Cl. Гидратированный ион кальция не
является катионной кислотой.
Кальций в соединении может быть обнаружен по окрашиванию пламени. Цвет пламени –
оранжево-красный. Качественная реакция на ионы Ca
2
, Sr
2
и Ba
2
, не позволяющая
однако различить эти ионы между собой – осаждение соответствующих сульфатов
разбавленным раствором серной кислоты (или любым раствором сульфата в кислотной
среде):
M
2
+ SO
4
2
= MSO
4
.
Кальций и магний незаменимы для человеческого организма. Кальций
обеспечивает усвоение организмом железа, помогает при бессоннице, укрепляет кости и
скелет, улучшает функцию нервной системы. Его недостаток приводит к размягчению
костей, остеопорозу, порче зубов, чувствительности к стрессам, аллергии, судорогам
некоторых групп мышц.Жёсткость воды и способы её устранения.
Растворимые соли кальция и магния обуславливают общую жёсткость воды. Если
они присутствуют в воде в небольших количествах, то вода называется мягкой. При
большом содержании этих солей (100 – 200 мг солей кальция – в 1 л. в пересчёте на
ионы) вода считается жёсткой. В такой воде мыло плохо пенится, так как соли кальция и
магния образуют с ним нерастворимые соединения. В жёсткой воде плохо развариваются
пищевые продукты, и при кипячении она даёт на стенках бытовой утвари и паровых
котлов накипь. Накипь обладает малой теплопроводностью, вызывает увеличение
расхода топлива или потребляемой мощности электроприбора и ускоряет изнашивание
стенок сосуда для кипячения воды. При нагревании кислые карбонаты кальция и магния
разлагаются и переходят в нерастворимые основные карбонаты: Са(НСО
3
) = Н
2
О + СО
2
+ СаСО
3
↓ Растворимость сульфата кальция СаSO
4
при нагревании также снижается,
поэтому он входит в состав накипи. Жёсткость, вызванная присутствием в воде кислых
карбонатов кальция и магния, называется карбонатной или временной, так как она может
быть устранена. Помимо карбонатной жёсткости, различают ещё некарбонатную
жёсткость, которая зависит от содержания в воде ЭСl
2
и ЭSO
4
, где Э – Са, Мg. Эти соли
не удаляются при кипячении, и поэтому некарбонатную жёсткость называют также
постоянной жёсткостью. Карбонатная и некарбонатная жёсткость в сумме дают общую
жёсткость. Для полного ее устранения воду иногда перегоняют. Но это дорого. Для
устранения карбонатной жёсткости воду можно прокипятить, но это тоже дорого и
образуется накипь. Жёсткость удаляют прибавлением соответствующего количества
Са(ОН)
2
: Са(ОН)
2
+ Са(НСО
3
)
2
= СаСО
3
↓ + 2Н
2
О. Общую жёсткость устраняют или
добавлением Na
2
CO
3
, или при помощи так называемых катионитов. При использовании
3
углекислого натрия растворимые соли кальция и магния тоже переводят в
нерастворимые карбонаты: Са
2+
+ Na
2
CO
3
= 2Na
+
+ CaCO
3
↓. Устранение жёсткости при
помощи катионитов – процесс более совершенный. Катиониты – высокомолекулярные
натрийсодержащие органические соединения, состав которых можно выразить формулой
Na
2
R, где R – сложный кислотный остаток. При фильтровании воды через слой
катионита происходит обмен катионов Na
+
кристаллической решетки на катионы Са
2+
и
Mg
2+
из раствора по схеме: Са
2+
+ Na
2
R = 2Na
+
+ CaR. Следовательно, ионы Са из
раствора переходят в катионит, а ионы Na
+
переходят из катионита в раствор. Для
восстановления использованного катионита его промывают концентрированным
раствором поваренной соли. При этом происходит обратный процесс: ионы Са
2+
в
кристаллической решетке в катионита заменяются на ионы Na
+
из раствора.
Регенерированный катионит снова применяют для очистки воды. Подобным образом
работают фильтры на основе пермутита:
Na
2
[Al
2
Si
2
O
8
] + Ca
2+
= 2Na
+
+ Ca[Al
2
Si
2
O
8
]
4