Кальций (Ca) — химический элемент №20: свойства, 3D-модель, изотопы

3D-модель

Модель Бора: ядро и электронные оболочки по конфигурации. Валентные электроны подсвечены.

Тяните, чтобы вращать; колесо — масштаб

Атомные свойства

Атомный номер: 20
Атомная масса: 40.078 а.е.м.
Электронная конфигурация: [Ar] 4s²
Электроны по оболочкам: 2 · 8 · 8 · 2
Блок: s-блок
Группа: Щёлочноземельные металлы
Период: 4
Электроотрицательность (Полинг): 1
Электроотрицательность (Аллен): 1.03
Атомный радиус: 194 pm
Ковалентный радиус: 176 pm
Ван-дер-ваальсов радиус: 231 pm
1-я энергия ионизации: 589.8 kJ/mol
2-я энергия ионизации: 1 145.4 kJ/mol
3-я энергия ионизации: 4 912.4 kJ/mol
4-я энергия ионизации: 6 491 kJ/mol
5-я энергия ионизации: 8 153 kJ/mol
Сродство к электрону: 2.37 kJ/mol
Характерные степени окисления: +2
Степени окисления: +1, +2

Физические свойства

Состояние при 25 °C: твёрдое
Плотность: 1.55 g/cm³
Температура плавления: 1 115 K · 841.9 °C
Температура кипения: 1 757 K · 1 483.9 °C
Скорость звука: 3 810 m/s

Тепловые свойства

Теплота плавления: 8.54 kJ/mol
Теплота испарения: 154.7 kJ/mol
Удельная теплоёмкость: 0.647 J/(g·K)
Теплопроводность: 201 W/(m·K)

Механические свойства

Модуль Юнга: 20 GPa
Модуль сдвига: 7.4 GPa
Модуль объёмного сжатия: 17 GPa
Коэффициент Пуассона: 0.31
Твёрдость по Моосу: 1.75
Твёрдость по Бринеллю: 167 MPa

Электрические и магнитные свойства

Удельное сопротивление: 33.6 nΩ·m
Магнитный тип: парамагнетик
Точка Кюри: нет данных
Точка Нееля: нет данных
Температура сверхпроводимости: нет данных

Кристаллическая структура

Кристаллическая решётка: гранецентрированная кубическая (ГЦК)
Параметры решётки: a = 558.84 pm

Распространённость

В земной коре: 41 500 mg/kg
В океане: 412 mg/L
Во Вселенной: 70 000 mg/kg
В теле человека: 14 000 mg/kg

Изотопы

Изотоп	Распространённость	Период полураспада	Тип распада
⁴⁰Ca	96.941 %	стабилен	—
⁴²Ca	0.647 %	стабилен	—
⁴³Ca	0.135 %	стабилен	—
⁴⁴Ca	2.086 %	стабилен	—
⁴⁶Ca	0.004 %	стабилен	—
⁴⁸Ca	0.187 %	стабилен	—

Кальций-48 — один из самых нейтронно-избыточных стабильных нуклидов; именно им бомбардировали мишени при синтезе сверхтяжёлых элементов со 113-го по 118-й.

Открытие

Год открытия: 1808
Кто открыл: Хэмфри Дэви
Где: Англия
Происхождение названия: от латинского «calx» — известь

История

Известь применяли в строительстве тысячи лет, но сам металл выделил Дэви в 1808 году электролизом смеси извести и оксида ртути. Название — от латинского calx, «известь».

Где встречается

41 500 мг/кг коры. Основные минералы — кальцит и арагонит (известняк, мрамор, мел), гипс и флюорит. Меловые скалы Дувра — это спрессованные раковины древних водорослей.

Как получают

Металлический кальций получают алюминотермическим восстановлением извести в вакууме. Но подавляющая часть добычи — это известняк, который просто дробят или обжигают.

Роль в живой природе

Около 1,4 % массы тела, 99 % из этого — в скелете. Оставшийся процент отвечает за сокращение мышц, свёртывание крови и передачу сигнала внутри клетки; концентрация кальция в цитоплазме регулируется в десятитысячных долях миллимоля.

Безопасность

Металлический кальций реагирует с водой, оксид кальция вызывает сильные щелочные ожоги. Сами соли кальция в пище безопасны, избыток лишь ограниченно всасывается.

Применение

Цемент и известь — фундамент всей строительной индустрии
Раскислитель и десульфуратор в производстве стали
Известкование кислых почв в сельском хозяйстве
Гипс для строительных смесей и медицинских повязок

Любопытные факты

Пучком ионов кальция-48 в Дубне синтезировали пять новых элементов таблицы.
Кальций даёт кирпично-красное окрашивание пламени.
Известняк, мрамор и мел — одно и то же вещество с разной историей образования.
Известковый раствор твердеет, поглощая углекислый газ из воздуха и возвращаясь в карбонат — цикл, замкнутый на сотни лет.

Место в таблице

Ca