Какие химические свойства характерны для оксида кальция
Оксид кальция – это кристаллическое соединение белого цвета. Другие названия этого вещества – негашеная известь, окись кальция, «кирабит», «кипелка». Оксид кальция, формула которого CaO, и его продукт взаимодействия с (H2O) водой – Ca(OH)2 («пушонка», или гашеная известь) нашли широкое применение в строительном деле.
Как получают оксид кальция?
1. Промышленный способ получения данного вещества заключается в термическом (под воздействием температуры) разложении известняка (кальция карбоната):
CaCO3 (известняк) = CaO (кальция оксид) + CO2 (углекислый газ)
2. Также кальция оксид можно получить посредством взаимодействия простых веществ:
2Ca (кальций) + O2 (кислород) = 2CaO (кальция оксид)
3. Третий способ получения оксида кальция заключается в термическом разложении кальция гидроксида (Ca(OH)2) и кальциевых солей нескольких кислородсодержащих кислот:
2Ca(NO3)2 (нитрат кальция) = 2CaO (получаемое вещество) + 4NO2 (оксид азота) + O2 (кислород)
Физические свойства оксида кальция
1. Внешний вид: кристаллическое соединение белого цвета. Кристаллизуется по типу хлорида натрия (NaCl) в кубической кристаллической гранецентрированной решетке.
2. Молярная масса составляет 55,07 грамм/моль.
3. Плотность равна 3,3 грамм/сантиметр³.
Термические свойства оксида кальция
1. Температура плавления равна 2570 градусов
2. Температура кипения составляет 2850 градусов
3. Молярная теплоёмкость (при стандартных условиях) равна 42.06 Дж/(моль·К)
4. Энтальпия образования (при стандартных условиях) составляет -635 кДж/моль
Химические свойства оксида кальция
Оксид кальция (формула CaO) – это основной оксид. Поэтому он может:
– растворяться в воде (H2O) с выделением энергии. При этом образуется гидроксид кальция. Эта реакция выглядит так:
CaO (оксид кальция) + H2O (вода) = Ca(OH)2 (кальциевый гидроксид) + 63,7 кДж/моль;
– реагировать с кислотами и кислотными оксидами. При этом образуются соли. Вот примеры реакций:
CaO (кальциевый оксид) + SO2 (сернистый ангидрид) = CaSO3 (сульфит кальция)
CaO (кальциевый оксид) + 2HCl (соляная кислота) = CaCl2 (кальциевый хлорид) + H2O (вода).
Применение оксида кальция:
1. Основные объемы рассматриваемого нами вещества используются при производстве силикатного кирпича в строительстве. Раньше негашеную известь использовали в качестве известкового цемента. Его получали при ее смешивании с водой (H2O). В результате оксид кальция переходил в гидроксид, который потом, поглощая из атмосферы углекислый газ (CO2), сильно твердел, превращаясь в кальция карбонат (CaCO3). Несмотря на дешевизну этого метода, в настоящее время цемент известковый практически не применяется в строительстве, так как он обладает способностью хорошо впитывать и накапливать в себе жидкость.
2. В качестве огнеупорного материала оксид кальция подходит как недорогой и доступный материал. Плавленый кальциевый оксид имеет устойчивость к воздействию воды (H2O), что позволило его применять в качестве огнеупора там, где использование дорогостоящих материалов нецелесообразно.
3. В лабораториях используют высший оксид кальция для сушения тех веществ, которые с ним не реагируют.
4. В пищевой отрасли данное вещество зарегистрировано в качестве пищевой добавки под обозначением Е 529. Используется в качестве эмульгатора для создания однородной смеси из несмешиваемых между собой веществ – воды, масла и жира.
5. В промышленности кальциевый оксид используют для удаления сернистого ангидрида (SO2) из дымовых газов. Применяют, как правило, 15% раствор водяной. В результате реакции, в которой взаимодействуют гашеная известь и диоксид серы, получается гипс CaCO4 и CaCO3. При проведении экспериментов ученые добивались показателя в 98% отчистки дыма от диоксида серы.
6. Используется в специальной «самогреющейся» посуде. Емкость с небольшим количеством кальциевого оксида располагается между двух стенок сосуда. При прокалывании капсулы в воде начинается реакция с выделением некоторого количества тепла.
Оксид кальция — неорганическое соединение с 
формулой CaO. В литературе также можно встретить такие его названия, как негашеная известь, окись кальция, жженая известь, кирабит, «кипелка».
Негашеная известь называется так для отличия от гашеной извести, когда при соединении оксида кальция с водой проходит бурная реакция — известь «гасится» водой. Получается гашеная известь Ca(OH)2, востребованная во многих областях.
Жженой известью реактив называют с отсылкой на способ получения: известь (карбонат кальция CaCO3) обжигают до тех пор, пока она не начинает разлагаться, в результате чего получается жженая известь (окись кальция).
Обычно негашеной или жженой известью называют техническую квалификацию реактива.
Получить окись кальция можно разными методами.
• Промышленный способ описан выше: разложением известняка CaCO3 при нагревании.
• Разложением при нагревании гидроокиси кальция или солей кальция (солей определенных кислот, содержащих кислород). Например, разложением нитрита кальция Ca(NO3)2 получают CaO высокой чистоты.
• Прямым окислением (сжиганием) кальция в воздухе.
Свойства
Реагент представляет собой порошкообразное вещество белого или сероватого цвета без запаха. Структура кристаллов подобна структуре поваренной соли. Реактив гигроскопичен, поглощает из воздуха влагу и углекислый газ. Хорошо растворяется в глицерине, не растворяется в этиловом спирте. В воде не растворяется, а вступает с ней в химическую реакцию. Не горит. Токсичен.
С химической точки зрения очень активное соединение, осно́вный оксид. Реагирует с водой с образованием щелочи Ca(OH)2 и выделением большого количества тепла. В реакции с кислотами и кислотными оксидами образует соли. Взаимодействует с углеродом (получается карбид CaC2). Вступает в реакцию с метиловым спиртом, оксидами металлов, с металлами, с хлором, бромом и другими галогенами, углекислым газом, серой, фосфором, кремнием и многими другими веществами.
Меры предосторожности
Негашеная известь — едкое вещество, которое относится ко 2-му (высокоопасному) классу веществ. Особенно опасно смешивать оксид с водой. Во-первых, можно обжечься; во-вторых, образующаяся щелочь разъедает кожу. Но даже без воды оксид действует на кожу как щелочь: вытягивает влагу из кожи, разрушает белки, омыляет жиры, вызывает химический ожог.
Опасность представляют известковая пыль, ее пары и аэрозольные частицы. Они попадают в органы дыхания, вызывая раздражение и кашель. При попадании в легкие могут вызвать пневмонию. Проглатывание оксида кальция вызывает ожог пищевода и желудка.
Очень опасен реактив для слизистых носа и особенно глаз. Способен вызвать язвы слизистой носа и даже прободение носовой перегородки.
Пострадавшему от контакта с химикатом обязательно следует вызвать скорую помощь. До приезда скорой нужно хорошо промыть место поражения: кожу, глаза, пищевод.
При работе с оксидом кальция (как на производствах, так и в быту) следует использовать защитную одежду; респиратор; очки; перчатки, стойкие к щелочам. На предприятиях обязательно контролируют ПДК реактива в воздухе. Рабочее место должно располагаться в помещении с общей принудительной вентиляцией. Места высокого риска пыления дополнительно снабжаются локальной вытяжной вентиляцией.
Хранят реактив в герметичной упаковке 
(многослойные ламинированные бумажные мешки), на сухих крытых складах с хорошей механической вентиляцией, при комнатной температуре. Реактив несовместим с водой, фтором, сильными кислотами.
В лабораториях работы следует проводить в вытяжном шкафу. Хранят реактив в герметичных стеклянных или пластиковых сосудах с обязательными предупреждающими этикетками.
Негашёная известь – это оксид кальция. Его получают в лабораториях и промышленным путём из природных материалов. Вещество активно используется в строительстве и промышленности.
Физические свойства
Оксид кальция – неорганическое кристаллическое вещество в виде белого или серо-белого порошка без запаха и вкуса. Твёрдое вещество кристаллизуется в кубические гранецентрированные кристаллические решётки по типу хлорида натрия (NaCl).
Рис. 1. Кубические гранецентрированные кристаллические решётки.
Общее описание вещества представлено в таблице.
Признак | Значение |
Формула соединения оксид кальция | CaO |
Температура плавления | 2627°C |
Температура кипения | 2850°C |
Растворимость | В глицерине. В этаноле не растворяется, с водой образует гидроксид |
Молярная масса | 56,077 г/моль |
Плотность | 3,37 г/см3 |
Химическая связь в кристалле | Ионная |
Оксид кальция – едкое вещество, относящееся ко второму классу опасности. Агрессивные свойства проявляет при взаимодействии с водой, образуя гашёную известь.
Рис. 2. Порошок оксида кальция.
Получение
Оксид кальция также называют жжёной известью из-за способа получения. Получают негашёную известь путём нагревания и разложения известняка – карбоната кальция (CaCO3).
Это природное вещество, встречающееся в форме минералов – арагонита, ватерита, кальцита. Входит в состав мрамора, мела, известняка.
Реакция получения оксида кальция из известняка выглядит следующим образом:
CaCO3 → CaO + CO2.
Кроме того, негашёную известь можно получить двумя способами:
- из простых веществ, наращивая оксидный слой на металле –
2Ca + O2 → 2CaO;
- при термической обработке гидроксида или солей кальция –
Ca(OH)2 → CaO + H2O; 2Ca(NO3)2 → 2CaO + 4NO2 + O2.
Реакции протекают при высоких температурах. Температура сожжения известняка – 900-1200°C. При 200-300°C на поверхности металла начинает образовываться оксид. Для разложения солей и гидроксида необходима температура в 500-600°C.
Химические свойства
Оксид кальция является высшим оксидом и максимально проявляет окислительные свойства. Соединения взаимодействует с неорганическими веществами и свободными галогенами. Основные химические свойства оксида приведены в таблице.
Реакции | Что образуется | Молекулярное уравнение |
С водой | Образуется гидроксид (гашёная известь). Реакция протекает бурно с выделением тепла | CaO + H2O → Ca(OH)2 |
С кислотами | Растворяется, образуя соли | CaO + 2HCl → CaCl2 +H2O |
С оксидами неметаллов (кислотными остатками) | Образуются соли | CaO + SO2 → CaSO3 |
С углеродом при нагревании | Образуется карбид кальция | CaO + 3С → СаС2 + CO |
С алюминием | Восстанавливает кальций. Образуется оксид алюминия | 3CaO + 2Al → Са + Al2O3 |
Применение
Оксид используется в пищевой промышленности в качестве:
- улучшителя муки и хлеба;
- пищевой добавки Е529;
- регулятора кислотности;
- питательной среды для дрожжей;
- катализатора гидрогенизации (присоединения водорода) жиров.
Кроме того, негашёная известь применяется в химической и строительной промышленности для производства различных веществ:
- масел;
- стеарата кальция;
- солидола;
- огнеупорных материалов;
- гипса;
- высокоглиноземистого цемента;
- силикатного кирпича.
Рис. 3. Цемент, кирпич, гипс получают из оксида кальция.
Что мы узнали?
Оксид кальция или негашёная известь – кристаллическое вещество, бурно реагирующее с водой и образующее гашёную известь. Широко используется в промышленности, в частности пищевой и строительной. Зарегистрирован как пищевая добавка Е529. Имеет высокие температуры плавления и кипения, растворяется только в глицерине. Образуется при сжигании карбоната кальция. Проявляет окислительные свойства, образует соли с оксидами и кислотами, взаимодействует с углеродом и алюминием.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.6. Всего получено оценок: 79.
[Deposit Photos]
Кальций располагается в четвертом большом периоде, второй группе, главной подгруппе, порядковый номер элемента — 20. Согласно периодической таблице Менделеева, атомный вес кальция — 40,08. Формула высшего оксида — СаО. Кальций имеет латинское название calcium, поэтому символ атома элемента — Са.
Характеристика кальция как простого вещества
При обычных условиях кальций — это металл серебристо-белого цвета. Имея высокую химическую активность, элемент способен образовывать множество соединений разных классов. Элемент представляет ценность для технических и промышленных химических синтезов. Металл широко распространен в земной коре: его доля составляет около 1,5 %. Кальций относится к группе щелочноземельных металлов: при растворении в воде он дает щелочи, но в природе встречается в виде множественных минералов и солей. Морская вода содержит кальций в больших концентрациях (400 мг/л).
Чистый натрий
[Wikimedia]
Характеристики кальция зависят от строения его кристаллической решетки. У этого элемента она бывает двух типов: кубическая гранецентрическая и объемноцентрическая. Тип связи в молекуле кальция — металлический.
Природные источники кальция:
- апатиты;
- алебастр;
- гипс;
- кальцит;
- флюорит;
- доломит.
Физические свойства кальция и способы получения металла
В обычных условиях кальций находится в твердом агрегатном состоянии. Металл плавится при 842 °С. Кальций является хорошим электро- и теплопроводником. При нагревании он переходит сначала в жидкое, а затем в парообразное состояние и теряет металлические свойства. Металл является очень мягким и режется ножом. Кипит при 1484 °С.
Под давлением кальций теряет металлические свойства и способность к электропроводимости. Но затем металлические свойства восстанавливаются и проявляются свойства сверхпроводника, в несколько раз превышающего по своим показателям остальные элементы.
Кальций долго не удавалось получить без примесей: из-за высокой химической активности этот элемент не встречается в природе в чистом виде. Элемент был открыт в начале XIX века. Кальций как металл впервые синтезировал британский химик Гемфри Дэви. Ученый обнаружил особенности взаимодействия расплавов твердых минералов и солей с электрическим током. В наши дни электролиз солей кальция (смеси хлоридов кальция и калия, смеси фторида и хлорида кальция) остается самым актуальным способом получения металла. Кальций также извлекают из его оксида с помощью алюминотермии — распространенного в металлургии метода.
Химические свойства кальция
Кальций — активный металл, вступающий во многие взаимодействия. При нормальных условиях он легко реагирует, образуя соответствующие бинарные соединения: с кислородом, галогенами. Нажмите здесь, чтобы узнать больше о соединениях кальция. При нагревании кальций реагирует с азотом, водородом, углеродом, кремнием, бором, фосфором, серой и другими веществами. На открытом воздухе мгновенно взаимодействует с кислородом и углекислым газом, поэтому покрывается серым налетом.
Бурно реагирует с кислотами, при этом иногда воспламеняется. В солях кальций проявляет интересные свойства. Например, пещерные сталактиты и сталагмиты — это карбонат кальция, постепенно образовавшийся из воды, углекислого газа и гидрокарбоната в итоге процессов внутри подземных вод.
Из-за высокой активности в обычном состоянии кальций хранится в лабораториях в темной герметичной стеклянной посуде под слоем парафина или керосина. Качественная реакция на ион кальция — окрашивание пламени в насыщенный кирпично-красный цвет.
Кальций окрашивает пламя в красный цвет
[Wikimedia]
Идентифицировать металл в составе соединений можно по нерастворимым осадкам некоторых солей элемента (фторид, карбонат, сульфат, силикат, фосфат, сульфит).
Реакция воды с кальцием
Кальций хранят в банках под слоем защитной жидкости. Чтобы провести опыт, демонстрирующий, как происходит реакция воды и кальция, нельзя просто достать металл и отрезать от него нужный кусочек. Металлический кальций в лабораторных условиях проще использовать в виде стружки.
Если металлической стружки нет, а в банке есть только большие куски кальция, потребуются пассатижи или молоток. Готовый кусочек кальция нужного размера помещают в колбу или стакан с водой. Кальциевую стружку кладут в посуду в марлевом мешочке.
Кальций опускается на дно, и начинается выделение водорода (сначала в месте, где находится свежий излом металла). Постепенно с поверхности кальция выделяется газ. Процесс напоминает бурное кипение, одновременно образовывается осадок гидроксида кальция (гашёная известь).
Гашение извести
[Flickr]
Кусок кальция всплывает, подхваченный пузырьками водорода. Примерно через 30 секунд кальций растворяется, а вода из-за образования взвеси гидроксида становится мутно-белой. Если реакцию проводить не в стакане, а в пробирке, можно наблюдать выделение тепла: пробирка быстро становится горячей. Реакция кальция с водой не заканчивается эффектным взрывом, но взаимодействие двух веществ протекает бурно и выглядит зрелищно. Опыт безопасен.
Если мешочек с оставшимся кальцием вынуть из воды и подержать на воздухе, то через некоторое время в результате продолжающейся реакции наступит сильное разогревание и оставшаяся в марле вода закипит. Если часть помутневшего раствора отфильтровать через воронку в стакан, то при пропускании через раствор оксида углерода CO₂ получится осадок. Для этого не нужен углекислый газ — можно продувать выдыхаемый воздух в раствор через стеклянную трубочку.
Химические свойства гидроксида металла во многом зависят от того, к какой группе он принадлежит — к щелочам или к нерастворимым основаниям.
Общие химические свойства щелочей
1. Кристаллы щелочей при растворении в воде полностью диссоциируют, то есть распадаются на положительно заряженные ионы металла и отрицательно заряженные гидроксид-ионы.
A) Например, при диссоциации гидроксида натрия образуются положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные гидроксид-ионы:
NaOH→Na++OH−.
Б) Процесс диссоциации гидроксида кальция отображается следующим уравнением:
Ca(OH)2→Ca2++2OH−.
2. Растворы щелочей изменяют окраску индикаторов.
Фактически с индикатором взаимодействуют гидроксид-ионы, содержащиеся в растворе любой щёлочи. При этом протекает химическая реакция с образованием нового продукта, признаком протекания которой является изменение окраски вещества.
Изменение окраски индикаторов в растворах щелочей
Индикатор | Изменение окраски индикатора |
| Лакмус | Фиолетовый лакмус становится синим |
| Фенолфталеин | Беcцветный фенолфталеин становится малиновым |
Универсальный индикатор | Универсальный индикатор становится синим |
Видеофрагмент:
Действие щелочей на индикаторы
3. Щёлочи взаимодействуют с кислотами, образуя соль и воду.
Реакции обмена между щелочами и кислотами называют реакциями нейтрализации.
А) Например, при взаимодействии гидроксида натрия с соляной кислотой образуются хлорид натрия и вода: NaOH+HCl→NaCl+H2O.
Видеофрагмент:
Взаимодействие гидроксида натрия с соляной кислотой
Б) Если нейтрализовать гидроксид кальция азотной кислотой, образуются нитрат кальция и вода:
Ca(OH)2+2HNO3→Ca(NO3)2+2H2O.
4. Щёлочи взаимодействуют с кислотными оксидами, образуя соль и воду.
А) Например, при взаимодействии гидроксида кальция с оксидом углерода((IV)) т. е. углекислым газом, образуются карбонат кальция и вода:
Ca(OH)2+CO2→CaCO3↓+H2O.
Обрати внимание!
При помощи этой химической реакции можно доказать присутствие оксида углерода((IV)): при пропускании углекислого газа через известковую воду (насыщенный раствор гидроксида кальция) раствор мутнеет, поскольку выпадает осадок белого цвета — образуется нерастворимый карбонат кальция.
Б) При взаимодействии гидроксида натрия с оксидом фосфора((V)) образуются фосфат натрия и вода:
6NaOH+P2O5→2Na3PO4+3H2O.
5. Щёлочи могут взаимодействовать с растворимыми в воде солями.
Обрати внимание!
Реакция обмена между основанием и солью возможна в том случае, если оба исходных вещества растворимы, а в результате образуется хотя бы одно нерастворимое вещество (выпадает осадок).
А) Например, при взаимодействии гидроксида натрия с сульфатом меди((II)) образуются сульфат натрия и гидроксид меди((II)):
2NaOH+CuSO4→Na2SO4+Cu(OH)2↓.
Б) При взаимодействии гидроксида кальция с карбонатом натрия образуются карбонат кальция и гидроксид натрия:
Ca(OH)2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaOH.
6. Малорастворимые щёлочи при нагревании разлагаются на оксид металла и воду.
Например, если нагреть гидроксид кальция, образуются оксид кальция и водяной пар:
Ca(OH)2⟶t°CaO+H2O↑.
Общие химические свойства нерастворимых оснований
1. Нерастворимые основания взаимодействуют с кислотами, образуя соль и воду.
А) Например, при взаимодействии гидроксида меди((II)) с серной кислотой образуются сульфат меди((II)) и вода:
Cu(OH)2+H2SO4→CuSO4+2H2O.
Б) При взаимодействии гидроксида железа((III)) с соляной (хлороводородной) кислотой образуются хлорид железа((III)) и вода:
Fe(OH)3+3HCl→FeCl3+3H2O.
Видеофрагмент:
Взаимодействие гидроксида железа((III)) с соляной кислотой
2. Некоторые нерастворимые основания могут взаимодействовать с некоторыми кислотными оксидами, образуя соль и воду.
Например, при взаимодействии гидроксида меди((II)) с оксидом серы((VI)) образуются сульфат меди((II)) и вода:
Cu(OH)2+SO3⟶t°CuSO4+H2O.
3. Нерастворимые основания при нагревании разлагаются на оксид металла и воду.
А) Например, при нагревании гидроксида меди((II)) образуются оксид меди((II)) и вода:
Cu(OH)2⟶t°CuO+H2O.
Видеофрагмент:
Разложение гидроксида меди((II))
Б) Гидроксид железа((III)) при нагревании разлагается на оксид железа((III)) и воду:
2Fe(OH)3⟶t°Fe2O3+3H2O.