Реферат
Загальна характеристика кальцію
Вступ
З раннього дитинства ми засвоюємо з молоком матері практично всі
найважливіші для нормального розвитку речовини і, насамперед — необхідну
на той момент кількість кальцію.
З часом кількість молока в нашому повсякденному раціоні зменшується, а
відповідно — до організму надходить менше кальцію.
Кальцій — основний компонент кісткової тканини, який забезпечує міцність
кісток. Близько 99% кальцію в організмі міститься в кістках і зубах, 1%
— в крові та м’яких тканинах. Певна кількість іонів кальцію необхідна
також для забезпечення основних життєвих функцій. Їх відсутність
призводить до порушення згортання крові, проведення імпульсів по
нервових волокнах, скорочення м’язів.
Організм людини постійно потребує певної кількості кальцію, яка
коливається протягом життя. Під час активного росту, коли інтенсивно
розвивається кісткова тканина, збільшується кількість кальцію.
Необхідність у кальції для підтримання структури кісткової тканини
знижується у людей середнього віку. Значно більше кальцію необхідно
людині при патологічних станах, під час менопаузи, в період вагітності,
у разі застосування деяких лікарських засобів.
Кальцій потрапляє до організму з їжею. Зі всієї кількості кальцію, що
надходить до організму з їжею, засвоюється лише 25–35% у дорослих та до
70% у дітей. Всмоктування кальцію відбувається у тонкому кишечнику, його
абсорбція з кишечнику підвищується у періоди високої потреби організму в
кальції або у разі низького вмісту кальцію в раціоні.
Організм людини самостійно підтр имує баланс кальцію — величину,
необхідну для нормальної життєдіяльності. Щоденно внаслідок кальцієвого
обміну близько 0,4 г кальцію надходить до депо в організмі і стільки ж
виводиться.
Серйозні порушення кальцієвого обміну нерідко обумовлені дефіцитом в
організмі вітаміну D3 (колекальциферолу), який підтримує стабільний
рівень іонів кальцію в сироватці крові, регулює обмін фосфору в
організмі. Це досить часто спостерігається у людей похилого віку, які
змушені обмежувати свій раціон через матеріальний стан, позбавляючи себе
їжі, багатої на вітамін D (жирна риба, риб’яча печінка та ін.). Як
правило, ці люди рідко бувають на сонці, мало рухаються і, головне, в
них спостерігається зниження активності метаболічних процесів, що
забезпечують перетворення вітаміну D на його активні форми.
Кількість засвоєного кальцію залежить і від якості харчування —
наявності в раціоні фосфатів, оксалатів, жирів, білків.
Якщо до організму з їжею надходить недостатня кількість кальцію та
вітаміну D3, відбувається «вимивання» кальцію з кісткової тканини для
підтримання його балансу в організмі. При тривалому дефіциті кальцію
розвивається остеопороз, внаслідок якого кістки стають крихкими і легко
ламаються. Лікування остеопорозу та інших патологічних станів,
обумовлених дефіцитом кальцію, вимагає значних затрат часу та коштів.
Загальна характеристика кальцію, розповсюдження на планеті
Кальцій один з найважливіших біометалів, найпоширеніший серед них у
природі — його вміст в земній корі становить близько 3,5%. Він міститься
в різних мінералах і гірських породах (доломіти, мергелі, леси, апатити
тощо), є в багатьох природних водах. Приймає участь в процесі
грунтоутворення, покращує структуру грунту, впливає на реакцію
середовища і рухомість інших біоелементів. Досить активний в хімічному
плані елемент.
Вміст в природі кальцію такий:
грунт 1,37
морська вода 0,04
тваринні організми 0,3
рослинні організми 1,9
Найпоширеніша форма елементу — карбонат кальцію.
Овочеві культури концентрують у 20-30 разів кальцію більше ніж злаки,
особливо це відноситься до листяних овочевих: шпинат, щавель, салат,
капуста, цибуля, томати та ін. тому дефіцит кальцію локалізують за
станом овочевих культур. Переміщення кальцію всередині рослини обмежено,
тому цей елемент є малорухливим, не підлягає реутилізації.
Вміст кальцію в деяких культурах наведено в таблиці 1.
В порівнянні з іншими біометалами кальцій в тваринах міститься в
найбільшій кількості. Основна його маса (до 99%) зосереджено в кісткових
тканинах переважно у вигляді гідроксоапатиту Ca5(PO4)3OH та інших солей
фосфорної кислоти. Кісткові тканини швидко реагують на зміни
водно-сольового складу крові і виконують роль своєрідного буфера, який
підтримує рівновагу внутрішнього середовища організму.
В організмі людини і тварин кальцій поступає в основному з продуктами
харчування: молоко, овочі, злаки. Наявність грубої клітковини і
підвищеної кількості щавлевої кислоти не сприяє засвоєнню кальцію.
Особливо важливе значення для збагачення організму іонами кальцію має
питна вода, в якій є гідрокарбонат кальцію Ca(HCO3)2.
Кісткові тканини здатні адсорбувати на поверхню Pb, Sr, Ra, U та ін
радіонукліди, що веде за собою порушення кровотворної функції кісткового
мозку. Раніше люди вважали, що скелет є опорою тіла і сприяє його руху,
та зараз встановили, що він приймає активну участь в обміні речовин і
перед усе – кальцію.
Завдяки активності кальцію його використовують для відновлення деяких
тугоплавких металів (титан, цирконій і т.д.) з оксидів. Кальцій також
використовують на виробництві для очистки криці та чавуну від кисню,
сірки та фосфору для отримання деяких міцних сплавів.
Розташування в періодичній системі Д.І.Менделєєва, будова атома, можливі
валентності в сполуках, здатність до комплексоутворювання, найважливіші
комплексні сполуки з біолігандами.
Кальцій належить до 4 періоду II групи періодичної системи елементів
Д.І.Менделєєва. Кальцій, виходячи з будови атома, належить до
неперехідних елементів. Для цих елементів характерна постійність ступеня
окислення і утворення іонів із завершеною електронною конфігурацією,
подібної до оболонки інертних газів.
Кальцій на зовнішньому електронному рівні має 2 валентних електрони, які
він може легко віддавати, перетворюючись в іони з електронною
конфігурацією аргону.
Атомний радіус кальцію менший ніж атомний радіус металів І групи
внаслідок високих зарядів ядер. Енергія іонізації атомів кальцію більша
ніж енергія іонізації відповідного металу І групи. Внаслідок малих
розмірів іони кальцію поляризуються в меншій мірі ніж ізоелектронні іони
лужних металів, тому сполуки кальцію в своїй більшості носять іонний
характер. Однак внаслідок поляризації аніона катіоном Са2+ проявляється
тенденція до утворення ковалентних зв’язків. Тому кальцій здатен
утворювати досить міцні донорно-акцепторні зв’язки з атомами азоту і
кисню проявляючи при цьому комплексоутворювальні властивості.
Має властивість гідратуватися в розчинах. За ступенем онності стоїть між
літієм, натрієм, берилієм та магнієм з одного боку і поступається в
цьому калію, рубідію, стронцію, цезію та барію з іншого.
Кальцій — жорсткий метал класу а. Для нього (класу) характерні малі
розміри, високі заряди, низька поляризація. Радіус атома кальцію 0,94A.
Він може утворювати комплексні сполуки з жорсткими лігандами: Н2О, ОН-,
F-, СІ-, СН3СО2-, N2H4, РО43-, SO42-, СО32-, СІО4-, NO3-, NH3, R-OH,
R2O, RNH2. Оскільки біологічні комплекси переважно утворюються з
жорстких металів і жорстких лігандів ці сполуки заслуговують на увагу. У
виняткових випадках кальцій може утворювати біокомплекси з такими
перехідними лігандами як C6H5NH2, C2H5N, N2-, N3-, Br-, NO2-, SO3-.
Кальцій також може міцно зв’язуватися з жорсткими донорними атомами О,
N, F бо вони дуже електронегативні.
Для кальцію характерне найпоширеніше серед біометалів координаційне
число 6. Також може бути координаційне число 7 в таких сполуках як
хелатне чотирьохчленне кільце в кристалі [Ca(Hgly Gly Gly)(H2O)2]
Cl2*H2O. Три зв’язки Са-О карбоксильні, два зв’язки Са-О пептидні і два
зв’язки йдуть на Са(ОН)2.
Кальцій дуже добре вступає в реакцію з гемоціаніном та фенілаланіном.
Кальцій добре пов’язується з АТФ і АДФ внаслідок чого утворюються хелати
на кінцях з фосфатами. В цьому випадку Са пов’язується швидко, але не
так міцно як Мg. На цих властивостях побудовано декілька фізіологічно
важливих реакції енергетичного обміну.
Доведено, що кальцій також може добре вступати в реакції
комплексоутворення з макроциклічними лігандами, наприклад, такими, які
входять до складу порфіринового кільця хлорофілу. Є фактом і те, що
кальцій може зв’язуватися з такими макромолекулами як ДНК і РНК.
Особливо важливою є взаємодія з тірозил-, пролін- та
глутамін-тРНК-синтетазами. Він їх активує. Виявлені реакції з
глутаматдигідрогеназами та кіназами. Входить до складу ?-амілаз,
фосфоліпаз, ?-лактаз структурно.
Роль елементу в житті рослин, потреба різних рослин в кальції, проблеми,
що виникають при його надлишку та нестачі.
Кальцій як і будь-який біометал відіграє неабияку роль у функціонуванні
рослинних і тваринних організмів. Це визначено його властивостями, які
описані вище.
В рослинній клітині кальцій регулює фізико-хімічний стан цитоплазми:
підтримує колоїдний стан, визначає нараду з магнієм та іншими елементами
кислотність середовища. Завдяки стабільності стану цитоплазми
спостерігається тургор рослини, йде активний обмін та синтез сполук.
Кислотність спричиняє активізацію або інгибіювання певних синтезів,
визначає напрямок багатьох фізико-хімічних реакцій. Кальцій знижує
ступінь гідратації колоїдів та рівень обводненості тканин в цілому,
зв’язує нуклеотиди. Звичайно, що при порушенні балансу в першу чергу
негативні наслідки виявляються в дестабілізації водного обміну.
Також кальцій приймає участь в зв’язувані атмосферного азоту в
симбіотичних (Rizobium) та вільноживучих бактеріях (Azotobacter).
Кальцій приймає участь в кооперативному зв’язуванні О2 (гемоцианіном).
?
X”–”¬”?”th”,#?#2& &1/4)F,¦.?0¶0-2 2?aaaIIII»aaaaaaa¬
3ходження молібдену, міді, кобальту та інших біоелементів. Є бар’єром
для органічних кислот, бо міцно пов’язує їх переводячи в нерозчинну сіль
(наприклад для щавлевої в CaC2O4). Концентрується в старих тканинах.
Інгибує гліцил-тРНК але обертає інактивацію глутамінсинтетази. Активно
діє в реакціях, пов’язаних з перерозподілом енергії (комплекси АТФ і
АДФ).
Кальцій впливає на рухомі форми марганцю в грунті. Особливо гостро ця
проблема стоїть при вапнуванні грунтів. Mn переходить з ступеню
окислення 2+ до 4+ в якій він недоступний для організмів. Це випливає в
серйозні порушення в плодючості тварин і призводить, навіть, до
стерилізації ВРХ.
Кальцій сприяє мінералізації органічних сполук і звільненню різних
поживних речовин. Приймає участь у синтезі білкових речовин, сприяє
утворенню хлорофілу, впливає на рухомість асимілянтів у рослин. Кальцій
нейтралізує в рослині щавлеву кислоту, яка утворюється при розкладі
білків,
В рослинах кальцій потрібен для перетворення поглинутих нітратів в
органічні сполуки.
При нестачі кальцію в рослин спостерігається зниження тургору, зменшення
лінійного росту пагонів (стають короткими і товстими, здерев’янілими) та
кінців коріння (“бульби”). Взагалі страждають в першу чергу молоді
органи — вони жовтіють, буріють, з’являються некрози.
Іноді агрономи можуть ідентифікувати несправжній надлишок калію, магнію,
бору, хоча це спричинено дефіцитом саме кальцію. Це спостерігається
частіше на легких кислих грунтах, де він вимивається. Фізико-хімічні
властивості цих грунтів несприятливі для розвитку рослин (окрім
кальцієфобів).
Обмін кальцію здійснюється під впливом біологічно активних речовин,
серед яких особливо важливий вітамін D (кальциферол). Коли в організмі
спостерігається його мала кількість, то уповільнюється надходження
кальцію в кісткові тканини, що призводить до розвитку рахіту та ін.
порушень пов’язаних з розм’якшенням кісток. Стійкість скелету організму
залежить також від дії на нього гравітації і в умовах невагомості
порушується. У поєднанні з недостатньою рухомістю людини в космосі
порушується фосфорно-кальцієвий обмін, тому в меню космонавтів
обов’язково включають компоненти збагачені кальцієм.
Особлива роль належить кальцію в механізмі м’язового скорочення. Цей
процес проходить при взаємодії двох м’язових білків-міозину і актину. В
результаті приєднання іонів кальцію актин здатен взаємодіяти з міозином
з утворенням актоміозину, який є каталізатором розщеплення АТФ, при
якому вивільняється енергія для м’язового скорочення.
Іони кальцію приймають участь в передачі нервових імпульсів в процесі
звертання крові, уповільнює дію токсинів, підвищує стійкість організму
до інфекцій, сприяє обміну заліза.
Форми та види кальцієвих добрив, природні та промислові.
Кальцій як елемент добувають шляхом електролізу його хлориду (СаНl). Але
як елемент його вносити не можна, бо ця форма не засвоюється рослинами.
Вносять кальцій не стільки для забезпечення його балансу як
мікроелемента, скільки для регулювання кислотності грунту — проводять
так зване вапнування.
RH+CaCO3(RCa+H2O+CO2
Разом з вапняковими матеріалами часто вносять і інші мікроелементи, бо
переважна більшість добрив з вмістом кальцію природного походження.
В таблиці 2 представлені вапнякові добрива та їх властивості
Вапнування попереджує токсичність алюмінію, фіксує фосфор, підвищує
мікробіологічну активність, зрівноважує кислотність (звичайно за умови
правильного використання).
Аналітичні методи якісного та кількісного визначення кальцію в грунті,
рослинах та сільськогосподарській продукції.
Аналіз поділяють на якісний та кількісний. Деякі сучасні фізико-хімічні
методи поєднують в собі обидва типи.
Для кальцію властиві наступні хімічні реакції, за якими його визначають
в грунтових витяжках, рослинах, сільськогосподарській продукції:
Карбонат амонію — осад білий, аморфний, при нагріванні кристалізується.
Са2++(NH4)2СО3(CaCO3?+ 2NH4
Сірчана кислота (солі лужних металів): з концентрованих розчинів дає
білий осад Са2++SO42-(CaSO4?
Оксалат амонію (щавелекислий амоній) — основна якісна реакція в
агрохімічному аналізі, заважають іони барію та стронцію. Дає білий осад,
який розчиняється в мінеральних кислотах але нерозчинний в оцтовій
кислоті. Са2++(NH4)2С2O42-(CaC2O4?+2NH4
Забарвлення полум’я. Леткі солі (хлориди або нітрати) забарвлюють
полум’я в цеглисто-червоний колір.
Для визначення вмісту разом з магнієм (жорсткість води) користуються
трилоном Б, з яким ці метали утворюють комплексну сполуку синього
кольору.
Ці реакції виконуються в певних комбінаціях, які дають визначення
кальцію навіть при домішках споріднених елементів.
Сучасні методи дослідження:
Потенціометрія — використовується кальцієселективний електрод ЭМ-Са-01.
Дає вірні дані в межах від 0,1 до 10-4. Заважають магній, барій, натрій,
калій, амоній. При значних домішках використовують декілька електродів
для елементів, що заважають і по різниці визначають результат. Також
використовують потенціометричне титрування.
Полум’яна спектрометрія — на спектрофотометрах типа Флафо-4 з фільтром
“Са” — як якісний так і кількісний аналіз. Точність в межах 10-2 – 10-9.
Найякісніший та найшвидший аналіз.
Атомно-абсорбціонна спектрометрія. Все, що відноситься до п.2.
Фотоколориметрування. Використовують забарвлені комплекси з ЕДТА.
Заважають деякі елементи.
Масс-спектрометрія.
Метод мічених атомів.
Експрес-метод визначення присутності карбонатів кальцію в грунтах є дія
соляною кислотою. При цьому грунт в розрізі “вскіпає”.
Практична частина
Я провела досліди з Кальцієм, щоб на власному досвіді переконатися в
його властивостях.
В воду ми додали фенолфталеїн (індикатор).
Він змінює свій колір на малиновий в лужному середовищі.
Вода взаємодіє з Ca і утворює луг.
Ca+2H2O=Ca(OH)2+H2
Спочатку ми взяли невеликий кусочок кальцію в склянку з водою,
починається енергійна взаємодія. Виділяється газ. Він горить. Це водень.
Відбулася реакція внаслідок якої виділився водень і утворився розчинний
у воді Ca(OH)2 – луг. Це легко перевірити, добавивши до розчину
кілька крапель фіолетового лакмусу(речовина-визначник). З’являється синє
забарвлення як ознака того, що в розчині є луг.
Кальцій активний метал і він реагує з усіма кислотами.
Водень що виділяється спалахує.
Утворений гідроксид є лугом і належить до класу основ.
Горіння не бажане, бо активний метал. Зберігається в темному місці, в
сейфі, сріблястий, зберігається в олії, щоб не було реакції горіння.
Висновок
За поширеністю в природі кальцій займає п’яте місце серед хімічних
елементів (3,6% маси земної кори). У зв’язку з високою хімічною
активністю у вільному стані він не зустрічається. Найбільш поширеними
його сполуками є вапняк, крейда та мармур, які мають однаковий хімічний
склад CaCO3, але різну кристалічну будову.
Кларк К. в кам’яних метеоритах 1,4%, ультраосновних – 0,7%, основних –
6,72%, середніх – 4,65%, кислих породах – 1,58%.
К. входить до складу багатьох мінералів (силікати, алюмосилікати,
боросилікати, карбонати, сульфати, фосфати, ванадати, вольфрамати,
молібдати, титанати, ніобати, флуориди, хлориди та ін.). Складова
частина вапняків, мармуру тощо. Ці мінерали часто утворюють цілі гірські
масиви. У великих кількостях зустрічаються також апатити і фосфорити,
основою яких є фосфат кальцію Са3(РО4)2. Досить поширеним є мінерал гіпс
СаSO4 • 2Н2О.
Крім того, значні кількості сполук кальцію містяться в ґрунті і
природних водах, а також входять до складу тваринних і рослинних
організмів. Так, наприклад, мінеральна маса кісток і зубів тварин
містить близько 80% фосфату кальцію Са3(РО4)2, а шкаралупа яєць майже
повністю складається з карбонату кальцію СаСО3.
Металічний кальцій застосовують головним чином у металургії для
одержання деяких металів з їх оксидів, які важко відновлюються,
наприклад ванадію, хрому і ін.
• V2O5 + 5Ca = 2V + 5CaO
• Cr2O3 + 3Ca = 2Cr + 3CaO
Кальцій використовують також для розкиснення сталі і бронзи при їх
виплавці, а також для виготовлення деяких сплавів. Так, сплав свинцю з
невеликою добавкою кальцію служить для заливки підшипників залізничних
вагонів.
Крім того, кальцій застосовують для зневоднення деяких органічних рідин
і інших цілей.
Використовують у металургії для виготовлення сплавів і як відновник.
Широко застосовують природні солі кальцію.
Список використаної літератури
Лебедь, Фiзична хiмiя Пiдручник для студентiв
Н.Я.Турова. Неорганічна хімія втаблицах.
Гречанюк В.Г. Фізична хімія і хімія силікатів: Підручник.
Ластухін Ю. О. Хімія природних органічних сполук
Слободяник М. С., Посібник з хімії для вчителів та абітурієнтів
Ян Гач, Хімія, 2005
Басов В.П., Родіонов В.М., Юрченко О.Г., Хімія: Навчальний посібник для
самопідготовки до іспитів
Неділько С. А., Попель П. П., Загальна й неорганічна хімія: задачі та
вправи.
Базелюк І. І. Довідкові матеріали з хімії / І. І. Базелюк, Л. П.
Величко, Н. В. Титаренко. – К.; Ірпінь: Перун, 1998. – 222с.
Годмен А. Иллюстрированный химический словарь / Пер. с англ. Е. Л.
Розенберга;
Гузей Л. С. Новый справочник по химии / Л. С. Гузей, В. Н. Кузнецов.–
М.: Большая Медведица, 2001.– 339 с.
Хімія: Великий довід. для школярів та абітурієнтів /Авт. розділів О. О.
Алфьорова, Н. С. Ахметов, Н. В. Богомолова; Пер. Л. В. Горішної та ін.–
Т.: Навч. кн.-Богдан, 2001.– 704 с.
Энциклопедия для детей. Т. 17. Химия / Глав. ред. В. А. Володин; Глав.
худож. Е. Дукельская. – М.: Аванта +, 2000.– 637с.: ил.
PAGE
PAGE 13
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
