钙
钙英文别名有CalciumshotNmmdia;CalciumturningsN;Calciumshavings.钙是一种金属元素，符号Ca，在化学元素周期表中位于第4周期、第IIA族，常温下呈银白色晶体。动物的骨骼、蛤壳、蛋壳都含有碳酸钙。可用于合金的脱氧剂、油类的脱水剂、冶金的还原剂、铁和铁合金的脱硫与脱碳剂以及电子管中的吸气剂等。它的化合物在工业上、建筑工程上和医药上用途很大。
中文名：钙
英文名：Calcium
符号：Ca
序号：20
族：2族
周期：4
元素分区：s
密度：1550kg/m3
外观：银白色
熔点：842℃
沸点：1484℃
地壳中质量：3%
电离能：6.113电子伏特
化学品类别：活泼金属单质
储存方式：储存在纯煤油中
1、简史
历史简介
石灰（氧化钙，CaO）是很有用的材料，由加热石灰石获取，且几个世纪以来被用于制作石膏和乳钵。AntoineLavoisier把它分类为“泥土”，因为它看起来不可能进一步还原了，但他推测其是一种未知元素的氧化物。在1808年，HumphryDavy试图电解潮湿的石灰来还原，就像他还原钠和钾一样，但他没有成功。然后他尝试石灰和氧化汞的混合物，这产生了钙和汞的合金，这不足以确定他获得了一个新的元素。（JönsJacobBerzelius也做了一个小型的试验，且同样获得了汞合金。）Davy尝试使用更多的石灰在这个混合物中，并生产了更多的汞合金，他蒸馏掉汞后得到了钙。
研究简史
长时期里，化学家们将从含碳酸钙的石灰石焙烧获得的钙的氧化物当作是不可再分割的物质。在1789年拉瓦锡发表的元素表中就列有它。但戴维不顾这些，在1808年开始对氧化钙进行电解。戴维刚开始选用的方法并不理想，所以无法将金属钙分离出来。到1808年5月，戴维从贝齐里乌斯和瑞典皇家医生蓬丁共同电解生石灰和水银的混合物取得钙的实验中获得了启发。他将湿润的生石灰和氧化汞按3比1的比例混合后，放置在一铂片上，与电池的正极相接，然后又在混合物中作一洼穴，灌入水银，插入一铂丝，与电池的负极相接，得到较大量钙汞合金。把钙汞合金经蒸馏后得到了银白色的金属钙。从此钙被确定为元素，并被命名为calcium，元素符号是Ca。calcium来自拉丁文中表示生石灰的词calx。
元素发布：地壳中钙含量为4.15%，占第五位。主要的含钙矿物有石灰石CaCO3、白云石CaCO3·MgCO3、石膏CaSO4·2H2O、萤石CaF2、磷灰石Ca5（PO4）3F等。蛋壳、珍珠、珊瑚、一些动物的壳体和土壤中都含有钙。海水中氯化钙占0.15%。
2、理化性质
元素周期表第Ⅱ族主族。银白色稍软的金属，有光泽。不溶于苯，微溶于醇，溶于酸、液氨。
电离能
（kJ/mol）：M-M+589.7 |
M+-M2+1145 |
M2+-M3+4910 |
M3+-M4+6474 |
M4+-M5+8144 |
M5+-M6+10496 |
M6+-M7+12320 |
M7+-M8+14207 |
M8+-M9+18191 |
M9+-M10+20385 |
晶胞参数
a=558.84pm |
b=558.84pm |
c=558.84pm |
α=90° |
β=90° |
γ=90° |
主要吸收线及其主要参数
λ（nm） |
f |
W |
F |
S* |
CL |
R·S |
422.7 |
1.49 |
0.7 |
A-A |
0.06 |
0.005 |
|
422.7 |
0.7 |
N-A |
0.03 |
0.005 |
1.0 |
|
239.9 |
0.037 |
0.7 |
N-A |
20 |
120 |
|
445.5 |
0.7 |
N-A |
λ：波长
f：振子强度
W：单色器光谱通带
N-A（氧化亚氮-乙炔焰）
S*：元素的特征浓度（1%吸收灵敏度）
CL：元素的检测极限
R·S：同一元素主要吸收线间的相对灵敏度
F：火焰类型
CASNO |
7440-70-2 |
EINECS |
231-179-5 |
熔点 |
1115K（842°C，1548°F） |
密度 |
1.55 |
沸点 |
1757K（1484°C，2703°F） |
氧化态 |
MainCa+2Other |
莫氏硬度 |
1.75 |
氧化物离解能（Do） |
5.0（eV） |
元素电离能（Ei） |
6.11（eV） |
原子体积（立方厘米/摩尔） |
25．9 |
元素在海水中的含量（ppm） |
390 |
地壳中含量（ppm） |
41000 |
元素在太阳中的含量：（ppm） |
70 |
同位素
符号 |
质子 |
中子 |
质量（原子质量单位） |
半衰期 |
原子核自旋 |
相对丰度 |
相对丰度的变化率 |
34Ca |
20 |
14 |
34.01412（32）# |
0+ |
|||
35Ca |
20 |
15 |
35.00494（21）# |
25.7（2）ms |
1/2+# |
||
36Ca |
20 |
16 |
35.99309（4） |
102（2）ms |
0+ |
||
37Ca |
20 |
17 |
36.985870（24） |
181.1（10）ms |
（3/2+） |
||
38Ca |
20 |
18 |
37.976318（5） |
440（8）ms |
0+ |
||
39Ca |
20 |
19 |
38.9707197（20） |
859.6（14）ms |
3/2+ |
||
40 |
20 |
20 |
39.96259098（22） |
稳定 |
0+ |
0.96941（156） |
0.96933-0.96947 |
41Ca |
20 |
21 |
40.96227806（26） |
1.02（7）×105a |
7/2- |
||
42Ca |
20 |
22 |
41.95861801（27） |
稳定 |
0+ |
0.00647（23） |
0.00646-0.00648 |
43Ca |
20 |
23 |
42.9587666（3） |
稳定 |
7/2- |
0.00135（10） |
0.00135-0.00135 |
44Ca |
20 |
24 |
43.9554818（4） |
稳定 |
0+ |
0.02086（110） |
0.02082-0.02092 |
45Ca |
20 |
25 |
44.9561866（4） |
162.67（25）d |
7/2- |
||
46Ca |
20 |
26 |
45.9536926（24） |
稳定 |
0+ |
0.00004（3） |
0.00004-0.00004 |
47Ca |
20 |
27 |
46.9545460（24） |
4.536（3）d |
7/2- |
||
48 |
20 |
28 |
47.952534（4） |
4.3（38）×1021a |
0+ |
0.00187（21） |
0.00186-0.00188 |
49Ca |
20 |
29 |
48.955674（4） |
8.718（6）min |
3/2- |
||
50Ca |
20 |
30 |
49.957519（10） |
13.9（6）s |
0+ |
||
51Ca |
20 |
31 |
50.9615（1） |
10.0（8）s |
（3/2-）# |
||
52Ca |
20 |
32 |
51.96510（75） |
4.6（3）s |
0+ |
||
53Ca |
20 |
33 |
52.97005（54）# |
90（15）ms |
3/2-# |
||
54Ca |
20 |
34 |
53.97435（75）# |
50#ms |
0+ |
||
55Ca |
20 |
35 |
54.98055（75）# |
30#ms |
5/2-# |
||
56Ca |
20 |
36 |
55.98557（97）# |
10#ms |
0+ |
||
57Ca |
20 |
37 |
56.99236（107）# |
5#ms |
5/2-# |
备注
1.画上#号的数据代表没有经过实验的证明，只是理论推测而已，而用括号括起来的代表数据不确定性。
2.钙（原子质量单位：40.078（4））共有个24同位素，其中有5个同位素是稳定的。化学性质
3.加热时与大多数非金属直接反应，如与硫、氮、碳、氢反应生成硫化钙CaS、氮化钙Ca3N2、碳化钙CaC2和氢化钙CaH2。加热时与二氧化碳反应。
钙元素
4.化学性质活泼，在空气中表面上能形成一层氧化物或氮化物薄膜，可减缓进一步腐蚀。可跟氧化合生成氧化钙，跟氮化合生成氮化钙Ca3N2，跟氟、氯、溴、碘等化合生成相应卤化物，跟氢气在400℃催化剂作用下生成氢化钙。常温下跟水反应生成氢氧化钙并放出氢气，跟盐酸稀硫酸等反应生成盐和氢气，跟碳在高温下反应生成碳化钙CaC2。加热时几乎能还原所有金属氧化物，在熔融时也能还原许多金属氯化物。
5.化合物：钙的重要化合物有氢化钙、氧化钙、过氧化钙、氯化钙、氟化钙、碳化钙、氢氧化钙、氰氨化钙、碳酸钙、次氯酸钙、硫酸钙等。钙与液氨反应生成Ca（NH3）6，是一种具金属光泽的导电固体；钙离子可以生成螯合物2－（EDTA为乙二胺四乙酸），钙离子与含有N、O配原子的化合物可生成配合物，与冠醚、穴醚生成大环配合物。氟化钙CaF2为白色晶体或粉末，密度3.18克/立方厘米，熔点1，418℃，沸点2，533.4℃，难溶于水，溶于强浓无机酸放出氟化氢。自然界的氟化钙矿物为萤石或氟石，常呈灰、黄、绿、紫等色。工业上常用氢氧化钙与氢氟酸中和制备氟化钙；用水吸收生产钙镁磷肥时的废气再用石灰乳中和，亦可制得氟化钙。过氧化钙CaO2为黄白色晶体，属四方晶系，密度2.9克/立方厘米，加热至275℃爆炸分解；易潮解，微溶于水，与稀硫酸反应生成过氧化氢。向氯化钙水溶液加入过氧化氢和氨水，或将氢氧化钙、氯化铵溶于水，再加入过氧化氢，两反应皆在0℃左右进行，并析出CaO2·8H2O晶体；在150～200℃脱水干燥，可得到无水过氧化钙。
6.常温下与水发生剧烈反应，生成氢氧化钙（石灰）、氢气水。
7.Ca+2H2O====Ca（OH）2+H2↑（置换反应）
8.溶于酸，能分解水而放出氢。
9.电子排布式：1s22s22p63s23p64s2
10.钙的有关化学方程式：
11.Ca+2HCl=CaCl2+H2↑（置换反应）
12.N2+3Ca=Ca3N2（化合反应）
13.3C+CaO=CaC2+CO↑（氧化还原反应）
14.CO2+Ca（OH）2（过量）=CaCO3↓+H2O（复分解反应）
15.2CO2（过量）+Ca（OH）2=Ca（HCO3）2（化合反应）
16.SO2+Ca（OH）2===CaSO3+H2O（复分解反应）
17.SO3+Ca（OH）2=CaSO4↓+H2O（复分解反应）
18.2HNO3+CaCO3=Ca（NO3）2+H2O+CO2↑（复分解反应）
19.2Cl2+2Ca（OH）2=CaCl2+Ca（ClO）2+2H2O（氧化还原反应）
20.CaH2+2H2O=Ca（OH）2+2H2↑（氧化还原反应）
21.2HF+CaCl2=CaF2+2HCl（复分解反应）
22.SiO2+CaO=CaSiO3（化合反应）
23.SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2↑（复分解反应）
24.Ca（HCO3）2=加热=CaCO3+H2O+CO2↑（分解反应）
25.CaCO3=高温=CaO+CO2↑（分解反应）
质子数 |
20 |
中子数 |
20 |
原子序数 |
20 |
核电荷数 |
20 |
所属周期 |
3 |
所属族数 |
IIA |
电子层分布 |
2-8-8-2 |
电子层 |
K-L-M-N |
3、制备方法
1.电解法将干燥后的无水氯化钙投入电解槽内，用氧炔焰喷熔电解槽内阳极（石墨）旁的原料，即开冷却水，将阴极（圆钢）放下，接触料液表面，通入电流。使熔融的料液流向阴极接通电路。待原料大部分熔融后继续再加新料，直到离槽沿2～3cm，温度正常为止。金属钙沉积在阴极上，电流为350～450A，电压为20～25V，在敲击阴极上沉积的金属钙以前，应将电流降低50～100A。待敲下的金属钙放入油中后，阴极再接触电解质液面，再使电流升高50～100A，为保持电解槽温度，应陆续加料。氯气由阳极逸出，回收利用。
CaCl2=（通电）Ca+Cl2↑（得到钙与副产品氯气。）
2.钙可由电解法及铝热还原法制得。电解氯化钙的熔融盐，产品的纯度仅为90%。热还原法是用铝在高温下还原氧化钙，产品纯度较高（99%）。其工艺过程也比较简单，是近几年采用的方法。首先由CaCO3焙烧制得CaO。铝最好是小颗粒或薄片。氧化钙与铝的摩尔比为3∶2。配料混合后制成料坯。手动油压机的压力可低于制造镁硅料坯的压力。
3.金属钙可采用在780～800℃电解熔融氯化钙。电解槽可以为石墨坩埚，阳极采用石墨，以铁棒或石墨棒为阴极。阴极的电流密度保持100A/cm2。随着金属钙的析出，将阴极逐渐提高。金属钙上遮盖了一层在空气中凝固了的熔融氯化钙而防止氧化。制得钙纯度为98%～99%，杂质为铁、硅、铝、痕量的炭和若干氯。
4.先由石灰石与盐酸反应得到氯化钙：
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
4、产品用途
1.广泛用于冶金、化工、医药、电器等工业中,钢铁熔炼时可作脱氧和脱磷剂,有色冶炼中是极好的还原剂等。
液体钙
2.用于与铝、酮、铅制合金,也用作制铍的还原剂、合金的脱氧剂、油脂脱氢等。
5、相关消息
石墨烯钙钛矿太阳能电池研究取得新突破
近日，中国科学院重庆绿色智能技术研究院在柔性石墨烯钙钛矿太阳能电池研发上取得新进展，制备出效率为12%的标准钙钛矿太阳能电池，同时制备的石墨烯电极透过率大于85%，方阻小于50欧方。
研空人员通过开发可代替ITO的高性能石墨烯柔性透明电极，并将其与钙钛矿太阳能电池结合，研发出高效柔性石墨烯钙钛矿太阳能电池及低成本量产工艺。
目前，光伏产业正处在由柔性薄膜太阳能电池取代晶硅太阳能电池的转型期。钙钛矿太阳能电池是目前唯一一种可以低成本制造的高效太阳能电池，可制成柔性电池、超轻电池、半透明电池和彩色电池等