ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Гидроксид кальция (гашеная известь, портландит) представляет собой вещество белого цвета (рис. 1), которое при нагревании разлагается без плавления.

Он плохо растворяется в воде (образуется разбавленный щелочной раствор).

Гидроксид кальция - сильное основание, малорастворимое в воде; 1 л воды растворяет при 20 o С всего 1,56 г Ca(OH) 2 . Насыщенный раствор гидроксида кальция называется известковой водой и имеет щелочную реакцию. На воздухе известковая вода быстро становится мутной вследствие поглощения ею диоксида углерода и образования нерастворимого карбоната кальция.

Рис. 1. Гидроксид кальция. Внешний вид.

Основные характеристики гидроксида кальция приведены в таблице ниже:

Получение гидроксида кальция

Если облить жженую известь (оксид кальция) водой, то вода впитывается пористыми кусками извести и реагирует с ней с выделением значительного количества теплоты. При этом часть воды превращается в пар, а куски извести рассыпаются в рыхлую массу гидроксида кальция:

CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 + 65 kJ.

Химические свойства гидроксида кальция

Гидроксид кальция проявляет основные свойства, т.е. реагирует с неметаллами (1, 2), кислотными оксидами (3, 4), кислотами (5, 6) и солями (7):

2Ca(OH) 2 + 2Cl 2 = Ca(ClO) 2 + CaCl 2 + 2H 2 O (1);

3Ca(OH) 2 + 6H 2 O + 2P 4 = 3Ca(PH 2 O 2) 2 + 2PH 3 (2);

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O (3);

Ca(OH) 2 + SO 2 = CaSO 3 ↓ + H 2 O (4);

Ca(OH) 2 + 2HCl dilute = CaCl 2 + 2H 2 O (5);

Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 (conc) = CaSO 4 ↓ + 2H 2 O (6);

Ca(OH) 2 + 2NaClO = Ca(ClO) 2 ↓ + 2NaOH (7).

При нагревании гидроксида кальция до температуры 520 - 580 o С он разлагается:

Ca(OH) 2 = CaO + H 2 O.

Применение гидроксида кальция

Гидроксид кальция используют в строительном деле. Смесь его с песком и водой называется известковым раствором и служит для скрепления кирпичей при кладке стен. Гидроксид кальция применяют также в качестве штукатурки. Его затвердевание происходит сначала из-за испарения воды, а затем в результате поглощения гашеной известью диоксида углерода из воздуха и образования карбоната кальция.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Гидроксид кальция, или как его традиционно называют гашеная известь или «пушонка», представляет собой неорганическое соединение с химической формулой Ca(OH)2.

Получение гидроксида кальция в промышленном масштабе возможно путем смешения оксида кальция с водой, этот процесс называется гашением.

В лабораторных условиях получение гидроксида кальция возможно путем смешивания водного раствора хлорида кальция и гидроксида натрия. В минеральной форме гидроксид кальция содержится в некоторых вулканических, глубинных и метаморфических породах. Также получение гидроксид кальция происходит при сжигании угля.

В избытке гидроксид кальция содержится в агрессивной воде, которая способна растворять горные породы.

Применение гидроксида кальция

Широкое применение гидроксид кальция получил в производстве таких строительных материалов, как белило, штукатурка и гипсовые растворы. Он используется в качестве недорогого заменителя щелочи в виде суспензий (известковое молоко), которые используются на дубильнях для удаления волос со шкур, а также в производстве сахара и для побелки стволов деревьев.

Известковая вода представляет собой насыщенный водный раствор гидроксида кальция белого цвета. Антацидные свойства гидроксида кальция используются в медицине для лечения кислотных ожогов.
Полезным свойством гидроксида кальция является его способность выступать в роли флокулянта, очищающего сточные воды от взвешенных и коллоидных частиц. Он также используется для повышения рН воды, так как в изначальном виде вода содержит кислоты, способные подвергать сантехнические трубы коррозии.

Также гидроксид кальция широко применяется в таких отраслях, как:

• Дорожное строительство – для улучшения качества земляной почвы;
• Производство металлов – гидроксид кальция вводят в поток отработанного газа, чтобы нейтрализовать кислоты, такие как фториды и хлориды до выпуска в атмосферу;
• В нефтеперерабатывающей промышленности – для производства добавок к маслам;
• В химической промышленности – для производства стеарата кальция;
• В нефтехимической промышленности – для производства твердых масел различных типов;
• Производство антигрибковых и антимикробных консервантов – для хранения овощей в ангарах.

Гидроксид кальция используют в качестве добавки в морскую воду для сокращения атмосферного CO 2 и смягчения парникового эффекта.

Также гидроксид кальция используется как натуральная альтернатива инсектицидов, эффективная в борьбе с клещами, блохами, жуками и их личиками.

В строительстве гидроксид кальция используется для побелки деревянных заборов и обмазывании стропил, чтобы защитить материалы от гниения и возгорания, а также для приготовления силикатного бетона и известкового строительного раствора.

Гидроксид кальция также принимает участие в процессах изготовления эбонита, хлорной извести, баковых смесей, кремов для депиляций и тормозных накладок.

Свойство гидроксида кальция снижать удельное сопротивление грунта используется при устройстве очагов заземления для электротехники.

В стоматологии гидроксид кальция применяется в качестве дезинфектора для корневых зубных каналов.

В пищевой промышленности гидроксид кальция в избытке используется как пищевая добавка Е526, которую добавляют при производстве:

• Сахарного тростника;
• Алкогольных и безалкогольных напитков;
• Энергетиков;
• Фруктовых соков;
• Детского питания;
• Маринованных огурцов;
• Пищевой соли;
• Кондитерских изделий и сладостей;
• Какао-продуктов;
• Кукурузных лепешек;
• Мучных изделий и выпечки.

В Испании гидроксид кальция используют для приготовления мамалыги, так как считают, что он способствует лучшему усвоению блюда.

Коренные племена американских индейцев используют гидроксид кальция в качестве ингредиента для психоделического табака Япу, получаемого из семян бобовых деревьев вида Анаденантера.

В Афганистане гидроксид кальция используется в производстве табака Нисвар, изготавливаемого из свежих листьев табака, индиго, кардамона, ментола, масла, гидроксида кальция и древесной золы. Жители Афганистана также используют гидроксид кальция в качестве краски для своих глинобетонных домов. Самыми крупными потребителями гидроксида кальция в мире считаются такие страны, как Афганистан, Пакистан, Индия, Швеция и Норвегия.

Свойства гидроксида кальция

Гидроксид кальция – бесцветные кристаллы или белый порошок без запаха, которые при нагревании до 580°С распадаются на оксид кальция и воду.

Молярная масса гидроксида кальция составляет 74,093 г/моль, плотность 2,211 г/см3, растворимость в воде 0,189 г/100 мл, кислотность (рКа) 12.4, показатель преломления 1,574.

Гидроксид кальция не растворяется в спирте.

Вред гидроксида кальция

При попадании гидроксида кальция на кожу возникает сильное раздражение, зуд, химические ожоги и некроз кожи.

При случайном употреблении гидроксида кальция внутрь возникает сильная боль в горле, жжение во рту, боль в животе, рвота, кровавый стул и падение артериального давления. Также происходит повышение рН крови, она становится слишком щелочной, что может вызвать повреждение внутренних органов.

При вдыхании порошка гидроксида кальция через нос или рот происходит опухание горла, которое может ограничить дыхание или сделать его затруднительным. Если частицы гидроксида кальция попадают в легкие, необходима неотложная медицинская помощь.

При попадании гидроксида кальция в глаза происходит потеря зрения, сопровождаемая сильной болью.

Оказание первой медицинской помощи при отравлении гидроксидом кальция

Если гидроксид кальция был употреблен внутрь необходимо выпить стакан воды или молока.

При попадании гидроксида кальция на кожу или глаза необходимо тщательно промыть пораженные участки кожи и глаза большим количеством воды в течение не менее 15 минут.

При вдыхании гидроксида кальция необходимо немедленно переместиться на свежий воздух и вызвать скорую помощь.

Структурная формула

Молекулярная масса: 74,094

Гидрокси́д ка́льция, Ca(OH) 2 гашёная известь или «пушонка» - химическое вещество, сильное основание. Представляет собой порошок белого цвета, плохо растворимый в воде.

Тривиальные названия

• Гашёная известь - так как её получают путём «гашения» (то есть взаимодействия с водой) «негашеной» извести (оксида кальция).
• Известковое молоко - взвесь (суспензия), образуемая при смешивании избытка гашёной извести с водой. Похожа на молоко.
• Известковая вода - прозрачный раствор гидроксида кальция, получаемый при фильтровании известкового молока.

Получение

Получают путём взаимодействия оксида кальция (негашёной извести) с водой (процесс получил название «гашение извести»). Эта реакция экзотермическая, идёт с выделением 16 ккал (67 кДж) на моль.

Свойства

Внешний вид - белый порошок, мало растворимый в воде. Гидроксид кальция является довольно сильным основанием, из-за чего водный раствор имеет щелочную реакцию. Растворимость падает с ростом температуры. Как и все основания, реагирует с кислотами; как щелочь - является компонентом реакции нейтрализации (см. реакция нейтрализации) с образованием соответствующих солей кальция. По этой же причине раствор гидроксида кальция мутнеет на воздухе, так как гидроксид кальция, как и другие сильные основания, реагирует с растворённым в воде углекислым газом. Если продолжить обработку углекислым газом, выпавший осадок растворится, так как образуется кислая соль - гидрокарбонат кальция, причём при нагревании раствора гидрокарбонат снова разрушается и выпадает осадок карбоната кальция. Гидроксид кальция реагирует с оксидом углерода при температуре около 400 °C. Как сильное основание реагирует с солями, но только если в результате реакции выпадает осадок.

Применение

• При побелке помещений.
• Для приготовления известкового строительного раствора. Известь применялась для строительной кладки с древних времён. Смесь обычно приготавливают в такой пропорции: к одной части смеси гидроксида кальция (гашёной извести) с водой добавляют три-четыре части песка (по массе). В ходе реакции выделяется вода. Это является отрицательным фактором, так как в помещениях, построенных с помощью известкового строительного раствора, долгое время сохраняется повышенная влажность. В связи с этим, а также благодаря ряду других преимуществ перед гидроксидом кальция, цемент практически вытеснил его в качестве связующего строительных растворов.
• Для приготовления силикатного бетона. Состав силикатного бетона аналогичен составу известкового строительного раствора, однако его твердение происходит на несколько порядков быстрее, так как смесь оксида кальция и кварцевого песка обрабатывается не водой, а перегретым (174,5-197,4 °C) водяным паром в автоклаве при давлении 9-15 атмосфер.
• Для устранения карбонатной жёсткости воды (умягчение воды).
• Для производства хлорной извести.
• Для производства известковых удобрений и нейтрализации кислых почв.
• Каустификация карбоната натрия и калия.
• Дубление кож.
• Получение других соединений кальция, нейтрализация кислых растворов (в том числе сточных вод производств), получение органических кислот и проч.
• В пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки E526.
• Известковая вода - прозрачный раствор гидроксида кальция. Она используется для обнаружения углекислого газа. При взаимодействии с ним она мутнеет.
• Известковое молоко - взвесь (суспензия) гидроксида кальция в воде, белая и непрозрачная. Она используется для производства сахара и приготовления смесей для борьбы с болезнями растений, побелки стволов.
• В стоматологии - для дезинфекции корневых каналов зубов.
• В электротехнике - при устройстве очагов заземления в грунтах с высоким сопротивлением, в качестве добавки, снижающей удельное сопротивление грунта.
• Известковое молоко используется как основа при приготовлении классического фунгицида - бордоской жидкости.

Природные соединения кальция (мел, мрамор, известняк, гипс) и продукты их простейшей переработки (известь) были известны людям с древних времен. В 1808 г. английский химик Хэмфри Дэви подверг электролизу влажную гашеную известь (гидроксид кальция) с ртутным катодом и получил амальгаму кальция (сплав кальция с ртутью). Из этого сплава, отогнав ртуть Дэви получил чистый кальций.
Он же предложил название нового химического элемента, от латинского "сalx" обозначавшего название известняка, мела и других мягких камней.

Нахождение в природе и получение:

Кальций - пятый по распространенности элемент в земной коре (более 3%), образует множество пород, в основе многих из которых - карбонат кальция. Некоторые из этих пород имеют органическое происхождение (ракушечник), показывающее важную роль кальция в живой природе. Природный кальций - смесь 6 изотопов с массовыми числами от 40 до 48, причем на 40 Ca приходится 97% общего количества. Ядерными реакциями получены и другие изотопы кальция, например радиоактивный 45 Ca .
Для получения простого вещества кальция используется электролиз расплавов его солей или алюмотермия:
4CaO + 2Al = Ca(AlO 2) 2 + 3Ca

Физические свойства:

Серебристо-серый металл с кубической гранецентрированной решеткой, значительно более твердый, чем щелочные металлы. Температура плавления 842°C, кипения 1484°C, плотность 1,55 г/см 3 . При высоких давлениях и температурах около 20K переходит в состояние сверхпроводника.

Химические свойства:

Кальций не столь активен как щелочные металлы, тем не менее его приходится хранить под слоем минерального масла или в плотно запаянных металлических барабанах. Уже при обычной температуре он реагирует с кислородом и азотом воздуха, а также с водяными парами. При нагревании сгорает на воздухе красно-оранжевым пламенем, образуя оксид с примесью нитридов. Подобно магнию кальций продолжает гореть в атмосфере углекислого газа. При нагревании реагирует с другими неметаллами, образую не всегда очевидные по составу соединения, например:
Ca + 6B = CaB 6 или Ca + P => Ca 3 P 2 (а также CaP или CaP 5)
Во всех своих соединениях кальций имеет степень окисления +2.

Важнейшие соединения:

Оксид кальция CaO - ("негашёная известь") вещество белого цвета, щелочной оксид, энергично реагирует с водой ("гасится") переходя в гидроксид. Получают термическим разложением карбоната кальция.

Гидроксид кальция Ca(OH) 2 - ("гашёная известь") белый порошок, мало растворим в воде (0,16г/100г), сильная щелочь. Раствор ("известковая вода") используется для обнаружения углекислого газа.

Карбонат кальция CaCO 3 - основа большинства природных минералов кальция (мел, мрамор, известняк, ракушечник, кальцит, исландский шпат). В чистом виде вещество белого цвета или бесцв. кристаллы, При нагревании (900-1000 С) разлагается, образуя оксид кальция. Не р-рим, реагирует с кислотами, способен растворяться в воде, насыщенной углекислым газом, переходя в гидрокарбонат: CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2 . Обратный процесс приводит к появлению отложений карбоната кальция, в частности таких образований, как сталактиты и сталагмиты
Встречается в природе также в составе доломита CaCO 3 *MgCO 3

Сульфат кальция CaSO 4 - вещество белого цвета, в природе CaSO 4 *2H 2 O ("гипс", "селенит"). Последний при осторожном нагревании (180 С) переходит в CaSO 4 *0,5H 2 O ("жжёный гипс", "алебастр") - белый порошок, при замешивании с водой снова образующий CaSO 4 *2H 2 O в виде твердого, достаточно прочного материала. Мало растворим в воде, в избытке серной кислоты способен растворяться, образуя гидросульфат.

Фосфат кальция Ca 3 (PO 4) 2 - ("фосфорит"), нерастворим, под действием сильных кислот переходит в более растворимые гидро- и дигидрофосфаты кальция. Исходное сырье для получения фосфора, фосфорной кислоты, фосфорных удобрений. Фосфаты кальция входят также в состав апатитов, природных соединений с примерной формулой Са 5 3 Y, где Y = F, Cl, или ОН, соответственно фтор-, хлор-, или гидроксиапатит. Наряду с фосфоритом апатиты входят в состав костного скелета многих живых организмов, в т.ч. и человека.

Фторид кальция CaF 2 - (природн.: "флюорит", "плавиковый шпат"), нерастворимое в-во белого цвета. Природные минералы имеют разнообразные окраски, обусловленные примесями. Светится в темноте при нагревании и при УФ-облучении. Увеличивает текучесть ("плавкость") шлаков при получении металлов, чем обусловлено его применение в качестве флюса.

Хлорид кальция CaCl 2 - бесцв. крист. в-во хорошо р-римое в воде. Образует кристаллогидрат CaCl 2 *6H 2 O. Безводный ("плавленый") хлорид кальция - хороший осушитель.

Нитрат кальция Ca(NO 3) 2 - ("кальциевая селитра") бесцв. крист. в-во хорошо р-римое в воде. Составная часть пиротехнических составов, придающее пламени красно-оранжевый цвет.

Карбид кальция CaС 2 - реагирует с водой, к-тами образуя ацетилен, напр.: CaС 2 + H 2 O = С 2 H 2 + Ca(OH) 2

Применение:

Металлический кальций используется как сильный восстановитель при получении некоторых трудновосстанавлиевых металлов ("кальциетермия"): хром, РЗЭ, торий, уран и др. В металлургии меди, никеля, специальных сталей и бронз кальций и его сплавы используется для удаления вредных примесей серы, фосфора, избыточного углерода.
Кальций используется также для связывания малых количеств кислорода и азота при получении глубокого вакуума и очистке инертных газов.
Нейтрон-избыточные ионы 48 Ca используются для синтеза новых химических элементов, например элемента №114, . Другой изотоп кальция, 45 Ca , используется как радиоактивная метка при исследованиях биологической роли кальция и его миграции в окружающей среде.

Основной областью применения многочисленных соединений кальция является производство строительных материалов (цемент, строительные смеси, гипсокартон и т.д.).

Кальций один из макроэлементов в составе живых организмов, образуя соединения необходимые для построения как внутреннего скелета позвоночных животных, так и внешнего многих беспозвоночных, скорлупу яиц. Ионы кальция также участвуют в регуляции внутриклеточных процессов, обуславливают свертываемость крови. Нехватка кальция в детском возрасте приводит к рахиту, в пожилом - к остеопорозу. Источником кальция служат молочные продукты, гречка, орехи, а его усвоению способствует витамин D. При нехватке кальция используются различные препараты: кальцекс, раствор хлорида кальция, глюконат кальция и др.
Массовая доля кальция в организме человека 1,4-1,7%, суточная потребность 1-1,3 г (в зависимости от возраста). Избыточное потребление кальция может привести к гиперкальцемии - отложению его соединений во внутренних органах, образованию тромбов в кровеносных сосудах. Источники:
Кальций (элемент) // Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Кальций (дата обращения: 3.01.2014).
Популярная библиотека химических элементов: Кальций. // URL: http://n-t.ru/ri/ps/pb020.htm (3.01.2014).

1. Гидроксид кальция (гашеная известь) – малорастворимое вещество. Взбалтываем немного извести в 2 мл воды (около 2 см по высоте пробирки), даем постоять несколько минут. Большая часть извести не растворится, осядет на дно.

2. Сливаем раствор, фильтруем (если нет фильтра, ждем пока отстоится). Прозрачный раствор гидроксида кальция называется известковой водой . Делим на 2 пробирки. В одну капаем индикатор фенолфталеин (ф-ф), он окрашивается в малиновый цвет, что доказывает оснóвные свойства извести:
Ca(OH) 2 Ca 2+ + 2OH -

3. Во вторую пробирку пропускаем углекислый газ, известковая вода мутнеет в результате образования нерастворимого карбоната кальция (это качественная реакция для обнаружения углекислого газа):
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O

Если придется делать эти реакции на практике, углекислый газ можно получить в пробирке с газоотводной трубкой, добавив соляную или азотную кислоту в мел или соду.

Можно несколько раз пропустить выдыхаемый воздух через трубочку от коктейля или сока, принесенную с собой. Не стоит шокировать комиссию – дуть в трубку из лабораторного оборудования – в кабинете химии ничего нельзя пробовать на вкус!

Билет № 17

1. Оксиды: их классификация и химические свойства (взаимодействие с водой, кислотами и щелочами).

Оксиды – сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород.

Оксиды делят на кислотные, оснóвные, амфотерные и несолеобразующие (безразличные).

Кислотным оксидам соответствуют кислоты. Кислотными свойствами обладают большинство оксидов неметаллов и оксиды металлов в высшей степени окисления, например CrO 3 .

Многие кислотные оксиды реагируют с водой с образованием кислот. Например, оксид серы (IV), или сернúстый газ, реагирует с водой с образованием сернúстой кислоты:

SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3

Кислотные оксиды реагируют со щелочами с образованием соли и воды. Например, оксид углерода (IV), или углекислый газ, реагирует с гидроксидом натрия с образованием карбоната натрия (соды):

CO 2 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O

Оснóвным оксидам соответствуют основания. К оснóвным относятся оксиды щелочных металлов (главная подгруппа I группы),

магния и щелочноземельных (главная подгруппа II группы, начиная с кальция), оксиды металлов побочных подгрупп в низшей степени окисления (+1+2).

Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов реагируют с водой с образованием оснований. Так, оксид кальция реагирует с водой, получается гидроксид кальция:

CaO + H 2 O = Ca(OH) 2

Основные оксиды реагируют с кислотами с образованием соли и воды. Оксид кальция реагирует с соляной кислотой, получается хлорид кальция:

CaO + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O

Амфотерные оксиды реагируют и с кислотами, и со щелочами. Так, оксид цинка реагирует с соляной кислотой, получается хлорид цинка:

ZnO + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 O

Оксид цинка взаимодействует и с гидроксидом натрия с образованием цинката натрия:

ZnO + 2NaOH = Na 2 ZnO 2 + H 2 O

С водой амфотерные оксиды не взаимодействуют. Поэтому оксидная пленка цинка и алюминия защищает эти металлы от коррозии.