Кальций (Са)

[calcium] — элемент II группы Периодической системы, атомный номер 20, атомная масса 40,05; имеет шесть стабильных изотопов, из которых наиболее распространен ⁴⁰Са (96,97 %). Металлический Са был получен английским химиком Г. Дэви в 1808 г. Са распространен в земной коре (2,96 мас. %), энергично мигрирует и накапливается в геохимических системах, образуя 384 минерала. Большая часть Са заключена в полевом шпате-анортите. Огромную роль Са играет в биогенной миграции.
Са серебряно-белый, легкий металл, кристаллическая решетка α-формы Са (устойчивой при обычной температуре) ГЦК (а = 556 пм), атомный радиус 197 пм, ионный 104 пм, γ = 1,54 г/см³ (20 °С), t_пл = 851 °С, t_кип = 1482 °С с_{0-100 °С} = 623,9 Дж/(кг • К), ρ_{20 °С} = 4,6 • 10 Ом • см; α_{0-300 °С} = 2,2 • 10. Са пластичен, хорошо прессуется, прокатывается и поддается обработке резанием.
В соединениях Са двухвалентен и химически очень активен. На воздухе быстро тускнеет, покрываясь пористым слоем оксида. При 300 °С раздробленный металл горит в кислороде, причем при нагревании > 300 °С Са связывается с азотом, давая нитрид Ca₃N₂; при 915 °С с водородом образует гидрид Са₂Н. Са разлагает воду на холоду, выделяя водород, во влажном воздухе покрывается слоем гидроксида.
В промышленности металлический кальции получают двумя способами: электролизом расплавленных солей Са и алюмотермическим восстановлением СаО. Электролиз расплава СаСl₂ и КСl ведут при 680 — 720 °С с применением жидкого Cu-Са-катода для получения промежуточного сплава Cu-Са (65 % Са) с γ = 2,1—2,2 г/см³, благодаря чему он удерживается на подине ванны, не всплывая на поверхность расплавленного электролита. Из Cu-Ca сплава дистиллируют Са при 950-1000 °С в вакууме 13,3-0,133 Па. Бедный кальцием сплав возвращают в электролизер. Содержание активного Са в дистиллированном металле > 98 %. Алюмотермическим способом получают Са нагреванием брикетированной смеси СаО и порошка Al при 1170-1260 °С в вакууме 1,33-2,66 Па (0,01 — 0,02 мм. рт. ст.). Выделяющиеся по реакции:
6СаО + 2Аl = ЗСаО • Аl₂O₃ + ЗСаО
пары Са конденсируются на холодной поверхности в виде плотных и прочных кристаллов, из которых после предварительного нагрева можно сразу прессовать стержни и даже получать прокаткой Са-листы. Чистота Са, получаемая алюмо-термическим способом, находится в пределах 98 — 99 %, и количество важнейших примесей (Al, Mg, Mn) может быть снижено при повторной возгонке Са.
Применение Са прежде всего основано на его большой активности к кислороду и галогенам; его используют в качестве восстановителя для получения Cr, U, Th из его оксидов; раскислителя и дегазатора для сталей, чугунов, бронз и др. Широкое применение Са нашел в сплавах с Pb для оболочек электрических кабелей. Сплав Са с Si (силикокальций) примен как раскислитель и дегазатор в производстве качественных сталей.