Номер 9, страница 163 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

9. Подготовьте сообщение об истории открытия одного из щелочноземельных металлов, его свойствах и применении.

В качестве примера щелочноземельного металла рассмотрим кальций (Ca).

История открытия

Соединения кальция, такие как известь (оксид кальция), гипс (сульфат кальция) и мрамор (карбонат кальция), были известны и использовались человечеством с древнейших времен. Римляне использовали известь в качестве строительного раствора, а египтяне применяли гипс для бальзамирования и строительства пирамид. Однако в виде простого вещества кальций был выделен значительно позже.

Впервые металлический кальций получил английский химик и физик сэр Гемфри Дэви в 1808 году. Он подверг электролизу смесь влажной гашёной извести ($Ca(OH)_2$) с оксидом ртути ($HgO$) на платиновой пластине (анод), используя платиновую проволоку в капле ртути в качестве катода. В результате образовалась амальгама кальция. После испарения ртути из амальгамы Дэви получил чистый металл. Своё название новый элемент получил от латинского слова calx (родительный падеж calcis), что означает «известь».

Ответ: Металлический кальций был впервые выделен Гемфри Дэви в 1808 году методом электролиза, хотя его соединения (известь, гипс) были известны с древности.

Свойства

Физические свойства: Кальций — это ковкий, относительно мягкий (легче натрия, но твёрже свинца) серебристо-белый металл. Он является элементом 2-й группы (щелочноземельные металлы), 4-го периода периодической системы с атомным номером 20. Атомная масса кальция составляет приблизительно $40.078$ а.е.м. Плотность — $1.55 \text{ г/см}^3$. Температура плавления — $842 \text{°C}$, температура кипения — $1484 \text{°C}$.

Химические свойства: Кальций — химически активный металл. На воздухе он быстро тускнеет, покрываясь плёнкой оксида и нитрида.

• Энергично реагирует с водой с выделением водорода:
  $Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2 \uparrow$
• При нагревании на воздухе или в кислороде сгорает, образуя оксид кальция ($CaO$):
  $2Ca + O_2 \rightarrow 2CaO$
• Взаимодействует с большинством неметаллов, например, с галогенами, серой, азотом (при нагревании):
  $Ca + Cl_2 \rightarrow CaCl_2$
  $3Ca + N_2 \xrightarrow{t} Ca_3N_2$
• Легко реагирует с кислотами, вытесняя водород:
  $Ca + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2 \uparrow$

Соли кальция окрашивают пламя в характерный кирпично-красный цвет.

Ответ: Кальций — активный серебристо-белый щелочноземельный металл, легко вступающий в реакции с водой, кислородом, кислотами и неметаллами, образуя соединения со степенью окисления +2.

Применение

Применение находят как сам металлический кальций, так и его многочисленные соединения.

Металлический кальций:

• Используется в металлургии в качестве восстановителя для получения редких и тугоплавких металлов (уран, торий, хром, ванадий) из их оксидов и фторидов. Например: $UF_4 + 2Ca \rightarrow U + 2CaF_2$.
• Применяется для раскисления (удаления кислорода), десульфурации и дегазации стали и других сплавов.
• Входит в состав некоторых сплавов, например, свинцовых сплавов для аккумуляторных пластин.

Соединения кальция:

• Карбонат кальция ($CaCO_3$) — известняк, мрамор, мел. Широко используется в строительстве для производства цемента и извести, в сельском хозяйстве для известкования почв, в производстве стекла, бумаги, пластмасс, а также в качестве пищевой добавки.
• Оксид кальция ($CaO$) — негашёная известь. Применяется в строительстве, в химической промышленности для производства других соединений, в металлургии как флюс.
• Гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$) — гашёная известь. Используется для приготовления строительных растворов (штукатурка), для очистки воды, в сахарной промышленности и для побелки.
• Сульфат кальция ($CaSO_4 \cdot 2H_2O$) — гипс. Основное применение — производство строительных материалов (гипсокартон, сухие смеси) и в медицине для наложения фиксирующих повязок.
• Хлорид кальция ($CaCl_2$) — используется как противогололёдный реагент, осушитель газов и жидкостей, а также как пищевая добавка (E509) для отверждения.

Кроме того, кальций — важнейший биогенный элемент. Ионы кальция играют ключевую роль в формировании костной ткани, в процессах мышечного сокращения, нервного возбуждения и свёртывания крови.

Ответ: Кальций и его соединения имеют широчайшее применение: от металлургии и строительства до медицины и пищевой промышленности, а также играют незаменимую роль в жизнедеятельности организмов.