Строение иона кальция

Содержание
  1. Кальций (ион.)
  2. Показания
  3. Подготовка к анализу и забор материала
  4. Нормальные значения
  5. Повышение уровня
  6. Снижение уровня
  7. Лечение отклонений от нормы
  8. Строение иона кальция
  9. Строение
  10. Синтез
  11. Регуляция синтеза и секреции
  12. Мишени и эффекты
  13. Гипофункция
  14. Костная ткань
  15. Почки
  16. Кишечник
  17. Гиперфункция
  18. Кальций
  19. Нахождение в природе
  20. Изотопы
  21. В горных породах и минералах
  22. Миграция в земной коре
  23. В биосфере
  24. Получение
  25. Физические свойства
  26. Применение
  27. Биологическая роль
  28. Характеристика важного химического элемента кальция: строение атома, молярная масса и степень окисления
  29. Признаки
  30. Атомная структура
  31. Каково отличие атомов от ионов
  32. Главные особенности
  33. Сфера использования
  34. Какую роль играет внутри организма
  35. Заключение
  36. Химические и физические свойства кальция, его взаимодействие с водой
  37. Характеристика кальция как простого вещества
  38. Физические свойства кальция и способы получения металла
  39. Химические свойства кальция
  40. Реакция воды с кальцием

Кальций (ион.)

Строение иона кальция

Кальций ионизированный – свободная форма микроэлемента, циркулирующая в сыворотке крови. Ионы кальция обеспечивают нормальную передачу нервных импульсов, сокращение мышц, свертываемость крови.

Исследование их концентрации в сыворотке широко используется в эндокринологии, кардиологии, нефрологии, выполняется вместе с биохимическим анализом, определением уровня гормонов (в крови), микроэлементов (в крови и моче).

Результаты необходимы для выявления избытка или дефицита кальция после переливания крови, обширных повреждений тканей и операций, при шоковых состояниях, заболеваниях почек, сердца и щитовидной железы, онкологических новообразованиях.

Материалом исследования является сыворотка крови из вены, анализ проводится с использованием ионоселективных электродов. Нормальные значения – от 1,16 до 1,32 ммоль/л. Готовность результатов составляет 1 день.

Кальций ионизированный – свободная форма микроэлемента, циркулирующая в сыворотке крови. Ионы кальция обеспечивают нормальную передачу нервных импульсов, сокращение мышц, свертываемость крови.

Исследование их концентрации в сыворотке широко используется в эндокринологии, кардиологии, нефрологии, выполняется вместе с биохимическим анализом, определением уровня гормонов (в крови), микроэлементов (в крови и моче).

Результаты необходимы для выявления избытка или дефицита кальция после переливания крови, обширных повреждений тканей и операций, при шоковых состояниях, заболеваниях почек, сердца и щитовидной железы, онкологических новообразованиях.

Материалом исследования является сыворотка крови из вены, анализ проводится с использованием ионоселективных электродов. Нормальные значения – от 1,16 до 1,32 ммоль/л. Готовность результатов составляет 1 день.

[attention type=yellow]

Ионизированный кальций в крови – биохимический показатель, который отражает количество несвязанного с белками и анионами (свободного) кальция в плазме.

[/attention]

В клинической практике исследование данного показателя используется для более глубокого и точного исследования кальциевого обмена, в то время как анализ на общий кальций выполняется для его предварительной оценки. Кальций является жизненно необходимым минералом для организма.

Он формирует каркас костей и зубов, участвует в проведении нейромышечных импульсов, обеспечивает сокращение сердечной мышцы и скелетной мускулатуры, при повреждении сосуда переводит протромбин в тромбин, в результате чего формируется кровяной сгусток.

Ионизированный кальций является активной частью электролита, циркулирующей в кровотоке. Именно катионы Ca++ участвуют во всех физиологических процессах (в отличие от кальция, связанного с белками и анионами).

Кальций поступает в организм вместе с пищей, всасывается в кишечнике. Постоянный уровень ионизированной формы регулируется при участии паратиреоидного гормона, кальцитонина и активной формы витамина D.

Кроме этого, на концентрацию катионов Ca+ влияет уровень магния и белков, а также кислотно-основное состояние: при алкалозе увеличивается их связывание и количество уменьшается, при ацидозе – наоборот.

Анализ на ионизированный кальций в крови является необходимым при нарушении соотношения свободной и связанных форм, например, при первичном гиперпаратиреозе. Колебания уровня сопровождаются нарушениями сердечного ритма, мышечными спазмами и спутанностью сознания.

Определение уровня ионизированного кальция производится в сыворотке венозной крови. Чаще всего используется ионоселективный метод исследования. Результаты находят применение в нефрологии, эндокринологии, гастроэнтерологии, диетологии, хирургии и травматологии.

Показания

В большинстве случаев для оценки кальциевого обмена выполняется анализ крови на общий кальций, так как в норме сохраняется баланс между ионизированной и связанной формой.

В отдельных случаях это соотношение нарушается, и тогда по результатам теста судить о физиологически активном кальции в организме становится невозможно.

Анализ на ионизированный кальций в крови показан для диагностики гипо- и гиперкальциемии в сочетании с диспротеинемией – нарушением баланса белковых фракций в крови.

Геморрой в 79% случаев убивает пациента

Исследование назначается при заболеваниях печени и почек, онкологических патологиях, гипертиреозе, гиперпаратиреозе, панкреатите, синдроме мальабсорбции, полиорганной недостаточности, обширных травмах и ожогах, септических осложнениях, хирургических вмешательствах, процедурах диализа.

Исследование проводится в период беременности, так как происходит снижение уровня альбумина и, следовательно, общего кальция, но концентрация ионизированной формы часто остается в норме.

Анализ на ионизированный кальций в крови показан, когда, несмотря на нормальные показатели общего кальция, у пациента сохраняются жалобы, характерные для гипо- или гиперкальциемии: на слабость, рвоту, жажду, мышечные подергивания и спазмы, чувство онемения конечностей, нарушения сердечного ритма.

[attention type=red]

Данный анализ не проводится для предварительной оценки кальциевого обмена в профилактических целях. Процедура исследования трудоемка и требует соблюдения строгих стандартов.

[/attention]

Кровь необходимо брать в анаэробных условиях – контакт с отрытым воздухом повышает pH, и показатели оказываются ложно повышенными, кроме этого, к искажению результатов может привести гемолиз образца.

Исследование не показано для оценки количества кальция в костях, для этого выполняется денситометрия – определение минеральной плотности кости. Несмотря на перечисленные ограничения, анализ крови на ионизированный кальций является наиболее информативным методом исследования кальциевого обмена.

Подготовка к анализу и забор материала

Забор крови для анализа на ионизированный кальций выполняется с утра, натощак. Последний прием пищи должен быть совершен накануне вечером, период между ужином и процедурой – не менее 8 и не более 14 часов.

Для получения достоверного результата за 30 минут нужно исключить курение, интенсивные физические нагрузки на организм и воздействие стресса.

Некоторые лекарства и активные добавки влияют на количество кальция в крови, поэтому обо всех принимаемых средствах нужно предупредить врача за неделю до исследования, по необходимости они будут на время отменены.

Забор крови выполняется из локтевой вены в анаэробных условиях с использованием специальных шприцев. До процедуры анализа пробирки хранятся плотно закрытыми при комнатной температуре.

В лаборатории из крови удаляют клеточные элементы, сыворотку (реже – гепариновую плазму) исследуют ионоселективным методом.

Его суть в том, что в образец помещается электрод, чувствительный к ионам кальция, и электрод сравнения, результаты оцениваются по интенсивности возникающего электропотенциала. В зависимости от работы лабораторной службы подготовка результатов может занимать от 1 до 3 дней.

Нормальные значения

В норме количество ионизированного кальция в крови у новорожденных – от 1,05 до 1,37 ммоль/л, у детей до 16 лет в связи с интенсивным ростом показатели увеличиваются – от 1,29 до 1,31 ммоль/л. Для взрослых людей референсные значения составляют от 1,17 до 1,29 ммоль/л.

В пожилом возрасте и при беременности возможно снижение показателей, границы нормы определяются врачом индивидуально с учетом анамнестических данных, результатов инструментальных и комплексных лабораторных исследований.

Физиологическое снижение уровня ионизированного кальция в крови определяется у курящих, часто употребляющих кофе и переживающих стресс людей.

Также уменьшение количества электролита в крови возникает при несбалансированном питании с недостатком источников кальция и витамина D – рыбы, растительных жиров, морепродуктов, орехов, овощей.

Повышение уровня

Причиной повышения уровня ионизированного кальция в крови могут стать любые состояния, сопровождающиеся ацидозом – увеличением кислотности среды. В таких случаях процесс связывания ионов с белками замедляется, поэтому количество свободных единиц растет.

При переизбытке витамина D усиливается всасываемость кальция из кишечника, повышается концентрация всех форм микроэлемента. Другой частой причиной повышения уровня кальция в крови является чрезмерная секреция паратиреоидного гормона.

В присутствии витамина D он ускоряет всасывание кальция из кишечника, а в почечных канальцах усиливает реабсорбцию элемента из первичной мочи.

Постоянное и непрерывное увеличение количества паратгормона в крови приводит к разрушению костной ткани и выходу из нее кальция в кровоток.

Таким образом, уровень ионизированной формы повышается при гиперпаратиреозе, доброкачественных аденомах паращитовидной железы, а также при эктопических опухолях, метастатических поражениях костной ткани, злокачественных новообразованиях (выделяется соединение, действие которого схоже с паратгормоном). Среди лекарственных средств увеличивают концентрацию ионизированного кальция гидрохлортиазид, соли лития, андрогены, гидралазин.

Снижение уровня

Причиной понижения уровня ионизированного кальция в крови могут быть состояния, протекающие с алкалозом – увеличением щелочности среды, при котором происходит связывание ионов с белками.

Аналогичный механизм наблюдается при переливании цитратной крови – ионы кальция связываются цитратом.

Нарушение всасывания микроэлемента из кишечника, снижение реабсорбции в почечных канальцах и увеличение выведения с мочой наблюдаются при нехватке витамина D, магния и паратиреоидного гормона, поэтому причиной понижения уровня ионизированной формы электролита могут быть гипопаратиреоз, псевдогипопаратиреоз, синдром мальабсорбции, почечная недостаточность и несбалансированное питание. Расход кальция усиливается при ожоговой болезни, обширных травмах и операциях. Кроме этого, пониженные значения определяются при приеме антиконвульсантов, даназола, фоскарнета, фуросемида.

Лечение отклонений от нормы

Анализ на ионизированный кальций в крови является наиболее точным диагностическим исследованием при нарушениях кальциевого обмена, особенно в случаях изменения кислотно-основного равновесия и гипоальбуминемии. Результаты востребованы при патологиях желез внутренней секреции, желудочно-кишечного тракта и почек, а также при различных состояниях с повреждением тканей.

Для корректной интерпретации данных необходимо обратиться к врачу, выдавшему направление на исследование. В случае необходимости будет назначено лечение.

Физиологические отклонения от нормы можно устранить при помощи коррекции питания – введения в рацион достаточного количества продуктов с кальцием и витамином D, отказа от курения, чрезмерного употребления кофе, интенсивных физических нагрузок.

Источник

Источник: https://illnessnews.ru/kalcii-ion/

Строение иона кальция

Строение иона кальция

За обмен кальция и фосфатов в организме отвечают три гормона – кальцитриол, кальцитонин и паратиреоидный гормон.

Строение

Представляет собой производное витамина D и относится к стероидам.

Синтез

Образующийся в коже под действием ультрафиолета и поступающие с пищей холекальциферол (витамин D3) и эргокальциферол (витамин D2) гидроксилируются в гепатоцитах по С25 и в эпителии проксимальных канальцев почек по С1. В результате формируется 1,25-диоксихолекальциферол (кальцитриол).

Активность 1α-гидроксилазы обнаружена во многих клетках и значение этого заключается в активации 25-оксихолекальциферола для собственных нужд клетки (аутокринное и паракринное действие).

Регуляция синтеза и секреции

Активируют: Гипокальциемия повышает гидроксилирование витамина D по С1 в почках через увеличение секреции паратгормона, стимулирующего этот процесс.

Уменьшают: Избыток кальцитриола подавляет гидроксилирование по С1 в почках.

Мишени и эффекты

См также биохимические функции витамина D.

Рецепторы к кальцитриолу обнаружены практически во всех тканях. Эффекты гормона могут быть геномные и негеномные, эндокринные и паракринные.

1. Геномный эффект кальцитриола заключается в регуляции концентрации кальция и фосфора в крови:

  • в кишечнике индуцирует синтез белков, отвечающих за всасывание кальция и фосфатов,
  • в почечных канальцах повышает синтез белков-каналов для реабсорбции ионов кальция и фосфатов,
  • в костной ткани усиливает активность остеобластов и остеокластов.

2. Посредством негеномных паракринных механизмов гормон регулирует количество ионов Ca2+ в клетке

  • способствует минерализации кости остеобластами,
  • влияет на активность иммунных клеток, модулируя их иммунные реакции,
  • участвует в проведении нервного возбуждения,
  • поддерживает тонус сердечной и скелетной мускулатуры,
  • влияет на пролиферацию клеток.

3. Также действие кальцитриола сопровождается подавлением секреции паратиреоидного гормона.

Гипофункция

Соответствует картине гиповитаминоза D.

Костная ткань

  • при высоком уровне гормона активируются остеокласты и происходит деструкция костной ткани,
  • при низких концентрациях активируется перестройка кости и остеогенез.

Почки

  • увеличивается реабсорбция кальция и магния,
  • уменьшается реабсорбция фосфатов, аминокислот, карбонатов, натрия, хлоридов, сульфатов.
  • также гормон стимулирует образование кальцитриола (гидроксилирование по С1).

Кишечник

  • при участии кальцитриола усиливается всасывание кальция и фосфатов.

Гиперфункция

Первичный гиперпаратиреоз возникает при аденоме желез. Нарастающая гиперкальциемия вызывает повреждение почек, мочекаменную болезнь.

Вторичный гиперпаратиреоз является результатом почечной недостаточности, при которой происходит нарушение образования кальцитриола, снижение концентрации кальция в крови и компенсаторное возрастание синтеза паратиреоидного гормона.

Кальций

Строение иона кальция
 

Название элемента происходит от лат. calx (в родительном падеже calcis) — «известь», «мягкий камень». Оно было предложено английским химиком Гемфри Дэви, в 1808 г. выделившим металлический кальций электролитическим методом.

Дэви подверг электролизу смесь влажной гашёной извести с оксидом ртути HgO на платиновой пластине, которая являлась анодом. Катодом служила платиновая проволока, погруженная в жидкую ртуть. В результате электролиза получалась амальгама кальция.

Отогнав из неё ртуть, Дэви получил металл, названный кальцием.

Соединения кальция — известняк, мрамор, гипс (а также известь — продукт обжига известняка) применялись в строительном деле уже несколько тысячелетий назад. Вплоть до конца XVIII века химики считали известь простым телом. В 1789 году А. Лавуазье предположил, что известь, магнезия, барит, глинозём и кремнезём — вещества сложные.

Нахождение в природе

Из-за высокой химической активности кальций в свободном виде в природе не встречается.

На долю кальция приходится 3,38 % массы земной коры (5-е место по распространенности (3-е среди металлов) после кислорода, кремния, алюминия и железа). элемента в морской воде — 400 мг/л.

Изотопы

Основная статья: Изотопы кальция

Кальций встречается в природе в виде смеси шести изотопов: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca и 48Ca, среди которых наиболее распространённый — 40Ca — составляет 96,97 %. Ядра кальция содержат магическое число протонов: Z = 20. Изотопы 40
 20Ca20
и 48
20Ca28
являются двумя из пяти существующих в природе дважды магических ядер.

Из шести природных изотопов кальция пять стабильны. Шестой изотоп 48Ca, самый тяжёлый из шести и весьма редкий (его изотопная распространённость равна всего 0,187 %), испытывает двойной бета-распад с периодом полураспада (4,39 ± 0,58)⋅1019 лет.

В горных породах и минералах

Кальций, энергично мигрирующий в земной коре и накапливающийся в различных геохимических системах, образует 385 минералов (четвёртое место по числу минералов).

Большая часть кальция содержится в составе силикатов и алюмосиликатов различных горных пород (граниты, гнейсы и т. п.), особенно в полевом шпате — анортите Ca[Al2Si2O8].

[attention type=green]

Довольно широко распространены такие минералы кальция, как кальцит CaCO3, ангидрит CaSO4, алебастр CaSO4·0.5H2O и гипс CaSO4·2H2O, флюорит CaF2, апатиты Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), доломит MgCO3·CaCO3. Присутствием солей кальция и магния в природной воде определяется её жёсткость.

[/attention]

Осадочная порода, состоящая в основном из скрытокристаллического кальцита — известняк (одна из его разновидностей — мел). Под действием регионального метаморфизма известняк преобразуется в мрамор.

Миграция в земной коре

В естественной миграции кальция существенную роль играет «карбонатное равновесие», связанное с обратимой реакцией взаимодействия карбоната кальция с водой и углекислым газом с образованием растворимого гидрокарбоната:

 CaCO3 + H2O + CO2 ⇄ Ca(HCO3)2 ⇄ Ca2+ + 2HCO3−

(равновесие смещается влево или вправо в зависимости от концентрации углекислого газа).

Огромную роль играет биогенная миграция.

В биосфере

Соединения кальция находятся практически во всех животных и растительных тканях (см. ниже). Значительное количество кальция входит в состав живых организмов.

Так, гидроксиапатит Ca5(PO4)3OH, или, в другой записи, 3Ca3(PO4)2·Ca(OH)2 — основа костной ткани позвоночных, в том числе и человека; из карбоната кальция CaCO3 состоят раковины и панцири многих беспозвоночных, яичная скорлупа и др.

В живых тканях человека и животных 1,4—2 % Ca (по массовой доле); в теле человека массой 70 кг содержание кальция — около 1,7 кг (в основном в составе межклеточного вещества костной ткани).

Получение

Свободный металлический кальций получают электролизом расплава, состоящего из CaCl2 (75—80 %) и KCl или из CaCl2 и CaF2, а также алюминотермическим восстановлением CaO при 1170—1200 °C  4CaO + 2Al → CaAl2O4 + 3Ca

Физические свойства

Металл кальций существует в двух аллотропных модификациях. До 443 °C устойчив α-Ca с кубической гранецентрированной решеткой (параметр а = 0,558 нм), выше устойчив β-Ca с кубической объемно-центрированной решеткой типа α-Fe (параметр a = 0,448 нм). Стандартная энтальпия  ΔH0 перехода α → β составляет 0,93 кДж/моль.

При постепенном повышении давления начинает проявлять свойства полупроводника, но не становится полупроводником в полном смысле этого слова (металлом уже тоже не является).

При дальнейшем повышении давления возвращается в металлическое состояние и начинает проявлять сверхпроводящие свойства (температура сверхпроводимости в шесть раз выше, чем у ртути, и намного превосходит по проводимости все остальные элементы).

Уникальное поведение кальция похоже во многом на стронций (то есть параллели в периодической системе сохраняются).

Кальций — типичный щёлочноземельный металл. Химическая активность кальция высока, но ниже, чем более тяжёлых щёлочноземельных металлов.

Он легко взаимодействует с кислородом, углекислым газом и влагой воздуха, из-за чего поверхность металлического кальция обычно тускло-серая, поэтому в лаборатории кальций обычно хранят, как и другие щёлочноземельные металлы, в плотно закрытой банке под слоем керосина или жидкого парафина.

В ряду стандартных потенциалов кальций расположен слева от водорода. Стандартный электродный потенциал пары Ca2+/Ca0 −2,84 В, так что кальций активно реагирует с водой, но без воспламенения:

 Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2↑

С активными неметаллами (кислородом, хлором, бромом, йодом) кальций реагирует при обычных условиях:

 2Ca + O2 → 2CaO Ca + Br2 → CaBr2

При нагревании на воздухе или в кислороде кальций воспламеняется и горит красным пламенем с оранжевым оттенком («кирпично-красным»). С менее активными неметаллами (водородом, бором, углеродом, кремнием, азотом, фосфором и другими) кальций вступает во взаимодействие при нагревании, например:

 Ca + H2 → CaH2 Ca + 6B → CaB6 3Ca + N2 → Ca3N2 Ca + 2C → CaC2 6Ca + P4 → 2Ca3P2 2Ca + Si → Ca2Si[attention type=yellow]

Кроме получающихся в этих реакциях фосфида кальция Ca3P2 и силицида кальция Ca2Si, известны также фосфиды кальция составов CaP и CaP5 и силициды кальция составов CaSi, Ca3Si4 и CaSi2.

[/attention]

Протекание указанных выше реакций, как правило, сопровождается выделением большого количества теплоты. Во всех соединениях с неметаллами степень окисления кальция +2. Большинство из соединений кальция с неметаллами легко разлагается водой, например:

 CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2↑ Ca3N2 + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2NH3↑

Ион Ca2+ бесцветен. При внесении в пламя растворимых солей кальция пламя окрашивается в кирпично-красный цвет.

Такие соли кальция, как хлорид CaCl2, бромид CaBr2, йодид CaI2 и нитрат Ca(NO3)2, хорошо растворимы в воде. Нерастворимы в воде фторид CaF2, карбонат CaCO3, сульфат CaSO4, ортофосфат Ca3(PO4)2, оксалат CaC2O4 и некоторые другие.

Важное значение имеет то обстоятельство, что, в отличие от карбоната кальция CaCO3, кислый карбонат кальция (гидрокарбонат) Ca(HCO3)2 в воде растворим. В природе это приводит к следующим процессам.

Когда холодная дождевая или речная вода, насыщенная углекислым газом, проникает под землю и попадает на известняки, то наблюдается их растворение, а в тех местах, где вода, насыщенная гидрокарбонатом кальция, выходит на поверхность земли и нагревается солнечными лучами, протекает обратная реакция

 CaCO3 + CO2 + H2O ⇄ Ca(HCO3)2

Так в природе происходит перенос больших масс веществ. В результате под землёй могут образоваться огромные карстовые полости и провалы, а в пещерах образуются красивые каменные «сосульки» — сталактиты и сталагмиты.

Наличие в воде растворенного гидрокарбоната кальция во многом определяет вре́менную жёсткость воды. Вре́менной её называют потому, что при кипячении воды гидрокарбонат разлагается, и в осадок выпадает CaCO3. Это явление приводит, например, к тому, что в чайнике со временем образуется накипь.

Применение

Главное применение металлического кальция — это использование его как восстановителя при получении металлов, особенно никеля, меди и нержавеющей стали. Кальций и его гидрид используются также для получения трудно восстанавливаемых металлов, таких, как хром, торий и уран.

Сплавы кальция со свинцом применяются в некоторых видах аккумуляторных батарей и при производстве подшипников. Кальциевые гранулы используются также для удаления следов воздуха из электровакуумных приборов.

Чистый металлический кальций широко применяется в металлотермии при получении редкоземельных элементов.

[attention type=red]

Кальций широко применяется в металлургии для раскисления стали наряду с алюминием или в сочетании с ним.

[/attention]

Внепечная обработка кальцийсодержащими проволоками занимает ведущее положение в связи с многофакторностью влияния кальция на физико-химическое состояние расплава, макро- и микроструктуры металла, качество и свойства металлопродукции и является неотъемлемой частью технологии производства стали. В современной металлургии для ввода в расплав кальция используется инжекционная проволока, представляющая из себя кальций (иногда силикокальций или алюмокальций) в виде порошка или прессованного металла в стальной оболочке. Наряду с раскислением (удалением растворенного в стали кислорода) использование кальция позволяет получить благоприятные по природе, составу и форме неметаллические включения, не разрушающиеся в ходе дальнейших технологических операций.

Изотоп 48Ca — один из эффективных и употребительных материалов для производства сверхтяжёлых элементов и открытия новых элементов таблицы Менделеева. Это связано с тем, что кальций-48 является дважды магическим ядром, поэтому его устойчивость позволяет ему быть достаточно нейтроноизбыточным для лёгкого ядра; при синтезе сверхтяжёлых ядер необходим избыток нейтронов.

Биологическая роль

Основная статья: Кальций в живых организмах

Кальций — распространённый макроэлемент в организме растений, животных и человека. В организме человека и других позвоночных большая его часть находится в скелете и зубах. В костях кальций содержится в виде гидроксиапатита. Из различных форм карбоната кальция (извести) состоят «скелеты» большинства групп беспозвоночных (губки, коралловые полипы, моллюски и др.).

Ионы кальция участвуют в процессах свертывания крови, а также служат одним из универсальных вторичных посредников внутри клеток и регулируют самые разные внутриклеточные процессы — мышечное сокращение, экзоцитоз, в том числе секрецию гормонов и нейромедиаторов.

Концентрация кальция в цитоплазме клеток человека составляет около 10−4 ммоль/л, в межклеточных жидкостях около 2,5 ммоль/л.

Потребность в кальции зависит от возраста. Для взрослых в возрасте 19—50 лет и детей 4—8 лет включительно дневная потребность (RDA) составляет 1000 мг, а для детей в возрасте от 9 до 18 лет включительно — 1300 мг в сутки . В подростковом возрасте потребление достаточного количества кальция очень важно из-за интенсивного роста скелета.

Однако по данным исследований в США всего 11 % девочек и 31 % мальчиков в возрасте 12—19 лет достигают своих потребностей. В сбалансированной диете большая часть кальция (около 80 %) поступает в организм ребёнка с молочными продуктами. Оставшийся кальций приходится на зерновые (в том числе цельнозерновой хлеб и гречку), бобовые, апельсины, зелень, орехи.

Всасывание кальция в кишечнике происходит двумя способами: через клетки кишечника (трансцеллюлярно) и межклеточно (парацелюллярно). Первый механизм опосредован действием активной формы витамина D (кальцитриола) и её кишечными рецепторами. Он играет большую роль при малом и умеренном потреблении кальция.

При большем содержании кальция в диете основную роль начинает играть межклеточная абсорбция, которая связана с большим градиентом концентрации кальция. За счёт чрезклеточного механизма кальций всасывается в большей степени в двенадцатиперстной кишке (из-за наибольшей концентрации там рецепторов в кальцитриолу).

[attention type=green]

За счёт межклеточного пассивного переноса абсорбция кальция наиболее активна во всех трёх отделах тонкого кишечника. Всасыванию кальция парацеллюлярно способствует лактоза (молочный сахар).

[/attention]

Усвоению кальция препятствуют некоторые животные жиры (включая жир коровьего молока и говяжий жир, но не сало) и пальмовое масло.

Содержащиеся в таких жирах пальмитиновая и стеариновая жирные кислоты отщепляются при переваривании в кишечнике и в свободном виде прочно связывают кальций, образуя пальмитат кальция и стеарат кальция (нерастворимые мыла).

В виде этого мыла со стулом теряется как кальций, так и жир.

Этот механизм ответственен за снижение всасывания кальция, снижение минерализации костей и снижение косвенных показателей их прочности у младенцев при использовании детских смесей на основе пальмового масла (пальмового олеина). У таких детей образование кальциевых мыл в кишечнике ассоциируется с уплотнением стула, уменьшением его частоты, а также более частым срыгиванием и коликами.

Концентрация кальция в крови из-за её важности для большого числа жизненно важных процессов точно регулируется, и при правильном питании и достаточном потреблении обезжиренных молочных продуктов и витамина D дефицита не возникает. Длительный дефицит кальция и/или витамина D в диете приводит к увеличению риска остеопороза, а в младенчестве вызывает рахит.

Избыточные дозы кальция и витамина D могут вызвать гиперкальцемию. Максимальная безопасная доза для взрослых в возрасте от 19 до 50 лет включительно составляет 2500 мг в сутки (около 340 г сыра Эдам).

Источник: https://chem.ru/kalcij.html

Характеристика важного химического элемента кальция: строение атома, молярная масса и степень окисления

Строение иона кальция

Кальций — это распространенный элемент, часто встречающийся в природе в виде различных соединений, в основном — солей. Скелет любого организма обязан своим существованием этому веществу. Такой важный элемент заслуживает более пристального внимания, поэтому далее будет дана подробная характеристика химического элемента, рассмотрено строение атома кальция….

Признаки

В природе в чистом виде вещество не встречается, определить физические свойства кальция можно только в лабораторных условиях:

  • простое состояние это металл, обладающий твердостью, пластичностью, который легко режется,
  • плавится при температуре — 842 С,
  • температура кипения — 1482С,
  • плотность составляет 1,54 г/см3 при 20,
  • модуль упругости — 2600 кгс/мм2,
  • предельное значение упругости — 0,4 кгс/мм2,
  • твердость по Бринеллю — 20-30 кгс/мм2,
  • имеет серебристо-белый оттенок,
  • при нагревании загорается, пламя имеет кирпично-красный цвет.

Одной из специфических особенностей является способность изменять свои свойства под давлением. Сначала он теряет металлические качества, проявляя качества полупроводника.

При повышенном давлении металлические свойства возвращаются, элемент приобретает сверхпроводимость. Относится к типу щелочно-земельных металлов.

Атомный порядковый номер элемента — 20. Официально принятое обозначение — Ca (по лат. Calcium).

[attention type=yellow]

Каковы химические свойства кальция? Элемент обладает повышенной степенью активности, благодаря чему в чистом виде никогда не встречается.

[/attention]

Соединения кальция, напротив, встречаются повсеместно — в составе многочисленных горных пород и организмов.

На открытом воздухе происходит быстрая реакция с кислородом или углеводородом, отчего на поверхности элемента возникает серый налет.

https://www.youtube.com/watch?v=RuA0uXdZJfQ

С кислотами реагирует бурно, иногда происходит воспламенение. Не менее активно протекает реакция с водой, она сопровождается обильным выделением водорода.

Образовавшийся раствор дает щелочную реакцию.

Высокая химическая активность кальция, его мгновенное окисление на воздухе вынуждают хранить его в плотно закрытой стеклянной таре, покрытым слоем парафина или под слоем керосина.

С кислородом или галогенами соединяется при обычных условиях. С фосфором, водородом, серой, азотом, углеродом и прочими неметаллическими элементами вступает в химическую реакцию при нагревании, а со фтором реакция идет даже на холоде. С водой взаимодействует активно, с холодной — медленнее, с горячей — очень бурно.

Атомная структура

Рассмотрим строение атома кальция. Ядро несет положительный заряд (+20). Внутри него имеются 20 нейтронов и столько же протонов, вокруг ядра движутся по 4 орбитам 20 электронов, распределенных по 2:8:8:2.

Степень окисления кальция равняется +2. На внешнем энергетическом уровне атом содержит 2 спаренных s-электрона, которые он легко отдает при химических реакциях.

Они определяют валентность элемента. Электронное строение атома кальция: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 (коротко 4s2).

Внимание! Моль — это определенное (6,02 · 1023) количество молекул. Моль одного вещества имеет массу, отличающуюся от массы моля другого вещества, поскольку строение молекул и, соответственно, их вес будут разными.

Молярная масса кальция — это отношение массы вещества к числу молей: Формула, по которой рассчитывается масса в молях:

,Где M — молярная масса.

m — масса вещества.

n — количество моль.

Молярная масса кальция составляет 40,08 г/моль.

Каково отличие атомов от ионов

Ионы — это частицы, образованные при удалении или присоединении электронов к атому. Бывают положительно (катион) или отрицательно (анион) заряженными при потере или получении дополнительных электронов. Могут существовать как в составе молекул химических соединений, так и в самостоятельном виде (плазма, газ или жидкость).

Строение атома кальция отличается от иона. Атом представляет собой нейтральную частицу с одинаковым количеством электронов и протонов. В этом заключается основное отличие атома от иона.

Атом кальция отличается от иона своим зарядом и свойствами. Строение атома кальция таково, что на внешней оболочке находятся 2 электрона, которые могут вступать в различные связи.

[attention type=red]

При соединении элемента 2 внешних электрона переходят на орбиты других атомов, превращая нейтральный атом в положительно заряженный ион Ca++.

[/attention]

При этом атом имеет восстановительные свойства, а ион — окислительные.

Главные особенности

В таблице Менделеева элемент помещен во II группу 4 периода главной подгруппы (А), и все без исключения элементы этой группы относятся к щелочноземельным металлам, со всеми соответствующими признаками и свойствами.

В отличие от типичных металлов кальций обладает некоторыми специфическими свойствами. Есть основания предположить, что это неметалл.

При определенных условиях, как было сказано выше, под высоким давлением он утрачивает металлические свойства.

Элемент химически активен, поэтому в природе соединения кальция содержатся в виде солей, главным образом, в составе минералов или отложений земной коры.

Также большое количество кальция содержится в морской воде, где его доля составляет около 1 г/л.

Тело человека содержит около 1-1,5 кг вещества, причем, большая его часть содержится в костях, обеспечивая их прочность.

Наиболее богаты кальцием осадочные породы:

  • мел.
  • известняк.
  • гипс.
  • мрамор.
  • доломит.
  • апатит.

Все внутрипещерные образования, сталактиты и сталагмиты представляют собой карбонат СаС03. Строение атома позволяет ему активно вступать в реакцию с другими веществами, поэтому количество разнообразных соединений весьма велико.

Элемент является щелочноземельным металлом. поскольку, вступая в реакцию он отдает электроны, то является восстановителем и степень окисления кальция в соединениях +2.

У простого элемента степень окисления равна нулю, как и у всех металлов, поскольку у них равномерно распределена электронная плотность.

В неорганической химии понятие «степень окисления» часто тождественно понятию «валентность».

Сфера использования

Каково применение кальция? Основное направление — металлургия. Он выполняет роль восстановителя при производстве меди, хрома, нержавеющей стали, урана, никеля, тория.

Для получения редко встречающихся земных элементов металлическую разновидность применяют в металлотермии, причем довольно широко.

Для раскисления стали (удаления кислорода, находящегося в расплаве) используют в составе соединения с алюминием или в качестве отдельного химического элемента.

[attention type=green]

Кроме того, металлический элемент используется как легирующая добавка, увеличивающая прочность подшипников, ответственных деталей двигателей или летательных аппаратов.

[/attention]

Применяется в нефтеперерабатывающей промышленности для удаления серы, служит для обезвоживания различных органических жидкостей. С его помощью в промышленности производится очистка аргона от азотистых примесей.

Не менее широко используется в медицине, воздействует на многие функции организма, в связи с чем количество элемента постоянно должно пополняться. Кроме того, способствует выводу из организма радионуклидов. Препараты глюконат кальция, хлористый кальций, гипс и другие широко применяются для лечения или профилактики различных заболеваний.

Какую роль играет внутри организма

Имеет важное структурное значение, являясь строительным материалом для твердых покровов, костей, зубов, роговых пластин, копыт животных. Раковины моллюсков практически полностью состоят из кальцинированных соединений. Велика биологическая роль кальция. В организме человека он осуществляет массу функций, участвуя в большинстве жизненно важных процессов:

  • регулирует мышечные сокращения, секрецию нейромедиаторов,
  • воздействуя на кровеносную систему, регулирует давление,
  • принимает активное участие в регулировании свертывания крови и обмена веществ внутри клеток,
  • участвует в постоянном обновлении состава костей,
  • укрепляет иммунную систему,
  • способствует синтезу ферментов и гормонов,
  • воздействует на мышцы, регулирует сердечные сокращения,
  • влияет на внутриклеточные процессы,
  • защищает клетку, регулируя проницаемость мембраны.

Суточное пополнение организма человека кальцием должно составлять не менее 800-1250 мг, предельная норма — 2500 мг/сут.

Важно! Это единственный элемент, способный нормализовать кислотно-щелочной баланс в организме. Преобладание кислоты вызывает активное образование солей, камней в почках, создаст предпосылки к возникновению сердечно-сосудистых заболеваний.

Свойства кальция и его соединений

Химия. Элемент кальций

Заключение

Элемент имеет колоссальное значение в области химии, геологии, биологии, играет важнейшую роль в функционировании живых организмов и активно участвует в общих природных процессах.

Источник: https://tvercult.ru/nauka/kakova-biologicheskaya-rol-i-harakteristika-himicheskogo-elementa-kaltsiya

Химические и физические свойства кальция, его взаимодействие с водой

Строение иона кальция
[Deposit Photos]

Кальций располагается в четвертом большом периоде, второй группе, главной подгруппе, порядковый номер элемента — 20. Согласно периодической таблице Менделеева, атомный вес кальция — 40,08. Формула высшего оксида — СаО. Кальций имеет латинское название cal­ci­um, поэтому символ атома элемента — Са.

Характеристика кальция как простого вещества

При обычных условиях кальций — это металл серебристо-белого цвета. Имея высокую химическую активность, элемент способен образовывать множество соединений разных классов. Элемент представляет ценность для технических и промышленных химических синтезов.

Металл широко распространен в земной коре: его доля составляет около 1,5 %. Кальций относится к группе щелочноземельных металлов: при растворении в воде он дает щелочи, но в природе встречается в виде множественных минералов и солей.

Морская вода содержит кальций в больших концентрациях (400 мг/л).

Чистый натрий [Wikimedia]

Характеристики кальция зависят от строения его кристаллической решетки. У этого элемента она бывает двух типов: кубическая гранецентрическая и объемноцентрическая. Тип связи в молекуле кальция — металлический.

Природные источники кальция:

  • апатиты;
  • алебастр;
  • гипс;
  • кальцит;
  • флюорит;
  • доломит.

Физические свойства кальция и способы получения металла

В обычных условиях кальций находится в твердом агрегатном состоянии. Металл плавится при 842 °С. Кальций является хорошим электро- и теплопроводником. При нагревании он переходит сначала в жидкое, а затем в парообразное состояние и теряет металлические свойства. Металл является очень мягким и режется ножом. Кипит при 1484 °С.

Под давлением кальций теряет металлические свойства и способность к электропроводимости. Но затем металлические свойства восстанавливаются и проявляются свойства сверхпроводника, в несколько раз превышающего по своим показателям остальные элементы.

Кальций долго не удавалось получить без примесей: из-за высокой химической активности этот элемент не встречается в природе в чистом виде. Элемент был открыт в начале XIX века. Кальций как металл впервые синтезировал британский химик Гемфри Дэви.

Ученый обнаружил особенности взаимодействия расплавов твердых минералов и солей с электрическим током. В наши дни электролиз солей кальция (смеси хлоридов кальция и калия, смеси фторида и хлорида кальция) остается самым актуальным способом получения металла.

Кальций также извлекают из его оксида с помощью алюминотермии — распространенного в металлургии метода.

Химические свойства кальция

Кальций — активный металл, вступающий во многие взаимодействия. При нормальных условиях он легко реагирует, образуя соответствующие бинарные соединения: с кислородом, галогенами.

Нажмите здесь, чтобы узнать больше о соединениях кальция. При нагревании кальций реагирует с азотом, водородом, углеродом, кремнием, бором, фосфором, серой и другими веществами.

На открытом воздухе мгновенно взаимодействует с кислородом и углекислым газом, поэтому покрывается серым налетом.

[attention type=yellow]

Бурно реагирует с кислотами, при этом иногда воспламеняется. В солях кальций проявляет интересные свойства. Например, пещерные сталактиты и сталагмиты — это карбонат кальция, постепенно образовавшийся из воды, углекислого газа и гидрокарбоната в итоге процессов внутри подземных вод.

[/attention]

Из-за высокой активности в обычном состоянии кальций хранится в лабораториях в темной герметичной стеклянной посуде под слоем парафина или керосина. Качественная реакция на ион кальция — окрашивание пламени в насыщенный кирпично-красный цвет.

Кальций окрашивает пламя в красный цвет [Wikimedia]

Идентифицировать металл в составе соединений можно по нерастворимым осадкам некоторых солей элемента (фторид, карбонат, сульфат, силикат, фосфат, сульфит).

Реакция воды с кальцием

Кальций хранят в банках под слоем защитной жидкости. Чтобы провести опыт, демонстрирующий, как происходит реакция воды и кальция, нельзя просто достать металл и отрезать от него нужный кусочек. Металлический кальций в лабораторных условиях проще использовать в виде стружки.

Если металлической стружки нет, а в банке есть только большие куски кальция, потребуются пассатижи или молоток. Готовый кусочек кальция нужного размера помещают в колбу или стакан с водой. Кальциевую стружку кладут в посуду в марлевом мешочке.

Кальций опускается на дно, и начинается выделение водорода (сначала в месте, где находится свежий излом металла). Постепенно с поверхности кальция выделяется газ. Процесс напоминает бурное кипение, одновременно образовывается осадок гидроксида кальция (гашёная известь).

Гашение извести [Flickr]

Кусок кальция всплывает, подхваченный пузырьками водорода. Примерно через 30 секунд кальций растворяется, а вода из-за образования взвеси гидроксида становится мутно-белой.

Если реакцию проводить не в стакане, а в пробирке, можно наблюдать выделение тепла: пробирка быстро становится горячей.

Реакция кальция с водой не заканчивается эффектным взрывом, но взаимодействие двух веществ протекает бурно и выглядит зрелищно. Опыт безопасен.

Если мешочек с оставшимся кальцием вынуть из воды и подержать на воздухе, то через некоторое время в результате продолжающейся реакции наступит сильное разогревание и оставшаяся в марле вода закипит.

Если часть помутневшего раствора отфильтровать через воронку в стакан, то при пропускании через раствор оксида углерода CO₂ получится осадок.

Для этого не нужен углекислый газ — можно продувать выдыхаемый воздух в раствор через стеклянную трубочку.

Источник: https://melscience.com/RU-ru/articles/himicheskie-i-fizicheskie-svojstva-kalciya-ego-vza/

Сам себе врач
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: