Ка́льций (лат.Calcium; обозначается символом Ca) — элемент второй группы, четвёртого периода периодической системы (по старой классификации — главной подгруппы второй группы) с атомным номером 20. Как простое вещество кальций представляет собой мягкий, химически активный щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета. Обладает высокой химической активностью, на воздухе активно реагирует с влагой и кислородом. Температура плавления: 838,85 °C, температура кипения: 1483,85 °C. Из-за высокой химической активности кальций в свободном виде в природе не встречается. В чистом виде кальций впервые выделен сэром Гемфри Дэви в 1808 году.
На долю кальция приходится 3,38 % массы земной коры (5-е место по распространенности (3-е среди металлов) после кислорода, кремния, алюминия и железа). Кальций встречается в природе в виде смеси шести изотопов, пять из которых стабильны. Большая часть кальция содержится в составе силикатов и алюмосиликатов различных горных пород (граниты, гнейсы и т. п.), особенно в полевом шпате. Широко распространены и известны такие минералы кальция, как кальцит, ангидрит, алебастр и гипс, флюорит, апатиты, доломит. Присутствием солей кальция и магния в природной воде определяется её жёсткость. Осадочная порода, состоящая в основном из скрытокристаллического кальцита — известняк (одна из его разновидностей — мел). Под действием регионального метаморфизма известняк преобразуется в мрамор.
Кальций наиболее известен нам в виде солей: углекислой, называемой мелом, сернокислой ― называемой гипсом и, наконец, в виде едкой извести, употребляемой для штукатурки.[1]
Кальций постоянно окружает человека: почти все основные стройматериалы ― бетон, стекло, кирпич, цемент, известь ― содержат этот элемент в значительных количествах. В организме каждого взрослого человека ― не меньше килограмма кальция.[4]
Механические свойства элементарного кальция не делают его «белой вороной» в семье металлов: по прочности и твердости кальций превосходит многие из них; его можно обтачивать на токарном станке, вытягивать в проволоку, ковать, прессовать.[4]
Почему инсульты случаются в Японии в 6 раз чаще, чем на соседней Окинаве? Почему на этом острове люди доживают до 120 лет, чего в Японии давно уже не бывало? Отгадка чисто химическая: в ручьях и реках Окинавы больше кальция.[6]
Вряд ли возможно, чтобы при трупном окоченении миозин переходил в свою нерастворимую модификацию, ибо было бы непонятно, каким образом эта модификация при последующем самопроизвольном расслаблении трупного окоченения вновь приобретает не только кальций, но и все свои нормальные группы. Гораздо легче было бы вновь приобрести только утраченный кальций; это имело бы место в том случае, если бы при трупном окоченении миозин переходил в синтонин и потому становился бы нерастворимым в мышечной сыворотке, содержащей соли. Если это представление правильно, то хорошо трупно-окоченевшие мышцы должны отдавать в раствор нашатыря лишь немного миозина или вовсе его не отдавать. Это нетрудно изучить экспериментально.[8]
— Александр Данилевский, «Миозин, его получение, свойства, превращение в синтонин и обратное образование из последнего», 1881
Кальций наиболее известен нам в виде солей: углекислой, называемой мелом, сернокислой ― называемой гипсом и, наконец, в виде едкой извести, употребляемой для штукатурки. Стронций и барий встречаются гораздо реже, но тот, кто когда-либо занимался изготовлением самодельных фейерверков или бенгальских огней, наверно пользовался азотнокислыми солями этих металлов: барием зеленого огня и стронцием для красного. Достать эти соли в аптеке не трудно. <...> Трудность приготовления препаратов зависит от выбираемого металла. Препараты из солей стронция удаются легче всего, требуя 400-600° для своего приготовления, затем идет кальций, приготовляющийся при 500-700°, и, наконец, барий при 1000° и выше. Что касается цвета светящегося порошка, то он зависит от состава соли, из которой приготовляется вещество.[1]
Затем Бунзен стал вводить в пламя по очереди натрий, калий, медь, литий, стронций. И каждый раз, когда пламя меняло свой цвет, оба они внимательно рассматривали спектр лучей, испускаемых раскаленными пара́ми металлов. Достаточно было посмотреть на них в спектроскоп Кирхгофа, чтобы сразу сказать, где литий, где стронций. Спектр лития состоит из одной яркой красной линии и одной оранжевой послабее, а спектр стронция — из одной голубой и нескольких красных, оранжевых, желтых линий. <...> Все, что попадалось ему под руку, он тащил к спектроскопу. Он вносил в пламя горелки и каплю морской воды, и каплю молока, и пепел сигары, и кусочки всевозможных минералов. В спектре пепла гаванской сигары он увидел желтую линию натрия и красные линии лития и калия; в спектре кусочка мела он увидел линии натрия, лития, калия, кальция, стронция.[9]
Соли стронция и бария имеют сходство с солями кальция. Карбонаты и сульфаты SrCO3, ВаСОз, SrSO4 и BaSO4 обладают очень малой растворимостью в воде и выпадают из раствор а в виде осадков, если ионы стронция и бария встречаются с ионами СО42- илн SO42-. Этим пользуются при анализе для отделения стронция и бария от других металлов.
Характерным отличием всех трех металлов друг от друга может служить окраска, сообщаемая их летучими солями несветящему пламени. Соли кальция окрашивают пламя в кирпично-красный цвет, соли стронция — в карминово-красный, а соли бария — в желтовато-зелёный.[10]:599
Соли стронция и бария имеют сходство с солями кальция. Карбонаты и сульфаты SrCO3, ВаСОз, SrSO4 и BaSO4 обладают очень малой растворимостью в воде и выпадают из раствор а в виде осадков, если ионы стронция и бария встречаются с ионами СО42- илн SO42-. Этим пользуются при анализе для отделения стронция и бария от других металлов.
Характерным отличием всех трех металлов друг от друга может служить окраска, сообщаемая их летучими солями несветящему пламени. Соли кальция окрашивают пламя в кирпично-красный цвет, соли стронция — в карминово-красный, а соли бария — в желтовато-зелёный.[10]:599
Кобальт, например, необходим для синтеза витамина В12. Стронций мешает костям усваивать кальций, вследствие чего возникает «стронциевый рахит». Основоположник геохимии и биогеохимии ученый-мыслитель Владимир Иванович Вернадский еще в 20-х годах в статье «Химический состав живого вещества» писал: «Присутствие или отсутствие атомов, большое или малое количество атомов разного строения в любом природном теле, в том числе и в организме, не может не быть важным, если только это явление повторяющееся, не случайное».[3]
Кальций ― один из немногих элементов, в окружении которых мы находимся всегда. В природе кальция очень много: из его солей образованы горные массивы и глинистые породы, он есть в морской и речной воде, в донных отложениях, входит в состав растительных и животных организмов ― диковинных обитателей морских глубин. Кальций постоянно окружает человека: почти все основные стройматериалы ― бетон, стекло, кирпич, цемент, известь ― содержат этот элемент в значительных количествах. В организме каждого взрослого человека ― не меньше килограмма кальция. Словом, от кальция ― никуда, и без кальция тоже.[4]
Несмотря на повсеместную распространенность элемента № 20, даже не все химики видели элементарный кальций. А ведь этот металл и внешне, и по поведению совсем не похож на щелочные металлы, общение с которыми чревато опасностью пожаров и ожогов. Его можно спокойно хранить на воздухе, он не воспламеняется от воды. Механические свойства элементарного кальция не делают его «белой вороной» в семье металлов: по прочности и твердости кальций превосходит многие из них; его можно обтачивать на токарном станке, вытягивать в проволоку, ковать, прессовать. И все-таки в качестве конструкционного материала элементарный кальций почти не применяется. Для этого он слишком активен. Кальций легко реагирует с кислородом, серой, галогенами. Даже с азотом и водородом при определенных условиях он вступает в реакции. Среда окислов углерода, инертная для большинства металлов, для кальция агрессивна. Он сгорает в атмосфере CO и CO2. Естественно, что, обладая такими химическими свойствами, кальций не может находиться в природе в свободном состоянии.[4]
На северо-западе США есть «Долина Духов», названная так индейцами потому, что все произрастающие в ней растения ядовиты для человека и животных. Белые поселенцы, с пренебрежением отнесшиеся к этой легенде, тяжело заболели. Лишь потом выяснилось: в почве долины повышенное содержание селена, который, будучи близок по химическим свойствам к сере, усваивается растениями, причем получаются белки, содержащие селен вместо серы. Такая замена не влияет или мало влияет на произрастание растений, но вызывает серьезные заболевания животных и человека, использовавших эти растения в пищу. На некоторых почвах магний может заменяться в растениях бериллием, кальций ― стронцием, что также делает эти растения непригодными для пищи.[5]
В Рязанской области ужовник обыкновенный отмечен в следующих сообществах: свежий осиновый лес в долине речки, сырой луг, сухая поляна в сосново-дубово-еловом лесу, луг на краю ольшаника, берег карстового озера, сыроватая полянка, сыроватая луговина по краю березняка, сухая прогалина с белоусом и кисличником, среди редкостойного ельника, окружающего осоковое болото. Вид явно положительно реагирует на повышенное содержание кальция в почве. В 2009 г. популяция выявлена в урочище «Канава» на севере Касимовского района — сырое место с ивняком, таволгой, вместе с крупной популяцией тайника яйцевидного.[12]
— Красная книга Рязанской области, Ужовник обыкновенный, 2020
Но разве все животные и растения океана не пользуются растворенными в ничтожнейших долях в воде океана элементами для построения целых частей своего организма? Возьми, например, кальций. В морской воде его заключается всего лишь пять сотых процента, а в мадрепоровых и норитовых кораллах окись кальция, или известь, находится в количестве до пятидесяти трех процентов их сырого веса; в некоторых моллюсках ее даже более шестидесяти процентов. Или кремний. В морской воде он находится в количестве одной-двух десятитысячных долей процента, а в кремневых губках он составляет до девяноста процентов их сырого веса![13]
Взять, к примеру, известь. В XVIII веке известь считалась элементом, так как ни одна химическая реакция не могла разложить её на составляющие. Однако у химиков возникло предположение, что известь состоит из какого-то металла и кислорода. И лишь в 1808 году английскому химику Гемфри Дэви (1778–1829) удалось разложить известь и выявить новый элемент — кальций (так по-латыни называется известь). Учёный применил для этого электрический ток — новую для того времени технологию.[14]
— Айзек Азимов, «Популярная физика. От архимедова рычага до квантовой механики», 1969
На курсе был парень с недостатком речи: ко всем согласным, кроме шипящих, привязывалось «х» ― последствие волчьей пасти в младенчестве.Для обычного, разговорного общения ― легкие помехи, не больше. Но на экзаменах или на таких зачетах, как анализ, он сводил артикуляцию до уровня невоспринимаемого и непереносимого. Подходил с листочком к преподавателю и, не выпуская из рук, произносил: «Хахий, хахий, хахий и хохий». Это должно было значить «калий, натрий, магний и кобальт». Это могло значить «кальций, барий, кадмий и молибден». Даже на купрум и висмут годились хахий и хохий.[15]
— Анатолий Найман, «Славный конец бесславных поколений», 1994
Не правда ли, все это напоминает какую-то пьесу с запутанными взаимоотношениями главных действующих лиц: натрия, магния, калия? И вот действие второе, новый персонаж ― кальций. Почему инсульты случаются в Японии в 6 раз чаще, чем на соседней Окинаве? Почему на этом острове люди доживают до 120 лет, чего в Японии давно уже не бывало? Отгадка чисто химическая: в ручьях и реках Окинавы больше кальция. Казалось бы, рыба, молоко, овощи ― главные поставщики кальция ― и в Японии, и на Окинаве одинаковые, а вот вода ― другая! Окинавский кальций лучше помогает сердцу. Жесткая вода с кальцием снижает вероятность его болячек на 10 процентов! Добавка в пищу одного грамма снижает кровяное давление у мужчин на 9 процентов, у женщин ― на 5,6 процента! Роль кальция в водопроводной воде едва ли не главная. Если вода дрянная и нуждается в хлорировании, необходимо добавлять кальций, иначе можно надорвать сердце. Если вода хорошая, но течет по старым трубам, для соединения которых в прежние годы применяли сплав, содержащий свинец, кальций нужен, чтобы нейтрализовать действия этого весьма неприятного, можно сказать, преступного элемента, о злодеяниях которого рассказ впереди.[6]
Если вы любите растения и хотите, чтобы они хорошо росли, не касайтесь их руками. Исследователи из Медицинского центра Станфордского университета открыли особые «гены касания», которые приостанавливают рост растений при воздействии на них ветра, дождя, а иногда и рук человека. Учёные полагают, что реакция растений на прикосновение может зависеть от содержания кальция в их клетках. «Растения не могут вскочить и убежать от какого-то стресса, ― говорит биохимик Станфордского университета Джанет Браам. ― Они вынуждены действовать соответственно обстоятельствам, в которых находятся, но единственное, что они могут при этом сделать, это изменить темп роста».[7]
— Ирина Ярославцева, «Не тронь меня!», сентябрь 2005 г.
― Растворим хлористый кальций и соду в воде порознь и смешаем растворы. Кальций с углекислотой соды должен дать углекислую известь, слаборастворимую в воде, и она осядет на дно сосуда. Натрий соды соединится с хлором, освобожденным от кальция, и получится хлористый натрий, который останется в растворе; это ― поваренная соль. Мы выпарим этот раствор и получим примерно две банки соли, ― рассказывал Генри и добавил: ― Я не знаю, верно ли я определил реакции. Я химию не очень люблю. Все эти соли и кислоты, которые то разлагают друг друга, то жадно соединяются, трудно упомнить.[16]
― Совершенно неожиданно я обнаружил, мне кажется, новый вид известковой водоросли. Конечно, требуется ещё проверка, но если ее и открыли до меня, то почему-то не обнаружили её свойство, кроме кальция, ассимилировать ещё и ниобий, и в довольно значительных количествах. ― Костя оживился, повеселел.
― И знаешь, это накопление идет довольно странным путём: вначале интенсивно накапливается ниобий, это пора молодости, расцвета, затем клетки под влиянием какого-то катализатора активно поглощают углекислый кальций. Но это совершенно новая тема! И вот что странно: над чем бьюсь ― не получается или удается выведать какие-то крохи, а тут открытие упало прямо с неба![17]
Эдвард: 35 литров воды, 20 килограмм углерода, 4 литра аммиака, 1,5 килограмма оксида кальция, 800 грамм фосфора, 250 грамм соли, селитры — 100 грамм, 80 грамм серы, 7,5 грамм фтора, 5 граммов железа и 3 грамма кремния. Плюс ещё 15 элементов. <…> Из этого состоит тело среднего взрослого человека. <…> Между прочим, все эти компоненты может купить даже ребёнок на свои карманные деньги. Люди стоят дёшево.
Но здесь я убыстряю шаг. Внизу в аптеку я еще вернусь, потому что надо купить карбонат кальция в таблетках. Обязательно в таблетках, у нас почему-то продается только в порошке. Это, практически, мел, больные, находящиеся на гемодиализе, должны с пищей принимать его постоянно: под действием растворов и препаратов кальций вымывается из костей и они становятся хрупкими и ломкими. Преследующая всех диализников новость, когда они сменой через день встречаются, это сломанная у кого-то из них рука или нога, иногда шейка бедра ― это самое страшное. Такого больного упаковывают в стационар. Больше всего я боюсь подобной травмы у Саломеи и всегда, когда она хочет встать на табуретку, чтобы достать из кухонного шкафчика кастрюлю или какую-нибудь банку, бранюсь: «Попроси, я тебе достану.[18]
— Но он же тебе деньги все отдает.
― Отдает. А ты знаешь, сколько творог на рынке стоит? Я Маратику по двести граммов беру. А ему каждый день нужно ― для косточек.
― Раздави яичную скорлупу и давай. Тот же кальций.
― Он не будет эту гадость есть.
― Тогда таблетки купи.
― Не верю я в эту химию. Только желудок портить.[19]
Из холодных палат
белый движется халат.
Это врач, это ясно ―
облит струйками красными,
он кричит: ― Одевайся
поскорей, за лекарствами! ― Ночь темна и густа.
До аптеки верста. Кальций, вата и йод…
Мама песню поет,
где-то каплет в углу…
Сплю.[20]
— Семён Кирсанов, «Сплю... сп-лю... В кух-не кран закапал сп-лю, сс-п-лю...» (из цикла «Моя именинная»), 1927
Видишь мрамор? Это просто кальций. Химия. Породистый кристалл.
Но коснулись этой глыбы пальцы ―
И Венерой вышла красота.
Так во всем и всюду. Пусть природа
Часто безупречно хороша,
Но волнует глубже труд народа,
Потому что труд и есть-душа.[2]
↑М. П. Бронштейн «Солнечное вещество». — М.: Детиздат ЦК ВЛКСМ, 1936 г.
↑ 12Н. Л. Глинка. Общая химия: Учебное пособие для вузов (под. ред. В.А.Рабиновича, издание 16-е, исправленное и дополненное). ― Л.: Химия, 1973 г. ― 720 стр.
↑В. Е. Жвирблис. «Почему кальций — кальций». — М.: «Химия и жизнь», № 6, 1969 г.
↑Красная книга Рязанской области (Животные и растения Красной книги Рязанской области), Ужовник обыкновенный.
