Canxi

Template:Canxi Canxi (bắt nguồn từ từ tiếng Pháp calcium /kalsjɔm/),[1] còn được viết là can-xi,[1]nguyên tố hoá học ký hiệu Ca, số thứ tự 20 trong bảng tuần hoàn. Nó là một kim loại kiềm thổ có nguyên tử khối là 40.

Canxi là nguyên tố thiết yếu cho sinh vật sống, đặc biệt trong sinh lý học tế bào và tồn tại dưới 3 dạng trong máu: 50% dưới dạng ion Ca++, gần 50% kết hợp với protein huyết tương, chủ yếu là albumin và chỉ còn rất ít dưới dạng phức hợp với phosphat, citrat, carbonat. Ở đây có sự di chuyển ion Ca2+ vào và ra khỏi tế bào chất có vai trò mang tính hiệu cho nhiều quá trình tế bào. Là một khoáng chất chính trong việc tạo xương, răngvỏ sò, canxi là kim loại phổ biến nhất về khối lượng có trong nhiều loài động vật.

Đặc tính

[[Tập tin:FlammenfärbungCa.png|nhỏ|upright|trái|Flame test. Brick-red color originates from calcium.]] Về hóa học, canxi là một kim loại mềm và phản ứng mạnh (mặc dù cứng hơn chì, nó có thể bị cắt bằng dao một cách khó khăn). Nó là nguyên tố kim loại có màu bạc phải được tách ra bằng phương pháp điện phân từ muối nóng chảy như canxi clorua.[2] Khi được tạo ra, nó nhanh chóng hình thành một lớp áo ôxít và nitrit màu trắng xám do tiếp xúc với không khí. Ở dạng khối, kim loại khó đốt cháy, thậm chí còn khó hơn các miếng magie; nhưng khi cắt ra, kim loại cháy trong không khí cho ngọn lửa cam-đỏ có độ chói cao. Kim loại canxi phản ứng với nước tạo khí hydro với tốc độ nhanh đến mức có thể nhận biết được, nhưng không đủ nhanh ở nhiệt độ phòng để tạo ra nhiều nhiệt, do vậy nên nó rất hữu ích trong việc dùng sản xuất hydro.[3] Tuy nhiên, khi ở dạng bột nó phản ứng với nước cực kỳ nhanh do diện tích bề mặt tiếp xúc tăng do ở dạng bột. Một phần phản ứng với nước bị chậm lại do nó tạo ra sản phẩm không hòa tan là canxi hydroxit có tính bảo vệ.

Canxi có tỉ trọng 1,55 g/cm3, là kim loại kiềm thổ nhẹ nhất; magie (1,74) và bery(1,84) đặc hơn mặc dù chúng có số khối nhỏ hơn. Kể từ stronti trở đi, các kim loại kiềm thổ có tỷ trọng tăng theo số khối. Canxi có hai đồng hình.[4]

Canxi có điện trở suất lớn hơn đồngnhôm, tính trên cùng khối lượng, do nó có khối lượng riêng thấp hơn, nó cũng là chất dẫn điện tốt hơn hai loại trên. Tuy nhiên, trong thực tế nó ít khi được sử dụng bởi rất dễ phản ứng với không khí.

Các muối của canxi không màu cho dù canxi ở dạng nào đi nữa, và ion canxi hòa tan (Ca2+) cũng không màu. Cùng với các muối của magie và các muối của kim loại kiềm thổ khác, các muối canxi thường tan khá trong nước ngoại trừ canxi hydroxit, canxi sulfat, canxi carbonatcanxi phốt phát. Khi ở trong dung dịch, ion canxi cho nhiều vị giác ấn tượng như mặn, chua, trơn.

Lịch sử

Vôi ở dạng vật liệu xây dựng đã được sử dụng từ thời tiền sử cách nay khoảng 7000 đến 14000 TCN.[5] Lò vôi được định tuổi đầu tiên có niên đại 2500 TCN và được tìm thấy ở Khafajah mesopotamia.[6][7] Calcium (từ tiếng Latin calx, thuộc về calcis, nghĩa là "vôi")[8] đã được biết từ rất sớm vào thế kỷ I khi người La Mã cổ đại điều chế vôi ở dạng canxi ôxit. Văn liệu năm 975 ghi nhận rằng canxi sulfat là chất hữu ích trong việc hình thành xương. Nó không được tách biệt mãi cho đến năm 1808 ở Anh khi Sir Humphry Davy điện phân một hỗn hợp gồm vôi và thủy ngân ôxit.[9].

Ứng dụng

Canxi là một thành phần quan trọng của khẩu phần dinh dưỡng. Sự thiếu hụt rất nhỏ của nó đã ảnh hưởng tới sự hình thành và phát triển của xươngrăng. Thừa can xi có thể dẫn đến sỏi thận(vì khi nồng độ cao dễ bị kết tinh gây ngưng trệ quá trình bài tiết). Vitamin D là cần thiết để hấp thụ canxi. Các sản phẩm sữa chứa một lượng lớn canxi.

Để hiểu thêm về vai trò của canxi trong thế giới sự sống, xem thêm bài Canxi trong sinh học.

Các ứng dụng khác còn có:

  • Chất khử trong việc điều chế các kim loại khác như urani, zirconi hay thori.
  • Chất chống ôxi hóa, chống sulfua hóa hay chống cacbua hóa cho các loại hợp kim chứa hay không chứa sắt.
  • Một chất tạo thành trong các hợp kim của nhôm, beryli, đồng, chì hay magiê.
  • Nó được sử dụng trong sản xuất xi măng hay vữa xây sử dụng rộng rãi trong xây dựng.
  • Đồng vị canxi-48 được sử dụng để tổng hợp một số nguyên tố siêu urani như nobeli hay oganesson.

Hợp chất

Vôi sống (CaO) được sử dụng trong nhiều quy trình làm sạch hóa học và được sản xuất bằng cách nung nóng đá vôi. Khi thêm nước vào vôi sống thì nó tạo ra vôi tôi Ca(OH)2. Khi Ca(OH)2 được trộn với cát nó tạo ra vữa sử dụng trong xây dựng, vữa này cứng lại khi để lâu trong không khí do điôxít cacbon có phản ứng chậm với vôi tôi tạo ra cacbonat canxi. Trộn với các chất khác, chẳng hạn đất sétthạch cao khi bị nung nóng ở nhiệt độ cao, CaO tạo ra một thành phần quan trọng của xi măng Portlandcờ lanh ke (clinker).

Khi nước thấm qua đá vôi hoặc các loại đá cacbonat,nó hòa tan một phần của đá (do sự hiện diện của khí CO2) và sinh ra các loại hình nhũ đá cũng như hình thành nên nước cứng. Các hợp chất quan trọng của canxi là nitrat, sulfua, clorua, cacbua, xyanuahypôclorit canxi.

Đồng vị

Canxi có 6 đồng vị ổn định, hai trong chúng có nguồn gốc tự nhiên: đồng vị Ca40 và đồng vị phóng xạ Ca41 với chu kỳ bán rã = 103.000 năm. 97% của nguyên tố này là ở dạng Ca40. Ca40 là một trong các sản phẩm sinh ra bởi sự phân rã của K40, cùng với Ar40. Trong khi tỷ lệ K/Ar được sử dụng rộng rãi trong địa chất học thì sự phổ biến của Ca40 trong tự nhiên đã cản trở việc sử dụng chỉ số K/Ca này trong địa chất. Không giống như các đồng vị có nguồn gốc vũ trụ được tạo ra trong khí quyển, Ca41 được sản xuất do việc hấp thụ nơtron của Ca40. Phần lớn của việc tạo ra đồng vị này là ở những mét cao nhất hay ở những lớp đất đá mà ở đó các bức xạ nơtron vũ trụ là đủ mạnh. Ca41 đã thu được sự chú ý của các nhà khoa học trong nghiên cứu các chòm sao vì Ca41 phân rã thành K41, một chỉ số quan trọng của các bất thường trong hệ Mặt Trời.

Canxi trong sinh học

Template:Bài chi tiết

Canxi là nguyên tố thiết yếu cho sự sống. Mức canxi trong động vật có vú được kiểm soát chặt. regulated,[10][11] Trong cơ thể thì 98% canxi nằm ở xương và răng; 2% còn lại là ion canxi nằm trong máu để thực hiện các chức năng thần kinh cơ, đông máu. Trong máu, Ca ở dưới 3 dạng: 50% dưới dạng ion Ca++, gần 50% kết hợp với protein huyết tương, chủ yếu là albumin và chỉ còn rất ít dưới dạng phức hợp với phosphat, citrat, carbonat.

Nếu tuyến cận giáp bị kích thích do thiếu canxi, tuyến cận giáp phải liên tục tiết ra quá nhiều hooc môn, chức năng tuyến cận giáp làm việc quá mức nên không còn kiểm soát được nồng độ canxi trong máu nữa, do vậy nồng độ canxi trong máu tăng cao, dẫn đến loạn nhịp tim. Khi nhịp tim loạn thì tuyến giáp lại phải tiết ra hooc môn để giảm nồng độ canxi trong máu, chuyển lượng canxi thừa đó ra ngoài tới các tổ chức khác để duy trì ổn định nồng độ canxi trong máu. Quá trình đó gọi là “canxi di chuyển”.

Phương trình

CaO + H2O → Ca(OH)2

CaO + 2CO2 + H2O → Ca(HCO3)2

CaCO3 (to) → CaO + CO2

Ca + 2HCl → CaCl2 + H2

CaO + 3C → CaC2 + CO (xảy ra ở nhiệt độ 3000 °C)

Chú thích

  1. 1,0 1,1 Đặng Thái Minh, “Dictionnaire vietnamien - français. Les mots vietnamiens d’origine française”, Synergies Pays riverains du Mékong, n° spécial, năm 2011. ISSN: 2107-6758. Trang 79.
  2. Template:Chú thích sách
  3. Theodore Gray. The Elements. Page 55
  4. doi:10.1007/BF02873196
  5. (PDF) http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/lime/390498.pdf.  Unknown parameter |ngày truy cập= ignored (help); Unknown parameter |nhà xuất bản= ignored (help); Unknown parameter |tiêu đề= ignored (help); Unknown parameter |họ 1= ignored (help); Unknown parameter |tên 1= ignored (help); Missing or empty |title= (help)
  6. Template:Chú thích sách
  7. Template:Chú thích sách
  8. Template:L&S
  9. Davy H (1808). "Electro-chemical researches on the decomposition of the earths; with observations on the metals obtained from the alkaline earths, and on the amalgam procured from ammonia". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 98: 333–370. Bibcode:1808RSPT...98..333D. doi:10.1098/rstl.1808.0023. 
  10. Brini, Marisa; Ottolini, Denis; Calì, Tito; Carafoli, Ernesto (2013). "Chapter 4. Calcium in Health and Disease". In Astrid Sigel, Helmut Sigel and Roland K. O. Sigel. Interrelations between Essential Metal Ions and Human Diseases. Metal Ions in Life Sciences. 13. Springer. pp. 81–137. doi:10.1007/978-94-007-7500-8_4. 
  11. Brini, Marisa; Call, Tito; Ottolini, Denis; Carafoli, Ernesto (2013). "Chapter 5 Intracellular Calcium Homeostasis and Signaling". In Banci, Lucia (Ed.). Metallomics and the Cell. Metal Ions in Life Sciences. 12. Springer. doi:10.1007/978-94-007-5561-1_5. ISBN 978-94-007-5560-4.  electronic-book ISBN 978-94-007-5561-1 Template:Issn electronic-Template:Issn

Template:Thể loại Commons

Template:Bảng tuần hoàn thu gọn

Thể loại:Kim loại kiềm thổ Thể loại:Chất khoáng dinh dưỡng Thể loại:Canxi Thể loại:Chất dinh dưỡng bổ sung Thể loại:Từ gốc Pháp