7.3. Щелочноземельные металлы

Кальций широко распространен в земной коре, его кларк равен 2 мол.%, стронций и барий - более редкие элементы (кларк Sr - 0,01; Ba - 610^-3 мол.%). Основные минералы: CaCO₃ - кальцит, CaCO₃MgCO₃ - доломит, CaSO₄2H₂O - гипс, CaF₂ - флюорит, Ca₅(PO₄)₃(OH,F,Cl) - апатиты, SrCO₃ - стронцианит, BaCO₃ - витерит, BaSO₄ - барит. Кальций входит в состав костной ткани и зубной эмали животных и человека. Катионы кальция играют важную роль в механизме сокращения мышц.

Серебристо-белые металлы, быстро корродирующие на воздухе. Кальций твердый, барий и стронций мягкие, как свинец. В промышленности их получают электролизом расплавов хлоридов. Барий получают также восстановлением его оксида алюминием:

t

3BaO + 2Al = 3Ba + Al₂O₃

Кальций применяют в химической промышленности для получения некоторых металлов в качестве восстановителя. Фосфаты кальция используют как фосфорные удобрения: Ca₃(PO₄)₂ - фосфоритная мука; CaHPO₄2H₂O - преципитат; Ca(H₂PO₄)₂H₂O - двойной суперфосфат; Ca(H₂PO₄)₂H₂O + 2CaSO₄ – суперфосфат. Хлорид кальция применяется в медицине.

Карбонат кальция (мел, известняк), оксид и гидроксид кальция (негашеная и гашеная известь), а также гипс (CaSO₄·2H₂O) и алебастр (2CaSO₄·H₂O) применяются как строительные материалы. Природные соединения кальция широко применяются в производстве вяжущих материалов, к которым относятся цементы, гипсовые материалы, известь.

По химическому составу цемент представляет собой силикаты и алюмосиликаты кальция. Силикатные цементы получают обжигом при 1400 – 1600 ºС смеси известняка и глины. Тонко измельченный цементный клинкер, замешанный с водой, постепенно твердеет за счет образования высокомолекулярных силикатов и алюминатов кальция.

Гипсовые материалы – это прежде всего жженый гипс или алебастр 2CaSO₄·H₂O. Его получают обжигом гипса при 150 – 180 ºС. При замешивании алебастра с водой происходит присоединение воды, сопровождающееся кристаллизацией и затвердеванием всей массы.

В качестве вяжущего материала также используют смесь гашеной извести с песком и водой (известковый раствор). Известковый раствор затвердевает за счет перехода Са(ОН)₂ в кристаллический СаСО₃ при поглощении углекислого газа из воздуха. Одновременно образуются силикаты кальция.

Применение бария очень сильно ограничено высокой токсичностью его растворимых соединений. Из нерастворимых соединений бария наиболее широко применяется BaSO₄ как рентгеноконтрастное вещество. Металлический стронций используют в качестве добавок к некоторым сплавам. Соединения стронция используют в пиротехнике, в медицине при лечении некоторых кожных заболеваний. Изотоп ⁹⁰Sr - один из самых опасных продуктов деления урана, он замещает кальций в костях, облучая организм изнутри (период полураспада около 30 лет).

Химические свойства. Щелочноземельные металлы химически очень активны, при комнатной температуре реагируют с кислородом и галогенами, при нагревании - с водородом, серой, азотом и фосфором, углеродом и кремнием. Энергично взаимодействуют даже с холодной водой. В ряду кальций, стронций, барий активность металлов увеличивается.