2. Химическая природа кальция

И может ведь статься, что в кости той старой Иной обнаружится, странный состав: Не кальций в ней будет, а стронций и барий, Чего не знавал ни один костоправ.

Б. Вронский

Кальций Ca (calcium) - химический элемент II группы периодической системы Д.И. Менделеева с порядковым номером 20 и атомной массой 40,08; сереб­ристо-белый, относительно мягкий металл. Он относится к семейству щелочноземельных металлов Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, составляющих IIA подгруппу периодической системы элементов.

Соединения Ca - известняк, мрамор, гипс (а также известь - продукт обжига известняка) уже в глубокой древности применялись в строительном деле. Вплоть до конца 18 в. химики считали известь простым телом. В 1789 А. Лавуазье предположил, что известь, магнезия, барит, глинозём и кремнезём - вещества сложные. Открыт Х.Дэви в 1808. Кальций – третий после алюминия и железа из наиболее распространенных металлов в земной коре, его получают преимущественно из известняка. Дэви смешивал влажную кальциевую «землю» (оксид кальция CaO) с оксидом ртути HgO на платиновой пластине, которая являлась анодом. Катодом служила платиновая проволока, погруженная в жидкую ртуть. В результате электролиза получалась амальгама металла, который можно было получить в чистом виде, испарив ртуть.

Природный элемент представляет смесь шести стабильных изотопов: ⁴⁰Ca, ⁴²Ca, ⁴³Ca, ⁴⁴Ca, ⁴⁶Ca и ⁴⁸Ca, из которых наиболее распространён ⁴⁰Ca (96, 97%), названный "кальций" (от лат. calx, родительный падеж calcis - известь).

Таблица 1. Свойства кальция

Атомный номер	20
Температура плавления, ° С	842
Температура кипения, ° С	1495
Твердость (по Моосу)	1,5
Степени окисления	+2
Содержание в земной коре, % (масс.)	3,63
Плотность, г/см3	1,55
Изотопы стабильные	40, 42, 43, 44, 46, 48
Изотопы нестабильные	38, 39, 41, 45, 49
Атомная масса	40,08

Таблица 2. Характеристика щелочноземельных элементов

Символ	Be	Mg	Ca	Sr	Ba	Ra
Автор и год открытия	Л. Воклен –1798	Х. Дэви – 1808	Х. Дэви – 1808	А. Крофорт – 1790	Х. Дэви – 1808	Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри – 1898
1	2	3	4	5	6	7
Природные минералы	Берилл Be3Al2Si6O18	Магнезит MgCO3, карналлит KClMgCl2, доломит CaMg(CO3)2	Полевой шпат CaF2, известняк CaCO3, апатит Ca5F(PO4)3	Стронцианит SrCO3, целестин SrSO4	Барит BaSO4, витерит BaCO3	Урановая смолка U3O8
1	2	3	4	5	6	7
Сод. в зем. коре, %	0,0006	2,09	3,63	0,03	0,025	< 0,0001
Атомная масса	9,01218	24,305	40,078	87,62	137,33	226,0254
Атомный номер	4	12	20	38	56	88
Изотопы (стабильные)	9	24–26	40, 42–44, 46, 48	84, 86–88	130, 132, 134–138	226 (нестабильный)
Электронная конфигурация	(2)2s2	(2,8)3s2	(2,8,18)4s2	(2,8,18,8)5s2	(2,8,18, 18,8)6s2	(2,8,18,32, 18,8)7s2
Плотность, г/см3	1,84	1,74	1,55	2,6	3,75	[5,0]а
Атомный объем, см3/моль	4,85	14,00	26,1	34,0	38,3	45,2
Т-ра плавления, °С	1278	650	[842]	769	725	700
Т-ра кипения, °С	[2970]а	1107	1487	1384	1140	< 1737
Радиус,
металлический	1,11	1,60	1,97	2,15	2,17	2,20
ионный (М2+)	0,31	0,65	0,99	1,13	1,35	–

Продолжение таблицы 2

1	2	3	4	5	6	7
Электродный потенциал, В	1,85	2,37	2,87	2,89	2,90	2,92
Энтальпия гидратации иона, кДж/моль (газ)	–	1925	1653	1486	1276	–
Энтальпия плавления, кДж/моль	11,7	9,0	8,8	9,2	7,7	–
Энтальпия испарения, кДж/моль	294,6	128,7	150,0	138,9	151,1	–
Электроотрицательность:
по Сандерсону	1,37	1,21	1,06	1,00	0,96	–
по Полингу	1,5	1,2	1,0	1,0	0,90	–
Кристалл. ячейкаб	ГПУ	ГПУ	КПУ и ГПУ	КПУ	ОЦК	–
Окрашивание пламени	–	–	Кирпично-красное	Малиновое	Зеленое	–
Степень окисления	II	II	II	II	II	II
а Квадратные скобки указывают на приближенность приводимой величины. б ГПУ – гексагональная плотная упаковка, КПУ – кубическая плотная упаковка, ОЦК – объемноцентрированная кубическая. Кристаллические модификации часто позволяют предсказывать свойства, изменение модификаций в ряду элементов связано с нерегулярным изменением физических свойств при переходе от легких элементов к тяжелым.

Электронная структура атома кальция: 3s23p64s2, степень окисления +2, очень редко +1; энергии ионизации Са° → Са⁺ → Са²⁺ соответственно равны 6,113 и 11,871 эВ; атомный радиус 197,3, ионный: Са⁺² - 106, ковалентный - 174 пм; электроотрицательность: по Полингу 1,0, по Оллреду 1,04; эффективный заряд ядра: по Слейтеру 2,85, по Клементи 4,40, по Фре­зе-Фишеру 5,69 (Фишер А.Я., Перельман А.И., 1973; Эмсли Дж., 1993).

Свойства. Кальций имеет в разрезе серебристо-белый цвет, но на воздухе тускнеет из-за образования оксида на его поверхности. Это пластичный металл тверже свинца. Кальций при нагревании в вакууме подвергается сублимации при температурах ниже точки плавления. Он умеренно растворим в воде, но плохо растворяется в этиловом спирте. При горении на воздухе образует оксид CaO и нитрид Ca₃N₂; нагретый металл непосредственно реагирует с галогенами. В соединениях кальций всегда двухвалентен.

С кальцием, а точнее с такими кальцийсодержащими минералами как известняк, гипс, алебастр, человек познакомился давно. В древние времена люди превращали путем обжига известняк в негашеную известь, и об этом упоминал Плиний Старший (23-79 гг. н. э.). Слово «алебастр» в древности служило для обозначения двух кальцийсодержащих материалов. За первым (одной из разновидностей сульфата кальция) это название сохранилось до сих пор, но в Египте, например, под этим словом понималась одна из разновидностей кальцита (карбоната кальция). Гипс также используют с давних пор в качестве строительного материала. Раствор на основе гипса применяли при строительстве пирамид и храмов. Теофраст под словом «гипс» понимал также два кальцийсодержащих минерала: сам гипс и продукт его частичной дегидратации. Чистый оксид кальция впервые был описан еще в 1746 г., однако попытки получить из него металл с помощью различных восстановителей к успеху не привели. Эту идею впервые осуществил английский химик Г. Дэви. Свободный кальций им был выделен электролизом из смеси влажной гашеной извести Са(ОН)₂ и окиси ртути HgO. Это произошло в 1808 г. В том же году тем же методом независимо от Г. Дэви получили кальций Й. Берцелиус и М. Понтин (Трифонов Д.Н., Трифонов В.Д., 1980).

Кальций является химически активным элементом. На воздухе, содержащем пары воды, быстро покрывается слоем смеси оксида СаО и гидроксида Са(ОН)₂. Он интенсивно окисляется кислородом до СаО. С водой кальций реагирует с выделением Н₂ и образованием Са(ОН)₂; интенсивно реагирует с галогенами, давая СаХ₂. С углеродом кальций образует карбид СаС₂, с бором - борид СаВ₂, с кремнием - силициды Ca₂Si, CaSi, с фосфором - фосфиды Са₃Р₃ и CaP₅, с халькогенами - халькогениды CaS, CaSe, СаТе. Известны также полихалькогениды CaS₄, CaS₅, Ca₂Te₃. Он медленно реагирует с жидким NH₃ с выделением Н₂ и образованием амида Ca(NH₂)₂. При взаимодействии солей кальция с водой образуются кристаллогидраты. В структуре кристаллогидратов ион Са²⁺ обычно окружен 6, иногда 7-9 молекулами воды. Комплексы, содержащие ион Са²⁺, образуются в водных растворах, преимущественно с кислородсодержащими хелатообразующими лигандами, в частности, с комплексонами, например [Са(ЭДТА)]₂ - (ЭДТА - анион этилендиаминтетрауксусной кислоты). Кальций образует интерметаллические соединения с Ag, Аu, А1, Сu, Mg и Рb (Дракин С.И., Чукуров П.М., 1990; Хомченко Г.П., Цитович И.К., 1987).

Расположение щелочноземельных металлов и кальция в периодической системе Д.И. Менделеева приведено в табл. 3.

Кальций активно реагирует с неметаллами. При нагревании в кислороде и на воздухе воспламеняется. С водой кальций реагирует с выделением водорода и образованием гидроксида кальция. Он растворяется в жидком аммиаке с образованием темно-синих растворов, из которых при выпаривании можно получить блестящий аммиакат медного цвета Са(NH₃)₆.

Металлический кальций используется, главным образом, как легирующая добавка. Так, введение кальция повышает прочность алюминиевых подшипников. С помощью кальция регулируют содержание углерода в чугуне и удаляют висмут из свинца. Он используется для очистки стали от кислорода, серы и фосфора. Его применяют и для поглощения кислорода и азота, в частности, для удаления примесей азота из технического аргона. Он служит восстановителем при производстве других металлов, таких как хром, цирконий, торий и уран. Например, металлический цирконий можно получить из его диоксида: ZrO₂ + 2Ca = Zr + 2CaO. Кальций также непосредственно реагирует с водородом с образованием гидрида кальция СаН₂, который является удобным источником водорода.

Соединения. Кальций образует множество соединений. В отличие от ограниченного применения металлического кальция, его соединения широко применяются с тех пор, как первобытный человек использовал в качестве убежища известняковые пещеры.

Известняк - осадочная порода, сложенная преимущественно карбонатом кальция – кальцитом (рис. 3). Благодаря широкому распространению, легкости обработки и химическим свойствам известняк добывается и используется в большей степени, чем другие породы, уступая только песчано-гравийным отложениям. Известняки бывают разных цветов, включая черный, но чаще всего встречаются породы белого, серого цвета или имеющие коричневатый оттенок. Объемная плотность 2,2–2,7. Это мягкая порода, легко царапающаяся лезвием ножа. Известняки бурно вскипают при взаимодействии с разбавленной кислотой. В соответствии со своим осадочным происхождением имеют слоистое строение. Чистый известняк состоит только из кальцита (редко с небольшим содержанием другой формы карбоната кальция – арагонита). Присутствуют и примеси.

Таблица 3. Расположение щелочноземельных металлов и кальция

в периодической системе Д.И. Менделеева

Двойной карбонат кальция и магния – доломит – обычно содержится в переменных количествах, и возможны все переходы между известняком, доломитовым известняком и горной породой доломитом. В процессе отложения известняка водой привносятся также глинистые частицы, порода становится глинистой, стираются четкие границы между известняком, глинистым известняком и глинистым сланцем. Кремень тоже является обычной примесью; он нередко присутствует в форме желваков (кремневых конкреций) или в виде более или менее явно выраженных слоев. При метаморфизме, по мере того, как перекристаллизация кальцита охватывает всю породу и возникает мозаичная структура (агрегат из четко ограниченных плотно прилегающих друг к другу изометричных зерен приблизительно одинакового размера), известняк постепенно превращается в мрамор.

Большие количества извести расходуются в (при) производстве стали, где она используется для удаления фосфора, серы, кремния и марганца. В кислородно-конверторном процессе на тонну стали требуется 75 кг извести. Она заметно продлевает жизнь огнеупорной облицовки. Известь используется также в качестве смазочного материала при вытягивании стальной проволоки и нейтрализации отходов травильных жидкостей, содержащих серную кислоту. Еще одно применение в металлургии – производство магния.

Еще одна область применения извести – нейтрализация кислотных растворов и промышленных отходов. С ее помощью устанавливают оптимальное значение рН для биохимического окисления сточных вод. Известь используют и в газопромывателях для удаления диоксида серы и сероводорода из газовых отходов электростанций, работающих на ископаемом топливе, и печей для плавки металлов.

Важным потребителем является также стекольная промышленность. Наиболее распространенные стекла содержат в своем составе около 12% оксида кальция.

Большие количества гидроксида кальция требуются для целлюлозно-бумажной промышленности. На бумажных предприятиях отработанный раствор карбоната натрия обрабатывают известью для регенерации каустической соды (гидроксида натрия NaOH), используемой в технологическом процессе. Около 95% образовавшейся суспензии карбоната кальция высушивается и вновь обжигается во вращающихся печах для регенерации оксида кальция. Отбеливающие жидкости для бумажной пульпы, содержащие гипохлорит кальция, получают реакцией извести с хлором.

Производство высококачественной бумаги требует использования специально осажденного карбоната кальция. Для этого сначала обжигают известняк и собирают по отдельности диоксид углерода и оксид кальция. Последний затем обрабатывают водой и вновь переводят в карбонат. Тип образующихся кристаллов, а также их размеры и форма зависят от температуры, рН, скорости смешивания, концентраций и присутствия добавок. Мелкие кристаллы (<45 мкм) часто покрывают жирными кислотами, смолами или смачивающими веществами. Карбонат кальция придает бумаге яркость, непрозрачность, восприимчивость к чернилам и гладкость. В более высоких концентрациях он нейтрализует сильный глянец, вызываемый добавками каолина, и дает тусклый матовый оттенок. Такая бумага может содержать 5–50% (по массе) осажденного карбоната кальция. СаСО₃ также используется как наполнитель в резинах, латексах, красках и эмалях, а также в пластиках (около 10% по массе) для улучшения их термостойкости, жесткости, твердости и обрабатываемости.

В быту и медицине осажденный карбонат кальция применяется как средство, нейтрализующее кислоту, мягкий абразив в зубных пастах, источник дополнительного кальция в диетах, составная часть жевательной резинки и наполнитель в косметике.

Известь применяется и в молочной промышленности. Известковую воду (насыщенный раствор гидроксида кальция) часто добавляют к сливкам при отделении их от цельного молока, чтобы понизить их кислотность перед пастеризацией и превращением в масло. Снятое молоко затем подкисляют, чтобы отделить казеин, который смешивают с известью для получения казеинового клея. После ферментации оставшегося снятого молока (сыворотки) к нему добавляют известь, чтобы выделить лактат кальция, который используют в медицине или как сырье для последующего получения молочной кислоты. Производство сахара также связано с использованием извести. Для осаждения сахарата кальция, который затем очищают от фосфатных и органических загрязнений, проводят реакцию сырого сахарного сиропа с известью. Последующее действие диоксида углерода приводит к образованию нерастворимого карбоната кальция и очищенной растворимой сахарозы. Цикл повторяют несколько раз. Тростниковый сахар обычно требует около 3–5 кг извести на тонну, а свекловичный сахар – в сто раз больше, то есть около 1/2 тонны извести на тонну сахара.

Можно отметить также частную область применения карбоната кальция в виде перламутра. Это материал, образованный тонкими слоями карбоната кальция в форме арагонита, соединенными белковым клеем. После полировки он переливается всеми цветами радуги и становится декоративным, очень прочен, хотя на 95% состоит из карбоната кальция.

Существует много разновидностей известняка. Ракушечником называют скопления обломков раковин, сцементированных в ячеистый агрегат. Если раковины имеют микроскопическую величину, образуется слабосвязанная, мягкая, тонко крошащаяся, мажущая порода – мел. Оолитовый известняк состоит из мелких, размером с рыбьи икринки, сцементированных между собой шариков. Ядро каждого такого шарика-оолита может быть представлено песчинкой, обломком раковины или частицей какого-либо другого инородного материала. Если шарики более крупные, величиной с горошину, их называют пизолитами, а породу – пизолитовым известняком. Травертин – известняк, образовавшийся на поверхности в результате осаждения карбоната кальция (кальцита или арагонита) из воды углекислых источников. Если такие отложения сильно пористые (губчатые), их называют известковым туфом. Мергель представляет собой несцементированную смесь карбоната кальция и глины. Названия некоторых разновидностей известняка обусловлены возможным направлением его практического использования. Например, литографический известняк – это исключительно плотный, компактный и однородный камень, применяемый в литографии.

Рис. 3. Исландский шпат (кальцит), обладающий двойным лучепреломлением.

Хотя известняки могут образовываться в любых пресноводных и морских бассейнах, преобладающее большинство этих пород имеет морское происхождение. Иногда они осаждаются, подобно соли и гипсу, из воды испаряющихся озер и морских лагун, но, по-видимому, большая часть известняков отложилась в морях, не испытавших интенсивного высыхания. По всей вероятности, формирование большинства известняков начиналось с извлечения живыми организмами карбоната кальция из морской воды (для построения раковин и скелетов). Эти остатки отмерших организмов в изобилии накапливаются на морском дне. Самым ярким примером аккумуляции карбоната кальция служат коралловые рифы. В некоторых случаях в известняке различимы и узнаваемы отдельные раковины. В результате волноприбойной деятельности и под влиянием морских течений рифы разрушаются. К известковым обломкам на морском дне добавляется карбонат кальция, осаждающийся из насыщенной им воды. В образовании более молодых известняков участвует также кальцит, поступающий из разрушенных более древних известняков.

Известняки встречаются почти на всех материках, за исключением Австралии. Они сформировались в разные геологические эпохи. Мощность пластов варьирует от нескольких сантиметров до сотен метров. Известняки распространены в США и занимают 75% площади страны. В России известняки обычны в центральных районах европейской части, а также распространены на Кавказе, Урале и в Сибири.

Известняки (в широком понимании) имеют чрезвычайно многообразные области применения. Они используются в виде кускового известняка, щебня, штучного (пильного, стенового) и бутового камня, облицовочных плит, минеральной крошки, дробленого песка, минерального порошка, минеральной ваты, известняковой муки. Основные потребители – цементная промышленность (известняк, мел и мергель), строительство (получение строительной извести, бетонов, штукатурки, строительных растворов). Другие области применения – полировка изделий из цветных металлов и перламутра (известняк), электросварка (мел для покрытия электродов), писчие мелки (мел), теплоизоляция строительных конструкций и технологического оборудования (минеральная вата) и т.д.

В России известняк добывается в Подмосковье, Ленинградской , Архангельской, Вологодской, Тульской, Белгородской, Воронежской областях, в Предуралье и Поволжье, Краснодарском крае, на Северном Кавказе, на Урале, в ряде районов Восточной Сибири. Сырьевые ресурсы карбонатного сырья (известняка, мела, мергеля, доломита) в стране практически неисчерпаемы, хотя распределены очень неравномерно. В Донецкой области на Украине находится крупнейшее в Европе Еленовское месторождение известняка и доломита.

Оксид кальция CaO – наиболее важный промышленный продукт, служащий исходным сырьем для производства других полезных соединений кальция. CaO имеет несколько коммерческих названий: известь, жженая известь, негашеная известь. Чистый оксид кальция – белое кристаллическое вещество, термостойкий (т.пл. 2630 С). Оксид получают обжигом известняка и мела, при котором удаляют выделяющийся углекислый газ; процесс ведут в шахтных печах с использованием в качестве топлива древесины, угля, нефти или газа; в результате получаются пористые куски жженой извести. При хранении на влажном воздухе жженая известь поглощает углекислый газ и влагу, превращаясь в рыхлую гашеную известь (пушонку). При добавлении воды к CaO выделяется много тепла и образуется гашеная известь (гидроксид кальция). При нагревании оксида кальция с диоксидом кремния или силикатами образуется силикат кальция (см. ниже). Жженую известь широко используют в строительстве для приготовления кладочных и штукатурных растворов, для получения хлорной извести, при выделке кожи, медицинских препаратов и кормов.

Гидроксид кальция Ca(OH)₂ в виде белого порошка образуется при гашении извести. Он слабо растворим в воде, насыщенный раствор известен под названием «известковая вода», а при избытке гидроксида кальция образуется белая взвесь – «известковое молоко». Ca(OH)₂ является основанием и поглощает углекислый газ из воздуха. Гидроксид кальция используется в медицине (в основном для понижения кислотности), в производстве штукатурки, кладочных строительных растворов, цемента, клеевых красок и удаления волоса со шкур при выделке кожи. Известковый кладочный раствор готовят смешением гашеной извести с песком при добавлении воды до получения пластичной массы. Раствор служит вяжущим веществом при возведении стен, так как на воздухе происходит реакция гашеной извести с углекислым газом воздуха с образованием карбоната кальция и выделением воды, поэтому раствор твердеет. Штукатурный раствор ведет себя аналогично.

Карбонат кальция CaCO₃ в природе распространен в форме минералов известняка или мрамора. Он является основой кальцита, мела, кораллов, яичной скорлупы, раковин морских животных. Доломит – смешанный карбонат кальция и магния. Карбонат кальция используют для приготовления цемента и бетона. Цемент готовят прокаливанием тонкой смеси карбоната кальция (известняк, мел или мергель) с силикатом (глина, сланец) или доменным шлаком. Если цемент смешать с песком и гравием или щебнем и добавить воды до получения пластичной массы, то образуется бетон. Этот материал твердеет и в отсутствие углекислого газа.

Карбонат кальция нерастворим в чистой воде, но растворяется в воде, насыщенной углекислым газом, так как при этом образуется растворимая кислая соль Ca(HCO₃)₂. При кипячении раствора происходит выделение углекислого газа и нерастворимый карбонат кальция выпадает в осадок. Этими реакциями объясняется образование накипи при использовании жесткой воды в чайниках, отопительных системах или бойлерах. Аналогичные реакции происходят в природе, приводя к образованию карстовых промоин в известняке и росту сталактитов и сталагмитов. Жесткая вода содержит бикарбонат или сульфат кальция и (или) магния. При стирке и кипячении в жесткой воде на мыле образуется осадок, блокируя способность мыла к удалению грязи.

Сульфат кальция (гипс) CaSO₄ существует в природе в виде минерала ангидрита. Дигидрат CaSO₄2H₂O является важным промышленным минералом, известным под названиями гипс, алебастр, селенит и шелковистый шпат. Алебастр – компактная, массивная, мелкозернистая форма CaSO₄·2H₂O, напоминающая мрамор. Если гипс прокалить при 150–165 °С, он теряет примерно 2/3 кристаллизационной воды и образует полугидрат CaSO₄·0,5H₂O, известный также как строительный алебастр, или «парижская штукатурка» (так как его первоначально получали из гипса, добытого на Монмартре). Нагревание при более высокой температуре приводит к образованию различных безводных форм.

Гипс добавляют в цемент для уменьшения скорости схватывания, его используют для изготовления пишущих мелков, сельскохозяйственной побелки, в качестве наполнителя красок, полировального порошка и для глянцевания бумаги. При 165–200 C гипс теряет 75% гидратной воды и образует штукатурный гипс. При увлажнении происходит поглощение воды и схватывание массы. Поскольку при затвердевании гипс слегка расширяется, он воспроизводит все тонкие детали любого объекта, на который нанесен, образуя слепок, и поэтому широко используется в изготовлении скульптур, хирургических и зубных слепков, производстве штукатурки и стеновых покрытий. Гипс, прокаленный до полного удаления гидратной воды, используется как высокотвердый поделочный материал. Специально приготовленный безводный сульфат кальция применяется для осушки газов и органических жидкостей, причем он легко регенерируется при нагревании.

Хотя гипс добывают не в таких количествах, как известняк, он остается промышленно важным материалом. Почти весь прокаленный гипс (95%) используется для производства полуфабрикатов – в основном, стеновых панелей, а остальное количество – в промышленных и строительных штукатурках. Поглощая воду, полугидрат незначительно расширяется (на 0,2–0,3%), и это главное при его использовании для лепнины и штукатурки. Применяя добавки, можно менять степень его расширения в пределах 0,03–1,2%.

Серусодержащие соединения. Сульфит кальция CaSO₃ и бисульфит кальция Ca(HSO₃)₂ используются для отбеливания древесной массы в целлюлозно-бумажной промышленности, для предотвращения закисления при ферментации и вместо тиосульфата натрия для отбеливания тканей.

Сульфид кальция CaS получают прокаливанием смесей сульфата кальция с углеродом или карбоната кальция с серой. Сульфид применяется для приготовления люминофоров и для удаления волосяного покрова со шкур в кожевенной промышленности.

Галогениды. Хлорид кальция CaCl₂ получают из природных насыщенных соляных вод (рапы) или как побочный продукт производства соды по методу Сольве. Его можно получить также по реакции оксида или карбоната кальция с соляной кислотой. При комнатной температуре из раствора кристаллизуется бесцветный расплывающийся на воздухе гексагидрат CaCl₂6H₂O. При прокаливании гексагидрат теряет воду и переходит последовательно в дигидрат, моногидрат и безводную соль. Эти соединения легко поглощают влагу и поэтому используются как осушители, а также в качестве соляной добавки для плавления снега и льда или для рассеяния тумана. Раствор хлорида кальция используют как антифриз для опрыскивания дорог и в шахтах, как хладагент в холодильных установках, при изготовлении цемента, огнестойких тканей и в огнетушителях. Фармакопейный хлорид кальция широко применяется в медицине, например для остановки кровотечения и увеличения свертываемости крови.

Он является компонентом рассолов для холодильных установок и для заполнения шин тракторов и другого транспорта. Эвтектическая смесь CaCl₂–H₂O, содержащая 30 масс. % CaCl_2, плавится при –55° С. Эта температура существенно ниже, чем в случае смеси хлорида натрия с водой, для которой минимальная температура плавления составляет –18° С. Хлорид кальция применяется и для защиты угля и руды от замерзания при транспортировке и хранении. Его используют в бетонных смесях для ускорения начала схватывания, повышения начальной и конечной прочности бетона. Хлорид кальция является отходом многих химико-технологических процессов, в частности, крупнотоннажного производства соды. Однако потребление хлорида кальция значительно уступает его производству, поэтому около содовых заводов образовались целые озера, наполненные рассолом CaCl₂. Такие пруды-накопители можно видеть, например, в Донбассе.

Бромид CaBr₂ и иодид CaJ₂ по химическим свойствам похожи на хлорид и применяются в фотографии и медицине.

Наиболее важным галогенидом кальция является фторид CaF₂, так как в виде минерала (флюорит) он является единственным промышленно важным источником фтора. Фторид кальция, встречающийся в природе в виде минерала флюорита, или плавикового шпата, является основным сырьем для получения фтора.

Хлорная (белильная) известь. Состав этого вещества в основном соответствует формуле CaOCl₂ (сложная смесь хлорида и гипохлорита кальция). Это вещество получают, подавая газообразный хлор снизу через раствор гашеной извести, непрерывно впрыскиваемый во вращающийся аппарат сверху. Хлорная известь – беловатый порошок с сильным запахом хлора. При выдерживании на воздухе он поглощает влагу и углекислый газ и выделяет хлор. Хлорная известь используется для отбеливания тканей и древесной массы, для дезинфекции питьевой воды и обезвреживания сточных вод. Еще недавно ее применяли вместо хлора и гипохлорита кальция для отбеливания тканей.

Гипохлорит кальция Ca(ClO)₂, часто называемый просто гипохлоритом, – белый негигроскопичный порошок с запахом хлора, содержит около 99% активного хлора и поэтому вдвое эффективнее хлорной извести. Он прост в употреблении и хорошо сохраняется. Применяется так же, как и хлорная известь.

Фосфаты. Средний фосфат кальция Ca₃(PO₄)₂ существует в природе в виде минерала фосфорита и является важным компонентом костей животных. Фосфат кальция служит сырьем для получения других фосфатов, фосфора, его соединений, используется в производстве фарфора, эмалей, молочного стекла. Гидрофосфат кальция CaHPO₄ применяется как кормовая добавка скоту, в качестве цемента и пасты в стоматологии, как удобрение. Дигидрофосфат кальция Ca(H₂PO₄)₂, или суперфосфат, лучше растворим в воде, чем другие, трех- или двухосновные соли, и поэтому пригоден для быстрой подкормки растений.

Карбид кальция CaC₂ получают восстановлением CaO коксом, древесным углем или антрацитом в электрической печи. При добавлении воды карбид разлагается с выделением ацетилена. При нагревании карбида кальция в среде азота можно получить цианамид кальция.

Цианамид кальция CaCN₂ – прежде одно из важнейших соединений для фиксации атмосферного азота, теперь в основном используется как удобрение и для цементации стали. При парофазном гидролизе в автоклаве цианамид выделяет аммиак; если его прокаливать в смеси с хлоридом натрия и углеродом, то образуется цианид натрия NaCN, широко используемый для извлечения золота из руд.

Арсенат кальция Ca₃(AsO₄)₂ – белый порошок, образующийся по реакции между хлоридом кальция, гидроксидом кальция и арсенатом аммония. Это вещество – распространенный инсектицид, широко применяемый при опылении хлопковых полей для уничтожения вредных насекомых. Он используется также для борьбы с яблонной плодожоркой, табачным червем, колорадским жуком. Важными фунгицидами являются известково-сульфатные аэрозоли и бордосские смеси, которые получают из сульфата меди и гидроксида кальция.

Силикат кальция CaSiO₃ широко распространен в природе в виде минерала волластонита. Он является основным содержимым шлака, образующегося в металлургическом процессе при выплавке металлов из руд. Если в руде имеется избыток песка, то при выплавке добавляют известняк и, наоборот, при избытке известняка в руде добавляют песок; соответственно образующийся силикат кальция в виде шлака собирается на поверхности расплавленного металла и удаляется из печи. В природе существуют также силикаты кальция иного состава.

Ниже приводим коэффициенты пересчета различных соединений кальция.

3,399 СаО  Са 0,715