Страница 20 из 83
В жизни разных животных «элемент-строитель» играет важнейшую роль.
Если для многих низших животных самым «ходовым» материалом для постройки твердых раковин является карбонат кальция, то высшие животные для постройки твердого скелета используют фосфат кальция Ca3(PO4)2. В организме человека доля этого вещества составляет около 3 процентов по весу.
Может быть, это не так уж много? Но представьте себе человека… без костей, этакую медузу вместо высшего произведения природы, — вот что значит «всего 3 процента»! Впрочем, и медузу обижать не стоит: ведь она самый близкий родственник тех самых полипов, которые воздвигают в морях и океанах грозу мореплавателей — коралловые рифы…
При недостатке кальция прочность скелета снижается, появляется опасность переломов, куры несут яйца без скорлупы. Поэтому животные с кормом должны получать достаточное количество минеральных солей, содержащих кальций. В качестве подкормки в животноводстве применяют молотый мел или костяную муку, содержащую фосфат кальция в готовом виде.
Роль кальция в организме далеко не ограничивается постройкой скелета. Ионы кальция содержатся в крови и играют важную роль в возбуждении сердечной деятельности: лишение крови ионов кальция немедленно ведет к остановке сердца.
Кровь, не содержащая кальция, полностью теряет способность свертываться на воздухе. Деятельность центральной нервной системы также нарушается при недостатке кальция. Особенно нуждается в кальции растущий организм. Не удивительно поэтому, что молоко содержит кальциевые соли в большом количестве.
Известно, что некоторые моллюски отлагают карбонат кальция не только при постройке раковин, но и вокруг инородных тел (например, песчинок), случайно попавших внутрь створок, в виде жемчуга. Любопытно, что и в организме человека может происходить процесс, внешне похожий на образование отложений карбоната у жемчужниц. Так, при туберкулезе происходит обызвествление очага заболевания. При некоторых заболеваниях сердца окружающие его ткани также могут обызвествляться, заключая сердце в плотный панцирь.
Кальций не только строитель. Трудно назвать такую отрасль промышленности и народного хозяйства в целом, где на службе у человека не стояли бы соединения кальция. Например, при накаливании смеси окиси кальция с углем в электрических печах получается важный технический продукт — карбид кальция: CaO + 3C = CaC2 + CO. Если подействовать на него водой, выделяется ацетилен:
CaC2 + 2H2O = Ca(ОН)2 + C2H2.
Раньше ацетиленом пользовались лишь в качестве горючего для освещения. Когда для сжигания ацетилена применили не воздух, а чистый кислород, отчего температуру пламени удалось довести до 3 тысяч градусов, ацетиленовые горелки стали использовать для резки и сварки металлов. В результате работ знаменитого русского химика А. Е. Фаворского ацетилену была открыта широкая дорога в химическую промышленность.
Интересно, что действие на карбид кальция водяного пара при высокой температуре приводит к образованию не ацетилена, а водорода:
CaC2 + 5H2O = CaCO3 + CO2 + 5H2.
Таким методом можно получать водород для технических целей.
Карбид кальция, соединяясь с азотом воздуха, образует цианамид:
CaC2 + N2 = CaCN2 + C.
Это соединение также имеет широкое применение. Прежде всего образование цианамида было одним из первых способов связывания азота воздуха: при действии водяного пара на цианамид его азот освобождается уже в форме аммиака. Медленно этот процесс идет и при внесении цианамида в почву: CaCN2 + 3H2O = CaCO3 + 2NH3. Это позволяет использовать цианамид непосредственно в качестве удобрения. Из цианамида можно получить и еще более ценное вещество — мочевину, которая используется в промышленности пластмасс, а также в качестве удобрения и белкового корма в животноводстве. Цианамид имеет и еще одно любопытное применение в сельском хозяйстве. Если обработать этим веществом поля хлопчатника, растения сбрасывают листья. Это позволяет убирать хлопок машинами.
Широко используется в промышленности известь. Она нужна при получении соды, хлорной извести, бертолетовой соли, ядохимикатов для борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений.
Многие соли кальция присоединяют воду с образованием кристаллогидратов. Ярко выражено это свойство у хлорида кальция, который может присоединить шесть молекул воды. Поэтому хлорид кальция очень гигроскопичен, жадно поглощает влагу, содержащуюся в воздухе или органических растворителях, что позволяет использовать его в качестве осушителя. Важной областью применения этой соли является приготовление холодильных смесей. Раствор, содержащий 32,5 процента хлористого кальция, замерзает только при минус 51 градусе. Деревянные предметы, пропитанные этой солью, становятся несгораемыми. Хлористый кальций — важный медикамент.
Кальций входит в состав почти всех сортов стекла. Однако обычное стекло пропускает лишь более или менее ограниченный спектр лучей. Ультрафиолетовых лучей оно почти не пропускает. Кварцевое стекло лишено этого недостатка, но оно задерживает лучи инфракрасной части спектра. Замечательным материалом для оптических приборов являются прозрачные образцы минерала флюорита — фтористого кальция. Он пропускает как ультрафиолетовые, так и инфракрасные лучи.
Мы не случайно до сих пор ничего не сказали о металлическом кальции. Хотя прошло полтора века с того момента, как ученые впервые получили этот мягкий блестящий металл в чистом виде, но и сегодня он используется в основном в виде соединений. Получают металлический кальций электролизом безводного хлористого кальция. Он находит некоторое применение в металлургии. Благодаря своей высокой активности кальций при добавлении в расплавы металлов энергично соединяется с примесями, в том числе с газами, и тем самым улучшает качество металла.
Соединения стронция, бария и кальция применяются в пиротехнике: стронций придает пламени красный, барий — зеленый, кальций — красно-оранжевый цвет. Это же свойство можно использовать и для открытия этих элементов при химическом анализе.
Если добавить к раствору, содержащему серную кислоту или ее соли, хлористый барий, немедленно выпадает белый осадок нерастворимого сульфата бария, взвешиванием которого можно определить количество сульфат-ионов в исходном растворе.
Сульфат бария используется как белая краска, а также в рентгенотехнике и медицине в качестве контрастного вещества. При исследовании желудка, например, пациент принимает кашицу из сульфата бария. А поскольку барий частично поглощает рентгеновское излучение, стенки желудка становятся видимыми. Важно отметить, что эта соль безвредна для организма, в то время как растворимые соли бария чрезвычайно ядовиты (так, хлористый барий, например, применяют для борьбы с вредителями растений).
Полезным свойством бария является его способность образовывать, кроме нормального окисла BaO, еще и перекись BaO2. В технике это соединение получают при нагревании окиси бария до 600 градусов в токе воздуха:
2BaO + O2 = 2BaO2.
При действии воды на перекись бария выделяется перекись водорода:
BaO2 + 2H2O = Ва(OH)2 + H2O2.
При нагревании же выше 600 градусов перекись бария разлагается, отдавая кислород: