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钙的化学性质

2021.5.13
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xujinping

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  化学性质上,钙是典型的重碱土金属。例如,钙与水自发反应的速度比镁快,比锶慢,并产生氢氧化钙和氢气。它还与空气中的氧和氮反应,形成氧化钙和氮化钙的混合物[5]。当研磨成细粉时,钙在空气中自燃形成氮化物。以块状存在时,钙的活性较低:在潮湿的空气中其表面很快形成水合层,而在相对湿度低于30%时,它可能会在室温下无限期储存。

  除了简单的氧化物CaO之外,过氧化物CaO2可以通过钙金属在高压氧下的直接氧化来制备,并且有一些证据表明存在黄色的超氧化物Ca2(O2)2[6]。氢氧化钙是一种强碱,尽管它不如锶、钡或碱金属的氢氧化物碱性那么强[7]。钙的所有四种二卤化物都是已知的[8]。碳酸钙(CaCO3)和硫酸钙(CaSO4)是储量特别丰富的矿物质[9]。像锶和钡以及二价镧系元素铕和镱一样,金属钙可直接溶解在液氨中,形成深蓝色溶液[1]。

  由于Ca2+离子体积较大,高配位数是常见的,在一些金属间化合物(如CaZn13)中高达24[10]。钙很容易与氧螯合物络合,如乙二胺四乙酸和多磷酸盐,它们可用于分析化学和去除硬水中的钙离子。在没有空间位阻的情况下,原子序数较小的第2族阳离子倾向于形成更强的络合物,但是当涉及大的多齿大环时,这种趋势是相反的[9]。

  尽管钙与镁属于同族,有机镁化合物在化学领域中非常普遍,但有机钙化合物并不常用,因为它们更难合成,更具反应性,尽管最近的研究表明钙络合物可能被用作催化剂[11][12][13][14][15] 。由于Yb2+(102 μm)和Ca2+(100 μm)的离子半径相似,因此有机钙化合物往往更类似于有机镱化合物。这类化合物大多数只能在低温下制备;庞大的配体有利于稳定性。例如,钙二环戊二烯基Ca(C5H5)2,必须通过钙金属与茂金属或环戊二烯本身直接反应制得;另一方面,用体积较大的C5(CH3)5配体取代C5H5配体增加了化合物的溶解度、挥发性和动力学稳定性[16]。

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