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20Ca

钙

钙(Ca)是原子序数为 20 的化学元素,位于第 4 周期、第 2 族、s 区。室温下通常为固态。 原子序数等于原子核中的质子数,因此能够唯一确定元素。

原子序数20
标准原子量40.078(4)
族2
周期4
区s
电子排布[Ar] 4s2
电子结构

决定其化学性质的因素

“钙”有两个价电子,在许多化合物中形成 +2 价离子,这是碱土金属的典型特征。

电子排布 [Ar] 4s2 有助于解释其电离能、成键方式以及同族元素反应性的变化。

化学形态

化合物、离子与材料

“钙”主要形成 +2 价化合物,常见类型包括氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐和卤化物。

物理性质

状态与相变

室温下单质为固态。密度为 1.55 g/cm³。熔点为 1 115 K (841.9 °C)。沸点为 1 757 K (1 484 °C)。实际测得的物理量还会受到压力、纯度、同素异形体或晶体结构等条件影响。

存在与应用

钙在哪里出现,又有哪些用途?

钙存在于矿物、石灰岩和骨组织中。Ca²⁺ 还是细胞信号传递中的重要离子。

实际应用

实际用途示例

骨骼与牙齿

在这一领域中,“钙”或其化合物因相应的化学、物理或同位素性质而得到应用;具体作用取决于材料和装置。

水泥

“钙”或其化合物可调节材料的硬度、颜色、耐热性、光学性能或化学稳定性。

石灰

“钙”或其化合物可调节材料的硬度、颜色、耐热性、光学性能或化学稳定性。

生物学

在这一领域中,“钙”或其化合物因相应的化学、物理或同位素性质而得到应用;具体作用取决于材料和装置。

周期表位置

相邻元素说明了什么

“钙”位于第 4 周期、第 2 族、s 区,分类为碱土金属。与同族元素比较可以看出价电子结构的相似性,而沿周期移动则能观察原子半径、电离能、电负性和成键性质的规律变化。

参考数据

物理与原子性质

分类碱土金属
室温下状态固态
电子层2 · 8 · 8 · 2
密度1.55 g/cm³
熔点1 115 K (841.9 °C)
沸点1 757 K (1 484 °C)
鲍林电负性1
第一电离能589.8 kJ/mol
电子亲和能2.37 kJ/mol

这些数值在适用时描述元素本身或中性原子。实际物理量可能随同素异形体、压力、纯度和测量条件而变化。

历史

发现与鉴定

“钙”的发现史包括认识其独立的化学性质、分离或制备相应物质,并最终把它准确描述为原子序数 20 的元素。

同位素与原子量

同位素组成如何影响数值

标准原子量为 40.078(4)。它不是某一个原子的质量,而是根据天然物质中典型同位素组成得到的加权平均。

“钙”至少有一种稳定同位素。所有同位素的质子数相同,但中子数和原子质量不同。

安全

操作与暴露

“钙”相关风险取决于化学形态、剂量和暴露途径。单质、离子和不同化合物的生物与环境效应可能差异很大,因此应依据具体物质的安全数据进行处理。