Кальций — химический элемент, необходимый для живых организмов. Это реактивный металл с блестящим серебристо-белым цветом. Но действительно ли кальций блестящий или матовый? Ответ зависит от формы, которую принимает кальций.
В своей чистой элементарной форме кальций имеет серебристо-белый блестящий вид. Свежесрезанный или соскобленный металлический кальций имеет зеркальный блеск, что заставляет многих описывать эту форму кальция как блестящую.
Блестящий вид металлического кальция обусловлен его уникальными свойствами как металла. Металлы содержат подвижные валентные электроны, которые отражают свет, придавая им характерный блеск. У кальция есть два валентных электрона, которые относительно легко удалить, придавая блестящий металлический вид.
В дополнение к своему отражающему блестящему блеску металлический кальций также имеет низкую твердость — 1,55 по шкале твердости Мооса. Его мягкие и податливые характеристики позволяют легко резать его, обнажая новые чистые блестящие поверхности под ним.
Хотя чистый металлический кальций имеет блестящую зеркальную поверхность после свежей резки, он быстро теряет свой блеск и реагирует с воздухом, образуя матово-серое оксидное покрытие.
Как очень реактивный щелочноземельный металл, кальций легко окисляется при контакте с воздухом. Молекулы кислорода прикрепляются к поверхности металлического кальция, образуя слой оксида кальция, который затемняет его блестящий вид.
Этот процесс окисления происходит быстро при комнатной температуре. Недавно открытые поверхности металлического кальция из блестящего серебристого становятся матово-серыми за считанные минуты по мере роста оксидного слоя.
Реакционная способность кальция означает, что большие блестящие зеркала или листы металла не хранятся долго. Тускло-серый оксидированный слой быстро образуется на любых металлических кальциевых поверхностях, подвергающихся воздействию атмосферы.
Помимо временных случаев блестящего свежесрезанного металла, кальций в большинстве своих обычных соединений имеет в основном тусклый вид.
Карбонат кальция, один из самых распространенных минералов, встречающихся в природе, имеет тусклый меловой вид. Мел, известняк, мрамор и скелеты кораллов в основном состоят из карбоната кальция. Ни один из этих материалов не известен своей особой отражающей способностью или блеском.
Гипс, состоящий из дигидрата сульфата кальция, является еще одним очень распространенным и тусклым минералом кальция. Он используется для изготовления гипсокартона и алебастра, оба из которых имеют матовую поверхность.
Фосфат кальция, кальциевая соль, содержащаяся в костях и зубах, также имеет тусклый вид. Кости и зубная эмаль содержат микроскопические кристаллы фосфата кальция, встроенные в белковые волокна и гидроксиапатит, которые плохо отражают свет.
Вот таблица, обобщающая некоторые распространенные тусклые соединения кальция:
| Соединение кальция | Состав | Внешний вид |
|---|---|---|
| Карбонат кальция | CaCO3 | Мутный, меловой |
| Гипс | CaSO4·2H2O | Мутный, матовый |
| Фосфат кальция | Ca3(PO4)2 | Мутный, тусклый |
Хотя металлический кальций быстро окисляется до тускло-серого налета, одно соединение оксида кальция сохраняет яркий белый вид — негашеная известь.
Негашеная известь, или оксид кальция (CaO), производится путем нагревания известняка для удаления углекислого газа. Этот чрезвычайно щелочной белый порошок используется в цементе и растворе.
Белый цвет и порошкообразная текстура оксида кальция означают, что он не имеет блестящего металлического вида. Однако негашеная известь по-прежнему считается яркой и отражающей по сравнению с другими соединениями кальция.
Когда негашеная известь смешивается с водой, она подвергается гидратации и превращается в материал, известный как гашеная известь. Гидратированная форма имеет тусклый, порошкообразный вид по сравнению с яркостью негашеной извести.
Поскольку металлический кальций почти мгновенно тускнеет на воздухе, для изучения его присущего блестящего вида требуются специальные условия.
Обращение с кальцием и его хранение в атмосфере инертного газа может предотвратить окисление. Среда аргона или азота позволяет сохранить серебристо-белый блестящий вид.
Условия высокого вакуума предоставляют еще один метод сохранения поверхностей кальция чистыми и блестящими. Камеры сверхвысокого вакуума удаляют загрязнения, так что свежие поверхности кальция остаются отражающими.
Охлаждение кальция до криогенных температур также эффективно. Скорость окисления резко снижается при очень низких температурах, что позволяет сохранять блестящий кальций для исследовательских целей.
Подводя итог, можно сказать, что чистый металлический кальций имеет блестящий и глянцевый вид сразу после резки, но быстро становится тусклым из-за окисления. Соединения кальция, такие как карбонат кальция, сульфат кальция и фосфат кальция, изначально тусклые.
Ярким исключением является негашеная известь (оксид кальция), которая сохраняет отражающий белый вид до тех пор, пока не гидратируется в тусклый порошок. Специализированные инертные или вакуумные условия также могут поддерживать блеск кальциевых поверхностей в течение коротких периодов.
Так что, хотя кратковременные проблески блеска возможны, кальций, как правило, является тусклым и матовым элементом в его обычных формах, встречающихся в природе и материалах.