Кальций входит в группу щелочноземельных металлов. Эти элементы расположены в главной подгруппе второй группы таблицы Менделеева. Все они имеют большую твердость и маленький вес. Строение атома кальция объясняет его химические свойства. Все особенности этого элемента раскроет таблица Менделеева.
Из чего состоит атом
Порядковый номер элемента 20. Значит, атомное ядро состоит из 20 протонов.
Атом — нейтральная частица, не имеющая заряда. Чтобы уравновесить положительный заряд двадцати протонов, атому Ca нужно иметь на орбитах 20 электронов. В ядре, кроме 20 протонов, есть 20 нейтронов. Эти частицы не содержат заряда, но влияют на массу.
Количество электронов
Элемент находится в четвертом периоде таблицы Менделеева. Значит, электроны находятся рядом с ядром на четырех орбиталях:
- на первой — 2 e—;
- на второй — 8 e—;
- на третьей — 8 e—;
- на четвертой — 2 e—.
Электроны одинаковы по массе, силе заряда и строению, но имеют разные направления движения и траектории:
- s-электроны — вращаются вокруг собранных в ядро протонов и нейтронов, образуя сферу.
- p-электроны — описывают восьмерки по трем плоскостям.
В природе есть электроны, двигающиеся по более сложным схемам. Они описывают вокруг ядра двойные и четверные восьмерки в различных плоскостях. Но в атоме Ca их нет.
Если расписать строение с учетом электронных орбит, получится следующая формула: 1s22s22p63s23p64s2. Графическая формула (электронная конфигурация кальция) выглядит как [Ar] 4s².
Благодаря двум свободным s-электронам на четвертом энергетическом уровне Ca химически активен. Он почти никогда не находится в свободном состоянии, соединяясь в природе с водой или кислородом.
Состав распространенных соединений кальция:
- CaO — известняк;
- Ca CO3 — известняк, мрамор, мел;
- CaSO 4 ·2H 2 O — гипс;
- cacl2 — пищевая добавка.
При взаимодействии с водой идет образование щелочи — гидроксида кальция. Реакция проходит с выделением водорода.
Каждый атом Ca присоединяет 2 группы OH. В результате формула гидроксида выглядит как Cа (OH)2.
Атомная масса, изотопы
Относительная атомная масса кальция 40.07 а. е. м. У элемента есть шесть природных изотопов. Разница между ними определяется числом нейтронов.
Возможное количество нейтронов в Ca:
- 40,
- 42,
- 43,
- 44,
- 46,
- 48.
Все изотопы кальция устойчивые, не обладают радиоактивностью. Самый распространенный 40.
Сравнение с калием
Для лучшего понимания, как устроен атом кальция, можно сравнить его с соседом по таблице Менделеева, еще одним широко распространенным в природе металлом — калием. У них одинаковое количество орбиталей, но по ним движется разное число электронов.
У калия порядковый номер на один меньше — 19. Уменьшается и масса атома — 39.09833. Разница объясняется тем, что у калия меньше на один электрон и протон.
По четырем орбитам атома калия движутся 19 e—. Его электронное облако выглядит следующим образом: 1s22s22p63s23p64s1.
Самое важное отличие Са и К обнаруживается на последней орбитали. У кальция на ней вращается два s-электрона, а у калия один. Это существенно влияет на химические свойства.
Два e— кальция придают ему валентность 2, степень окисления +2. Соединяясь в молекулы, Ca предоставляет два внешних e— другому элементу, образуя ион Ca2+.
Калий имеет один e— на последней оболочке. То есть он одновалентный, степень окисления +1.
При соединении кальция с одновалентными элементами, например водородом, получается формула вида CaH2. То есть каждый из двух свободных e— кальция, находящихся на внешней орбитали, присоединяет по одному атому водорода.
Строение атома калия не дает ему присоединить два атома водорода. Его единственный e— на внешней оболочке способен соединиться только с одним водородным атомом, в результате получается формула вида KH.
