长期以来,化学家们将从含碳酸钙的石灰石焙烧获得的钙的氧化物当作是不可再分割的物质,直至戴维于1808年开始对氧化钙进行电解。1808年5月,戴维从贝齐里乌斯和蓬丁电解生石灰和水银的混合物中取得钙的实验中获得了启发,他将湿润的生石灰和氧化汞按3比1的比例混合后,放置在一铂片上,与电池的正极相接,然后将混合物做出一个凹陷,灌入水银,插入铂丝,与电池的负极相接,电解之后得到了较大量的钙汞合金。随后,戴维把钙汞合金蒸馏,得到了银白色的金属钙。从此钙被确定为元素,并被命名为calcium。calcium来自拉丁文中表示生石灰的词calx。[9]
单质钙为银白色柔软轻金属,质比钠硬,比铝、镁软,富延展性,相对密度为1.54g/cm3,熔点839℃,沸点1484℃。常温时,钙晶体呈面心立方体,而在较高温度(464°C以上)时,转变为六方结构(γ-Ca)。熔化热9.204kJ/mol,蒸发热189.09kJ/mol,磁化率1.08×10-6,晶格常数a=0.5565nm。[3] 焰色为橙红。[7] 面心立方的α-Ca在464℃转变为六方结晶γ-Ca。[21] 钙的焰色
钙属于碱土金属,具有碱土金属的化学性质。其外围电子排布为[Ar]4s2。[20] 总的来说化学性质非常活泼,具有很强的还原能力,易与卤素、硫、氮等化合。加热时能还原几乎所有的金属氧化物。易燃。钙在空气中被氧化逐渐变暗,钙愈纯变暗得愈慢。[21]
氧化反应
金属钙的表面覆盖了一层很薄的氧化物,这使得钙可以免受空气的进一步侵蚀。钙在元素周期表中紧靠在镁的下边,在空气中比镁有更大的反应活性。在空气中点燃金属钙会发生燃烧,生成氧化钙(CaO)和氮化钙(Ca3N2)的混合物。[2]
钙和锶和钡一样能生成过氧化物过氧化钙CaO2,但它不能通过氧化钙单质制得。不过它们都能通过液相制备,然后从金属盐溶液中以MO2·8H2O形式沉淀析出。钙、锶和钡的过氧化物随着原子半径的增大其稳定性增强。[20]
钙与水的反应
钙会与水缓慢地反应,这与在元素周期表中紧靠在钙上方的镁不同,后者实际上不与冷水发生反应。这个反应生成氢氧化钙[Ca(OH)2]和氢气。金属钙会在水中下沉,大约1h之后,会明显出现附着在金属表面的氢气气泡。[2]