Бiоелемент кальцiй
Змст
Частина перша.
Загальна характеристика кальцю, розповсюдження на планет,
Частина друга
Розташування в перодичнй систем Д.
.Менделºва, будова атома, можлив валентност в сполуках, здатнсть до комплексоутворювання, найважливш комплексн сполуки з болгандами.
Частина третя
Роль елементу в житт рослин, потреба рзних рослин в кальцÿ, проблеми, що виникають при його надлишку та нестач.
Частина четверта
Форми та види кальцúвих добрив, природн та промислов.
Частина пТята
налтичн методи яксного та кльксного визначення кальцю в грунт, рослинах та сльськогосподарськй продукцÿ.
Список використано
Частина перша
Кальцй один з найважливших бометалв, найпоширенший серед них у природ - його вмст в земнй кор становить близько 3,5%. Вн мститься в рзних мнералах грських породах (доломти, мергел, леси, апатити тощо),
в багатьох природних водах. Прийма
часть в процес грунтоутворення, покращу
структуру грунту, вплива
на реакцю середовища рухомсть нших боелементв. Досить активний в хмчному план елемент.
Вмст в природ кальцю такий:
грунт 1,37
морська вод 0,04
тваринн органзми 0,3
рослинн органзми 1,9
Найпоширенша форма елементу Ч карбонат кальцю.
Овочев культури концентрують у 20-30 разв кальцю бльше нж злаки, особливо це вдноситься до листяних овочевих: шпинат, щавель, салат, капуста, цибуля, томати та н. тому дефцит кальцю локалзують за станом овочевих культур. Перемщення кальцю всередин рослини обмежено, тому цей елемент
малорухливим, не пдляга
реутилзацÿ.
Вмст кальцю в деяких культурах наведено в таблиц.
|
Культура |
продукця |
вмст СО, % |
|
Пшениця |
зерно |
0,07 |
|
солома |
0,28 |
|
|
Кукурудза |
зерно |
0,03 |
|
солома |
0,49 |
|
|
Рис |
зерно |
0,07 |
|
Горох |
зерно |
0,09 |
|
солома |
1,82 |
|
|
зелена маса |
0,35 |
|
|
Люпин |
зерно |
0,28 |
|
солома |
0,97 |
|
|
зелена маса |
0,16 |
|
|
Соняшник |
насння |
0,20 |
|
Морква кормова |
коренеплоди |
0,07 |
|
бадилля |
1,50 |
В порвнянн з ншими бометалами кальцй в тваринах мститься в найбльшй клькост. Основна його маса (до 99%) зосереджено в ксткових тканинах переважно у вигляд гдроксоапатиту Ca5(PO4)3OH та нших солей фосфорно
В органзм людини тварин кальцй поступа
в основному з продуктами харчування: молоко, овоч, злаки. Наявнсть грубо
Кстков тканини здатн адсорбувати на поверхню Pb, Sr, Ra, U та н радонуклди, що веде за собою порушення кровотворно
Завдяки активност кальцю його використовують для вдновлення деяких тугоплавких металв (титан, цирконй т.д.) з оксидв. Кальцй також використовують на виробництв для очистки криц та чавуну вд кисню, срки та фосфору для отримання деяких мцних сплавв.
Частина друга
Кальцй належить до 4 пероду II групи перодично
Кальцй на зовншньому електронному рвн ма
2 валентних електрони, як вн може легко вддавати, перетворюючись в они з електронною конфгурацúю аргону.
томний радус кальцю менший нж атомний радус металв
групи внаслдок високих зарядв ядер. Енергя онзацÿ атомв кальцю бльша нж енергя онзацÿ вдповдного металу
групи. Внаслдок малих розмрв они кальцю поляризуються в меншй мр нж зоелектронн они лужних металв, тому сполуки кальцю в сво
Ма
властивсть гдратуватися в розчинах. За ступенем онност сто
Кальцй - жорсткий метал класу а. Для нього (класу) характерн мал розмри, висок заряди, низька поляризаця. Радус атома кальцю 0,94Å. Вн може творювати комплексн сполуки з жорсткими гандами: Н2О, ОН-, F-, С
-, СН3СО2-, N2H4, РО43-, SO42-, СО32-, С
О4-, NO3-, NH3, R-OH, R2O, RNH2. Оскльки бологчн комплекси переважно творюються з жорстких металв жорстких гандв ц сполуки заслуговують на вагу. У виняткових випадках кальцй може творювати бокомплекси з такими перехдними гандами як C6H5NH2, C2H5N, N2-, N3-, Br-, NO2-, SO3-. Кальцй також може мцно звТязуватися з жорсткими донорними атомами О, N, F бо вони дуже електронегативн.
Для кальцю характерне найпоширенше серед бометалв координацйне число 6. Також може бути координацйне число 7 в таких сполуках як хелатне чотирьохчленне кльце в кристал [Ca(Hgly Gly Gly)(H2O)2] Cl2*H2O. Три звТязки Са-О карбоксильн, два звТязки Са-О пептидн два звТязки йдуть на Са(ОН)2.
Кальцй дуже добре вступа
в реакцю з гемоцанном та фенлаланном.
Кальцй добре повТязу
ться з АТФ АДФ внаслдок чого творюються хелати на кнцях з фосфатами. В цьому випадку c повТязу
ться швидко, але не так мцно як Мg. На цих властивостях побудовано деклька фзологчно важливих реакцÿ енергетичного обмну.
Доведено, що кальцй також може добре вступати в реакцÿ комплексоутворення з макроциклчними гандами, наприклад, такими, як входять до складу порфринового кльця хлорофлу. к фактом те, що кальцй може звТязуватися з такими макромолекулами як ДНК РНК. Особливо важливою
вза
модя з трозил-, пролн- та глутамн-тРНК-синтетазами. Вн
Частина третя
Кальцй як будь-який бометал вдгра
неабияку роль у функцонуванн рослинних тваринних органзмв. Це визначено його властивостями, як описан вище.
В рослиннй клтин кальцй регулю
фзико-хмчний стан цитоплазми: пдтриму
коло
Також кальцй прийма
часть в звТязуван атмосферного азоту в симботичних (Rizobium) та вльноживучих бактерях (Azotobacter).
Кальцй прийма
часть в кооперативному звТязуванн О2 (гемоцианном).
Виступа
в рол структурного елементу разом з пектиновими речовинами для стнок. В цьому "амплуа" форму
"донанвський простр" - один з елементв транспорту сполук в рослин. Разом з магнúм контролю
надходження молбдену, мд, кобальту та нших боелементв. к барТ
ром для органчних кислот, бо мцно повТязу
нгибу
глцил-тРНК але оберта
нактивацю глутамнсинтетази. Активно дú в реакцях, повТязаних з перерозподлом енергÿ (комплекси АТФ АДФ).
Кальцй вплива
на рухом форми марганцю в грунт. Особливо гостро ця проблема сто
Кальцй сприя
мнералзацÿ органчних сполук звльненню рзних поживних речовин. Прийма
часть у синтез блкових речовин, сприя
творенню хлорофлу, вплива
на рухомсть асимлянтв у рослин. Кальцй нейтралзу
в рослин щавлеву кислоту, яка творю
ться при розклад блкв,
В рослинах кальцй потрбен для перетворення поглинутих нтратв в органчн сполуки.
При нестач кальцю в рослин спостерга
ться зниження тургору, зменшення нйного росту пагонв (стають короткими товстими, здеревТянлими) та кнцв корння ("бульби"). Взагал страждають в першу чергу молод органи - вони жовтють, бурють, зТявляються некрози.
нод агрономи можуть дентифкувати несправжнй надлишок калю, магню, бору, хоча це спричинено дефцитом саме кальцю. Це спостерга
ться частше на легких кислих грунтах, де вн вимива
ться. Фзико-хмчн властивост цих грунтв несприятлив для розвитку рослин (окрм кальцúфобв).
Обмн кальцю здйсню
ться пд впливом бологчно активних речовин, серед яких особливо важливий втамн D (кальциферол). Коли в органзм спостерга
ться його мала кльксть, то уповльню
ться надходження кальцю в кстков тканини, що призводить до розвитку рахту та н. порушень повТязаних з розмТякшенням ксток. Стйксть скелету органзму залежить також вд дÿ на нього гравтацÿ в мовах невагомост порушу
ться. У по
днанн з недостатньою рухомстю людини в космос порушу
ться фосфорно-кальцúвий обмн, тому в меню космонавтв обовТязково включають компоненти збагачен кальцúм.
Особлива роль належить кальцю в механзм мТязового скорочення. Цей процес проходить при вза
модÿ двох мТязових блкв-мозину актину. В результат при
днання онв кальцю актин здатен вза
модяти з мозином з творенням актомозину, який
каталзатором розщеплення АТФ, при якому вивльня
ться енергя для мТязового скорочення.
они кальцю приймають часть в передач нервових мпульсв в процес звертання кров, повльню
дю токсинв, пдвищу
стйксть органзму до нфекцй, сприя
обмну залза.
Частина четверта
Кальцй як елемент добувають шляхом електролзу його хлориду (СНl). Але як елемент його вносити не можна, бо ця форма не засвою
ться рослинами. Вносять кальцй не стльки для забезпечення його балансу як мкроелемента, скльки для регулювання кислотност грунту Ч проводять так зване вапнування.
RH+CaCO3àRCa+H2O+CO2
Разом з вапняковими матералами часто вносять нш мкроелементи, бо переважна бльшсть добрив з вмстом кальцю природного походження.
В наступнй таблиц представлен вапняков добрива та
| Добриво | Спосб одержання | Форма вапна в добрив | Склад (в % на суху речовину) | Характер дÿ добрива | ||
|
СО MgO |
загальний вмст (ССО3) |
Домшки |
||||
|
Крейда |
з покладв |
ССО3 |
до 56 |
90-100 |
0-10 |
швидко |
|
Мелений вапняк (вапнякове борошно |
розмелом твердих вапнякв |
ССО3 |
42-56 |
75-100 |
0-25 |
повльно |
|
Мелений доломтизований вапняк доломт |
розмелом твердих доломтизованих вапнякв доломтв |
ССО3 MgСО3 |
39-54 |
79-100 |
0-25 |
дуже повльно |
|
Мергель |
з покладв |
ССО3 нколи MgСО3 |
14-42 |
25-75 |
25-75 |
повльна |
|
Палене вапно (негашене) |
обпалювання твердих вапнякв |
СО |
до 100 |
- |
мало |
дуже швидко |
|
Палене вапно (гашене, пушонка) |
гашення водою паленого вапна |
Са(ОН) |
до 75 |
- |
мало |
дуже швидко |
|
Вапняков туфи |
з покладв |
ССО3 |
близько 50 |
85-100 |
10-20 |
посередня |
|
Озерне вапно (гажа) |
з покладв на мсцях виси-хання водойм |
ССО3 |
30 бльше |
50-100 |
20 |
посередня |
|
Торфотуфи |
з покладв |
ССО3 (+ вбраний Са) |
6-28 |
10-50 |
50 |
посередня |
|
Дефекат |
вдходи цукрових заводв |
ССО3 з домшками СО |
близько 40 |
до 22 |
близько 25 |
посередня |
|
Сапропель (вапняковий) |
з покладв |
СО |
36,6 |
до 12 |
бля 40 |
швидка |
Вапнування попереджу
токсичнсть алюмню, фксу
фосфор, пдвищу
мкробологчну активнсть, зрвноважу
кислотнсть (звичайно за мови правильного використання).
Частина пТята
налз подляють на яксний та кльксний. Деяк сучасн фзико-хмчн методи по
днують в соб обидва типи.
Для кальцю властив наступн хмчн реакцÿ, за якими його визначають в грунтових витяжках, рослинах, сльськогосподарськй продукцÿ:
1. Карбонат амоню - осад блий, аморфний, при нагрванн кристалзу
ться. Са2++(NH4)2СО3àCaCO3↓+ 2NH4
2. Срчана кислот (сол лужних металв): з концентрованих розчинв да
блий осад Са2++SO42-àCaSO4↓
3. Оксалат амоню (щавелекислий амонй) - основна яксна реакця в агрохмчному аналз, заважають они барю та стронцю. Да
блий осад, який розчиня
ться в мнеральних кислотах але нерозчинний в оцтовй кислот. Са2++(NH4)2С2O42-àCaC2O4↓+2NH4
4. Забарвлення полумТя. Летк сол (хлориди або нтрати) забарвлюють полумТя в цеглисто-червоний колр.
5. Для визначення вмсту разом з магнúм (жорстксть води) користуються трилоном Б, з яким ц метали творюють комплексну сполуку синього кольору.
Ц реакцÿ виконуються в певних комбнацях, як дають визначення кальцю навть при домшках спорднених елементв.
Сучасн методи дослдження:
1. Потенцометря Ч використову
ться кальцúселективний електрод ЭМ-Са-01. Да
врн дан в межах вд 0,1 до 10-4. Заважають магнй, барй, натрй, калй, амонй. При значних домшках використовують деклька електродв для елементв, що заважають по рзниц визначають результат. Також використовують потенцометричне титрування.
2. ПолумТяна спектрометря - на спектрофотометрах типа Флафо-4 з фльтром "Са" Ч як яксний так кльксний аналз. Точнсть в межах 10-2 - 10-9. Найякснший та найшвидший аналз.
3. Атомно-абсорбцонна спектрометря. Все, що вдноситься до п.2.
4. Фотоколориметрування. Використовують забарвлен комплекси з ЕДТА. Заважають деяк елементи.
5. Масс-спектрометря.
6. Метод мчених атомв.
Експрес-метод визначення присутност карбонатв кальцю в грунтах
дя соляною кислотою. При цьому грунт в розрз "вскпа
".
Додатков табличн дан про боелемент кальцй
Масова частка кальцю в земнй кор, морськй вод, грунт, тваринах та рослинах
|
Елемент |
Земна кора |
Грунт |
Морська вода |
Рослини |
Тварини |
|
Са (кальцй) |
3,5 |
1,37 |
0,04 |
0,3 |
1,9 |
Середня масова частка кальцю в живй речовин (по В.
.Вернадському)
|
Декада |
Масова частка |
Елементи |
|
² |
1-10 |
С, N, Ca |
Фзико-хмчн властивост кальцю
|
Символ |
поряд-ковий номер |
електронна формула |
ступнь окислення в живих органзмах |
радус атома, пм |
радус она, пм |
енергя онзацÿ, мДж/моль |
стандартний електродний потенцал, В |
dдносна електронегативнсть |
|
Са |
20 |
1s22s2p63s2p64s2 |
2+ |
197 |
99 |
0.5898 |
Ca2++2eàCa-2.866 |
1.00 |
Значення логарифмв констант стйкост комплексв кальцю з деякими болгандами
|
РНК |
ДНК |
Тамн |
Рибо-флавин |
Прдоксин |
Ботин |
Нкотинамд |
ТФ |
ДФ |
Валномцин |
Енн-атин |
|
2,32 |
2,20 |
- |
- |
- |
- |
- |
3,79 |
2,68 |
2,70 |
- |
Логарифми констант стйкост комплексв кальцю з фульвокислотами (ФК)та гумновими кислотами (ГК) при рзних значеннях рН.
| Значення рН | ||||
|
3 |
3,5 |
5 |
7 |
|
|
ФК |
2,7 |
2,0 |
2,9 |
Ч |
|
ГК |
0 |
Ч |
0 |
6,5 |
Середн показники змни концентрацÿ кальцю в рослинах пд впливом гумнових кислот в залежност вд вмсту органчно
| Масова доля в субстрат | гумнова кислота | органчна речовина | |||
|
0,5 |
1,0 |
1,0 |
2,5 |
5,0 |
|
|
Масова доля кальцю, % |
75 |
57 |
93 |
81 |
70 |
Добуток розчинност деяких малорозчинних сполук кальцю
|
нони |
ОНЧ |
СО32- |
РО43- |
S2- |
|
Добуток розчинност |
6,5*10-6 |
3,8*10-9 |
СНРО4 2,7*10-7 Са(РО4)2 2*10-29 |
- |
Логарифми констант стйкост кальцю з комплексонами
|
Скорочена позначка |
Повна назва комплексону |
Логарифм константи |
|
ИДА |
мндиоцтова кислота |
2,59 |
|
НТА |
Нтрилоцтова кислота |
6,41 |
|
ЭДТА |
Етилендиамнтетраоцтова кислота |
10,70 |
|
ДТПА |
Диетилентетрамноцтова кислота |
10,89 |
|
ТТГА |
Триетиленгексамноцтова кислота |
9,89 |
|
ТПГА |
Тетраетиленпентамнгептаоцтова кислота |
7,57 |
|
ОЭДТА |
Оскиетилендиамнтриоцтова кислота |
8,00 |
|
ДБТА |
Дигдроксибутилендиамнтетраоцтова кислота |
9,39 |
|
ЭДДЯ |
Етилендиамндиянтарна кислота |
4,23 |
|
ЭДОФА |
Етилендиамн-ди(2-гдроксифенол)-диоцтова кислота |
7,20 |
|
ОЭДФ |
Гдроксиетилендифосфонова кислота |
6,00 |
|
НТФ |
Нтрилтриметиленфосфонова кислота |
6,68 |