Кальций — минерал, принимающий участие во многих биохимических процессах, а также широко использующийся в прикладных науках.
История минерала
Название химического вещества берет свои корни в Древнем Риме: оксид кальция или известь широко использовался в строительстве домов. Античные зодчие называли этот материал «мягким камнем», что на латыни звучит как «кальцис». До конца 18-го века ученые мужи считали известь простым веществом. Только в 1808 году британский химик Хэмфри Дэви в результате электролиза гашеной извести смог получить новый металл, которому он дал имя «кальций».
Использование кальция
На планете кальций встречается в виде множества соединений: известь, гипс, мрамор, барит, глинозем или магнезия. В силу своей высокой химической активности чистый кальций в природе не встречается, но именно благодаря этому свойству минерал широко применяется в промышленности в роли восстановителя, например, для раскисления стали. Кроме того, изотоп кальций-48 используется для производства сверхтяжелых элементов и создания новых элементов периодической таблицы. Но наибольший интерес кальций вызывает с точки зрения биохимии.
Кальций в организме человека
Кальций — один из важнейших неорганических элементов в метаболизме человека. При нормальной концентрации кальция в организме элемент способствует формированию здоровых зубов и прочных костей, улучшает состояние кожи, развивает мускулатуру и положительно влияет на нервную систему. Кальций регулирует сердечные ритмы, мозговую деятельность и работу внутренних органов. Кальций-ионы оказывают воздействие на проницаемость клеточных мембран, улучшают свертываемость крови и стимулируют сокращение мышц. Недостаток этого элемента в крови пагубно сказывается на психическом здоровье человека — возникают неврозы и депрессии.
Важно, чтобы кальций поступал в организм человека в сбалансированном количестве, так как его избыток формирует дефицит фосфора и цинка. Содержание элемента в организме взрослого человека составляет порядка 20 г на 1 кг массы тела. Практически 99% объема кальция сконцентрировано в костях и хрящевой ткани. Оставшаяся доля распределена внутри клеток мягких тканей, а также во внеклеточной жидкости. Суточная норма потребления кальция с пищей составляет 1 г, но в каких продуктах содержится необходимый элемент?
Больше всего кальция содержат кунжут, твердые сыры, брынза, сухое молоко, соя, петрушка и шпинат. При этом шпинат и петрушка включают также фитиновую кислоту, которая при взаимодействии с кальцием образует нерастворимые соли и препятствует усвоению полезного элемента. Если кальция поступает недостаточно из пищевых продуктов, то рекомендуется принимать лекарственные препараты, содержащие этот элемент как в виде простого вещества, так и в комбинации с витамином D или сложными витаминно-минеральными комплексами.
Кальций в медицине
Естественно, что такой важный элемент человеческого организма находит применение и в медицине. Хлористый кальций и глюконат кальция оказывает противовоспалительное воздействие. Эти препараты применяются для лечения аллергий различного типа, в том числе и лекарственных. Кроме того, кальций-хлор и глюконат кальция выступают в роли противоядия при отравлениях. И, конечно же, наиболее очевидным «медицинским кальцием» является гипс, который используется для фиксации конечностей при переломах, а также в протезировании и стоматологии.
Перманганатометрия
Если с определением содержания кальция в продуктах питания и известных растворов не возникает никаких проблем, то вычисление концентрации в произвольных веществах или экспериментальных растворах может стать проблемой. Для определения концентрации веществ используется специальный метод аналитической химии — титрование, основанный на измерении объема раствора реактива точно заданной концентрации, расходуемого для реакции с определяемым веществом. Титрование по типу окислительно-восстановительных реакций при помощи перманганата калия носит название перманганатометрии.
В основе этого метода лежат реакции окисления с участием перманганат-ионов в кислой среде. Использование раствора KMnO4 в качестве титранта позволяет определить концентрацию пероксида водорода, ионов железа и, самое главное, оксалатов, которые в любом виде содержат кальций. Точку эквивалентности концентрации веществ определяют по появлению фиолетовой окраски ионов оксида магния — типичного цвета раствора марганцовки.
Наша программа позволяет подсчитать концентрацию кальция в веществе путем перманганатометрии. Для этого в соответствующие ячейки требуется ввести нормальное значение KMno4, текущее значение KMno4 и массу определяемого вещества. Концентрация кальция в процентах рассчитывается по следующей формуле:
Концентрация = 20 × (Текущее KMno4 × Нормальное KMno4) / Масса
Пример расчета
Титрование оксалата
Пусть есть раствор оксалата аммония массой 500 грамм. Нормальное значение перманганата калия при титровании составляет 50, а текущее — 10. Определим концентрацию кальция при помощи нашего калькулятора. Введем в заданные значения в соответствующие ячейки и получим результат: 20%.
Заключение
Кальций — важная составной часть живой природы. Весомая часть живых организмов существует благодаря этому элементу, но кальций также крайне важен для промышленности и научных исследований. Для определения концентрации кальция в растворах используются методы аналитической химии. Для проверки расчетов используйте наш онлайн-калькулятор.
