À propos du Calcium
Le calcium est un métal alcalino-terreux, c’est un métal jaune pâle réactif qui forme une couche d’oxyde-nitrure sombre lorsqu’il est exposé à l’air. Ses propriétés physiques et chimiques sont les plus similaires à celles de ses homologues plus lourds, le strontium et le baryum. C’est le cinquième élément le plus abondant de la croûte terrestre et le troisième métal le plus abondant, après le fer et l’aluminium.
Résumé
Élément | Calcium |
Numéro atomique | 20 |
Catégorie d’élément | Métal alcalino-terreux |
Phase à STP | Solide |
Densité | 1,55 g/cm3 |
Résistance à la traction ultime | 110 MPa |
Limite d’élasticité | N / A |
Module de Young | 20 GPa |
Échelle de Mohs | 1,5 |
Dureté Brinell | 170 – 400 MPa |
Dureté Vickers | N / A |
Point de fusion | 842°C |
Point d’ébullition | 1484°C |
Conductivité thermique | 200W/mK |
Coefficient de dilatation thermique | 22,3 µm/mK |
Chaleur spécifique | 0,63 J/g·K |
Température de fusion | 8,54 kJ/mol |
Chaleur de vaporisation | 153,3 kJ/mol |
Résistivité électrique [nanoohmmètre] | 33,6 |
Susceptibilité magnétique | + 40e-6 cm^3/mol |
Applications du Calcium
La plus grande utilisation de calcium métallique est dans la sidérurgie, en raison de sa forte affinité chimique pour l’oxygène et le soufre. Ses oxydes et sulfures, une fois formés, donnent des inclusions d’aluminate de chaux liquide et de sulfure dans l’acier qui flottent. Les composés de calcium sont utilisés dans la fabrication d’insecticides, de peintures, de craie à tableau noir, de textiles et de feux d’artifice.
Production et prix du Calcium
Les prix des matières premières changent quotidiennement. Ils dépendent principalement de l’offre, de la demande et des prix de l’énergie. En 2019, les prix du Calcium pur se situaient autour de 110 $/kg.
En 2005, environ 24 000 tonnes de calcium ont été produites ; environ la moitié du calcium extrait dans le monde est utilisée par les États-Unis, avec environ 80% de la production utilisée chaque année. Le calcium-métal pur est maintenant fabriqué commercialement en chauffant de la chaux avec de l’aluminium. Le métal réagit lentement avec l’oxygène, la vapeur d’eau et l’azote de l’air pour former un revêtement jaune d’oxyde, d’hydroxyde et de nitrure.
Source : www.luciteria.com
Propriétés mécaniques du Calcium
Force du Calcium
En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine. La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique.
Pour la contrainte de traction, la capacité d’un matériau ou d’une structure à supporter des charges tendant à s’allonger est appelée résistance ultime à la traction (UTS). La limite d’élasticité ou la limite d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où la déformation non linéaire (élastique + plastique) commence.
Voir aussi: Résistance des matériaux
Résistance à la traction ultime du Calcium
La résistance à la traction ultime du calcium est de 110 MPa.
Limite d’élasticité du Calcium
La limite d’élasticité du calcium est N/A.
Module de Young du Calcium
Le module de Young du Calcium est de 20 GPa.
Dureté du Calcium
En science des matériaux, la dureté est la capacité à résister à l’indentation de surface (déformation plastique localisée) et aux rayures. Le test de dureté Brinell est l’un des tests de dureté par indentation, qui a été développé pour les tests de dureté. Dans les tests Brinell, un pénétrateur sphérique dur est forcé sous une charge spécifique dans la surface du métal à tester.
La dureté Brinell du calcium est d’environ 170 à 400 MPa.
La méthode d’essai de dureté Vickers a été développée par Robert L. Smith et George E. Sandland chez Vickers Ltd comme alternative à la méthode Brinell pour mesurer la dureté des matériaux. La méthode d’essai de dureté Vickers peut également être utilisée comme méthode d’essai de microdureté, qui est principalement utilisée pour les petites pièces, les sections minces ou les travaux en profondeur.
La dureté Vickers du calcium est d’environ N/A.
La dureté à la rayure est la mesure de la résistance d’un échantillon à la déformation plastique permanente due au frottement d’un objet pointu. L’échelle la plus courante pour ce test qualitatif est l’échelle de Mohs, qui est utilisée en minéralogie. L’ échelle de Mohs de dureté minérale est basée sur la capacité d’un échantillon naturel de minéral à rayer visiblement un autre minéral.
Le calcium a une dureté d’environ 1,5.
Voir aussi : Dureté des matériaux
Calcium – Structure cristalline
Une structure cristalline possible du calcium est la structure cubique à faces centrées.
Dans les métaux et dans de nombreux autres solides, les atomes sont disposés en réseaux réguliers appelés cristaux. Un réseau cristallin est un motif répétitif de points mathématiques qui s’étend dans tout l’espace. Les forces de la liaison chimique provoquent cette répétition. C’est ce motif répété qui contrôle les propriétés telles que la résistance, la ductilité, la densité, la conductivité (propriété de conduire ou de transmettre la chaleur, l’électricité, etc.) et la forme. Il existe 14 types généraux de ces modèles connus sous le nom de réseaux de Bravais.
Voir aussi: Structure cristalline des matériaux
Structure cristalline du Calcium
Propriétés thermiques du Calcium
Calcium – Point de fusion et point d’ébullition
Le point de fusion du calcium est de 842°C.
Le point d’ébullition du calcium est de 1484°C.
Notez que ces points sont associés à la pression atmosphérique standard.
Calcium – Conductivité thermique
La conductivité thermique du calcium est de 200 W/(m·K).
Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée la conductivité thermique, k (ou λ), mesurée en W/mK. C’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par conduction. Notez que la loi de Fourier s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gazeux), par conséquent, elle est également définie pour les liquides et les gaz.
Coefficient de dilatation thermique du Calcium
Le coefficient de dilatation thermique linéaire du calcium est de 22,3 µm/(m·K)
La dilatation thermique est généralement la tendance de la matière à changer ses dimensions en réponse à un changement de température. Il est généralement exprimé sous la forme d’un changement fractionnaire de longueur ou de volume par unité de changement de température.
Calcium – Chaleur spécifique, chaleur latente de fusion, chaleur latente de vaporisation
La chaleur spécifique du calcium est de 0,63 J/g K.
La capacité calorifique est une propriété extensive de la matière, c’est-à-dire qu’elle est proportionnelle à la taille du système. La capacité thermique C a l’unité d’énergie par degré ou d’énergie par kelvin. Lors de l’expression du même phénomène en tant que propriété intensive, la capacité thermique est divisée par la quantité de substance, de masse ou de volume, ainsi la quantité est indépendante de la taille ou de l’étendue de l’échantillon.
La chaleur latente de fusion du calcium est de 8,54 kJ/mol.
La chaleur latente de vaporisation du calcium est de 153,3 kJ/mol.
La chaleur latente est la quantité de chaleur ajoutée ou retirée d’une substance pour produire un changement de phase. Cette énergie décompose les forces d’attraction intermoléculaires, et doit également fournir l’énergie nécessaire pour dilater le gaz (le pΔV travail). Lorsque la chaleur latente est ajoutée, aucun changement de température ne se produit. L’enthalpie de vaporisation est fonction de la pression à laquelle cette transformation a lieu.
Calcium – Résistivité électrique – Susceptibilité magnétique
La propriété électrique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ électrique appliqué. L’une des principales caractéristiques des matériaux est leur capacité (ou leur incapacité) à conduire le courant électrique. En effet, les matériaux sont classés selon cette propriété, c’est-à-dire qu’ils sont divisés en conducteurs, semi-conducteurs et non-conducteurs.
Voir aussi: Propriétés électriques
La propriété magnétique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ magnétique appliqué. Les propriétés magnétiques macroscopiques d’un matériau sont une conséquence des interactions entre un champ magnétique extérieur et les moments dipolaires magnétiques des atomes qui le constituent. Différents matériaux réagissent différemment à l’application du champ magnétique.
Voir aussi: Propriétés magnétiques
Résistivité électrique du Calcium
La résistivité électrique du calcium est de 33,6 nΩ⋅m.
La conductivité électrique et son inverse, la résistivité électrique, est une propriété fondamentale d’un matériau qui quantifie la manière dont le calcium conduit le flux de courant électrique. La conductivité électrique ou conductance spécifique est l’inverse de la résistivité électrique.
Susceptibilité magnétique du Calcium
La susceptibilité magnétique du calcium est de +40e-6 cm^3/mol.
En électromagnétisme, la susceptibilité magnétique est la mesure de l’aimantation d’une substance. La susceptibilité magnétique est un facteur de proportionnalité sans dimension qui indique le degré d’aimantation du calcium en réponse à un champ magnétique appliqué.