مقدمه ای بر عنصر کلسیم

عنصر کلسیم یکی از رایج ترین عناصر در سراسر جهان و یکی از مهم ترین آن ها است. تقریباً همه موجودات زنده به کلسیم متکی هستند. کلسیم نیز در مصالح ساختمانی ما رایج است و از زمان های اولیه وجود داشته است.

10 حقیقت جالب و سرگرم کننده در مورد کلسیم

1. نام کلسیم از کلمه لاتین برای آهک، “calx” گرفته شده است.
2. یک انسان به طور متوسط ​​در سراسر بدن خود ۱ کیلوگرم کلسیم دارد.
3. کلسیم به عنوان یک فلز خالص در محیط وجود ندارد.
4. بدن تنها زمانی کلسیم را به طور موثر جذب می کند که منیزیم نیز وجود داشته باشد.
5. اکسید کلسیم هنگام سوختن در شرایط خاص نور شدیدی تولید می کند. در یک نقطه، نور سوزان تئاترها را روشن کرد. این جایی است که اصطلاح “در کانون توجه” از آنجا می آید.
6. کلسیت شکلی از کربنات کلسیم (CaCO) است₃) که استالاگمیت ها و استالاکتیت ها را در غارها تشکیل می دهد.
7. فراوان ترین عنصر معدنی در بدن انسان کلسیم است.
8. مقدار کلسیم مورد نیاز برای رشد مناسب در بسیاری از موجودات در طول مراحل زندگی به طور چشمگیری متفاوت است.
9. به دلیل ترکیبات طبیعی متعدد، کلسیم حداقل از زمان رومیان باستان برای ساختن سازه ها و مجسمه ها استفاده می شده است.
10. کربنات کلسیم باعث ایجاد آهک در اطراف شیرآلات در صورت وجود آب سخت می شود.

عنصر کلسیم در جدول تناوبی

کلسیم، نماد Ca، یک فلز قلیایی خاکی در ستون دوم جدول تناوبی است. عدد اتمی آن 20 است. در ردیف چهارم جدول تناوبی، زیر منیزیم قرار دارد. دارای پیکربندی الکترونی است [Ar]2 ثانیه². کلسیم دارای دو الکترون ظرفیت و الکترونگاتیوی بسیار کم 1 است.

اهمیت بیولوژیکی کلسیم

کلسیم یک عنصر ضروری در بدن انسان است. بسیاری از بیماری ها مانند پوکی استخوان و فشار خون بالا با کلسیم بسیار کم یا بیش از حد مرتبط هستند.

در بدن، کلسیم اغلب به عنوان “پیام رسان سلولی” شناخته می شود. بین داخل و خارج سلول، شیب زیادی از کلسیم وجود دارد (1: ~ 10000). دیفرانسیل بزرگ امکان پاسخگویی بالا به تغییرات را فراهم می کند. هورمون های موجود در روده، اسکلت و کلیه ها یون های کلسیم را در بدن تنظیم می کنند.

کلسیم پایه استخوان ها و دندان ها است. استخوان ها و دندان ها حاوی 99 درصد کلسیم بدن هستند. در استخوان های ما، کلسیم به شکل معدنی هیدروکسی لاپاتیت (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂) که به آپاتیت کلسیم نیز معروف است. همین ترکیب باعث ایجاد استخوان های جایگزین می شود.

عنصر کلسیم در اقیانوس

کلسیم نقش مهمی در اکوسیستم اقیانوس دارد. کلسیم موجود در اقیانوس می تواند از منابع مختلفی از جمله هوازدگی سنگ و فرسایش خاک به دست آید. یون های کلسیم در اقیانوس ها حدود 410 پی پی ام وجود دارد.

کلسیم یک عنصر مهم برای بسیاری از موجودات دریایی است – مرجان، صدف، صدف و خارپشت دریایی. بیشتر پوسته های موجود در اقیانوس ها از کربنات کلسیم ساخته شده اند. این موجود دریایی کلسیم و بی کربنات را از آب اقیانوس استخراج می کند تا پوسته آن را بسازد. بی کربنات از دی اکسید کربن محلول در آب به دست می آید. با این حال، با افزایش غلظت دی اکسید کربن اتمسفر، غلظت آن در اقیانوس نیز افزایش می یابد.افزایش اسیدیته اقیانوس). این امر تعادل را مختل می کند و باعث ایجاد تغییراتی در پوسته کربنات کلسیم موجود می شود. به عنوان مثال، قبلاً نشان داده شده است که مرجان توانایی کاهش یافته را دارد اسکلت کربنات کلسیم خود را بسازد.

کاربردهای کلسیم در دنیای امروز

کلسیم برای چه مواردی استفاده می شود؟

کلسیم کاربردهای مختلفی دارد، از کود گرفته تا مکمل های بهداشتی و سموم و سیمان. کلسیم هنوز در حال ابداع است تا فناوری های جدید را نیز ایجاد کند.

به عنوان یک کود، ترکیبات کلسیم مهم هستند زیرا گیاهان از کلسیم در دیواره سلولی خود استفاده می کنند. کلسیم نیز یک پیام رسان درون گیاه است. بنابراین، کودهای کلسیمی به تامین مواد معدنی مناسب اطمینان می دهند.

کلسیم یک ماده مغذی حیاتی در بدن است. بنابراین بسیاری از مکمل ها و داروها شامل کلسیم در آنها هستند. علاوه بر این، ترکیبات کلسیم، مواد مورد استفاده برای پر کردن دندان و تکثیر استخوان را می سازد.

ممکن است سیستم های شستشو در نیروگاه ها استفاده از کلسیم به شکل سنگ آهک به عنوان ابزار اصلی. ایده استفاده از سنگ آهک برای واکنش با انتشار دی اکسید کربن و حذف آن از هوا است. این محصول بی کربنات کلسیم است.

برای برخی کاربردهای خاص تر، ترکیبات مختلف کلسیم فهرست شده در زیر را ببینید.

کی و چگونه کلسیم کشف شد؟

تاریخچه کلسیم

ترکیبات کلسیم برای مدت طولانی در تاریخ اهمیت داشته اند. سنگ آهک که عمدتاً کربنات کلسیم است، از حدود 7000 سال قبل از میلاد برای ساخت مجسمه ها و ساختمان ها استفاده شده است. اهرام باستانی نیز از یک ترکیب کلسیم، گچ ساخته شده اند. گچ یک ترکیب سولفات کلسیم است.

کشف عنصر کلسیم

فلز کلسیم عنصری برای اولین بار در سال 1808 جدا شد. هامفری دیوی (1778-1829) پس از کشف چندین عنصر دیگر که شامل پتاسیم و سدیم بود، کلسیم را جدا کرد. او کلسیم را از طریق الکترولیز جدا کرد، تکنیکی که برای جداسازی عناصر دیگر نیز استفاده کرده است. برای به دست آوردن کلسیم، الکترولیز آهک (CaO) و اکسید جیوه (HgO) انجام شد. پس از الکترولیز، او از تقطیر برای تصفیه کلسیم استفاده کرد.

شیمی کلسیم – ترکیبات، واکنش ها، حالت های اکسیداسیون

خواص شیمیایی کلسیم

کلسیم به راحتی با چندین مولکول موجود در جو واکنش می دهد. در طبیعت، کلسیم خالص وجود ندارد زیرا به سرعت با مولکول های دیگر واکنش نشان می دهد. کلسیم می تواند با اکسیژن، نیتروژن، آب یا چندین جزء دیگر هوا واکنش دهد.

کلسیم چگونه با آب واکنش نشان می دهد؟

کلسیم به آرامی با آب واکنش نشان می دهد. این واکنش گاز هیدروژن تولید می کند (H₂و هیدروکسید کلسیم (Ca(OH)₂). هیدروژن به صورت گاز خارج می شود و هیدروکسید کلسیم رسوب می کند. این با دو ترکیب بالای کلسیم در جدول تناوبی متفاوت است، بریلیم و منیزیم که به طور قابل توجهی با آب واکنش نشان نمی دهند. دو ترکیب زیر کلسیم، استرانسیم و باریم، مانند کلسیم با آب واکنش می دهند.

ترکیبات کلسیم

کلسیم ترکیبات زیادی را تشکیل می دهد. در زیر تعدادی از این ترکیبات ذکر شده است.

کلسیم هیدروکسید

• هیدروکسید کلسیم دارای فرمول شیمیایی Ca(OH) است.₂ و یک پودر سفید است. نام رایج تر آن آهک است. هیدروکسید کلسیم کاربردهای زیادی در فرآوری مواد غذایی از جمله ترشی دارد. همچنین در تولید کاغذ، تصفیه فاضلاب، ضدعفونی کننده مزارع و تولید سیمان کاربرد دارد.

کربنات کلسیم

کلرید کلسیم

• کلرید کلسیم پودری سفید رنگ با فرمول شیمیایی CaCl است₂. در صورت استفاده به عنوان نمک از یخ زدگی در جاده ها و پیاده روها جلوگیری می کند. شیمی مواد غذایی همچنین از کلرید کلسیم به عنوان یک عامل سفت کننده یا نگهدارنده استفاده می کند.

سیترات کلسیم

• سیترات کلسیم یک نمک کلسیم اسید سیتریک است. اغلب، نسخه های کلسیم حاوی سیترات کلسیم به عنوان منبع کلسیم هستند. این ترکیب در برخی غذاها نیز وجود دارد.

کلسیم گلوکونات

• کلسیم گلوکونات سطوح پایین کلسیم در بدن را با نسخه یا به عنوان یک روش اورژانسی درمان می کند. به عنوان مثال، هنگام استفاده از اسید هیدروفلوئوریک (HF) یک لوله از گلوکونات کلسیم همیشه به عنوان اولین شکل واکنش اضطراری (علاوه بر سایر اقدامات ایمنی) در دسترس است. HF بسیار سمی است و کلسیم را از بدن جدا می کند و می تواند شما را تنها با چند میلی لیتر خیلی سریع بکشد. گلوکونات کلسیم منبعی از کلسیم را برای HF فراهم می کند تا به جای کلسیم استخوان های شما با آن متصل شود.

آرسنات کلسیم

• آرسنات کلسیم (Ca(AsO₄)₂) یک ترکیب کلسیمی سمی است. حشره کش ها معمولاً به دلیل سمی بودن مولکول را در خود دارند.

سیکلامات کلسیم

• سیکلامات کلسیم دارای فرمول شیمیایی Ca(C) است₆اچ₁₁NHSO₄)₂. این ترکیب تا حدی به دلیل اینکه در آب بسیار محلول است و در دماهای بالا پایدار است به عنوان یک عامل شیرین کننده استفاده می شود. هیچ ارزش غذایی ارائه نمی دهد. روده سیکلامات کلسیم را جذب نمی کند. با این حال، باکتری های روده می توانند آن را به ترکیبات دیگر تجزیه کنند. این ترکیبات دیگر گاهی سرطانی هستند. بنابراین، ایالات متحده این ترکیب را در غذاها ممنوع کرد.

هیپوکلریت کلسیم

• هیپوکلریت کلسیم (Ca(OCl)₂) بسیاری از اقلام را ضد عفونی می کند. اغلب در ضدعفونی کننده های استخر، دئودورانت ها، قارچ کش ها و مواد سفید کننده وجود دارد.

سولفات کلسیم

• گچ تخته سیاه نیز یک ترکیب کلسیمی است! سولفات کلسیم که به نام گچ نیز شناخته می شود دارای فرمول شیمیایی CaSO است₄∙2 ساعت₂O. گچ نیز گیاهان را بارور می کند و سیمان می سازد.

حالات اکسیداسیون کلسیم

حالت اکسیداسیون کلسیم +2 است.

جداسازی کلسیم

الکترولیز رایج ترین روش برای جداسازی کلسیم است. اولین جداسازی کلسیم نیز از الکترولیز استفاده کرد. کلسیم به دلیل ماهیت واکنش پذیری که دارد جداسازی آن دشوار است.

مشخصات فیزیکی:

کلسیم به‌عنوان یک فلز نقره‌ای مایل به سفید ظاهر می‌شود، اما در اثر واکنش با آب، اکسیژن و نیتروژن موجود در هوا در معرض هوا قرار می‌گیرد.

برخی از خواص فیزیکی کلسیم:

• نماد کلسیم: Ca
• نقطه ذوب: 842 درجه سانتی گراد (1548 درجه فارنهایت)
• نقطه جوش: 1484 درجه سانتیگراد (2703 درجه فارنهایت)
• چگالی: 1.54 گرم بر سانتی متر³
• وزن اتمی: 40.078
• عدد اتمی: 20
• الکترونگاتیوی: 1.0
• طبقه بندی: فلز قلیایی خاکی، فلز گروه دوم
• فراوانی طبیعی 4.1 درصد در پوسته زمین که 5 است^هفتم فراوان ترین عنصر در پوسته
• فراوانی طبیعی 8 درصد در پوسته قمر
• پیکربندی پوسته الکترونی: [Ar]2 ثانیه²
• ایزوتوپ ها: کلسیم دارای 6 ایزوتوپ است. ⁴⁰کلسیم (96.941%)، ⁴⁴کلسیم (2.086%)، ⁴²کلسیم (0.647%)، ⁴⁸کلسیم (0.187%)، ⁴³کلسیم (0.135%)، ⁴⁶کلسیم (0.004%)
• به طور طبیعی در سنگ آهک، کربنات کلسیم، فلوریت و گچ یافت می شود.
• سمیت: کلسیم به طور کلی غیر سمی است، اما مانند هر چیز دیگری، مقدار بیش از حد آن می تواند مشکلاتی ایجاد کند. هیپرکلسمی زمانی رخ می دهد که بدن حاوی کلسیم بیش از حد باشد. سایر مسائل پزشکی معمولاً باعث عدم تعادل در کلسیم می شوند.

از کجا می توانم کلسیم بخرم؟

کلسیم خالص معمولاً به عنوان تراش کلسیم فروخته می شود. اینها از بسیاری در دسترس هستند تامین کنندگان مواد شیمیایی. هنگام دست زدن به چرخش ها مراقب باشید. تمام دستورالعمل های ایمنی ارائه شده با محصول را دنبال کنید. کلسیم خالص با آب موجود در هوا واکنش می دهد. بنابراین، یک ظرف دربسته خشک شده کلسیم عنصری را ذخیره می کند.

بسیاری از مکمل ها کلسیم خالص نیستند، اما اگر به کلسیم عنصری نیاز ندارید، دارای کلسیم بالایی هستند.

آزمایش با عنصر کلسیم

آزمایشات کلسیم دنشان می دهد که چگونه گرم شدن اقیانوس بر موجودات مختلف آبزی تأثیر می گذارد با پوسته های ساخته شده از کربنات کلسیم.