Կալցիում

Կալցիում (լատին․՝ Calcium), պարբերական համակարգի երկրորդ խմբի գլխավոր ենթախմբի քիմիական տարր, որի նշանն է Ca և ատոմային համարը՝ 20։ Այն գտնվում է պարբերական համակարգի 2 խմբի գլխավոր ենթախմբում։ Ատոմների արտաքին էլեկտրոնային թաղանթում ունեն 2 էլեկտրոն ns² վիճակում։ Ամենաշատ տարածված մետաղներից է, կազմում է երկրակեղևի 3%-ը։

20 Կալիում ← Կալցիում → Սկանդիում Քիմիական տարրերի պարբերական համակարգ 20Fe
Պարզ նյութի արտաքին տեսք
Չափավոր ծանր[1], արծաթասպիտակավուն մետաղ
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ	Կալցիում /Calcium (Ca), Fe, 20
Ատոմային զանգված (մոլային զանգված)	40,078(4)[2] զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա	[Ar] 4s2
Ատոմի շառավիղ	197 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտ շառավիղ	174 պմ
Իոնի շառավիղ	(+2e) 99 պմ
Էլեկտրաբացասականություն	1,00 (Պոլինգի սանդղակ)
Էլեկտրոդային պոտենցիալ	−2,76 В
Օքսիդացման աստիճաններ	2
Իոնացման էներգիա (առաջին էլեկտրոն)	589,4 (6,11) կՋ/մոլ (էՎ)
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Հալման ջերմաստիճան	9,20 Կ
Եռման ջերմաստիճան	1757 Կ
Մոլային ծավալ	29,9 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղային ցանց
Բյուրեղացանցի կառուցվածք	խորանարդ
Բյուրեղացանցի տվյալներ	5,580
Դեբայի ջերմաստիճան	230 Կ
CAS համար	CAS գրանցման համար?

20	Կալցիում
Ca 40,078
4s2

Ունի 6 կայուն իզոտոպ՝ ⁴⁰Ca (96, 97 %), ⁴²Ca, ⁴³Ca, ⁴⁴Ca, ⁴⁶Ca և ⁴⁸Ca: Կալցիումի միացություններից կրաքարը, մարմարը, գիպսը, ինչպես նաև կրաքարի այրման վերջնանյութ կիրը դեռևս հնագույն ժամանակներում կիրառվել են որպես շինանյութ։

Պատմություն և անվան ծագում

Քիմիական տարրի անվանումը ծագել է լատին․՝ calx բառից (սեռական հոլով calcis) - «կիր», «փափուկ քար»։ Տարրը հայտնաբերել է անգլիացի քիմիկոս Հումֆրի Դեյվը 1808 թվականին, կալցիումը մետաղական էլեկտրոլիզի ենթարկելով։

Մինչև 18-րդ դարը քիմիկոսները կիրը համարում էին պարզ նյութ։ 1789 թվականին Ա. Լավուազիեն հաստատեց, որ կիրը բարդ նյութ է, 1808 թվականին Հ. Դևին խոնավ հանգած կրի և սնդիկի օքսիդի խառնուրդը սնդիկի էլեկտրոդով էլեկտրոլիզի ենթարկելիս ստացավ կալցիումի ամալգամը, որից սնդիկը հեռացնելիս անջատեց մետաղ և անվանեց «կալցիում» (լատին․՝ calx, calcis - կիր)։

Կալցիումի միացություններն են՝ կիր, մարմար, գիպս, որոնք օգտագործում էին շինարարական աշխատանքներում, արդեն հազարավոր տարիներ։

Բնության մեջ

Բնության մեջ զգալի քանակներով հանդիպում է կալցիումի ֆոսֆատը՝ Ca₂(PO₄)₂, որից ստանում են սպիտակ ֆոսֆոր, ֆոսֆորական թթու և ֆոսֆորական պարարտանյութեր։

Իզոտոպներ

Բնության մեջ հայտնի են կալցիումի 6 իզոտոպներ. ⁴⁰Ca, ⁴²Ca, ⁴³Ca, ⁴⁴Ca, ⁴⁶Ca և ⁴⁸Ca, որոնցից առավել շատ տարածված է ⁴⁰Ca, կազմում է 96,97 %։ Կալցիումի միջուկը պարունակում է կախարդական թվով պրոտոններ {{{1}}}: 40
20Ca20
և 48
20Ca28
իզոտոպները բնության մեջ ունեն կախարդական ուժ։

Ստացում

Կալցիումը ստանում են էլեկտրոլիզի ենթարկելով քլորիդի հալույթը։ Վերջինս ջերմաստիճանը իջեցնելու նպատակով ավելացնում են CaF₂, ինչպես նաև ալյումինի և կալցիումի օքսիդի փոխազդեցությունից, 1170-1200 °C-ում։

${\displaystyle {\mathsf {4CaO+2Al\rightarrow CaAl_{2}O_{4}+3Ca}}}$

Ֆիզիկական հատկություններ

Կալցիումը սպիտակ արծաթափայլ, փափուկ մետաղ է։ Հայտնի է ալոտրոպիկ երկու ձևափոխությամբ։ α-ձևի խտությունը 1540 կգ/մ³ է (20 °C-ում)։ 464 °C-ից բարձր կայուն է β-ձևը, հալման ջերմաստիճանը՝ 851 °C: Բարձր մաքրության կալցիումը պլաստիկ է, լավ մամլվում է, գլոցվում և հեշտությամբ մշակվում կտրումով։

Քիմիապես շատ ակտիվ է, միացություններում՝ երկարժեք։ Սովորական ջերմաստիճանում կալցիումը հեշտությամբ փոխազդում է օդի թթվածնի և խոնավության հետ, դրա համար էլ այն պահում են փակ, հերմետիկ անոթներում կամ հանքային յուղի մեջ։

Քիմիական հատկություններ

Օդում կամ թթվածնի միջավայրում տաքացնելիս կալցիումը բոցավառվում է՝ առաջացնելով հիմնական օքսիդը՝ CaO:

${\displaystyle {\mathsf {2Ca+O_{2}\rightarrow 2CaO,}}}$

Հայտնի են նաև կալցիումի գերօքսիդները՝ CaO₂ և CaC₄։ Սառը ջրի հետ կալցիումը սկզբում փոխազդում է արագ, հետո փոխազդեցությունը դանդաղում է՝ Ca(OH)₂ թաղանթի առաջացման պատճառով։

${\displaystyle {\mathsf {Ca+2H_{2}O\rightarrow Ca(OH)_{2}+H_{2}\uparrow .}}}$

Եռանդուն փոխազդում է տաք ջրի և թթուների հետ՝ անջատելով ջրածին (բացի խիտ HNO₃-ից)։ Ֆտորի հետ փոխազդում է սառը պայմաններում, իսկ քլորի և բրոմի հետ՝ 400 °C-ից բարձր՝ առաջացնելով համապատասխանաբար կալցիումի ֆտորիդ (CaF₂), կալցիումի քլորիդ (CaCl₂) և կալցիումի բրոմիդ (CaBr₂)։

${\displaystyle {\mathsf {Ca+Br_{2}\rightarrow CaBr_{2}.}}}$

Ծծմբի հետ տաքացնելիս կալցիումը առաջացնում է սուլֆիդ՝ CaS, որը, միացնելով ծծումբ, տալիս է բազմասոււֆիդներ (CaS₂, CaS₄ և այլն)։ Չոր ջրածնի հետ փոխազդում է 300-400 °C-ում՝ առաջացնելով հիդրիդ՝ CaH₂։

${\displaystyle {\mathsf {Ca+H_{2}\rightarrow CaH_{2},}}}$

500 °C-ում կալցիումը և ագուռը տալիս են Ca₃N₂ նիտրիդը։ Սառը պայմաններում ամոնիակի հետ կալցիումը առաջացնում է Ca[NH₃]₄ կոմպլեքս միացությունը։ Օդի բացակայությամբ տաքացնելիս ածխածնի, սիլիցիումի և ֆոսֆորի հետ կալցիումը առաջացնում է, համապատասխանաբար, կարբիդ (CaC₂), սիլիցիդներ (Ca₂Si, CaSi, CaSi₂) և ֆոսֆիդ (Ca₃P₂)։

${\displaystyle {\mathsf {Ca+6B\rightarrow CaB_{6},}}}$

${\displaystyle {\mathsf {3Ca+N_{2}\rightarrow Ca_{3}N_{2},}}}$

${\displaystyle {\mathsf {Ca+2C\rightarrow CaC_{2},}}}$

${\displaystyle {\mathsf {6Ca+P_{4}\rightarrow 2Ca_{3}P_{2}.}}}$

${\displaystyle {\mathsf {2Ca+Si\rightarrow Ca_{2}Si.}}}$

Միջմետաղական միացություններ է առաջացնում Al-ի, Ag-ի, Au-ի, Cu-ի և այլ մետաղների հետ։ Արտադրության մեջ կալցիումը ստացվում է երկու եղանակով.

• CaO-ի և փոշիացրած Al-ի խառնուրդը 1200 °C-ում, 0,01-0,02 մմ սնդ. ս. ճնշման տակ տաքացնելիս.

${\displaystyle {\mathsf {CaO+2Al\rightarrow 3CaO.Al_{2}O_{3}+3Ca}}}$

• CaCu-ի և KCl-ի հալույթը հեղուկ պղնձա-կալցիումական կաթոդով էլեկտրոլիզի ենթարկելիս ստանում են Cu-Ca (65% Ca) համաձուլվածքը, որից կալցիումը անջատում են՝ թորելով 950-1000 °C-ում, 0,01-0,001 մմ սնդ. ս. ճնշման տակ։ Մաքուր կալցիումը կիրառվում է Ս, Th, Cr, V, Zr, Cs, Rb և մի քանի հազվագյուտ հողային տարրեր իրենց միացություններից վերականգնելու, պողպատները, բրոնզը ն այլ համաձուլվածքներ թթվածնազրկելու, նավթամթերքներից ծծումբը հեռացնելու, օրգանական հեղուկները խոնավազրկելու, արգոնը ազոտի խառնուրդից մաքրելու, էլեկտրավակուումային սարքերում գազեր կլանելու համար։

${\displaystyle {\mathsf {CaH_{2}+2H_{2}O\rightarrow Ca(OH)_{2}+H_{2}\uparrow ,}}}$

${\displaystyle {\mathsf {Ca_{3}N_{2}+6H_{2}O\rightarrow 3Ca(OH)_{2}+2NH_{3}\uparrow }}}$

Կիրառություն

Կալցիումի համաձուլվածքները մեծ կիրառություն ունեն տեխնիկայում։

Օրգանիզմում

Վիտամին D

Կալցիումը կենսածին և կենսական պրոցեսների բնականոն ընթացքի համար անհրաժեշտ տարր է։ Գտնվում է կենդանիների և բույսերի բոլոր հյուսվածքներում։ Որոշ օրգանիզմներում Ca-ի պարունակությունը հասնում է 38 %-ի, մարդու օրգանիզմում՝ 1,4-2 %: Բույսերը Ca ստանում են հողից, կենդանիները՝ կերի և ջրի հետ։

Ca անհրաժեշտ է որոշ բջիջների կառուցվածքի ձևավորման, արտաքին բջջաթաղանթների բնականոն թափանցելիության պահպանման, ձկների և այլ կենդանիների ձվաբջիջների բեղմնավորման, մի քանի ֆերմենտների ակտիվացման համար։ Ca²⁺ իոններր գրգիռ են հաղորդում մկանաթելին՝ առաջացնելով կծկում, բարձրացնում լեյկոցիտների ֆագոցիտային ֆունկցիան, ակտիվացնում արյան պաշտպանական սպիտակուցների համակարգը, մասնակցում մակարդմանը։

Օրգանիզմում Ca-ի պարունակությունը կարգավորվում է հարվահանագեղձի և վահանագեղձի հորմոններով։ Ca օրգանիզմից արտաթորվում է գլխավորապես աղիքներով։ Ֆոսֆորա-կալցիումական նյութափոխանակությունը խախտվելու դեպքում մատղաշ կենդանիների և երեխաների օրգանիզմում զարգանում է ռախիտ, հասուն կենդանիների օրգանիզմում՝ կմախքի կառուցվածքի և բաղադրության փոփոխություն։ Բժշկության մեջ Ca-ի պատրաստուկները կիրառվում են ալերգիական, ճառագայթային, մաշկային, օրգանիզմում Ca²⁺ իոնների անբավարարությունից առաջացած փայտացման, սպազմոֆիլիայի, ռախիտի և այլ հիվանդությունների ժամանակ, ինչպես նաև որպես արյունահոսությունը դադարեցնող, սրտամկանի ֆունկցիան կարգավորող, միզամուղ միջոցներ։ Վիրաբուժության մեջ գործածվում է գիպսը (CaSC₄), ստամոքսահյութի բարձր թթվության դեպքում՝ կավիճը։

Տես նաև

• Կալցիումի օքսիդ

Ծանոթագրություններ

1. Твёрдость по Бринеллю 200-300 МПа
2. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report)(անգլ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — ISSN 0033-4545. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02

Գրականություն

• Доронин. Н. А. Кальций, Госхимиздат, 1962. 191 стр. с илл.
• Rebecca J. Donatelle. Health, The Basics. 6th ed. San Francisco: Pearson Education, Inc. 2005.

Արտաքին հղումներ

• Кальций на Webelements
• Кальций в Популярной библиотеке химических элементов Արխիվացված 2010-02-25 Wayback Machine
• Рекомендуемое потребление кальция Արխիվացված 2016-03-05 Wayback Machine
• UK Food Standards Agency: Calcium Արխիվացված 2010-10-07 Wayback Machine
• Nutrition fact sheet from the National Institutes of Health

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 5, էջ 184)։