კალციუმი

კალციუმი, ₂₀Ca

ზოგადი თვისებები
მარტივი ნივთიერების ვიზუალური აღწერა	მოვერცხლისფრო-თეთრი მსუბუქი ლითონი
სტანდ. ატომური წონა Ar°(Ca)	40.078±0.004 40.078±0.004 (დამრგვალებული)
კალციუმი პერიოდულ სისტემაში
წყალბადი ჰელიუმი ლითიუმი ბერილიუმი ბორი ნახშირბადი აზოტი ჟანგბადი ფთორი ნეონი ნატრიუმი მაგნიუმი ალუმინი სილიციუმი ფოსფორი გოგირდი ქლორი არგონი კალიუმი კალციუმი სკანდიუმი ტიტანი ვანადიუმი ქრომი მანგანუმი რკინა კობალტი ნიკელი სპილენძი თუთია გალიუმი გერმანიუმი დარიშხანი სელენი ბრომი კრიპტონი რუბიდიუმი სტრონციუმი იტრიუმი ცირკონიუმი ნიობიუმი მოლიბდენი ტექნეციუმი რუთენიუმი როდიუმი პალადიუმი ვერცხლი კადმიუმი ინდიუმი კალა სტიბიუმი ტელური იოდი ქსენონი ცეზიუმი ბარიუმი ლანთანი ცერიუმი პრაზეოდიმი ნეოდიმი პრომეთიუმი სამარიუმი ევროპიუმი გადოლინიუმი ტერბიუმი დისპროზიუმი ჰოლმიუმი ერბიუმი თულიუმი იტერბიუმი ლუტეციუმი ჰაფნიუმი ტანტალი ვოლფრამი რენიუმი ოსმიუმი ირიდიუმი პლატინა ოქრო ვერცხლისწყალი თალიუმი ტყვია ბისმუტი პოლონიუმი ასტატი რადონი ფრანციუმი რადიუმი აქტინიუმი თორიუმი პროტაქტინიუმი ურანი (ელემენტი) ნეპტუნიუმი პლუტონიუმი ამერიციუმი კიურიუმი ბერკელიუმი კალიფორნიუმი აინშტაინიუმი ფერმიუმი მენდელევიუმი ნობელიუმი ლოურენსიუმი რეზერფორდიუმი დუბნიუმი სიბორგიუმი ბორიუმი ჰასიუმი მეიტნერიუმი დარმშტადტიუმი რენტგენიუმი კოპერნიციუმი ნიჰონიუმი ფლეროვიუმი მოსკოვიუმი ლივერმორიუმი ტენესინი ოგანესონი Mg ↑ Ca ↓ Sr კალიუმი ← კალციუმი → სკანდიუმი
ატომური ნომერი (Z)	20
ჯგუფი	2 ჯგუფი (ტუტემიწა ლითონები)
პერიოდი	4 პერიოდი
ბლოკი	s-ბლოკი
ელექტრონული კონფიგურაცია	[Ar] 4s2
ელექტრონი გარსზე	2, 8, 8, 2
ელემენტის ატომის სქემა
ფიზიკური თვისებები
აგრეგეგატული მდგომ. ნსპ-ში	მყარი სხეული
დნობის ტემპერატურა	842 °C ​(1115 K, ​​1548 °F)
დუღილის ტემპერატურა	1484 °C ​(1757 K, ​​2703 °F)
სიმკვრივე (ო.ტ.)	1.55 გ/სმ3
სიმკვრივე (ლ.წ.)	1.378 გ/სმ3
დნობის კუთ. სითბო	8.54 კჯ/მოლი
აორთქ. კუთ. სითბო	154.7 კჯ/მოლი
მოლური თბოტევადობა	25.929 ჯ/(მოლი·K)
ნაჯერი ორთქლის წნევა P (პა) 1 10 100 1 k 10 k 100 k T (K)-ზე 864 956 1071 1227 1443 1755
ატომის თვისებები
ჟანგვის ხარისხი	1, +2
ელექტროდული პოტენციალი	-2.76 ვ
ელექტრო­უარყოფითობა	პოლინგის სკალა: 1.00
იონიზაციის ენერგია	1: 589.8 კჯ/მოლ 2: 1145.4 კჯ/მოლ 3: 4912.4 კჯ/მოლ
ატომის რადიუსი	ემპირიული: 197 პმ
კოვალენტური რადიუსი (rcov)	176±10 პმ
იონური რადიუსი (rion)	(+2e) 99 პმ
ვან-დერ-ვალსის რადიუსი	231 პმ
მოლური მოცულობა	29.9 სმ3/მოლი
კალციუმის სპექტრალური ზოლები
სხვა თვისებები
ბუნებაში გვხვდება	პირველადი ნუკლიდების სახით
მესრის სტრუქტურა	კუბური წახნაგცენტრირებული
მესრის პერიოდი	5.580 Å
ბგერის სიჩქარე	3810 მ/წმ (20 °C)
თერმული გაფართოება	22.3 µმ/(მ·K) (25 °C)
ხვედრითი თბოტევადობა	25.9 ჯ/(K·მოლ)
თბოგამტარობა	201 ვტ/(მ·K)
კუთრი წინაღობა	33.6 ნომ·მ (20 °C)
მაგნეტიზმი	დიამაგნეტიკი
მაგნიტური ამთვისებლობა	6995399999999999999♠+40.0×10−6 სმ3/მოლ
იუნგას მოდული	20 გპა
წანაცვლების მოდული	7.4 გპა
დრეკადობის მოდული	17 გპა
პუასონის კოეფიციენტი	0.31
მოოსის მეთოდი	1.75
ბრინელის მეთოდი	170–416 მპა
CAS ნომერი	7440-70-2
ისტორია
აღმომჩენია	ჰამფრი დეივი (1808)
პირველი მიმღებია	ჰამფრი დეივი (1808)
კალციუმის მთავარი იზოტოპები
იზო­ტოპი გავრცე­ლება­დობა ნახევ. დაშლა (t1/2) რადიო. დაშლა პრო­დუქტი 40Ca 96.941% სტაბილური 41Ca კვალი 7004994000000000000♠9.94×104 წ ε 41K 42Ca 0.647% სტაბილური 43Ca 0.135% სტაბილური 44Ca 2.086% სტაბილური 45Ca სინთ 7002163000000000000♠163 დღ-ღ β− 45Sc 46Ca 0.004% სტაბილური 47Ca სინთ 7000450000000000000♠4.5 დღ-ღ β− 47Sc 48Ca 0.187% 7019560000000000000♠5.6×1019 წ β−β− 48Ti
კალციუმი ვიკისაწყობში •

კალციუმი^[1][2] (ლათ. Calcium — „კირი“; ქიმიური სიმბოლო — ${\displaystyle {\ce {Ca}$) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეოთხე პერიოდის, მეორე ჯგუფის (მოძველებული კლასიფიკაციით — მეორე ჯგუფის მთავარი ქვეჯგუფის, IIა) ქიმიური ელემენტი. მისი ატომური ნომერია 20; ატომური მასა — 40.078, t_დნ — 842 °C, t_დუღ — 1484 °C, სიმკვრივე — 1.55 გ/სმ³. მოვერცხლისფრო-თეთრი მსუბუქი ლითონი. ბუნებრივი კალციუმი შედგება ხუთი სტაბილური ${\displaystyle {\ce {^{40}Ca}$, ${\displaystyle {\ce {^{42}Ca}$, ${\displaystyle {\ce {^{43}Ca}$, ${\displaystyle {\ce {^{44}Ca}$, ${\displaystyle {\ce {^{46}Ca}$ და ერთი სუსტად რადიოაქტიური ${\displaystyle {\ce {^{48}Ca}$ (T_1/2=7019560000000000000♠5.6×10¹⁹ წ) იზოტოპისაგან.

აღმოჩენის ისტორია

Ca-ის ნაერთებია - კირი, მარმარილო, თაბაშირი. ჯერ კიდევ ძველი დროიდან მათ გამოიყენებდნენ სამშენებლო მასალად. მე-18 საუკუნის ბოლომდე ქიმიკოსები კირს მარტივ ელემენტად თვლიდნენ. 1789 წელს ლავუაზიემ წამოაყენა ვერსია რომ: კირი, მაგნეზია, ბარიტი - რთული ნივთიერებებია. 1808 წელს ჰემფრი დევიმ ხსნარის ელექტროლიზის საშუალებით ჩამქრალი კირისა და ვერცხლისწყლის ჟანგით დაამზადა კალციუმის ამალგამა, ხოლო აქედან ვერცხლისწყლის განდევნით მიიღო ლითონი, რომელსაც უწოდეს კალციუმი.

ბუნებაში გავრცელება

დედამიწის ქერქში გავრცელების მიხედვით კალციუმი მე-5 ადგილზეა (O, Si, Al და Fe) მთელი მასის 3,38%. ის ენერგიულად მიგრირებს და გროვდება სხვა და სხვა გეოქიმიურ სისტემებში, ქმნის 385 მინერალს (4 ადგილი მინერალებში). ტენიანი ტერიტორიების უდიდესი ნაწილი (ტყის ზონები, ტუნდრები) განიცდის Ca-ის ნაკლებობას, ის ნიადაგებიდან აქ ადვილად გამოირეცხება, რის შედეგან ნიადაგები ნაკლებად ნაყოფიერია, რაც იწვევს ორგანიზმების დაბალ პროდუქტიულობას და პატარა ზომებს. Ca დედამიწის გულში ძალიან მცირეა, ის ჭარბობს დედამიწის ქერქის ქვედა ნაწილში, სადაც გროვდება ძირითად ქანებში; Ca-ის უდიდესი ნაწილი შედის ფელდშპატის - კალციუმის ანორტიტის Ca[Al₂Si₂O₈ ] შემადგენლობაში. ასევე სხვა მინერალებში:

• დიოფსიტი - CaMg[Si₂O₆]
• ვოლასტონიტი - Ca₃[Si₃O₉]
• კალციტი - CaCO₃ (ბუნებ. ფორმები - ცარცი, კირი, მარმარილო)
• დოლომიტი - CaMg(CO₃)₂
• ფოსფორიტი - Ca₅(PO₄)₃(OH,CO₃), სხვა და სხვა მინარევით.
• აპატიტი - Ca₅(PO₄)₃(F,Cl),
• თაბაშირი - CaSO₄.2H₂O (გავრცელებულია მლაშე და მარილოვან ტბებში)
• ფლუორიტი - CaF₂

კალციუმის დიდი რაოდენობაა ბუნებრივ წყალში, გლობალური კარბონატული წონასწორობის

(CaCO₃ + H₂O + CO₂ U Ca(HCO₃)₂ U Ca^{2 +} + 2HCO₃^- ეს რეაქცია ორივე მიმერთულებით მიმდინარეობს) არსებობის შედეგად.

• დიდი მნიშვნელობა აქვს ბიოგენურ მიგრაციას. კალციუმის საკმაოდ დიდი რაოდენობაა ცოცხალ ორგანიზმებში, ლითონებს შორის მას პირველი ადგილი უჭირავს, მაგ.: ძვლებში, სკილეტებში CaCO3 – ლოკოკინის და მოლუსკების ნიჟარებში და ა.შ.
• დიდი მნიშვნელობა აქვს ასევე მიწისქვეშა გრუნტის წყლების მოქმედებას, როდესაც ისინი გრუნტების გამორეცხვით წარმოქმნიან - კარსტს და ქმნიან გვირაბებს, სტალაქტიტებს და სტალაგმიტებს

იზოტოპები

სტანდარტული ატომური მასა

კალციუმის სტანდარტულ ატომურ მასად მიღებულია — 40,078, რომელიც როგორც წესი იანგარიშება ბუნებაში არსებულ ყველა სტაბილურ იზოტოპტთა საშუალო შეწონილი მასით, მათი დედამიწის ქერქსა და ატმოსფეროში გავრცელების პროპორციულად.

მიღება

მრეწველობაში Ca მიიღბენ 2 ხერხით:

1) CaO და Al ფხვნილის ნაერთის ბრიკეტების ვაკუუმში (0,01-0,02 მმ.ვ.ს) გახურებით 1200 C

6CaO+2Al=3CaOx12O₃ + 3Ca Ca-ის ორთქლი კონდენსირდება ცივ ზედაპირზე;

2) შენადნობის CaCl₂ და KCl ის ელექტროლიზით (თხევადი სპილენძ-კალციუმიანი კათოდით Cu –Ca (65% Ca) რომელთაგან Ca აცილებენ ვაკუუმში 950-1000 C)

ფიზიკური თვისებები

კალციუმი - მოვერცხლისფრო-თეთრი ლითონია. არსებობს ორ ალოტროპიულ მოდიფიკაციით: 443 C მდგრადია, კრისტალური მესერი კუბური წიბოცენტრულია Cu-ის მსგავსი, a=0,558 ნმ, ატომური რადიუსი: 1,97 სივრცული ჯგუფი Fm3m, სიმკვრივე - 1,54 გ/სმ3; 464 C-ზე მაღლა მესერი მდგრადია - გეკსაგონალური b-ფორმის. α- Fe-ის მსგავსი. დნობის t=851 C, დუღილის t=1482 C, თბოგამტარობა 20 C-ის დროს - 125,6 ვტ/(მ*К). აქვს საკმაოდ მაღალი პლასტიკურობა.

ქიმიური თვისებები

კალციუმი ტიპური ტუტემიწა ლითონია. ის აქტიური ლითონია თუმცა ყველაზე უფრო ინერტულია ტუტემიწა ლითონებს შორის.ის ღია გარემოში ადვილად შედის რეაქციაში ჟანგბადთან და ჰაერში მყოფ წყალთან, რის გამოც მისი ზედაპირი რუხი ფერისაა, ამიტომაც მას ნავთში ან თხევად პარაფინში ინახავენ. გარე ელექტრონული კონფიგურაციაა - Ca 4s₂, რის შესაბამისად კალციუმი ნაერთებში ორ ვალენტიანია.

ეგზოთერმული რეაქციები

• ჰაერზე ან ჟანგბადში კალციუმის გახურებით აალდება და წარმოიქმნება კალციუმის ოქსიდი CaO

2Ca+O₂=2CaO

• მოქმედებს ჰალოგენებთან:

Ca+Br₂=CaBr₂

• აქტიურად მოქმედებს წყალთან და წარმოქმნის კალციუმის ჰიდროქსიდს:

Ca+2H₂O=Ca(OH)₂+H₂+Q

• მოქმედებს წყალბადთან და წარმოქმნის კალციუმის ჰიდრიდს:

Ca+H₂=CaH₂

• მოქმედებს გახურებისას ნაკლებად აქტიურ არალითონებთან:

Ca+6B=CaB₆

3Ca+N₂=Ca₃N₂

Ca+2C=CaC₂

3Ca+2P=Ca₃P₂ (კალციუმის ფოსფიდი), ასევე ცნობილია CaP და CaP₅

2Cа+Si=Ca₂Si (კალციუმის სილიციდი) ასევე ცნობილია CaSi, Ca₃Si₄ და CaSi₂

ეს ყველა ზემოთ ჩამოთვლილი რეაქცია ეგზოთერმულია.

ხსნადი

კალციუმის უმეტესი ნაერთები არალითინებთან წყალთან რეაგირებისას იშლებიან:

CaH₂+2H₂O=Ca(OH)₂+2H₂

Ca₃N₂+3H₂O=3Ca(OH)₂+2NH₃

Ca²⁺ იონი უფერულია, კალციუმის მარილები ალში აგურისფერ-წითელ ფრად იწვიან. წყალში ასევე კარგად იხსნებიან: კალციუმის ქლორიდი CaCl₂, კალციუმის ბრომიდი CaBr₂, კალციუმის იოდიდი CaI₂, კალციუმის ნიტრატი Ca(NO₃)₂.

უხსნადი

კალციუმის ფტორიდი CaF₂, კალციუმის კარბონატი CaCO₃, კალციუმის სულფატი CaSO₄, კალციუმის ორთოფოსფატი Ca₃(PO₄)₂, კალციუმის ოქსალატი CaC₂O₄ და სხვანი. ასევე მეთად მნიშვნელოვანია რომ კალციუმის ჰიდროკარბონატი Ca(HCO₃)₂ განსხვავებით კალციუმის კარბონატისა - Ca(CO₃)₂ წყალში იხსნება. ბუნებაში ამიტომ ხდება შემდეგი პროცესები: როდესაც წვიმის ან მდინარის წყალი (რომელიც გაჯერებულია ნახშირორჟანგით ჩადის მიწაში და ხვდება კირქვოვანებს, მაშინ შეინიშნება მათი გახსნა წყალში:

CaCO₃+CO₂+H₂O=Ca(HCO₃)₂

ხოლო იქ სადაც კალციუმის ჰიდროკარბონატით გაჯერებული წყალი გამოდის მიწის ზედაპირზე, სადაც თბება სხივებით მიდის უკურეაქცია:

Ca(HCO₃)₂=CaCO₃+CO₂+H₂O

რის შედეგადაც ხდება ნივთიერებების დიდი მასების გადატანა რაც წარმოიქმნის ზემოთ აღნიშნულ პროცესებს (კარსტს, მღვიმეებს). წყალში გახსნილი კალციუმის ჰიდროკარბონატები განსაზღვრავენ წყლის სიხისტეს.

გამოყენება

სუფთა კალციუმი

• კალციუმის სუფთა ლითონი გამოიყენება- როგორც აღმდგენი ლითონების მიღების დროს, განსაკუთრებით ნიკელის, სპილენძის და უჟანგავი ფოლადის.

კალციუმი და მისი ჰიდრიდი ასევე გამოიყენება ძნელად აგსადგენი ლითონების მისაღებად, ესენია: ქრომი, თორიუმი და ურანი. კალციუმისა და ტყვიის შენადნობი გამოიყენება აკუმულატორებში.

• სუფთა კალციუმი ფართოდ გამოიყენება მეტალოთერმიაში იშვიათი ლითონების მისაღებად.
• სუფთა კალციუმი გამოიყენება ტყვიის ლეგირების დროს, და ბაბიტების წარმოებისას.
• იზოტოპი 48Ca -ყველაზე ეფექტიანი და გამოყენებადი ელემენტია ზემძიმე ლითონების წარმოებისა და პერიოდული სისტემის ახალი ელემენტების აღმოსაჩენად.

კალციუმის ნაერთები

კალციუმის ნაერთები გამოყენება მეტალურგიაში (მეტალოთერმიაში)- CaH₂, წყალბადის მისაღებად, ოპტიკაში (კალციუმის ფტორიდი) ლინზები, ობიექტივები, ლაზერებში (კალციუმის ვოლფრამატი), აცეტილენის მისაღენად (კალციუმის კარბიდი) და ლითონების აღსადგენად. გამოიყენება დენის ქიურ წყაროებში (კალციუმის ქრომატი) ბატარეებში, ცეცხლგამძლე საგნების დამზადებისას (კალციუმის ოქსიდი) კერამიკაში. დიდი გამოყენება აქვს ასევე სამკურნალო საშუალებებში (კალციუმის ქლორიდი, კალციუმის გლუკანატი, კალციუმის გლიცეროფოსფატი) მოხუცებისა და ფეხმძიმეთათვის.

კალციუმი ორგანიზმში

კალციუმი - როგორც მაკროელემენტი გავრცელებულია მცენარეებში, ცხოველებში და ადამიანში. ადამიანისა და სხვა ორგანიზმებში მისი უმეტესი ნაწილი განლაგებულია მის ჩონჩხში და კბილებში ფოსფატების სახით. სხვა და სხვა ფორმის კალციუმის კარბონატისაგან შედგება უხერხემლოთა (მარჯნის პოლიპები, მოლუსკები, ღრუბლები) ჯგუფის ჩონჩხი. კალციუმის იონები იღებენ სისხლის შედიდებაში მონაწილეობას, ასევე უზრუნველყოფენ მის ოსმოტიკურ წნევას. ასევე ის როგორც უნივერსალური მეორადი შუამავალი არეგულირებს სხვა და სხვა უჯრედების შიდა პროცესებს - კუნთების შეკვეცას, ეკზოციტოზი, მათ შორის ჰორმონების და ნეირომედიატორების შეკვეცა და სხვა. ადამიანია უჯრედის ციტოპლაზმაში კალციუმის კონცენტრაციაა - 10-7 მოლი, უჯრედშორის სითხეში - 10-3 მოლი. მოთხოვნილება კალციუმზე დამოკიდებულია წლოვანებაზე. ზრდასრულისათვის დღეღამეში საჭირო ნორმაა - 800-1000 მილიგრამი, ბავშვებისათვის - 600-900 მგ, ძალიან მნიშვნელოვანია ჩონჩხის ზრდის ინტენსივობა. ორგანიზმში კალციუმის უდიდესი ნაწილი რძის პროდუქტებით ხვდება, დანარჩენი კი ხორცზე, თევზზე და ზოგ მცენარეზე (ლობიო, ცერცვი და სხვა) მოდის. კალციუმის მიმოცვლაში დიდი მნიშვნელობა აქვს მაგნიუმს მისი ნაკლებობის შემთხვევაში ხდება კალციუმის ძვლებიდან გამორეცხვა, და ილექება თირკმლებში ქვების სახით. კალციუმის ათვისებას ხელს უშლის ასპირინი, მჟაუნას მჟავა და ესტროგენების წარმოებულები. მათი კალციუმთან ნაერთები წყალში უხსნადია და ილექება ასევე ქვების სახით. კალციუმისა და ვიტამინ D დიდი რაოდენობა იწვევს ჰიპერკალცემიას. სისხლში კალციუმის ნაკლებობა იწვევს ძარღვის გადაფსკვნებს და კიდურების ტკივილს, ზრდის დეფექტს და შეკრულობას. მაქსიმალური დღეღამური დასაშვები (უვნებელი) დოზაა - 1500-1800მგ.

კალციუმი პროდუქტებში

ლიტერატურა

• კნუნიანცი ი.ლ. (მთ. რედ.)ქიმიური ენციკლოპედია: 5ტ., მ, საბჭოთა ენციკლოპედია, 1990 -ტ.2. ფ.293
• მოკლე ქიმიური ენციკლოპედია, 2ტ., მ, 1963, ფ 370-375;
• როდიაკინი ვ.ვ., კალციუმი, მისი ნაერთები და შენადნობები, მ., 1967;
• კაპლანსკი ს.ი., მინერალური გაცვლა, მ. - ლ. 1938;
• ვიშნიაკოვი ს.ა., სასოფლო სამ. ცხოველების მაკროელემენტარული ცვლა, მ, 1967
• ფრუმინა ნ.ს., კრუჩკოვა ე.ს., მუშტაკოვა ს.პ. კალციუმის ანალიტიკური ქიმია, მ., 1974

სქოლიო

პორტალი ქიმია