علوم پایه

خواص عنصر کلسیم چیست؟ کاربرد و ویژگی کلسیم را می شناسید؟

عنصر کلسیم از عناصر شیمیایی جدول تناوبی مندلیف بوده و با نماد شیمیایی Ca شناخته می شود. عدد اتمی عنصر کلسیم ۲۰ و عدد جرمی آن تقریبا ۴۰ است. عنصر کلسیم در گروه دوم (فلزات قلیایی خاکی) و دوره ۴ جدول تناوبی جای دارد. عنصر کلسیم نسبت به سایر هم گروه های خود فعالیت کمتری دارد. مدل اتمی بور برای کلسیم بهتر می توان خواص عنصر کلسیم را نشان دهد. از خواص عنصر کلسیم می توان به خاکستری رنگ بودن آن اشاره نمود. کاربرد عنصر کلسیم در بافت های موجودات زنده و به‌ویژه فیزیولوژی سلولی بسیار مهم است. ایزوتوپ عنصر کلسیم نیز در طبیعت یافت شده است. امروزه از ترکیبات عنصر کلسیم استفاده‌های صنعتی و درمانی مختلفی می‌شود. در ادامه این مقاله به بررسی و معرفی عنصر کلسیم و خواص آن پرداخته ایم.

نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی عناصر جدول تناوبی پرداخته است. عناصری مانند: بریلیوم، منیزیم، لیتیم، پتاسیم و… . در ادامه با شناخت عنصر کلسیم و مزایا کاربرد آن با ما همراه باشید.

پیشینه عنصر کلسیم

عنصر کلسیم تا سال ۱۸۰۸ کشف نشده بود. اما رومیان باستان از قرن یک آهک را تهیه و مورد استفاده قرار می دادند. در نهایت دانشمندی به نام سر هامفری دیوی توانست با الکترولیز آهک در جیوه کلسیم تولید نماید. و درواقع این دانشمند موفق به تولید عنصر کلسیم خالص شد.

خواص عنصر کلسیم چیست؟ کاربرد و ویژگی کلسیم را می شناسید؟
خواص عنصر کلسیم چیست؟ کاربرد و ویژگی کلسیم را می شناسید؟

عنصر کلسیم عنصر شماره ۲۰ جدول تناوبی بوده و پنجمین عنصر فراوان در پوسته زمین بشمار می آید. ۳% از پوسته زمین از این ماده تشکیل شده است. برگ ها، استخوان ها، دندان ها و صدف ها نیز از این ماده ارزشمند ساخته شده اند. واکنش پذیری عنصر کلسیم با آب و هوا بسیار زیاد است. بنابراین هرگز در طبیعت به صورت خالص یافت نمی شود. اغلب ترکیبات عنصر کلسیم در طبیعت وجود دارند. البته یون عنصر کلسیم نیز در موجودات زنده (Ca) نقش کلیدی در فیزیولوژی سلول ها بر عهده دارد. منابع عنصر کلسیم را در سنگ آهک، گچ و فلوریت می توان جستجو نمود.

ویژگی عنصر کلسیم

  • عدد اتمی: ۲۰
  • جرم اتمی: ۴۰.۰۷۸
  • نقطه ذوب: ۸۱۰ درجه سانتی گراد
  • نقطه جوش : ۱۴۸۴ درجه سانتی گراد
  • شعاع اتمی: ۱۹۷ pm
  • ظرفیت: ۲
  • رنگ: سفید نقره ای تا خاکستری
  • حالت استاندارد: جامد پارامغناطیس
  • الکترونگاتیویته: ۱.۰۰ در مقیاس پائولینگ
  • گروه: ۲ (فلزات قلیایی خاکی)
  • دوره: تناوب ۴
  • چگالی: ۱.۵۵ گرم بر سانتی متر مکعب
  • آرایش الکترونی: [Ar] 1s۲
  • لایه الکترونی: ۲,۸,۸,۲

خواص عنصر کلسیم عنصر شماره ۲۰ جدول تناوبی

این ماده بوسیله الکترولیز از فلورید کلسیم به صورت خالص به دست می آید. رنگ شعله عنصر کلسیم زرد و قرمز رنگ است. این ماده در معرض هوا لایه نیترید سفید رنگی را تولید می کند. این عنصر با آب واکنش داده و پس از جابجایی هیدروژن هیدروکسید کلسیم ایجاد می کند.

این ماده نسبت به فلزات قلیایی و سایر فلزات قلیایی خاکی از فعالیت کمتری برخوردار است. برخلاف فلزات قلیایی، این عنصر موجب سوختگی پوست نیز نمی شود. این عنصر در حرارت بالا در هوا سوخته و تشکیل مقدار زیادی نیترید می‌دهد. زیرا در هوا لایه نازکی از اکسید و نیترید بر روی کلسیم تشکیل می‌شود. این لایه می‌تواند آن را از اثرات بعدی هوا مصون نگاه دارد. کلسیم تجارتی به آسانی با آب و اسیدها واکنش می دهد. برای شناخت بیشتر خواص این ماده می توان از مدل اتمی بور برای عنصر کلسیم استفاده نمود.

خواص عنصر کلسیم چیست؟ کاربرد و ویژگی کلسیم را می شناسید؟
خواص عنصر کلسیم چیست؟ کاربرد و ویژگی کلسیم را می شناسید؟

ترکیبات عنصر کلسیم

اغلب باید از ترکیبات سدیم نسبت به ترکیبات کلسیم بیشتر استفاده شود. اما مقایسه قیمت این دو ترکیب با یکدیگر استفاده از ترکیبات کلسیم را بیشتر نموده است. درواقع آهک قلیایی ارزان تر نسبت به هیدروکسید سدیم محسوب می شود. برخی ترکیبات کلسیم در ادامه اشاره شده است.

CaO

در بسیاری از فرآیند های پالایشی آهک زنده (CaO) کاربرد دارد. این ماده با حرارت دادن و افزودن به اندازه آب به سنگ آهک به دست می آید. CaO  در صورتی که با شن مخلوط گردد، سفت شده و به mortar تبدیل می گردد. سپس با جذب دی اکسید کربن به plaster تبدیل می شود. CaO در مخلوط با سایر ترکیبات می تواند بخش مهمی از سیمان پورتلند را بسازد.

در صورتی که آب به سنگ آهک یا سایر سنگ های کربنات حل شدنی تراوش کند، باعث از بین رفتن قسمت هایی از این سنگ ها شده و این‌گونه غار ها، طاقدیس و ناودیس حاصل می آید. توجه شود که عنصر کلسیم موجب سختی آب خواهد شد.

هیدرید کلسیم

این ترکیب در اثر واکنش مستقیم با هیدروژن در ۴۰۰ درجه سانتی گراد حاصل می گردد. با آن می توان بسیاری از اکسید های معدنی مانند رویتل و بدلیت را تا حد فلز مربوطه احیا کرد. همچنین می توان از آن به‌عنوان کاتالیزور هیدروژناسیون در تبدیل اتیلن به اتان استفاده نمود.

سیلید کلسیم

این ماده به عنوان عامل اکسیژن زدایی از فولاد بسیار مفید می ‌باشد.

کاربید کلسیم

با مخلوط آهک و کربن در کوره الکتریکی در درجه حرارت ۳۰۰۰ درجه سانتی گراد این ترکیب به دست می آید.

کربنات کلسیم

کربنات کلسیم در طبیعت تحت عناوین مختلف به فراوانی یافت می‌شود. سنگ آهک ایسلند و کلسیت کربنات خالص هستند. ماربل اما تا حدودی دارای ناخالصی است. کربنات کلسیم کاملا در آب نامحلول است. در آب های حاوی دی اکسید کربن، به طور قابل ملاحظه ای حل می شود. زیرا این ماده در اثر ترکیب با دی‌اکسید کربن به بی کربنات تبدیل می شود.

هالید کلسیم

فلوئورید فسفرسانس یکی از ترکیبات کلسیم است. به دلیل میزان شفافیتش، نسبت به اشعه ماورای بنفش و مادون قرمز کاربرد های زیادی در اسپکتروسکوپی داراست.

کلرید کلسیم دیگر ترکیب کلسیم است. این ماده به عنوان عامل خشک کننده کاربرد دارد. کلرید کلسیم قابلیت انحلال زیادی در آب سرد دارد. بنابراین در سیستم های خنک کننده بسیار استفاده می‌شود.

کلرید کلسیم و هیپوکلریت کلسیم نیز به عنوان عامل سفید کننده به کار می رود.

ایزوتوپ عنصر کلسیم

تاکنون ایزوتوپ های زیادی از ۲۴Ca تا ۵۷Ca از عنصر کلسیم شناسایی شده‌اند. از این میان تنها ۶ ایزوتوپ عنصر کلسیم به‌طور طبیعی پایدار هستند. ۴۴Ca، ۴۳Ca، ۴۲Ca، ۴۰Ca و ۴۶Ca از ایزوتوپ های پایدار بشمار می روند. ۴۸Ca با نیمه ‌عمر بسیار طولانی نیز برای بیشتر مقاصد عملی کاربرد داشته و می‌ توان آن را پایدار در نظر گرفت. همچنین ایزوتوپ ۴۰Ca با فراوانی طبیعی ۹۷٪ نیز فراوان ‌ترین ایزوتوپ کلسیم است.

Ca-40 در طبیعت کاربرد خود را در تاریخ گذاری از دست داده است. روش هایی با بهره گیری از طیف سنجی جرمی و رقیق سازی ایزوتوپ double spike برای تاریخ گذاری عمر جو به وجود می آیند. Ca-41 در اثر فعل و انفعالات نوترون Ca-40 حاصل می شود.

بیشترین تولید آن در بخش های بالاتر پایه خاک وجود دارد. زیرا در آنجا شار نوترون های کیهانی به مقدار کافی قوی هستند. Ca-41 به شکل k-41 فروپاشی می شود. بنابراین یک نشانگر بسیار مهم برای تعیین فاصله زاویه ای سیارات از خورشید است. Ca-41 از این لحاظ در مطالعات نجومی توجهات زیادی را به خود جلب نموده است.

کاربرد عنصر کلسیم

یکی از کاربرد عنصر کلسیم استفاده از آن به عنوان یک عامل آلیاژکننده است. این ماده برای برای فلزات حاوی آلومینیوم به منظور حذف بیسموت از سرب و به عنوان کنترل‌کننده کربن گرافیتی در چدن استفاده می شود.

دیگر کاربرد این ماده استفاده از آن به عنوان عاملی برای حذف اکسیژن درکارخانجات فولاد است. این ماده به عنوان عامل احیاکننده در تولید فلزاتی مانند کروم، زیرکونیم و اورانیم استفاده می شود.

از این ماده به عنوان ماده ای جداکننده برای مخلوط گازهای نیتروژن و آرگون استفاده می شود.

زمانیکه کلسیم، به آلیاژ های منیزیم افزوده شود، ساختمان آن ‌ها را تصفیه و تمایل آتش گیری آن‌ ها را کاهش می دهد.

کاربرد عنصر کلسیم در رژیم غذایی سالم نیز بسیار پر اهمیت است. به گونه ای که کمبود جزئی آن بر شکل گیری دندان ها و استخوان ها تاثیرگذار است. البته مقدار بیش از حد آن نیز می تواند به سنگ کلیه منجر شود. لازم به ذکر است که برای جذب عنصر کلسیم در بدن به ویتامین D نیاز است.

جمع بندی کاربردها

به عنوان عامل کاهنده در استخراج فلزاتی مثل اورانیوم، زیرکونیم و توریم.

به عنوان اکسید زدا، گوگرد زدا یا کربن زدا برای آلیاژ های مختلف آهنی و غیر آهنی.

عامل آلیاژ کننده که برای تولید آلیاژ های آلومینیوم، بریلیم، مس، سرب و منیزیم بکار می رود.

منابع کلسیم

منابع عنصر کلسیم در زمین گسترده است. این ماده در مکان های مختلف یافت می‌شود. جالب است بدانید این عنصر در حیات گیاهی و جانوری نیز دارای نقش حیاتی بوده و در گیاهان و جانوران یافته می شود. این ماده در موارد زیر یافت می شود:

  • استخوان ها
  • دندان ها
  • پوسته تخم مرغ
  • انواع مرجان ها
  • بسیاری از خاک ها
  • آب دریا نیز کلرید کلسیم به گستردگی ۱۵/۰% دارد

آهک (اکسید کلسیم) ماده شناخته شده‌ ای است که از گذشته در یونان باستان به‌عنوان ملات در ساختمان ها استفاده می شده است. در ترکیب پوسته زمین به مقدار ۳۶۳۰۰ گرم در تن کلسیم وجود دارد. لازم به ذکر است که این عنصر به حالت آزاد یافت نمی‌شود. این ماده اغلب به شکل ترکیبات مختلف در کانی ‌ها و به صورت محلول در بدن جانوران و گیاهان وجود دارد. کانی‌ های عنصر کلسیم شامل دولومیت، گیبس و آپاتیت می باشند.

خواص عنصر کلسیم در بدن

این ماده شگفت انگیز جدول تناوبی، فعالیت ‌های زیادی را در بدن انسان برعهده دارد.

  1. ضربان قلب را تنظیم می کند.
  2. کار سیستم اعصاب بدن را تنظیم می کند. این ماده به خصوص در انتقال تحریکات عصبی نقش اساسی دارد.
  3. عامل استحکام استخوان ها این ماده بی نظیر است. کلسیم به انداره کافی باید در غذای نوجوانان قبل از بلوغ مصرف گردد. اینگونه استخوان ها تراکم مناسبی میابند. مصرف عنصر کلسیم از پوکی استخوان در سالمندی جلوگیری می کند.
  4. برای انقباض عضلات کاربرد خواص عنصر کلسیم ضروری است. بدون این ماده و مصرف آن حرکت امکان ‌پذیر نیست.
  5. این ماده بی خوابی را کاهش می‌دهد.
  6. کلسیم حتی در متابولیسم آهن در بدن مؤثر است.
  7. در یکی از مراحل انعقاد خون از کلسیم استفاده می شود.

عوارض کمبود کلسیم

کمبود کلسیم در کودکان بیماری راشیتیسم، در میان‌سالان استئومالاسی، و در بزرگسالان استئوپروز (پوکی استخوان) را ایجاد می کند. در اثر کمبود ویتامین D این بیماری ‌ها بروز می‌کنند. بنابراین اگر خواستار استخوان هایی محکم هستید، بهتر است مراقب مصرف ویتامین D باشید. کمبود شدید کلسیم، انقباض شدید عضلات به حالت کزاز را به دنبال دارد. این انقباضات ابتدا به صورت گرفتگی عضلات دیده می‌ شود. آنچه بیشتر از عوارض کمبود کلسیم مشاهده شده است:

پوک شدن استخوان ها در سنین بالا است که برای جلوگیری از آن باید از نوجوانی به فکر بود.

لازم به ذکر است که کلسیم از راه پوست هم به هدر می‌رود. درواقع فعالیت زیاد در حرارت بالا و تعرق زیاد باعث افزایش دفع پوستی کلسیم می شود. در اثر بالا رفتن سن، درد استخوان، راحت شکسته شدن و دیر جوش خوردن استخوان ‌ها گریبان گیر انسان خواهد شد. میزان مورد نیاز کلسیم روزانه ۸۰۰ تا ۱۲۰۰ میلی‌گرم است.

جهت پیشگیری از بیماری هایی مانند استئوپروز، باید مقدار مناسبی از کلسیم و ویتامین D دریافت گردد. مصرف سیگار، چای و قهوه، داروهای مدر باید محدود شوند. باید بیشتر در معرض نور خورشید قرار گرفته تا ویتامین D کافی در زیر پوست تولید شود. ورزش هم می تواند به سلامتی کمک کند. درواقع کم‌ تحرکی موجب پوکی استخوان‌ ها می‌ شود. مصرف کافی منابع ویتامین D نیز همراه کلسیم نباید فراموش شود.

خواص عنصر کلسیم چیست؟ کاربرد و ویژگی کلسیم را می شناسید؟
خواص عنصر کلسیم چیست؟ کاربرد و ویژگی کلسیم را می شناسید؟

عنصر کلسیم در گیاهان

عنصر کلسیم در گیاه بیشتر به صورت پکتات کلسیم در دیواره سلول ها یافت می شود. کار آن متصل ساختن یاخته ها به یکدیگر است. این ماده  به علت غیر قابل انتقال بودنش درون بافت ها، باید پیوسته در دسترس گیاه قرار گیرد. کمبود رشد و همچنین لوله شدن برگ ها و قهوه ای رنگ شدن ریشه ها از عوارض کمبود کلسیم است.

نکته

  • کمبود کلسیم در گوجه فرنگی باعث گندیدگی ته میوه می شود.
  • وجود آن در سیب موجب سختی بافت های میوه شده و به عمر پس از برداشت آن می افزاید. کمبود این ماده باعث آسیب پوستی می گردد.
  • اغلب در خاک ها میزان کلسیم به مراتب از پتاسیم کمتر است. اما قابلیت جذب کلسیم برای گیاه خیلی زیادتر است.
  • کمبود کلسیم را می توان با اضافه کردن آهک به خاک بر طرف ساخت.

حرف آخر

در این مقاله به معرفی و کاربرد یکی از عناصر جدول تناوبی به نام کلسیم پرداخته شده است. عناصر جدول تناوبی در پزشکی و سلامت و صنعت کاربرد زیادی دارند. بنابراین با شناخت درست خواص و ویژگی های آن ها می توان در پیشبرد علم و صنعت گام برداشت. در این مقاله سعی بر آن شد تا توضیحات کاملی از خواص فیزیکی و شیمیایی این عنصر و کاربرد آن در زندگی روزمره داده شود. نشریه علمی جهان شیمی فیزیک همواره سعی دارد تا با ارائه مطالب مفید گامی در جهت ارتقا علمی خواننده بردارد.

نوشته های مشابه

یک دیدگاه

  1. بازتاب: محصولات گیاهی - دانلود

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

دکمه بازگشت به بالا