کلسیم

شرح تصویر:

صدف حلزونی و استخوان‌ها نشان‌دهندۀ نقش اساسی کلسیم در تمام موجودات زنده هستند.

شکل ظاهری:

کلسیم فلزی نرم و سفید‌ـ نقره‌ای است که در هوا به سرعت کدر می‌شود و با آب واکنش می‌کند.

کاربردها:

فلز کلسیم به عنوان عامل کاهنده برای تهیه فلزات دیگر، مانند توریم و اورانیم به کار می‌رود. همچنین با آلومینیم، بریلیم، مس، سرب و منیزیم به صورت آلیاژ درمی‌آید.

ترکیبات کلسیم کاربردهای گسترده‌ای دارند. ذخایر عظیمی از سنگ آهک (کلسیم کربنات) وجود دارد که به شکل مستقیم به عنوان سنگ ساختمانی و به شکل غیرمستقیم در سیمان به کار می‌رود. هنگامی که سنگ آهک در کوره حرارت داده می‌شود کربن دی‌اکسید خارج می‌شود و آهک زنده (کلسیم اکسید) بر جای می‌ماند. آهک زنده واکنش شدیدی با آب دارد و آهک شکفته (کلسیم هیدروکسید) تولید می‌کند. آهک شکفته برای تولید سیمان، به عنوان تهویه‌کننده خاک و در تصفیه آب (برای حذف اسیدیته) و همچنین در صنایع شیمایی کاربرد دارد. از آهک شکفته در تولید فولاد برای حذف ناخالصی‌ها از سنگ معدن مذاب آهن استفاده می‌شود. آهک شکفته به صورت مخلوط با ماسه، کربن دی‌اکسید هوا را می‌گیرد و به صورت گچ آهک سخت می‌شود.

در ساختمان‌سازی از سنگ گچ (کلسیم سولفات) نیز استفاده می‌شود، پرستاران نیز برای ثابت نگه داشتن استخوان‌های شکسته آنها را گچ می‌گیرند.

نقش زیست‌شناختی:

کلسیم برای تمام موجودات زنده ضروری است، به‌ویژه برای رشد استخوان‌ها و دندان‌های سالم. کلسیم فسفات جزء اصلی استخوان‌هاست. بدن یک انسان متوسط در حدود یک کیلوگرم کلسیم دارد.

کودکان و زنان باردار باید غذاهای غنی از کلسیم مانند شیر و فراورده‌های لبنی، سبزیجات برگ‌سبز، ماهی و آجیل مصرف کنند.

فراوانی طبیعی:

کلسیم پنجمین فلز فراوان در پوسته زمین (۴/۱ درصد) است و در طبیعت به شکل ترکیب‌نشده یافت نمی‌شود، اما به صورت سنگ آهک (کلسیم کربنات)، سنگ گچ (کلسیم سولفات)، فلوریت (کلسیم فلوئورید) و آپاتیت (کلسیم کلرو یا فلوئورو فسفات) در طبیعت فراوان است.

آبِ سخت محتوی کلسیم بی‌کربناتِ حل‌شده است. هنگامی که آب سخت از میان خاک عبور می‌کند و به غارها می‌رسد، به شکل استالاکتیت‌ها و استالاگمیت‌ها رسوب می‌کند.

فلز کلسیم در صنعت از حرارت دادن آهک با آلومینیم در خلأ تهیه می‌شود.

آهک (کلسیم اکسید، CaO) ماده‌ای سودمند بوده که از حرارت دادن سنگ آهک به دست ‌آمده و قرن‌ها برای ساختن گچ و ملات به کار می‌رفته است. آنتوان لاووازیه آن را در دستۀ فلزات قلیایی خاکی قرار داده بود، زیرا احیای بیشتر آن ناممکن به نظر می‌رسید؛ اما شک داشت که ممکن است اکسیدِ یک عنصر ناشناخته باشد. در سال ۱۸۰۸ میلادی همفری دیوی تلاش کرد آهک مرطوب را با برقکافت تجزیه کند، همان‌طور که در مورد سدیم و پتاسیم انجام داده بود، اما موفق نبود. بنابراین مخلوطی از آهک و جیوه اکسید را امتحان کرد و با اینکه ملقمه‌ای از کلسیم و جیوه به دست آمد، این کار برای اثبات تولید عنصری جدید کافی نبود. (یونز یاکوب برزلیوس نیز آزمایش مشابهی انجام داده و به این ملقمه رسیده بود.) دیوی مقدار بیشتری آهک در مخلوط استفاده کرد و مقدار بیش‌تری ملقمه به دست آورد و سپس جیوه را با تقطیر از آن جدا کرده به کلسیم خالص رسید.

 

شعاع اتمی ناپیوندی (Å): ۲/۳۱	شعاع کووالانسی (Å): ۱/۷۴
الکترون‌خواهی (kJ/mol): ۲/۳۶۹	الکترونِگاتیویته (مقیاس پاولینگ): ۱/۰۰

انرژی‌های یونش	اول	دوم	سوم	چهارم	پنجم	ششم	هفتم	هشتم
kJ/mol	۵۸۹/۸۳	۱۱۴۵/۴۴۷	۴۹۱۲/۳۶۸	۶۴۹۰/۵۷	۸۱۵۳	۱۰۴۹۵/۶۸	۱۲۲۷۲/۹	۱۴۲۰۶/۵

 

حالت‌های اُکسایش معمول: ۲

ایزوتوپ‌ها:

ایزوتوپ	جرم اتمی	فراوانی طبیعی (٪)	نیمه‌عمر	شیوه واپاشی
40Ca	۳۹/۹۶۳	۹۶/۹۴۱	۱۰۲۱×۵/۹۲ سال	EC-EC
42Ca	۴۱/۹۵۹	۰/۶۴۷	-	-
43Ca	۴۲/۹۵۹	۰/۱۳۵	-	-
44Ca	۴۳/۹۵۵	۲/۰۸۶	-	-
46Ca	۴۵/۹۵۴	۰/۰۰۴	۱۰۱۶×۰/۴ < سال	-β-β
48Ca	۴۷/۹۵۳	۰/۱۸۷	۱۰۱۹×۴/۴ سال	-β-β
48Ca	۴۷/۹۵۳	۰/۱۸۷	۱۰۱۹×۷/۱ < سال	-β

داده‌ها:

W. M. Haynes, ed., CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, 95th Edition, Internet Version 2015, accessed December 2014

Tables of Physical & Chemical Constants, Kaye & Laby Online, 16th edition, 1995. Version 1.0 (2005), accessed December 2014

J. S. Coursey, D. J. Schwab, J. J. Tsai, and R. A. Dragoset, Atomic Weights and Isotopic Compositions (version 4.1), 2015, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, accessed November 2016

خواص و کاربردها:

John Emsley, Nature’s Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements, Oxford University Press, New York, 2nd Edition, 2011

Thomas Jefferson National Accelerator Facility - Office of Science Education, It’s Elemental - The Periodic Table of Elements, accessed December 2014

تاریخچه:

Elements 1-112, 114, 116 and 117 © John Emsley 2012. Elements 113, 115, 117 and 118 © Royal Society of Chemistry 2017