კალციუმი

ქიმიური ელემენტი რიგითი ნომრით 20
კალციუმი
20 Ca
40,078
4s2

კალციუმი (Calcium) Ca, ლათინურიდან - კირს ნიშნავს პერიოდული სისტემის II ჯგუფის ელემენტი, ატომური ნომერია - 20, ატომური მასაა - 40,08; ბუნებრივი ელემენტი წარმოადგენს 6 სტაბილური იზოტოპის ნაერთს: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca და 48Ca, მათ შორის ყველაზე მეტად გავრცელებულია 40Ca (96,97%).

კალციუმი, 20Ca
Calcium unter Argon Schutzgasatmosphäre.jpg
ზოგადი თვისებები
ელემენტის ფერი მოვერცხლისფრო-თეთრი
სტანდ. ატომური
მასა
Ar, სტან.(Ca)
საყოველთაოდ
მიღებული: 40,078
კალციუმი პერიოდულ სისტემაში
წყალბადი ჰელიუმი
ლითიუმი ბერილიუმი ბორი ნახშირბადი აზოტი ჟანგბადი ფთორი ნეონი
ნატრიუმი მაგნიუმი ალუმინი სიცილიუმი ფოსფორი გოგირდი ქლორი არგონი
კალიუმი კალციუმი სკანდიუმი ტიტანი ვანადიუმი ქრომი მანგანუმი რკინა კობალტი ნიკელი სპილენძი თუთია გალიუმი გერმანიუმი დარიშხანი სელენიუმი ბრომი კრიპტონი
რუბიდიუმი სტრონციუმი იტრიუმი ცირკონიუმი ნიობიუმი მოლიბდენი ტექნეციუმი რუთენიუმი როდიუმი პალადიუმი ვერცხლი კადმიუმი ინდიუმი კალა სტიბიუმი ტელური იოდი ქსენონი
ცეზიუმი ბარიუმი ლანთანი ცერიუმი პრაზეოდიმიუმი ნეოდიმიუმი პრომეთიუმი სამარიუმი ევროპიუმი გადოლიმიუმი ტერბიუმი დისპროზიუმი ჰოლმიუმი ერბიუმი თულიუმი იტერბიუმი ლუტეციუმი ჰაფნიუმი ტანტალი ვოლფრამი რენიუმი ოემიუმი ირიდიუმი პლატინა ოქრო Mercury (element) 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 ტენესიუმი ოგანესონი
Mg

Ca

Sr
კალიუმიკალციუმისკანდიუმი
ატომური ნომერი (Z) 20
ჯგუფი II ჯგუფი (ტუტემიწა ლით.)
პერიოდი პერიოდი 4
ბლოკი s-ბლოკი
ელექტრონული კონფიგურაცია [Ar] 4s2
ელექტრონი გარსზე 2, 8, 8, 2
ელემენტის ატომის სქემა
Electron shell 020 Calcium.svg
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 გრ/სმ3
სიმკვრივე (ლ.წ.) 1,378 გრ/სმ3
მოლური მოცულობა 29,9 სმ3/მოლი
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 (a strongly basic oxide)
ელექტროდული პოტენციალი -2,76
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/მოლ
Calcium spectrum visible.png
კალციუმის სპექტრალური ზოლები
სხვა თვისებები
მესრის სტრუქტურა კუბური წახნაგცენტრირებული
Cubic-face-centered.svg
მესრის პერიოდი 5,580 Å
ბგერის სიჩქარე thin rod 3810 მ/წმ (at 20 °C)
თერმული გაფართოება 22,3 µმ/(მ·K) (at 25 °C)
ხვედრითი თბოტევადობა 25,9 /(K·მოლ)
თბოგამტარობა 201 ვტ/(·K)
ელექტრული წინაღობა 33,6 Ω·m (at 20 °C)
მაგნეტიზმი დიამაგნეტიკი
მაგნიტური მგრძნობელობა +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
აღმოჩენილია ჰამფრი დეივი (1808)
პირველად მიღებულია ჰამფრი დეივი (1808)
კალციუმის მთავარი იზოტოპები
იზო­ტოპი გავრცე­ლება­დობა ნახევ.
დაშლა
(t1/2)
რადიო.
დაშლა
პრო­დუქტი
40Ca 96,941% სტაბილური
41Ca trace 9,94×104 y ε 41K
42Ca 0,647% სტაბილური
43Ca 0,135% სტაბილური
44Ca 2,086% სტაბილური
45Ca syn 162,6 d β 45Sc
46Ca 0,004% სტაბილური
47Ca syn 4,5 d β 47Sc
γ
48Ca 0,187% 6,4×1019 y ββ 48Ti

აღმოჩენის ისტორიარედაქტირება

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 გავრცელებარედაქტირება

დედამიწის ქერქში გავრცელების მიხედვით კლციუმი 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 Ca2 + + 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

იზოტოპებირედაქტირება

სტანდარტული ატომური მასარედაქტირება

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.

იზოტოპი Z N ატომური მასა
(მ.ა.ე.)
% ბუნებაში საშუალო
შეწონილი
40Ca 20 20 39,962590 96,941 % 38,740135
42Ca 20 22 41,958618 0,647 % 0,271472
43Ca 20 23 42,958766 0,135 % 0,057994
44Ca 20 24 43,955481 2,086 % 0,916911
46Ca 20 26 45,953692 0,004 % 0,001838
48Ca 20 28 47,952534 0,187 % 0,089671
Ar, სტან.(Ca) 100 % 40,078022

მიღებარედაქტირება

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 თვისებებირედაქტირება

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 თვისებებირედაქტირება

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 სერი ფერისაა, ამიტომაც მას ნავთში ან თხევად პარაფინში ინახავენ. გარე ელექტრონული კონფიგურაციაა - Ca 4s2, რის შესაბამისად კალციუმი ნაერთებში ორ ვალენტიანია.

ეგზოთერმული რეაქციებირედაქტირება

 
კალციუმის დაჟანგვა
2Ca+O2=2CaO
  • მოქმედებს ჰალოგენებთან:
Ca+Br2=CaBr2
Ca+2H2O=Ca(OH)2+H2+Q
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.

ხსნადირედაქტირება

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.

უხსნადირედაქტირება

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.

გამოყენებარედაქტირება

სუფთა კალციუმირედაქტირება

  • 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 ნაერთებირედაქტირება

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 ორგანიზმშირედაქტირება

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 პროდუქტებშირედაქტირება

კალციუმი პროდუქტებში
პროდუქტები კალციუმის რაოდენობა მგ/100გ.
ყაყაჩო (თესლი) 1460
კუნჯუტი 783
ჯინჭარი 713
მრავალძარღვა დიდი 412
სარდინა ზეთში (კონსერვ.) 330
ასკილი 257
ნუში 252
მრავალძარღვა ლანცეტა 248
თხილი 226
წიწმარტი 214
სოიო 201
რძე 120
თევზი 30-90
ხაჭო 80
პური 60
ხორცი <50
ჭარხალი <50

ლიტერატურარედაქტირება

  • 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