კალციუმი

კალციუმი (ქიმიური სიმბოლო — 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, tდნ — 842 °C, tდუღ — 1484 °C, სიმკვრივე — 1.55 გ/სმ3. მოვერცხლისფრო-თეთრი მსუბუქი ლითონი. ბუნებრივი კალციუმი შედგება ხუთი სტაბილური ^{40}Ca, ^{42}Ca, ^{43}Ca, ^{44}Ca, ^{46}Ca და ერთი სუსტად რადიოაქტიური ^{48}Ca (T1/2= 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 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
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