แคลเซียม
แคลเซียม ( ) เป็นธาตุเคมี มีสัญลักษณ์คือ Ca และมีเลขอะตอม 20 ในฐานะโลหะแอลคาไลน์เอิร์ท แคลเซียมเป็นโลหะที่ว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยา โดยจะสร้างชั้นออกไซด์-ไนไตรด์สีเข้มเมื่อสัมผัสกับอากาศ สมบัติทางกายภาพและทางเคมีของแคลเซียมมีความคล้ายคลึงกับธาตุในหมู่เดียวกันที่มีมวลมากกว่าอย่างสตรอนเชียมและแบเรียม แคลเซียมเป็นธาตุที่พบมากที่สุดเป็นอันดับ 5 ในเปลือกโลก และเป็นโลหะที่พบมากเป็นอันดับ 3 รองจากเหล็กและอะลูมิเนียม สารประกอบแคลเซียมที่พบได้บ่อยที่สุดบนโลกคือแคลเซียมคาร์บอนเนต ซึ่งพบในหินปูนและซากฟอสซิลของสิ่งมีชีวิตในทะเลในยุคแรก นอกจากนี้ยังมีแหล่งแคลเซียมอื่น ๆ ได้แก่ ยิปซัม, แอนไฮไดรต์, ฟลูออไรต์ และอะพาไทต์ ชื่อของธาตุนี้มาจากคำในภาษาละตินว่า c
ยิปซัม, แอนไฮไดรต์, ฟลูออไรต์ และอะพาไทต์ ชื่อของธาตุนี้มาจากคำในภาษาละตินว่า calx (แปลว่า "ปูนขาว") ซึ่งได้มาจากการเผาหินปูน
สารประกอบแคลเซียมบางชนิดเป็นที่รู้จักมาตั้งแต่สมัยโบราณ แม้ว่าความรู้ทางเคมีของสารเหล่านี้จะยังไม่เป็นที่ทราบจนถึงคริสต์ศตวรรษที่ 17 แคลเซียมบริสุทธิ์ถูกแยกออกมาได้ใน ค.ศ. 1808 ผ่านการอิเล็กโทรลิซิส (การแยกสลายด้วยไฟฟ้า) ของสารประกอบออกไซด์โดยฮัมฟรี เดวี ซึ่งเป็นผู้ตั้งชื่อธาตุนี้ สารประกอบแคลเซียมถูกนำมาใช้ประโยชน์อย่างกว้างขวางในหลายอุตสาหกรรม เช่น ใช้ในอาหารและยาสำหรับแคลเซียมเสริม, ใช้เป็นสารฟอกขาวในอุตสาหกรรมกระดาษ, เป็นส่วนประกอบในซีเมนต์และฉนวนไฟฟ้า และใช้ในการผลิตสบู่ ในทางกลับกัน โลหะแคลเซียมในรูปแบบบริสุทธิ์มีการใช้งานน้อยเนื่องจากว่องไวต่อปฏิกิริยาสูง แต่ในปริมาณเล็กน้อยมักถูกใช้เป็นส่วนประกอบของโลหะผสมในการผลิตเหล็กกล้า และบางครั้
ต่ในปริมาณเล็กน้อยมักถูกใช้เป็นส่วนประกอบของโลหะผสมในการผลิตเหล็กกล้า และบางครั้งใช้ในรูปของโลหะผสมแคลเซียม-ตะกั่ว สำหรับการผลิตแบตเตอรี่รถยนต์
แคลเซียมเป็นโลหะที่พบมากที่สุดและเป็นธาตุที่พบมากที่สุดเป็นอันดับ 5 ในร่างกายมนุษย์ ในรูปของอิเล็กโทรไลต์ แคลเซียมไอออน (Ca 2+ ) มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของสิ่งมีชีวิตและเซลล์: ทั้งในเส้นทางการส่งต่อสัญญาณโดยทำหน้าที่เป็นตัวส่งสัญญาณที่สอง; ในการหลั่งสารสื่อประสาทจากเซลล์ประสาท; ในการหดตัวของเซลล์กล้ามเนื้อทุกประเภท; ทำหน้าที่เป็นโคแฟกเตอร์ในเอนไซม์หลายชนิด และในกระบวนการการปฏิสนธิ นอกจากนี้ แคลเซียมไอออนภายนอกเซลล์ยังมีความสำคัญต่อการรักษาความต่างศักย์ระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์, การสังเคราะห์โปรตีน และการสร้างกระดูก

ลักษณะเฉพาะ
การจำแนกประเภท
แคลเซียมเป็นโลหะสีเงินที่มีความเหนียวสูง (บางครั้งบรรยายว่ามีสีเหลืองจาง ๆ) ซึ่งมีสมบัติคล้ายคลึงกับธาตุที่หนักกว่าในหมู่เดียวกัน ได้แก่ สตรอนเชียม, แบเรียม และเรเดียม อะตอมของแคลเซียมมีอิเล็กตรอน 20 ตัว โดยมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น [Ar]4s 2 เช่นเดียวกับธาตุอื่น ๆ ในหมู่ 2 ของตารางธาตุ แคลเซียมมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 2 ตัวในวงโคจรเอส (s-orbital) นอกสุด ซึ่งจะสูญเสียได้ง่ายมากในปฏิกิริยาเคมีเพื่อกลายเป็นไอออนบวกสองประจุ (dipositive ion) ที่มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนที่เสถียรแบบแก๊สเฉื่อย ซึ่งในกรณีนี้คืออาร์กอน
ดังนั้น แคลเซียมจึงมีเวเลนซ์เป็น 2 (divalent) เกือบตลอดเวลาในสารประกอบของมัน ซึ่งมักจะเป็นสารประกอบไอออนิก เกลือของแคลเซียมที่มีเวเลนซ์เป็น 1 (univalent) ตามทฤษฎีนั้นอาจจะเสถียรเมื่อเทียบกับธาตุตั้งต้น แต่จะไม่เสถียรต่อปฏิกิริยาการไม่สมส่วน (disproportionation) ไปเป็นเกลือเวเลนซ์ 2 และโลหะแคลเซียม เนื่องจากเอนทัลปีของการเกิด (enthalpy of formation) ของ MX 2 นั้นสูงกว่า MX สมมติมาก เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นเนื่องจากพลังงานโครงผลึก (lattice energy) ที่ได้รับจากแคลเซียมแคทไอออน Ca 2+ ที่มีประจุสูงกว่านั้นมีค่ามากกว่าแคทไอออน Ca + สมมติอย่างมาก
แคลเซียม สตรอนเชียม แบเรียม และเรเดียม มักถูกจัดเป็นโลหะแอลคาไลน์เอิร์ทเสมอ ส่วนเบริลเลียมและแมกนีเซียมที่เบากว่าซึ่งอยู่ในหมู่ 2 เช่นกัน มักจะถูกรวมเข้าไปด้วย อย่างไรก็ตาม เบริลเลียมและแมกนีเซียมมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากสมาชิกตัวอื่นในหมู่ทั้งในด้านพฤติกรรมทางกายภาพและทางเคมี โดยพวกมันมีพฤติกรรมคล้ายกับอะลูมิเนียมและสังกะสีตามลำดับ และมีความเป็นโลหะที่อ่อนกว่าแบบโลหะหลังทรานซิชัน นี่คือสาเหตุที่นิยามดั้งเดิมของคำว่า "โลหะแอลคาไลน์เอิร์ท" จึงไม่รวมธาตุทั้งสองนี้
สมบัติทางกายภาพ
โลหะแคลเซียมมีจุดหลอมเหลวที่ 842 °C และจุดเดือดที่ 1494 °C ค่าเหล่านี้สูงกว่าแมกนีเซียมและสตรอนเชียมซึ่งเป็นโลหะเพื่อนบ้านในหมู่ 2 แคลเซียมจะตกผลึกในโครงสร้างผลึกแบบลูกบาศก์กึ่งกลางหน้า (face-centered cubic) เช่นเดียวกับสตรอนเชียมและแบเรียม และที่อุณหภูมิสูงกว่า 443 °C มันจะเปลี่ยนโครงสร้างเป็นผลึกแบบลูกบาศก์กึ่งกลางตัว (body-centered cubic) แคลเซียมมีความหนาแน่น 1.526 g/cm 3 (ที่ 20 °C) ซึ่งต่ำที่สุดในหมู่ของมัน
แคลเซียมมีความแข็งกว่าตะกั่วแต่สามารถตัดด้วยมีดได้โดยต้องใช้แรงพอสมควร แม้ว่าแคลเซียมจะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ด้อยกว่าทองแดงหรืออะลูมิเนียมเมื่อเทียบตามปริมาตร แต่แคลเซียมเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีกว่าทั้งสองธาตุเมื่อเทียบตามมวลเนื่องจากความหนาแน่นที่ต่ำมาก แม้ว่าแคลเซียมจะไม่เหมาะสมในการเป็นตัวนำไฟฟ้าสำหรับการใช้งานบนโลกเนื่องจากทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศอย่างรวดเร็ว แต่ได้มีการพิจารณานำไปใช้ในอวกาศ

สมบัติทางเคมี
[[File:Ca(aq)6 improved image.tif|thumb|left|โครงสร้างของศูนย์กลาง [Ca(H 2 O) 6 ] 2+ ในแคลเซียมคลอไรด์ไฮเดรต แสดงให้เห็นเลขโคออร์ดิเนชันที่สูงซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของสารประกอบเชิงซ้อนของแคลเซียม]]
เคมีของแคลเซียมเป็นลักษณะเฉพาะของโลหะแอลคาไลน์เอิร์ทหนัก ตัวอย่างเช่น แคลเซียมเกิดปฏิกิริยากับน้ำได้เองอย่างรวดเร็วกว่าแมกนีเซียมแต่ช้ากว่าสตรอนเชียม เพื่อผลิตแคลเซียมไฮดรอกไซด์และแก๊สไฮโดรเจน นอกจากนี้ยังทำปฏิกิริกับออกซิเจนและไนโตรเจนในอากาศเพื่อเกิดเป็นสารผสมของแคลเซียมออกไซด์และแคลเซียมไนไตรด์ เมื่ออยู่ในรูปผงละเอียด มันจะลุกไหม้ในอากาศได้เองเพื่อผลิตไนไตรด์ ส่วนแคลเซียมที่เป็นก้อนจะว่องไวน้อยกว่า โดยจะเกิดชั้นไฮเดรชันเคลือบผิวอย่างรวดเร็วในอากาศชื้น แต่ถ้าความชื้นสัมพัทธ์ต่ำกว่า 30% จะสามารถเก็บรักษาไว้ได้นานไม่มีกำหนดที่อุณหภูมิห้อง
นอกจากออกไซด์อย่างง่าย CaO แล้ว ยังสามารถผลิตแคลเซียมเพอร์ออกไซด์ (CaO 2 ) ได้จากการออกซิไดซ์โลหะแคลเซียมโดยตรงภายใต้ความดันออกซิเจนสูง และมีหลักฐานบางส่วนที่บ่งชี้ถึงการมีอยู่ของซูเพอร์ออกไซด์สีเหลือง Ca(O 2 ) 2 แคลเซียมไฮดรอกไซด์ Ca(OH) 2 เป็นเบสแก่ แม้จะไม่แรงเท่าไฮดรอกไซด์ของสตรอนเชียม แบเรียม หรือโลหะแอลคาไล แคลเซียมไดฮาไลด์ทั้งสี่ชนิดเป็นที่รู้จักกันดี แคลเซียมคาร์บอนเนต (CaCO 3 ) และแคลเซียมซัลเฟต (CaSO 4 ) เป็นแร่ธาตุที่พบได้มากเป็นพิเศษ เช่นเดียวกับสตรอนเชียมและแบเรียม รวมถึงโลหะแอลคาไลและแลนทาไนด์เวเลนซ์ 2 อย่างยูโรเพียมและอิตเทอร์เบียม โลหะแคลเซียมสามารถละลายได้โดยตรงในแอมโมเนียเหลวเพื่อให้สารละลายสีน้ำเงินเข้ม
เนื่องจากไอออนแคลเซียม (Ca 2+ ) มีขนาดใหญ่ เลขโคออร์ดิเนชัน (coordination number) ที่สูงจึงพบได้บ่อย โดยสูงถึง 24 ในสารประกอบระหว่างโลหะบางชนิด เช่น CaZn 13 แคลเซียมสามารถสร้างสารประกอบเชิงซ้อนได้ง่ายกับสารคีเลตที่มีออกซิเจนเป็นอะตอมผู้ให้ เช่น EDTA และพอลิฟอสเฟต ซึ่งมีประโยชน์ในเคมีวิเคราะห์และการกำจัดไอออนแคลเซียมออกจากน้ำกระด้าง ในสภาวะที่ไม่มีความเกะกะทางสเตอริก (steric hindrance) แคทไอออนหมู่ 2 ที่มีขนาดเล็กกว่ามักจะสร้างสารประกอบเชิงซ้อนที่แข็งแรงกว่า แต่เมื่อเกี่ยวข้องกับมาโครไซเคิลที่มีหลายแขน (polydentate macrocycles) แนวโน้มนี้จะกลับกัน

อ้างอิง

บรรณานุกรม

*