కాల్షియం
కాల్షియం (Calcium){సంస్కృతం: ఖటికం} ఒక మెత్తని ఊదారంగు గల క్షార మృత్తిక లోహము. దీని సంకేతము Ca మరియు పరమాణు సంఖ్య 20. ఇది విస్తృత ఆవర్తన పట్టికలో 2వ గ్రూపు, నాల్గవ పీరియడుకు చెందిన మూలకం. దీని పరమాణు భారము 40.078 గ్రా/మోల్[1]. ఇది భూపటలం (crust) లో అత్యధికంగా దొరికే ఐదవ మూలకము మరియు ఇనుము, అల్యూమినియం తరువాత అత్యధికంగా లభ్యమయ్యే మూడవ లోహం. ఇది భూమిపై సాధారణంగా సమ్మేళన రూపంలో కాల్షియం కార్బొనేట్ (సున్నపురాయి) గా లభ్యమవుతుంది. సముద్రాలలో శిలాజరూపంలో ఉన్న జిప్సం, ఎన్‌హైడ్రైట్, ఫ్లోరైట్ మరియు అపాటైట్ వంటివికూడా కాల్షియం యొక్క వనరులే.
కాల్షియం జీవులన్నింటికి ముఖ్యమైనది. జీవుల శరీరంలో అన్నింటికన్నా ఎక్కువగా ఉండే లోహము. ఇది ముఖ్యంగా ఎముకలలో ఉంటుంది. జీవుల దేహవ్యవస్థలో కాల్షియం ప్రముఖపాత్ర కలిగివున్నది. ముఖ్యంగా కణనిర్మాణంలో అత్యంత ప్రాముఖ్యత కలిగినది. కాల్షియం యొక్క అయానులు, జీవ కణజాలంలో సైటో ప్లాజంలో లోపలికి, బయటకు ప్రయాణిస్తూ, కణాల జీవ నిర్వహణలో భాగం వహిస్తాయి. పళ్ళు/దంతాలు, ఎముకలు మరియు కొన్ని జీవుల (నత్త, అలిచిప్పజాతి జీవుల) పై పెంకుల నిర్మాణంలో కాల్షియం ఉనికి ప్రముఖమైనది.జీవజాలాలన్నింటిలో ఎక్కువ ప్రమాణంలో లభ్యమైయ్యే మూలకం కాల్షియం .
చరిత్రకు ముందుకాలం నుండే అనగా క్రీ.పూ.14, 000-7000 సంవత్సరాల నాటికే ఇంటి నిర్మాణంలో కాల్షియాన్ని వాడేవారు[2] .అయిన్ ఘజాల్ (Ain Ghazal) లో క్రీ.పూ.7000 సంవత్సరాలనాటి సున్నపుపలాస్త్రీ/లైమ్‌ ప్లాస్టర్‌తో చేసిన విగ్రహం/బొమ్మను గుర్తించారు[3].ఖపాజా మేసోపోటామియా (Khafajah mesopotamia) లో క్రీ.పూ.2500 నాటి మొదటి సున్నపుబట్టి/సున్నపు ఆవముని గుర్తించారు[4][5]. లాటన్ పదం calx, జెణిటివ్ పదం calcis యొక్క అర్థం సున్నం (lime ) . మొదటి శతాబ్దినాటి పురాతన రోమనులు కాల్షియం కార్బోనేట్ నుండి సున్నం తయారు చేసెడివారు.
క్రీ.శ.1808లో ఇంగ్లాండునకు చెందిన సర్ హంప్రీ డేవి అను శాస్త్రవేత్త సున్నం, మేర్క్యురిక్ ఆక్సైడ్‌ల మిశ్రమాన్ని విద్యుద్విశ్లేషణం (electrolysis) కావించి కాల్చియాన్ని వేరు చేసాడు[6]. 20 శతాబ్ది ప్రారంభంవరకు కాల్షియం భారీస్థాయిలో లభ్యం అయ్యేది కాదు.
కాల్షియం ప్రకృతిలో స్వాభావిక మూలకరూపంలో లభ్యం కాదు. అవక్షేప శిలలలో కాల్సైట్ (calcite), డోలోమైట్, జిప్సం ఖనిజాల్లో లభిస్తుంది. అంతియే కాకుండగా అగ్నిశిలలు, రూపాంతర శిలలో, ముఖ్యంగా సిలికేట్ ఖనిజాలైన/శైలిత ఖనిజాలైన plagioclases, amphiboles, pyroxenes మరియు garnets లలో కుడా లభ్యం.భూమి ఉపరితలపొరలలో ఈ మూలకం లభ్యత పరిమాణం 4.2%[7]
కాల్షియం ఉత్పత్తిలో మొదటి మూడు స్థానాలలో ఉన్నదేసాలు చైనా, సంయుక్త రాష్ట్రాలు, ఇండియా[8]
కాల్షియం తాంతవత ధర్మం గల లోహం. ఇది లేత పసుపు రంగులో ఉండి రెండవ గ్రూపులోని భార మూలకాలైన స్ట్రాన్షియం, బేరియం మరియు రేదియం ధర్మాలతో పోలి ఉంటుంది. కాల్షియం పరమాణువు 20 ఎలక్ట్రాన్లను కలిగి ఉంటుంది. దీని ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం [Ar]4s2. ఇతర మూలకాల వలెనే ఇది కూడా ఆవర్తన పట్టికలో రెండవ గ్రూపుకు చెందుతుంది. ఇది రెండు వేలన్సీ ఎలక్ట్రానులను బాహ్య s-ఆర్బిటాల్ లో కలిగి ఉంటుంది. ఇది సులభంగా రెండు ఎలక్ట్రానులను రసాయన చర్యలలో కోల్పోయి ద్విధనావేశం గల కాటయానును ఏర్పరచి స్థిరమైన జడవాయు విన్యాసాన్ని (ఆర్గాన్ విన్యాసాన్ని) పొందుతుంది. అందువలన కాల్షియం ఎల్లప్పుడూ సమ్మేళనాలలో ద్విసంయోజకతను ప్రదర్శిస్తుంది. సాధారణంగా అయానిక బంధాలలో పాల్గొంటుంది. ఊహాత్మకంగా కాల్షియం యొక్క ఏక స్ంయోజత లవణాలు స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంటాయి కానీ ద్విసంయోజక లవణాల కంటే స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉండలేవు. దీనికి కారణం MX2
ఏర్పడటానికి అవసరమయ్యే ఎంథాల్ఫీ ఊహాత్మక MX ఏర్పడుటకు అవసరమయ్యే ఎంథాల్ఫీ కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఎక్కువ ఆవేశం గల Ca2+ కాటయాన్లు ఉహాత్మకమైన Ca+ కాటయాన్లతో పోల్చినపుడు అత్యధిక లాటిస్ శక్తిని కలిగి ఉండటమే దీనికి కారణం. [9]
కాల్షియం, సీసంకన్న దృఢంగా గట్టిగా ఉండే లోహం అయినప్పటికీ, మృదువైన లోహం.కత్తితో కష్టంమీద కత్తరించవచ్చును. కాల్షియాన్ని కాల్షియం క్లోరైడ్ వంటి లవణాలనుండి విద్యుత్తు విశ్లేషణ ద్వారా వేరు చెయ్యడం జరుగుతుంది. వేరుపడిన వెంటనే కాల్షియంగాలితో సంపర్కం పొందటం వలన మూలకం ఉపరితలం పైన బూడిద-తెలుపు కలయిక రంగుతో ఆక్సైడ్ లేదా నైట్రైడు పొర /పూత ఏర్పడుతుంది. కాల్షియానికి త్వరగా మండే లక్షణం లేనప్పడికి, ఒకసారి మండటం ప్రారంభమైన ప్రకాశవంతంగా కాషాయ–అరుణ వర్ణాలను వెలువరిస్తూ మండుతుంది.కాల్షియం నీటితో చర్యజరిపి హైడ్రోజన్ వాయువును విడుదల చేస్తుంది.కాని చర్య చాలా నెమ్మదిగా జరుగుతుంది.మెత్తటి పుడి /చూర్ణం రూపంలో ఉన్న కాల్షియం యొక్క చర్యావేగం ఎక్కువ. కారణం మూలకంయొక్క, ఎక్కువ ఉపరితలం శ్రీఘ్రంగా నీటితో సంపర్కం పొందటం వలన చర్య త్వరగా జరుగుటం వలన.
కాల్షియం యొక్క సాంద్రత 1.54 గ్రాం./సెం.మీ3[10]. క్షారమృత్తిక లోహాలలో తక్కువ సాంద్రత కలిగిన మూలకం కాల్షియం.కాల్షియం కన్న తక్కువ పరమాణు భారం కలిగి ఉన్నప్పటికీమెగ్నీషియం (విశిష్ణ గురుత్వము:1.74) మరియు బెరీలియం (వి.గు:1.84) ల సాంద్రత, కాల్షియం కన్న ఎక్కువ. స్ట్రోన్టియం మొదలు కొని మిగతా క్షారమృత్తిక మూలకాల పరమాణుభారం పెరిగే కొలది వాటి సాంద్రత పెరుగుతుంది. రాగి, అల్యూమినియం మూలకాలకన్న కాల్షియం ఎక్కువ విద్యుత్తు నిరోధకతత్త్వం కలిగి ఉన్నప్పటికీ, లోహాలభారం ప్రకారం లెక్కించిన ఆరెండు మూలకాలకన్న తక్కువసాంద్రత కలిగి ఉండటం వలన, ఆరెండింటి కన్న కాల్షియంమే మంచి వాహకగుణాన్ని కల్గిఉంది. కాని మిగతా రెండులోహాలకన్న గాలితో ఎక్కువ చర్యచెందే లక్షణం కలిగిఉండటం వలన, వాహకంగా దీనికి కొన్ని పరిమితులు ఉన్నాయి.కాల్షియం లవణాలన్ని వర్ణరహితమే. అలాగే కాల్షియంలవణాల ఆయానీకృత ద్రవాలకు రంగు ఉండదు. మానవును దేహంలో పుష్కలంగా లభించే 5 ములకాలలో కాల్షియం ఒకటి.కాల్షియం సెల్లులర్ అయోనిక్ మెసెంజర్‌ (cellular ionic messenger) గా పనిచేయుటతో పాటు మరికొన్ని ముఖ్యమైన దేహచర్యలు నిర్వర్తిస్తుంది.ఎముకల నిర్మాణంలో మూల మూలకం కాల్షియం.
కాల్షియం యొక్క భౌతిక ధర్మాల సమాచార పట్టిక [8]
కాల్షియం మరియు పాస్పేట్‌ల సమ్మేళనం ఫలితంగా ఏర్పడిన హైడ్రోక్సిల్ అపటైట్ (hydroxylapatite) అనేది మానవుల, జంతువుల ఎముకలు మరియు దంతాలలో ఉండే ఖనిజభాగం. కొన్ని రకాలలో ప్రవాళ/పగడాలలో కుడా ఖనిజభాగం హైడ్రోక్సిల్‌అపటైట్‌గా పరివర్తనం చెందును.
కాల్షియం హైడ్రోక్సైడ్ (Ca (OH) 2) : ( కాల్చినీరు చల్లిన సున్నం) ను చాలా రసాయనిక సుద్ధికరణ విధానాలలో వాడెదరు .సున్నపురాయిని 825౦C వద్ద బాగా కాల్చి, దానికి నీటిని చేర్చడం వలన కాల్షియం హైడ్రోక్సైడ్ ఏర్పడును. సున్నంనకు ఇసుకను తగినంత కలిపి బాగా రుబ్బిన సున్నపు గచ్చు/గార (mortar) గా ఏర్పడుతుంది . ఇది కార్బను డై ఆక్సైడ్ ను పీల్చుకొని గార (plaster) /దర్జు/గచ్చుగా మారుతుంది. కాల్షియం హైడ్రోక్సైడ్‌కు మరి ఇతర పదార్థాలను చేర్చి port పోర్ట్ లాండ్ సిమెంట్ తయారు చేయుదురు. కాల్షియం కార్బోనేట్ (CaCO3) :ఇది సాధారణంగా లభించే మరో కాల్షియం సమ్మేళనం. దీనిని కాల్చడం వలన పొడిసున్నం/కాల్చిఆర్పని సున్నము (CaO) ఏర్పడును.ఇలా ఏర్పడిన దానికి నీటిని కలిపినా అది తడిసున్నం) గా (Calcium hydroxide) గా మార్పు చెందును. సుద్ద, చలువరాయి, సున్నపు రాయి తదితరాలు కాల్షియం కార్బోనేట్, పొడిసున్నం యొక్క రూపాలే.
కాల్షియం 5 స్థిరమైన ఐసోటోపులను (40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca మరియు 46Ca) కలిగి ఉంది. అలాగే (48Ca) యొక్క అర్ధ జీవితకాలం ఎక్కువ కావున దానిని కుడా స్థిరమైన ఐసోటోపుగా భావించవచ్చును.41Ca కాస్మో జేనిక్ మరియు రేడియోఆక్టివ్ ఐసోటోప్ యొక్క అర్ధ జీవితకాలం 103, 000 సంవత్సరాలు. సాధారణ వాతావరణస్థితిలో ఆవిర్భవించె కాస్మోజేనిక్ ఐసోటోప్సుకు భిన్నంగా 40Ca యొక్క న్యూట్రాన్ ఆక్టివేసన్ వలన 41Ca ఏర్పడును. స్వాభావికంగా లభించే కాల్షియంలో 97% వరకు 40Ca ఐసోటోప్ నిర్మాణంలో ఉండును. దీని పరమాణు కేంద్రక భాగంలో 20 ప్రోటాను/ప్రెటోన్ లు మరియు 20న్యూట్రాను/న్యూట్రొన్‌లు ఉండును. సూపర్ నోవా విస్పొటనం చెందినప్పుడు కార్బను వివిధ నిష్పత్తులలో ఇతర ఆల్పా కణాలతో (హీలియం కేంద్రకాలు) సంయోగం చెందటం వలన సాధారణ ఐసోటోపు కలిగిన కాల్షియం మూలకం పుట్టినది.
IOM ప్రకారం ప్రతి వ్యక్తి తీసుకొను ఆహారంలో ఉండవలసిన కాల్షియం యొక్క ప్రమాణం [11][12]
కాల్షియం సమతుల్య ఆహారంలో ఉండవలసిన అవసరమైన ఖనిజం. దేహవ్యవస్తలో బలమైన, దృఢమైన ఎముకల నిర్మాణం తొలి (యుక్త) వయస్సులో కలిగిఉండటం, ఆరోగ్యకరమైన మలిజీవితానికి ఆలంబన. దేహం లోని 90 % కాల్షియం ఎముకలు మరియు దంతాల నిర్మాణంలో భాగస్వామ్యం వహించుచున్నది.దేహంలో మిగిలిన కాల్షియం దేహజీవ వ్యవస్థలో ఎక్సోసైటోసిస్, నాడీ ప్రసార వ్యవస్థ, కండరాల సంకోచ వ్యవస్థ, హృదయానికి విద్యుత్తు ప్రసారణ వంటి జీవప్రక్రియలలో ప్రముఖ పాత్ర నిర్వహించుచున్నది. కాల్షియం లోపం వలన ఎముకలు చచ్చుపడి అస్థిమార్దవరోగము (rickets) వ్యాధి రావడం, రక్తం త్వరగా గడ్డ కట్టక పోవడం, స్త్రీలలో రక్త స్రావం అధికంగా కావడం వంటివి చోటు చేసుకోనును.మోనోపాజ్ వయస్సులో ఉన్న స్త్రీలకు ఎముకలు గుల్లబారడం వంటివి చోటు చేసుకోనును. అధిక మోతాదులో తీసుకోవడం కుడా ప్రమాదకరం.రక్తంలో కాల్షియం అధిక మోతాదులో ఉన్నచో మూత్రపిండాలు సరిగా పనిచెయ్యలేని స్థితి ఏర్పడవచ్చును.
కాల్షియం కార్బోనేట్, CaCO3కాల్షియం కార్బోనేట్ ను సిమెంట్ పరిశ్రమలలో వాడెదరు. సున్నం, సున్నపు రాయిని ఉక్కు పరిశ్రమలలో వినియోగించెదరు. గాజు పరిశ్రమలో కూడా వాడెదరు . కాల్షియం హైడ్రోక్సైడ్ Ca (OH) 2కాల్షియం హైడ్రోక్సైడ్ ద్రవాన్ని కార్బన్ డై ఆక్సైడ్ (CO2) ఉనికిని గుర్తించుటకై వాడెదరు. కాల్షియం ఆర్సెనేట్, (Ca3 (AsO4) 2కాల్షియం ఆర్సెనేట్ కీటకనాశినిగా పనిచేయును. కాల్షియం కార్బైడ్, CaC2కాల్షియం కార్బైడ్‌ను నీటితో చర్య చెందించి, ఆసిలిటిన్ వాయును ఉత్పత్తి చేయుదురు. ఎసిటిలిన్ వాయువును లోహాలను అతుకుటకు మరియు కత్తరించుటకు వాడెదరు .అలాగే ప్లాస్టిక్ తయారీలో కూడా వాడెదరు. కాల్షియం క్లోరైడ్, CaCl2దీనిని రహదారులపై పేరుకుపోయిన మంచు మరియు దుమ్మును తొలగించుటకు వాడెదరు. అలాగే కాంక్రీట్‌లో కండిషనర్‌గా వినియోగిస్తారు. కాల్చియం సిట్రేట్ Ca3 (C6H5O7) 2దీనిని పండ్లను నిల్వఉంచు పరిరక్షకకారిణిగా (preservative.) ఉపయోగించెదరు.ఇది పండ్లను పాడవ కుండా ఎక్కువకాలం నిల్వ చేయుటకు ఉపయోగిస్తారు . కాల్షియం సైక్లమేట్, Ca (C6H11NHSO3) 2కాల్షియం సైక్లమేట్‌ను చాలాదేశాలలో తీపిరుచి కల్గించు పదార్థంగా వాడుచున్నారు.అయితే అమెరికా సంయుక్త రాష్ట్రాలలో తీపిరుచిన కై ఆహార పదార్థాలలో వాడటాన్ని నిషేధించారు, కారణం దీని వాడకం వలన క్యాన్సర్ వచ్చే అవకాశం ఉన్నందున. కాల్షియం గ్లుకోనేట్, Ca (C6H11O7) కాల్షియం గ్లుకోనేట్ ను నిల్వఆహారాన్ని పాడవకుండా ఉంచుటకై ఉపయోగించెదరు.మరియు విటమినుల మాత్రలలో వాడెదరు. కాల్షియం పాస్పైడ్, Ca3P2దీనిని బాణసంచు (fireworks) లో, ఎలుకలమందుగా, నౌకా విధ్వంసకాయుధంలో (torpedoes) మరియు జ్వాలాసంకేతంలలో ఉపయోగిస్తారు. కాల్షియం సల్పేట్ CaSO4•2H2Oదీనిని చాక్ పీసులు, ప్లాస్టర్ ఆప్ పారిస్ తయారీలో వాడెదరు కాల్షియం టంగ్ స్టేట్ CaWO4దీనిని ప్రకాశవంతంగా కనిపించు రంగులలో, ప్లోరోసెంట్ దీపాలలో మరియు ఎక్సురే పరిశీలన కై వాడెదరు. హైడ్రోక్సిల్ అపటైట్ Ca5 (PO4) 3 (OH,ఎముకలలో 70 % వరకు ఈ ఖనిజమే ఉండును
యురేనియం, జిర్కోనియం, మరియు థోరియం లోహాల సంగ్రహణకై ఆమ్లజనిహారిణి (reducing agent) కాల్షియాన్ని ఉపయోగించెదరు. ఇనుము మరియు ఇనుమేతర మిశ్రమలోహాలలో డిఆక్సిడైసరుగా, డి సల్పరైసేర్, డి కార్బోనైసర్‌గా వినియోగిస్తారు. అల్యూమినియం, బెరిలీయం, రాగి, సీసము, మరియు మెగ్నీషియం లోహాలను ఉత్పత్తి చేయునప్పుడు కాల్షియాన్ని లోహమిశ్రణ కారకం (alloying agent) గా వాడెదరు. • సిమెంటు, గచ్చు/గార (mortars) తయారీలో కాల్షియం ముఖ్య వనరు (కాల్షియం కార్బోనేట్ రూపంలో) .
మూలకాలు క్షారమృత్తిక లోహము ఆవర్తన పట్టిక
వర్గం:మూలకాలు వర్గం:రసాయన శాస్త్రము