كالسيوم
الخواص الكيميائية

لذرّة الكالسيوم التوزيع الإلكتروني Ar]4s2]؛ وبما أنّ للكالسيوم اثنين من إلكترونات التكافؤ في الغلاف الإلكتروني الخارجي (غلاف التكافؤ)، فهو بالتالي ثنائي التكافؤ. يميل الكالسيوم بسهولة إلى التخلّي عن هذَين الإلكترونَين وتشكيل أيون الكالسيوم 2+Ca المستقرّ، الذي له بنية شبيهة ببنية أقرب عنصر نبيل في دورة الجدول الدوري، وهو عنصر الآرغون. لذلك فإنّ أغلب مركّبات الكالسيوم هي مركّبات أيونية والتي يكون فيها العنصر الفلزّي ثنائي التكافؤ.
نظرياً، فإنّه من الممكن الحصول على أيون كالسيوم أحادي التكافؤ، لكنّه حسابياً سرعانَ ما سيحصل عليه تفاعل عدم تناسب (تفاعل أكسدة-اختزال ذاتي)، الأمر الذي سيحوّله إلى أيون الكالسيوم ثنائي التكافؤ والكالسيوم الفلزي في شكله الحرّ. يعود عدم استقرار أيون الكالسيوم أحادي التكافؤ عملياً إلى أنّ الحرارة القياسية لتكوين المركّبات من النمط MX2 أعلى من المركّبات النظرية من النمط MX؛ إذ أنّ طاقة الشبكة البلورية المتوفّرة من وجود أيونات 2+Ca أعلى منها بالنسبة للأيون النظري +Ca.
يشبه الكالسيوم في خواصه الكيميائية العناصر الأثقل في مجموعة الفلزّات القلوية الترابية: السترونتيوم والباريوم والراديوم. بالمقابل، فإنّ عنصري البيريليوم والمغنسيوم يختلفان عن بقيّة عناصر المجموعة، وهما في صفاتهما أقرب لفلزّي الألومنيوم والزنك على الترتيب، واللذان ينتميان إلى الفلزّات بعد الانتقالية، ولذلك السبب فإنّ البعض يجعل من التصنيف العملي للفلزات القلوية الترابية يبدأ من عنصر الكالسيوم؛ ولهذا فإنّ المقارَنات بين الكالسيوم وعناصر مجموعة الفلزات القلوية الترابية تكون عادةً مع السترونتيوم والباريوم أكثر منها مع المغنسيوم والبيريليوم.
يتفاعل الكالسيوم مع الماء بشدّة وبشكلٍ أسرع من المغنسيوم، لكنّه أبطأ من السترونتيوم، وينتج عن التفاعل هيدروكسيد الكالسيوم وغاز الهيدروجين. كما يتفاعل هذا الفلزّ بحالته العنصرية أيضاً مع الأكسجين والنتروجين في الهواء لتتشكّل عليه طبقةً من أكسيد الكالسيوم CaO ونتريد الكالسيوم Ca3N2. لكن عندما يكون الكالسيوم بشكل مسحوقٍ ناعمٍ فإنّه يحترق بالهواء، في حين أنّ الكمّيات الأكبر تكون ذات نشاط كيميائي أقلّ نسبياً، ولكن الأمر يعتمد على الرطوبة النسبية، فعندما تكون أقل من 30% يكون النشاط الكيميائي ضعيفاً. من جهةٍ أخرى، ينحلّ فلز الكالسيوم في الأمونيا السائلة ليعطي محلولاً ذا لون أزرق غامق.
بالإضافة إلى أكسيد الكالسيوم CaO، يشكّل الكالسيوم أيضاً مع الأكسجين مركّب بيروكسيد الكالسيوم CaO2، لكنّ الدلائل على وجود أكسيد فائق Ca(O2)2 ليست بكبيرة. يعدّ هيدروكسيد الكالسيوم Ca(OH)2 قاعدةً قويّة، لكنّها أضعف من هيدروكسيدات السترونتيوم والباريوم، وكذلك أضعف من هيدروكسيدات الفلزّات القلوية. إنّ جميع الهاليدات الثنائية للكالسيوم معروفة (الفلوريد CaF2 والكلوريد CaCl2 والبروميد CaBr2 واليوديد CaI2)؛ بالإضافة إلى ذلك فإنّ كربونات الكالسيوم CaCO3 وكبريتات الكالسيوم CaSO4 هي مركّبات متوفّرة على شكل معادن منتشرة في الطبيعة.
بسبب الحجم الكبير لأيون الكالسيوم 2+Ca فإنّ امتلاك الكالسيوم لعددٍ تناسقيٍّ كبير أمرٌ شائع، وهو يصل إلى 24 في بعض المركّبات بين الفلزّية مثل CaZn13. يمكن أن يتعقّد الكالسيوم بسهولة من المُتَمَخلِبات الأكسجينية مثل EDTA ومركّبات متعدّدة الفوسفات (بولي فوسفات)، وهذا الأمر له أهمّية كبيرة في الكيمياء التحليلية ولإزالة أيونات الكالسيوم من المياه العَسِرَة. بغياب إعاقة فراغية فإنّ الكالسيوم يستطيع أن يشكّل معقّدات قوية، ولكن عند وجود حلقات ضخمة متعدّدة السنّ فإنّ المعقّدات تصبح أضعف وأقلّ ثباتية.
على الرغم من وجود الكالسيوم في نفس مجموعة المغنسيوم، إلّا أنّ المقدرة على تشكيل مركّبات عضوية فلزّية متباينة بينهما، فالأخير قادر على تشكيل مركّبات غرينيار، في حين أنّ الكالسيوم من النادر أن يشكّل مركبات عضوية فلزية، إذ أن مركّبات الكالسيوم العضوية أصعب تحضيراً وأقلّ استقراراً؛ رغم ذلك، فإنّها لا تزال محطّ أبحاث لاحتمال استخدامها في عمليات التحفيز. من الأمثلة على مركّبات الكالسيوم العضوية معقّد ثنائي حلقي بنتاديينيد الكالسيوم Ca(C5H5)2، رغم أن إضافة مستبدل ميثيلي على حلقة البنتاديين يزيد من انحلالية وتطايرية والاستقرار الحركي للمعقّد.