Կալցիում

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
20 ԿալիումԿալցիումՍկանդիում
Ջրածին Հելիում Լիթիում Բերիլիում Բորр Ածխածին Ազոտ Թթվածին Ֆտոր Նեոն Նատրիում Մագնեզիում Ալյումին Սիլիցիում Ֆոսֆոր Ծծումբ Քլոր Արգոն Կալիում Կալցիում Սկանդիում Տիտան Վանադիում Քրոմ Մանգան Երկաթ Կոբալտ Նիկել Պղինձ Ցինկ Գալիում Գերմանիում Արսեն Սելեն Բրոմ Կրիպտոն Ռուբիդիում Ստրոնցիում Իտրիում Ցիրկոնիում Նիոբիում Մոլիբդեն Տեխնեցիում Ռութենիում Ռոդիում Պալադիում Արծաթ Կադմիում Ինդիում Անագ Ծարիր Թելուր Յոդ Քսենոն Ցեզիում Բարիում Լանթան Ցերիում Պրազեոդիում Նեոդիում Պրոմեթիում Սամարիում Եվրոպիում Գադոլինիում Տերբիում Դիսպրոզիում Հոլմիում Էրբիում Թուլիում Իտերբիում Լյուտեցիում Հաֆնիում Տանտալ Վոլֆրամ Ռենիում Օսմիում Իրիդիում Պլատին Ոսի Սնդիկ Թալիում Կապար Բիսմունտ Պոլոնիում Աստատ Ռադոն Ֆրանցիում Ռադիում Ակտինիում Թորիում Պրոտակտիում Ուրան Նեպտունիում Պլուտոնիում Ամերիցիում Կյուրիում Բերկլիում Կալիֆորնիում Էյնշտեյնիում Ֆերմիում Մենդելեևիում Նոբելիում Լոուրենցիում Ռեզերֆորդիում Դուբնիում Սիբորգիում Բորիում Հասիում Մեյտներիում Դարմշտադտիում Ռենտգենիում Կոպերնիցիում Ունունտրիում Ֆլերովիում Ունունպենտիում Լիվերմորիում Ունունսեպտիում ՈւնունօկտիումՔիմիական տարրերի պարբերական համակարգ
20Fe
Cubic-face-centered.svg
Electron shell 020 Calcium.svg
Պարզ նյութի արտաքին տեսք
Կալցիումը փորձանոթում
Չափավոր ծանր[1], արծաթասպիտակավուն մետաղ
Calcium Spectrum.png
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ Կալցիում /Calcium (Ca), 20
Ատոմային զանգված
(մոլային զանգված)
40,078(4)[2] զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա [Ar] 4s2
Ատոմի շառավիղ 197 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտային շառավիղ 174 պմ
Իոնի շառավիղ (+2e) 99 պմ
Էլեկտրաբացասականություն 1,00 (Պոլինգի սանդղակ)
Էլեկտրոդային պոտենցիալ −2,76 В
Օքսիդացման աստիճաններ 2
Իոնիզացման էներգիա
(առաջին էլեկտրոն)
 589,4 (6,11) կՋ/մոլ (էՎ)
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Խտություն (ս. պ.-ում) 1,55 գ/սմ³
Հալման ջերմաստիճան 9,20
Եռման ջերմաստիճան 1757
Մոլային ծավալ 29,9 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղացանց
Բյուրեղացանցի կառուցվածք խորանարդ
Բյուրեղացանցի տվյալներ 5,580
Դեբայի ջերմաստիճան 230 Կ
CAS համար CAS գրանցման համար?
20
Կալցիում
Ca
40,078
4s2


Կալցիում (լատ.՝ Calcium), պարբերական համակարգի երկրորդ խմբի գլխավոր ենթախմբի քիմիական տարր, որի նշանն է Ca և ատոմային համարը՝ 20։ Այն գտնվում է պարբերական համակարգի 2 խմբի գլխավոր ենթախմբում։ Դրանց ատոմների արտաքին էլեկտրոնային թաղանթում ունեն 2 էլեկտրոն ns2 վիճակում։ Ամենաշատ տարածված մետաղներից է, կազմում է երկրակեղևի 3%-ը։

Ունի 6 կայուն իզոտոպ՝ 40Ca (96, 97 %), 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca և 48Ca: Կալիումի միացություններից կրաքարը, մարմարը, գիպսը, ինչպես նաև կրաքարի այրման վերջնանյութ կիրը դեռևս հնագույն ժամանակներում կիրառվել են որպես շինանյութ։

Պատմություն և անվան ծագում[խմբագրել]

Քիմիական տարի անվանումը ծագել է լատ.՝ calx բառից (սեռական հոլով calcis) - «կիր», «փափուկ քար»: Տարրը հայտնաբերել է անգլիացի քիմիկոս Հումֆրի Դեյվի կողմից 1808 թվականին, կալցիումը մետաղական էլեկտրոլիզի ենթարկելով։

Մինչև 18-րդ դարի քիմիկոսները կիրը համարում էին պարզ նյութ։ 1789 թվականին Ա. Լավուազիեն հաստատեց, որ կիրը բարդ նյութ է, 1808 թվականին Հ. Դևին խոնավ հանգած կրի և սնդիկի օքսիդի խառնուրդը սնդիկի էլեկտրոդով էլեկարոլիզի ենթարկելիս ստացավ կալիումի ամալգամը, որից սնդիկը հեռացնելիս անջատեց մետաղ և անվանեց «կալցիում» (լատ.՝ calx, calcis - կիր):

Կալցիումի միացություններն են՝ կիր, մարմար, գիպս, որոնք օգտագործում էին շինարարական աշխատանքներում, արդեն հազարավոր տարիներ։

Բնության մեջ[խմբագրել]

Բնության մեջ զգալի քանակներով հանդիպում է կալցիումի ֆոսֆատը՝ Ca2(PO4)2, որից ստանում են սպիտակ ֆոսֆոր, ֆոսֆորական թթու և ֆոսֆորական պարարտանյութեր։

Իզոտոպներ[խմբագրել]

Բնության մեջ հայտնի են կալցիումի 6 իզոտոպներ. 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca և 48Ca, որոնցից առավել շատ տարածված է 40Ca, կազմում է 96,97 %: Կալցիում միջուկ պարունակում է կախարդական թվով պրոտոններ Z = 20: Իզոտոպներ 40
20
Ca20
և 48
20
Ca28
բնության մեջ ունեն կախարդական ուժ։

Ստացում[խմբագրել]

Կալցիումը ստանում են էլեկտրոլիզի ենթարկելով քլորիդի հալույթը։ Վերջինս ջերմաստիճանը իջեցնելու նպատակով ավելացնում են CaF2, ինչպես նաև : Ալյումինի և կալցիումի օքսիդի փոխազդեցությունից, 1170-1200 °C-ում։

\mathsf{4CaO + 2Al \rightarrow CaAl_2O_4 + 3Ca}

Ֆիզիկական հատկություններ[խմբագրել]

Die chemischen elemente ca.JPG
Calcium 1.jpg

Կալիումը սպիտակ արծաթափայլ, փափուկ մետաղ է։ Հայտնի է ալոտրոպիկ երկու ձևափոխությամբ։ α-ձևի խտությունը 1540 կգ/մ3 է (20 °C-ում): 464 °C-ից բարձր կայուն է β-ձևը, հալման ջերմաստիճանը՝ 851 °C: Բարձր մաքրության կալիումի պլաստիկ է, լավ մամլվում է, գլոցվում և հեշտությամբ մշակվում կտրումով։

Քիմիապես շատ ակտիվ է, միացություններում՝ երկարժեք։ Սովորական ջերմաստիճանում կալիումը հեշտությամբ փոխազդում է օդի թթվածնի և խոնավության հետ, դրա համար էլ այն պահում են փակ, հերմետիկ անոթներում կամ հանքային յուղի մեջ։

Քիմիական հատկություններ[խմբագրել]

Օդում կամ թթվածնի միջավայրում տաքացնելիս կալիումը բոցավառվում է՝ առաջացնելով հիմնական օքսիդը՝ CaO:

\mathsf{2Ca + O_2 \rightarrow 2CaO,}

Հայտնի են նաև կալիումի գերօքսիդները՝ CaO2 և CaC4: Սառը ջրի հետ կալիումը սկզբում փոխազդում է արագ, հետո փոխազդեցությունը դանդաղում է՝ Ca(OH)2 թաղանթի առաջացման պատճառով։

\mathsf{Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2\uparrow.}

Եռանդուն փոխազդում է տաք ջրի և թթուների հետ՝ անջատելով ջրածին (բացի խիտ HNO3-ից): Ֆտորի հետ փոխազդում է սառը պայմաններում, իսկ քլորի և բրոմի հետ՝ 400° C-ից բարձր՝ առաջացնելով համապատասխանաբար կալցիումի ֆտորիդ (CaF2), կալցիումի քլորիդ (CaCl2) և կալցիումի բրոմիդ (CaBr2):

\mathsf{Ca + Br_2 \rightarrow CaBr_2.}

Ծծմբի հետ տաքացնելիս կալիումը առաջացնում է սուլֆիդ՝ CaS, որը, միացնելով ծծումբ, տալիս է բազմասոււֆիդներ (CaS2, CaS4 և այլն): Չոր ջրածնի հետ փոխազդում է 300-400 °C-ում՝ առաջացնելով հիդրիդ՝ CaH2:

\mathsf{Ca + H_2 \rightarrow CaH_2,}

500 °C-ում կալիումը և ագուռը տալիս են Ca3N2 նիտրիդը։ Սառը պայմաններում ամոնիակի հետ կալիումը առաջացնում է Ca[NH3]4 կոմպլեքս միացությունը։ Օդի բացակայությամբ տաքացնելիս ածխածնի, սիլիցիումի և ֆոսֆորի հետ կալիումը առաջացնում է, համապատասխանաբար, կարբիդ (CaC2), սիլիցիդներ (Ca2Si, CaSi, CaSi2) և ֆոսֆիդ (Ca3P2):

\mathsf{Ca + 6B \rightarrow CaB_6,}
\mathsf{3Ca + N_2 \rightarrow Ca_3N_2,}
\mathsf{Ca + 2C \rightarrow CaC_2,}
\mathsf{6Ca + P_4 \rightarrow 2Ca_3P_2.}
\mathsf{2Ca + Si \rightarrow Ca_2Si.}

Միջմետաղական միացություններ է առաջացնում Al-ի, Ag-ի, Au-ի, Cu-ի և այլ մետաղների հետ։ Արտադրության մեջ կալիումը ստացվում է երկու եղանակով.

  • CaO-ի և փոշիացրած Al-ի խառնուրդը 1200 °C-ում, 0,01-0,02 մմ սնդ. ս. ճնշման տակ տաքացնելիս.
\mathsf{CaO + 2Al \rightarrow 3CaO.Al_2O_3 + 3Ca}
  • CaCu-ի և KCl-ի հալույթը հեղուկ պղնձա-կալցիումական կաթոդով էլեկտրոլիզի ենթարկելիս ստանում են Cu-Ca (65% Ca) համաձուլվածքը, որից կալիումը անջատում են՝ թորելով 950-1000 °C-ում, 0,01-0,001 մմ սնդ. ս. ճնշման տակ։ Մաքուր կալիումը կիրառվում է Ս, Th, Cr, V, Zr, Cs, Rb և մի քանի հազվագյուտ հողային տարրեր իրենց միացություններից վերականգնելու, պողպատները, բրոնզը ն այլ համաձուլվածքներ թթվածնազրկելու, նավթամթերքներից ծծումբը հեռացնելու, օրգանական հեղուկները խոնավազրկելու, արգոնը ազոտի խառնուրդից մաքրելու, էլեկտրավակուումային սարքերում գազեր կլանելու համար։
\mathsf{CaH_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2\uparrow,}
\mathsf{Ca_3N_2 + 6H_2O \rightarrow 3Ca(OH)_2 + 2NH_3\uparrow}

Կիրառություն[խմբագրել]

Կալիումի համաձուլվածքները մեծ կիրառություն ունեն տեխնիկայում։

Օրգանիզմում[խմբագրել]

Վիտամին D

Կալիումը կենսածին և կենսական պրոցեսների բնականոն ընթացքի համար անհրաժեշտ տարր է։ Գտնվում է կենդանիների և բույսերի բոլոր հյուսվածքներում։ Որոշ օրգանիզմներում Ca-ի պարունակությունը հասնում է 38 %-ի, մարդու օրգանիզմում՝ 1,4-2 %: Բույսերը Ca ստանում են հողից, կենդանիները՝ կերի և ջրի հետ։

Ca անհրաժեշտ է որոշ բջիջների կառուցվածքի ձևավորման, արտաքին բջջաթաղանթների բնականոն թափանցելիության պահպանման, ձկների և այլ կենդանիների ձվաբջիջների բեղմնավորման, մի քանի ֆերմենտների ակտիվացման համար։ Ca2+ իոններր գրգիռ են հաղորդում մկանաթելին՝ առաջացնելով կծկում, բարձրացնում լեյկոցիտների ֆագոցիտային ֆունկցիան, ակտիվացնում արյան պաշտպանական սպիտակուցների համակարգը, մասնակցում մակարդմանը։

Օրգանիզմում Ca-ի պարունակությունը կարգավորվում է հարվահանագեղձի և վահանագեղձի հորմոններով։ Ca օրգանիզմից արտաթորվում է գլխավորապես աղիքներով։ Ֆոսֆորա-կալցիումական նյութափոխանակությունը խախտվելու դեպքում մատղաշ կենդանիների և երեխաների օրգանիզմում զարգանում է ռախիտ, հասուն կենդանիների օրգանիզմում՝ կմախքի կառուցվածքի և բաղադրության փոփոխություն։ Բժշկության մեջ Ca-ի պատրաստուկները կիրառվում են ալերգիական, ճառագայթային, մաշկային, օրգանիզմում Ca2+ իոնների անբավարարությունից առաջացած փայտացման, սպազմոֆիլիայի, ռախիտի և այլ հիվանդությունների ժամանակ, ինչպես նաև որպես արյունահոսությունը դադարեցնող, սրտամկանի ֆունկցիան կարգավորող, միզամուղ միջոցներ։ Վիրաբուժության մեջ գործածվում է գիպսը (CaSC4), ստամոքսահյութի բարձր թթվության դեպքում՝ կավիճը։

Տես նաև[խմբագրել]

Ծանոթագրություններ[խմբագրել]

  1. Твёрдость по Бринеллю 200-300 МПа
  2. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (en) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02

Գրականություն[խմբագրել]

  • Доронин. Н. А. Кальций, Госхимиздат, 1962. 191 стр. с илл.
  • Rebecca J. Donatelle. Health, The Basics. 6th ed. San Francisco: Pearson Education, Inc. 2005.

Արտաքին հղումներ[խմբագրել]