कैल्शियम: गुण, संरचना, प्राप्त करना, उपयोग करता है - रसायन विज्ञान - 2025

कैल्शियम एक क्षारीय पृथ्वी धातु 2 (श्री Becambara) समूह आवर्त सारणी से संबंधित है। यह धातु पृथ्वी की पपड़ी में मौजूद तत्वों के बीच प्रचुर मात्रा में पांचवें स्थान पर है; लोहे और एल्यूमीनियम के पीछे। यह रासायनिक प्रतीक सीए द्वारा दर्शाया गया है, और इसकी परमाणु संख्या 20 है।

कैल्शियम पृथ्वी की पपड़ी का 3.64% का प्रतिनिधित्व करता है और मानव शरीर में सबसे प्रचुर धातु है, जो इसके 2% वजन का प्रतिनिधित्व करता है। वह प्रकृति में स्वतंत्र नहीं है; लेकिन यह कई खनिजों और रासायनिक यौगिकों का हिस्सा है।

ऑक्सीजन और नमी से बचाने के लिए खनिज तेल में संग्रहीत उच्च शुद्धता धातु कैल्शियम। स्रोत: 2 × 910

उदाहरण के लिए, यह खनिज कैल्साइट में पाया जाता है, जो बदले में चूना पत्थर का हिस्सा होता है। कैल्शियम कार्बोनेट पृथ्वी में संगमरमर, डोलोमाइट, अंडेशेल, मूंगा, मोती, स्टैलेक्टाइट्स, स्टैलेग्मिट्स के साथ-साथ कई समुद्री जानवरों या घोंघे के रूप में मौजूद है।

इसके अलावा, कैल्शियम जिप्सम, एनहाइड्राइट, फ्लोराइट और एपेटाइट जैसे अन्य खनिजों का हिस्सा है। यह आश्चर्य की बात नहीं है कि यह सांस्कृतिक स्तर पर हड्डियों का पर्याय है।

हवा के संपर्क में आने पर, कैल्शियम एक पीले रंग की कोटिंग के साथ कवर हो जाता है, कैल्शियम ऑक्साइड, नाइट्राइड और हाइड्रॉक्साइड के मिश्रण का उत्पाद। हालांकि, ताजा कटौती, सतह चमकदार, चांदी-सफेदी है। यह 1.75 के मोह पैमाने पर कठोरता के साथ नरम है।

कैल्शियम जीवित प्राणियों में कई कार्य करता है, उनमें से यह उन यौगिकों का हिस्सा है जो हड्डी प्रणाली की संरचना और कामकाज को निर्धारित करते हैं; यह फैक्टर IV के रूप में पहचाने जाने वाले कई जमावट कारकों को सक्रिय करके जमावट कैस्केड में हस्तक्षेप करता है।

इसके अलावा, कैल्शियम मांसपेशियों के संकुचन में शामिल होता है, जिससे सिकुड़ा हुआ प्रोटीन (एक्टिन और मायोसिन) का मिलन होता है; और एसिटाइलकोलाइन सहित कुछ न्यूरोट्रांसमीटर की रिहाई की सुविधा देता है।

रासायनिक रूप से यह लगभग हमेशा अपने कार्बनिक या अकार्बनिक यौगिकों में भाग लेता है जैसे कि द्विसंयोजक कटियन सीए ²⁺ । यह उच्चतम समन्वय संख्या वाले उद्धरणों में से एक है, अर्थात, यह एक ही समय में कई अणुओं या आयनों के साथ बातचीत कर सकता है।

इतिहास

प्राचीन समय में

कैल्शियम यौगिक जैसे कि चूना (CaO) या जिप्सम (CaSO ₄) का उपयोग मनुष्य द्वारा सहस्राब्दी के लिए किया गया है, उनकी रासायनिक संरचना को अनदेखा करते हुए। एक निर्माण सामग्री के रूप में चूना और मूर्तियां बनाने के लिए प्लास्टर का उपयोग 7,000 साल ईसा पूर्व किया गया था

मेसोपोटामिया में एक चूना भट्ठा पाया गया था जिसका उपयोग 2,500 ईसा पूर्व में किया गया था। निकट समय में, गीज़ा के महान पिरामिड के निर्माण के दौरान प्लास्टर का उपयोग किया गया था।

पहचान और अलगाव

जोसेफ ब्लैक (1755) ने बताया कि चूना पत्थर (कैल्शियम कार्बोनेट) की तुलना में हल्का होता है जो इसे मूल बनाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि यह हीटिंग के दौरान कार्बन डाइऑक्साइड खो देता है।

एंटोनी लावोइज़र (1787) ने निष्कर्ष निकाला कि चूना एक अज्ञात रासायनिक तत्व का ऑक्साइड होना चाहिए।

सर हम्फ्री डेवी (1808) ने जिस साल बोरॉन की खोज की, ठीक उसी तरह इलेक्ट्रोलिसिस तकनीक का उपयोग करने वाले कैल्शियम के साथ भी किया, जिसका इस्तेमाल जकार बरजेलियस और मैग्नस मार्टिन ने किया था।

डेवी ने एक ही प्रयोगात्मक डिजाइन का उपयोग करके कैल्शियम और मैग्नीशियम को अलग कर दिया। उन्होंने एक प्लैटिनम प्लेट पर पारा (II) ऑक्साइड के साथ कैल्शियम ऑक्साइड को मिलाया, जिसका उपयोग एनोड (+) के रूप में किया गया, जबकि कैथोड (-) एक प्लैटिनम तार था जो आंशिक रूप से पारा में डूबा हुआ था।

इलेक्ट्रोलिसिस ने कैल्शियम और पारा के एक मिश्रण का उत्पादन किया। कैल्शियम को शुद्ध करने के लिए, अमलगम को आसवन के अधीन किया गया था। हालांकि, शुद्ध कैल्शियम प्राप्त नहीं हुआ था।

गुण

भौतिक वर्णन

सिलवे-वाइटिश मेटल, हवा के संपर्क में आने पर भूरा-सफेद रंग में बदल जाता है। नम हवा में यह नीले-भूरे रंग के बादल पर होता है। ठोस या सूखा चूर्ण। क्रिस्टल संरचना चेहरे पर केंद्रित है।

परमाण्विक भार

40.078 जी / मोल।

गलनांक

842 डिग्री सेल्सियस।

क्वथनांक

1,484 ° सें।

घनत्व

कमरे के तापमान पर -1.55 ग्राम / सेमी ³ ।

पिघलने बिंदु पर तरल अवस्था में -1.378 ग्राम / सेमी ³ ।

फ्यूजन की गर्मी

8.54 केजे / मोल।

वाष्पीकरण का ताप

154.7 केजे / मोल।

मोलर कैलोरी क्षमता

25.929 J / (मोल · K)।

विशिष्ट कैलोरी क्षमता

0.63 जे / जीके

वैद्युतीयऋणात्मकता

1.0 पॉलिंग पैमाने पर

आयनीकरण ऊर्जा

-फर्स्ट आयनीकरण 589.8 kJ / mol

-सेकंड आयनीकरण 1,145 केजे / मोल

-थायराइड आयनीकरण 4.912 kJ / mol

-Fourth आयनीकरण 6,490.57 kJ / mol और 4 अधिक आयनीकरण ऊर्जा हैं।

परमाणु रेडियो

197 बजे

सहसंयोजक त्रिज्या

176 pm 10 बजे

तापीय प्रसार

20 ° C पर 22.3.3m / m · K

तापीय चालकता

201 डब्ल्यू / एम के

विधुतीय प्रतिरोधकर्ता

20 ° C पर 336 nΩ · m।

कठोरता

मोहस पैमाने पर 1.75।

आइसोटोप

कैल्शियम में 6 प्राकृतिक आइसोटोप हैं: ⁴⁰ सीए, ⁴² सीए, ⁴³ सीए, ⁴⁴ सीए, ⁴⁶ सीए और ⁴⁸ सीए, और 19 रेडियोधर्मी सिंथेटिक आइसोटोप। सबसे प्रचुर आइसोटोप ⁴⁰ सीए (96.94%), ⁴⁴ सीए (2.086%) और ⁴² सीए (0.647%) हैं।

जेट

कैल्शियम पानी के साथ अनायास प्रतिक्रिया करता है, जिससे कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड और हाइड्रोजन गैस का उत्पादन होता है। हवा में ऑक्सीजन और नाइट्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करता है, क्रमशः कैल्शियम ऑक्साइड और कैल्शियम नाइट्राइड का उत्पादन करता है। विभाजन करते समय, यह अनायास हवा में जलता है।

जब कैल्शियम को गर्म किया जाता है, तो यह हाइड्रोजन के साथ एक हलाइड बनाने के लिए प्रतिक्रिया करता है। यह हलोजन बनाने के लिए सभी हलोजन के साथ प्रतिक्रिया भी करता है। यह बोरान, सल्फर, कार्बन और फॉस्फोरस के साथ भी प्रतिक्रिया करता है।

कैल्शियम की संरचना और इलेक्ट्रॉन विन्यास

कैल्शियम परमाणुओं को धातु के बंधन से जोड़ा जाता है, जो इलेक्ट्रॉनों के ज्वार में अपने दो वैलेंस इलेक्ट्रॉनों का योगदान करते हैं। इस प्रकार, सीए परमाणुओं और परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉनिक बैंड के बीच की बातचीत एक क्रिस्टल को चेहरे पर केंद्रित क्यूबिक संरचना (ccc, स्पेनिश में; या एफसीसी, अंग्रेजी में फेस-केंद्रित क्यूबिक के साथ परिभाषित करने के लिए समाप्त होती है)।

यदि यह कैल्शियम सीसी क्रिस्टल 450 डिग्री सेल्सियस के आसपास के तापमान पर गर्म होता है, तो यह एचसीपी चरण (कॉम्पैक्ट हेक्सागोनल, या निकटतम पैक हेक्सागोनल) के लिए एक संक्रमण से गुजरता है। दूसरे शब्दों में, संरचना घनीभूत हो जाती है, जैसे कि इलेक्ट्रॉनों की गति और परमाणुओं के कंपन ने उन्हें अलग करने वाली दूरी को संकुचित कर दिया।

कैल्शियम परमाणु में निम्नलिखित इलेक्ट्रॉनिक विन्यास हैं:

4s ²

जो यह समझाएगा कि इस धातु के लिए दो वैलेंस इलेक्ट्रॉन इसके सबसे बाहरी 4 नक्षत्र कक्ष से आते हैं। जब यह उन्हें खो देता है, तो शिवलिंग काशन सीए ^{2+ बनता है}, महान गैस आर्गन के लिए इयोइलेक्ट्रोनिक; अर्थात, Ar और Ca ²⁺ में इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान है।

यह कैल्शियम का 4 वा ऑर्बिटल्स है जो इन क्रिस्टलों के वैलेंस बैंड को स्थापित करने के लिए संयोजित होता है। वही खाली 4p ऑर्बिटल्स के साथ होता है, जो एक चालन बैंड स्थापित करता है।

प्राप्त

पिघले हुए कैल्शियम क्लोराइड के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा व्यावसायिक रूप से कैल्शियम का उत्पादन किया जाता है। इलेक्ट्रोड पर निम्नलिखित प्रतिक्रियाएं होती हैं:

एनोड पर: 2Cl ^- (l) => Cl ₂ (g) + 2e ^-

आयनिक कैल्शियम से इलेक्ट्रॉनों को कैप्चर करके कैथोड पर एक धातु के रूप में कैल्शियम जमा किया जाता है।

कैथोड पर: Ca ²⁺ (l) + 2 e ^- => Ca (s)

छोटे पैमाने पर, एल्यूमीनियम के साथ कैल्शियम ऑक्साइड या धातु सोडियम के साथ कैल्शियम क्लोराइड को कम करके कैल्शियम का उत्पादन किया जा सकता है।

6 सीएओ + 2 अल => 3 सीए + सीए ₃ अल ₂ ओ ₆

CaCl ₂ + 2 Na => Ca + NaCl

अनुप्रयोग

मौलिक कैल्शियम

कैल्शियम का उपयोग ग्लास बल्ब के निर्माण में एक योज्य के रूप में किया जाता है, इसके प्रारंभिक विनिर्माण चरण के दौरान बल्ब में जोड़ा जाता है। इसे अंत में भी जोड़ा जाता है ताकि यह बल्ब के अंदर छोड़ी गई गैसों के साथ मिल जाए।

इसका उपयोग तांबा और स्टील जैसी धातुओं के उत्पादन में एक विघटनकारी के रूप में किया जाता है। कैल्शियम और सीज़ियम के मिश्रधातु का उपयोग स्पार्क्स को उत्पन्न करने के लिए प्रकाशकों के प्रवाह में किया जाता है। कैल्शियम एक कम करने वाला एजेंट है, लेकिन इसमें डीऑक्सिडेशन और डीऑक्सिडेशन एप्लिकेशन भी हैं।

कैल्शियम का उपयोग उनके ऑक्साइड से क्रोमियम, थोरियम, यूरेनियम, ज़िरकोनियम और अन्य जैसे धातुओं की तैयारी में किया जाता है। यह एल्यूमीनियम, तांबा, सीसा, मैग्नीशियम और अन्य आधार धातुओं के लिए एक मिश्र धातु एजेंट के रूप में उपयोग किया जाता है; और कुछ उच्च तापमान मिश्र धातुओं के लिए एक डीऑक्सिडाइज़र के रूप में।

सीसा (0.04%) के साथ मिश्रधातु में कैल्शियम टेलीफोन केबल के लिए एक म्यान का काम करता है। यह मिश्र धातु में ऑर्थोपेडिक प्रत्यारोपण में मैग्नीशियम के साथ उनके जीवन को लम्बा करने के लिए उपयोग किया जाता है।

कैल्शियम कार्बोनेट

यह सिरेमिक, कांच, प्लास्टिक और पेंट में भराव सामग्री है, साथ ही साथ चूने के उत्पादन के लिए एक कच्चा माल है। उच्च शुद्धता वाले सिंथेटिक कार्बोनेट का उपयोग औषधीय रूप से एंटासिड और आहार कैल्शियम पूरक के रूप में किया जाता है। इसका उपयोग भोजन में एक योज्य के रूप में भी किया जाता है।

कैल्शियम ऑक्साइड

निर्माण उद्योग में कैल्शियम ऑक्साइड का उपयोग दीवारों के लिबास में किया जा रहा है। इसे कंक्रीट में भी शामिल किया गया है। 19 वीं शताब्दी में, कैल्शियम ऑक्साइड के ब्लॉक तीव्र सफेद रोशनी के साथ चरणों को रोशन करने के लिए जलाए गए थे।

चूने (फिर से, कैल्शियम ऑक्साइड) का उपयोग इस्पात से लौह सामग्री में मौजूद सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO ₂) जैसे अवांछित घटकों को हटाने के लिए किया जाता है । प्रतिक्रिया का उत्पाद कैल्शियम सिलिकेट (CaSiO ₃) है जिसे "स्लैग" कहा जाता है।

चूना पानी के साथ मिलकर कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड बनाता है; यह यौगिक टैंकों के नीचे की अशुद्धियों को खींचता है और डूबता है।

कारखानों से धुएं को खत्म करने के लिए चिमनी के इंटीरियर को चूने के साथ पंक्तिबद्ध किया जाता है। उदाहरण के लिए, यह सल्फर डाइऑक्साइड (एसओ ₂) को पकड़ता है, जो एसिड वर्षा में योगदान देता है, और इसे कैल्शियम सल्फाइट (सीएएसओ ₃) में बदल देता है।

कैल्शियम क्लोराइड

कैल्शियम क्लोराइड का उपयोग सड़कों पर बर्फ को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है; टमाटर में मौजूद कंडिशनर के लिए कंडीशनर; कार और ट्रक निकायों का निर्माण।

कैल्शियम सल्फेट

इसे आमतौर पर CaSO ₄ · 2H ₂ O (जिप्सम) के रूप में प्रस्तुत किया जाता है, जिसे मिट्टी के कंडीशनर के रूप में उपयोग किया जाता है। कैलक्लाइंड जिप्सम का उपयोग टाइल, बोर्ड और स्लैट्स के निर्माण में किया जाता है। इसका उपयोग अस्थि भंग के स्थिरीकरण के लिए भी किया जाता है।

कैल्शियम फॉस्फेट

कैल्शियम फॉस्फेट प्रकृति में विभिन्न रूपों में पाए जाते हैं और उर्वरकों के रूप में उपयोग किए जाते हैं। अम्लीय कैल्शियम नमक (CaH ₂ PO ₄) का उपयोग प्लास्टिक के लिए उर्वरक और स्टेबलाइजर के रूप में किया जाता है। कैल्शियम फॉस्फेट को हड्डी के ऊतकों के हिस्से के रूप में पाया जाता है, विशेष रूप से हाइड्रॉक्सीपैटाइट के रूप में।

अन्य कैल्शियम यौगिक

विभिन्न अनुप्रयोगों के साथ कई कैल्शियम यौगिक हैं। उदाहरण के लिए, कैल्शियम कार्बाइड का उपयोग एसिटिलीन प्राप्त करने के लिए किया जाता है, जिसका उपयोग वेल्डिंग मशालों में किया जाता है। कैल्शियम एल्गिनेट का उपयोग आइसक्रीम जैसे खाद्य उत्पादों में एक गाढ़ा करने वाले एजेंट के रूप में किया जाता है।

कैल्शियम हाइपोक्लोराइट का उपयोग एक विरंजन एजेंट, दुर्गन्ध, कवकनाशी और शैवाल के रूप में किया जाता है।

कैल्शियम परमैंगनेट एक रॉकेट प्रोपेलेंट तरल है। इसका उपयोग जल शोधन एजेंट के रूप में, और कपड़ा उत्पादन में भी किया जाता है।

जैविक क्रिया

जीवित प्राणियों में कैल्शियम कई कार्यों को पूरा करता है:

-यह फैक्टर IV के रूप में जमावट कैस्केड में हस्तक्षेप करता है।

-यह थ्रोम्बिन सहित कई जमावट कारकों की सक्रियता के लिए आवश्यक है।

- कंकाल की मांसपेशी में, कैल्शियम मांसपेशियों के संकुचन पर एक प्रोटीन प्रणाली की निरोधात्मक कार्रवाई जारी करता है, जिससे एक्टिन-मायोसिन पुलों का निर्माण होता है, जो संकुचन का कारण बनता है।

-उपयोगी कोशिकाओं के आयनिक चैनलों को स्थिर करता है। हाइपोकैल्सीमिया में, सोडियम चैनल सक्रिय होते हैं, जो सोडियम को कोशिकाओं में प्रवेश करने का कारण बनता है, एक निरंतर संकुचन (टेटनी) पैदा करता है जो घातक हो सकता है।

-इसके अलावा, कैल्शियम प्रीसिनेप्टिक टर्मिनलों पर न्यूरोट्रांसमीटर एसिटाइलकोलाइन की रिहाई का पक्षधर है।

जोखिम और सावधानियां

पानी के साथ बाहरी रूप से प्रतिक्रिया करता है। इसलिए, एक बार निगले जाने पर मुंह, ग्रासनली या पेट में गंभीर चोट लग सकती है।

श्रमिकों को इस जोखिम से उन स्थानों पर अवगत कराया जाता है जहां तत्व कैल्शियम का उत्पादन होता है या वे जहां धातु लागू होती है। सावधानी से अपने आप को मास्क के साथ सुरक्षित करना है जो धूल, कपड़े और पर्याप्त वेंटिलेशन की सांस लेने से बचते हैं।

हाइपरलकसीमिया बेहद खतरनाक है और मुख्य रूप से पैराथाइरॉइड हार्मोन के अत्यधिक स्राव या विटामिन डी के अत्यधिक सेवन के कारण हो सकता है। कैल्शियम का अत्यधिक सेवन, उदाहरण के लिए 2.5 ग्राम / दिन से अधिक, शायद ही कभी हाइपरलकसीमिया का कारण होता है। ।

अतिरिक्त कैल्शियम गुर्दे में पथरी और गुर्दे के नेफ्रोसिस का कारण बनता है। इसके अलावा, रक्त वाहिकाओं की दीवारों में कैल्शियम का संचय उनकी लोच को संशोधित करता है, जो उच्च रक्तचाप, धीमा रक्त प्रवाह और घनास्त्रता का कारण हो सकता है।

एक बुनियादी एहतियात प्रयोगशाला परीक्षणों में कैल्केमिया का समावेश है, क्योंकि चिकित्सक रोगी के लक्षणों में उन विशेषताओं को देखता है जो उसे हाइपरकेलेसीमिया पर संदेह करते हैं और उचित उपचार शुरू करते हैं।

संदर्भ

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