कैल्शियम चक्र: विशेषताओं, चरणों और महत्व - रसायन विज्ञान - 2025

कैल्शियम चक्र परिसंचरण और इस तत्व की धरती पर भंडारण, जीवित प्राणियों, स्थलमंडल और जलमंडल शामिल है। यह एक अवसादी जैव-रासायनिक चक्र है जिसमें कैल्शियम एक क्षारीय पृथ्वी नरम धातु के रूप में घूमता है, जिसमें गैसीय अवस्था का अभाव होता है।

कैल्शियम के अधिक प्रसार का चरण जैविक है, क्योंकि यह जीवित प्राणियों द्वारा सेवन किया जाता है और उनकी संरचनाओं और चयापचय में उपयोग किया जाता है। एक बार जीवित प्राणी मृत हो जाने के बाद, कैल्शियम को भौतिक वातावरण में मिट्टी और सीबेड के हिस्से के रूप में पुनर्जीवित किया जाता है।

कैल्शियम। स्रोत: पंबा (ग्रेग रॉबसन द्वारा मूल कार्य) / CC BY-SA 2.0 UK (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/uk/deed.en)

विशेष रूप से समुद्र के किनारे और महान झीलों में गोले और हड्डियों के व्यापक भंडार हैं। ये संरचनाएं तलछट के साथ मिश्रित होती हैं और लाखों वर्षों से क्रमिक परतों द्वारा कवर की जाती हैं।

तलछट की निचली परतें तलछटी चट्टानों को बनाने वाले उच्च दबावों के अधीन होती हैं जो तब स्थलीय वैज्ञानिक प्रक्रियाओं के कारण सतह के संपर्क में होती हैं। उजागर चट्टानों को अपक्षय और क्षरण के अधीन किया जाता है, कैल्शियम को मुक्त किया जाता है जो मिट्टी में एकीकृत होता है या धोया जाता है।

मिट्टी में यह मुख्य रूप से पौधों की जड़ों और समुद्र में फाइटोप्लांकटन और अन्य जीवों द्वारा अवशोषित किया जाता है। कैल्शियम का उपयोग विभिन्न संरचनात्मक और चयापचय उद्देश्यों के लिए किया जाता है, उदाहरण के लिए गोले का निर्माण।

कैल्शियम चक्र महत्वपूर्ण है क्योंकि यह इस तत्व को अपने विभिन्न चरणों में, विभिन्न कार्यों को पूरा करने की अनुमति देता है। इस प्रकार, रहने वाले जीवों की संरचना का हिस्सा, स्थलीय राहत के गठन में भाग लेता है, मिट्टी और पानी के पीएच को नियंत्रित करता है और मानव उद्योग के लिए कच्चे माल के रूप में कार्य करता है।

सामान्य विशेषताएँ

- कैल्शियम

कैल्शियम (सीए) एक क्षारीय पृथ्वी नरम धातु है जिसमें परमाणु संख्या 20 और परमाणु द्रव्यमान 40.078 है, जिसका साधारण राज्य ठोस है। एसिड के संपर्क में आने पर हिंसक प्रतिक्रिया करते हुए मजबूत आक्साइड के रूप में कार्य करने वाले ऑक्साइड।

- आपका चक्र

कैल्शियम एक तलछटी प्रकार के जैव-रासायनिक चक्र को पूरा करता है, क्योंकि इसमें गैस चरण का अभाव होता है और सबसे बड़ा भंडार स्थलमंडल में होता है। यह कार्बन, पानी और फास्फोरस चक्रों से निकटता से संबंधित है।

चट्टान का कटाव

चक्र का विकास कैलकेरस चट्टानों के अपक्षय और क्षरण से होता है जो मिट्टी में जमा कैल्शियम को छोड़ देते हैं। इसी तरह, इसे बहते पानी में नदियों, झीलों और महासागरों में विसर्जित किया जा सकता है।

जब वर्षा का पानी वायुमंडलीय CO2 के संपर्क में आता है, तो यह H2CO3 बनाता है जो कि चूना पत्थर की चट्टान को घोलता है, Ca2 + और HCO3- को छोड़ता है। दूसरी ओर, वर्षाजल द्वारा किया गया CO2 अघुलनशील कार्बोनेट को घुलनशील बाइकार्बोनेट में बदल देता है।

जीवित प्राणियों द्वारा अवशोषण और उपयोग

मिट्टी में कैल्शियम (Ca2 +) पौधों द्वारा और जलीय जीवों द्वारा जल निकायों में अवशोषित किया जाता है। कैल्शियम शरीर में विभिन्न चयापचय कार्यों को पूरा करता है और जब जीव मर जाते हैं, तो यह नदियों, झीलों और महासागरों में अपवाह जल द्वारा किए गए भौतिक वातावरण में लौटता है।

पत्थर का गठन

जानवरों के कंकाल (आंतरिक और बाहरी या गोले) तलछट के हिस्से के रूप में सीबेड पर जमा किए जाते हैं। तलछट परतों को कवर किया जाता है और लाखों साल से अधिक समय के लिए शांत हो जाता है।

कल्चरल चट्टानें। स्रोत: Ferdous / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

बाद में डायस्ट्रोफिक प्रक्रियाएं (पृथ्वी की पपड़ी की दरारें और ऊपर की ओर गति) चट्टानों को सतह पर उजागर करती हैं। इस तरह से चक्र बंद हो जाता है, क्योंकि चट्टानें फिर से अपक्षय (जलवायु तत्वों की कार्रवाई) होती हैं और अपक्षय और क्षय हो जाती हैं।

कैल्शियम चक्र के चरण

कैल्शियम जो अपने भंडारण और परिसंचरण चक्र में गुजरता है, वह डिब्बों द्वारा दिया जाता है जिसमें ये प्रक्रियाएं होती हैं। ये पृथ्वी के मेंटल (लिथोस्फीयर), पानी के शरीर (जलमंडल) और जीवित जीवों का हिस्सा हैं।

- भूवैज्ञानिक चरण

भूगर्भीय अवस्था में, पपड़ी और मेंटल में संकलित, यह वह जगह है जहां कैल्शियम भंडारण की सबसे बड़ी मात्रा पाई जाती है। पृथ्वी के क्रस्ट का 3.5% भाग, कैल्शियम, लिथोस्फीयर में पांचवां सबसे प्रचुर तत्व है।

यह चट्टानों का हिस्सा है जैसे चूना पत्थर, डोलोमाइट, मार्ल और संगमरमर, जबकि चूना पत्थर और डोलोमाइट पूरे ग्रह में विशाल पर्वत श्रृंखला बनाते हैं। उसी तरह, यह अन्य प्राकृतिक यौगिकों जैसे जिप्सम और अल्बास्टर (कैल्शियम सल्फेट) का हिस्सा है।

खनिज रूप में, इसे कैल्शियम कार्बोनेट (CaCO3) के रूप में कैल्साइट, डोलोमाइट और अन्य क्रिस्टलीय रूपों से प्राप्त किया जाता है जैसे कि अर्गोनाइट।

चूना पत्थर

यह एक बहुत ही प्रचुर प्रकार की तलछटी चट्टान है जो प्राचीन समुद्री या लैक्ज़ाइनिन जमा (झीलों) से उत्पन्न होती है, जो 99% कैल्शियम कार्बोनेट से बना है। ये चट्टानें क्षैतिज स्तर का निर्माण करती हैं या डायस्ट्रोफिक आंदोलनों द्वारा विकृत होती हैं और उनका अपक्षय कैल्शियम से समृद्ध बुनियादी मिट्टी (पीएच 7 या उच्चतर) में तटस्थता को जन्म देता है।

डोलोमाइट

इसमें रासायनिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया द्वारा उथले समुद्री जमाव में निर्मित तलछटी चट्टान होती है। इस मामले में, मैग्नीशियम खनिज संरचना में भाग लेता है, जिससे डोलोमाइट या कैल्शियम मैग्नीशियम कार्बोनेट (सीएएमजी (सीओ 3) 2) बनता है।

Margas

वे कैल्शियम कार्बोनेट और शेष मिट्टी के 1/3 से 2/3 द्वारा निर्मित तलछटी चट्टानें हैं। ये चट्टानें शुष्क क्षेत्रों में बची रहती हैं, क्योंकि वे पानी के कटाव के लिए अतिसंवेदनशील होती हैं।

संगमरमर

यदि चूना पत्थर की चट्टानों को उच्च तापमान के अधीन किया जाता है और पृथ्वी की पपड़ी की गहरी परतों में दबाव बनता है, तो संगमरमर का निर्माण होता है। यह एक बहुत ही कॉम्पैक्ट मेटामॉर्फिक रॉक है जिसमें उच्च स्तर का क्रिस्टलीकरण होता है।

- हाइड्रोलॉजिकल अवस्था

कैल्शियम को क्लोराइड (इस माध्यम में सबसे प्रचुर मात्रा में आयन) और कैल्शियम कार्बोनेट के रूप में नदियों, झीलों और महासागरों में कैल्शियम भंग किया जाता है। महासागरों में, कैल्शियम कार्बोनेट (CaCO3) 4,500 मीटर से कम गहराई पर स्थिर है।

इस माध्यम में कैल्शियम जीवित जीवों और सीबड पर चूना पत्थर जमा में पाया जाता है। यह कार्बोनेट मुआवजे की गहराई सीमा है, जिसके बाद CaCO3 घुल जाता है और चूना पत्थर जमा नहीं करता है।

- जैविक अवस्था

मिट्टी से जड़ों तक कैल्शियम की आवाजाही। जाइलम से पौधे की पत्तियों तक। धृति / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

इस स्तर पर, कैल्शियम चक्र जीवित प्राणियों के लिए महत्वपूर्ण होने के नाते, अपने सबसे बड़े संचलन तक पहुंचता है क्योंकि Ca2 + आयन के रूप में यह कोशिका झिल्ली के विनिमय तंत्र का हिस्सा है। दूसरी ओर, यह हड्डियों, दांतों, अंडे के छिलके और गोले का एक आवश्यक घटक है।

Bivalves में कैल्शियम के गोले। स्रोत:

इस तरह, कैल्शियम जीवमंडल में घूमता है और जब जीव मर जाते हैं, तो यह समय के साथ नई चट्टानें बनाने के लिए तलछट में लौट आता है।

मनुष्य

कैल्शियम चक्र के जैविक चरण का एक उत्कृष्ट तत्व कच्चे माल के रूप में इस तत्व का उपयोग करने में मानव की भूमिका है। इस तत्व को विभिन्न तरीकों से बड़ी मात्रा में निकाला, पहुंचाया और उपयोग किया जाता है।

ओपन पिट खानों में, चूना पत्थर को एक निर्माण तत्व के रूप में उपयोग करने या इसे पीसने और इसे औद्योगिक कच्चे माल के रूप में उपयोग करने के लिए निकाला जाता है। उर्वरकों और अन्य उत्पादों को तैयार करने के लिए गोले भी जमीन हैं।

फोरामिनिफेरा और मोलस्क के गोले

इन जानवरों के गोले कैल्शियम कार्बोनेट से बने होते हैं, जिन्हें कैल्साइट या आर्गनाईट के रूप में क्रिस्टलीकृत किया जाता है। ये एक ही रचना के दो खनिज रूप हैं (CaCO3) लेकिन जो अलग ढंग से क्रिस्टलीकृत होते हैं।

मोलस्क, विशेष कोशिकाओं द्वारा स्रावित कैल्शियम के तरल रूप से अपने गोले बनाते हैं। खोल की अंतरतम परत कोचीनोलिन प्रोटीन के साथ मिश्रित आर्गेनाइट क्रिस्टल से बनी हुई नाक है।

महत्त्व

कैल्शियम का संचलन, इसके चारित्रिक चक्र को बनाते हुए, इस तत्व को जीवित प्राणियों के लिए उपलब्ध कराना आवश्यक है। उन प्रक्रियाओं के लिए धन्यवाद जो चट्टानों से कैल्शियम छोड़ते हैं और इसे प्रसारित करते हैं, जीवन मौजूद है जैसा कि हम जानते हैं।

- जीवन के लिए आवश्यक तत्व

कैल्शियम जीवन के लिए आवश्यक है, क्योंकि यह एक संरचनात्मक और एक चयापचय तत्व दोनों है। संरचनात्मक रूप से, यह आंतरिक और बाहरी दोनों कंकालों की रचना में एक बुनियादी हिस्सा है।

बोनी जानवरों में, कैल्शियम हड्डियों का मुख्य घटक (आंतरिक कंकाल) है, दांतों का भी। फोरामिनिफेरा (प्रोटिस्ट) और मोलस्क (घोंघे और बिलेव्स) में यह बाहरी कंकाल, यानी गोले के निर्माण के लिए मुख्य घटक है।

उपापचय

कैल्शियम कोशिका झिल्ली में एक परिवहन एजेंट है, इसलिए यह चयापचय में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। कोशिका झिल्ली में कैल्शियम चैनल होते हैं जो कोशिकाओं में इस तत्व के निष्क्रिय प्रवेश की अनुमति देते हैं।

कैल्शियम चैनल। स्रोत: उलरिक फ़ॉर्स्टरमैन - एल्सेवियर जीएमबीएच / पब्लिक डोमेन

यह सेल के अंदर और बाहर के बीच कैल्शियम सांद्रता के संबंध को नियंत्रित करता है, विभिन्न चयापचय प्रक्रियाओं को सक्रिय करता है। उदाहरण के लिए, ये तंत्र तंत्रिका और पेशी प्रणाली के कामकाज के लिए आवश्यक हैं और इसलिए हृदय समारोह में एक प्रासंगिक भूमिका निभाते हैं।

- भोजन और स्वास्थ्य

मानव दृष्टिकोण से, कैल्शियम चक्र भोजन और मानव स्वास्थ्य के लिए इस तत्व को उपलब्ध करना संभव बनाता है। इन सबसे ऊपर यह बच्चों के लिए डेयरी खाद्य पदार्थों के उत्पादन और तैयारी में आवश्यक है।

इसी प्रकार, औषधीय प्रयोजनों के लिए इसका अंतर्ग्रहण कैल्शियम की कमी से होने वाली बीमारियों जैसे ऑस्टियोपोरोसिस के उपचार में किया जाता है। हड्डियों से कमजोर होने वाली यह बीमारी खासकर उम्रदराज लोगों में, खासकर महिलाओं में गंभीर है।

- मोती

जब एक विदेशी निकाय सीप पर हमला करता है, तो वह इसे माँ-मोती के साथ कवर करता है और इस तरह एक मोती बनता है। मोती दुनिया भर के गहने बाजार में उच्च मूल्यों तक पहुंचते हैं।

- औद्योगिक कच्चा माल

चूना पत्थर का उपयोग औद्योगिक रूप से विभिन्न प्रयोजनों के लिए किया जाता है, उदाहरण के लिए सीमेंट का निर्माण। साथ ही इन पत्थरों का उपयोग सीधे निर्माण सामग्री के रूप में किया जाता है, उनकी आसान नक्काशी के कारण।

इसके अलावा, कैल्शियम का उपयोग डिओक्सीडाइज़र के रूप में और विभिन्न प्रक्रियाओं में एजेंट को कम करने के लिए किया जाता है, खासकर धातुकर्म उद्योग में।

चूना

क्विकटाइम के रूप में, जिसे बिल्डिंग लाइम भी कहा जाता है, वे कैल्शियम ऑक्साइड हैं जो निर्माण में बांधने की मशीन और कोटिंग के रूप में उपयोग किए जाते हैं। उसी तरह, इसका उपयोग साबुन, कागज, कांच, रबर के निर्माण और चमड़े की टैनिंग में किया जाता है।

इसी तरह, खाद्य उद्योग और जल उपचार में इसके विभिन्न उपयोग हैं। जबकि चूना चूना या कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड के रूप में, इसका उपयोग उद्योग और कृषि में भी किया जाता है।

- मृदा पीएच विनियमन

मिट्टी में कैल्शियम ऑक्साइड की सामग्री पीएच के विनियमन को प्रभावित करती है। कृषि में मिट्टी का अम्लता को कम करने के लिए कृषि संशोधन के रूप में उपयोग किया जाता है और उर्वरक के रूप में भी उपयोग किया जाता है।

- पानी या कठोर पानी

जब पानी कैल्शियम और मैग्नीशियम से भरपूर वातावरण में फैलता है, तो यह इन तत्वों के लवण को घोल देता है और इसे वातहर या कठोर पानी के रूप में जाना जाता है। पानी की गुणवत्ता की सीमा 120 मिलीग्राम सीएसीओ 3 / लीटर है, जिसके ऊपर पानी कठोर माना जाता है।

उच्च कैल्शियम सामग्री वाला पानी स्वास्थ्य समस्याओं का कारण बन सकता है, विशेष रूप से हृदय प्रणाली से संबंधित। इसके अलावा, कठोर पानी उन पाइपों में कैल्केयर जमा करता है जो परिसंचरण में बाधा डालते हैं।

- कैलकेरियस गुफाएं और एक्वीफर्स

कैल्केरियस चट्टानों में, हाइड्रोजिक क्षरण अक्सर दिलचस्प आंतरिक विन्यास के साथ भूमिगत गुफा प्रणाली बनाता है। इनमें से, इन गुफाओं की छतों पर लीक से कैल्शियम कार्बोनेट जमा होने के कारण स्टैलेक्टाइट्स और स्टैलेग्माइट्स का निर्माण होता है।

ये कैल्केरियास सिस्टम अपने छिद्र के कारण भूजल के फ़िल्टरिंग कार्य भी करते हैं, जिससे एक्वीफ़र्स का निर्माण होता है।

संदर्भ

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