તત્વ કેલ્શિયમને સમજવું
કેલ્શિયમ (Ca) એ ચાંદી-સફેદ, પ્રમાણમાં નરમ અને પ્રતિક્રિયાશીલ ધાત્વિક તત્વ છે. તે આલ્કલાઇન અર્થ મેટલ છે, જે આવર્ત કોષ્ટકના ગ્રુપ 2 માં આવેલું છે. કેલ્શિયમ પૃથ્વીના પોપડામાં વિપુલ પ્રમાણમાં જોવા મળે છે, જે ઘણીવાર ખનિજ સ્વરૂપોમાં જોવા મળે છે જેમ કે ચૂનાનો પત્થર (કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ), જીપ્સમ (કેલ્શિયમ સલ્ફેટ ડાયહાઇડ્રેટ) અને ફ્લોરાઇટ (કેલ્શિયમ ફ્લોરાઇડ). તેના સંયોજનો વિવિધ જૈવિક અને ઔદ્યોગિક ઉપયોગો માટે આવશ્યક છે. ઉદાહરણ તરીકે, કેલ્શિયમ માનવો અને પ્રાણીઓમાં હાડકાં અને દાંતનો એક મહત્વપૂર્ણ ઘટક છે, અને કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ સિમેન્ટ ઉત્પાદન માટે પ્રાથમિક કાચો માલ છે, જે ભારતમાં એક મહત્વપૂર્ણ ઉદ્યોગ છે.
પરમાણુ ક્રમાંક અને દળ ક્રમાંક
દરેક પરમાણુ તેના પરમાણુ ક્રમાંક (Z) દ્વારા અનન્ય રીતે ઓળખાય છે, જે તેના ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોનની સંખ્યા દર્શાવે છે. દળ ક્રમાંક (A) ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનની કુલ સંખ્યા દર્શાવે છે.
- કેલ્શિયમનો પરમાણુ ક્રમાંક (Z): 20
- કેલ્શિયમના સૌથી સામાન્ય સમસ્થાનિકનો દળ ક્રમાંક (A): 40 (ખાસ કરીને, કેલ્શિયમ-40 માટે, જેને $^{40}\text{Ca}$ તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે)
જ્યારે કેલ્શિયમમાં ઘણા સમસ્થાનિકો હોય છે, ત્યારે કેલ્શિયમ-40 સૌથી વિપુલ પ્રમાણમાં છે, જે કુદરતી રીતે બનતા કેલ્શિયમના 96% થી વધુ હિસ્સો ધરાવે છે.
કેલ્શિયમ પરમાણુમાં પેટા-પરમાણુ કણો
તટસ્થ પરમાણુ માટે, ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા પ્રોટોનની સંખ્યા જેટલી હોય છે. ન્યુટ્રોનની સંખ્યા પરમાણુ ક્રમાંકને દળ ક્રમાંક (A - Z) માંથી બાદ કરીને ગણી શકાય છે.
- પ્રોટોનની સંખ્યા: કેલ્શિયમનો પરમાણુ ક્રમાંક 20 છે, તેથી કેલ્શિયમ પરમાણુમાં 20 પ્રોટોન હોય છે.
- ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા: કારણ કે તટસ્થ કેલ્શિયમ પરમાણુમાં 20 પ્રોટોન હોય છે, તે ધન વીજભારને સંતુલિત કરવા માટે 20 ઇલેક્ટ્રોન પણ ધરાવે છે.
- ન્યુટ્રોનની સંખ્યા: સૌથી સામાન્ય સમસ્થાનિક, કેલ્શિયમ-40 ($^{40}\text{Ca}$) માટે, ન્યુટ્રોનની સંખ્યા 40 (દળ ક્રમાંક) - 20 (પરમાણુ ક્રમાંક) = 20 ન્યુટ્રોન છે.
ઇલેક્ટ્રોન રચના
ઇલેક્ટ્રોન રચના એ પરમાણુના ન્યુક્લિયસની આસપાસના પરમાણુ ઓર્બિટલ્સ અને પેટા-કક્ષાઓમાં ઇલેક્ટ્રોનની ગોઠવણીનું વર્ણન કરે છે. ઇલેક્ટ્રોન આઉફબાઉ સિદ્ધાંત, હુંડના નિયમ અને પાઉલીના અપવર્જન સિદ્ધાંત અનુસાર ઓર્બિટલ્સ ભરે છે.
કેલ્શિયમ માટે, 20 ઇલેક્ટ્રોન સાથે, ઇલેક્ટ્રોન રચના બે રીતે લખી શકાય છે:
-
સંપૂર્ણ ઇલેક્ટ્રોન રચના: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2$
- આ દર્શાવે છે કે:
- 2 ઇલેક્ટ્રોન $1s$ ઓર્બિટલ (K કક્ષા) માં રહેલા છે.
- 2 ઇલેક્ટ્રોન $2s$ ઓર્બિટલ અને 6 ઇલેક્ટ્રોન $2p$ ઓર્બિટલ્સ (L કક્ષા) માં રહેલા છે.
- 2 ઇલેક્ટ્રોન $3s$ ઓર્બિટલ અને 6 ઇલેક્ટ્રોન $3p$ ઓર્બિટલ્સ (M કક્ષા) માં રહેલા છે.
- 2 ઇલેક્ટ્રોન $4s$ ઓર્બિટલ (N કક્ષા) માં રહેલા છે.
- આ દર્શાવે છે કે:
-
નોબલ ગેસ રચના: $[\text{Ar}] 4s^2$
- આ સંક્ષિપ્ત સંકેત આંતરિક કોર ઇલેક્ટ્રોનને રજૂ કરવા માટે અગાઉના નોબલ ગેસ (આર્ગોન, જેમાં 18 ઇલેક્ટ્રોન હોય છે) ના પ્રતીકનો ઉપયોગ કરે છે. આર્ગોનની રચના $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$ છે. કેલ્શિયમ માટે બાકીના 2 ઇલેક્ટ્રોન પછી $4s$ ઓર્બિટલમાં મૂકવામાં આવે છે.
વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન
વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન એ પરમાણુના સૌથી બહારના મુખ્ય ઉર્જા સ્તર (કક્ષા) માં રહેલા ઇલેક્ટ્રોન છે. આ ઇલેક્ટ્રોન મુખ્યત્વે રાસાયણિક બંધનમાં સામેલ હોય છે અને તત્વના રાસાયણિક ગુણધર્મો અને પ્રતિક્રિયાશીલતા નક્કી કરે છે.
કેલ્શિયમ માટે, તેની ઇલેક્ટ્રોન રચના $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2$ ના આધારે:
- સૌથી બહારનું મુખ્ય ઉર્જા સ્તર $n=4$ છે.
- આ $n=4$ કક્ષામાં, $4s$ ઓર્બિટલમાં 2 ઇલેક્ટ્રોન રહેલા છે.
તેથી, કેલ્શિયમમાં 2 વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન છે. જ્યારે કેલ્શિયમ આયનિક સંયોજનો બનાવે છે, ત્યારે આ બે વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન સરળતાથી ગુમાવે છે, જેના કારણે સ્થિર $\text{Ca}^{2+}$ આયન બને છે, જેમ કે રાજસ્થાનમાં રોક ફોસ્ફેટ ડિપોઝિટમાં જોવા મળતા કેલ્શિયમ ફોસ્ફેટ, અથવા દરિયાઈ જીવોના શેલોમાં કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ જેવા સામાન્ય સંયોજનોમાં જોવા મળે છે.