કેલ્શિયમનો પરિચય
કેલ્શિયમ, જે Ca પ્રતીક દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે, તે 20 પરમાણુ સંખ્યા ધરાવતી આલ્કલાઇન અર્થ મેટલ છે. તે ચાંદી-સફેદ, પ્રમાણમાં નરમ ધાતુ છે જે અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ છે. કેલ્શિયમ પૃથ્વીના પોપડામાં પાંચમું સૌથી પ્રચુર તત્વ છે અને તે તમામ જીવંત સજીવો માટે એક આવશ્યક તત્વ છે, જે હાડકાની રચના, ચેતા પ્રસારણ અને સ્નાયુ કાર્યમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે.
પાણી સાથે પ્રતિક્રિયાશીલતા
કેલ્શિયમ પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, જોકે સોડિયમ અથવા પોટેશિયમ જેવી આલ્કલી ધાતુઓની સરખામણીમાં ઓછી સક્રિયતાથી. જ્યારે કેલ્શિયમ ધાતુને પાણીમાં ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે તે કેલ્શિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ અને હાઇડ્રોજન વાયુ ઉત્પન્ન કરવા માટે પ્રતિક્રિયા આપે છે.
આ પ્રતિક્રિયા માટેનું રાસાયણિક સમીકરણ આ પ્રમાણે છે: Ca(s) + 2H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq) + H₂(g)
ઉત્પન્ન થયેલ હાઇડ્રોજન વાયુને પરપોટા તરીકે અવલોકન કરી શકાય છે. આ પ્રતિક્રિયા ઉષ્માક્ષેપક છે, એટલે કે તે ગરમી મુક્ત કરે છે, પરંતુ સામાન્ય રીતે હાઇડ્રોજન વાયુને સળગાવવા માટે પૂરતી નથી, સિવાય કે ધાતુ ખૂબ જ ઝીણા સ્વરૂપમાં હોય અથવા પાણી ગરમ હોય. કેલ્શિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડનું પરિણામી દ્રાવણ, જેને લાઇમવોટર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે આલ્કલાઇન હોય છે. આ પ્રતિક્રિયાશીલતા સમજાવે છે કે શા માટે કેલ્શિયમ ધાતુ પ્રકૃતિમાં તેના મૂળભૂત સ્વરૂપમાં જોવા મળતી નથી, પરંતુ તેના બદલે ભારતમાં રાજસ્થાન અને મધ્યપ્રદેશ જેવા પ્રદેશોમાં વ્યાપકપણે જોવા મળતા ચૂનાના પત્થર (કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ) જેવા સંયોજનોમાં જોવા મળે છે.
હવા સાથે પ્રતિક્રિયાશીલતા
કેલ્શિયમ ધાતુ હવા પ્રત્યે પ્રતિક્રિયાશીલ હોય છે. જ્યારે તેને હવામાં ખુલ્લી મૂકવામાં આવે છે, ત્યારે તે સરળતાથી ઝાંખું પડી જાય છે, તેની લાક્ષણિક ધાતુની ચમક ગુમાવી દે છે. આ ઝાંખપ હવામાં હાજર ઓક્સિજન અને નાઇટ્રોજન સાથેની તેની પ્રતિક્રિયાને કારણે થાય છે.
ઓક્સિજન સાથે, કેલ્શિયમ કેલ્શિયમ ઓક્સાઇડ બનાવે છે: 2Ca(s) + O₂(g) → 2CaO(s)
નાઇટ્રોજન સાથે, તે કેલ્શિયમ નાઇટ્રાઇડ બનાવે છે: 3Ca(s) + N₂(g) → Ca₃N₂(s)
વાતાવરણીય વાયુઓ સાથે તેની પ્રતિક્રિયાશીલતાને કારણે, મૂળભૂત કેલ્શિયમને સામાન્ય રીતે આર્ગોન જેવા નિષ્ક્રિય વાતાવરણ હેઠળ સંગ્રહિત કરવામાં આવે છે, અથવા ઓક્સિડેશન અટકાવવા અને તેના ધાતુના ગુણધર્મો જાળવી રાખવા માટે પેરાફિન તેલમાં ડુબાડી રાખવામાં આવે છે.
કેલ્શિયમની લાક્ષણિકતાઓ
ઝેરીતા
સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં તેના શુદ્ધ ધાતુના સ્વરૂપમાં મૂળભૂત કેલ્શિયમને ઝેરી ગણવામાં આવતું નથી. વાસ્તવમાં, કેલ્શિયમ મનુષ્યો અને પ્રાણીઓમાં હાડકાં અને દાંતની રચના, રક્ત ગંઠાઈ જવું અને સ્નાયુઓના સંકોચન સહિતની વિવિધ જૈવિક પ્રક્રિયાઓ માટે જરૂરી એક આવશ્યક મેક્રો-મિનરલ છે. જ્યારે અતિશય સેવન કેલ્શિયમ સંયોજનો હાઇપરક્લેસેમિયા જેવી સ્વાસ્થ્ય સમસ્યાઓ તરફ દોરી શકે છે, ત્યારે ધાતુ પોતે સીધો તીવ્ર ઝેરી ખતરો ઉભો કરતું નથી.
કિરણોત્સર્ગીતા
કુદરતી રીતે બનતું કેલ્શિયમ કિરણોત્સર્ગી નથી. તેનો સૌથી પ્રચુર અને સ્થિર આઇસોટોપ કેલ્શિયમ-40 ($^{40}$Ca) છે, જે કુદરતી કેલ્શિયમના 96% થી વધુ ભાગ બનાવે છે. કેલ્શિયમના કેટલાક કૃત્રિમ રીતે ઉત્પાદિત કિરણોત્સર્ગી આઇસોટોપ છે, જેમ કે કેલ્શિયમ-41 અને કેલ્શિયમ-45, પરંતુ આ કુદરતી રીતે બનતા નથી અને મુખ્યત્વે વૈજ્ઞાનિક સંશોધનમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે.
જ્વલનશીલતા
કેલ્શિયમ ધાતુ જ્વલનશીલ છે, ખાસ કરીને જ્યારે તે પાવડર સ્વરૂપમાં હોય અથવા જ્યારે તેને ગરમ કરવામાં આવે. તે હવામાં તેજસ્વી, ઘણીવાર લાલ-નારંગી, જ્યોત સાથે સળગી શકે છે અને કેલ્શિયમ ઓક્સાઇડ ઉત્પન્ન કરી શકે છે. તેના મોટા સપાટી વિસ્તારને કારણે ઝીણા પાવડર સ્વરૂપમાં આગનો વધુ ખતરો રહે છે.
ઉદાહરણરૂપ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનું ઉદાહરણ
કેલ્શિયમ સંયોજનનો સમાવેશ કરતી સૌથી પ્રખ્યાત અને વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાંની એક “ચૂનાનું શમન” (slaking of lime) છે. આ પ્રતિક્રિયામાં કેલ્શિયમ ઓક્સાઇડ (CaO), જેને સામાન્ય રીતે ક્વિકલાઈમ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, તે પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને કેલ્શિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (Ca(OH)₂), જેને સ્લેક્ડ લાઇમ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, બનાવે છે.
રાસાયણિક સમીકરણ આ પ્રમાણે છે: CaO(s) + H₂O(l) → Ca(OH)₂(s)
આ પ્રતિક્રિયા અત્યંત ઉષ્માક્ષેપક છે, જે નોંધપાત્ર પ્રમાણમાં ગરમી મુક્ત કરે છે. સ્લેક્ડ લાઇમ વ્યાપક ઉપયોગો ધરાવતી એક મૂળભૂત સામગ્રી છે. તેનો ઉપયોગ કૃષિમાં એસિડિક જમીનને તટસ્થ કરવા, પાણી શુદ્ધિકરણમાં અશુદ્ધિઓ દૂર કરવા અને સૌથી અગત્યનું, બાંધકામ ઉદ્યોગમાં મોર્ટાર, સિમેન્ટ અને કોંક્રિટના ઉત્પાદનમાં મુખ્ય ઘટક તરીકે થાય છે. ભારતમાં આવાસથી લઈને ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચર પ્રોજેક્ટ્સ સુધીની વ્યાપક બાંધકામ પ્રવૃત્તિઓ આ કેલ્શિયમ-આધારિત સામગ્રી પર ખૂબ આધાર રાખે છે. કેલ્શિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડનો ઉપયોગ ભારતના ઘણા ઘરોમાં પરંપરાગત રીતે દિવાલોને સફેદ કરવા માટે પણ થાય છે.