કેલ્શિયમ (Ca): પરમાણુ સંરચના અને રાસાયણિક બંધન

પરમાણુ પરિમાણોનો પરિચય

કેલ્શિયમ (Ca) એ આવર્ત કોષ્ટકના સમૂહ 2 અને આવર્ત 4 માં આવેલી આલ્કલાઇન અર્થ મેટલ છે. તેના મૂળભૂત પરમાણુ પરિમાણો તેની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાત્મકતા નક્કી કરે છે.

• પરમાણુ ક્રમાંક (Z): 20
  • કેન્દ્રમાં 20 પ્રોટોન સૂચવે છે.
  • તટસ્થ કેલ્શિયમ પરમાણુમાં, 20 ઇલેક્ટ્રોન પણ હોય છે.
• દળ સંખ્યા (A): આશરે 40 (ખાસ કરીને, સૌથી પ્રચુર આઇસોટોપ, $^\{40\}\text\{Ca\}$ માટે).
  • કેન્દ્રમાં પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનનો સરવાળો દર્શાવે છે.
• પ્રોટોનની સંખ્યા: 20
• ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા: 20 (તટસ્થ પરમાણુમાં)
• ન્યુટ્રોનની સંખ્યા: $A - Z = 40 - 20 = 20$ ($^\{40\}\text\{Ca\}$ માટે)

પેટાકોષ ઇલેક્ટ્રોન રચના

વિવિધ પેટાકોષો અને કક્ષકોમાં ઇલેક્ટ્રોનનું વિતરણ કેલ્શિયમના રાસાયણિક ગુણધર્મો નક્કી કરે છે.

• સંપૂર્ણ ઇલેક્ટ્રોન રચના: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2$
• ઉમદા વાયુ ઇલેક્ટ્રોન રચના: $[Ar] 4s^2$
  • આ દર્શાવે છે કે $3p^6$ સુધીની ઇલેક્ટ્રોન રચના અગાઉના ઉમદા વાયુ આર્ગોન (Ar) જેવી જ છે.
• કક્ષક આકૃતિ સમજૂતી:
  • 1s કક્ષક: $\uparrow\downarrow$ (2 ઇલેક્ટ્રોન)
  • 2s કક્ષક: $\uparrow\downarrow$ (2 ઇલેક્ટ્રોન)
  • 2p કક્ષકો: $\uparrow\downarrow \ \ \uparrow\downarrow \ \ \uparrow\downarrow$ (6 ઇલેક્ટ્રોન)
  • 3s કક્ષક: $\uparrow\downarrow$ (2 ઇલેક્ટ્રોન)
  • 3p કક્ષકો: $\uparrow\downarrow \ \ \uparrow\downarrow \ \ \uparrow\downarrow$ (6 ઇલેક્ટ્રોન)
  • 4s કક્ષક: $\uparrow\downarrow$ (2 ઇલેક્ટ્રોન)

સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન અને સંયોજકતા

સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા તત્વના બંધન વર્તન અને સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ નક્કી કરે છે.

• સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન: કેલ્શિયમમાં 2 સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન હોય છે, જે સૌથી બહારના $4s$ પેટાકોષમાં આવેલા હોય છે.
• અષ્ટક નિયમ: સ્થિર ઉમદા વાયુ રચના (જેમ કે આર્ગોનનો $3s^2 3p^6$ અષ્ટક) પ્રાપ્ત કરવા માટે, કેલ્શિયમ સરળતાથી આ 2 સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે.
• ઓક્સિડેશન અવસ્થા: બે ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવવાથી, કેલ્શિયમ ધનભારિત આયન $\text\{Ca\}^\{2+\}$ બનાવે છે, આમ +2 ની સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થા દર્શાવે છે.
• સામાન્ય સંયોજકતા: 2

બંધન વર્તન

કેલ્શિયમ એક અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ ધાતુ છે, અને તેનું બંધન વર્તન મુખ્યત્વે આયનીય બંધનની રચના દ્વારા વર્ગીકૃત થાય છે.

• પ્રાથમિક બંધન પ્રકાર: આયનીય બંધન
  • આલ્કલાઇન અર્થ મેટલ હોવાથી, કેલ્શિયમ ઓછી આયનીકરણ ઊર્જા ધરાવે છે. તે સ્થિર $\text\{Ca\}^\{2+\}$ કેટાયન બનાવવા માટે તેના બે સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન અત્યંત વિદ્યુતઋણ અધાતુઓને સરળતાથી દાન કરે છે. આ ઇલેક્ટ્રોન સ્થાનાંતરણ મજબૂત ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આકર્ષણ તરફ દોરી જાય છે, જે આયનીય બંધનની લાક્ષણિકતા છે.
  • ઉદાહરણો:
    • કેલ્શિયમ ઓક્સાઇડ (CaO): $\text\{Ca\}^\{2+\}$ અને $\text\{O\}^\{2-\}$ આયનો વચ્ચે રચાય છે.
    • કેલ્શિયમ ક્લોરાઇડ (CaCl₂): $\text\{Ca\}^\{2+\}$ અને બે $\text\{Cl\}^\{-\}$ આયનો વચ્ચે રચાય છે.
    • કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ (CaCO₃): $\text\{Ca\}^\{2+\}$ અને બહુપરમાણ્વીય કાર્બોનેટ એનાયન ($\text\{CO\}_\{3\}^\{2-\}$) થી બનેલું છે, જે આયનીય બળો દ્વારા એકસાથે જોડાયેલા હોય છે.
    • કેલ્શિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (Ca(OH)₂): $\text\{Ca\}^\{2+\}$ અને બે $\text\{OH\}^\{-\}$ આયનોમાંથી બને છે.
• ધાત્વિક બંધન:
  • તેની તત્વીય ઘન અવસ્થામાં, કેલ્શિયમ પરમાણુઓ ધાત્વિક બંધનો દ્વારા એકસાથે જોડાયેલા હોય છે. આમાં વિસ્થાનીકૃત ઇલેક્ટ્રોનના “સમુદ્ર” માં નિમજ્જિત $\text\{Ca\}^\{2+\}$ કેટાયનનું જાળીદાર માળખું શામેલ છે, જે તેની લાક્ષણિક ધાત્વિક ગુણધર્મો જેમ કે વિદ્યુત વાહકતા અને ટીપાઉપણા માટે જવાબદાર છે.