કેલ્શિયમ (Ca) - રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ અને ગુણધર્મો

રાસાયણિક ગુણધર્મોનું વિહંગાવલોકન

કેલ્શિયમ (Ca), એક આલ્કલાઇન અર્થ મેટલ (સમૂહ 2), મધ્યમ પ્રતિક્રિયાશીલ તત્વ છે. તેનું રાસાયણિક વર્તન મુખ્યત્વે સ્થિર ઉમદા વાયુની રચના પ્રાપ્ત કરવા માટે તેના બે વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન સરળતાથી ગુમાવવાની તેની વૃત્તિ દ્વારા નક્કી થાય છે.

પ્રતિક્રિયાશીલતા શ્રેણીમાં સ્થાન

કેલ્શિયમ હાઈડ્રોજન અને લોખંડ અથવા ઝિંક જેવી ધાતુઓ કરતાં વધુ પ્રતિક્રિયાશીલ છે, પરંતુ કેટલાક સંદર્ભોમાં આલ્કલી ધાતુઓ (સમૂહ 1) અને મેગ્નેશિયમ કરતાં ઓછું પ્રતિક્રિયાશીલ છે. તે એસિડ અને પાણીમાંથી હાઈડ્રોજનને વિસ્થાપિત કરી શકે છે.

વિદ્યુતઋણતા

કેલ્શિયમ ઓછું વિદ્યુતઋણતા મૂલ્ય ધરાવે છે (પોલિંગ સ્કેલ: ~1.00), જે તેના મજબૂત ધાતુગુણધર્મ અને વિદ્યુતધનાત્મક સ્વભાવને દર્શાવે છે. આ ગુણધર્મ આયનીય સંયોજનોના નિર્માણને સરળ બનાવે છે જ્યાં કેલ્શિયમ Ca²⁺ કેશન તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે.

સામાન્ય પ્રતિક્રિયાશીલતા

• ઇલેક્ટ્રોનિક ગોઠવણી: [Ar] 4s²
• સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થા: +2
• રિડ્યુસિંગ એજન્ટ: તેની ઓછી આયનીકરણ ઊર્જા અને ઉચ્ચ વિદ્યુતધનાત્મકતાને કારણે, કેલ્શિયમ એક મજબૂત રિડ્યુસિંગ એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે.
• બંધન: મુખ્યત્વે બે ઇલેક્ટ્રોનનું દાન કરીને આયનીય સંયોજનો બનાવે છે.

હવા અને ઓક્સિજનની ક્રિયા

કેલ્શિયમ હવાના ઘટકો સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને તેના ઓક્સાઇડ અને નાઇટ્રાઇડ બંને બનાવે છે. જ્યારે શુદ્ધ ઓક્સિજનમાં પ્રજ્વલિત થાય છે, ત્યારે તે મુખ્યત્વે ઓક્સાઇડ બનાવે છે.

ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા

જ્યારે ઓક્સિજન અથવા હવામાં ગરમ ​​કરવામાં આવે છે, ત્યારે કેલ્શિયમ લાક્ષણિક ઇંટ-લાલ જ્યોત સાથે બળીને ઘન કેલ્શિયમ ઓક્સાઇડ બનાવે છે.

સમીકરણ:

2Ca(s) + O₂(g) → 2CaO(s)

નાઇટ્રોજન સાથે પ્રતિક્રિયા (હવામાંથી)

ઊંચા તાપમાને, કેલ્શિયમ હવાના મુખ્ય ઘટક નાઇટ્રોજન સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ઘન કેલ્શિયમ નાઇટ્રાઇડ ઉત્પન્ન કરે છે.

સમીકરણ:

3Ca(s) + N₂(g) → Ca₃N₂(s)

પાણી અને વરાળની ક્રિયા

કેલ્શિયમ પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, જોકે પ્રતિક્રિયાની તીવ્રતા આલ્કલી ધાતુઓ કરતાં ઓછી હોય છે. ઊંચા તાપમાને પ્રતિક્રિયાશીલતા વધે છે.

ઠંડા પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા

કેલ્શિયમ ઠંડા પાણી સાથે સ્થિર રીતે પ્રતિક્રિયા આપે છે, કેલ્શિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ ઉત્પન્ન કરે છે અને હાઈડ્રોજન વાયુ મુક્ત કરે છે. સમૂહ 1 ની ધાતુઓની સરખામણીમાં આ પ્રતિક્રિયા ઓછી ઉગ્ર હોય છે કારણ કે બનતું અલ્પ દ્રાવ્ય કેલ્શિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ ધાતુની સપાટીને આંશિક રીતે આવરી લે છે, જે આગળની ઝડપી પ્રતિક્રિયાને અવરોધે છે.

સમીકરણ:

Ca(s) + 2H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq) + H₂(g)

વરાળ સાથે પ્રતિક્રિયા

જ્યારે લાલ-ગરમ કેલ્શિયમ વરાળના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે વધુ ઉગ્ર પ્રતિક્રિયા થાય છે, જે કેલ્શિયમ ઓક્સાઇડ અને હાઈડ્રોજન વાયુ ઉત્પન્ન કરે છે.

સમીકરણ:

Ca(s) + H₂O(g) → CaO(s) + H₂(g)

એસિડ અને બેઇઝની ક્રિયા

એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા

કેલ્શિયમ મંદ એસિડ સાથે સરળતાથી પ્રતિક્રિયા આપે છે, અનુરૂપ કેલ્શિયમ ક્ષાર ઉત્પન્ન કરે છે અને હાઈડ્રોજન વાયુ મુક્ત કરે છે.

મંદ હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા

સમીકરણ:

Ca(s) + 2HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂(g)

મંદ સલ્ફ્યુરિક એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા

સમીકરણ:

Ca(s) + H₂SO₄(aq) → CaSO₄(s/aq) + H₂(g)

નોંધ: કેલ્શિયમ સલ્ફેટ (CaSO₄) પાણીમાં અલ્પ દ્રાવ્ય છે. તેની રચના કેલ્શિયમની સપાટીના નિષ્ક્રિયકરણ તરફ દોરી શકે છે, ખાસ કરીને સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક એસિડ સાથે, આમ વધુ પ્રતિક્રિયા અટકાવે છે.

મંદ નાઈટ્રિક એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા

સમીકરણ:

Ca(s) + 2HNO₃(aq) → Ca(NO₃)₂(aq) + H₂(g)

નોંધ: સાંદ્ર અથવા ગરમ નાઈટ્રિક એસિડ સાથે, પ્રતિક્રિયા વધુ જટિલ હોઈ શકે છે, નાઈટ્રિક એસિડના ઓક્સિડાઇઝિંગ સ્વભાવને કારણે હાઈડ્રોજન વાયુને બદલે નાઇટ્રોજનના ઓક્સાઇડ્સ ઉત્પન્ન થવાની સંભાવના છે.

બેઇઝ (આલ્કલીસ) સાથે પ્રતિક્રિયા

કેલ્શિયમ, એક વિદ્યુતધનાત્મક ધાતુ હોવાને કારણે, મજબૂત બેઇઝના જલીય દ્રાવણો (દા.ત., NaOH, KOH) સાથે પ્રતિક્રિયા આપતું નથી.

મુખ્ય પ્રયોગશાળા પરીક્ષણ/ઓળખ પ્રતિક્રિયાઓ

કેલ્શિયમ આયનો (Ca²⁺) ગુણાત્મક અકાર્બનિક વિશ્લેષણમાં લાક્ષણિક જ્યોત રંગ અને વિશિષ્ટ અવક્ષેપણ પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા ઓળખાય છે.

જ્યોત પરીક્ષણ

જ્યારે પ્લેટિનમ વાયર દ્વારા કેલ્શિયમ ક્ષારના દ્રાવણની થોડી માત્રા બન્સન જ્યોતમાં દાખલ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે જ્યોતને વિશિષ્ટ ઈંટ-લાલ રંગ આપે છે. આ ઘટના કેલ્શિયમના વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોનના ઉત્તેજન અને ત્યારબાદના ડી-ઉત્તેજનના પરિણામે થાય છે.

એમોનિયમ ઓક્ઝેલેટ દ્રાવણ સાથે પ્રતિક્રિયા

તટસ્થ અથવા આલ્કલાઇન માધ્યમમાં, કેલ્શિયમ આયનો સફેદ કેલ્શિયમ ઓક્ઝેલેટ (CaC₂O₄) તરીકે અવક્ષેપિત થાય છે. આ અવક્ષેપ એસેટિક એસિડમાં અદ્રાવ્ય છે પરંતુ મંદ ખનિજ એસિડ (દા.ત., HCl, HNO₃) માં સરળતાથી ઓગળી જાય છે.

સમીકરણ:

Ca²⁺(aq) + (NH₄)₂C₂O₄(aq) → CaC₂O₄(s) + 2NH₄⁺(aq)

સફેદ અવક્ષેપ તરીકે જોવા મળે છે.

એમોનિયમ કાર્બોનેટ દ્રાવણ સાથે પ્રતિક્રિયા

એમોનિયમ કાર્બોનેટ દ્રાવણ ઉમેરવા પર કેલ્શિયમ આયનો સફેદ કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ (CaCO₃) તરીકે અવક્ષેપિત થાય છે. જો મેગ્નેશિયમ આયનો પણ હાજર હોય, તો મેગ્નેશિયમ કાર્બોનેટના અવક્ષેપણને રોકવા માટે સામાન્ય રીતે એમોનિયમ ક્લોરાઇડ ઉમેરવામાં આવે છે. અવક્ષેપ એસિડમાં દ્રાવ્ય છે.

સમીકરણ:

Ca²⁺(aq) + (NH₄)₂CO₃(aq) → CaCO₃(s) + 2NH₄⁺(aq)

સફેદ અવક્ષેપ તરીકે જોવા મળે છે.

ડાયસોડિયમ હાઈડ્રોજન ફોસ્ફેટ દ્રાવણ સાથે પ્રતિક્રિયા

એમોનિયાકલ દ્રાવણમાં, કેલ્શિયમ આયનો સફેદ કેલ્શિયમ હાઈડ્રોજન ફોસ્ફેટ (CaHPO₄) તરીકે અવક્ષેપિત થાય છે. જો વધુ પડતો એમોનિયા હાજર હોય, તો ટ્રાઇકેલ્શિયમ ફોસ્ફેટ (Ca₃(PO₄)₂) બની શકે છે.

સમીકરણ (સરળ):

Ca²⁺(aq) + HPO₄²⁻(aq) → CaHPO₄(s)

સફેદ અવક્ષેપ તરીકે જોવા મળે છે. નોંધ: આ પરીક્ષણ ઘણીવાર અન્ય દખલ કરતા કેશનોને અલગ કર્યા પછી કરવામાં આવે છે.