कैल्शियम (Ca) - रासायनिक अभिक्रियाएँ और गुणधर्म

रासायनिक गुणधर्मों का अवलोकन

कैल्शियम (Ca), एक क्षारीय मृदा धातु (समूह 2), एक मध्यम अभिक्रियाशील तत्व है। इसका रासायनिक व्यवहार मुख्य रूप से स्थिर उत्कृष्ट गैस विन्यास प्राप्त करने के लिए अपने दो संयोजकता इलेक्ट्रॉनों को आसानी से खोने की प्रवृत्ति से निर्धारित होता है।

अभिक्रियाशीलता श्रृंखला में स्थिति

कैल्शियम, हाइड्रोजन और लोहा या जस्ता जैसी धातुओं की तुलना में अधिक अभिक्रियाशील है, लेकिन कुछ संदर्भों में क्षार धातुओं (समूह 1) और मैग्नीशियम की तुलना में कम अभिक्रियाशील है। यह अम्लों और पानी से हाइड्रोजन को विस्थापित कर सकता है।

विद्युत् ऋणात्मकता

कैल्शियम का विद्युत् ऋणात्मकता मान कम होता है (पॉलिंग स्केल: ~1.00), जो इसके प्रबल धात्विक गुण और विद्युत् धनात्मक प्रकृति को दर्शाता है। यह गुण आयनिक यौगिकों के निर्माण को सुगम बनाता है जहाँ कैल्शियम एक Ca²⁺ धनायन के रूप में मौजूद होता है।

सामान्य अभिक्रियाशीलता

• इलेक्ट्रॉनिक विन्यास: [Ar] 4s²
• सामान्य ऑक्सीकरण अवस्था: +2
• अपचायक: अपनी कम आयनीकरण ऊर्जा और उच्च विद्युत् धनात्मकता के कारण, कैल्शियम एक प्रबल अपचायक के रूप में कार्य करता है।
• आबंधन: मुख्य रूप से दो इलेक्ट्रॉन दान करके आयनिक यौगिक बनाता है।

वायु और ऑक्सीजन की क्रिया

कैल्शियम वायु के घटकों के साथ अभिक्रिया करता है, जिससे इसका ऑक्साइड और नाइट्राइड दोनों बनते हैं। जब शुद्ध ऑक्सीजन में प्रज्वलित किया जाता है, तो यह मुख्य रूप से ऑक्साइड बनाता है।

ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया

जब ऑक्सीजन या वायु में गर्म किया जाता है, तो कैल्शियम एक विशिष्ट ईंट-लाल लौ के साथ जलकर ठोस कैल्शियम ऑक्साइड बनाता है।

समीकरण:

2Ca(s) + O₂(g) → 2CaO(s)

नाइट्रोजन (वायु से) के साथ अभिक्रिया

उच्च तापमान पर, कैल्शियम वायु के एक प्रमुख घटक, नाइट्रोजन के साथ अभिक्रिया करके ठोस कैल्शियम नाइट्राइड बनाता है।

समीकरण:

3Ca(s) + N₂(g) → Ca₃N₂(s)

जल और भाप की क्रिया

कैल्शियम पानी के साथ अभिक्रिया करता है, हालांकि अभिक्रिया की प्रबलता क्षार धातुओं की तुलना में कम होती है। उच्च तापमान पर अभिक्रियाशीलता बढ़ जाती है।

ठंडे पानी के साथ अभिक्रिया

कैल्शियम ठंडे पानी के साथ लगातार अभिक्रिया करता है, जिससे कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड बनता है और हाइड्रोजन गैस मुक्त होती है। समूह 1 धातुओं की तुलना में यह अभिक्रिया कम तीव्र होती है क्योंकि बनने वाला अल्प-विलेय कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड धातु की सतह को आंशिक रूप से ढक लेता है, जिससे आगे की तीव्र अभिक्रिया बाधित होती है।

समीकरण:

Ca(s) + 2H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq) + H₂(g)

भाप के साथ अभिक्रिया

जब लाल-गर्म कैल्शियम को भाप के संपर्क में लाया जाता है, तो अधिक तीव्र अभिक्रिया होती है, जिससे कैल्शियम ऑक्साइड और हाइड्रोजन गैस बनती है।

समीकरण:

Ca(s) + H₂O(g) → CaO(s) + H₂(g)

अम्लों और क्षारों की क्रिया

अम्लों के साथ अभिक्रिया

कैल्शियम तनु अम्लों के साथ आसानी से अभिक्रिया करता है, जिससे संबंधित कैल्शियम लवण बनता है और हाइड्रोजन गैस निकलती है।

तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल के साथ अभिक्रिया

समीकरण:

Ca(s) + 2HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂(g)

तनु सल्फ्यूरिक अम्ल के साथ अभिक्रिया

समीकरण:

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

ध्यान दें: कैल्शियम सल्फेट (CaSO₄) पानी में अल्प-विलेय होता है। इसके निर्माण से कैल्शियम की सतह का निष्क्रियकरण हो सकता है, खासकर सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल के साथ, जिससे आगे की अभिक्रिया रुक जाती है।

तनु नाइट्रिक अम्ल के साथ अभिक्रिया

समीकरण:

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

ध्यान दें: सांद्र या गर्म नाइट्रिक अम्ल के साथ, अभिक्रिया अधिक जटिल हो सकती है, जिससे नाइट्रिक अम्ल की ऑक्सीकारक प्रकृति के कारण हाइड्रोजन गैस के बजाय नाइट्रोजन के ऑक्साइड बन सकते हैं।

क्षारों (अल्कली) के साथ अभिक्रिया

कैल्शियम, एक विद्युत् धनात्मक धातु होने के कारण, प्रबल क्षारों (जैसे NaOH, KOH) के जलीय विलयनों के साथ अभिक्रिया नहीं करता है।

प्रमुख प्रयोगशाला परीक्षण/पहचान अभिक्रियाएँ

कैल्शियम आयनों (Ca²⁺) की गुणात्मक अकार्बनिक विश्लेषण में विशिष्ट लौ रंग और विशिष्ट अवक्षेपण अभिक्रियाओं के माध्यम से पहचान की जाती है।

ज्वाला परीक्षण

जब एक प्लैटिनम तार के माध्यम से कैल्शियम लवण के विलयन की थोड़ी मात्रा को एक अदृश्य बुन्सेन लौ में डाला जाता है, तो यह लौ को एक विशिष्ट ईंट-लाल रंग प्रदान करता है। यह घटना कैल्शियम के संयोजकता इलेक्ट्रॉनों के उत्तेजित होने और बाद में अनुत्तेजित होने के परिणामस्वरूप होती है।

अमोनियम ऑक्सालेट विलयन के साथ अभिक्रिया

एक उदासीन या क्षारीय माध्यम में, कैल्शियम आयन सफेद कैल्शियम ऑक्सालेट (CaC₂O₄) के रूप में अवक्षेपित होते हैं। यह अवक्षेप एसिटिक अम्ल में अघुलनशील है लेकिन तनु खनिज अम्लों (जैसे HCl, HNO₃) में आसानी से घुल जाता है।

समीकरण:

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

सफेद अवक्षेप के रूप में देखा जाता है।

अमोनियम कार्बोनेट विलयन के साथ अभिक्रिया

अमोनियम कार्बोनेट विलयन मिलाने पर कैल्शियम आयन सफेद कैल्शियम कार्बोनेट (CaCO₃) के रूप में अवक्षेपित होते हैं। यदि मैग्नीशियम आयन भी मौजूद हों, तो मैग्नीशियम कार्बोनेट के अवक्षेपण को रोकने के लिए आमतौर पर अमोनियम क्लोराइड मिलाया जाता है। यह अवक्षेप अम्लों में घुलनशील है।

समीकरण:

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

सफेद अवक्षेप के रूप में देखा जाता है।

डाइसोडियम हाइड्रोजन फॉस्फेट विलयन के साथ अभिक्रिया

एक अमोनियायुक्त विलयन में, कैल्शियम आयन सफेद कैल्शियम हाइड्रोजन फॉस्फेट (CaHPO₄) के रूप में अवक्षेपित होते हैं। यदि अतिरिक्त अमोनिया मौजूद है, तो ट्राइकैल्शियम फॉस्फेट (Ca₃(PO₄)₂) बन सकता है।

समीकरण (सरलीकृत):

Ca²⁺(aq) + HPO₄²⁻(aq) → CaHPO₄(s)

सफेद अवक्षेप के रूप में देखा जाता है। ध्यान दें: यह परीक्षण अक्सर अन्य हस्तक्षेप करने वाले धनायनों को अलग करने के बाद किया जाता है।