कॅल्शियम (Ca) - रासायनिक अभिक्रिया आणि गुणधर्म

रासायनिक गुणधर्मांचे विहंगावलोकन

कॅल्शियम (Ca), एक अल्कधर्मी मृदा धातू (गट 2), एक मध्यम अभिक्रियाशील मूलद्रव्य आहे. त्याचे रासायनिक वर्तन प्रामुख्याने त्याचे दोन संयुजा इलेक्ट्रॉन सहज गमावून स्थिर उत्कृष्ट वायू संरूपण प्राप्त करण्याच्या त्याच्या प्रवृत्तीने निर्धारित होते.

अभिक्रियाशीलतेच्या श्रेणीतील स्थान

कॅल्शियम हा हायड्रोजन आणि लोह किंवा जस्त यांसारख्या धातूंपेक्षा अधिक अभिक्रियाशील आहे, परंतु काही संदर्भात अल्कधर्मी धातू (गट 1) आणि मॅग्नेशियमपेक्षा कमी अभिक्रियाशील आहे. तो आम्ल आणि पाण्यापासून हायड्रोजनला विस्थापित करू शकतो.

ऋणविद्युत्त्व

कॅल्शियममध्ये कमी ऋणविद्युत्त्व मूल्य (पॉलिंग स्केल: ~1.00) असते, जे त्याचे मजबूत धातूसारखे गुणधर्म आणि धनविद्युत स्वभाव दर्शवते. हा गुणधर्म आयनी संयुगे तयार करण्यास सुलभ करतो जिथे कॅल्शियम Ca²⁺ कॅटायन म्हणून अस्तित्वात असतो.

सामान्य अभिक्रियाशीलता

• इलेक्ट्रॉन संरूपण: [Ar] 4s²
• सामान्य ऑक्सिडेशन अवस्था: +2
• क्षपणकारक: त्याच्या कमी आयनीकरण ऊर्जा आणि उच्च धनविद्युतत्वामुळे, कॅल्शियम एक मजबूत क्षपणकारक म्हणून कार्य करतो.
• बंध: दोन इलेक्ट्रॉन दान करून मुख्यतः आयनी संयुगे बनवतो.

हवा आणि ऑक्सिजनची क्रिया

कॅल्शियम हवेतील घटकांसोबत अभिक्रिया करून त्याचे ऑक्साईड आणि नायट्राइड दोन्ही बनवतो. शुद्ध ऑक्सिजनमध्ये प्रज्वलित केल्यावर, तो प्रामुख्याने ऑक्साईड बनवतो.

ऑक्सिजनसोबत अभिक्रिया

ऑक्सिजन किंवा हवेत गरम केल्यावर, कॅल्शियम एका विशिष्ट विटकरी-लाल ज्योतीने जळून स्थायू कॅल्शियम ऑक्साईड तयार करतो.

समीकरण:

2Ca(s) + O₂(g) → 2CaO(s)

नायट्रोजनसोबत अभिक्रिया (हवेतील)

उच्च तापमानावर, कॅल्शियम नायट्रोजनसोबत (हवेचा एक प्रमुख घटक) अभिक्रिया करून स्थायू कॅल्शियम नायट्राइड तयार करतो.

समीकरण:

3Ca(s) + N₂(g) → Ca₃N₂(s)

पाणी आणि वाफेची क्रिया

कॅल्शियम पाण्यासोबत अभिक्रिया करतो, जरी अभिक्रियाची तीव्रता अल्कधर्मी धातूंपेक्षा कमी असते. उच्च तापमानावर अभिक्रियाशीलता वाढते.

थंड पाण्यासोबत अभिक्रिया

कॅल्शियम थंड पाण्यासोबत हळूवारपणे अभिक्रिया करतो, कॅल्शियम हायड्रॉक्साईड तयार करतो आणि हायड्रोजन वायू मुक्त करतो. गट 1 धातूंच्या तुलनेत ही अभिक्रिया कमी हिंसक असते कारण तयार होणारे कमी विद्राव्य कॅल्शियम हायड्रॉक्साईड धातूच्या पृष्ठभागावर अंशतः आवरण तयार करते, ज्यामुळे पुढील जलद अभिक्रिया थांबते.

समीकरण:

Ca(s) + 2H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq) + H₂(g)

वाफेशी अभिक्रिया

जेव्हा लाल-गरम कॅल्शियम वाफेच्या संपर्कात येतो, तेव्हा अधिक तीव्र अभिक्रिया होते, ज्यामुळे कॅल्शियम ऑक्साईड आणि हायड्रोजन वायू तयार होतो.

समीकरण:

Ca(s) + H₂O(g) → CaO(s) + H₂(g)

आम्ल आणि आम्लारींची क्रिया

आम्लासोबत अभिक्रिया

कॅल्शियम विरल आम्लांसोबत सहज अभिक्रिया करतो, संबंधित कॅल्शियम क्षार तयार करतो आणि हायड्रोजन वायू उत्सर्जित करतो.

विरल हायड्रोक्लोरिक आम्लासोबत अभिक्रिया

समीकरण:

Ca(s) + 2HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂(g)

विरल सल्फ्यूरिक आम्लासोबत अभिक्रिया

समीकरण:

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

टीप: कॅल्शियम सल्फेट (CaSO₄) पाण्यात कमी विद्राव्य आहे. त्याचे निर्मिती, विशेषतः सहत सल्फ्यूरिक आम्लासोबत, कॅल्शियमच्या पृष्ठभागाचे निष्क्रियीकरण (passivation) करू शकते, ज्यामुळे पुढील अभिक्रिया थांबते.

विरल नायट्रिक आम्लासोबत अभिक्रिया

समीकरण:

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

टीप: सहत किंवा गरम नायट्रिक आम्लासोबत, ही अभिक्रिया अधिक जटिल असू शकते, नायट्रिक आम्लाच्या ऑक्सिडीकरण गुणधर्मामुळे हायड्रोजन वायूऐवजी नायट्रोजनचे ऑक्साईड तयार होण्याची शक्यता असते.

आम्लारी (अल्कली) सोबत अभिक्रिया

कॅल्शियम, एक धनविद्युत धातू असल्याने, मजबूत आम्लारींच्या जलीय द्रावणांसोबत (उदा. NaOH, KOH) अभिक्रिया करत नाही.

प्रमुख प्रयोगशाळा चाचण्या/ओळख अभिक्रिया

कॅल्शियम आयन (Ca²⁺) गुणात्मक अजैविक विश्लेषणामध्ये विशिष्ट ज्योत रंग आणि विशिष्ट अवक्षेपण अभिक्रियांद्वारे ओळखले जातात.

ज्योत चाचणी

जेव्हा प्लॅटिनम तारेच्या साहाय्याने थोड्या प्रमाणात कॅल्शियम क्षार द्रावण अदीप्त बन्सन ज्योतीमध्ये आणले जाते, तेव्हा ते ज्योतीला विशिष्ट विटकरी-लाल रंग देते. ही घटना कॅल्शियमच्या संयुजा इलेक्ट्रॉन्सच्या उत्तेजित आणि त्यानंतरच्या अउत्तेजित अवस्थेतून (de-excitation) उद्भवते.

अमोनियम ऑक्सलेट द्रावणासोबत अभिक्रिया

उदासीन किंवा अल्कधर्मी माध्यमात, कॅल्शियम आयन पांढऱ्या कॅल्शियम ऑक्सलेट (CaC₂O₄) च्या रूपात अवक्षेपित होतात. हा अवक्षेप ॲसेटिक आम्लामध्ये अविद्राव्य असतो परंतु विरल खनिज आम्लांमध्ये (उदा. HCl, HNO₃) सहज विरघळतो.

समीकरण:

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

पांढरा अवक्षेप म्हणून दिसून येते.

अमोनियम कार्बोनेट द्रावणासोबत अभिक्रिया

अमोनियम कार्बोनेट द्रावण मिसळल्यावर कॅल्शियम आयन पांढऱ्या कॅल्शियम कार्बोनेट (CaCO₃) च्या रूपात अवक्षेपित होतात. मॅग्नेशियम आयन उपस्थित असल्यास, मॅग्नेशियम कार्बोनेटचे अवक्षेपण टाळण्यासाठी सामान्यतः अमोनियम क्लोराईड मिसळले जाते. हा अवक्षेप आम्लांमध्ये विद्राव्य असतो.

समीकरण:

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

पांढरा अवक्षेप म्हणून दिसून येते.

डायसोडियम हायड्रोजन फॉस्फेट द्रावणासोबत अभिक्रिया

अमोनियायुक्त द्रावणात, कॅल्शियम आयन पांढऱ्या कॅल्शियम हायड्रोजन फॉस्फेट (CaHPO₄) च्या रूपात अवक्षेपित होतात. जर जास्त अमोनिया उपस्थित असेल, तर ट्रायसोडियम फॉस्फेट (Ca₃(PO₄)₂) तयार होऊ शकते.

समीकरण (सरलीकृत):

Ca²⁺(aq) + HPO₄²⁻(aq) → CaHPO₄(s)

पांढरा अवक्षेप म्हणून दिसून येते. टीप: ही चाचणी अनेकदा इतर व्यत्यय आणणाऱ्या कॅटायनांना (cations) वेगळे केल्यानंतर केली जाते.