கால்சியம் தனிமத்தைப் புரிந்துகொள்ளுதல்
கால்சியம் (Ca) ஒரு வெள்ளி-வெள்ளை நிறமுள்ள, ஒப்பீட்டளவில் மென்மையான மற்றும் வினைபுரியும் உலோகத் தனிமமாகும். இது தனிம அட்டவணையின் தொகுதி 2 இல் உள்ள ஒரு கார மண் உலோகமாகும். கால்சியம் பூமியின் மேலோட்டில் நிறைந்துள்ளது, இது பெரும்பாலும் சுண்ணாம்புக்கல் (கால்சியம் கார்பனேட்), ஜிப்சம் (கால்சியம் சல்பேட் டைஹைட்ரேட்) மற்றும் ஃபுளோரைட் (கால்சியம் ஃபுளோரைடு) போன்ற கனிம வடிவங்களில் காணப்படுகிறது. இதன் சேர்மங்கள் பல்வேறு உயிரியல் மற்றும் தொழில்துறை பயன்பாடுகளுக்கு அவசியமானவை. எடுத்துக்காட்டாக, கால்சியம் மனிதர்கள் மற்றும் விலங்குகளின் எலும்புகள் மற்றும் பற்களின் ஒரு முக்கிய அங்கமாகும், மேலும் கால்சியம் கார்பனேட் சிமென்ட் உற்பத்திக்கு ஒரு முதன்மை மூலப்பொருள் ஆகும், இது இந்தியாவில் ஒரு குறிப்பிடத்தக்க தொழிலாகும்.
அணு எண் மற்றும் நிறை எண்
ஒவ்வொரு அணுவும் அதன் அணு எண்ணால் (Z) தனித்துவமாக அடையாளம் காணப்படுகிறது, இது அதன் உட்கருவில் உள்ள புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையைக் குறிக்கிறது. நிறை எண் (A) உட்கருவில் உள்ள புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களின் மொத்த எண்ணிக்கையைக் குறிக்கிறது.
- கால்சியத்தின் அணு எண் (Z): 20
- கால்சியத்தின் மிகவும் பொதுவான ஐசோடோப்பின் நிறை எண் (A): 40 (குறிப்பாக, கால்சியம்-40 க்காக, இது $^{40}\text{Ca}$ எனக் குறிக்கப்படுகிறது)
கால்சியத்திற்கு பல ஐசோடோப்புகள் இருந்தாலும், கால்சியம்-40 தான் மிகவும் அதிகமாகக் காணப்படுகிறது, இது இயற்கையாகக் காணப்படும் கால்சியத்தில் 96% க்கும் அதிகமாக உள்ளது.
ஒரு கால்சியம் அணுவில் உள்ள துணை அணுத் துகள்கள்
ஒரு நடுநிலை அணுவைப் பொறுத்தவரை, எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கைக்குச் சமமாக இருக்கும். நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கையை நிறை எண்ணிலிருந்து அணு எண்ணைக் கழிப்பதன் மூலம் கணக்கிடலாம் (A - Z).
- புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை: கால்சியத்தின் அணு எண் 20, எனவே ஒரு கால்சியம் அணுவில் 20 புரோட்டான்கள் உள்ளன.
- எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை: ஒரு நடுநிலை கால்சியம் அணுவில் 20 புரோட்டான்கள் இருப்பதால், அது நேர்மறை மின்சுமையை சமன் செய்ய 20 எலக்ட்ரான்களையும் கொண்டுள்ளது.
- நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை: மிகவும் பொதுவான ஐசோடோப்பான கால்சியம்-40 ($^{40}\text{Ca}$) க்கு, நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை 40 (நிறை எண்) - 20 (அணு எண்) = 20 நியூட்ரான்கள் ஆகும்.
எலக்ட்ரான் அமைப்பு
எலக்ட்ரான் அமைப்பு என்பது ஒரு அணுவின் உட்கருவைச் சுற்றியுள்ள அணு ஆர்பிட்டல்கள் மற்றும் துணை கூடுகளில் எலக்ட்ரான்களின் அமைப்பைக் குறிக்கிறது. எலக்ட்ரான்கள் ஆர்பிட்டல்களில் ஆஃப்கவு கோட்பாடு, ஹன்ட் விதி மற்றும் பவுலி விலக்குக் கோட்பாடு ஆகியவற்றின்படி நிரப்பப்படுகின்றன.
20 எலக்ட்ரான்களைக் கொண்ட கால்சியத்திற்கு, எலக்ட்ரான் அமைப்பை இரண்டு வழிகளில் எழுதலாம்:
-
முழு எலக்ட்ரான் அமைப்பு: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2$
- இது குறிப்பிடுவது:
- 2 எலக்ட்ரான்கள் $1s$ ஆர்பிட்டலை (K கூட்டை) ஆக்கிரமித்துள்ளன.
- 2 எலக்ட்ரான்கள் $2s$ ஆர்பிட்டலையும் 6 எலக்ட்ரான்கள் $2p$ ஆர்பிட்டல்களையும் (L கூட்டை) ஆக்கிரமித்துள்ளன.
- 2 எலக்ட்ரான்கள் $3s$ ஆர்பிட்டலையும் 6 எலக்ட்ரான்கள் $3p$ ஆர்பிட்டல்களையும் (M கூட்டை) ஆக்கிரமித்துள்ளன.
- 2 எலக்ட்ரான்கள் $4s$ ஆர்பிட்டலை (N கூட்டை) ஆக்கிரமித்துள்ளன.
- இது குறிப்பிடுவது:
-
மந்த வாயு அமைப்பு: $[\text{Ar}] 4s^2$
- இந்த சுருக்கக் குறியீடு, அதற்கு முந்தைய மந்த வாயுவின் (ஆர்கான், இது 18 எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது) குறியீட்டைப் பயன்படுத்தி உள் மைய எலக்ட்ரான்களைக் குறிக்கிறது. ஆர்கானின் அமைப்பு $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$. கால்சியத்திற்கான மீதமுள்ள 2 எலக்ட்ரான்கள் $4s$ ஆர்பிட்டலில் வைக்கப்படுகின்றன.
இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள்
இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் என்பவை ஒரு அணுவின் வெளிப்புற முதன்மை ஆற்றல் மட்டத்தில் (கூட்டில்) உள்ள எலக்ட்ரான்கள் ஆகும். இந்த எலக்ட்ரான்கள் முக்கியமாக வேதிப் பிணைப்பில் ஈடுபட்டு, ஒரு தனிமத்தின் வேதிப் பண்புகளையும் வினைத்திறனையும் தீர்மானிக்கின்றன.
கால்சியத்தைப் பொறுத்தவரை, அதன் எலக்ட்ரான் அமைப்பு $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2$ அடிப்படையில்:
- மிகவும் வெளிப்புற முதன்மை ஆற்றல் நிலை $n=4$.
- இந்த $n=4$ கூட்டில், $4s$ ஆர்பிட்டலில் 2 எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன.
ஆகவே, கால்சியத்திற்கு 2 இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன. இந்த இரண்டு இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள், கால்சியம் அயனி சேர்மங்களை உருவாக்கும் போது எளிதாக இழக்கப்பட்டு, ஒரு நிலையான $\text{Ca}^{2+}$ அயனியை உருவாக்குகின்றன, இது ராஜஸ்தானில் உள்ள பாறை பாஸ்பேட் படிவுகளில் காணப்படும் கால்சியம் பாஸ்பேட் அல்லது கடல்வாழ் உயிரினங்களின் ஓடுகளில் உள்ள கால்சியம் கார்பனேட் போன்ற பொதுவான சேர்மங்களில் காணப்படுகிறது.