கால்சியம் (Ca) - வேதி வினைகள் மற்றும் பண்புகள்

வேதியியல் பண்புகள் ஒரு கண்ணோட்டம்

கால்சியம் (Ca), ஒரு கார மண் உலோகம் (தொகுதி 2), மிதமான வினைத்திறன் கொண்ட ஒரு தனிமமாகும். அதன் வேதியியல் நடத்தை முதன்மையாக அதன் இரண்டு இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களை எளிதில் இழந்து நிலையான மந்தவாயு கட்டமைப்பை அடையும் தன்மையால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது.

வினைத்திறன் வரிசையில் நிலை

கால்சியம் ஹைட்ரஜன் மற்றும் இரும்பு அல்லது துத்தநாகம் போன்ற உலோகங்களை விட அதிக வினைத்திறன் கொண்டது, ஆனால் சில சூழல்களில் கார உலோகங்கள் (தொகுதி 1) மற்றும் மெக்னீசியத்தை விட குறைவான வினைத்திறன் கொண்டது. இது அமிலங்கள் மற்றும் நீரிலிருந்து ஹைட்ரஜனை இடப்பெயர்ச்சி செய்ய முடியும்.

எலக்ட்ரான் கவர் ஆற்றல்

கால்சியம் குறைந்த எலக்ட்ரான் கவர் ஆற்றல் மதிப்பைக் (பாலிங் அளவு: ~1.00) கொண்டுள்ளது, இது அதன் வலுவான உலோகத் தன்மை மற்றும் எலக்ட்ரான்நேர் தன்மையைக் குறிக்கிறது. இந்த பண்பு அயனி சேர்மங்களை உருவாக்க உதவுகிறது, அங்கு கால்சியம் ஒரு Ca²⁺ கேஷனாக (நேர்மின் அயனியாக) உள்ளது.

பொதுவான வினைத்திறன்

• மின்னணு கட்டமைப்பு: [Ar] 4s²
• பொதுவான ஆக்ஸிஜனேற்ற நிலை: +2
• ஒடுக்கும் காரணி: அதன் குறைந்த அயனியாக்கும் ஆற்றல் மற்றும் அதிக எலக்ட்ரான்நேர் தன்மை காரணமாக, கால்சியம் ஒரு வலுவான ஒடுக்கும் காரணியாக செயல்படுகிறது.
• பிணைப்பு: முக்கியமாக இரண்டு எலக்ட்ரான்களை வழங்குவதன் மூலம் அயனி சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது.

காற்று மற்றும் ஆக்ஸிஜனின் செயல்பாடு

கால்சியம் காற்றின் கூறுகளுடன் வினைபுரிந்து அதன் ஆக்சைடு மற்றும் நைட்ரைடு இரண்டையும் உருவாக்குகிறது. தூய ஆக்ஸிஜனில் எரியூட்டப்படும்போது, அது முதன்மையாக ஆக்சைடை உருவாக்குகிறது.

ஆக்ஸிஜனுடன் வினை

ஆக்ஸிஜன் அல்லது காற்றில் சூடுபடுத்தப்படும்போது, கால்சியம் ஒரு தனித்துவமான செங்கல் சிவப்பு சுடருடன் எரிந்து திட கால்சியம் ஆக்சைடை உருவாக்குகிறது.

சமன்பாடு:

2Ca(s) + O₂(g) → 2CaO(s)

நைட்ரஜனுடன் வினை (காற்றிலிருந்து)

உயர்ந்த வெப்பநிலையில், கால்சியம், காற்றின் ஒரு முக்கிய கூறான நைட்ரஜனுடன் வினைபுரிந்து திட கால்சியம் நைட்ரைடை உற்பத்தி செய்கிறது.

சமன்பாடு:

3Ca(s) + N₂(g) → Ca₃N₂(s)

நீர் மற்றும் நீராவியின் செயல்பாடு

கால்சியம் நீருடன் வினைபுரிகிறது, இருப்பினும் வினைத்திறன் கார உலோகங்களை விட குறைவாகும். அதிக வெப்பநிலையில் வினைத்திறன் அதிகரிக்கிறது.

குளிர்ந்த நீருடன் வினை

கால்சியம் குளிர்ந்த நீருடன் சீராக வினைபுரிந்து, கால்சியம் ஹைட்ராக்சைடு மற்றும் ஹைட்ரஜன் வாயுவை வெளியிடுகிறது. தொகுதி 1 உலோகங்களுடன் ஒப்பிடும்போது இந்த வினை குறைவான வன்முறை கொண்டது, ஏனெனில் உருவாகும் குறைந்த அளவு கரையக்கூடிய கால்சியம் ஹைட்ராக்சைடு உலோக மேற்பரப்பை ஓரளவு மூடி, மேலும் விரைவான வினையைத் தடுக்கிறது.

சமன்பாடு:

Ca(s) + 2H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq) + H₂(g)

நீராவிடன் வினை

செஞ்சூடான கால்சியம் நீராவிக்கு வெளிப்படும்போது, மேலும் தீவிரமான வினை ஏற்பட்டு, கால்சியம் ஆக்சைடு மற்றும் ஹைட்ரஜன் வாயுவை உருவாக்குகிறது.

சமன்பாடு:

Ca(s) + H₂O(g) → CaO(s) + H₂(g)

அமிலங்கள் மற்றும் காரங்கள் செயல்பாடு

அமிலங்களுடன் வினை

கால்சியம் நீர்த்த அமிலங்களுடன் எளிதில் வினைபுரிந்து, அதனுடன் தொடர்புடைய கால்சியம் உப்பு மற்றும் ஹைட்ரஜன் வாயுவை வெளியிடுகிறது.

நீர்த்த ஹைட்ரோகுளோரிக் அமிலத்துடன் வினை

சமன்பாடு:

Ca(s) + 2HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂(g)

நீர்த்த சல்பூரிக் அமிலத்துடன் வினை

சமன்பாடு:

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

குறிப்பு: கால்சியம் சல்பேட் (CaSO₄) நீரில் குறைவாக கரையும். இதன் உருவாக்கம் கால்சியம் மேற்பரப்பில் மந்தநிலையை (passivation) ஏற்படுத்தலாம், குறிப்பாக அடர் சல்பூரிக் அமிலத்துடன், இதனால் மேலும் வினை நடைபெறுவதைத் தடுக்கும்.

நீர்த்த நைட்ரிக் அமிலத்துடன் வினை

சமன்பாடு:

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

குறிப்பு: அடர் அல்லது சூடான நைட்ரிக் அமிலத்துடன், வினை மிகவும் சிக்கலானதாக இருக்கலாம், நைட்ரிக் அமிலத்தின் ஆக்ஸிஜனேற்றத் தன்மை காரணமாக ஹைட்ரஜன் வாயுவுக்குப் பதிலாக நைட்ரஜன் ஆக்சைடுகளை உருவாக்கலாம்.

காரங்கள் (ஆல்கலிகள்) உடன் வினை

கால்சியம், ஒரு எலக்ட்ரான்நேர் உலோகம் என்பதால், வலுவான காரங்களின் (எ.கா., NaOH, KOH) நீர்த்த கரைசல்களுடன் வினைபுரிவதில்லை.

முக்கிய ஆய்வக சோதனை/அடையாளம் காணும் வினைகள்

கால்சியம் அயனிகள் (Ca²⁺) தரமான கனிம பகுப்பாய்வில் தனித்துவமான சுடர் நிறம் மற்றும் குறிப்பிட்ட வீழ்படிவு வினைகள் மூலம் அடையாளம் காணப்படுகின்றன.

சுடர் சோதனை

ஒரு சிறிய அளவு கால்சியம் உப்பு கரைசல் ஒரு பிளாட்டினம் கம்பி வழியாக ஒளிராத பன்சன் சுடரில் அறிமுகப்படுத்தப்படும்போது, அது சுடருக்கு ஒரு தனித்துவமான செங்கல் சிவப்பு நிறத்தை அளிக்கிறது. இந்த நிகழ்வு கால்சியத்தின் இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களின் கிளர்ச்சி மற்றும் அடுத்தடுத்த கிளர்ச்சி நீக்கத்தால் ஏற்படுகிறது.

அம்மோனியம் ஆக்ஸலேட் கரைசலுடன் வினை

நடுநிலை அல்லது கார ஊடகத்தில், கால்சியம் அயனிகள் வெள்ளை கால்சியம் ஆக்ஸலேட்டாக (CaC₂O₄) வீழ்படிவு அடைகின்றன. இந்த வீழ்படிவு அசிட்டிக் அமிலத்தில் கரையாது, ஆனால் நீர்த்த கனிம அமிலங்களில் (எ.கா., HCl, HNO₃) எளிதில் கரையும்.

சமன்பாடு:

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

வெள்ளை வீழ்படிவாக காணப்படுகிறது.

அம்மோனியம் கார்பனேட் கரைசலுடன் வினை

அம்மோனியம் கார்பனேட் கரைசலைச் சேர்க்கும்போது கால்சியம் அயனிகள் வெள்ளை கால்சியம் கார்பனேட்டாக (CaCO₃) வீழ்படிவு அடைகின்றன. மெக்னீசியம் அயனிகள் இருந்தாலும் மெக்னீசியம் கார்பனேட் வீழ்படிவு அடைவதைத் தடுக்க பொதுவாக அம்மோனியம் குளோரைடு சேர்க்கப்படுகிறது. இந்த வீழ்படிவு அமிலங்களில் கரையும்.

சமன்பாடு:

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

வெள்ளை வீழ்படிவாக காணப்படுகிறது.

டைசோடியம் ஹைட்ரஜன் பாஸ்பேட் கரைசலுடன் வினை

அம்மோனிய கரைசலில், கால்சியம் அயனிகள் வெள்ளை கால்சியம் ஹைட்ரஜன் பாஸ்பேட்டாக (CaHPO₄) வீழ்படிவு அடைகின்றன. அதிகப்படியான அம்மோனியா இருந்தால், ட்ரைகால்சியம் பாஸ்பேட் (Ca₃(PO₄)₂) உருவாகலாம்.

சமன்பாடு (எளிதாக்கப்பட்டது):

Ca²⁺(aq) + HPO₄²⁻(aq) → CaHPO₄(s)

வெள்ளை வீழ்படிவாக காணப்படுகிறது. குறிப்பு: இந்த சோதனை பெரும்பாலும் மற்ற குறுக்கிடும் கேஷன்களைப் (நேர்மின் அயனிகளைப்) பிரித்தெடுத்த பிறகு செய்யப்படுகிறது.