கால்சியம் (Ca) ஆய்வு வழிகாட்டி: பண்புகள், வினைகள் மற்றும் முக்கியத்துவம்

அறிமுகம்: நிஜ வாழ்க்கை முக்கியத்துவம்

கால்சியம் (Ca) பூமியின் மேலோட்டில் நிறை அடிப்படையில் ஐந்தாவது மிக அதிகமான தனிமம் ஆகும். அதன் சேர்மங்கள் பல்வேறு உயிரியல் அமைப்புகளுக்கும் தொழில்துறை செயல்முறைகளுக்கும் அடிப்படையானவை. உயிரியலில், எலும்புகள் மற்றும் பற்கள் உருவாக்கம் மற்றும் பராமரிப்பு, தசை சுருக்கம், நரம்பு தூண்டுதல் கடத்தல் மற்றும் இரத்தம் உறைதல் ஆகியவற்றுக்கு கால்சியம் அயனிகள் மிக முக்கியமானவை. தொழில்துறையில், கால்சியம் சேர்மங்கள் கட்டுமானம் (சிமென்ட், பிளாஸ்டர்), உலோகம் பிரித்தெடுத்தல் மற்றும் விவசாயம் ஆகியவற்றில் இன்றியமையாதவை.

CBSE/JEE விரைவு திருத்தக் குறிப்புகள்

சின்னம்: Ca
அணு எண் (Z): 20
அணு நிறை: 40.08 u (தோராயமாக)
தொகுதி: 2 (காரமண் உலோகங்கள்)
வரிசை: 4
தொகுதி: s-block
இணைதிறன்: 2
பொதுவான ஆக்சிஜனேற்ற நிலை: +2
இயல்பு: மென்மையான, வெள்ளி-வெள்ளை நிறமுள்ள, வினைத்திறன் மிக்க உலோகம்.
அடர்த்தி: 1.55 g/cm³
உருகுநிலை: 842 °C
கொதிநிலை: 1484 °C

எலக்ட்ரான் அமைப்பு மற்றும் பிணைப்பு நடத்தை

கால்சியத்தின் எலக்ட்ரான் அமைப்பு அதன் வேதியியல் வினைத்திறனை தீர்மானிக்கிறது.

நில அடிப்படை எலக்ட்ரான் அமைப்பு (முழுமையானது): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²
நில அடிப்படை எலக்ட்ரான் அமைப்பு (சுருக்கப்பட்டது): [Ar] 4s²

ஒரு தொகுதி 2 தனிமமாக, கால்சியம் அதன் வெளிப்புற கூட்டில் இரண்டு இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களைக் (4s²) கொண்டுள்ளது. இது இந்த இரண்டு எலக்ட்ரான்களை எளிதாக இழந்து ஒரு நிலையான மந்த வாயு அமைப்பைப் (ஆர்கான் போன்றது) பெறுகிறது, இது Ca²⁺ என்ற ஈரிணைதிறன் நேர்மின் அயனியை உருவாக்குகிறது. இந்த போக்கு கால்சியத்தை ஒரு வலிமையான ஒடுக்கும் காரணியாக ஆக்குகிறது மற்றும் முக்கியமாக அயனி சேர்மங்களை உருவாக்க வழிவகுக்கிறது.

முக்கியமான வேதியியல் வினைகள்

1. காற்று/ஆக்சிஜனுடன் வினை (ஆக்சிஜனேற்றம்)

கால்சியம் காற்றில் ஆக்சிஜனுடன் வினைபுரிந்து கால்சியம் ஆக்சைடை உருவாக்குகிறது. இதை சூடுபடுத்தும் போது காற்றில் தீவிரமாக எரிந்து கால்சியம் ஆக்சைடை (முக்கியமாக) மற்றும் சில கால்சியம் நைட்ரைடை உருவாக்குகிறது.

ஆக்சிஜனுடன்: 2Ca(s) + O₂(g) → 2CaO(s)
நைட்ரஜனுடன் (உயர் வெப்பநிலையில்): 3Ca(s) + N₂(g) → Ca₃N₂(s)

2. நீருடன் வினை

கால்சியம் குளிர்ந்த நீருடன் மிதமாக வினைபுரிந்து ஹைட்ரஜன் வாயுவை வெளியிட்டு கால்சியம் ஹைட்ராக்சைடை உருவாக்குகிறது. இது நீரில் மூழ்கும்.

Ca(s) + 2H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq) + H₂(g)

3. அமிலங்களுடன் வினை

கால்சியம் நீர்த்த HCl மற்றும் H₂SO₄ போன்ற அமிலங்களுடன் தீவிரமாக வினைபுரிந்து ஹைட்ரஜன் வாயுவையும் அதனுடன் தொடர்புடைய கால்சியம் உப்பையும் உருவாக்குகிறது.

ஹைட்ரோகுளோரிக் அமிலத்துடன்: Ca(s) + 2HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂(g)
சல்பூரிக் அமிலத்துடன்: Ca(s) + H₂SO₄(aq) → CaSO₄(s) + H₂(g) (குறிப்பு: CaSO₄ குறைவாக கரையும் தன்மை கொண்டது, அடர் H₂SO₄ பயன்படுத்தப்பட்டால் மேலும் வினையைத் தடுக்கும் ஒரு பாதுகாப்பு அடுக்கை உருவாக்குகிறது.)

4. ஹாலோஜன்களுடன் வினை

கால்சியம் ஹாலோஜன்களுடன் நேரடியாக வினைபுரிந்து கால்சியம் ஹாலைடுகளை உருவாக்குகிறது.

குளோரினுடன்: Ca(s) + Cl₂(g) → CaCl₂(s)

5. கால்சியம் கார்பனேட் (சுண்ணாம்புக்கல்) சிதைவு

கால்சியம் கார்பனேட்டை (சுண்ணாம்புக்கல்) சூடுபடுத்துவது ஒரு முக்கியமான தொழில்துறை செயல்முறையாகும், இது கால்சியம் ஆக்சைடு (சுட்ட சுண்ணாம்பு) மற்றும் கார்பன் டை ஆக்சைடை உருவாக்குகிறது.

CaCO₃(s) \xrightarrow\{\Delta\} CaO(s) + CO₂(g)

6. கால்சியம் ஹைட்ராக்சைடு உருவாக்கம் (சுண்ணாம்பு நீராக்குதல்)

கால்சியம் ஆக்சைடு (சுட்ட சுண்ணாம்பு) நீருடன் வெப்ப உமிழ்வினை புரிந்து கால்சியம் ஹைட்ராக்சைடை (நீர்த்த சுண்ணாம்பு) உருவாக்குகிறது.

CaO(s) + H₂O(l) → Ca(OH)₂(s)

தொழில்துறை மற்றும் உயிரியல் முக்கியத்துவம்

தொழில்துறை முக்கியத்துவம்

சிமென்ட் மற்றும் கான்கிரீட்: கால்சியம் கார்பனேட் சிமென்ட் உற்பத்திக்கு ஒரு முதன்மை மூலப்பொருள் ஆகும். கால்சியம் ஆக்சைடு மற்றும் கால்சியம் ஹைட்ராக்சைடு கான்கிரீட் மற்றும் சாந்தில் அத்தியாவசியமான கூறுகள்.
எஃகு உற்பத்தி: எஃகு தயாரிப்பின் போது சிலிக்கா மற்றும் பாஸ்பரஸ் போன்ற அசுத்தங்களை அகற்ற கால்சியம் சேர்மங்கள் பாய்மக் காரணிகளாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
விவசாயம்: கால்சியம் ஹைட்ராக்சைடு (நீர்த்த சுண்ணாம்பு) அமில மண்ணை நடுநிலையாக்கப் பயன்படுகிறது. கால்சியம் கொண்ட உரங்கள் மண் கால்சியத்தை நிரப்புகின்றன.
கண்ணாடி மற்றும் மட்பாண்டங்கள்: பல்வேறு வகையான கண்ணாடி மற்றும் மட்பாண்டப் பொருட்கள் தயாரிப்பில் கால்சியம் சேர்மங்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
பாரிஸ் சாந்து: ஜிப்சம் (CaSO₄·2H₂O) இலிருந்து பெறப்படும் கால்சியம் சல்பேட் ஹெமிஹைட்ரேட் (CaSO₄·½H₂O) வார்ப்புகள், சிற்பங்கள் மற்றும் கட்டுமானத்தில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

உயிரியல் முக்கியத்துவம்

எலும்புகள் மற்றும் பற்கள்: கால்சியம் பாஸ்பேட் (ஹைட்ராக்ஸிஅபடைட்) எலும்புகள் மற்றும் பற்களின் முதன்மை கனிமக் கூறு ஆகும், இது கட்டமைப்பு விறைப்புத்தன்மை மற்றும் வலிமையை வழங்குகிறது.
தசை சுருக்கம்: கால்சியம் அயனிகள் (Ca²⁺) ஒழுங்குபடுத்தும் புரதங்களுடன் வினைபுரிந்து தசை சுருக்கத்தைத் தூண்டுகின்றன.
நரம்பு தூண்டுதல் கடத்தல்: நரம்பு முனைகளில் Ca²⁺ உட்புகுதல் நரம்பு கடத்திகளை வெளியிடுவதற்கு மிகவும் முக்கியமானது, இது நரம்பு தூண்டுதல் கடத்தலை எளிதாக்குகிறது.
இரத்தம் உறைதல்: இரத்தம் உறைதலின் சிக்கலான தொடரில் ஈடுபட்டுள்ள பல நொதிகளுக்கு கால்சியம் அயனிகள் அத்தியாவசியமான துணை காரணிகள் ஆகும்.
நொதி துணை காரணி: பல நொதிகளுக்கு அவற்றின் செயல்பாடு மற்றும் சரியான செயல்பாட்டிற்கு Ca²⁺ தேவைப்படுகிறது.