కాల్షియం మూలకాన్ని అర్థం చేసుకోవడం
కాల్షియం (Ca) వెండి-తెలుపు రంగులో ఉండే, సాపేక్షంగా మృదువైన మరియు క్రియాశీలక లోహ మూలకం. ఇది ఆవర్తన పట్టికలోని గ్రూప్ 2లో ఉన్న క్షార మృత్తిక లోహం. కాల్షియం భూమి పైపొరలో సమృద్ధిగా లభిస్తుంది, తరచుగా సున్నపురాయి (కాల్షియం కార్బోనేట్), జిప్సం (కాల్షియం సల్ఫేట్ డైహైడ్రేట్), మరియు ఫ్లోరైట్ (కాల్షియం ఫ్లోరైడ్) వంటి ఖనిజ రూపాలలో కనిపిస్తుంది. దీని సమ్మేళనాలు వివిధ జీవ మరియు పారిశ్రామిక అనువర్తనాలకు అవసరం. ఉదాహరణకు, మానవులు మరియు జంతువుల ఎముకలు మరియు దంతాలలో కాల్షియం ఒక ముఖ్యమైన భాగం, మరియు కాల్షియం కార్బోనేట్ సిమెంట్ ఉత్పత్తికి ప్రాథమిక ముడి పదార్థం, ఇది భారతదేశంలో ఒక ముఖ్యమైన పరిశ్రమ.
పరమాణు సంఖ్య మరియు ద్రవ్యరాశి సంఖ్య
ప్రతి అణువు దాని పరమాణు సంఖ్య (Z) ద్వారా ప్రత్యేకంగా గుర్తించబడుతుంది, ఇది దాని కేంద్రకంలోని ప్రోటాన్ల సంఖ్యను సూచిస్తుంది. ద్రవ్యరాశి సంఖ్య (A) కేంద్రకంలోని ప్రోటాన్లు మరియు న్యూట్రాన్ల మొత్తం సంఖ్యను సూచిస్తుంది.
- కాల్షియం యొక్క పరమాణు సంఖ్య (Z): 20
- కాల్షియం యొక్క అత్యంత సాధారణ ఐసోటోప్ ద్రవ్యరాశి సంఖ్య (A): 40 (ముఖ్యంగా, కాల్షియం-40 కోసం, దీనిని $^{40}\text{Ca}$గా సూచిస్తారు)
కాల్షియంకు అనేక ఐసోటోప్లు ఉన్నప్పటికీ, కాల్షియం-40 అత్యంత సమృద్ధిగా ఉంటుంది, సహజంగా లభించే కాల్షియంలో 96% కంటే ఎక్కువ దీనిదే.
కాల్షియం అణువులోని ఉప పరమాణు కణాలు
ఒక తటస్థ అణువుకు, ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య ప్రోటాన్ల సంఖ్యకు సమానం. న్యూట్రాన్ల సంఖ్యను పరమాణు సంఖ్యను ద్రవ్యరాశి సంఖ్య నుండి తీసివేయడం ద్వారా లెక్కించవచ్చు (A - Z).
- ప్రోటాన్ల సంఖ్య: కాల్షియం యొక్క పరమాణు సంఖ్య 20, కాబట్టి ఒక కాల్షియం అణువులో 20 ప్రోటాన్లు ఉంటాయి.
- ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య: ఒక తటస్థ కాల్షియం అణువులో 20 ప్రోటాన్లు ఉన్నందున, ధనాత్మక ఆవేశాన్ని సమతుల్యం చేయడానికి ఇది 20 ఎలక్ట్రాన్లను కూడా కలిగి ఉంటుంది.
- న్యూట్రాన్ల సంఖ్య: అత్యంత సాధారణ ఐసోటోప్, కాల్షియం-40 ($^{40}\text{Ca}$), కోసం, న్యూట్రాన్ల సంఖ్య 40 (ద్రవ్యరాశి సంఖ్య) - 20 (పరమాణు సంఖ్య) = 20 న్యూట్రాన్లు.
ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం
ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం అనేది అణువు యొక్క కేంద్రకం చుట్టూ ఉన్న అణు ఆర్బిటాల్స్ మరియు ఉప-షెల్లలో ఎలక్ట్రాన్ల అమరికను వివరిస్తుంది. ఎలక్ట్రాన్లు ఆఫ్బౌ సూత్రం, హుండ్ నియమం మరియు పౌలీ వర్జన సూత్రం ప్రకారం ఆర్బిటాల్స్ను నింపుతాయి.
20 ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్న కాల్షియం కోసం, ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసాన్ని రెండు విధాలుగా వ్రాయవచ్చు:
-
పూర్తి ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2$
- ఇది సూచిస్తుంది:
- 2 ఎలక్ట్రాన్లు $1s$ ఆర్బిటాల్ను (K షెల్) ఆక్రమిస్తాయి.
- 2 ఎలక్ట్రాన్లు $2s$ ఆర్బిటాల్ను మరియు 6 ఎలక్ట్రాన్లు $2p$ ఆర్బిటాల్స్ను (L షెల్) ఆక్రమిస్తాయి.
- 2 ఎలక్ట్రాన్లు $3s$ ఆర్బిటాల్ను మరియు 6 ఎలక్ట్రాన్లు $3p$ ఆర్బిటాల్స్ను (M షెల్) ఆక్రమిస్తాయి.
- 2 ఎలక్ట్రాన్లు $4s$ ఆర్బిటాల్ను (N షెల్) ఆక్రమిస్తాయి.
- ఇది సూచిస్తుంది:
-
నోబుల్ గ్యాస్ విన్యాసం: $[\text{Ar}] 4s^2$
- ఈ సంక్షిప్త సంజ్ఞామానం అంతర్గత కోర్ ఎలక్ట్రాన్లను సూచించడానికి మునుపటి నోబుల్ గ్యాస్ (ఆర్గాన్, దీనికి 18 ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్నాయి) చిహ్నాన్ని ఉపయోగిస్తుంది. ఆర్గాన్ విన్యాసం $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$. కాల్షియం కోసం మిగిలిన 2 ఎలక్ట్రాన్లు $4s$ ఆర్బిటాల్లో ఉంచబడతాయి.
వేలెన్సీ ఎలక్ట్రాన్లు
వేలెన్సీ ఎలక్ట్రాన్లు ఒక అణువు యొక్క బయటి ప్రధాన శక్తి స్థాయిలో (షెల్) ఉన్న ఎలక్ట్రాన్లు. ఈ ఎలక్ట్రాన్లు ప్రధానంగా రసాయన బంధంలో పాల్గొంటాయి మరియు ఒక మూలకం యొక్క రసాయన ధర్మాలను మరియు క్రియాశీలతను నిర్ణయిస్తాయి.
కాల్షియం కోసం, దాని ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2$ ఆధారంగా:
- బయటి ప్రధాన శక్తి స్థాయి $n=4$.
- ఈ $n=4$ షెల్లో, $4s$ ఆర్బిటాల్లో 2 ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్నాయి.
అందువల్ల, కాల్షియంకు 2 వేలెన్సీ ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్నాయి. కాల్షియం అయానిక్ సమ్మేళనాలను ఏర్పరిచినప్పుడు ఈ రెండు వేలెన్సీ ఎలక్ట్రాన్లు సులభంగా కోల్పోతాయి, రాజస్థాన్లోని రాక్ ఫాస్ఫేట్ నిక్షేపాలలో కనిపించే కాల్షియం ఫాస్ఫేట్ లేదా సముద్ర జీవుల పెంకులలోని కాల్షియం కార్బోనేట్ వంటి సాధారణ సమ్మేళనాలలో గమనించినట్లుగా, స్థిరమైన $\text{Ca}^{2+}$ అయాన్ను ఏర్పరుస్తుంది.