แคลเซียม: คุณสมบัติโครงสร้างการได้รับการใช้ประโยชน์ - เคมี - 2026

แคลเซียมเป็นโลหะแอลคาไลน์เอิร์ทที่อยู่ในตารางธาตุ 2 (นาย Becambara) กลุ่ม โลหะนี้ครองอันดับที่ห้าจากความอุดมสมบูรณ์ขององค์ประกอบที่มีอยู่ในเปลือกโลก หลังเหล็กและอลูมิเนียม มันแสดงด้วยสัญลักษณ์ทางเคมี Ca และเลขอะตอมคือ 20

แคลเซียมเป็น 3.64% ของเปลือกโลกและเป็นโลหะที่มีอยู่มากที่สุดในร่างกายมนุษย์คิดเป็น 2% ของน้ำหนัก เขาไม่มีอิสระในธรรมชาติ แต่เป็นส่วนหนึ่งของแร่ธาตุและสารประกอบทางเคมีมากมาย

แคลเซียมโลหะที่มีความบริสุทธิ์สูงเก็บไว้ในน้ำมันแร่เพื่อป้องกันออกซิเจนและความชื้น ที่มา: 2 × 910

ตัวอย่างเช่นพบในแร่แคลไซต์ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของหินปูน แคลเซียมคาร์บอเนตมีอยู่ในโลกเช่นหินอ่อนโดโลไมต์เปลือกไข่ปะการังไข่มุกหินงอกหินย้อยและในเปลือกหอยของสัตว์ทะเลหรือหอยทากหลายชนิด

นอกจากนี้แคลเซียมยังเป็นส่วนหนึ่งของแร่ธาตุอื่น ๆ เช่นยิปซั่มแอนไฮไดรต์ฟลูออไรต์และอะพาไทต์ จึงไม่น่าแปลกใจที่มันมีความหมายเหมือนกันกับกระดูกในระดับวัฒนธรรม

เมื่อสัมผัสกับอากาศแคลเซียมจะถูกปกคลุมด้วยสารเคลือบสีเหลืองผลิตภัณฑ์จากส่วนผสมของแคลเซียมออกไซด์ไนไตรด์และไฮดรอกไซด์ อย่างไรก็ตามตัดใหม่พื้นผิวเป็นมันเงาสีเงิน - ขาว มีความนุ่มและมีความแข็งในระดับโมห์ 1.75

แคลเซียมทำหน้าที่หลายอย่างในสิ่งมีชีวิตซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบที่กำหนดโครงสร้างและการทำงานของระบบกระดูก มันเข้าไปแทรกแซงในน้ำตกการแข็งตัวโดยการกระตุ้นปัจจัยการแข็งตัวหลายตัวซึ่งระบุว่าเป็น Factor IV

นอกจากนี้แคลเซียมยังมีส่วนเกี่ยวข้องกับการหดตัวของกล้ามเนื้อทำให้เกิดการรวมตัวกันของโปรตีนที่หดตัว (แอกตินและไมโอซิน) และอำนวยความสะดวกในการปล่อยสารสื่อประสาทบางชนิดรวมทั้งอะซิติลโคลีน

สารเคมีที่มันมักจะมีส่วนร่วมในสารประกอบอินทรีย์หรืออนินทรีของมันเช่น divalent ไอออน Ca 2+ เป็นหนึ่งในไอออนบวกที่มีจำนวนโคออร์ดิเนชันสูงสุดกล่าวคือสามารถโต้ตอบกับโมเลกุลหรือไอออนหลายตัวในเวลาเดียวกัน

ประวัติศาสตร์

แต่ก่อนนั้น

สารประกอบแคลเซียมเช่นปูนขาว (CaO) หรือยิปซั่ม (CaSO ₄ ) ถูกใช้โดยมนุษย์เป็นเวลานับพันปีโดยไม่สนใจโครงสร้างทางเคมี ปูนขาวเป็นวัสดุก่อสร้างและปูนปลาสเตอร์สำหรับทำประติมากรรมถูกใช้เมื่อ 7,000 ปีก่อนคริสต์ศักราช

ในเมโสโปเตเมียพบเตาเผาปูนขาวที่ใช้เมื่อ 2,500 ปีก่อนคริสตกาลในช่วงเวลาอันใกล้นี้มีการใช้ยิปซั่มในระหว่างการก่อสร้างมหาพีระมิดแห่งกีซา

การระบุและการแยก

โจเซฟแบล็ก (1755) อธิบายว่ามะนาวมีน้ำหนักเบากว่าหินปูน (แคลเซียมคาร์บอเนต) ที่ให้กำเนิด เนื่องจากสูญเสียก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ระหว่างการให้ความร้อน

Antoine Lavoiser (1787) สรุปว่ามะนาวต้องเป็นออกไซด์ขององค์ประกอบทางเคมีที่ไม่รู้จัก

เซอร์ฮัมฟรีย์เดวี่ (1808) อย่างแม่นยำในปีที่เขาค้นพบโบรอนทำเช่นเดียวกันกับแคลเซียมโดยใช้เทคนิคอิเล็กโทรลิซิสที่จาการ์เบอร์ซีลิอุสและแมกนัสมาร์ตินใช้

Davy แยกแคลเซียมและแมกนีเซียมโดยใช้การออกแบบการทดลองเดียวกัน เขาผสมแคลเซียมออกไซด์กับปรอท (II) ออกไซด์บนแผ่นแพลตตินัมโดยใช้เป็นขั้วบวก (+) ในขณะที่แคโทด (-) เป็นลวดแพลตตินัมที่จมอยู่ในปรอทบางส่วน

อิเล็กโทรลิซิสทำให้เกิดการรวมกันของแคลเซียมและปรอท ในการทำให้แคลเซียมบริสุทธิ์อมัลกัมต้องผ่านการกลั่น อย่างไรก็ตามไม่ได้รับแคลเซียมบริสุทธิ์

คุณสมบัติ

รายละเอียดทางกายภาพ

โลหะสีเงินขาวจะเปลี่ยนเป็นสีขาวอมเทาเมื่อสัมผัสกับอากาศ ในอากาศชื้นจะมีเมฆเป็นสีฟ้าเทา แป้งแข็งหรือแห้ง โครงสร้างคริสตัลอยู่ตรงกลางใบหน้า

น้ำหนักอะตอม

40.078 ก. / โมล.

จุดหลอมเหลว

842 องศาเซลเซียส

จุดเดือด

1,484 องศาเซลเซียส

ความหนาแน่น

-1.55 g / cm ³ที่อุณหภูมิห้อง

-1.378 g / cm ³ในสถานะของเหลวที่จุดหลอมเหลว

ความร้อนของฟิวชั่น

8.54 กิโลจูล / โมล

ความร้อนของการกลายเป็นไอ

154.7 กิโลจูล / โมล

ความจุของแคลอรี่โมลาร์

25.929 J / (โมล· K)

ความจุแคลอรี่เฉพาะ

0.63 J / gK

อิเล็ก

1.0 ในระดับ Pauling

พลังงานไอออไนเซชัน

- ไอออไนเซชันแรก 589.8 กิโลจูล / โมล

- ไอออไนเซชันที่สอง 1,145 กิโลจูล / โมล

- ไอออไนเซชันที่สาม 4.912 กิโลจูล / โมล

- ไอออไนเซชันที่สี่ 6,490.57 kJ / mol และมีพลังงานไอออไนเซชันอีก 4

วิทยุปรมาณู

197 น

รัศมีโควาเลนต์

176 ± 10 น

การขยายตัวทางความร้อน

22.3 µm / m · K ที่ 20 ° C

การนำความร้อน

201 วัตต์ / ม

ความต้านทานไฟฟ้า

336 nΩ· m ที่ 20 ° C

ความแข็ง

1.75 ในระดับ Mohs

ไอโซโทป

แคลเซียมมีไอโซโทปธรรมชาติ 6 ไอโซโทป: ⁴⁰ Ca, ⁴² Ca, ⁴³ Ca, ⁴⁴ Ca, ⁴⁶ Ca และ⁴⁸ Ca และไอโซโทปสังเคราะห์กัมมันตรังสี 19 ชนิด ไอโซโทปที่มีมากที่สุดคือ⁴⁰ Ca (96.94%) ⁴⁴ Ca (2.086%) และ⁴² Ca (0.647%)

การเกิดปฏิกิริยา

แคลเซียมทำปฏิกิริยากับน้ำตามธรรมชาติผลิตแคลเซียมไฮดรอกไซด์และก๊าซไฮโดรเจน ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและไนโตรเจนในอากาศผลิตแคลเซียมออกไซด์และแคลเซียมไนไตรด์ตามลำดับ เมื่อแยกส่วนจะเผาไหม้ในอากาศโดยธรรมชาติ

เมื่อแคลเซียมถูกทำให้ร้อนจะทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนกลายเป็นเฮไลด์ นอกจากนี้ยังทำปฏิกิริยากับฮาโลเจนทั้งหมดเพื่อสร้างเฮไลด์ นอกจากนี้ยังทำปฏิกิริยากับโบรอนกำมะถันคาร์บอนและฟอสฟอรัส

โครงสร้างและโครงร่างอิเล็กตรอนของแคลเซียม

อะตอมของแคลเซียมถูกรวมเข้าด้วยกันด้วยพันธะโลหะซึ่งทำให้อิเล็กตรอนสองตัวของเวเลนซ์เข้ากับกระแสของอิเล็กตรอน ดังนั้นปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอม Ca และวงดนตรีอิเล็กทรอนิกส์ที่ได้จึงลงเอยด้วยการกำหนดผลึกที่มีโครงสร้างลูกบาศก์ที่มีใบหน้าเป็นศูนย์กลาง (ccc ในภาษาสเปนหรือ fcc ในภาษาอังกฤษสำหรับลูกบาศก์ที่มีใบหน้าเป็นศูนย์กลาง)

หากผลึกแคลเซียม ccc นี้ได้รับความร้อนที่อุณหภูมิประมาณ 450 ° C จะมีการเปลี่ยนไปเป็นเฟส hcp (รูปหกเหลี่ยมขนาดกะทัดรัดหรือรูปหกเหลี่ยมที่ใกล้เคียงที่สุด) กล่าวอีกนัยหนึ่งโครงสร้างจะหนาแน่นขึ้นราวกับว่าการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและการสั่นสะเทือนของอะตอมทำให้ระยะทางที่แยกออกจากกัน

อะตอมของแคลเซียมมีโครงร่างอิเล็กทรอนิกส์ดังต่อไปนี้:

4 วินาที²

ซึ่งจะอธิบายได้ว่าเวเลนซ์อิเล็กตรอนสองตัวสำหรับโลหะนี้มาจากออร์บิทัล 4s นอกสุด เมื่อมันสูญเสียพวกมันไอออนบวกที่เพิ่มขึ้น Ca ^{2+ จะถูกสร้างขึ้น}ไอโซอิเล็กทรอนิกกับอาร์กอนก๊าซมีตระกูล นั่นคือทั้ง Ar และ Ca ²⁺มีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากัน

เป็นวงโคจร 4s ของแคลเซียมที่รวมกันเพื่อสร้างแถบวาเลนซ์ของผลึกเหล่านี้ สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับวงโคจร 4p ที่ว่างเปล่าซึ่งสร้างแถบการนำไฟฟ้า

การได้รับ

แคลเซียมผลิตในเชิงพาณิชย์โดยการอิเล็กโทรลิซิสของแคลเซียมคลอไรด์หลอมเหลว ปฏิกิริยาต่อไปนี้เกิดขึ้นที่ขั้วไฟฟ้า:

ที่ขั้วบวก: 2Cl ^- (l) => Cl ₂ (g) + 2e ^-

แคลเซียมถูกทับถมเป็นโลหะบนแคโทดโดยการจับอิเล็กตรอนจากแคลเซียมไอออนิก

ที่แคโทด: Ca ²⁺ (l) + 2 e ^- => Ca (s)

ในปริมาณเล็กน้อยแคลเซียมสามารถผลิตได้โดยการลดแคลเซียมออกไซด์ด้วยอลูมิเนียมหรือแคลเซียมคลอไรด์กับโซเดียมโลหะ

6 CaO + 2 Al => 3 Ca + Ca ₃ Al ₂ O ₆

CaCl ₂ + 2 Na => Ca + NaCl

การประยุกต์ใช้งาน

ธาตุแคลเซียม

แคลเซียมถูกใช้เป็นสารเติมแต่งในการผลิตหลอดแก้วซึ่งจะถูกเพิ่มเข้าไปในหลอดไฟในระหว่างขั้นตอนการผลิตครั้งแรก นอกจากนี้ยังเพิ่มที่ส่วนท้ายเพื่อให้รวมกับก๊าซที่เหลืออยู่ภายในหลอดไฟ

ใช้เป็นตัวแตกตัวในการผลิตโลหะเช่นทองแดงและเหล็ก โลหะผสมของแคลเซียมและซีเซียมถูกนำมาใช้ในไฟแช็คเพื่อให้เกิดประกายไฟ แคลเซียมเป็นตัวรีดิวซ์ แต่ยังมีการใช้งาน deoxidation และ deoxidation

แคลเซียมถูกใช้ในการเตรียมโลหะเช่นโครเมียมทอเรียมยูเรเนียมเซอร์โคเนียมและอื่น ๆ จากออกไซด์ของพวกมัน ใช้เป็นสารผสมสำหรับอลูมิเนียมทองแดงตะกั่วแมกนีเซียมและโลหะฐานอื่น ๆ และเป็น deoxidizer สำหรับโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงบางชนิด

แคลเซียมในโลหะผสมกับตะกั่ว (0.04%) ทำหน้าที่เป็นปลอกสำหรับสายโทรศัพท์ ใช้เป็นโลหะผสมกับแมกนีเซียมในการปลูกถ่ายกระดูกเพื่อยืดอายุ

แคลเซียมคาร์บอเนต

เป็นวัสดุฟิลเลอร์ในเซรามิกแก้วพลาสติกและสีรวมถึงวัตถุดิบในการผลิตปูนขาว คาร์บอเนตสังเคราะห์ที่มีความบริสุทธิ์สูงใช้เป็นยาลดกรดและอาหารเสริมแคลเซียม นอกจากนี้ยังใช้เป็นสารเติมแต่งในอาหาร

แคลเซียมออกไซด์

แคลเซียมออกไซด์ถูกใช้ในอุตสาหกรรมการก่อสร้างซึ่งใช้ในการเคลือบผนัง นอกจากนี้ยังรวมอยู่ในคอนกรีต ในศตวรรษที่ 19 บล็อกแคลเซียมออกไซด์ถูกเผาเพื่อให้แสงสีขาวสว่างไสว

มะนาว (อีกครั้งคือแคลเซียมออกไซด์) ใช้เพื่อขจัดส่วนประกอบที่ไม่ต้องการเช่นซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO ₂ ) ที่มีอยู่ในวัสดุเหล็กจากเหล็กกล้า ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาคือแคลเซียมซิลิเกต (CaSiO ₃ ) เรียกว่า "ตะกรัน"

มะนาวรวมกับน้ำเพื่อสร้างแคลเซียมไฮดรอกไซด์ สารประกอบนี้จะตกตะกอนและจมลงลากสิ่งสกปรกไปที่ด้านล่างของถัง

ปล่องไฟด้านในบุด้วยปูนขาวเพื่อกำจัดควันจากโรงงาน ตัวอย่างเช่นจับก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO ₂ ) ซึ่งก่อให้เกิดฝนกรดและเปลี่ยนเป็นแคลเซียมซัลไฟต์ (CaSO ₃ )

แคลเซียมคลอไรด์

แคลเซียมคลอไรด์ใช้ในการควบคุมน้ำแข็งบนถนน ครีมนวดผมสำหรับมะเขือเทศที่มีอยู่ในแยม การผลิตตัวถังรถยนต์และรถบรรทุก

แคลเซียมซัลเฟต

มักถูกนำเสนอเป็น CaSO ₄ · 2H ₂ O (ยิปซั่ม) ใช้เป็นสารปรับสภาพดิน ยิปซั่มที่ผ่านการเผาใช้ในการผลิตกระเบื้องบอร์ดและระแนง นอกจากนี้ยังใช้สำหรับการตรึงกระดูกหัก

แคลเซียมฟอสเฟต

แคลเซียมฟอสเฟตพบในรูปแบบต่างๆในธรรมชาติและใช้เป็นปุ๋ย เกลือแคลเซียมที่เป็นกรด (CaH ₂ PO ₄ ) ใช้เป็นปุ๋ยและสารทำให้คงตัวสำหรับพลาสติก แคลเซียมฟอสเฟตพบเป็นส่วนหนึ่งของเนื้อเยื่อกระดูกโดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นไฮดรอกซีแอปาไทต์

สารประกอบแคลเซียมอื่น ๆ

มีสารประกอบแคลเซียมจำนวนมากที่มีการใช้งานที่หลากหลาย ตัวอย่างเช่นแคลเซียมคาร์ไบด์ถูกใช้เพื่อให้ได้อะเซทิลีนซึ่งใช้ในการเชื่อมไฟฉาย แคลเซียมอัลจิเนตใช้เป็นสารเพิ่มความข้นในผลิตภัณฑ์อาหารเช่นไอศกรีม

แคลเซียมไฮโปคลอไรต์ใช้เป็นสารฟอกสียาระงับกลิ่นกายยาฆ่าเชื้อราและแอลกาไซด์

แคลเซียมเปอร์แมงกาเนตเป็นของเหลวขับเคลื่อนจรวด นอกจากนี้ยังใช้เป็นสารกรองน้ำและในการผลิตสิ่งทอ

ฟังก์ชันทางชีวภาพ

แคลเซียมตอบสนองการทำงานมากมายในสิ่งมีชีวิต:

- มันเข้าไปแทรกแซงในน้ำตกแข็งตัวเป็น Factor IV

- จำเป็นสำหรับการกระตุ้นปัจจัยการแข็งตัวของเลือดหลายอย่างรวมถึง thrombin

- ในกล้ามเนื้อโครงร่างแคลเซียมจะปล่อยฤทธิ์ยับยั้งการทำงานของระบบโปรตีนต่อการหดตัวของกล้ามเนื้อทำให้สะพานแอกติน - ไมโอซินก่อตัวขึ้นซึ่งทำให้เกิดการหดตัว

- ปรับช่องไอออนิกของเซลล์ที่กระตุ้นได้ ในภาวะน้ำตาลในเลือดต่ำช่องโซเดียมจะถูกกระตุ้นซึ่งทำให้โซเดียมเข้าสู่เซลล์ทำให้เกิดการหดตัวอย่างต่อเนื่อง (tetany) ที่อาจถึงแก่ชีวิตได้

- นอกจากนี้แคลเซียมยังช่วยในการปล่อยสารสื่อประสาท acetylcholine ที่ขั้วต่อ presynaptic

ความเสี่ยงและข้อควรระวัง

ทำปฏิกิริยากับน้ำ ดังนั้นอาจทำให้ได้รับบาดเจ็บสาหัสที่ปากหลอดอาหารหรือกระเพาะอาหารเมื่อรับประทานเข้าไป

คนงานมีความเสี่ยงนี้ในสถานที่ที่มีการผลิตแคลเซียมเป็นองค์ประกอบหรือในบริเวณที่ใช้โลหะ ข้อควรระวังคือการป้องกันตนเองด้วยหน้ากากที่หลีกเลี่ยงการหายใจเอาฝุ่นเสื้อผ้าและการระบายอากาศที่เพียงพอ

ภาวะน้ำตาลในเลือดสูงเป็นอันตรายอย่างยิ่งและอาจเกิดจากการหลั่งฮอร์โมนพาราไธรอยด์มากเกินไปหรือการได้รับวิตามินดีมากเกินไปการบริโภคแคลเซียมส่วนเกินเช่นมากกว่า 2.5 กรัม / วันมักไม่ค่อยเป็นสาเหตุของภาวะน้ำตาลในเลือดสูง .

แคลเซียมส่วนเกินสร้างขึ้นในไตทำให้เกิดนิ่วในไตและไตอักเสบ นอกจากนี้การสะสมของแคลเซียมในผนังหลอดเลือดจะปรับเปลี่ยนความยืดหยุ่นซึ่งอาจเป็นสาเหตุของความดันโลหิตสูงการไหลเวียนของเลือดช้าและการเกิดลิ่มเลือด

ข้อควรระวังขั้นพื้นฐานคือการรวมแคลซีเมียในการตรวจทางห้องปฏิบัติการเมื่อแพทย์สังเกตลักษณะอาการของผู้ป่วยที่ทำให้เขาสงสัยว่ามีภาวะน้ำตาลในเลือดสูงและเริ่มการรักษาที่เหมาะสม

อ้างอิง

1. ว. ฮัลล์. (1921) โครงสร้างผลึกของแคลเซียม doi.org/10.1103/PhysRev.17.42
2. วิกิพีเดีย (2019) แคลเซียม. สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
3. Advameg, Inc. (2019). แคลเซียม. อธิบายทางเคมี ดึงมาจาก: chemistryexplained.com
4. ทิโมธีพี. ฮานูซา (11 มกราคม 2562). แคลเซียม. สารานุกรมบริแทนนิกา. ดึงมาจาก: britannica.com
5. ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (2019) แคลเซียม. ฐานข้อมูล PubChem CID = 5460341 สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. WebElements (2019) แคลเซียม: สิ่งจำเป็น ดึงมาจาก: webelements.com