KALSIUM: SIFAT, STRUKTUR, MEMPEROLEH, KEGUNAAN - KIMIA - 2026

The kalsium adalah logam alkali bumi milik jadual berkala 2 (Mr. Becambara) kumpulan. Logam ini menduduki tempat kelima dengan banyaknya unsur-unsur yang terdapat di kerak bumi; belakang besi dan aluminium. Ia diwakili oleh simbol kimia Ca, dan nombor atomnya adalah 20.

Kalsium mewakili 3.64% kerak bumi dan merupakan logam paling banyak dalam tubuh manusia, mewakili 2% dari beratnya. Dia tidak bebas; tetapi ia adalah sebahagian daripada sebilangan besar mineral dan sebatian kimia.

Kalsium logam dengan ketulenan tinggi disimpan dalam minyak mineral untuk melindunginya daripada oksigen dan kelembapan. Sumber: 2 × 910

Sebagai contoh, ia terdapat dalam mineral kalsit, yang pada gilirannya adalah sebahagian daripada batu kapur. Kalsium karbonat terdapat di bumi sebagai marmar, dolomit, kulit telur, karang, mutiara, stalaktit, stalagmit, serta di cangkang banyak haiwan laut atau siput.

Sebagai tambahan, kalsium adalah sebahagian daripada mineral lain, seperti gipsum, anhidrit, fluorit, dan apatit. Maka tidak menghairankan bahawa ia identik dengan tulang pada tahap budaya.

Apabila terkena udara, kalsium ditutup dengan lapisan kekuningan, hasil campuran kalsium oksida, nitrida dan hidroksida. Namun, dipotong segar, permukaannya berkilau, keperakan keperakan. Ia lembut dengan kekerasan pada skala Mohs 1.75.

Kalsium melakukan banyak fungsi pada makhluk hidup, di antaranya adalah sebatian yang menentukan struktur dan fungsi sistem tulang; ia campur tangan dalam lata koagulasi dengan mengaktifkan beberapa faktor pembekuan, yang dikenal pasti sebagai Faktor IV.

Tambahan pula, kalsium terlibat dalam pengecutan otot, yang memungkinkan penyatuan protein kontraktil (aktin dan myosin); dan memudahkan pembebasan beberapa neurotransmitter, termasuk asetilkolin.

Secara kimia ia selalu mengambil bahagian dalam sebatian organik atau bukan organiknya seperti kation divalent Ca ²⁺ . Ini adalah salah satu kation dengan bilangan koordinasi tertinggi, iaitu, ia dapat berinteraksi dengan beberapa molekul atau ion pada masa yang sama.

Sejarah

Pada zaman dahulu

Sebatian kalsium seperti kapur (CaO) atau gipsum (CaSO ₄ ) telah digunakan oleh manusia selama ribuan tahun, mengabaikan struktur kimianya. Kapur sebagai bahan binaan dan plaster untuk membuat patung-patung itu digunakan 7,000 tahun SM

Di Mesopotamia, terdapat sebiji kapur kapur yang digunakan pada tahun 2.500 SM.

Pengenalan dan pengasingan

Joseph Black (1755) menjelaskan bahawa kapur lebih ringan daripada batu kapur (kalsium karbonat) yang memberikannya asal. Ini kerana ia kehilangan karbon dioksida semasa pemanasan.

Antoine Lavoiser (1787) menyimpulkan bahawa kapur mestilah oksida unsur kimia yang tidak diketahui.

Sir Humphrey Davy (1808) tepat pada tahun ia menemukan boron, melakukan hal yang sama dengan kalsium menggunakan teknik elektrolisis, yang digunakan oleh Jakar Berzelius dan Magnus Martin.

Davy mengasingkan kalsium dan magnesium menggunakan reka bentuk eksperimen yang sama. Dia mencampurkan kalsium oksida dengan merkuri (II) oksida pada plat platum, digunakan sebagai anoda (+), sedangkan katod (-) adalah wayar platinum yang sebagian terendam dalam merkuri.

Elektrolisis menghasilkan gabungan kalsium dan merkuri. Untuk membersihkan kalsium, amalgam mengalami penyulingan. Walau bagaimanapun, kalsium tulen tidak diperoleh.

Hartanah

Penerangan fizikal

Logam keperakan keperakan, berubah menjadi putih kelabu apabila terkena udara. Di udara lembap, ia mengambil kelabu biru kelabu. Serbuk pekat atau kering. Struktur kristal berpusat di wajah.

Berat atom

40.078 g / mol.

Takat lebur

842 ° C.

Takat didih

1,484 ° C.

Ketumpatan

-1.55 g / cm ³ pada suhu bilik.

-1.378 g / cm ³ dalam keadaan cair pada titik lebur.

Panas pelakuran

8.54 kJ / mol.

Haba pengewapan

154.7 kJ / mol.

Kapasiti kalori molar

25.929 J / (mol · K).

Kapasiti kalori tertentu

0.63 J / gK

Elektronegativiti

1.0 pada skala Pauling

Tenaga pengionan

-Pengionan pertama 589.8 kJ / mol

-Pengionan kedua 1,145 kJ / mol

-Pengionan ketiga 4.912 kJ / mol

-Pengionan keempat 6,490.57 kJ / mol dan terdapat 4 lagi tenaga pengionan.

Radio atom

197 petang

Jejari kovalen

176 ± 10 malam

Pengembangan haba

22.3 µm / m · K pada 20 ° C.

Kekonduksian terma

201 W / m K

Ketahanan elektrik

336 nΩ · m pada 20 ° C.

Kekerasan

1.75 pada skala Mohs.

Isotop

Kalsium mempunyai 6 isotop semula jadi: ⁴⁰ Ca, ⁴² Ca, ⁴³ Ca, ⁴⁴ Ca, ⁴⁶ Ca dan ⁴⁸ Ca, dan 19 isotop sintetik radioaktif. Isotop yang paling banyak ialah ⁴⁰ Ca (96.94%), ⁴⁴ Ca (2.086%) dan ⁴² Ca (0.647%).

Kereaktifan

Kalsium bertindak balas secara spontan dengan air, menghasilkan kalsium hidroksida dan gas hidrogen. Bertindak dengan oksigen dan nitrogen di udara, masing-masing menghasilkan kalsium oksida dan kalsium nitrida. Semasa membelah, ia terbakar secara spontan di udara.

Apabila kalsium dipanaskan, ia bertindak balas dengan hidrogen untuk membentuk halida. Ia juga bertindak balas dengan semua halogen untuk membentuk halida. Ia juga bertindak balas dengan boron, sulfur, karbon, dan fosforus.

Struktur dan konfigurasi elektron kalsium

Atom kalsium bergabung dengan ikatan logam, menyumbang dua elektron valensinya kepada gelombang elektron. Oleh itu, interaksi antara atom Ca dan jalur elektronik yang dihasilkan akhirnya menentukan kristal dengan struktur kubik berpusatkan muka (ccc, dalam bahasa Sepanyol; atau fcc, dalam bahasa Inggeris, untuk kubik berpusatkan muka).

Sekiranya kristal ccc kalsium ini dipanaskan hingga suhu sekitar 450 ° C, ia mengalami peralihan ke fasa hcp (heksagon ringkas, atau heksagon yang dibungkus paling dekat). Dengan kata lain, struktur menjadi lebih padat, seolah-olah pergerakan elektron dan getaran atom menguncup jarak yang memisahkannya.

Atom kalsium mempunyai konfigurasi elektronik berikut:

4s ²

Yang akan menjelaskan bahawa dua elektron valensi untuk logam ini berasal dari orbit 4s paling luarnya. Apabila kehilangannya, kation divalen Ca ^{2+ terbentuk} , isoelektronik ke argon gas mulia; iaitu, Ar dan Ca ²⁺ mempunyai bilangan elektron yang sama.

Ini adalah orbital kalsium 4s yang bergabung untuk membentuk jalur valensi kristal ini. Perkara yang sama berlaku dengan orbital 4p kosong, yang membentuk jalur konduksi.

Mendapatkan

Kalsium dihasilkan secara komersial oleh elektrolisis kalsium klorida cair. Tindak balas berikut berlaku pada elektrod:

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

Kalsium didepositkan sebagai logam pada katod dengan menangkap elektron dari kalsium ion.

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

Pada skala kecil, kalsium dapat dihasilkan dengan mengurangkan kalsium oksida dengan aluminium, atau kalsium klorida dengan natrium logam.

6 CaO + 2 Al => 3 Ca + Ca ₃ Al ₂ O ₆

CaCl ₂ + 2 Na => Ca + NaCl

Permohonan

Kalsium unsur

Kalsium digunakan sebagai bahan tambahan dalam pembuatan mentol kaca, ditambahkan ke mentol selama peringkat pembuatan awalnya. Ia juga ditambahkan di hujung sehingga bergabung dengan gas yang tersisa di dalam mentol.

Ia digunakan sebagai penghancur dalam pengeluaran logam seperti tembaga dan keluli. Aloi kalsium dan cesium digunakan dalam batu pemetik api untuk menghasilkan percikan api. Kalsium adalah agen pengurangan, tetapi juga mempunyai aplikasi deoksidasi dan penyahtoksidan.

Kalsium digunakan dalam penyediaan logam seperti kromium, torium, uranium, zirkonium dan lain-lain dari oksida mereka. Ia digunakan sebagai agen paduan aluminium, tembaga, plumbum, magnesium, dan logam asas lain; dan sebagai penyahtoksid untuk sebilangan aloi suhu tinggi.

Kalsium dalam aloi dengan plumbum (0.04%) berfungsi sebagai sarung untuk kabel telefon. Ia digunakan dalam aloi dengan magnesium dalam implan ortopedik untuk memanjangkan hayatnya.

Kalsium karbonat

Ini adalah bahan pengisi dalam seramik, kaca, plastik dan cat, serta bahan mentah untuk pengeluaran kapur. Karbonat sintetik berkurnian tinggi digunakan secara perubatan sebagai suplemen kalsium antasid dan diet. Ia juga digunakan sebagai bahan tambahan dalam makanan.

Kalsium oksida

Kalsium oksida digunakan dalam industri pembinaan, digunakan dalam pelapisan dinding. Ia juga dimasukkan ke dalam konkrit. Pada abad ke-19, blok kalsium oksida dibakar untuk menerangi tahap dengan cahaya putih yang kuat.

Kapur (sekali lagi, kalsium oksida) digunakan untuk menghilangkan komponen yang tidak diingini seperti silikon dioksida (SiO ₂ ) yang terdapat dalam bahan besi dari keluli. Hasil tindak balas adalah kalsium silikat (CaSiO ₃ ) yang disebut "slag".

Limau bergabung dengan air untuk membentuk kalsium hidroksida; Kompaun ini menyekat dan tenggelam, menyeret kekotoran ke bahagian bawah tangki.

Bahagian dalam cerobong dilapisi kapur untuk menghilangkan asap dari kilang. Sebagai contoh, ia menangkap sulfur dioksida (SO ₂ ), yang menyumbang kepada hujan asid, dan mengubahnya menjadi kalsium sulfit (CaSO ₃ ).

Kalsium klorida

Kalsium klorida digunakan untuk mengawal ais di jalan raya; perapi untuk tomato yang terdapat dalam pengawet; pembuatan badan kereta dan trak.

Kalsium sulfat

Ini biasanya disajikan sebagai CaSO ₄ · 2H ₂ O (gipsum), digunakan sebagai perapi tanah. Gipsum berkalsin digunakan dalam pembuatan jubin, papan, dan bilah. Ia juga digunakan untuk imobilisasi patah tulang.

Kalsium fosfat

Kalsium fosfat terdapat dalam pelbagai bentuk di alam semula jadi dan digunakan sebagai baja. Garam kalsium berasid (CaH ₂ PO ₄ ) digunakan sebagai baja dan penstabil untuk plastik. Kalsium fosfat dijumpai sebagai bahagian tisu tulang, terutama sebagai hidroksiapatit.

Sebatian kalsium lain

Terdapat sebilangan besar sebatian kalsium dengan pelbagai aplikasi. Contohnya, kalsium karbida digunakan untuk mendapatkan asetilena, digunakan dalam obor kimpalan. Kalsium alginat digunakan sebagai agen pemekat dalam produk makanan seperti ais krim.

Kalsium hipoklorit digunakan sebagai agen pemutihan, deodoran, fungisida dan algaecide.

Kalsium permanganat adalah cecair pendorong roket. Ia juga digunakan sebagai agen pembersih air, dan dalam pembuatan tekstil.

Fungsi biologi

Kalsium memenuhi banyak fungsi dalam makhluk hidup:

-Ia campur tangan dalam lata koagulasi sebagai Faktor IV.

-Ini diperlukan untuk pengaktifan beberapa faktor pembekuan, termasuk trombin.

-Dalam otot rangka, kalsium melepaskan tindakan penghambatan sistem protein pada pengecutan otot, yang membolehkan jambatan aktin-myosin terbentuk, yang menyebabkan pengecutan.

-Menstabilkan saluran ion sel yang terangsang. Pada hipokalsemia, saluran natrium diaktifkan, yang menyebabkan natrium masuk ke dalam sel, menghasilkan kontraksi berterusan (tetany) yang boleh mematikan.

-Selain itu, kalsium menyokong pembebasan neurotransmitter asetilkolin di terminal presinaptik.

Risiko dan langkah berjaga-jaga

Bertindak secara eksotermik dengan air. Oleh itu, ia boleh menyebabkan kecederaan serius pada mulut, kerongkongan atau perut setelah tertelan.

Pekerja terdedah kepada risiko ini di tempat di mana unsur kalsium dihasilkan atau di mana logam digunakan. Langkah berjaga-jaga adalah melindungi diri dengan topeng yang mengelakkan pernafasan debu, pakaian dan pengudaraan yang mencukupi.

Hiperkalsemia sangat berbahaya dan boleh disebabkan terutamanya oleh rembesan hormon paratiroid yang berlebihan atau pengambilan vitamin D. yang berlebihan. Pengambilan kalsium yang berlebihan, misalnya lebih daripada 2.5 g / hari, jarang menjadi penyebab hiperkalsemia .

Kalsium yang berlebihan menumpuk di buah pinggang menyebabkan batu ginjal dan nefrosis buah pinggang. Selain itu, pengumpulan kalsium di dinding saluran darah mengubah keanjalannya, yang boleh menjadi penyebab hipertensi, aliran darah yang lambat dan trombosis.

Langkah pencegahan asas adalah kemasukan kalsemia di antara ujian makmal, apabila doktor memerhatikan ciri-ciri gejala pesakit yang membuatnya mengesyaki hiperkalsemia dan memulakan rawatan yang sesuai.

Rujukan

1. W. Hull. (1921). Struktur Kristal Kalsium. doi.org/10.1103/PhysRev.17.42
2. Wikipedia. (2019). Kalsium. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Advameg, Inc. (2019). Kalsium. Kimia Dijelaskan. Dipulihkan dari: chemistryexplained.com
4. Timothy P. Hanusa. (11 Januari 2019). Kalsium. Encyclopædia Britannica. Dipulihkan dari: britannica.com
5. Pusat Maklumat Nasional Bioteknologi. (2019). Kalsium. Pangkalan Data PubChem. CID = 5460341. Dipulihkan dari: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. WebElements. (2019). Kalsium: yang penting. Dipulihkan dari: webelements.com