الكالسيوم: خصائص العنصر واستخداماته
الوصف
الكالسيوم عنصر كيميائي أساسي وضروري للحياة والصناعة. يغطي هذا المنشور خصائصه واستخداماته الشائعة وطرق تحضيره والمنتجات الصناعية ذات الصلة.
مقدمة عن العنصر
الكالسيوم عنصر كيميائييرمز له بالرمز Ca والرقم الذري 20. وهو فلز قلوي ترابي، يقع في المجموعة 2 من الجدول الدوري. يلعب الكالسيوم دورًا أساسيًا في العمليات البيولوجية المختلفة، بما في ذلك تقلص العضلات وتكوين العظام. وهو خامس أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية ويوجد عادة في شكل مركبات مثل كربونات الكالسيوم وفوسفات الكالسيوم.
وصف الخواص الكيميائية
الكالسيوم عنصر تفاعلي للغاية ويشكل بسهولة مركبات مع الأكسجين واللافلزات الأخرى. يتفاعل مع الماء لتكوين هيدروكسيد الكالسيوم وغاز الهيدروجين. في شكله النقي، يكون الكالسيوم في شكله النقي ناعمًا للغاية ويمكن تشكيله بسهولة. ويحترق بلهب أحمر ساطع عند اشتعاله في الهواء، مكونًا أكسيد الكالسيوم. تستخدم مركبات الكالسيوم، وخاصةً كربونات الكالسيوم، على نطاق واسع في مواد البناء وكعوامل صناعية.
عند تعريضه للأكسجين، يشكل الكالسيوم طبقة رقيقة واقية من الأكسيد. لا يتفاعل مع النيتروجين، لكنه يتفاعل مع الأحماض مكونًا أملاح الكالسيوم. تتناقص تفاعليته كلما تحرك إلى أسفل الجدول الدوري، مما يجعله أقل تفاعلية من العناصر الأخرى مثل المغنيسيوم.
الخواص الفيزيائية
الكالسيوم فلز ناعم أبيض فضي اللون، وهو أقل كثافة من العديد من الفلزات الأخرى. يوضح الجدول التالي بعض الخواص الفيزيائية الرئيسية للكالسيوم:
|
الخواص |
القيمة |
|
العدد الذري |
20 |
|
الكتلة الذرية |
40.08 جم/مول |
|
الكثافة |
1.54 جم/سم مكعب |
|
درجة الانصهار |
842°C |
|
1484°C |
|
|
الموصلية الكهربائية |
عالية |
|
المظهر |
معدن أبيض فضي لامع |
|
الصلابة |
ناعم (يمكن قطعه بسكين) |
لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).
الاستخدامات الشائعة
للكالسيوم مجموعة متنوعة من الاستخدامات، سواء في الأنظمة البيولوجية أو في التطبيقات الصناعية:
- الاستخدامات البيولوجية: وهو عنصر حيوي لصحة العظام والأسنان ووظائف العضلات ونقل الأعصاب.
- الاستخدامات الصناعية: تُستخدم كربونات الكالسيوم كمادة بناء وفي إنتاج الجير. تستخدم أملاح الكالسيوم في الأسمدة والمضافات الغذائية وفي معالجة المياه.
- استخدامات أخرى: يُستخدَم الكالسيوم أيضاً في إنتاج السبائك، خاصةً في صناعة الصلب، لتحسين الصلابة والمتانة.
طرق التحضير
يمكن تحضير الكالسيوم من خلال عدة طرق:
- التحليل الكهربائي لكلوريد الكالسيوم (CaCl2): تنطوي هذه الطريقة على تمرير تيار كهربائي عبر كلوريد الكالسيوم المنصهر الذي يتحلل لإطلاق معدن الكالسيوم وغاز الكلور.
- اختزال أكسيد الكالسيوم (CaO) مع الألومنيوم: يمكن أيضًا استخلاص الكالسيوم من أكسيد الكالسيوم عن طريق الاختزال بالألومنيوم في درجات حرارة عالية.
المنتجات الصناعية ذات الصلة
الكالسيوم هو مكون أساسي في مجموعة من المنتجات الصناعية:
- الأسمنت والجير: تُعد مركبات الكالسيوم مثل كربونات الكالسيوم وأكسيد الكالسيوم أساسية في تصنيع الأسمنت والجير.
- صناعة الصلب: يستخدم الكالسيوم في إنتاج الصلب لإزالة الشوائب وتعزيز قوة المنتج النهائي.
- البلاستيك والمطاط: تُستخدم أملاحالكالسيوم ، مثل كربونات الكالسيوم، كمواد مالئة في إنتاج البلاستيك والمطاط.
الأسئلة المتداولة
ما هي الأدوار البيولوجية الأساسية للكالسيوم؟
الكالسيوم ضروري لتكوين العظام والأسنان وانقباض العضلات ونقل الأعصاب. كما يلعب دوراً في تخثر الدم.
كيف يتم الحصول على الكالسيوم من المصادر الطبيعية؟
يتم الحصول على الكالسيوم في المقام الأول من الحجر الجيري والمعادن الأخرى التي تحتوي على الكالسيوم، والتي تتم معالجتها في العمليات الصناعية.
هل الكالسيوم خطير في شكله النقي؟
معدن الكالسيوم تفاعلي ويمكن أن يكون خطيرًا عند تعرضه للهواء أو الماء. ومع ذلك، فهو آمن بشكل عام في أشكاله المركبة ويستخدم على نطاق واسع في مختلف الصناعات.
هل يمكن العثور على الكالسيوم في الماء؟
نعم، يوجد الكالسيوم بشكل شائع في مصادر المياه الطبيعية، خاصةً في شكل أملاح الكالسيوم الذائبة مثل كربونات الكالسيوم.
ما هي الصناعات الأكثر استخدامًا للكالسيوم؟
تعد صناعات الإنشاءات والصلب والزراعة من بين أكبر مستهلكي الكالسيوم في أشكال مختلفة مثل كربونات الكالسيوم وأكسيد الكالسيوم وأملاح الكالسيوم.
Chin Trento
