کلسیم

کلسیم یکی از عناصر شیمیایی با نشانه Ca و عدد اتمی 20 است و از نظر فراوانی ، در میان کلیه عناصر پوسته زمین دارای مقام پنجم در میان فلزات دارای مقام سوم است منابع کلسیم در پهنه زمین گسترده بوده و در هر یک از سرزمینها وفور یافت می‌شود. این عنصر در حیات گیاهی و جانوری دارای نقش حیاتی بوده و در استخوانها و دندانها ، پوسته تخم مرغ ، انواع مرجانها و بسیاری از خاکها وجود دارد کلسیم در ترکیب پوسته زمین به مقدار 36300 گرم در تن وجود دارد این عنصر به حالت آزاد یافت نمی‌شود، بلکه به شکل ترکیبهای مختلف در کانی‌ها و به صورت محلول در ساختمان جانوران و گیاهان شرکت می‌کند. کانی‌های حائز اهمیت عبارتند از: دولومیت ، گیبس و آپاتیت.

ترکیبات کلسیم

ترکیبات کلسیم تشکیل دهنده حدود 64/3% از پوسته زمین است که به شکل های گوناگون از قبیل کربنات (سنگ آهک) ، سولفات (سنگ گچ) ، هالید ، فسفات ، سولفات و بالاخره سیلیکات یافت می شود.

عموما می بایست که از ترکیبات سدیم نسبت به ترکیبات کلسیم ، بیشتر استفاده شود، لکن با مقایسه قیمت این دو ترکیب با یکدیگر ، در بسیاری از موارد از ترکیبات کلسیم استفاده می‌شود. در هر صورت باید توجه داشت که آهک قلیایی ارزان تری ، نسبت به هیدروکسیدسدیم محسوب می‌شود و از قدیم الایام در مصر و یونان باستان از آن بعنوان ملات در ساختمانها استفاده می‌شده است و امروزه نیز در تهیه سیمان ، در شیشه سازی و غیر کاربرد دارد.

انواع ترکیبات کلسیم و کاربرد آنها

هیدرید کلسیم (CaH₂)

این ترکیب کلسیم در اثر واکنش مستقیم کلسیم با هیدروژن در C˚400 حاصل می گردد. فراورده حاصل در اکسیژن خشک (منظور بدون رطوبت است) تا درجه حرارت 400 الی 500 درجه سانتیگراد پایدار بوده در درجه حرارت بالاتر به یک عامل احیا کننده فوق العاده تبدیل می‌شود. بنابراین با آن می توان بسیاری از اکسیدهای معدنی مانند رویتل و بدلیت (ZrO2,baddleyite) را تا حد فلز مربوطه احیا کرد. همچنین می توان با استفاده از این ترکیب ، کلرید سدیم را به سدیم احیا و مونوکسید کربن را به فرم آلدهید تبدیل نمود. مضافا هیدرید کلسیم بعنوان یک عامل متراکم کننده در تبدیل استون به اکسید فریتیلن و بعنوان کاتالیزور هیدروژناسیون در تبدیل اتیلن به اتان نقش دارد. از سوی دیگر می‌توان از این ماده بعنوان یک وسیله دستی جهت تامین هیدروژن بالونهای هواشناسی ، استفاده کرد. بعنوان مثال یک پوند (5/453 گرم) از هیدرید در واکنش با آب ، تولید 16 فوت مکعب (در شرایط استاندارد STP) هیدروژن در فشار معادل psi 1800 را سرعت معادل 5/1 فوت مکعب در دقیقه برای هر پیوند می‌نماید.

اکسید(CaO) و هیدروکسید کلسیم(CaOH₂)

اکسید کلسیم یا آهک را می توان بوسیله تجزیه حرارتی کربنات معدنی این عنصر در کوره های بلند در فرایندی مداوم تولید نمود. از آهک در تهیه سیمان ، در شیشه سازی و مقابله با خاصیت اسیدی خاک استفاده می شود. برای تهیه هیدروکسید کلسیم از هیدرولیز اکسید کلسیم استفاده می شود و بدلیل ارزانی آن ، در مواردی که به قلیا نیاز باسد از هیدروکسید کلسیم استفاده می‌شود.

سیلیسید کلسیم (CaSi)

برای تهیه سیلیسید کلسیم می‌توان در یک کوره الکتریکی از اثر آهک برسیلیکا و یک زغال احیا کننده استفاده نمود. این ماده بعنوان عامل اکسیژن‌زدایی از فولاد ، بسیار مفید بوده زیرا قادر است به سیلیکات کلسیم که ماده ای با نقطه ذوب پایین است، تبدیل گردد.

کربید کلسیم (CaC₂)

برای تهیه کریبد کلسیم به فرمول می توان مخلوطی از آهک را در یک کوره الکتریکی تحت درجه حرارت 3000 درجه سانتگراد قرار داد. این ترکیب در اثر هیدرولیز به استیلن تبدیل می گردد. بعلاوه استیلن ، یک ماده آغازگر برای تهیه تعداد زیادی از مواد شیمیایی مهم در صنعت مواد شیمیایی آلی است کربید کلسیم در حرارت قرمز می تواند نیتروژن اتمسفر را جذب و تشکیل سیانامید کلسیم نماید. این واکنش مهم که به نام فرایند سیانامید نامیده شده است، پایه ای برای تثبیت نیتروژن اتمسفر می‌باشد.

کربنات کلسیم (CaCO₃)

کربنات کلسیم خالص ، بصورت دو نوع بلوری وجود دارد که عبارتند از نوع شش گوش تحت عنوان کلسیت ، که دارای خاصیت انکسار مضاعف بوده و نوع لوزی وجهی (رمبوهدرال) تحت عنوان آراگونیت نامیده می‌شود. در طبیعت ، کربنات کلسیم تحت عناوین مختلف از جمله ماربل ، کلسیت ، سنگ آهک و لایم استون و به وفور یافت می‌شود. سنگ آهک ایسلند و کلسیت اساسا کربنات خالص هستند، در حالیکه ماربل تا اندازه ای دارای ناخالصی می‌باشد. اگرچه کربنات کلسیم کاملا در آب نامحلول می‌باشد، لکن در آبهای دی اکسید کربن ، در حد قابل ملاحظه ای محلول است و این از آنجا ناشی می‌شود که این ماده در چنین محلولهایی در اثر ترکیب با دی اکسید کربن بصورت بیکربنات درمی‌آید. باید توجه داشت که تشکیل نمادها در درون سنگهای آهکی نیز ار فرآیند فوق به وسیله آبهای اسیدی تحت الارضی ، نشات می‌گیرد.

هالیدهای کلسیم

از جمله هالیدهای کلسیم ، فلوئورید فسفرساس ، یکی از ترکیبات گسترده کلسیم می باشد، که با توجه به میزان شفافیت آن ، نسبت به اشعه ماورای بنفش و اشعه مادون قرمز از کاربردهای با اهمیتی ، در اسپکتروسکوپی برخوردار است. از دیگر هالیدهای کلسیم ، کلرید کلسیم است که بعنوان تفاله در فرایند”Solvay” تولید می شود. این ترکیب در حالت بدون آب دارای خاصیت مهمی در زمینه جذب رطوبت می باشد که به همین دلیل از این ماده ، در صنعت بعنوان عامل خشک کننده استفاده می شود. همچنین از این هالید بدلیل قابلیت انحلال فوق العاده آن در آب سرد ، در سیستمهای خنک کننده استفاده می شود. کلرید کلسیم شش آبه و سیستم آب دارای نقطه اتکتیک 54.9- درجه سانتیگراد می‌باشند.
کلرید کلسیم و هیپوکلریت کلسیم تحت عنوان پودر سفید کننده را می‌توان در صنعت بوسیله عبور گاز کلر از درون آهک مرده تهیه نموده و از آن بعنوان عامل سفید کننده استفاده کرد.

سولفات کلسیم

سولفات کلسیم دارای دو آب با نام ژیپسوم“gypsum” در بسیاری از نقاط وجود داشته و بزرگترین جزء ساختمانی سیمان پرتلند را تشکیل می‌دهد. از این ترکیب بعنوان کمک در کاهش قلیائیت خاک استفاده می‌شو.د. برای تهیه سولفات کلسیم دارای نیم مولکول آب ، می توان آن را از حرارت دادن ژیپسوم در درجه حرارت بالا بدست آورد. این ماده در تجارت با نام پلاسترپارس “plaster of paris، گچ شکسته بندی” بفروش می رشد و در هنگام امتزاج مجدد با آب از صورت نیم مولکول آب خارج شده و به نوع دارای دو مولکول آب همراه با انبساط و آزاد شدن مقدار قابل ملاحظه ای حرارت تبدیل می‌گردد. از این پدیده در ساخت قالب‌هایی که با فشار ساخته می‌شوند، استفاده می‌گردد.

سولفید کلسیم

در صنعت برای تهیه سولفید کلسیم ، سولفات کلسیم را با زغال احیا می‌کنند و چون سولفید مورد نظر قادر به حل کردن مو است بنابراین از آن بعنوان زائل کننده مو استفاده می‌گردد.

فسفات کلسیم

ترکیبات فسفاته کلسیم شامل کلسیم دی هیدروژن فسفات با فرمول Ca(H₂PO₄)₂ ، که از آن در تهیه کود شیمیایی استفاده می‌شود و کلسیم هیدروژن فسفات با فرمول CaHPO₄ می باشد که بعنوان ساییده و براق کننده در خمیر دندان به کار برده می‌شود.

ترکیبات آلی فلزی کلسیم

کلسیم را می توان پادی اتیل روی ترکیب و آلکیل مخلوطی بفرمول CaZn(CH₂CH₃)₄ از نتیجه این ترکیب ، تهیه کرد. واکنش فلز کلسیم با یدیدفنیل نیز منجر به تشکیل یک معرف گرینیارد کلسیم می شود که از آن در تهیه مواد آلی دیگر از جمله الکل‌ها ، اترها و غیره استفاده می‌شود. بورید کلسیم بفرمول CaB-6 ، دارای یک شبکه فلزی با اتمهای بور درون شبکه ای بوده و نشان داده شده است، که از رسانایی فلزی برخوردار است

منبع

daneshnameh.roshd.ir.