خصائص الكالسيوم واستخداماته في شتى المجالات

استخدامات الكالسيوم في الطب

تنطوي العظام والأسنان على نسبة أعلي من( 99%) من الكالسيوم في الجسم ، ويتواجد الكالسيوم أيضا في( الدم، والعضلات، والأنسجة الأخرى) و

وظيفة الكالسيوم

مهمة جدا في جسم الإنسان[1]  .

كما يمكن أن يستخدم الكالسيوم المتواجد في العظام كاحتياطي يمكن إفرازه في الجسم حسب احتياجك ، ينخفض مستوي الكالسيوم في الجسم مع الزيادة في العمر لأنه يتم افرازه من خلال ( العرق، خلايا الجلد، الفضلات).

ومع ذلك فإنه عند تقدم المرأة في العمر ، ينخفض مستوي امتصاص الكالسيوم نتيجة انخفاض مستوي هرمون الاستروجين ، وبالتالي يختلف امتصاص الكالسيوم وفقا لل (العرق، والجنس، والعمر) .

وغالبا ما تنهار العظام ويعاد بنائها والكالسيوم من العناصر الضرورية لهذه العملية ، ويساعد الكالسيوم العظام على إعادة بنائها وتشكيلها بشكل صحيح وجعلها قوية وذلك عند تناول جرعات إضافية منه .

استخدامات الكالسيوم في حياتنا اليومية

1. يستخدم الكالسيوم كعامل اختزال في عمليات استخلاص المعادن [2] .
2. يمكن استخدام الكالسيوم أيضا في إنتاج بعض المعادن ، حيث يستخدم كعامل متحالف .
3. يمكن استخدام كربونات الكالسيوم في صناعة( الأسمنت، والملاط، وكذلك الزجاج)  .
4. يمكن إضافة كربونات الألومنيوم إلى( معجون الأسنان، والمكملات المعدنية) .
5. يمكن استخدام كربيد الكالسيوم في صناعة( البلاستيك، وغاز الأسيتيلين) .
6. تستخدم زرنيخات الكالسيوم (كمبيد حشري) ، ويمكن استعمال فوسفيد الكالسيوم (كمبيد للقوارض) ، وأيضا في (الألعاب النارية، والمشاعل) .
7. يستعمل فوسفات الكالسيوم في( علف الحيوانات، والأسمدة) .
8. يمكن استخدام محلول هيدروكسيد الكالسيوم ك (طباشير للسبورة، جص لباريس في هيئته الهيدراتية) .
9. تستعمل غلوكونات الكالسيوم ك ( مادة مضافة للغذاء) .
10. يمكن استخدام ستيرات الكالسيوم في صناعة (أقلام الشمع، ومستحضرات التجميل، والبلاستيك، والدهانات).
11. يستخدم الكالسيوم كملف لصناعة السبائك وكيل ل( الألمنيوم ، النحاس ، الرصاص ، المغنيسيوم) ، وغيرها من المعادن.
12. يستخدم
    
    عنصر الكالسيوم
    
    أيضا كمزيل للأكسدة لبعض السبائك ذات الحرارة العالية ، وكذلك جالب في أنابيب الإلكترونات .
13. تستعمل نسبة صغيرة من الكالسيوم في الكثير من السبائك لأغراض خاصة مممزوج بالرصاص (0.04% كالسيوم) ، مثال يستخدم ك (أغماد لكابلات الهاتف، شبكات لبطاريات التخزين ثابتة النوع) .
    
    عندما يضاف إلى السبائك التي تعتمد علي المغنيسيوم بكميات تتراوح من( 0.4 إلى 1) % ، فإنه يزيد مقاومة غرسات العظام التي تحلل بالسوائل البيولوجية ، وهذا يمنح الأنسجة شفاء تاماً قبل أن تفقد الغرسات السلامة الهيكلية .

تفاعلات الكالسيوم

• 
  تفاعل الكالسيوم مع الهاليدات
  

يكون الكالسيوم أملاحا مع الهاليدات ، علي سبيل المثال{ CaF_2، أو CaCl_2} لديهم العديد من الاستخدامات ، ولكن استعمال كلوريد الكالسيوم (CaCl_2) كعامل مجفف { عامل تجفيف} يعد أكثر الاستخدامات شيوعا بالنسبة لطلاب الكيمياء [3] .

• 
  تفاعل الكالسيوم مع الكربونات
  

كربونات الكالسيوم ضرورية لتشكيل الهوابط الكهفية والصواعد ، ويتيح هذا التفاعل فرصة لكربونات الكالسيوم بالإذابة في محلول مثل (بيكربونات الكالسيوم) .

في حين أن التفاعل العكسي لنفس المحلول يسمح بالتحول مرة أخري إلى كربونات الكالسيوم الصلبة ، مكونا مسامير الحجر الجيري في الكهوف حيث يقوم محلول بيكربونات الكالسيوم بالتقطير عموديا لمدة تصل إلى آلاف السنين .

• 
  تفاعل الكالسيوم مع الماء
  

يعد الكالسيوم واحدا من المعادن المتفاعلة إلى حد ما ويتفاعل مع الماء في درجة حرارة الغرفة لكي ينتج ( غاز الهيدروجين ، وهيدروكسيد الكالسيوم) ويلاحظ تصاعد فقاعات الهيدروجين على سطح معدن الكالسيوم.

• 
  عند تفاعل الكالسيوم مع الأحماض
  

يذوب الكالسيوم في الحمض ليكون أيونات منفصلة من (Ca و Cl) بالإضافة إلى غاز الهيدروجين .

• 
  تفاعل الكالسيوم مع الأكسجين
  

يعد الكالسيوم واحدا من المعادن التي تتأكسد ببطء في الهواء ، ويغطي بالأبيض { (CaO ) و (CaCO_3)} ، وهذا يمثل له حماية من الهوا ء.

عند الاشتعال يحترق الكالسيوم معطيا اكسيد الكالسيوم.

خصائص عنصر الكالسيوم

• العدد الذري [4]  : 20
• الوزن الذري : 40.078
• نقطة الانصهار : ( 842) درجة مئوية (1548 درجة فهرنهايت)
• نقطة الغليان : ( 1،484) درجة مئوية (2،703 درجة فهرنهايت)
• جاذبية معينة : 1.55 (20 درجة مئوية ، أو 68 درجة فهرنهايت)
• حالة الأكسدة : +2
• التوزيع الإلكترون : ( 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4 s 2)

الكالسيوم لا يتواجد بصورة طبيعية في حالته الحرة ، بينما تتوزع مركبات العنصر بـنطاق واسع ، فهناك أحد مركبات الكالسيوم تم استخدامه من قبل القدماء بـشكل واسع وهو الجير أي “أكسيد الكالسيوم CaO”.

وبـعام 1808 تمت للمرة الأولى من قبل السير “همفري ديفي” عزل المعدن الفضي الذي به نعومة نسبية ، وذلك بعد التقطير بالزئبق من ملغم يشمل التحليل الكهربائي لـخليط من الجير وأكسيد الزئبق .

ونسبة الكالسيوم في الأرض تُعد 3.64% “قشرة الأرض” و8% من القمر،  وأيضً كربونات الكالسيوم “الكالسيت” يوجد الحجر الجيري على الأرض ، الطباشير ، الدولوميت ، اللؤلؤ ، الرخام ،قشر البيض ، المرجان ، الهوابط  الصواعد ، وصدف الكثير من الحيوانات البحرية .

رواسب كربونات الكالسيوم تذوب في الماء المحتوي على ثان أكسيد الكربون من أجل تكوين بيكربونات الكالسيوم “Ca (HCO3)2″، هذه العملية بأغلب الأحيان ينتج عنها تكون الكهوف ، وربما يحدث لها انعكاس فيترسب الحجر الجيري في شكل هوابط وصواعد .

وكالسيوم هيدروكسيل الفوسفات هو مكون غير عضوي رئيسي يوجد بالأسنان والعظام ، وكما يوجد في معادن الأباتيت، ويوجد في شكل الفلوريت ، أو الفلورسبار ، وكبريتات الكالسيوم ، يحدث بصورة أنهيدريت ، مثل الحال الذي يوجد به فلوريد الكالسيوم .

في الكثير من المعادن الأخرى يتواجد الكالسيوم، علي سبيل المثال:-

1. الأراغونيت (ويعد من انواع كربونات الكالسيوم).
2. الجبس (صورة أخرى من كبريتات الكالسيوم).
3. وأيضا نسبة كبيرة في الفلسبار و الزيوليت .
4. يتواجد أيضا في عدد كبير من( السيليكات، وسيليكات الألمنيوم، في الملح الرواسب ، وفي المياه الطبيعية ، بالإضافة إلى البحر) .

كان ينتج الكالسيوم النقي سابقا من خلال التحليل الكهربائي لكلوريد الكالسيوم اللامائي ، ويصنع حاليا تجاريا من خلال تسخين الجير بالألمنيوم ويتفاعل الكالسيوم ببطء مع (الأكسجين، وبخار الماء، والنيتروجين) في الهواء .

لتشكيل طبقة صفراء من( الأكسيد، والهيدروكسيد، والنتريد) يحترق الكالسيوم في الهواء الجوي أو الأكسجين النقي ويكون أكسيد ، في حين أنه يتفاعل سريعا مع الماء الدافئ (وبشكل أبطأ مع الماء البارد) حتي ينتج ( غاز الهيدروجين، وهيدروكسيد الكالسيوم) .

على التدفئة يدخل الكالسيوم في تفاعل مع كل من ( الهيدروجين، الهالوجينات ، البورون ، الكبريت ، الكربون ، و الفوسفور) ، وبالرغم من أنه يقارن إيجابياً مع الصوديوم علي كونه عامل مختزل ، فإن الكالسيوم أغلى في الثمن وأقل في التفاعل من الصوديوم .

يتشكل الكالسيوم الطبيعي من مزيج من (6) نظائر منذ

اكتشاف الكالسيوم

:-

• كالسيوم -40 (96.94 %).
• كالسيوم -44 (2.09 %).
• كالسيوم -42 (0.65 %).
• وبنسب أصغر ، كالسيوم (48) ، كالسيوم (43) ، وكالسيوم( 46) . يخضع (الكالسيوم -48) لاضمحلال بيتا مزدوج ذات عمر نصف يصل حوالي (4 × 10 19) عامًا ، لذلك فهو يتمتع بالاستقرار لكافة الأغراض العملية.

ويمتلئ الكالسيوم بالنيوترونات تحديدا ويتم استخدامه في تخليق نوى جديدة ثقيلة في مسرعات الجسيمات ، كما هناك نظير للكالسيوم -41 المشع ، يتواجد بكميات ضئيلة على الأرض عن طريق القصف الطبيعي للكالسيوم -40 من خلال النيوترونات في الأشعة الكونية .