Kalsiyum

Kalsiyum, toprak alkalileri grubundan metalik bir element. Sembolü "Ca"dır. İsmi Latincede “kireç” anlamına gelen calx sözcüğünden gelmektedir. İlk defa 1808'de Humphry Davy tarafından kalsiyum hidroksitten elektroliz yoluyla elde edilmiştir.

Kalsiyum, ₂₀Ca

Koruyucu nitelikteki argon atmosferdeki saf kalsiyum
Görünüş	soluk sarı tondaki donuk gri, gümüşi[1]
Standart atom ağırlığı Ar, std(Ca)	40,078(4)
Periyodik tablodaki yeri
Hidrojen Helyum Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen Flor Neon Sodyum Magnezyum Alüminyum Silisyum Fosfor Kükürt Klor Argon Potasyum Kalsiyum Skandiyum Titanyum Vanadyum Krom Manganez Demir Kobalt Nikel Bakır Çinko Galyum Germanyum Arsenik Selenyum Brom Kripton Rubidyum Stronsiyum İtriyum Zirkonyum Niyobyum Molibden Teknesyum Rutenyum Rodyum Paladyum Gümüş Kadmiyum İndiyum Kalay Antimon Tellür İyot Ksenon Sezyum Baryum Lantan Seryum Praseodim Neodimyum Prometyum Samaryum Evropiyum Gadolinyum Terbiyum Disprozyum Holmiyum Erbiyum Tulyum İterbiyum Lutesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum İridyum Platin Altın Cıva Talyum Kurşun Bizmut Polonyum Astatin Radon Fransiyum Radyum Aktinyum Toryum Protaktinyum Uranyum Neptünyum Plütonyum Amerikyum Küriyum Berkelyum Kaliforniyum Aynştaynyum Fermiyum Mendelevyum Nobelyum Lavrensiyum Rutherfordiyum Dubniyum Seaborgiyum Bohriyum Hassiyum Meitneriyum Darmstadtiyum Röntgenyum Kopernikyum Nihoniyum Flerovyum Moskovyum Livermoryum Tennesin Oganesson Mg ↑ Ca ↓ Sr potasyum ← Kalsiyum → skandiyum
Atom numarası (Z)	20
Grup	2. grup (toprak alkali metaller)
Periyot	4. periyot
Blok	s bloku
Elektron dizilimi	[Ar] 4s2
Kabuk başına elektron	2, 8, 8, 2
Fiziksel özellikler
Faz (SSB'de)	Katı
Erime noktası	1115 K ​(842 °C, ​1548 °F)
Kaynama noktası	1757 K (1484 °C; 2703,2 °F)
Yoğunluk (OS)	1,55 g/cm3
sıvıyken (en'de)	1,378 g/cm3
Erime entalpisi	8,54 kJ/mol
Buharlaşma entalpisi	154,7 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi	25,929 J/(mol·K)
Buhar basıncı P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k T (K) 864 956 1071 1227 1443 1755
Atom özellikleri
Yükseltgenme durumları	+1,[2] +2 güçlü bazik
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 1,00
İyonlaşma enerjileri	1.: 589,8 kJ/mol 2.: 1145,4 kJ/mol 3.: 4912,4 kJ/mol (daha fazla)
Atom yarıçapı	Deneysel: 197 pm
Kovalent yarıçapı	176±10 pm
Van der Waals yarıçapı	231 pm
Bir spektrum aralığındaki renk çizgileri Elementin spektrum çizgileri
Diğer özellikleri
Kristal yapı	​Yüzey merkezli kübik (ymk)
Ses hızı çubukta	3810 m/s (20 °C'de)
Genleşme	22,3 µm/(m·K) (25 °C'de)
Isı iletkenliği	201 W/(m·K)
Elektrik direnci	33,6 Ω·m (20 °C'de)
Manyetik düzen	Diyamanyetik
Manyetik alınganlık	+40,0×10-6 cm3/mol[3]
Young modülü	20 GPa
Kayma modülü	7,4 GPa
Hacim modülü	17 GPa
Poisson oranı	0,31
Mohs sertliği	1,75
Vickers sertliği	170-406 MPa
CAS Numarası	7440-70-2
Tarihi
Keşif ve ilk izolasyon	Humphry Davy
Adlandıran	1808
Ana izotopları
İzotop Bolluk Yarı ömür (t1/2) Bozunma türü Ürün 40Ca %96,941 kararlı 41Ca eser 9,94×104 y ε 41K 42Ca %0,647 kararlı 43Ca %0,135 kararlı 44Ca %2,086 kararlı 45Ca yapay 162,6 g β- 45Sc 46Ca %0,004 kararlı 47Ca yapay 4,5 g β- 47Sc γ 48Ca %0,187 6,4×1019 y β-β- 48Ti

Özellikler

Metalik kalsiyum gümüş gibi parlaktır. Özgül ağırlığı 1,55 g/cm³tür. 851 °C'de erir. 1439 °C'de kaynar. Vücudumuzda makro yapıda bulunur.

Elektriği iyi iletir. Gevrek (kırılgan) olmasına rağmen yumuşaktır. Sertliği sodyum ile alüminyum arasındadır. Haddelenebilir ve dövülebilir. Çekme mukâvemeti 438 kg/cm²dir. Oksidasyon değeri 2+'dır. Atom numarası 20, atom ağırlığı 40,078'dir. Yeryüzünde altı bağımlı izotopu bulunmaktadır: Ca40, Ca42, Ca44, Ca46 ve Ca48. Dünya üzerindeki kalsiyum elementinin % 97'si Ca40 izotopudur. Yapay olarak pek çok radyoaktif izotopları elde edilmektedir. Bunlardan birisi Ca45 olup, kemikte kalsiyum kalıntısı üzerinde yapılan araştırmalarda, su tasfiye işlemlerinde, deterjan aktivitesi için ve yüzey ıslanması hâdiseleri üzerindeki çalışmalarda kullanılmaktadır.

Bulunuşu

Kalsiyum yeryüzünde en bol bulunan beşinci elementtir. Volkanik kayaların % 3-63'ünü teşkil eder. Kimyevî reaktivitesi yüksek olduğundan serbest halde bulunmaz. Yer kabuğunda genellikle karbonat, sülfat, silikat ve fosfat bileşikleri şeklinde bulunur. En çok rastlanan mineralleri kireçtaşı, mermer, kalsit (CaCO₃), dolamit (MgCO₃ CaCO₃), fluorit, fluspat (CaF₂) apatit Ca₃(PO₄)₂ Ca(FCl)₂, gips (CaSO₄.2H₂O) ve fosfrittir Ca₃(PO₄)₂. Ayrıca deniz suyunda çözünmüş olarak ve kemiklerde kalsiyum fosfat, kabuklu hayvanların kabuklarında ise kalsiyum karbonat hâlinde bulunmaktadır.

Üretimi

Kalsiyum

Bugün metalik kalsiyum yalnız eritilmiş kalsiyum klorürün elektrolizi ile elde edilmektedir. Elektrolit kabı olarak porselen veya demir kaplar kullanılmaz. Çünkü yüksek sıcaklıkta yapılan bu işlemde erimiş kalsiyum klorür, bu tür kaplara tesir eder. Bu sebeple grafitten yapılmış kaplar kullanılmaktadır.

Bundan başka kimyevî yollarla da kalsiyum elde edilebilir. Bunlardan biri eritilmiş kalsiyum iyodürü sodyum ile muamele etmektir:

CaI₂ + 2Na → Ca+ 2NaI

denklemine göre ayrılan kalsiyum, sodyumun fazlasıyla sıcakta alaşım yapar, soğukta kristallerden saf alkol ile sodyum uzaklaştırılarak kalsiyum elde edilir.

Kalsiyum, pek çok metallerin alaşımlarının elde edilmesinde kullanılır. Kalsiyum-silikon alaşımları çelikte kristallerin tanecik büyüklüğünü kontrol eder. Alüminyumlu alaşımlarda ise kalsiyum, metallerin mekanik ve elektrik özelliklerini iyileştirir. Kalsiyum-lityum alaşımları, çelik, bakır ve nikel alaşımlarında deoksidan olarak kullanılır. Kalsiyum-germanyum alaşımları da, saflaştırıcı olarak kullanılır % 98 kurşun, % 2 kalsiyumdan meydana gelen alaşım mekanik yatak metallerinin hazırlanmasında kullanılır.

Kalsiyum kolayca elektron kaybettiğinden dolayı, çok iyi bir indirgeyicidir. Bu amaç için kullanılan metalik sodyumdan pahalı olmasına rağmen, zirkonyum, hafniyum, vanadyum, tungsten, toryum, uranyum, yitryum, skandiyum, sezyum ve nadir toprak metalleri gibi az bulunan metallerin elde edilmesinde yaygın olarak kullanılır. Bu metaller, oksitleri veya florürlerinin indirgenmesi sonucu elde edilir. Suya olan aşırı hassaslığından dolayı, kalsiyum aynı zamanda alkol gibi organik çözücüleri kurutmak için de kullanılır. Deniz altında ses veren aletlerde kullanılması, su ile olan reaksiyonunda hidrojen gazı açığa çıkarmasına dayanır.

Önemli bir kalsiyum bileşiği olan kalsiyum asetat ve asetik asit imalatında, tekstil kurutmasında ve baskısında; kalsiyum bromür, fotoğrafçılıkta, su alıcı madde olarak yiyecek ve ahşabın korunmasında; kalsiyum siyanamit, sun'î gübrede istenmeyen otlara karşı ve demir-çeliğin sertleştirilmesinde; kalsiyum sikhamat, alkolsüz içkilerde, düşük kalorili ve diyabetik yiyeceklerde sun'î tat verici olarak; kalsiyum hipoklorit, bakterilere, mantarlara karşı; kalsiyum tungstat ışık veren boyalarda ve floresan lambalarda kullanılır. Bu bileşiğin sentetik kristalleri laser ve maserler için bir başlangıç maddesidir.

Biyolojik ve patolojik rol

Ana madde: Biyolojide kalsiyum

Yaşa göre ayarlanmış günlük kalsiyum önerileri (ABD Tıp Enstitüsü RDA'larından)^[4]

Yaş	Kalsiyum (mg/gün)
1-3 yaş	700
4-8 yaş	1000
9-18 yaş	1300
19–50 yaş	1000
>51 yaş	1000
Gebelik	1000
emzirme	1000

Yetişkinler arasında küresel diyet kalsiyum alımı (mg/gün).^[5]

  <400

  400–500

  500–600

  600–700

  700–800

  800–900

  900–1000

  >1000

Yaşayan canlıların fizyolojik kimyasında kalsiyum önemli rol oynar. İnsan vücudundaki kalsiyumun % 99'u kemiklerde ve dişte bulunur. Kan kalsiyum düzeyi sağlıklı bir insanda 8,5-10,2 mg/dL düzeyindedir. 8,5 mg/dL altındaki değerler Hipokalsemi, 10,2 mg/dL üzerindeki değerlerde ise hiperkalsemi olarak adlandırılır. Kalsiyumun büyük bir kısmı kanda Albumine bağlanarak taşınır. Vücutta birçok fizyolojik fonksiyonu olan kalsiyumun yeterli miktarlarda alınmaması, bağırsaklardan emiliminde bozukluklar, yetersiz güneş ışığına maruz kalmak kalsiyum eksikliğine sebep olur. Çocuklardaki klinik tablo Raşitizm, yetişkinlerde ise Osteomalazi olarak isimlendirilir. Kalsiyumun dokularda kullanılabilmesi için C ve D vitaminlerinin de yeterince bulunması lâzımdır. Hatta kandaki fosfor ve kalsiyumun birbirine oranları da uygun olmalıdır. Peynir kalsiyumca, ceviz fosforca zengin bir yiyecektir.

Kalsiyumun, kasların gerginliği ve kalbin çalışmasında, gebelik ve doğumdan sonra süt yapımında büyük rolü vardır. Kemik gelişimi ve yapısı üzerindeki etkileri nedeniyle özellikle bebeklerde ve çocuklarda yeterince kalsiyum alınmasına özen gösterilmelidir. Kalsiyum, süt ve süt ürünlerinde, yeşil sebzelerde bol miktarda bulunur. Ayrıca, badem, fındık gibi kuru yemişler de kalsiyum içerir. Keçiboynuzundaki kalsiyum oranı, inek sütündekinden üç kat daha yüksektir.^[6]

Çok Fazla alınması durumunda ise kas güçsüzlüğü, kireçlenme gibi belirtiler görülebilir.

Bitkilerdeki önemi

Yaşlı yapraklardan genç yapraklara hareket etmediği için eksiklik belirtileri ilk olarak genç yapraklarda veya dokularda görülür. Bitkinin kök gelişimi zayıflar. Genç yapraklarda kenar ölümleri, kıvrılma ve kırışma olur. Meyveler yumuşar ve raf ömürleri kısalır. Şeker pancarında uç yanıklığı oluşur. Domateste çiçek burnu çürüklüğü, karpuz ve biberde de benzer belirtiler görülür. Elma ve armutta mantarsı leke, acı çürük ve acı beneğe rastlanır. Birçok meyve ve sebzelerde dış ve iç zararlar görülür. Meyvelerin pazar değeri düşer ve ucuz olur.