کلسیم

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
پتاسیمکلسیماسکاندیم
Mg

Ca

Sr
ظاهر
Dull gray, silver

Spectral lines of Calcium
ویژگی‌های کلی
نام، نماد، عدد کلسیم، Ca، 20
تلفظ به انگلیسی ‎/ˈkælsiəm/‎ KAL-see-əm
نام گروهی برای عناصر مشابه فلزات قلیایی خاک
گروه، دوره، بلوک ۲، ۴، s
جرم اتمی استاندارد 40.078 گرم بر مول
آرایش الکترونی [Ar] 4s2
الکترون به لایه 2, 8, 8, 2
ویژگی‌های فیزیکی
حالت جامد
چگالی (نزدیک به دمای اتاق) 1.55 g·cm−۳
چگالی مایع در نقطه ذوب 1.378 g·cm−۳
نقطه ذوب 1115 K،‎ 842 °C،‎ 1548 °F
نقطه جوش 1757 K،‎ 1484 °C،‎ 2703 °F
گرمای هم‌جوشی 8.54 کیلوژول بر مول
گرمای تبخیر 154.7 کیلوژول بر مول
ظرفیت گرمایی 25.929 کیلوژول بر مول
فشار بخار
فشار (پاسکال) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱k ۱۰k ۱۰۰k
دما (کلوین) 864 956 1071 1227 1443 1755
ویژگی‌های اتمی
وضعیت اکسید شدن +2, +1[۱]
(strongly basic oxide)
الکترونگاتیوی 1.00 (مقیاس پاولینگ)
انرژی‌های یونش
(more)
نخستین: 589.8 کیلوژول بر مول
دومین: 1145.4 کیلوژول بر مول
سومین: 4912.4 کیلوژول بر مول
شعاع اتمی 197 pm
شعاع کووالانسی 176±10 pm
شعاع واندروالانسی 231 pm
متفرقه
ساختار کریستالی face-centered cubic
مغناطیس diamagnetic
مقاومت ویژه الکتریکی (20 °C) 33.6 nΩ·m
رسانایی گرمایی (300 K) 201 W·m−1·K−1
انبساط گرمایی (25 °C) 22.3 µm·m−1·K−1
سرعت صوت (سیم نازک) (20 °C) 3810 m/s
مدول یانگ 20 GPa
مدول برشی 7.4 GPa
مدول حجمی 17 GPa
نسبت پواسون 0.31
سختی موس 1.75
سختی برینل 167 MPa
عدد کاس 7440-70-2
پایدارترین ایزوتوپ‌ها
مقاله اصلی ایزوتوپ‌های کلسیم
ایزوتوپ NA نیمه‌عمر DM DE (MeV) DP
40Ca 96.941% 40Ca ایزوتوپ پایدار است که 20 نوترون دارد
41Ca ایزوتوپ پرتوزای ناچیز 1.03×105 y ε - 41K
42Ca 0.647% 42Ca ایزوتوپ پایدار است که 22 نوترون دارد
43Ca 0.135% 43Ca ایزوتوپ پایدار است که 23 نوترون دارد
44Ca 2.086% 44Ca ایزوتوپ پایدار است که 24 نوترون دارد
45Ca syn 162.7 d β 0.258 45Sc
46Ca 0.004% >2.8×1015 y ββ ? 46Ti
47Ca syn 4.536 d β 0.694, 1.99 47Sc
γ 1.297 -
48Ca 0.187% >4×1019 y ββ ? 48Ti

کلسیم از عنصرهای شیمیایی جدول تناوبی است. نشانه کوتاه آن Ca و عدد اتمی آن ۲۰ است.

در طبیعت و بدن انسان[ویرایش]

طبیعت: به لحاظ فراوانی، کلسیم موجود در پوسته زمین بین کلیه عناصر دارای مقام پنجم و در میان فلزات دارای مقام سوم است. ترکیبات کلسیم ۶۴/۳ ٪ از پوسته زمین را تشکیل می‌دهد. بلورهای سفید کلسیم، در دمای C˚۸۱۰ ذوب می‌شوند و فلز کلسیم در آب و اسید محلول بوده و هیدروکسید و نمک تولید می‌نماید. بدن انسان: این عنصر فراوان‌ترین ماده کانی موجود در بدن است. بدن انسان تقریباً۱ kg کلسیم دارد. البته در افراد مختلف بااستخوان بندی متفاوت این میزان متفاوت است. بیشتر کلسیم در استخوان‌ها و دندانها وجود دارد و کمبود آن موجب پوکی استخوان می‌شود. تنها۱ ٪ آن در بقیه بدن موجود است که همین ۱٪ اعمال زیادی انجام می‌دهد مثلاً انقباض ماهیچه‌های ما بسته به وجود کلسیم است.

جذب وانتقال[ویرایش]

جذب آن در خون به صورت یون کلسیم و از دیواره روده صورت می‌گیرد. عامل افزایش جذب کلسیم ویتامین D است، به همین دلیل قرصهای مکمل کلسیم معمولاً دارای ویتامین D نیز می‌باشد؛ بنابراین اگر منابعی را که دارای این ۲ ماده‌است مصرف کنید کلسیم موجود در آن‌ها بهتر جذب می‌شود. در صورتی که در غذا ماده‌ای به نام اگزالات باشد، جذب کلسیم آن کاهش می‌یابد و به همین دلیل است که کلسیم اسفناج و چغندر، به خوبی کلسیم شیر جذب نمی‌شود. اسید فیتیک موجود درسبوس گندم نیز جذب Ca را کاهش می‌دهد ولی این مسئله زمانی اثرگذار است که مصرف آن بسیار زیاد باشد، مثل گیاهخواران مطلق. دریافت کلسیم کافی، آثار مثبتی در کاهش فشار خون افراد مبتلا به فشار خون دارد. تنظیم میزان کلسیم بدن، برعهده هورمونهایی است که از غده تیروئید ترشح می‌شوند.

عملکرد کلسیم در بدن[ویرایش]

کلسیم فعالیت‌های زیادی را در بدن برعهده دارد از جمله:

  • ضربان قلب را تنظیم می‌نماید.
  • در تنظیم کار سیستم اعصاب بدن به خصوص درانتقال تحریکات عصبی نقش اساسی دارد.
  • کلسیم عامل استحکام استخوان هااست. کلسیم کافی باید در غذای نوجوانان قبل از بلوغ وجود داشته باشد تا استخوان‌ها تراکم مناسبی بیابند و در سالمندی به پوکی استخوان مبتلا نشوند.
  • کلسیم برای انقباض عضلات ضروری است و تا کلسیم وجود نداشته باشد حرکت امکان‌پذیر نیست.
  • بی خوابی را کاهش می‌دهد.
  • در متابولیسم آهن بدن مؤثر است.
  • کلسیم در یکی از مراحل انعقاد خون دخیل است.

تأثیر کلسیم بر سلول‌های چربی[ویرایش]

مصرف کلسیم با کاهش چاقی و کاهش خطرات و عوارض ناشی از آن در انواع مطالعات اپیدمیولوژیک در ارتباط است. علاوه بر این، مصرف مکمل کلسیم نشان داده شده که برای کمک به کاهش وزن در افراد چاق مؤثر است. در واقع، مصرف حاد کلسیم گزارش شده‌است که با اکسیداسیون چربی در انسان ارتباط دارد. افزایش مصرف کلسیم در رژیم غذایی مانع از ترشح هورمون پاراتیروئید (PTH) و به دنبال آن، فعال شدن آلفا هیدروکسی به dihydroxycalciferol (ویتامین D3؛ VD3) می‌شود. PTH باعث تحریک افزایش دوز در سطح کلسیم داخل سلولی چربی می‌شود. ویتامین D3 نیز نشان داده شده‌است که در بیرون آوردن کلسیم داخل سلولی مؤثر است. افزایش کلسیم داخل سلولی در سلول‌های چربی فرد را در مهار تجزیه و تحلیل چربی تحریک شده توسط مسیر β آدرنرژیک یاری می‌کند و در نتیجه سطح فسفریلاسیون HSL کاهش پیدا می‌کند. این اثرات به نظر می‌رسد عمدتاً از طریق فعال‌سازی 3B فسفودی استراز سبب شوند. پایین بودن سطح کلسیم در رژیم غذایی و افزایش گردش ویتامین D3 نیز ممکن است اثرات مهاری غیر مستقیم بر روی تجزیه و تحلیل سلول‌های چربی از بسترهای لیپولیتیک برای سوخت و ساز بوده و بر انرژی آزاد شده در بدن مؤثر باشد.[۲]

میزان مناسب کلسیم برای هر فرد[ویرایش]

متوسط میزان مناسب کلسیم به میلی‌گرم

  • نوزادان تا سن ۳ سال = ۴۰۰
  • کودکان ۴ تا ۶ سال سن =۷۰۰
  • کودکان ۷ تا ۱۰ سال سن = ۸۰۰
  • مردان نوجوان و بالغ = ۸۶۰ الی ۱۲۰۰
  • زنان نوجوان و بالغ = ۱۰۰۰
  • زنان حامله= ۱۳۰۰
  • زنان شیرده = ۱۳۰۰

در صورت وجود بیماری‌های همراه مانند بیماری روماتیسمی یا مصرف بعضی از داروها مانند کورتیکواستروئیدها نیاز به کلسیم و ویتامین D افزایش میابد که دوز مورد نیاز باید با نظر پزشک معالج تعیین شود.

مصرف میزان مناسب کلسیم در رژیم روزانه غذایی و همچنین انجام ورزش‌هایی مانند قدم زدن و دویدن و آئروبیک مخصوصاً در سنین جوانی بهترین روش برای افزایش تراکم و استحکام استخوان‌ها می‌شود و از ابتلا به پوکی استخوان جلوگیری می‌کند.

عوارض کمبود کلسیم[ویرایش]

عوارض کمبود کلسیم در کودکان بیماری راشیتیسم، در میانسالان استئومالاسی، و در بزرگسالان استئوپروز است. این بیماری‌ها دراثر کمبود ویتامین D بروز می‌کنند، پس اگر خواستار استخوان‌های محکمی هستید، بهتر است مراقب مصرف ویتامین D هم باشید. کمبود شدید کلسیم، انقباض شدید عضلات به حالت کزاز را به دنبال دارد که ابتدا به صورت گرفتگی عضلات دیده می‌شود. البته این حالت کمتر رخ می‌دهد و آنچه ما بیشتر از کمبود کلسیم دیده‌ایم، پوک شدن استخوان‌ها در سنین بالا است که برای جلوگیری ازآن باید از نوجوانی به فکر خود باشیم.
کلسیم از راه پوست هم به هدر می‌رود و فعالیت زیاد در حرارت بالا و تعرق زیاد، دفع پوستی کلسیم را افزایش می‌دهد. چرا که دراثر بالا رفتن سن، درد استخوان، راحت شکسته شدن و دیر جوش خوردن استخوان‌ها گریبان گیرمان می‌شود. میزان مورد نیاز کلسیم روزانه ۸۰۰ تا ۱۲۰۰ میلی‌گرم است.
برای جلوگیری از ابتلاء به استئوپروز، باید دریافت کلسیم و ویتامین D درحد استاندارد باشد. نباید سیگار بکشیم، نباید چای و قهوه بیش از حد مصرف کنیم، نباید دیورتیک (داروهای مدر) بیش از حد مصرف کنیم، باید بیشتر خود را در معرض نور خورشید قرار دهیم تا ویتامین D در زیر پوستمان تولید شود. در هر سنی که هستیم ورزش کنیم، چراکه کم‌تحرکی موجب پوکی استخوان‌ها می‌شود. مصرف کافی منابع ویتامین D را نیز فراموش نکنیم.

منابع کلسیم[ویرایش]

منابع کلسیم در پهنه زمین گسترده بوده و در هر یک از سرزمین‌ها بوفور یافت می‌شود. این عنصر در حیات گیاهی و جانوری دارای نقش حیاتی بوده و در استخوان‌ها و دندانها و پوسته تخم مرغ، انواع مرجانها و بسیاری از خاکها وجود دارد. همچنین کلرید کلسیم در حدی به گستردگی ۱۵/۰٪ در آب دریا وجود دارد. ذکر این نکته ضروری به‌نظر می‌رسد که آهک (اکسید کلسیم) ماده شناخته شده‌ای است که از قدیم‌الایام در مورد یونان باستان از آن به عنوان ملات در ساختمان‌ها استفاده می‌شده‌است. کلسیم در ترکیب پوسته زمین به مقدار ۳۶۳۰۰ 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 کلسیم عبارتند از: دولومیت، گیبس و آپاتیت.

تهیه و استخراج[ویرایش]

در صنعت، فلز کلسیم را می‌توان از الکترولیز کلسیم کلرید و مخلوط فلوئورید و پتاسیم کلرید تهیه نمود. در این روش، از صفحه‌های زغالی به عنوان آند و از میله‌های آهن به عنوان کاتد استفاده می‌شود. در مقیاسی کوچکتر می‌توان آهک را با فلز آلومینیوم در خلأ احیا نموده و متعاقب آن، عمل را بوسیله منظور بازیافت فلز کلسیم ادامه داد. به‌علاوه کلسیم کلرید که عبارت از یک ماده اولیه‌است را می‌توان یا بوسیله اثر اسیدکلریدریک پر ماده معدنی کربناته یا به عنوان ضایعات در فرایند solvay تهیه کرد.

تجربه و شناسایی[ویرایش]

از نظر کیفی، وجود کلسیم را می‌توان بوسیله تشکیل کربنات نامحلول آن، یا بوسیله مشتعل نمودن آن شعله یک مشعل که ایجاد رنگ قرمز درخشان می‌نماید، تشخیص داد. از نظر کمی، کلسیم را بعد از جداکردن از سایر فلزهای قلیایی خاکی، به روش‌های کرومات- سولفات یا اتر- الکل، از آمونیوم، اگزالات استفاده می‌کنند که کلسیم به شکل کلسیم اگزالات رسوب نموده و سپس این رسوب را توزین می‌نمایند. اگزالات مورد نظر را نیز یا می‌توان بوسیله اشتعال به اکسید یا با استفاده از محلولهای استاندارد شده پرمنگنات پتاسیم اکسیده نمود.

خواص شیمیایی[ویرایش]

کلسیم به صورت جامد

کلسیم عنصری است که نسبت به فلزات قلیایی و سایر فلزات قلیایی خاکی از قدرت فعالیت کمتری برخوردار است. مانند بریلیم و آلومینیوم، و برخلاف فلزات قلیایی، این عنصر موجب سوختگی پوست نمی‌گردد. باید توجه داشت که در هوا لایه نازکی از اکسید و نیترید بر روی کلسیم تشکیل می‌شود که می‌تواند آن را از اثرات بعدی هوا مصون نگاه دارد، لکن در درجه حرارت بالا این عنصر در هوا سوخته و تشکیل مقدار زیادی نیترید می‌دهد. کلسیم تجارتی به آسانی با آب و اسیدها واکنش نموده تولید هیدروژنی می‌نماید که حاوی مقدار قابل ملاحظه‌ای از گاز آمونیاک و هیدروکربنها، به عنوان ناخالصی می‌باشد. از کلسیم، می‌توان به عنوان یک عامل آلیاژکننده برای فلزات حاوی آلومینیوم به منظور حذف بیسموت از سرب و به عنوان کنترل‌کننده کربن گرافیتی، در چدن استفاده کرد. از طرف دیگر می‌توان از این فلز به عنوان عاملی برای حذف اکسیژن در کارخانجات فولاد و به عنوان عامل احیاکننده در تهیه فلزاتی مانند کروم، زیرکونیم و اورانیم و به عنوان یک ماده جداکننده برای مخلوط گازهای نیتروژن و آرگون استفاده نمود. ضمناً زمانی‌که کلسیم، به آلیاژهای منیزیم افزوده شود (۲۵/۰٪)، ساختمان آن‌ها را تصفیه و موجب کاهش تمایل آتش گیریهای آن‌ها می‌شود.

کلسیم در بیوسفر (زیست کره)[ویرایش]

کلسیم جزء ساختمانی و ثابت کلیه گیاهان بوده و بصورتهای جزء ساختمانی و یون فیزیولوژیکی توامان یافت می‌شود. مضافاً یون کلسیم قادر است اثرات سمی یونهای پتاسیم، سدیم و منیزیم را بلا اثر نماید. کلسیم به دلیل وجود در خاک قادر است بر قلیائی کردن آن اثر و متعاقب آن در رویش گیاهان تأثیر داشته باشد. این عنصر در ساختمان بدن حیوانات (در بافتهای نرم)، مایعات میان بافتی و اسکلت‌بندی یافت می‌شود. استخوان‌های مهره داران حاوی کلسیم، به صورت فلوئورید کلسیم، کربنات کلسیم و فسفات کلسیم می‌باشد همچنین کلسیم ذاتاً در بسیاری از وظائف بیولوژیکی مهره داران، سهیم است.

شناخت محیط رشد کلسیم[ویرایش]

درون گیاه، کلسیم بیشتر به صورت پکتات کلسیم، در دیواره یاخته‌ها، یافت می‌شود؛ و کارش متصل ساختن یاخته‌ها به هم است. این ماده، به علت غیرقابل انتقال بودنش درون بافت‌ها، باید پیوسته دردسترس گیاه قرار گیرد، کمبود کلسیم باعث کمبود رشد و همچنین لوله شدن برگ‌ها و قهوه‌ای رنگ شدن ریشه‌ها می‌گردد. در گوجه فرنگی، کمبود کلسیم باعث گندیدگی ته میوه می‌شود. در سیب، وجود آن مایه سختی بافت‌های میوه شده، به عمر پس از برداشت آن می‌افزاید و کمبودش باعث آسیب پوستی می‌گردد. گرچه میزان کلسیم، اغلب در خاک‌ها به مراتب از پتاسیم کمتر است ولی بر عکس پتاسیم، قابلیت جذب آن برای گیاه خیلی زیادتر می‌باشد. کمبود کلسیم را می‌توان با اضافه کردن آهک به خاک بر طرف ساخت، البته باید در نظر داشت که آهک واکنش خاک را نیز بالا می‌برد. سوپر فسفات نیز حاوی مقدار زیادی کلسیم است. همچنین برای رفع کمبود کلسیم می‌توان گیاهان را با کلرور کلسیم یا نیترات کلسیم محلول پاشی کرد.

کلسیم در پزشکی[ویرایش]

چون کلسیم یکی از عناصر ضروری بدن است برای جبران کمبود آن ترکیبات دارویی مختلفی ساخته شده‌است که برخی از آن‌ها عبارتند از:

Film Coated Tablet:Calcium (as Corbonate) 500 mg + Vitamin D 200 IU

Coated Tablet: Calcium (as Carbonate) 500 mg

Tablet: Calcium (as Gluconate) 45 mg

Tablet: Calcium Dobesilate 250 mg

Effervescent Tablet: 500 mg

(Calcium Forte)(Calcium Lactate Gluconate 2.94g +Calcium Carbonate 0.3 g)

پانویس[ویرایش]

  1. Krieck, Sven; Görls, Helmar; Westerhausen, Matthias (2010). "Mechanistic Elucidation of the Formation of the Inverse Ca(I) Sandwich Complex [(thf)3Ca(μ-C6H3-1,3,5-Ph3)Ca(thf)3] and Stability of Aryl-Substituted Phenylcalcium Complexes". Journal of the آمریکاn Chemical Society. 132 (35): 100818110534020. doi:10.1021/ja105534w. PMID 20718434. 
  2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2885771/

منابع[ویرایش]