KALSIUM: SIFAT, STRUKTUR, PEROLEHAN, KEGUNAAN - KIMIA - 2025

The kalsium adalah logam alkali tanah milik tabel periodik 2 (Mr. Becambara) kelompok. Logam ini menempati urutan kelima di antara unsur-unsur yang ada di kerak bumi; dibalik besi dan aluminium. Itu diwakili oleh simbol kimia Ca, dan nomor atomnya adalah 20.

Kalsium mewakili 3,64% kerak bumi dan merupakan logam paling melimpah di tubuh manusia, mewakili 2% dari beratnya. Dia tidak bebas di alam; tetapi itu adalah bagian dari banyak mineral dan senyawa kimia.

Kalsium logam dengan kemurnian tinggi disimpan dalam minyak mineral untuk melindunginya dari oksigen dan kelembaban. Sumber: 2 × 910

Misalnya, ditemukan pada mineral kalsit yang merupakan bagian dari batu kapur. Kalsium karbonat hadir di bumi dalam bentuk marmer, dolomit, kulit telur, koral, mutiara, stalaktit, stalagmit, serta di dalam cangkang banyak hewan laut atau siput.

Selain itu, kalsium merupakan bagian dari mineral lain, seperti gipsum, anhidrit, fluorit, dan apatit. Maka tidak mengherankan jika ini identik dengan tulang di tingkat budaya.

Saat terkena udara, kalsium menjadi tertutup lapisan kekuningan, produk dari campuran kalsium oksida, nitrida, dan hidroksida. Namun, baru dipotong, permukaannya berkilau, keputihan keperakan. Itu lunak dengan kekerasan pada skala Mohs 1,75.

Kalsium menjalankan berbagai fungsi pada makhluk hidup, di antaranya adalah bagian dari senyawa yang menentukan struktur dan fungsi sistem tulang; itu mengintervensi kaskade koagulasi dengan mengaktifkan beberapa faktor koagulasi, yang diidentifikasi sebagai Faktor IV.

Lebih lanjut, kalsium terlibat dalam kontraksi otot, memungkinkan penyatuan protein kontraktil (aktin dan miosin); dan memfasilitasi pelepasan beberapa neurotransmiter, termasuk asetilkolin.

Secara kimiawi ia hampir selalu berpartisipasi dalam senyawa organik atau anorganiknya seperti kation divalen Ca ²⁺ . Ini adalah salah satu kation dengan bilangan koordinasi tertinggi, yaitu dapat berinteraksi dengan beberapa molekul atau ion pada saat yang bersamaan.

Sejarah

Dahulu kala

Senyawa kalsium seperti kapur (CaO) atau gipsum (CaSO ₄ ) telah digunakan oleh manusia selama ribuan tahun, dengan mengabaikan struktur kimianya. Kapur sebagai bahan bangunan dan plester untuk membuat patung digunakan 7.000 tahun sebelum masehi

Di Mesopotamia, sebuah tungku pembakaran kapur ditemukan yang digunakan pada 2.500 SM. Dalam waktu dekat, gipsum digunakan selama pembangunan Piramida Agung Giza.

Identifikasi dan isolasi

Joseph Black (1755) menjelaskan bahwa kapur lebih ringan dari pada batu kapur (kalsium karbonat) yang memberikan asalnya. Ini karena kehilangan karbon dioksida selama pemanasan.

Antoine Lavoiser (1787) menyimpulkan bahwa kapur pasti merupakan oksida dari unsur kimia yang tidak diketahui.

Sir Humphrey Davy (1808) tepatnya pada tahun ia menemukan boron, melakukan hal yang sama dengan kalsium menggunakan teknik elektrolisis yang digunakan oleh Jakar Berzelius dan Magnus Martin.

Davy mengisolasi kalsium dan magnesium menggunakan desain eksperimental yang sama. Dia mencampurkan kalsium oksida dengan merkuri (II) oksida pada plat platina, digunakan sebagai anoda (+), sedangkan katoda (-) adalah kawat platina yang sebagian terendam merkuri.

Elektrolisis menghasilkan campuran kalsium dan merkuri. Untuk memurnikan kalsium, amalgam dilakukan distilasi. Namun, kalsium murni tidak diperoleh.

Properti

Deskripsi Fisik

Logam keperakan-keputihan, berubah menjadi putih keabu-abuan saat terkena udara. Di udara lembab, warna berubah menjadi abu-abu biru mendung. Bedak padat atau kering. Struktur kristal berpusat pada wajah.

Berat atom

40,078 g / mol.

Titik lebur

842 ° C.

Titik didih

1.484 ° C.

Massa jenis

-1.55 g / cm ³ pada suhu kamar.

-1,378 g / cm ³ dalam keadaan cair pada titik leleh.

Panas fusi

8,54 kJ / mol.

Panas penguapan

154,7 kJ / mol.

Kapasitas kalori molar

25,929 J / (mol · K).

Kapasitas kalori tertentu

0,63 J / gK

Elektronegativitas

1.0 pada skala Pauling

Energi ionisasi

-Iionisasi pertama 589,8 kJ / mol

-Iionisasi kedua 1.145 kJ / mol

-Iionisasi ketiga 4,912 kJ / mol

-Iionisasi keempat 6,490,57 kJ / mol dan ada 4 energi ionisasi lagi.

Radio atom

197 malam

Jari-jari kovalen

176 ± 10 malam

Ekspansi termal

22,3 µm / m · K pada 20 ° C.

Konduktansi termal

201 W / m K

Resistivitas listrik

336 nΩ · m pada 20 ° C.

Kekerasan

1,75 pada skala Mohs.

Isotop

Kalsium memiliki 6 isotop alami: ⁴⁰ Ca, ⁴² Ca, ⁴³ Ca, ⁴⁴ Ca, ⁴⁶ Ca dan ⁴⁸ Ca, dan 19 isotop sintetis radioaktif. Isotop yang paling melimpah adalah ⁴⁰ Ca (96.94%), ⁴⁴ Ca (2.086%) dan ⁴² Ca (0.647%).

Reaktivitas

Kalsium bereaksi secara spontan dengan air, menghasilkan kalsium hidroksida dan gas hidrogen. Bereaksi dengan oksigen dan nitrogen di udara, menghasilkan kalsium oksida dan kalsium nitrida. Saat membelah, secara spontan terbakar di udara.

Ketika kalsium dipanaskan, ia bereaksi dengan hidrogen membentuk halida. Ia juga bereaksi dengan semua halogen untuk membentuk halida. Ia juga bereaksi dengan boron, belerang, karbon, dan fosfor.

Struktur dan konfigurasi elektron kalsium

Atom kalsium bergabung dengan ikatan logam, menyumbangkan dua elektron valensinya ke pasang elektron. Jadi, interaksi antara atom Ca dan pita elektronik yang dihasilkan berakhir dengan mendefinisikan kristal dengan struktur kubik berpusat muka (ccc, dalam bahasa Spanyol; atau fcc, dalam bahasa Inggris, untuk kubik berpusat muka).

Jika kristal kalsium ccc ini dipanaskan hingga suhu sekitar 450 ° C, kristal tersebut mengalami transisi ke fase hcp (heksagonal padat, atau heksagonal terpaket terdekat). Dengan kata lain, struktur menjadi lebih padat, seolah-olah pergerakan elektron dan getaran atom mengecilkan jarak yang memisahkannya.

Atom kalsium memiliki konfigurasi elektronik berikut:

4 d ²

Yang menjelaskan bahwa dua elektron valensi logam ini berasal dari orbital 4s terluarnya. Ketika kehilangannya, ^terbentuk kation divalen Ca ²⁺ , isoelektronik terhadap gas mulia argon; artinya, baik Ar dan Ca ²⁺ memiliki jumlah elektron yang sama.

Ini adalah orbital 4s kalsium yang bergabung untuk membentuk pita valensi kristal-kristal ini. Hal yang sama terjadi dengan orbital 4p kosong, yang membentuk pita konduksi.

Memperoleh

Kalsium diproduksi secara komersial dengan elektrolisis kalsium klorida cair. Reaksi berikut terjadi di elektroda:

Di anoda: 2Cl ^- (l) => Cl ₂ (g) + 2e ^-

Kalsium disimpan sebagai logam di katoda dengan menangkap elektron dari kalsium ionik.

Di katoda: Ca ²⁺ (l) + 2 e ^- => Ca (s)

Dalam skala kecil, kalsium dapat diproduksi dengan mereduksi kalsium oksida dengan aluminium, atau kalsium klorida dengan logam natrium.

6 CaO + 2 Al => 3 Ca + Ca ₃ Al ₂ O ₆

CaCl ₂ + 2 Na => Ca + NaCl

Aplikasi

Kalsium unsur

Kalsium digunakan sebagai aditif dalam pembuatan bohlam kaca, ditambahkan ke bohlam selama tahap pembuatan awal. Itu juga ditambahkan di bagian akhir sehingga bergabung dengan gas yang tersisa di dalam bohlam.

Ini digunakan sebagai disintegrator dalam produksi logam seperti tembaga dan baja. Paduan kalsium dan sesium digunakan dalam rijang pemantik api untuk menghasilkan percikan api. Kalsium adalah agen pereduksi, tetapi juga memiliki aplikasi deoksidasi dan deoksidasi.

Kalsium digunakan dalam pembuatan logam seperti kromium, torium, uranium, zirkonium dan lain-lain dari oksida mereka. Ini digunakan sebagai agen paduan untuk aluminium, tembaga, timbal, magnesium, dan logam dasar lainnya; dan sebagai deoxidizer untuk beberapa paduan suhu tinggi.

Kalsium dalam paduan dengan timbal (0,04%) berfungsi sebagai selubung kabel telepon. Ini digunakan dalam paduan dengan magnesium dalam implan ortopedi untuk memperpanjang umurnya.

Kalsium karbonat

Merupakan bahan pengisi keramik, kaca, plastik dan cat, serta sebagai bahan baku produksi kapur. Karbonat sintetis dengan kemurnian tinggi digunakan sebagai obat sebagai antasid dan suplemen kalsium makanan. Ini juga digunakan sebagai aditif dalam makanan.

Kalsium oksida

Kalsium oksida digunakan dalam industri konstruksi, digunakan dalam pelapisan dinding. Itu juga dimasukkan ke dalam beton. Pada abad ke-19, balok kalsium oksida dibakar untuk menerangi panggung dengan cahaya putih yang intens.

Kapur (sekali lagi, kalsium oksida) digunakan untuk menghilangkan komponen yang tidak diinginkan seperti silikon dioksida (SiO ₂ ) yang ada dalam bahan besi dari baja. Produk dari reaksi ini adalah kalsium silikat (CaSiO ₃ ) yang disebut "terak".

Jeruk nipis bercampur dengan air untuk membentuk kalsium hidroksida; Senyawa ini mengembang dan tenggelam, menyeret kotoran ke dasar tangki.

Bagian dalam cerobong asap dilapisi dengan kapur untuk menghilangkan asap dari pabrik. Misalnya, ia menangkap sulfur dioksida (SO ₂ ), yang berkontribusi pada hujan asam, dan mengubahnya menjadi kalsium sulfit (CaSO ₃ ).

Kalsium klorida

Kalsium klorida digunakan untuk mengendalikan es di jalan raya; kondisioner untuk tomat yang diawetkan; pembuatan karoseri mobil dan truk.

Kalsium sulfat

Biasanya disajikan sebagai CaSO ₄ · 2H ₂ O (gypsum), digunakan sebagai pengkondisi tanah. Gypsum terkalsinasi digunakan dalam pembuatan ubin, papan, dan bilah. Ini juga digunakan untuk imobilisasi patah tulang.

Kalsium fosfat

Kalsium fosfat ditemukan dalam berbagai bentuk di alam dan digunakan sebagai pupuk. Garam kalsium asam (CaH ₂ PO ₄ ) digunakan sebagai pupuk dan penstabil untuk plastik. Kalsium fosfat ditemukan sebagai bagian dari jaringan tulang, terutama sebagai hidroksiapatit.

Senyawa kalsium lainnya

Ada banyak senyawa kalsium dengan berbagai aplikasi. Misalnya, kalsium karbida digunakan untuk mendapatkan asetilena, digunakan dalam obor las. Kalsium alginat digunakan sebagai zat pengental pada produk makanan seperti es krim.

Kalsium hipoklorit digunakan sebagai zat pemutih, deodoran, fungisida dan algaecide.

Kalsium permanganat adalah cairan propelan roket. Ini juga digunakan sebagai agen pemurni air, dan dalam produksi tekstil.

Fungsi biologis

Kalsium memenuhi berbagai fungsi pada makhluk hidup:

-Itu mengintervensi kaskade koagulasi sebagai Faktor IV.

-Ini diperlukan untuk aktivasi beberapa faktor koagulasi, termasuk trombin.

-Dalam otot rangka, kalsium melepaskan aksi penghambatan dari sistem protein pada kontraksi otot, memungkinkan jembatan aktin-miosin terbentuk, yang menyebabkan kontraksi.

-Menstabilkan saluran ionik sel yang bersemangat. Pada hipokalsemia, saluran natrium diaktifkan, yang menyebabkan natrium memasuki sel, dan kontraksi berkelanjutan (tetani) dapat dihasilkan yang dapat berakibat fatal.

-Selain itu, kalsium mendukung pelepasan neurotransmitter asetilkolin di terminal presinaptik.

Risiko dan tindakan pencegahan

Bereaksi secara eksotermis dengan air. Oleh karena itu, dapat menyebabkan luka serius pada mulut, kerongkongan atau perut setelah tertelan.

Pekerja dihadapkan pada risiko ini di tempat-tempat di mana unsur kalsium diproduksi atau di tempat-tempat di mana logam diterapkan. Tindakan pencegahan adalah melindungi diri dengan masker yang menghindari menghirup debu, pakaian dan ventilasi yang memadai.

Hiperkalsemia sangat berbahaya dan dapat disebabkan terutama oleh sekresi hormon paratiroid yang berlebihan atau asupan vitamin D yang berlebihan atau kelebihan asupan kalsium, misalnya lebih dari 2,5 g / hari, jarang menjadi penyebab hiperkalsemia .

Kelebihan kalsium menumpuk di ginjal menyebabkan batu ginjal dan nefrosis ginjal. Selain itu, penumpukan kalsium di dinding pembuluh darah mengubah elastisitasnya, yang bisa menjadi penyebab hipertensi, aliran darah melambat dan trombosis.

Tindakan pencegahan dasar adalah memasukkan calcaemia di antara tes laboratorium, saat dokter mengamati karakteristik gejala pasien yang membuatnya mencurigai hiperkalsemia dan memulai pengobatan yang sesuai.

Referensi

1. W. Hull. (1921). Struktur Kristal Kalsium. doi.org/10.1103/PhysRev.17.42
2. Wikipedia. (2019). Kalsium. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Advameg, Inc. (2019). Kalsium. Kimia Dijelaskan. Diperoleh dari: chemistryexplained.com
4. Timothy P. Hanusa. (11 Januari 2019). Kalsium. Encyclopædia Britannica. Diperoleh dari: britannica.com
5. Pusat Nasional untuk Informasi Bioteknologi. (2019). Kalsium. Database PubChem. CID = 5460341. Diperoleh dari: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. WebElements. (2019). Kalsium: yang penting. Diperoleh dari: webelements.com