Kalsiyum

Kalsiyum, ₂₀Ca ⓘ

Kalsiyum
Görünüş	donuk gri, gümüş; soluk sarı bir renk tonu ile
Standart atom ağırlığı Ar°(Ca)	40.078±0.004 40.078±0.004 (kısaltılmış)
Periyodik tabloda kalsiyum
Hidrojen Helyum Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen Flor Neon Sodyum Magnezyum Alüminyum Silikon Fosfor Sülfür 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 Xenon Sezyum Baryum Lantan Seryum Praseodimyum Neodimyum Promethium Samaryum Europium Gadolinyum Terbiyum Disprosiyum Holmiyum Erbiyum Thulium Ytterbium Lutesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum İridyum Platin Altın Cıva (element) Talyum Kurşun Bizmut Polonyum Astatin Radon Francium Radyum Actinium Toryum Protaktinyum Uranyum Neptünyum Plütonyum Americium Curium Berkelium Kaliforniyum Einsteinium Fermiyum Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonyum Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson Mg ↑ Ca ↓ Sr potasyum ← Kalsiyum → skandiyum
Atom numarası (Z)	20
Grup	grup 2 (toprak alkali metaller)
Dönem	dönem 4
Blok	s-blok
Elektron konfigürasyonu	[[[Argon|Ar]]] 4s2
Kabuk başına elektron	2, 8, 8, 2
Fiziksel özellikler
STP'de Faz	katı
Erime noktası	1115 K (842 °C, 1548 °F)
Kaynama noktası	1757 K (1484 °C, 2703 °F)
Yoğunluk (r.t.'ye yakın)	1,55 g/cm3
sıvı olduğunda (m.p.'de)	1,378 g/cm3
Füzyon ısısı	8,54 kJ/mol
Buharlaşma ısısı	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'de (K) 864 956 1071 1227 1443 1755
Atomik özellikler
Oksidasyon durumları	+1, +2 (güçlü bazik bir oksit)
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 1.00
İyonlaşma enerjileri	1: 589,8 kJ/mol 2.: 1145,4 kJ/mol 3.: 4912,4 kJ/mol (daha fazla)
Atomik yarıçap	ampi̇ri̇k: 197 pm
Kovalent yarıçap	176±10 pm
Van der Waals yarıçapı	231 pm
Kalsiyum spektral çizgileri
Diğer özellikler
Doğal oluşum	ilkel
Kristal yapı	yüz merkezli kübik (fcc)
Ses hızı ince çubuk	3810 m/s (20 °C'de)
Termal genleşme	22,3 µm/(m⋅K) (25 °C'de)
Termal iletkenlik	201 W/(m⋅K)
Elektriksel direnç	33,6 nΩ⋅m (20 °C'de)
Manyetik sipariş	diamanyetik
Molar manyetik duyarlılık	+40.0×10-6 cm3/mol
Young modülü	20 GPa
Kayma modülü	7,4 GPa
Yığın modülü	17 GPa
Poisson oranı	0.31
Mohs sertliği	1.75
Brinell sertliği	170-416 MPa
CAS Numarası	7440-70-2
Tarih
Keşif ve ilk izolasyon	Humphry Davy (1808)
Kalsiyumun ana izotopları
İzotop Bolluk Yarılanma ömrü (t1/2) Çürüme modu Ürün 40Ca 96.941% kararlı 41Ca iz 9.94×104 y ε 41K 42Ca 0.647% kararlı 43Ca 0.135% kararlı 44Ca 2.086% kararlı 45Ca syn 162.6 d β− 45Sc 46Ca 0.004% kararlı 47Ca syn 4.5 d β− 47Sc γ – 48Ca 0.187% 6.4×1019 y β−β− 48Ti

Kalsiyum, sembolü Ca ve atom numarası 20 olan kimyasal bir elementtir. Bir toprak alkali metal olan kalsiyum, havaya maruz kaldığında koyu renkli bir oksit-nitrür tabakası oluşturan reaktif bir metaldir. Fiziksel ve kimyasal özellikleri en çok daha ağır homologları olan stronsiyum ve baryuma benzer. Yer kabuğunda en bol bulunan beşinci element ve demir ve alüminyumdan sonra en bol bulunan üçüncü metaldir. Dünya üzerindeki en yaygın kalsiyum bileşiği, kireçtaşında ve erken deniz yaşamının fosilleşmiş kalıntılarında bulunan kalsiyum karbonattır; jips, anhidrit, florit ve apatit de kalsiyum kaynaklarıdır. Bu isim, kireç taşının ısıtılmasıyla elde edilen Latince calx "kireç" kelimesinden türemiştir. ⓘ

Bazı kalsiyum bileşikleri eskiler tarafından bilinmekle birlikte, kimyaları on yedinci yüzyıla kadar bilinmiyordu. Saf kalsiyum 1808 yılında Humphry Davy tarafından oksitinin elektrolizi yoluyla izole edilmiş ve elemente bu isim verilmiştir. Kalsiyum bileşikleri birçok endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır: gıdalarda ve ilaçlarda kalsiyum takviyesi için, kağıt endüstrisinde ağartıcı olarak, çimento ve elektrik izolatörlerinde bileşen olarak ve sabun üretiminde. Öte yandan, saf haldeki metalin yüksek reaktivitesi nedeniyle çok az uygulaması vardır; yine de küçük miktarlarda genellikle çelik yapımında alaşım bileşeni olarak ve bazen de kalsiyum-kurşun alaşımı olarak otomotiv akülerinin yapımında kullanılır. ⓘ

Kalsiyum insan vücudunda en çok bulunan metal ve en çok bulunan beşinci elementtir. Elektrolitler olarak kalsiyum iyonları organizmaların ve hücrelerin fizyolojik ve biyokimyasal süreçlerinde hayati bir rol oynar: ikinci haberci olarak hareket ettikleri sinyal iletim yollarında; nöronlardan nörotransmitter salınımında; tüm kas hücresi tiplerinin kasılmasında; birçok enzimde kofaktör olarak; ve döllenmede. Hücrelerin dışındaki kalsiyum iyonları, uyarılabilir hücre zarları, protein sentezi ve kemik oluşumu boyunca potansiyel farkın korunması için önemlidir. ⓘ

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. ⓘ

Özellikleri

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. ⓘ

Sınıflandırma

Kalsiyum, özellikleri kendi grubundaki daha ağır elementler olan stronsiyum, baryum ve radyuma çok benzeyen çok sünek gümüşi bir metaldir (bazen soluk sarı olarak tanımlanır). Bir kalsiyum atomunun [Ar]4s² elektron konfigürasyonunda düzenlenmiş yirmi elektronu vardır. Periyodik tablonun 2. grubunda yer alan diğer elementler gibi, kalsiyum da en dıştaki s-orbitalinde iki değerlik elektronuna sahiptir ve bu elektronlar kimyasal reaksiyonlarda çok kolay bir şekilde kaybedilerek bir soy gazın, bu durumda argonun, kararlı elektron konfigürasyonuna sahip dipozitif bir iyon oluşturur. ⓘ

Bu nedenle kalsiyum, genellikle iyonik olan bileşiklerinde neredeyse her zaman iki değerlidir. Kalsiyumun varsayımsal tek değerlikli tuzları elementlerine göre kararlı olacaktır, ancak iki değerlikli tuzlara ve kalsiyum metaline orantısızlığa karşı kararlı olmayacaktır, çünkü MX₂'nin oluşum entalpisi varsayımsal MX'inkinden çok daha yüksektir. Bu, varsayımsal Ca+ katyonuna kıyasla daha yüksek yüklü Ca²⁺ katyonunun sağladığı çok daha büyük kafes enerjisi nedeniyle meydana gelir. ⓘ

Kalsiyum, stronsiyum, baryum ve radyum her zaman toprak alkali metaller olarak kabul edilir; periyodik tablonun 2. grubunda yer alan daha hafif berilyum ve magnezyum da genellikle dahil edilir. Bununla birlikte, berilyum ve magnezyum fiziksel ve kimyasal davranışlarında grubun diğer üyelerinden önemli ölçüde farklıdır: sırasıyla daha çok alüminyum ve çinko gibi davranırlar ve geçiş sonrası metallerin bazı zayıf metalik karakterine sahiptirler, bu nedenle "toprak alkali metal" teriminin geleneksel tanımı onları hariç tutar. Bu sınıflandırma İngilizce kaynaklarda çoğunlukla geçerliliğini yitirmiştir, ancak Japonya gibi diğer ülkelerde hala kullanılmaktadır. Sonuç olarak, stronsiyum ve baryum ile yapılan karşılaştırmalar kalsiyum kimyası için magnezyum ile yapılan karşılaştırmalardan daha önemlidir. ⓘ

Fiziksel

Kalsiyum metali 842 °C'de erir ve 1494 °C'de kaynar; bu değerler komşu grup 2 metalleri olan magnezyum ve stronsiyumdan daha yüksektir. Stronsiyum gibi yüz merkezli kübik düzende kristalleşir; 450 °C'nin üzerinde magnezyum gibi anizotropik hekzagonal yakın paket düzenine dönüşür. Yoğunluğu 1,55 g/cm³ olup kendi grubundaki en düşük yoğunluktur. ⓘ

Kalsiyum kurşundan daha serttir ancak bıçakla zorlanarak kesilebilir. Kalsiyum hacim olarak bakır veya alüminyumdan daha zayıf bir elektrik iletkeniyken, çok düşük yoğunluğu nedeniyle kütle olarak her ikisinden de daha iyi bir iletkendir. Kalsiyum, atmosferik oksijenle hızlı bir şekilde reaksiyona girdiği için çoğu karasal uygulama için bir iletken olarak uygun olmasa da, uzayda bu şekilde kullanılması düşünülmüştür. ⓘ

Kimyasal

Hidratlı kalsiyum klorürdeki polimerik [Ca(H₂O)₆]²⁺ merkezinin yapısı, kalsiyum kompleksleri için tipik olan yüksek koordinasyon sayısını göstermektedir. ⓘ

Kalsiyumun kimyası tipik bir ağır toprak alkali metalin kimyasıdır. Örneğin, kalsiyum kendiliğinden su ile magnezyumdan daha hızlı ve stronsiyumdan daha az hızlı reaksiyona girerek kalsiyum hidroksit ve hidrojen gazı üretir. Ayrıca havadaki oksijen ve nitrojen ile reaksiyona girerek kalsiyum oksit ve kalsiyum nitrür karışımı oluşturur. İnce bölündüğünde, nitrür üretmek için havada kendiliğinden yanar. Yığın halinde kalsiyum daha az reaktiftir: nemli havada hızla bir hidrasyon kaplaması oluşturur, ancak %30 bağıl nemin altında oda sıcaklığında süresiz olarak saklanabilir. ⓘ

Basit oksit CaO'nun yanı sıra, peroksit CaO₂, yüksek oksijen basıncı altında kalsiyum metalinin doğrudan oksidasyonu ile yapılabilir ve sarı bir süperoksit Ca(O₂)₂ için bazı kanıtlar vardır. Kalsiyum hidroksit, Ca(OH)₂, güçlü bir bazdır, ancak stronsiyum, baryum veya alkali metallerin hidroksitleri kadar güçlü değildir. Kalsiyumun dört dihalidinin tümü bilinmektedir. Kalsiyum karbonat (CaCO₃) ve kalsiyum sülfat (CaSO₄) özellikle bol bulunan minerallerdir. Stronsiyum ve baryumun yanı sıra alkali metaller ve iki değerli lantanitler europium ve ytterbium gibi kalsiyum metali de doğrudan sıvı amonyakta çözünerek koyu mavi bir çözelti verir. ⓘ

Ca²⁺ iyonunun büyük boyutu nedeniyle, CaZn₁₃ gibi bazı intermetalik bileşiklerde 24'e varan yüksek koordinasyon sayıları yaygındır. Kalsiyum, analitik kimyada ve kalsiyum iyonlarının sert sudan uzaklaştırılmasında yararlı olan EDTA ve polifosfatlar gibi oksijen şelatları tarafından kolayca kompleksleştirilir. Sterik engelin yokluğunda, daha küçük grup 2 katyonları daha güçlü kompleksler oluşturma eğilimindedir, ancak büyük polidentat makrosiklikler söz konusu olduğunda eğilim tersine döner. ⓘ

Kalsiyum magnezyum ile aynı grupta yer almasına ve organomagnezyum bileşikleri kimyada çok yaygın olarak kullanılmasına rağmen, son zamanlarda olası katalizörler olarak araştırılmalarına rağmen, organokalsiyum bileşiklerinin yapımı daha zor ve daha reaktif oldukları için benzer şekilde yaygın değildir. Organokalsiyum bileşikleri, Yb²⁺ (102 pm) ve Ca²⁺ (100 pm) iyonik yarıçaplarının benzer olması nedeniyle organoytterbiyum bileşiklerine daha çok benzemektedir. ⓘ

Bu bileşiklerin çoğu yalnızca düşük sıcaklıklarda hazırlanabilir; hacimli ligandlar kararlılığı destekleme eğilimindedir. Örneğin, kalsiyum disiklopentadienil, Ca(C₅H₅)₂, kalsiyum metalinin merkurosen veya siklopentadien ile doğrudan reaksiyona sokulmasıyla yapılmalıdır; diğer yandan C₅H₅ ligandının daha hacimli C₅(CH₃)₅ ligandıyla değiştirilmesi bileşiğin çözünürlüğünü, uçuculuğunu ve kinetik kararlılığını artırır. ⓘ

İzotoplar

Doğal kalsiyum beş kararlı izotopun (⁴⁰Ca, ⁴²Ca, ⁴³Ca, ⁴⁴Ca ve ⁴⁶Ca) ve tüm pratik amaçlar için kararlı kabul edilebilecek kadar uzun bir yarı ömre sahip bir izotopun (yaklaşık 4,3 × 10¹⁹ yıllık yarı ömre sahip ⁴⁸Ca) karışımıdır. Kalsiyum, doğal olarak oluşan altı izotopa sahip ilk (en hafif) elementtir. ⓘ

Doğadaki en yaygın kalsiyum izotopu, tüm doğal kalsiyumun %96,941'ini oluşturan ⁴⁰Ca'dır. Alfa parçacıklarının füzyonundan silikon yakma sürecinde üretilir ve eşit proton ve nötron sayılarına sahip en ağır kararlı nükliddir; oluşumu ayrıca ilkel ⁴⁰K'nın bozunmasıyla yavaşça desteklenir. Başka bir alfa parçacığının eklenmesi kararsız ⁴⁴Ti'ye yol açar, bu da iki ardışık elektron yakalama yoluyla hızla kararlı ⁴⁴Ca'ya bozunur; bu, tüm doğal kalsiyumun %2,806'sını oluşturur ve en yaygın ikinci izotoptur. ⓘ

Diğer dört doğal izotop, ⁴²Ca, ⁴³Ca, ⁴⁶Ca ve ⁴⁸Ca, önemli ölçüde daha nadirdir ve her biri tüm doğal kalsiyumun %1'inden azını oluşturur. Daha hafif olan dört izotop esas olarak oksijen yakma ve silikon yakma süreçlerinin ürünüdür ve daha ağır olan iki izotop nötron yakalama süreçleri yoluyla üretilir. ⁴⁶Ca çoğunlukla "sıcak" bir s-sürecinde üretilir, çünkü oluşumu kısa ömürlü ⁴⁵Ca'nın bir nötron yakalamasına izin vermek için oldukça yüksek bir nötron akısı gerektirir. ⁴⁸Ca, yüksek nötron fazlalığı ve yeterince düşük entropinin hayatta kalmasını sağladığı tip Ia süpernovalarındaki r-sürecinde elektron yakalama yoluyla üretilir. ⓘ

⁴⁶Ca ve ⁴⁸Ca sırasıyla altı nötron veya sekiz nötron fazlalığına sahip ilk "klasik olarak kararlı" çekirdeklerdir. Bu kadar hafif bir element için son derece nötron zengini olmasına rağmen, ⁴⁸Ca çok kararlıdır çünkü kapalı kabuklarda düzenlenmiş 20 proton ve 28 nötrona sahip çift sihirli bir çekirdektir. ⁴⁸Sc'ye beta bozunumu, nükleer spindeki büyük uyumsuzluk nedeniyle çok engellenmiştir: ⁴⁸Ca'nın nükleer spini sıfırdır, çift-çifttir, ⁴⁸Sc'nin ise 6+ spini vardır, dolayısıyla açısal momentumun korunumu nedeniyle bozunma yasaktır. ⁴⁸Sc'nin iki uyarılmış hali de bozunma için uygun olsa da, yüksek spinleri nedeniyle bunlar da yasaklanmıştır. Sonuç olarak, ⁴⁸Ca bozunduğunda, bunun yerine çift beta bozunumu ile ⁴⁸Ti'ye dönüşür ve çift beta bozunumu geçirdiği bilinen en hafif çekirdektir. ⓘ

Ağır izotop ⁴⁶Ca da teorik olarak ⁴⁶Ti'ye çift beta bozunumuna uğrayabilir, ancak bu hiç gözlemlenmemiştir. En hafif ve en yaygın izotop olan ⁴⁰Ca da çift sihirlidir ve ⁴⁰Ar'a çift elektron yakalamaya maruz kalabilir, ancak bu da aynı şekilde hiç gözlemlenmemiştir. Kalsiyum, iki ilkel çift sihirli izotopa sahip olan tek elementtir. ⁴⁰Ca ve ⁴⁶Ca'nın yarı ömürleri için deneysel alt sınırlar sırasıyla 5.9 × 10²¹ yıl ve 2.8 × 10¹⁵ yıldır. ⓘ

Pratik olarak kararlı ⁴⁸Ca dışında, kalsiyumun en uzun ömürlü radyoizotopu ⁴¹Ca'dır. Elektron yakalama yoluyla yaklaşık yüz bin yıllık bir yarı ömürle kararlı ⁴¹K'ya bozunur. Erken Güneş Sistemi'nde soyu tükenmiş bir radyonüklid olarak varlığı ⁴¹K fazlalıklarından çıkarılmıştır: ⁴¹Ca izleri, doğal ⁴⁰Ca'nın nötron aktivasyonu yoluyla sürekli olarak yeniden biçimlenen kozmojenik bir nüklid olduğu için bugün de mevcuttur. ⓘ

³⁵Ca'dan ⁶⁰Ca'ya kadar değişen birçok başka kalsiyum radyoizotopu bilinmektedir. Bunların hepsi ⁴¹Ca'dan çok daha kısa ömürlüdür, aralarında en kararlı olanları ⁴⁵Ca (yarı ömür 163 gün) ve ⁴⁷Ca'dır (yarı ömür 4.54 gün). ⁴²Ca'dan daha hafif izotoplar genellikle potasyum izotoplarına beta artı bozunmaya uğrar ve ⁴⁴Ca'dan daha ağır olanlar genellikle skandiyum izotoplarına beta eksi bozunmaya uğrar, ancak nükleer damlama çizgilerinin yakınında proton emisyonu ve nötron emisyonu da önemli bozunma modları olmaya başlar. ⓘ

Diğer elementlerde olduğu gibi, çeşitli süreçler kalsiyum izotoplarının göreceli bolluğunu değiştirir. Bu süreçlerden en iyi çalışılanı, kalsit, aragonit ve apatit gibi kalsiyum minerallerinin çözeltiden çökelmesine eşlik eden kalsiyum izotoplarının kütleye bağlı olarak parçalanmasıdır. Daha hafif izotoplar tercihen bu minerallere dahil olur ve çevredeki çözeltiyi oda sıcaklığında atomik kütle birimi (amu) başına kabaca %0,025'lik bir büyüklükte daha ağır izotoplarla zenginleştirilmiş halde bırakır. Kalsiyum izotop bileşimindeki kütleye bağlı farklılıklar geleneksel olarak bir numunedeki iki izotopun (genellikle ⁴⁴Ca/⁴⁰Ca) standart bir referans malzemedeki aynı orana kıyasla oranıyla ifade edilir. ⁴⁴Ca/⁴⁰Ca, yaygın toprak malzemeleri arasında yaklaşık %1 oranında değişiklik gösterir. ⓘ

Tarih

Kireç sıvasından yapılmış Ayn Gazal Heykellerinden biri ⓘ

Kalsiyum bileşikleri binlerce yıldır bilinmekle birlikte, kimyasal yapıları 17. yüzyıla kadar anlaşılamamıştır. Kireç bir yapı malzemesi ve heykeller için sıva olarak MÖ 7000'lere kadar kullanılmıştır. Tarihlendirilen ilk kireç fırını M.Ö. 2500 yılına aittir ve Mezopotamya'daki Khafajah'ta bulunmuştur. ⓘ

Yaklaşık aynı zamanlarda, kurutulmuş alçıtaşı (CaSO₄-2H₂O) Büyük Giza Piramidi'nde kullanılıyordu. Bu malzeme daha sonra Tutankamon'un mezarındaki sıva için kullanılacaktı. Antik Romalılar bunun yerine kireçtaşının (CaCO₃) ısıtılmasıyla elde edilen kireç harçlarını kullanmışlardır. "Kalsiyum" isminin kendisi Latince calx "kireç" kelimesinden türemiştir. ⓘ

Vitruvius, ortaya çıkan kirecin orijinal kireçtaşından daha hafif olduğunu belirtmiş ve bunu suyun kaynatılmasına bağlamıştır. Joseph Black 1755 yılında bunun, eski Romalılar tarafından bir gaz olarak kabul edilmeyen karbondioksit kaybından kaynaklandığını kanıtlamıştır. ⓘ

1787 yılında Antoine Lavoisier kirecin temel bir kimyasal elementin oksidi olabileceğinden şüphelendi. Lavoisier elementler tablosunda beş "tuzlanabilir toprak" (yani asitlerle reaksiyona girerek tuz (Latince salis = tuz) üretebilen cevherler) listelemiştir: chaux (kalsiyum oksit), magnésie (magnezya, magnezyum oksit), baryte (baryum sülfat), alumine (alümina, alüminyum oksit) ve silice (silika, silikon dioksit)). Lavoisier bu "elementler" hakkında spekülasyon yapmıştır:

Muhtemelen henüz doğada var olan metalik maddelerin sadece bir kısmından haberdarız, çünkü oksijene karbondan daha güçlü bir yakınlığı olanların hepsi şimdiye kadar metalik bir duruma indirgenemedi ve sonuç olarak gözlemimize sadece oksit formları altında sunulduğundan, topraklarla karıştırıldı. Şu anda topraklarla birlikte düzenlediğimiz baritlerin bu durumda olması son derece muhtemeldir; çünkü birçok deneyde neredeyse metalik cisimlerin özelliklerine yaklaşan özellikler sergilemektedir. Toprak olarak adlandırdığımız tüm maddelerin, şimdiye kadar bilinen herhangi bir işlemle indirgenemeyen metalik oksitler olması bile mümkündür. ⓘ

Kalsiyum, magnezyum, stronsiyum ve baryum ile birlikte ilk kez 1808 yılında Humphry Davy tarafından izole edilmiştir. Jöns Jakob Berzelius ve Magnus Martin af Pontin'in elektroliz üzerine çalışmalarını takiben Davy, kalsiyum ve magnezyumu, ilgili metal oksitlerin cıva(II) oksit ile karışımını anot olarak kullanılan bir platin plaka üzerine koyarak izole etmiştir; katot ise kısmen cıva içine batırılmış bir platin teldir. Elektroliz sonrasında kalsiyum-civa ve magnezyum-civa amalgamları elde edilmiş ve civa damıtılarak metal elde edilmiştir. Ancak, saf kalsiyum bu yöntemle toplu olarak hazırlanamaz ve üretimi için uygulanabilir bir ticari süreç bir asır sonrasına kadar bulunamamıştır. ⓘ

Oluşumu ve üretimi

Pamukkale'deki traverten teraslar, Türkiye ⓘ

Kalsiyum %3 oranıyla Dünya'nın kabuğunda en çok bulunan beşinci element, alüminyum ve demirin ardından en çok bulunan üçüncü metaldir. Aynı zamanda Ay'ın dağlık bölgelerinde en bol bulunan dördüncü elementtir. Tortul kalsiyum karbonat birikintileri, geçmiş deniz yaşamının fosilleşmiş kalıntıları olarak Dünya yüzeyini kaplar; eşkenar dörtgen kalsit (daha yaygın) ve ortorombik aragonit (daha ılıman denizlerde oluşur) olmak üzere iki şekilde oluşurlar. Birinci tür mineraller arasında kireçtaşı, dolomit, mermer, tebeşir ve İzlanda sparı bulunur; aragonit yatakları Bahamalar, Florida Keys ve Kızıldeniz havzalarını oluşturur. Mercanlar, deniz kabukları ve inciler çoğunlukla kalsiyum karbonattan oluşur. Diğer önemli kalsiyum mineralleri arasında jips (CaSO₄-2H₂O), anhidrit (CaSO₄), florit (CaF₂) ve apatit ([Ca₅(PO₄)₃F]) bulunmaktadır. ⓘ

Başlıca kalsiyum üreticileri Çin (yılda yaklaşık 10000 ila 12000 ton), Rusya (yılda yaklaşık 6000 ila 8000 ton) ve Amerika Birleşik Devletleri'dir (yılda yaklaşık 2000 ila 4000 ton). Kanada ve Fransa da küçük üreticiler arasındadır. 2005 yılında yaklaşık 24000 ton kalsiyum üretilmiştir; dünyada çıkarılan kalsiyumun yaklaşık yarısı Amerika Birleşik Devletleri tarafından kullanılmaktadır ve her yıl üretimin yaklaşık %80'i kullanılmaktadır. ⓘ

Rusya ve Çin'de Davy'nin elektroliz yöntemi hala kullanılmaktadır, ancak bunun yerine erimiş kalsiyum klorüre uygulanmaktadır. Kalsiyum stronsiyum veya baryuma göre daha az reaktif olduğundan, havada oluşan oksit-nitrür kaplama stabildir ve tornada işleme ve diğer standart metalürjik teknikler kalsiyum için uygundur. Amerika Birleşik Devletleri ve Kanada'da kalsiyum bunun yerine kirecin yüksek sıcaklıklarda alüminyum ile indirgenmesiyle üretilir. ⓘ

Jeokimyasal döngü

Kalsiyum döngüsü tektonik, iklim ve karbon döngüsü arasında bir bağlantı sağlar. En basit ifadeyle, dağların yükselmesi bazı granitler gibi kalsiyum içeren kayaları kimyasal ayrışmaya maruz bırakır ve yüzey suyuna Ca²⁺ salar. Bu iyonlar okyanusa taşınır ve burada çözünmüş CO₂ ile tepkimeye girerek kireçtaşı (CaCO
₃), bu da deniz tabanına yerleşir ve burada yeni kayalara dahil olur. Çözünmüş CO₂, karbonat ve bikarbonat iyonları ile birlikte "çözünmüş inorganik karbon" (DIC) olarak adlandırılır. ⓘ

Asıl reaksiyon daha karmaşıktır ve bikarbonat iyonunu (HCO-
₃) CO₂ deniz suyu pH'ında su ile reaksiyona girdiğinde oluşur:

Ca²⁺
+ 2HCO-
₃ → CaCO
_3(s) + CO
₂ + H
₂O

Deniz suyu pH'ında, CO₂'nin çoğu hemen HCO-'ya geri dönüştürülür.
₃. Reaksiyon, okyanus/atmosferden litosfere net olarak bir molekül CO₂ taşınmasıyla sonuçlanır. Sonuç olarak, kimyasal ayrışma ile açığa çıkan her Ca²⁺ iyonu nihayetinde bir CO₂ molekülünü yüzeysel sistemden (atmosfer, okyanus, toprak ve canlı organizmalar) uzaklaştırarak yüz milyonlarca yıl boyunca kalacağı karbonat kayalarında depolar. Kalsiyumun kayalardan ayrışması böylece CO₂'yi okyanus ve atmosferden temizleyerek iklim üzerinde uzun vadeli güçlü bir etki yaratır. ⓘ

Kullanım Alanları

Metalik kalsiyumun en büyük kullanım alanı, oksijen ve sülfüre olan güçlü kimyasal yakınlığı nedeniyle çelik üretimidir. Oksitleri ve sülfürleri bir kez oluştuğunda, çelikte sıvı kireç alüminat ve sülfür kalıntıları oluşturur ve bunlar yüzerek dışarı çıkar; işlemden geçirildiğinde, bu kalıntılar çelik boyunca dağılır ve küçük ve küresel hale gelerek dökülebilirliği, temizliği ve genel mekanik özellikleri iyileştirir. Kalsiyum aynı zamanda bakım gerektirmeyen otomotiv akülerinde de kullanılmaktadır; bu akülerde normal antimon-kurşun alaşımları yerine %0,1 kalsiyum-kurşun alaşımlarının kullanılması daha düşük su kaybına ve daha düşük kendi kendine deşarja yol açmaktadır. ⓘ

Genleşme ve çatlama riski nedeniyle bazen bu alaşımlara alüminyum da dahil edilmektedir. Bu kurşun-kalsiyum alaşımları, kurşun-antimon alaşımlarının yerini alarak dökümde de kullanılır. Kalsiyum ayrıca rulmanlar için kullanılan alüminyum alaşımlarını güçlendirmek, dökme demirdeki grafitik karbonu kontrol etmek ve kurşundaki bizmut safsızlıklarını gidermek için de kullanılır. Kalsiyum metali bazı drenaj temizleyicilerinde bulunur ve burada ısı ve kalsiyum hidroksit üreterek yağları sabunlaştırır ve drenajları tıkayan proteinleri (örneğin saçtakileri) sıvılaştırır. ⓘ

Metalürjinin yanı sıra, kalsiyumun reaktivitesinden yüksek saflıkta argon gazından nitrojeni uzaklaştırmak için ve oksijen ve nitrojen için bir alıcı olarak yararlanılır. Ayrıca krom, zirkonyum, toryum ve uranyum üretiminde indirgeyici bir madde olarak kullanılır. Hidrojen gazını depolamak için de kullanılabilir, çünkü hidrojenle reaksiyona girerek hidrojenin kolayca yeniden çıkarılabileceği katı kalsiyum hidrür oluşturur. ⓘ

Mineral oluşumu sırasında kalsiyum izotop fraksiyonasyonu, kalsiyum izotoplarının çeşitli uygulamalarına yol açmıştır. Özellikle Skulan ve DePaolo tarafından 1997 yılında yapılan, kalsiyum minerallerinin çökeldiği çözeltilerden izotopik olarak daha hafif olduğu gözlemi, tıpta ve paleoceanografide benzer uygulamaların temelini oluşturmaktadır. İskeletleri kalsiyumla mineralize edilmiş hayvanlarda, yumuşak dokuların kalsiyum izotopik bileşimi, iskelet mineralinin göreceli oluşum ve çözünme oranını yansıtır. ⓘ

İnsanlarda, idrarın kalsiyum izotopik bileşimindeki değişikliklerin kemik mineral dengesindeki değişikliklerle ilişkili olduğu gösterilmiştir. Kemik oluşum hızı kemik erime hızını aştığında, yumuşak dokudaki ⁴⁴Ca/⁴⁰Ca oranı yükselir ve bunun tersi de geçerlidir. Bu ilişki nedeniyle, idrar veya kanın kalsiyum izotopik ölçümleri osteoporoz gibi metabolik kemik hastalıklarının erken teşhisinde faydalı olabilir. ⓘ

Benzer bir sistem deniz suyunda da mevcuttur. ⁴⁴Ca/⁴⁰Ca, Ca²⁺ 'nın mineral çökelmesi ile uzaklaştırılma oranı okyanusa yeni kalsiyum girişini aştığında yükselme eğilimindedir. 1997 yılında Skulan ve DePaolo, deniz suyu ⁴⁴Ca/⁴⁰Ca'nın jeolojik zaman içinde değiştiğine dair ilk kanıtları ve bu değişikliklerin teorik bir açıklamasını sunmuşlardır. Daha yeni makaleler, deniz suyu Ca²⁺ konsantrasyonunun sabit olmadığını ve okyanusun kalsiyum girişi ve çıkışı açısından asla "sabit bir durumda" olmadığını göstererek bu gözlemi doğrulamıştır. Denizlerdeki kalsiyum döngüsü karbon döngüsüyle yakından bağlantılı olduğu için bunun önemli iklimsel etkileri vardır. ⓘ

Birçok kalsiyum bileşiği, diğerlerinin yanı sıra gıdalarda, ilaç olarak ve tıpta kullanılmaktadır. Örneğin, gıdalara kalsiyum laktat, kalsiyum difosfat ve trikalsiyum fosfat eklenerek kalsiyum ve fosfor takviyesi yapılır. Sonuncusu ayrıca diş macununda ve antiasitlerde parlatma maddesi olarak kullanılır. Kalsiyum laktobiyonat, farmasötikler için süspansiyon maddesi olarak kullanılan beyaz bir tozdur. Fırıncılıkta, kalsiyum fosfat bir mayalama maddesi olarak kullanılır. Kalsiyum sülfit kağıt yapımında ağartıcı ve dezenfektan olarak kullanılır, kalsiyum silikat kauçukta takviye maddesi olarak kullanılır ve kalsiyum asetat kireç reçinesinin bir bileşenidir ve metalik sabunlar ve sentetik reçineler yapmak için kullanılır. ⓘ

Kalsiyum, Dünya Sağlık Örgütü'nün Temel İlaçlar Listesi'nde yer almaktadır. ⓘ

Gıda kaynakları

Kalsiyum açısından zengin gıdalar arasında yoğurt ve peynir gibi süt ürünleri, sardalya, somon, soya ürünleri, lahana ve güçlendirilmiş kahvaltılık tahıllar yer almaktadır. ⓘ

Arterlerin kireçlenmesi ve böbrek taşları da dahil olmak üzere uzun vadeli olumsuz yan etkilere ilişkin endişeler nedeniyle, hem ABD Tıp Enstitüsü (IOM) hem de Avrupa Gıda Güvenliği Otoritesi (EFSA), birleşik diyet ve ek kalsiyum için Tolere Edilebilir Üst Alım Seviyeleri (UL'ler) belirlemiştir. IOM'ye göre, 9-18 yaş arası kişiler 3 g/gün kombine alımı aşmamalıdır; 19-50 yaş arası kişiler 2,5 g/gün'ü aşmamalıdır; 51 yaş ve üzeri kişiler 2 g/gün'ü aşmamalıdır. EFSA, tüm yetişkinler için UL değerini 2,5 g/gün olarak belirlemiş, ancak çocuklar ve ergenler için bilgilerin UL değerlerini belirlemek için yeterli olmadığına karar vermiştir. ⓘ

Biyolojik ve patolojik rolü

Yaşa göre ayarlanmış günlük kalsiyum önerileri (ABD Tıp Enstitüsü RDA'larından) ⓘ

Yaş	Kalsiyum (mg/gün)
1-3 yıl	700
4-8 yaş	1000
9-18 yaş	1300
19-50 yaş arası	1000
>51 yıldan fazla	1000
Hamilelik	1000
Laktasyon	1000

Yetişkinler arasında küresel diyet kalsiyum alımı (mg/gün).

  <400

  400–500

  500–600

  600–700

  700–800

  800–900

  900–1000

  >1000 ⓘ

Fonksiyon

Kalsiyum büyük miktarlarda ihtiyaç duyulan temel bir elementtir. Ca²⁺ iyonu bir elektrolit görevi görür ve kas, dolaşım ve sindirim sistemlerinin sağlığı için hayati önem taşır; kemik yapımı için vazgeçilmezdir; ve kan hücrelerinin sentezini ve işlevini destekler. Örneğin, kasların kasılmasını, sinir iletimini ve kanın pıhtılaşmasını düzenler. Sonuç olarak, hücre içi ve dışı kalsiyum seviyeleri vücut tarafından sıkı bir şekilde düzenlenir. Kalsiyum bu rolü oynayabilir çünkü Ca²⁺ iyonu birçok organik bileşikle, özellikle de proteinlerle kararlı koordinasyon kompleksleri oluşturur; ayrıca çok çeşitli çözünürlüklere sahip bileşikler oluşturarak iskeletin oluşumunu sağlar. ⓘ

Bağlanma

Kalsiyum iyonları proteinler tarafından glutamik asit veya aspartik asit kalıntılarının karboksil gruplarına bağlanarak; fosforile serin, tirozin veya treonin kalıntıları ile etkileşime girerek veya γ-karboksile amino asit kalıntıları tarafından şelatlanarak kompleks haline getirilebilir. Bir sindirim enzimi olan tripsin ilk yöntemi; bir kemik matriks proteini olan osteokalsin ise üçüncü yöntemi kullanır. ⓘ

Osteopontin ve kemik sialoproteini gibi diğer bazı kemik matriks proteinleri hem birinci hem de ikinci yöntemi kullanır. Kalsiyum bağlayarak enzimlerin doğrudan aktivasyonu yaygındır; diğer bazı enzimler doğrudan kalsiyum bağlayan enzimlerle kovalent olmayan ilişki yoluyla aktive edilir. Kalsiyum ayrıca hücre zarının fosfolipid tabakasına bağlanarak hücre yüzeyi ile ilişkili proteinleri sabitler. ⓘ

Çözünürlük

Kalsiyum bileşiklerinin geniş çözünürlük aralığına bir örnek olarak, monokalsiyum fosfat suda çok çözünür, hücre dışı kalsiyumun %85'i 2.0 mM çözünürlüğe sahip dikalsiyum fosfat şeklindedir ve organik bir matris içindeki kemiklerin hidroksiapatiti 100 μM'de trikalsiyum fosfattır. ⓘ

Beslenme

Kalsiyum, multivitamin diyet takviyelerinin ortak bir bileşenidir, ancak takviyelerdeki kalsiyum komplekslerinin bileşimi, ilgili tuzun çözünürlüğüne göre değişen biyoyararlanımını etkileyebilir: kalsiyum sitrat, malat ve laktat biyoyararlanımı yüksekken, oksalat daha azdır. Diğer kalsiyum preparatları arasında kalsiyum karbonat, kalsiyum sitrat malat ve kalsiyum glukonat bulunur. Bağırsak, yenilen kalsiyumun yaklaşık üçte birini serbest iyon olarak emer ve plazma kalsiyum seviyesi daha sonra böbrekler tarafından düzenlenir. ⓘ

Kemik oluşumu ve serum seviyelerinin hormonal düzenlenmesi

Paratiroid hormonu ve D vitamini, kemik kütlesini veya mineral içeriğini etkilemeden hızlı kemik döngüsüne izin vererek ve kalsiyum iyonlarının burada birikmesini artırarak kemik oluşumunu teşvik eder. Plazma kalsiyum seviyeleri düştüğünde, hücre yüzeyi reseptörleri aktive olur ve paratiroid hormonu salgılanır; daha sonra hedeflenen böbrek, bağırsak ve kemik hücrelerinden alarak kalsiyumun plazma havuzuna girişini uyarmaya devam eder; paratiroid hormonunun kemik oluşturucu etkisi, salgılanması artan plazma kalsiyum seviyeleri ile artan kalsitonin tarafından antagonize edilir. ⓘ

Anormal serum seviyeleri

Aşırı kalsiyum alımı hiperkalsemiye neden olabilir. Bununla birlikte, kalsiyum bağırsaklar tarafından oldukça verimsiz bir şekilde emildiğinden, yüksek serum kalsiyumu daha çok paratiroid hormonunun (PTH) aşırı salgılanmasından veya muhtemelen her ikisi de kalsiyum emilimini kolaylaştıran aşırı D vitamini alımından kaynaklanır. Tüm bu durumlar aşırı kalsiyum tuzlarının kalpte, kan damarlarında veya böbreklerde birikmesine neden olur. Belirtiler arasında anoreksi, bulantı, kusma, hafıza kaybı, kafa karışıklığı, kas güçsüzlüğü, idrara çıkma artışı, dehidrasyon ve metabolik kemik hastalığı yer alır. ⓘ

Kronik hiperkalsemi tipik olarak yumuşak dokuda kalsifikasyona ve bunun ciddi sonuçlarına yol açar: örneğin, kalsifikasyon damar duvarlarının elastikiyetini kaybetmesine ve laminer kan akışının bozulmasına ve dolayısıyla plak rüptürüne ve tromboza neden olabilir. Tersine, yetersiz kalsiyum veya D vitamini alımı hipokalsemiye neden olabilir, bu da genellikle paratiroid hormonunun yetersiz salgılanmasından veya hücrelerdeki kusurlu PTH reseptörlerinden kaynaklanır. Belirtiler arasında potansiyel olarak tetaniye ve kalp dokusunda iletkenliğin bozulmasına neden olan nöromüsküler uyarılabilirlik yer alır. ⓘ

Kemik hastalığı

Kemik gelişimi için kalsiyum gerekli olduğundan, birçok kemik hastalığı kemiğin moleküler yapısındaki veya organizasyonundaki organik matriks veya hidroksiapatit ile ilişkilendirilebilir. Osteoporoz, birim hacim başına kemiğin mineral içeriğinin azalmasıdır ve kalsiyum, D vitamini ve bifosfonat takviyesi ile tedavi edilebilir. Yetersiz miktarda kalsiyum, D vitamini veya fosfat, osteomalazi adı verilen kemiklerin yumuşamasına yol açabilir. ⓘ

Güvenlik

Metalik kalsiyum

Kalsiyum ⓘ

Tehlikeler
GHS etiketlemesi:
Piktogramlar
Sinyal kelimesi	Tehlike
Tehlike bildirimleri	H261
Önlem ifadeleri	P231+P232
NFPA 704 (yangın elması)	0 3 1 W

Kalsiyum su ve asitlerle ekzotermik reaksiyona girdiğinden, kalsiyum metalinin vücuttaki nemle temas etmesi ciddi korozif tahrişe neden olur. Yutulduğunda, kalsiyum metali ağız, yemek borusu ve mide üzerinde aynı etkiye sahiptir ve ölümcül olabilir. Bununla birlikte, uzun süreli maruziyetin belirgin olumsuz etkileri olduğu bilinmemektedir. ⓘ

Biyolojik önemi

Yaşayan canlıların fizyolojik kimyâsında kalsiyum önemli rol oynar. İnsan vücûdundaki kalsiyumun % 99’u kemiklerde ve dişte bulunur. Kan kalsiyum düzeyi sağlıklı bır 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 kısımı 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. Hattâ 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. ⓘ

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. ⓘ

ansiklopedi ⓘ