چرا در میان فلزات، کلسیم در استخوان ها وجود دارد؟

کلسیم با عدد اتمی 20 و آرایش الکترونی 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 در گروه فلزات قلیایی خاکی قرار دارد. امروزه بیش از 90 نوع فلز کشف  شده که هرکدام خواص ویژه ای دارند. اما چرا از بین این همه فلز، کلسیم به عنوان ماده ی اصلی استخوان ها انتخاب شده است؟ یکی از دلایل آن این است که کلسیم نسبت به فلزات قلیایی مثل سدیم، پتاسیم و سزیم و همچنین نسبت به فلزات قلیایی خاکی دیگر مانند بریلیوم و منیزیم قدرت فعالیت کمتری دارد و به راحتی با آب واکنش نمی دهد.

در بدن حدود یک کیلوگرم کلسیم وجود دارد، پس فلز مورد نیاز باید فراوان باشد. کلسیم در پوسته ی زمین از نظر فراوانی در بین عناصر مقام پنجم را پس از اکسیژن، سیلیسیم، آلومینیوم و سدیم دارد. اکسیژن قطعا نمی تواند جای کلسیم را بگیرد چون هم گاز است و هم نافلز. سیلیسیم هم نمی تواند ماده ی مورد نظر باشد. چون واکنش پذیر است و با هالوژن ها (ید، کلر، فلوئور و استاتین) به راحتی واکنش می دهد و نمی تواند با اسیدها واکنش دهد (تا خون را قلیایی نگه دارد).

آلومینیوم استحکام کمی داشته و مانند سیلیسیم بسیار واکنش پذیر است و به راحتی اکسید می شود. سدیم با وجود فراوانی در پوسته ی زمین و مواد خوراکی، به چند دلیل برای استحکام استخوان ها مناسب نیست. زیرا با آب سریع واکنش داده و باز قوی و خطرناک سدیم هیدروکسید را تولید می کند. هم چنین بسیار بسیار نرم است و حتی با چاقو بریده می شود. سدیم به همراه پتاسیم و لیتیم تنها فلزاتی هستند که از آب چگالی کمتری دارند و بسیار سبک اند.

فلزات رادیواکتیو به دلیل خاصیت سرطان زایی مناسب نیستند. آهن و روی با وجود فراوانی در مقادیر زیاد خطرناک اند و می تواند منجر به مرگ شوند. فلزاتی مانند طلا، مس، پلاتین، نقره، کادمیم، جیوه، تنگستن، ایریدیم و ایندیم بسیار سنگین و سمی هستند و در مواد خوراکی هم به ندرت وجود دارند.

با این وجود، تنها فلزی که محکم است، چگالی بیشتر از آب و متوسطی دارد، سخت است، در مقادیر زیاد خیلی خطرناک نیست، می تواند برای مقابله با اسیدها تولید قلیا کند، از فلزات قلیایی دیگر واکنش پذیری کمتری دارد، به راحتی اکسید نمی شود و رادیواکتیوی و سرطان زا نیست، کلسیم است.

فلزات سدیم و پتاسیم در بدن

سدیم با نماد شیمیایی Na و پتاسیم K از فلزات قلیایی بسیار مهم هستند که خواصی بسیار شبیه به هم دارند. عدد اکسایش آنها معمولا 1+ و از آن سبک ترند. سختی آنها بسیار کم بوده و با چاقو راحت بریده شده و با آب واکنش می دهند. عدد اتمی سدیم 11 و پتاسیم 19 است و بسیار واکنش پذیرند. الکترونگاتیوی کمی دارند و ترکیبات قلیایی قوی می سازند. سدیم و پتاسیم در بدن نقش های مهمی را ایفا می کنند. سدیم و پتاسیم باعث پتانسیل عمل و انتقال پیام در سلول های عصبی شده و فشارخون را تنظیم می کنند. سدیم فشارخون را بالا و پتاسیم به همراه منیزیم و کلسیم فشارخون را پایین می آورد.

آرایش الکترونی سدیم 1S2 2S2 2P6 3S1 و پتاسیم 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S1 است و در سلول های عصبی هنگام پتانسیل عمل به درون سلول آمده و بار الکتریکی آن را نسبت به بیرون مثبت می کنند. انسان بالغ در هر روز به حدود 5 گرم سدیم و 4/7 گرم پتاسیم نیاز دارد. مصرف زیاد سدیم باعث فشارخون بالا، پوکی استخوان و بیماری های کبدی و صفراوی می شود و هم چنین مصرف زیاد پتاسیم کشنده است.

منابع غنی سدیم: نمک خوراکی، نان، میوه جات، سبزیجات و گوشت و منابع غنی پتاسیم: سویا، هندوانه، سیب زمینی، موز، سیب و دارچین هستند. در ضمن یافته های جدید دانشمندان نشان می دهند که پتاسیم و سدیم به همراه اکسیژن و گلوکز از منابع تغذیه ی  اصلی مغز هستند.

تجربه ی نیاکان ما درباره ی شیمی

نیاکان و اجداد ما از شیمی چیزی نمی دانستند، ولی با تجربه و زیرکی به برخی مسائل مهم و پیچیده شیمی پی برده اند. حتما دیده اید که مادربزرگ شما ظروف را برخی مواقع با خاکستر می شورد. خاکستر چوب حاوی برخی فلزات قلیایی نظیر سدیم، پتاسیم، منیزیم، بریلیوم و کلسیم است. وقتی خاکستر را برای شست و شو با آب مخلوط می کنند، فلزات قلیایی آن با آب واکنش داده و ترکیبات قلیایی می سازند. مانند سدیم هیدروکسید، پتاسیم هیدروکسید، کلسیم هیدروکسید و ... . این ترکیبات با چربی ظروف واکنش داده و  الکل تولید می کنند (بازها با چربی واکنش داده و حالت صابونی ایجاد می کنند). به واکنش زیر توجه کنید:

2NaOH + C3H8O3 = Na2CO3 + H2O  + C2H7O

سدیم هیدروکسید (باز) + گلیسرین (چربی) = سدیم کربنات (نمک) + آب + دی متیل آمین (الکل)

که ضمن پاک شدن چربی، ظرف توسط الکل ضد عفونی شده و از لحاظ بهداشتی استریل می شود.

از کارهای جالب دیگر اجدادمان، می توان به پختن غذا در دیگ های مسی و آلومینیومی اشاره کرد که موجب رسیدن یون مس و آلومینیوم کافی به بدن می شود (البته مصرف زیاد مس باعث سرطان خون و مصرف زیاد آلومینیوم موجب آلزایمر می شود). هم چنین آنها از ظروف رویین هم استفاده می کردند، چون رسانایی گرما در روی بسیار زیاد بوده و با آتش کمتر از دیگر فلزات واکنش می دهد.

الکترونگاتیوی چیست؟

الکترونگاتیوی شاخصی است که مشخص می کند هر عنصر چه مقدار به گرفتن الکترون تمایل دارد. این کمیت نشان می دهد که همیشه فلزات الکترون از دست می دهند ولی نافلزات الکترون می گیرند، حالا در ترکیبی مثل هیدروفلوئوریک اسید (HF) چگونه می توانیم معین کنیم که هیدروژن مثبت می شود و فلوئور منفی؟ (چون هردوی آنها نافلز هستند). ساده است، جواب با استفاده از عدد الکترونگاتیوی آنها است.  

در جدول تناوبی هرچه از بالا به سمت پایین یا از راست به چپ حرکت کنیم، الکترونگاتیوی عناصر کمتر می شود. در واقع هر عنصری که الکترونگاتیوی بیشتری داشته باشد، تمایل بیشتری به گرفتن الکترون دارد و بالعکس.  

برای مشاهده بقیه ی مطلب به ادامه ی مطلب مراجعه کنید. 

جدول اسامی و برخی ویژگی های همه ی عناصر

جدول زیر توسط بنده تهیه گردیده و مهم ترین ویژگی های همه ی عناصر را نشان می دهد. همان طور که گفته بودیم، عدد اکسایش ظرفیت عنصر و تمایل آن به یون مثبت (کاتیون) یا یون منفی (آنیون) شدن را نشان می دهد.  در این جدول عناصر رادیواکتیو با رنگ قرمز نشان داده شده اند.

برای دیدن جدول به ادامه ی مطلب مراجعه کنید.