Calci

Calci
	20Ca
	potassi ← calci → escandi
Aspecte
	Gris apagat, platejat; ; Calci sòlid; ; ; Línies espectrals del calci
Propietats generals
Nom, símbol, nombre	Calci, Ca, 20
Categoria d'elements	Metalls alcalinoterris
Grup, període, bloc	2, 4, s
Pes atòmic estàndard	40,078(4)
Configuració electrònica	[Ar] 4s2; 2, 8, 8, 2;
Propietats físiques
Fase	Sòlid
Densitat; (prop de la t. a.)	1,55 g·cm−3
Densitat del; líquid en el p. f.	1,378 g·cm−3
Punt de fusió	1.115 K, 842 °C
Punt d'ebullició	1.757 K, 1.484 °C
Entalpia de fusió	8,54 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització	154,7 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar	25,929 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació	+2, +1; (òxid bàsic fort)
Electronegativitat	1,00 (escala de Pauling)
Energies d'ionització; (més)	1a: 589,8 kJ·mol−1
	2a: 1.145,4 kJ·mol−1
	3a: 4.912,4 kJ·mol−1
Radi atòmic	197 pm
Radi covalent	176±10 pm
Radi de Van der Waals	231 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina	Cúbica centrada en la cara ;
Ordenació magnètica	Diamagnètic
Resistivitat elèctrica	(20 °C) 33,6 nΩ·m
Conductivitat tèrmica	201 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica	(25 °C) 22,3 µm·m−1·K−1
Velocitat del so (barra prima)	(20 °C) 3.810 m·s−1
Mòdul d'elasticitat	20 GPa
Mòdul de cisallament	7,4 GPa
Mòdul de compressibilitat	17 GPa
Coeficient de Poisson	0,31
Duresa de Mohs	1,75
Duresa de Brinell	167 MPa
Nombre CAS	7440-70-2
Isòtops més estables
	Article principal: Isòtops del calci

Aquest article tracta sobre l'element químic. Vegeu-ne altres significats a «Calci (Itàlia)».

El calci és l'element químic de símbol Ca i nombre atòmic 20. Igual que els altres metalls alcalinoterris, és un metall reactiu que forma una capa d'òxid-nitrur de color fosc en ser exposat a l'aire. Les seves propietats físiques i químiques són similars a les dels seus homòlegs més pesants, l'estronci i el bari. Es tracta del cinquè element més abundant a l'escorça terrestre i el tercer metall més abundant, després del ferro i l'alumini. El compost de calci més comú a la Terra és el carbonat de calci, que es pot trobar en la pedra calcària i les restes fòssils d'organismes marins primitius. Entre les altres fonts de calci hi ha el guix, l'anhidrita, la fluorita i l'apatita. El seu nom deriva de calx, el nom llatí de la calç, que s'obtenia escalfant la pedra calcària.

Malgrat que a l'edat antiga ja es coneixien diversos compostos de calci, les seves propietats químiques no es posaren en clar fins al segle xvii. El 1808, Humphry Davy obtingué calci pur mitjançant l'electròlisi del seu òxid i batejà l'element. Els compostos de calci tenen un ús molt ampli en nombroses indústries: com a suplement de calci en el sector alimentari i farmacèutic, com a agent de blanqueig en la indústria paperera, com a component del ciment i els aïlladors elèctrics i en la fabricació de sabó.

És un element essencial per a la vida. Es calcula que entre un 1,5% i un 2% del pes d'una persona és calci, del qual el 99% es troba en els ossos i la resta en teixits i líquids corporals intervenint en el metabolisme cel·lular.

En la parla vulgar s'utilitza la veu calci per a referir-se a les seves sals (v.g., 'aquesta aigua té molt calci; en les canonades es diposita molt calci, etc.)^{[cal citació]}

Història

El calci va ser descobert el 1808 per Humphry Davy per mitjà d'electròlisi d'una amalgama de mercuri i calç. Davy va mesclar calç humitejada amb òxid de mercuri (HgO) que va col·locar sobre una làmina de platí, l'ànode, i va submergir una part de mercuri en l'interior de la pasta que faria de càtode; per electròlisi va obtenir una amalgama que destil·lada va deixar un residu sòlid molt oxidable, encara que ni tan sols el mateix Davy estava molt segur d'haver obtingut calci pur; amb posterioritat Bunsen el 1854 i Matthiessen el 1856 van obtenir el metall per electròlisi del clorur de calci (CaCl₂), i Henri Moissan va obtenir calci amb una puresa del 99% per electròlisi del iodur de calci (CaI₂). No obstant això, fins a principis del segle xx el calci només s'obtenia en laboratori.

Abundància i obtenció

Hematites calcita

És el cinquè element en abundància en l'escorça terrestre (3,6% en pes) però no es troba en estat nadiu sinó formant compostos amb gran interès industrial com el carbonat (calcita, marbre, calcària i dolomita) i el sulfat (algeps, alabastre) a partir dels quals s'obtenen la calç viva, l'escaiola, el ciment, etc.; altres minerals que el contenen són fluorita (fluorur), apatita (fosfat) i granit (silicat).

Detall de l'organització electrònica de l'àtom

El metall s'aïlla per electròlisi del clorur de calci (subproducte del procés Solvay) fos:

Càtode: Ca²⁺ + 2 e^- → Ca
Ànode: Cl^- → ½ Cl_{2 (gas)} + e^-

Característiques principals

El calci és un metall alcalinoterri bla, mal·leable i dúctil que crema amb flama roja formant òxid de calci i nitrur. Les superfícies recents són de color blanc platejat, però empal·lideixen ràpidament tornant-se lleugerament groguenques exposades a l'aire i en última instància grisa o blanques per la formació de l'hidròxid de calci al reaccionar amb la humitat ambiental. Reacciona violentament amb l'aigua per a formar l'hidròxid Ca(OH)₂ desprenent hidrogen.

Isòtops

El calci té sis isòtops estables, dels quals el Ca-40 és el més abundant (97%). El Ca-40 i el Ar-40 són productes de la desintegració del K-40, però mentre que el segon s'ha usat per a la datació en geologia, la prevalença de l'isòtop Ca-40 en la naturalesa ha impedit fer el mateix amb el calci.

A diferència d'altres isòtops cosmogènics produïts en l'atmosfera terrestre, el Ca-41 es produeix per activació neutrónica del Ca-40, de manera que se sintetitza en les capes més superficials del sòl, en les que el bombardeig de neutrons és prou intens. A més d'això, el Ca-41 ha rebut l'atenció dels científics perquè es desintegra en K-41, un indicador crític de les anomalies del sistema solar.

Aplicacions

Agent reductor en l'extracció d'altres metalls com l'urani, zirconi i tori.
Desoxidant, desulfuritzador, o descarburitzador per a diversos aliatges ferrosos i no ferrosos.
Agent d'aliatge utilitzat en la producció d'alumini, beril·li, coure, plom i magnesi.

Paper biològic

El calci actua com a mediador intracel·lular complint una funció de segon missatger. Per exemple, el catió Ca²⁺ intervé en la contracció dels músculs. També està implicat en la regulació d'alguns enzims cinases que realitzen funcions de fosforilació, per exemple la proteïna-cinasa C (PKC), i realitza unes funcions enzimàtiques semblants a les del magnesi en processos de transferència de fosfat (per exemple, l'enzim fosfolipasa A₂).

Algunes de les seves sals són prou insolubles, per exemple el sulfat (CaSO₄), carbonat (CaCO₃), oxalat, etc., i forma part de distints biominerals. Així, en el ser humà, està present en els ossos en forma d'hidroxiapatita càlcic, Ca₁₀(OH)₂(PO₄)₆, en les dents com fluorohidroxiapatita càlcic (alguns OH^- se substituïxen per F^-), o com a carbonat de calci en l'orella interna. Altres biominerals es troben presents en exoesquelets, en petxines o en la closca d'ou de distints animals i en forma de distintes sals.

Una altra funció del calci està relacionada amb la coagulació de la sang, a través de la seva relació amb la proteïna protrombina.

És, per tant, un important component de la dieta. La quantitat diària recomanada per als adults oscil·la entre 800-1000 mg, quantitat que ha d'incrementar-se durant el creixement (9-18 anys) i l'embaràs i la lactància, i després de la menopausa, fins als 1200-1300 mg; els productes comercials especifiquen en el seu etiquetatge la quantitat de calci que proporcionen, expressada en tant per cent respecte a la c. d. r., perquè el consumidor sàpia si està ingerint la quantitat diària recomanada (en les situacions especials descrites hauria de consumir-se entorn d'un 130%). Productes rics en calci són la llet i els derivats lactis (el calci dels quals és fàcilment absorbit), els vegetals (fesols, espinacs), els peixos que es mengen amb espina (sardina, anxova), etc. i els aliments enriquits amb calci.

La competència que s'establix entre certs minerals pot inhibir l'absorció del calci; així, calci i magnesi competixen pels mateixos punts d'absorció, per la qual cosa aquelles persones que estiguen prenent suplements del segon hauran de tindre especial atenció amb l'aporte diari de calci.

El dèficit de calci és susceptible de provocar osteoporosi i hipocalcèmia, mentre que el seu excés provoca hipercalcèmia.

Referències

↑ Krieck, Sven; Görls, Helmar; Westerhausen, Matthias «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 American Chemical Society, 132, 35, 2010, pàg. 100818110534020. DOI: 10.1021/ja105534w. PMID: 20718434.

Enllaços externs

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Calci

Institut Nacional de Salut Infantil i Desenvolupament Humà, EUA (castellà)
webelements.com – Calci (anglès)
environmentalchemistry.com – Calci (anglès)

Viccionari

[West-1] Krieck, Sven; Görls, Helmar; Westerhausen, Matthias «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 American Chemical Society, 132, 35, 2010, pàg. 100818110534020. DOI: 10.1021/ja105534w. PMID: 20718434.

[1]