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Calcio (elemento chimico)

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Template:Elemento chimico

Il calcio è l'elemento chimico con simbolo Ca.<ref name=":1" />

Storia

Template:Vedi anche Il termine "calcio" fu coniato nel 1808 dal chimico inglese Sir Humphry Davy, che per primo riuscì ad isolarlo dopo aver distillato il mercurio da un amalgama ottenuta mediante elettrolisi di una miscela di calce e ossido mercurico.<ref name=":7">Template:Cita web</ref> Deriva dal latino calx (genitivo calcis), che significa "pietra calcarea" + il suffisso per gli elementi metallici -ium.<ref>Template:Cita web</ref>

La calce era utilizzata dai Romani nella malta per costruzioni nel I secolo. Tuttavia, scavi effettuati in un sito nell'Anatolia Orientale hanno identificato l'uso della calce come materiale da costruzione già tra il 7000 e il 14.000 a.C.<ref name=":8">Template:Cita libro</ref>

L'uso degli isotopi di calcio per gli studi metabolici negli esseri umani iniziò nel 1953, quando Bellin e Laszlo pubblicarono il loro lavoro sul metabolismo e la rimozione del radioisotopo 45Ca. Altri studi che impiegavano radioisotopi di calcio furono eseguiti fino alla fine degli anni '90, ma solo con adulti sani o soggetti in condizioni di carenza minerale.<ref name=":9">Template:Cita web</ref>

Chimica nucleare

Numero atomico 20
Massa atomica relativa<ref name=":1">Template:Cita web</ref> 40,078

Isotopi

Dell'elemento calcio si conoscono almeno 26 isotopi, con numeri di massa che vanno da A = 34 ad A = 60. Tra questi, gli isotopi naturali sono sei: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca e 48Ca. I restanti sono tutti radioattivi.<ref>Template:Cita web</ref>

Diversamente dagli altri isotopi cosmogenici prodotti nell'alta atmosfera, il 41Ca è prodotto per attivazione neutronica del 40Ca. La maggior parte della produzione di 41Ca avviene nel primo metro di spessore del suolo, dove il flusso di neutroni cosmici è ancora abbastanza intenso.<ref>Template:Cita pubblicazione</ref>

Isotopi naturali

Gli isotopi stabili del calcio iniziano da un nucleo (40Ca) avente un numero di protoni (Z = 20, magico) pari a quello dei neutroni (N = 20, magico) e finiscono ad un nucleo (48Ca) con un numero di protoni (Z = 20, magico) e numero di neutroni (N = 28, magico), quest'ultimo però con un eccesso di 8 neutroni rispetto ai protoni. Quindi, il primo nuclide naturale e l'ultimo giovano del fattore di stabilità della propria configurazione nucleare dovuto alla presenza di gusci chiusi di nucleoni (closed shells).<ref>Template:Cita pubblicazione</ref><ref>Template:Cita web</ref>

40Ca e 48Ca

Il 40Ca e il 48Ca sono dei nuclidi molto stabili energeticamente, con elevate energie di legame per nucleone: 8,5513046 MeV per 40Ca e 8,6666916 MeV per 48Ca.<ref>Template:Cita web</ref>

Il nuclide 40Ca è apparentemente del tutto stabile rispetto a decadimenti ma, dato che la sua massa è maggiore di quella dell'isobaro 40Ar, si ipotizza che possa decadere in esso attraverso una doppia cattura elettronica, con Q = 193,5 keV e un'emivita stimata in 9,9×1021 anni, che tuttavia è un valore di centinaia di miliardi di volte l'età stimata dell'Universo, per cui la sua radioattività sarebbe all'atto pratico del tutto inavvertibile.<ref>Template:Cita web</ref><ref>Template:Cita pubblicazione</ref>

Il nuclide 48Ca, nonostante abbia un nucleo più fortemente legato di quello del 40Ca (come visto sopra), va soggetto a decadimenti per il fatto che esistono due nuclei isobari di massa minore verso cui trasformarsi liberando energia: il 48Sc e il 48Ti. Il 48Ca (spin 0) mostra perciò due possibili canali di decadimento:<ref name=":0" />

  1. β− a dare scandio-48 (spin 6; Q = 281,97 keV), che poi decade a sua volta dando titanio-48, stabile;
  2. doppio decadimento beta (2β−) a dare direttamente titanio-48 (spin 0), stabile (Q = 4,274 MeV).

L'emivita del processo complessivo è stimata in 1,9×1019 anni<ref>Template:Cita web</ref> o 6,4×1019 anni.<ref name=":0">Template:Cita pubblicazione</ref>

Sebbene il 48Ca abbia ben 8 neutroni in eccesso, il suo decadimento β− risulta fortemente impedito da regole di selezione (grande divario di momento angolare, da spin 0 a spin 6) e l'unico canale radioattivo rimane in pratica il doppio decadimento beta.<ref name=":0" />

Inoltre, a quanto si sa, il 48Ca è il primo nuclide ad esibire sperimentalmente questo tipo di decadimento.<ref>Template:Cita pubblicazione</ref>

Isotopi del calcio
Isotopo Spin Decadimento T1/2 Q Abbondanza relativa<ref name=":8" />
34Ca<ref>Template:Cita web</ref> 0 2p 35 ns 775 keV
35Ca<ref>Template:Cita web</ref> 1/2 β+p (95.7%)

β+2p (4.2%)

25,7 ms -

-

36Ca<ref>Template:Cita web</ref> 0 β+p (56.8%)

β+ (43%)

102 ms -

9,9646 MeV

37Ca<ref>Template:Cita web</ref> 3/2 β+p (82.1%)

β+ (17.9%)

181,1 ms -

-

38Ca<ref>Template:Cita web</ref> 0 β+ 440 ms 5,719 MeV
39Ca<ref>Template:Cita web</ref> 3/2 859,6 ms 5,5014 MeV
40Ca<ref>Template:Cita web</ref> 0 2β+ 3×1021 y -1850,78 keV 96,941
41Ca<ref>Template:Cita web</ref> 7/2- ε 102.105,5 y 421,315 keV
42Ca<ref>Template:Cita web</ref> 0 stabile 0,641
43Ca<ref>Template:Cita web</ref> 7/2 0,135
44Ca<ref>Template:Cita web</ref> 0 2,086
45Ca<ref>Template:Cita web</ref> 7/2- β− 162,61 d 255,842 keV
46Ca<ref>Template:Cita web</ref> 0 2β- 2,8 × 1015 y 988,35 keV 0,004
47Ca<ref>Template:Cita web</ref> 7/2- β− 4,536 d 1,992 MeV
48Ca<ref>Template:Cita web</ref> 0 2β-

β-

1,9 × 1019 y 4,2736 MeV

281,97 keV

0,187
49Ca<ref>Template:Cita web</ref> 3/2- β− 8,718 min 5,263 MeV
50Ca<ref>Template:Cita web</ref> 0 13,9 s 4,966 MeV
51Ca<ref>Template:Cita web</ref> 3/2 β- (100%)

β-n (?)

10s 7,3549 MeV

602,3 keV

52Ca<ref>Template:Cita web</ref> 0 β- (98%)

β-n (2%)

4,6 s 7,847 MeV

2,638 MeV

53Ca<ref>Template:Cita web</ref> ? β- (70%)

β-n (30%)

90 ms 9,725 MeV

4,387 MeV

54Ca<ref>Template:Cita web</ref> 0 β-

β-n

300 ns 10,326 MeV

5,659 MeV

55Ca<ref>Template:Cita web</ref> 5/2 β− 30 ms 11,46 MeV
56Ca<ref>Template:Cita web</ref> 0 10 ms 11,83 MeV
57Ca<ref>Template:Cita web</ref> 5/2 β-

β-n

5 ms 13,57 MeV

10,08 MeV

58Ca<ref>Template:Cita web</ref>
59Ca<ref name=":4">Template:Cita pubblicazione</ref>
60Ca<ref name=":4" />

Abbondanza e disponibilità

Il calcio è il quinto elemento più abbondante e il terzo metallo più abbondante nella crosta terrestre (costituendo quasi il 4%) e si classifica settimo in termini di contenuto nell'acqua di mare.<ref name=":10">Template:Cita libro</ref> Il calcio è presente nel mare con una concentrazione di 10⁻² M, rispetto al magnesio che ha una concentrazione di 5 × 10⁻² M, mentre nelle acque dolci, come il magnesio, raggiunge spesso una concentrazione di 10⁻³ M.<ref name=":11">Template:Cita libro</ref>

Abbondanza del calcio
Sistema solare<ref>Template:Cita pubblicazione</ref> 6,11 x 10-2
Sole<ref>Template:Cita pubblicazione</ref> 6,4 x 10−2
Crosta terrestre 4,15 x 10−2
Acqua di mare<ref>Template:Cita pubblicazione</ref> 4,12 x 10−4

Si trova in diversi minerali (1396 minerali conosciuti)<ref name=":12">Template:Cita web</ref> come:<ref>Template:Cita libro</ref>

La concentrazione dello ione calcio nelle acque dipende in maniera diretta dalla natura geologica dei terreni attraversati. Gli ioni calcio unitamente agli ioni magnesio concorrono alla definizione quantitativa della durezza delle acque.<ref name=":20">Template:Cita pubblicazione</ref> Secondo il decreto legislativo 8 ottobre 2011, n. 176, sulle etichette delle acque in bottiglia venga chiaramente indicato il contenuto di calcio qualora esso superi i 150 mg/l.<ref>Template:Cita web</ref>

Le principali fonti alimentari di calcio sono il latte e i suoi derivati (yogurt, formaggio, gelato). Altre fonti includono sardine in scatola con la lisca, salmone e ostriche. Buona fonti vegetali di calcio sono il cavolo riccio, i fagioli, le verdure a foglia verde, i broccoli, il cavolo cinese e il cavolo verde.<ref name=":13">Template:Cita libro</ref>

La maggior parte dei cereali non contiene grandi quantità di calcio, a meno che non siano arricchiti. Tuttavia, contribuiscono all'assunzione di calcio, anche se in piccole quantità, perché vengono consumati frequentemente. Negli Stati Uniti, alimenti arricchiti di calcio includono molti succhi di frutta, bevande, tofu e cereali pronti per essere mangiati. Il citrato malato di calcio è una forma ben assorbita di calcio utilizzata in alcuni succhi arricchiti.

L'assorbimento del calcio varia a seconda del tipo di alimento. Nei prodotti lattiero-caseari e negli alimenti arricchiti, l'assorbimento del calcio è circa il 30%.<ref name=":17">Institute of Medicine. Dietary Reference Intakes for Calcium and Vitamin D. Washington, DC: The National Academies Press; 2011.</ref> Alcuni composti presenti nelle piante (es. acido ossalico e acido fitico) possono ridurre l'assorbimento del calcio formando sali non digeribili con esso. Di conseguenza, l'assorbimento del calcio dagli spinaci è solo del 5%, mentre è molto più alto, pari al 27%, nel latte.<ref name=":18">Weaver CM, Heaney RP. Calcium. In: Ross AC, Caballero B, Cousins RJ, Tucker KL, Ziegler TR, eds. Modern Nutrition in Health and Disease. 11th ed. Baltimore, MD: Lippincott Williams & Wilkins; 2014:133-49.</ref>

Oltre agli spinaci, alimenti con alti livelli di acido ossalico includono cavoli verdi, patate dolci, rabarbaro e fagioli.<ref name=":17" /> La biodisponibilità del calcio in altre piante che non contengono questi composti è simile a quella del latte, anche se la quantità di calcio per porzione è molto inferiore.<ref name=":18" /> Quando si consumano molti tipi diversi di alimenti, queste interazioni probabilmente hanno poche o nessuna conseguenza nutrizionale.<ref>Template:Cita web</ref> L'assorbimento netto del calcio alimentare è inoltre ridotto, in misura minore, dall'assunzione di caffeina e fosforo, e in misura maggiore da uno stato carente di vitamina D.<ref>Template:Cita pubblicazione</ref><ref>Template:Cita pubblicazione</ref><ref>Template:Cita pubblicazione</ref>

Contenuto di calcio in alcuni cibi<ref>Template:Cita web</ref><ref name=":25">Template:Cita web</ref>
Alimento Porzione mg/porzione
Prodotti lattiero-caseari
Fiocchi di latte con l'1% di grassi 1 tazza 138
Latte intero 1 tazza 276
Latte scremato 1 tazza 299
Latte di soia arricchito di calcio 1 tazza 299
Yogurt bianco magro 227 g 415
Yogurt magro alla frutta 227 g 344
Yogurt gelato alla vaniglia (consistenza morbida) 1/2 tazza 103
Mozzarella di latte parzialmente scremato 43 g 333
Panna acida, a basso contenuto di grassi 2 cucchiai 31
Siero di latte 100 g 70 - 100
Tofu secco prodotto con solfato di calcio 1/2 tazza 253
Tofu morbido prodotto con solfato di calcio 1/2 tazza 138
Frutta e verdura
Banane 100 g 8
Barbabietole 100 g 20
Broccoli crudi 1/2 tazza 21
Cavolo riccio fresco, cotto 1 tazza 94
Cime di rapa fresche, bollite 1/2 tazza 99
Crescione 100 g 150 - 200
Dente di leone 100 g 150 - 200
Fagioli borlotti, in scatola, scolati 1/2 tazza 54
Fichi secchi 100 g 250
Finocchio 100 g 100 - 150
Mandorle, nocciole e amaranto 100 g 200 - 250
Mela intera (Golden Delicius) 1 10
Noci del Brasile 100 g 170
Pak choi crudo, tagliato a striscioline 1 tazza 74
Prezzemolo 100g 200 - 250
Ortica 100 g 360
Rafano 100 g 100 - 150
Rucola 100 g 150 - 200
Semi di canapa 100 g 144 - 954
Semi di chia 1 cucchiaio 94
Semi di papavero 100 g 2.500
Semi di sesamo 100 g 800
Spinaci, bolliti e scolati 1/2 tazza 123
Soia, cotta 1/2 tazza 131
Succo d'arancia arricchito di calcio 1 tazza 349
Farine e loro prodotti
Cereali per la colazione arricchiti di calcio 1 porzione 130
Farina d'avena e semi di girasole 100 g 50
Pane integrale 1 fetta 30
Tortilla di mais 1 46
Pesce
Salmone in scatola con lisca 85 g 181
Sardine in scatola sott'olio con la lisca 85 g 325

Importanza biologica

Template:Vedi anche Negli organismi viventi, il calcio si trova sotto forma di sali minerali solidi e disciolto in soluzione, a differenza degli altri principali metalli alcalini e alcalino-terrosi (sodio, potassio e magnesio) in cui prevale la chimica delle soluzioni.<ref name=":10" /> Nell'esoscheletro e nei gusci, la rigidità è generalmente fornita dal carbonato di calcio, mentre nello scheletro dei vertebrati essa è fornita da una forma di fosfato di calcio che approssima l'idrossiapatite ed è incorporata nelle fibrille di collagene.<ref name=":21">Template:Cita pubblicazione</ref>

Il calcio è onnipresente nei sistemi viventi e ha un ruolo diversificato.<ref name=":14">Template:Cita libro</ref> Ad esempio i flussi di calcio sono importanti per molti processi in T. gondii, inclusi l'invasione, la motilità e la segnalazione intracellulare. T. gondii in particolare ha sviluppato acidocalcisomi e un vacuolo simile a quello delle piante, organelli specializzati per l'immagazzinamento del calcio.<ref>Template:Cita libro</ref>

Le piante richiedono calcio (1–3 mM) per la loro normale crescita e sviluppo. Gli ioni calcio, come quelli coinvolti nella segnalazione, nel metabolismo vegetale e nella crescita cellulare, contribuiscono a diversi processi biologici che influenzano tutte le fasi dello sviluppo. La morte cellulare è stata osservata nei meristemi apicali delle piante in condizioni di carenza di calcio.<ref>Template:Cita pubblicazione</ref>

Il calcio proveniente dagli alimenti e dagli integratori alimentari viene assorbito sia tramite trasporto attivo che tramite diffusione passiva attraverso la mucosa intestinale.<ref name=":17" /><ref name=":18" /> Il trasporto attivo è responsabile della maggior parte dell'assorbimento quando l'assunzione di calcio è inferiore, mentre la diffusione passiva rappresenta una proporzione crescente dell'assorbimento di calcio con l'aumento dell'assunzione.<ref name=":17" />

Considerando che uno dei fattori più importanti riguardanti la biodisponibilità del calcio è la sua solubilità e che il pH del tratto gastrointestinale cambia nel tempo e a seconda della regione, variando da molto acido nello stomaco a meno acido o quasi neutro nell'intestino, il pH ha un grande impatto sull'assorbimento di questo elemento.<ref name=":9" />

L'eterogeneità della funzione del calcio è evidente nei neuroni e nelle cellule gliali del sistema nervoso dei vertebrati, dove molte cascate di segnalazione intracellulare sono regionalmente distinte e possono essere studiate isolatamente.<ref name=":14" /> Nella segnalazione eucariotica, i composti di coordinazione del calcio più noti sono i membri di oltre 120 famiglie di proteine EF-hand, che contengono una struttura elica-ansa-elica composta da 12 o 14 amminoacidi in grado di legare ioni calcio. Tra queste, la più conosciuta è la calmodulina. Dopo aver legato il calcio, la conformazione e la funzione delle proteine EF-hand cambiano, generando così un segnale attivato dal calcio.<ref name=":14" />

I due principali meccanismi di efflusso di Ca2+ nel sistema nervoso sono le pompe e i trasportatori. Le prime, presenti in tutte le cellule, dipendono dall'idrolisi dell'ATP per pompare il calcio fuori dalla cellula. I secondi, solitamente limitati alle cellule eccitabili, si basano su uno scambio elettrogenico guidato da gradienti ionici.<ref name=":14" />

Il calcio è il principale elemento costitutivo delle ossa e dei denti, inoltre è coinvolto nella contrazione muscolare, nella permeabilità della membrana cellulare e nella regolazione della coagulazione del sangue. Lo stato del calcio nel corpo umano è regolato dalla vitamina D, dall'ormone paratiroideo e dalla calcitonina.<ref name=":13" />

Alla nascita, il corpo contiene circa 26 - 30 g di calcio. Questa quantità aumenta rapidamente dopo la nascita, raggiungendo circa 1.200 g nelle donne e 1.400 g negli uomini durante l'età adulta. Questi livelli rimangono costanti negli uomini, ma iniziano a diminuire nelle donne a causa dell'aumento del rimodellamento osseo dovuto alla diminuzione della produzione di estrogeni all'inizio della menopausa.<ref name=":17" />

Un corpo umano medio (70 kg) contiene circa 1 kg, ovvero approssimativamente 25 mol, di calcio.<ref name=":15">Template:Cita pubblicazione</ref> Lo scheletro contiene circa il 99% del calcio corporeo, prevalentemente sotto forma di cristalli extracellulari di struttura sconosciuta e con una composizione simile all'idrossiapatite.<ref name=":16">Template:Cita pubblicazione</ref> I tessuti molli e i fluidi extracellulari contengono circa l'1% del calcio corporeo. Nel sangue, praticamente tutto il calcio è presente nel plasma.<ref name=":15" />

Esiste una relazione inversa tra l'assunzione di calcio e l'assorbimento. L'assorbimento del calcio dagli alimenti è di circa il 45% con un'assunzione di 200 mg/giorno, ma solo il 15% quando l'assunzione supera i 2.000 mg/giorno.<ref>Template:Cita pubblicazione</ref> Anche l'età può influenzare l'assorbimento del calcio alimentare.<ref name=":17" /><ref>Template:Cita libro</ref> L'assorbimento netto del calcio alimentare raggiunge il 60% nei neonati e nei bambini piccoli, che necessitano di quantità sostanziali per costruire le ossa, ma diminuisce a circa il 25% nell'età adulta e continua a calare con l'avanzare dell'età.<ref name=":17" />

Circa il 50% del calcio presente in circolazione è libero (noto anche come calcio ionizzato). Il 40% del calcio sierico è legato alle proteine, in particolare all'albumina (80%) e, secondariamente, alle globuline (20%). Circa il 10% esiste sotto forma di vari piccoli anioni inorganici e organici diffondibili (es. bicarbonato, lattato, citrato). La frazione di calcio libero è biologicamente attiva.<ref>Template:Cita pubblicazione</ref>

Poiché il calcio si lega a siti con carica negativa sulle proteine, il suo legame dipende dal pH. L'alcalosi porta a un aumento della carica negativa delle proteine, aumentando il legame e diminuendo il calcio libero. Al contrario, l'acidosi porta a una diminuzione della carica negativa, riducendo il legame e aumentando il calcio libero.<ref>Template:Cita pubblicazione</ref>

In vitro, per ogni variazione di 0,1 unità di pH, si verifica una variazione inversa di circa 0,2 mg/dL (0,05 mmol/L) nella concentrazione di calcio libero nel siero.<ref>Template:Cita pubblicazione</ref> Il calcio può essere ridistribuito tra le tre riserve plasmatiche attraverso alterazioni delle concentrazioni di proteine e piccoli anioni, cambiamenti del pH o variazioni delle quantità di calcio libero e totale nel plasma.<ref>Template:Cita pubblicazione</ref>

Patologie e interazioni con medicinali

Gli squilibri del calcio possono derivare da molte malattie o terapie che influenzano la secrezione di ormoni, le sensibilità dei recettori, l'assorbimento intestinale e l'efficacia renale.<ref>Template:Cita libro</ref> Il calcio può interagire con alcuni farmaci (es. Dolutegravir,<ref>Template:Cita pubblicazione</ref> Levotiroxina,<ref>Template:Cita pubblicazione</ref> Ciprofloxacina)<ref>Template:Cita pubblicazione</ref> e diversi tipi di medicinali potrebbero influenzarne i livelli (es. litio).<ref>Template:Cita pubblicazione</ref>

Quantità di calcio raccomandata (WHO)<ref name=":21" />
Gruppo mg/giorno
Neonati (0 - 24 mesi) 700
Bambini (2 - 9 anni) 600
Adolescenti (10 - 17 anni) 1.300
Adulti 1.000
Donne in gravidanza 1.200
Donne che allattano 1.300
Donne in menopausa 1.300
Anziani (> 65 anni) 300

Caratteristiche atomiche

È il terzo elemento del gruppo 2 (metalli alcalino terrosi) del sistema periodico, collocato tra il magnesio e lo stronzio. Si trova nel quarto periodo e fa parte del blocco s.<ref>Template:Cita web</ref> È disponibile lo spettro atomico dell'elemento.<ref name=":2">Template:Cita web</ref>

Configurazione elettronica<ref name=":3">Template:Cita web</ref> [Ar] 4s2
Stato fondamentale<ref name=":2" /> 1S0
Stato a 20°C<ref name=":1" /> solido
Stato di ossidazione<ref name=":3" /> +2, +1
Energia di ionizzazione<ref name=":1" /><ref>Template:Cita web</ref> 6,113 eV
1° 589,83 kJ/mol
2° 1.145,447 kJ/mol
3° 4.912,368 kJ/mol
4° 6.490,57 kJ/mol
5° 8.153 kJ/mol
6° 10.495,68 kJ/mol
7° 12.272,9 kJ/mol
8° 14.206,5 kJ/mol
Affinità elettronica 2,369 kJ/mol<ref name=":1" /> -1,39 eV<ref>Template:Cita pubblicazione</ref>
Elettronegatività scala di Pauling<ref>Template:Cita pubblicazione</ref> 1
scala di Allen<ref>Template:Cita pubblicazione</ref> 1,034
Raggio atomico<ref>Template:Cita pubblicazione</ref> 180 pm
Raggio ionico (Ca2+)<ref name=":11" /> 1,0 Å
Raggio di Van der Waals<ref name=":3" /> 231 pm
Raggio covalente<ref>Template:Cita pubblicazione</ref> 176(10) pm

Allotropi

Il calcio puro ha due allotropi: una forma cubica a facce centrate a bassa temperatura che si trasforma in una forma cubica a corpo centrato ad alta temperatura (443 °C).<ref name=":9" />

Metodi di preparazione

Il calcio si può ottenere mediante elettrolisi di cloruro di calcio fuso, riscaldato all'aria. Il metallo così ottenuto ha un grado di purezza del 98,5%. Per raffinarlo lo si sublima nel vuoto e lo si rifonde in atmosfera di argon, poiché a partire da 300 °C assorbe notevoli quantità di azoto. Dal processo si ottengono lingotti con una purezza del 99,3%. Per aumentare la purezza basta ripetere più volte la stessa operazione.<ref name=":22">L'ingegnere rivista tecnica del Sindacato nazionale fascista ingegneri. (n.d.). Italia: Stabilimento poligrafico de Il lavoro d'Italia.</ref>

Il metallo viene inoltre prodotto sempre sotto vuoto riducendo la calce bruciata (ossido di calcio) con polvere di alluminio a 1.200 °C. Sebbene l'alluminio abbia una reattività ed entalpia inferiori rispetto al calcio, quindi l'equilibrio della reazione sia quasi interamente spostato a sinistra, funziona perché il calcio risultante evapora costantemente a questa temperatura e quindi scompare dall'equilibrio:<ref name=":25" />

<chem>4CaO + 2Al ->[1200 C] CaAl2O4 + 3Ca ^</chem>

La purificazione viene effettuata per distillazione del calcio.<ref name=":25" />

Caratteristiche chimico-fisiche

Il calcio è un metallo bianco-argenteo, morbido, che si ossida rapidamente a contatto con l'aria.<ref name=":1" /> Il calcio è più morbido del piombo, ma non può essere tagliato con un coltello.<ref name=":25" />

Informazioni strutturali
Stato in condizioni standard<ref name=":5">Template:Cita web</ref> solido
Struttura cristallina<ref name=":5" /> cubica a facce centrate
Densità in condizioni standard<ref name=":23">Template:Cita web</ref> 1,54 g/cm3
Massa monoisotopica<ref name=":6">Template:Cita web</ref> 39,962591 u
Gravità specifica<ref name=":7" /> 1,55 a 20 °C
Stati di ossidazione<ref name=":9" /> +2, +1, 0
Caratteristiche elettroniche
N. di elettroni di valenza<ref name=":9" /> 2
Affinità elettronica<ref name=":9" /> −0,02455 eV
Elettronegatività (scala di Pauling)<ref name=":9" /> 1,00
Caratteristiche termodinamiche
Calore specifico<ref name=":1" /> 647 J/kg K
Punto di fusione<ref name=":23" /> 837 - 841 °C
Punto di ebollizione<ref name=":5" /><ref name=":23" /> 1.484 °C
Calore latente di fusione<ref name=":5" /> 8,54 kJ/mol
Calore latente di vaporizzazione<ref name=":5" /> 153,3 kJ/mol
Stato gassoso
Pressione di vapore<ref name=":1" /> 2,36 x 10−5 Pa a 600K
0,146 Pa a 800K
25,5 Pa a 1000K
Stato solido
Modulo di compressibilità<ref name=":1" /> 17,2 GPa
Classificazione Goldshcmith<ref name=":12" /> litofilo
Proprietà di trasporto
Conducibilità termica<ref name=":5" /> 200 W/m K
Resistività elettrica<ref>Template:Cita web</ref> 33,6 nΩ·m

Caratteristiche chimiche

Forma sali inorganici incolori che sono solitamente solubili in acqua, con l'eccezione di CaSO4, CaCO3 e Ca3(PO4)2. La solubilità dei complessi di calcio può essere molto diversa dalle solubilità dei sali inorganici ed è altamente dipendente dal pH.<ref name=":9" />

Il calcio si decompone in acqua, alcoli e acidi liberando H2. L'elemento è incompatibile con acidi, basi, idrocarburi clorinati, ossidanti e litio fuso.<ref name=":6" /> Reagisce facilmente con l'ossigeno e gli alogeni, inclusi fluoro, cloro, bromo e iodio.<ref name=":8" /> Il calcio in soluzione ha una particolare affinità per i ligandi contenenti ossigeno, come i gruppi carbossilici e fosfati.<ref name=":10" /> Se esposto all'aria, si riveste di uno strato bianco di nitruro di calcio.<ref name="thermo">Template:En Thermopedia, "Calcium"</ref>

Nella forma ionica si comporta come un acido debole di Lewis. All'interno del suo gruppo, la chimica dello ione Ca2+ ha una stretta somiglianza con quella dello ione stronzio più grande (Sr2+), ma differisce notevolmente da quella dello ione magnesio più piccolo (Mg2+), che è un migliore acido di Lewis.<ref name=":11" />

Metodi di determinazione

Saggio alla fiamma

Nel saggio alla fiamma, il calcio brucia con fiamma giallo-arancione.<ref name="thermo" />

Titolazioni

La determinazione dello ione calcio nelle acque è essenziale per la definizione del giudizio globale sulla loro utilizzazione come acqua potabile ed è utilizzata per le acque sorgive, di falda, di fiume, di lago ed acque da destinare al consumo umano dopo adeguati trattamenti.<ref name=":20" />

La procedura consiste nella titolazione complessometrica degli ioni calcio mediante una soluzione acquosa del sale disodico dell’acido etilendiamminotetracetico (EDTA ) a valori di pH fortemente alcalini (pH = 12 - 13). Il punto equivalente nella titolazione viene rilevato mediante l’utilizzo di HSN noto come acido carboncalconico che forma, in presenza di ioni calcio, un complesso rosso che vira al blu al punto di equivalenza. Nelle condizioni di pH adottate per la titolazione dello ione calcio, gli ioni magnesio precipitano sotto forma di idrossido di magnesio che pertanto non interferiscono nella determinazione.<ref name=":20" />

Calcio, stronzio e bario vengono rilevati con acido solforico o soluzione di solfato di ammonio. Questa reazione produce precipitati bianchi insolubili in acido.<ref name=":25" />

Metodi strumentali

Gli isotopi stabili del calcio sono stati inizialmente analizzati mediante analisi radiochimica di attivazione neutronica,<ref>Janghorbani, M., Sundaresan, A. and Young, V.R., 1981. Accurate measurement of stable isotopes 46Ca and 48Ca in human feces, plasma, and urine in relation to human nutrition of calcium. Clinica Chimica Acta. 113:267–280</ref> ma le tecniche di spettrometria di massa sono progressivamente diventate il metodo preferito grazie alla loro maggiore precisione. In questo campo, sono state utilizzate tecniche come la spettrometria di massa a bombardamento con atomi veloci<ref>Template:Cita pubblicazione</ref> e la spettrometria di massa a ionizzazione termica,<ref>Template:Cita pubblicazione</ref> ma attualmente la tecnica più impiegata è la spettrometria di massa con plasma accoppiato induttivamente (ICP-MS).<ref>Template:Cita pubblicazione</ref>

Determinazioni biochimiche

Il calcio sierico può essere misurato tramite un campione venoso, con livelli fisiologici che variano da 8,8 mg/dL a 10,4 mg/dL per il calcio totale e da 4,7 mg/dL a 5,2 mg/dL per il calcio ionizzato.<ref>Template:Cita pubblicazione</ref> I valori totali di calcio devono essere corretti in base alle concentrazioni di albumina, che funge da proteina di trasporto e può influenzare i risultati riportati. Il calcio può anche essere analizzato nelle urine mediante la concentrazione di calcio, il rapporto calcio/creatinina urinario (UCa:UCr) o l'escrezione frazionaria di calcio (FeCa).<ref name=":16" />

Il calcio totale può essere misurato utilizzando il metodo potenziometrico con elettrodo iono-selettivo (ISE). Il campione deve essere pre-acidificato per rilasciare tutto il calcio legato e complessato in forma libera. Tuttavia, il calcio totale è comunemente misurato con metodi spettrofotometrici, come il metodo con o-cresolftaleina complexone, il metodo Arsenazo III, la spettrometria di assorbimento atomico o, raramente, la spettrometria di massa con diluizione isotopica (ID-MS).<ref>Template:Cita pubblicazione</ref> Il calcio ionizzato può essere misurato nel sangue intero utilizzando il metodo potenziometrico con elettrodo iono-selettivo (ISE).<ref>Template:Cita pubblicazione</ref>

Test della densità minerale ossea

Il test della densità minerale ossea mediante osteodensimetria a raggi X duale può essere utilizzato per valutare lo stato cumulativo del calcio nelle ossa durante la vita.<ref name=":18" />

Composti

La sua reattività fa sì che il calcio esista sotto forma di composti minerali comuni, tra cui carbonati (es. calcare, marmo e gesso), solfati (es. gesso e alabastro), fluoruri (es. fluorite), fosfati e silicati.<ref name=":8" />

Template:Composto chimico

Precauzioni

A contatto con l'acqua rilascia gas infiammabili.<ref name=":24">Template:Cita pubblicazione</ref> Provoca gravi ustioni cutanee e gravi lesioni oculari. Contatti cutanei ripetuti o prolungati possono provocare dermatiti.<ref name=":23" />

Livelli soglia per la salute umana<ref name=":24" />
Livello soglia Obiettivo di protezione, via di esposizione Tempo d'esposizione
DNEL 1 mg/m³ umana, per inalazione cronico - effetti locali
DNEL 4 mg/m³ umana, per inalazione acuto - effetti locali

Applicazioni

Industria metallurgica

Il calcio viene usato nella produzione di leghe per:<ref name=":25" /><ref name=":22" />

  • eliminare il bismuto dal piombo,
  • ridurre le liquefazioni nella fabbricazione dei bronzi al piombo,
  • ridurre l'alterazione del magnesio durante la fusione e la messa in opera,
  • come additivo legante in alluminio, berillio, rame, piombo e leghe di magnesio;

Il calcio metallico è anche utilizzato:<ref name=":25" /><ref name=":22" />

Integratori alimentari

Il calcio è disponibile in molti integratori alimentari, inclusi i multivitaminici/prodotti minerali e gli integratori che contengono solo calcio o calcio insieme alla vitamina D.<ref name=":19">Template:Cita web</ref> Le due forme di calcio più comuni negli integratori sono il carbonato di calcio e il citrato di calcio.<ref name=":17" /> Il carbonato di calcio in cristalli di forma romboedrale risulta particolarmente assimilabile dall'organismo e trovandosi in tale forma nei coralli, viene estratto dalle industrie per la produzione di integratori alimentari normalmente da giacimenti corallini di origine fossile.<ref>Foglio illustrativo Colecalcium, Humana Clinical</ref>

Nelle persone con bassi livelli di acido gastrico, il tasso di solubilità del carbonato di calcio è inferiore, il che potrebbe ridurre l'assorbimento del calcio dagli integratori, a meno che non siano assunti durante un pasto. Il citrato di calcio dipende meno dall'acido gastrico per l'assorbimento rispetto al carbonato di calcio, quindi può essere assunto senza cibo.<ref name=":17" /> In generale, tuttavia, l'assorbimento degli integratori di calcio è maggiore quando vengono assunti con il cibo, indipendentemente dal fatto che l'acido gastrico dell'utente sia basso.<ref name=":18" /> Altre forme di calcio negli integratori includono solfato di calcio, ascorbato, idrossiapatite microcristallina, gluconato, lattato e fosfato.<ref name=":19" />

Medicina

Grazie alla sua capacità di neutralizzare l'acido gastrico, il carbonato di calcio è contenuto in alcuni prodotti antiacido da banco. A seconda della sua concentrazione, ogni compressa masticabile o gomma morbida fornisce circa 270–400 mg di calcio.<ref name=":19" /> Sotto forma di gel di gluconato di calcio viene impiegato nel trattamento delle ustioni da acido fluoridrico.<ref>Template:Cita libro</ref>

Applicazioni degli isotopi

Altri usi del calcio

Curiosità

La Grande Piramide di Giza in Egitto ha una copertura esterna composta interamente da calcare. Nel I secolo, i Romani preparavano il cemento mescolando la calce con rocce vulcaniche. Nel X secolo, il materiale allora noto come gesso di Parigi o gesso veniva utilizzato per immobilizzare le ossa rotte.<ref name=":9" />

Note

<references />

Bibliografia

Voci correlate

Altri progetti

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Collegamenti esterni

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Categoria:Medicinali essenziali secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità

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