CALCIO: PROPRIETÀ, STRUTTURA, OTTENIMENTO, USI - CHIMICA - 2026

Il calcio è un metallo alcalino terroso appartenente alla tavola periodica del gruppo 2 (Mr. Becambara). Questo metallo occupa il quinto posto in abbondanza tra gli elementi presenti nella crosta terrestre; dietro ferro e alluminio. È rappresentato dal simbolo chimico Ca e il suo numero atomico è 20.

Il calcio rappresenta il 3,64% della crosta terrestre ed è il metallo più abbondante nel corpo umano, rappresentando il 2% del suo peso. Non è libero in natura; ma fa parte di numerosi minerali e composti chimici.

Calcio metallico di elevata purezza immagazzinato in olio minerale per proteggerlo dall'ossigeno e dall'umidità. Fonte: 2 × 910

Ad esempio, si trova nella calcite minerale, che a sua volta fa parte del calcare. Il carbonato di calcio è presente nella terra come marmo, dolomite, guscio d'uovo, corallo, perle, stalattiti, stalagmiti, nonché nei gusci di molti animali marini o lumache.

Inoltre, il calcio fa parte di altri minerali, come gesso, anidrite, fluorite e apatite. Non sorprende quindi che sia sinonimo di ossa a livello culturale.

Quando esposto all'aria, il calcio si ricopre di un rivestimento giallastro, il prodotto di una miscela di ossido di calcio, nitruro e idrossido. Tuttavia, appena tagliato, la superficie è lucida, biancastra-argentea. È morbido con una durezza sulla scala di Mohs di 1,75.

Il calcio svolge numerose funzioni negli esseri viventi, tra cui fa parte di composti che determinano la struttura e il funzionamento del sistema osseo; interviene nella cascata della coagulazione attivando diversi fattori della coagulazione, identificati come Fattore IV.

Inoltre, il calcio è coinvolto nella contrazione muscolare, consentendo l'unione delle proteine ​​contrattili (actina e miosina); e facilita il rilascio di alcuni neurotrasmettitori, inclusa l'acetilcolina.

Chimicamente partecipa quasi sempre ai suoi composti organici o inorganici come il catione bivalente Ca ²⁺ . È uno dei cationi con il numero di coordinazione più alto, cioè può interagire con più molecole o ioni contemporaneamente.

Storia

In tempi antichi

I composti del calcio come la calce (CaO) o il gesso (CaSO ₄ ) sono stati utilizzati dall'uomo per millenni, ignorando la loro struttura chimica. La calce come materiale da costruzione e l'intonaco per realizzare le sculture furono usati 7.000 anni aC

In Mesopotamia è stata trovata una fornace da calce utilizzata nel 2500 aC In un periodo di tempo molto breve, durante la costruzione della Grande Piramide di Giza è stato utilizzato il gesso.

Identificazione e isolamento

Joseph Black (1755) ha spiegato che la calce è più leggera del calcare (carbonato di calcio) che le dà origine. Questo perché perde anidride carbonica durante il riscaldamento.

Antoine Lavoiser (1787) ha concluso che la calce deve essere un ossido di un elemento chimico sconosciuto.

Sir Humphrey Davy (1808) proprio nell'anno in cui scoprì il boro, fece lo stesso con il calcio utilizzando la tecnica dell'elettrolisi, usata da Jakar Berzelius e Magnus Martin.

Davy ha isolato calcio e magnesio utilizzando lo stesso disegno sperimentale. Ha mescolato l'ossido di calcio con l'ossido di mercurio (II) su una piastra di platino, usata come anodo (+), mentre il catodo (-) era un filo di platino parzialmente sommerso nel mercurio.

L'elettrolisi ha prodotto un amalgama di calcio e mercurio. Per purificare il calcio, l'amalgama è stato sottoposto a distillazione. Tuttavia, non è stato ottenuto calcio puro.

Proprietà

Descrizione fisica

Metallo biancastro-argenteo, cambia in bianco-grigiastro se esposto all'aria. Nell'aria umida assume un colore grigio-azzurro nuvoloso. Polvere solida o secca. Struttura cristallina centrata sul viso.

Peso atomico

40,078 g / mol.

Punto di fusione

842 ° C.

Punto di ebollizione

1.484 ° C.

Densità

-1,55 g / cm ³ a temperatura ambiente.

-1,378 g / cm ³ allo stato liquido al punto di fusione.

Calore di fusione

8,54 kJ / mol.

Calore di vaporizzazione

154,7 kJ / mol.

Capacità calorica molare

25,929 J / (mol · K).

Capacità calorica specifica

0,63 J / gK

elettronegatività

1.0 della scala Pauling

Energia ionizzata

-Prima ionizzazione 589,8 kJ / mol

-Seconda ionizzazione 1.145 kJ / mol

-Terza ionizzazione 4.912 kJ / mol

-Quinta ionizzazione 6.490,57 kJ / mol e ci sono altre 4 energie di ionizzazione.

Radio atomica

197 pm

Raggio covalente

176 ± 10 pm

Dilatazione termica

22,3 µm / m · K a 20 ° C.

Conduttanza termica

201 W / m K

Resistività elettrica

336 nΩ · ma 20 ° C.

Durezza

1,75 sulla scala di Mohs.

isotopi

Il calcio ha 6 isotopi naturali: ⁴⁰ Ca, ⁴² Ca, ⁴³ Ca, ⁴⁴ Ca, ⁴⁶ Ca e ⁴⁸ Ca e 19 isotopi sintetici radioattivi. Gli isotopi più abbondanti sono ⁴⁰ Ca (96,94%), ⁴⁴ Ca (2,086%) e ⁴² Ca (0,647%).

Reattività

Il calcio reagisce spontaneamente con l'acqua, producendo idrossido di calcio e idrogeno gassoso. Reagisce con l'ossigeno e l'azoto nell'aria, producendo rispettivamente ossido di calcio e nitruro di calcio. Quando si divide, brucia spontaneamente all'aria.

Quando il calcio viene riscaldato, reagisce con l'idrogeno per formare un alogenuro. Inoltre reagisce con tutti gli alogeni per formare alogenuri. Reagisce anche con boro, zolfo, carbonio e fosforo.

Struttura e configurazione elettronica del calcio

Gli atomi di calcio sono uniti da legami metallici, contribuendo con i loro due elettroni di valenza alla marea di elettroni. Pertanto, l'interazione tra gli atomi di Ca e le bande elettroniche risultanti finisce per definire un cristallo con una struttura cubica centrata sulla faccia (ccc, in spagnolo; o fcc, in inglese, per cubica centrata sulla faccia).

Se questo cristallo di calcio ccc viene riscaldato a una temperatura di circa 450 ° C, subisce una transizione alla fase hcp (esagonale compatto o esagonale più vicino). In altre parole, la struttura diventa più densa, come se il movimento degli elettroni e le vibrazioni degli atomi contrassero la distanza che li separa.

L'atomo di calcio ha la seguente configurazione elettronica:

4s ²

Il che spiegherebbe che i due elettroni di valenza per questo metallo provengono dal suo orbitale 4s più esterno. Quando li perde, si forma il catione bivalente Ca ²⁺ , isoelettronico al gas nobile argon; cioè, sia Ar che Ca ²⁺ hanno lo stesso numero di elettroni.

Sono gli orbitali 4s del calcio che si combinano per stabilire la banda di valenza di questi cristalli. Lo stesso accade con gli orbitali 4p vuoti, che stabiliscono una banda di conduzione.

Ottenere

Il calcio è prodotto commercialmente dall'elettrolisi del cloruro di calcio fuso. Agli elettrodi si verificano le seguenti reazioni:

All'anodo: 2Cl ^- (l) => Cl ₂ (g) + 2e ^-

Il calcio viene depositato come metallo sul catodo catturando gli elettroni dal calcio ionico.

Al catodo: Ca ²⁺ (l) + 2 e ^- => Ca (s)

Su piccola scala, il calcio può essere prodotto riducendo l'ossido di calcio con l'alluminio o il cloruro di calcio con il sodio metallico.

6 CaO + 2 Al => 3 Ca + Ca ₃ Al ₂ O ₆

CaCl ₂ + 2 Na => Ca + NaCl

applicazioni

Calcio elementare

Il calcio è utilizzato come additivo nella produzione di bulbi di vetro, essendo aggiunto al bulbo durante la sua fase di produzione iniziale. Viene anche aggiunto alla fine in modo che si combini con i gas rimasti all'interno del bulbo.

Viene utilizzato come disintegratore nella produzione di metalli come rame e acciaio. La lega di calcio e cesio viene utilizzata nelle selci degli accendini per generare le scintille. Il calcio è un agente riducente, ma ha anche applicazioni di disossidazione e disossidazione.

Il calcio è utilizzato nella preparazione di metalli come cromo, torio, uranio, zirconio e altri dai loro ossidi. È usato come agente legante per alluminio, rame, piombo, magnesio e altri metalli di base; e come disossidante per alcune leghe ad alta temperatura.

Il calcio in lega con piombo (0,04%) funge da guaina per i cavi telefonici. Viene utilizzato in lega con magnesio negli impianti ortopedici per prolungarne la vita.

Carbonato di calcio

È un materiale di riempimento in ceramica, vetro, plastica e vernici, nonché una materia prima per la produzione di calce. Il carbonato sintetico di elevata purezza viene utilizzato in medicina come integratore di calcio antiacido e dietetico. È anche usato come additivo negli alimenti.

Ossido di calcio

L'ossido di calcio è utilizzato nell'industria edile, essendo utilizzato nel rivestimento delle pareti. È anche incorporato nel calcestruzzo. Nel 19 ° secolo, blocchi di ossido di calcio venivano bruciati per illuminare i palchi con un'intensa luce bianca.

La calce (di nuovo, ossido di calcio) viene utilizzata per rimuovere componenti indesiderati come il biossido di silicio (SiO ₂ ) presente nel materiale di ferro dall'acciaio. Il prodotto della reazione è il silicato di calcio (CaSiO ₃ ) chiamato "scoria".

La calce si combina con l'acqua per formare idrossido di calcio; Questo composto floccula e affonda, trascinando le impurità sul fondo delle vasche.

L'interno dei camini è rivestito di calce per eliminare i fumi dalle fabbriche. Ad esempio, cattura l'anidride solforosa (SO ₂ ), che contribuisce alle piogge acide, e la trasforma in solfito di calcio (CaSO ₃ ).

Cloruro di calcio

Il cloruro di calcio viene utilizzato per controllare il ghiaccio sulle strade; balsamo per il pomodoro presente nelle conserve; produzione di carrozzerie di automobili e autocarri.

Solfato di calcio

Viene comunemente presentato come CaSO ₄ · 2H ₂ O (gesso), utilizzato come ammendante. Il gesso calcinato viene utilizzato nella produzione di piastrelle, tavole e doghe. Viene anche utilizzato per l'immobilizzazione delle fratture ossee.

Fosfati di calcio

I fosfati di calcio si trovano in varie forme in natura e sono usati come fertilizzanti. Il sale di calcio acido (CaH ₂ PO ₄ ) viene utilizzato come fertilizzante e stabilizzante per la plastica. Il fosfato di calcio si trova come parte del tessuto osseo, soprattutto come idrossiapatite.

Altri composti di calcio

Esistono numerosi composti di calcio con varie applicazioni. Ad esempio, il carburo di calcio viene utilizzato per ottenere acetilene, utilizzato nelle torce di saldatura. L'alginato di calcio è usato come agente addensante nei prodotti alimentari come il gelato.

L'ipoclorito di calcio è usato come agente sbiancante, deodorante, fungicida e alghicida.

Il permanganato di calcio è un liquido propellente per razzi. Viene anche utilizzato come agente di purificazione dell'acqua e nella produzione tessile.

Funzione biologica

Il calcio svolge numerose funzioni negli esseri viventi:

- Interviene nella cascata della coagulazione come Fattore IV.

-È necessario per l'attivazione di diversi fattori della coagulazione, inclusa la trombina.

-Nel muscolo scheletrico, il calcio rilascia l'azione inibitoria di un sistema proteico sulla contrazione muscolare, consentendo la formazione di ponti actina-miosina, che provocano la contrazione.

-Stabilizza i canali ionici delle cellule eccitabili. Nell'ipocalcemia vengono attivati ​​i canali del sodio, che fa entrare il sodio nelle cellule e può essere generata una contrazione sostenuta (tetania) che può essere fatale.

-Inoltre, il calcio favorisce il rilascio del neurotrasmettitore acetilcolina ai terminali presinaptici.

Rischi e precauzioni

Reagisce esotermicamente con l'acqua. Pertanto, una volta ingerito, può causare gravi lesioni alla bocca, all'esofago o allo stomaco.

I lavoratori sono esposti a questo rischio nei luoghi in cui viene prodotto l'elemento calcio o in quelli in cui viene applicato il metallo. Le precauzioni sono proteggersi con maschere che evitino la respirazione della polvere, indumenti e un'adeguata ventilazione.

L'ipercalcemia è estremamente pericolosa e può essere causata principalmente da un'eccessiva secrezione di ormone paratiroideo o da un eccessivo apporto di vitamina D.Un eccessivo apporto di calcio, ad esempio superiore a 2,5 g / die, raramente è causa di ipercalcemia .

Il calcio in eccesso si accumula nei reni causando calcoli renali e nefrosi renale. Inoltre, l'accumulo di calcio nelle pareti dei vasi sanguigni modifica la loro elasticità, che potrebbe essere causa di ipertensione, rallentamento del flusso sanguigno e trombosi.

Una precauzione fondamentale è l'inclusione della calcemia tra gli esami di laboratorio, quando il medico osserva caratteristiche nei sintomi del paziente che lo fanno sospettare di ipercalcemia e avviare il trattamento appropriato.

Riferimenti

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