Calcio Ca

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INFORMAZIONI GENERALI SULL'ELEMENTO

Elemento chimico del gruppo dei metalli alcalino-terrosi di simbolo Ca, numero atomico 20, peso atomico 40,08; è un metallo tenero (durezza Mohs 1,5), duttile e malleabile, di aspetto bianco argenteo, densità 1,55 g/cm3, punto di fusione 845 °C, punto di ebollizione 1240 °C. All’aria ingiallisce combinandosi con l’azoto; con l’acqua reagisce dando idrato di c. e sviluppando idrogeno; non è pericoloso a maneggiarsi e può essere lavorato (pressato, trafilato, tornito ecc.). Si comporta da metallo bivalente e si scioglie negli acidi formando i sali corrispondenti.
Data la sua reattività, il calcio si trova solo in forma combinata. Il calcio è, dopo il ferro e l’alluminio, il metallo più diffuso nella crosta terrestre, sotto forma di solfato, fosfato, carbonato, fluoruro ecc.

CARATTERISTICHE FISICHE E CHIMICHE

Simbolo elemento Ca
Numero atomico 20
Massa atomica relativa 40.078
Temperatura di fusione 839 °C
Temperatura di ebollizione 1484 °C
Sato di aggregazione Solido
Densità (20°C) 1.54 g/cm3
Numero di ossidazione 2
Elettronegatività 1.04
Energia di prima ionizzazione 589,8 kJ/mol
Raggio atomico 197.4 pm
Configurazione elettronica [Ar]4s2
Energia di ionizzazione [eV] 6.1132 eV
Conducibilità elettrica 29,8 · 106 /(m·Ω)
Percentuale nella composizione della massa terrestre 3.39 %
Composizione isotopica Ca-40 96,941%
Ca-42 0,647%
Ca-43 0,135%
Ca-44 2,086%
Ca-46 0,004%
Ca-48 0,187%


CENNI STORICI

La calce (dal Latino “calx”, Calce) era già nota e usata dai Romani fin dal I secolo d.C., ma il calcio come elemento non fu scoperto fino al 1808. Dopo aver appreso che Berzelius e Pontin avevano preparato amalgama di calcio elettrolizzando la calce nel mercurio, Humphry Davy fu in grado di isolare il metallo puro.
Sir Humphry Davy (Penzance, 17 dicembre 1778 – Ginevra, 29 maggio 1829) è stato un chimico inglese. Nel 1800, Alessandro Volta presentò la propria pila elettrica, precursore delle moderne batterie. Davy usò la propria batteria per separare sali attraverso quella che oggi viene chiamata elettrolisi. Con un certo numero di batterie in serie Davy fu in grado di separare gli elementi di potassio e sodio nel 1807 e calcio, stronzio, bario e magnesio nel 1808. Studiò anche le energie coinvolte nella separazione di questi sali, diventando uno dei padri dell'elettrochimica moderna.




DISPONIBILITA' DELL'ELEMENTO

Il calcio è il quinto elemento per abbondanza nella crosta terrestre (di cui costituisce il 3%) ed è parte essenziale di foglie, ossa, denti e gusci di conchiglie. A causa della sua reattività chimica con l'acqua, il calcio puro non è reperibile in natura, tranne che in alcuni organismi viventi dove lo ione Ca2+ gioca un ruolo chiave nella fisiologia cellulare. Questo elemento metallico si trova in grandi quantità nel calcare, nel gesso e nella fluorite, tutte rocce di cui è un componente fondamentale. L'apatite è fluorofosfato o clorofosfato di calcio.




APPLICAZIONI DELL'ELEMENTO

Il calcio metallico si utilizza per le sue proprietà riducenti, eventualmente in lega con il litio, negli acciai e nelle leghe di rame e nichel, come desolforante e decarburante in vari acciai e leghe speciali, per eliminare tracce di azoto e ossigeno dai gas nobili, per ottenere metalli pregiati tramite riduzione dei loro ossidi (calciotermia), e per preparare alcuni suoi composti come l'idruro. Piccole aggiunte di calcio (impiegato generalmente in lega con silicio e magnesio-silicio) migliorano notevolmente alcune proprietà di molti acciai e leghe di alluminio, zinco, magnesio e piombo.
Non esiste mercato per il calcio elementare, comunque molti dei suoi composti più comuni sono comunemente usati nel mondo chimico. Il carbonato di calcio (CaCO₃) è presente nel calcare, nel marmo, nei gusci d’uovo, nelle perle, nei coralli, nelle stalagmiti, nelle stalattiti e nei gusci di molti animali. Anche se il gesso che viene usato dagli insegnanti per scrivere sulla lavagna è composto da molti sali, il carbonato di calcio è il suo maggior componente.
L’ossido di calcio o calce (CaO) è un materiale da costruzione utilizzato per stucchi, cementi e fertilizzanti. La luce bianca, usata generalmente come luce teatrale, è una luce leggera e brillante che viene generata dall’ossido di calcio scaldato con una fiamma. Il solfato di calcio (CaSO4), conosciuto come pietra da gesso, è il composto che costituisce gesso, cemento e laterizi. Il metallo è usato in leghe di alluminio per cuscinetti, come agente per la rimozione del bismuto da piombo, così come nel controllo del carbonio grafitico nel ferro fuso. L'ossido di calcio, CaO, è prodotto dalla decomposizione termica dei minerali carbonati in fornaci, applicando un processo a letto continuo. L'ossido è usato in archi di luce ad alta intensità (luce lime) per le sue insolite caratteristiche spettrali e come agente disidratante industriale. L'industria metallurgica usa estesamente l'ossido per la riduzione delle leghe ferrose.
L'ossido di calcio, il Ca(OH)2, presenta molte applicazioni in cui è necessario lo ione ossidrile. Nel processo di estinguimento dell'idrossido di calcio, il volume di calce espulsa ammonta al doppio della quantità iniziale di calce viva (CaO), fatto che rende utile rompere le rocce o il legno.
La calce viva è un assorbente eccellente per l'anidride carbonica, perché produce carbonato, che è molto insolubile.
Il silicato di calcio, CaSi, preparato in un forno elettrico dalla calce, dal silicone e dalla riduzione degli agenti carbonati, è utile come agente di deossidazione. Il carburo del calcio, CaC2, è prodotto quando si riscalda una miscela di calce e di carbonio a 3000ºC in un forno elettrico è un acetilato che produce acetilene tramite idrolisi. L'acetilene è il materiale base di tantissimi prodotti chimici importanti per la chimica industriale organica.
Gli alogenuri di calcio includono il fluoruro fosforescente, che è il composto di calcio più abbondante e con le maggiori applicazioni in spettroscopia. Il cloruro di calcio possiede, nella forma anidridica, una grande capacità di deliquescenza, che lo rende utile come disidratante industriale e come fattore di controllo di giro rapido della sabbia nelle strade. L'ipoclorito del calcio (polvere bianca) è prodotto in industria quando il cloro passa attraverso una soluzione di calce ed è stato usato come agente imbiancante e come depuratore d'acqua.
Il solfato di calcio disidratato è il gesso minerale, che costituisce la maggior parte del calcestruzzo di Portland ed è stato usato per ridurre l'alcalinità dei terreni. Il riscaldamento del gesso ad alte temperature produce un emidrato del solfato di calcio, che è venduto con il nome commerciale di stucco parigino.




EFFETTI DELL'ELEMENTO SULL'AMBIENTE

Il calcio è il metallo più abbondante nel corpo umano: è il principale costituente delle ossa e dei denti e svolge numerose importanti funzioni metaboliche.
È trovato il più comunemente in latte e latticini, ma anche in verdure, nocciole e fagioli. È un componente essenziale per la conservazione dello scheletro e dei denti umani. Inoltre aiuta le funzioni dei nervi e dei muscoli. L'uso di più di 2.5 grammi di calcio al giorno senza una prescrizione medica può portare allo sviluppo di calcoli renali e sclerosi renali e dei vasi sanguigni.
Una mancanza di calcio è una delle cause principali di osteoporosi. L'osteoporosi è una malattia in cui le ossa diventano estremamente porose, sono soggette a fratture e cicatrizzazione lenta. Sono particolarmente soggette le donne a seguito di menopausa e conducono spesso a curvatura della spina fino a collasso vertebrale.
A differenza di quello che la maggior parte della gente pensa, esiste un'attività biologica intensa all'interno delle nostre ossa. Esse vengono costantemente rinnovate con nuovo tessuto che sostituisce quello vecchio. Durante l'infanzia e l'adolescenza, la produzione di nuovo tessuto supera la distruzione di quello vecchio, ma ad un certo punto, intorno ai 30 o 35 anni, il processo è invertito ed iniziamo a perdere più tessuto rispetto a quello che riusciamo a sostituire. Nelle donne il processo si accelera dopo la menopausa (il periodo contrassegnato dalla cessazione naturale e permanente del periodo mestruale, che si presenta solitamente fra i 45 ed i 55 anni); ciò avviene perché i loro corpi smettono di produrre l'ormone noto come estrogeno, la cui funzione è di conservare la massa ossea.
L'evidenza suggerisce che abbiamo bisogno di un'assunzione quotidiana di 1.000 mg di calcio per conservare la massa ossea in circostanze normali. Ciò è valido sia per l'uomo che per la donna pre-menopausa. L'assunzione quotidiana suggerita aumenta a 1.500 mg per la donna in menopausa.
Le fonti principali di calcio sono i latticini, ma anche le noci, alcune verdure verdi come spinaci e cavolfiori, fagioli, lenticchie...
Il corpo umano è composto per il 2% di calcio. Il fosfato di calcio, Ca₃(PO₄)₂, è il componente primario delle ossa: oltre che dai cibi normali, lo si può ottenere mangiando verdure fresche. Il calcio è anche indispensabile per i nervi, la funzione muscolare e la coagulazione del sangue. Alcune proteine del nostro corpo usano il calcio nella stessa maniera in cui usano il magnesio. Il calcio esiste come ione libero e viene trasportato attraverso la membrana cellulare con un meccanismo simile a quello degli altri metalli alcalini. Il calcio, come anche il sodio, è più abbondante fuori che dentro la cellula, e la sua concentrazione è controllata da particolari ormoni. Le fluorapatiti disperse nella cheratina costituiscono la dentina, tessuto di alta resistenza meccanica che ricopre i denti. Le conchiglie sono composte essenzialmente di silicati e carbonati di calcio.




EFFETTI DELL'ELEMENTO SULLA SALUTE NELLO SPAZIO

Le ossa mantengono la loro forma e la loro dimensione quando sono soggette allo stress dovuto al peso e all’impatto dei movimenti. Ma quando gli astronauti vanno nello spazio non c’è più pressione sulle loro ossa, a causa dell’assenza di gravità. Questo fa sì che, quando ritornano sulla Terra dopo mesi nello spazio, le loro ossa siano diventate fragili e secche, cosa potenzialmente pericolosa per la salute.




SPETTRI ATOMICI DELL'ELEMENTO

Spettro atomico di assorbimento del calcio:



Spettro atomico di emissione del calcio:




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