Calcio (metallo)

iso = isotopo
NA = abbondanza in natura
TD = tempo di dimezzamento
DM = modalità di decadimento
DE = energia di decadimento in MeV
DP = prodotto del decadimento

Il calcio è l'elemento chimico di numero atomico 20. Il suo simbolo è Ca. Il Calcio è un metallo alcalino terroso tenero, grigio, usato come agente riducente nell'estrazione mineraria di torio, uranio e zirconio. È il quinto elemento in ordine di abbondanza nella crosta terrestre, ed è essenziale per tutta la vita sulla terra.

[modifica] Caratteristiche

Si ottiene per elettrolisi dal fluoruro di calcio, e brucia con fiamma giallo-arancio; se esposto all'aria si riveste di uno strato di ossido di calcio. Reagisce con l'acqua spostando l'idrogeno e formando idrossido di calcio.

[modifica] Applicazioni

Il calcio è un importante componente di una dieta equilibrata. Una mancanza di calcio rallenta la formazione e la crescita delle ossa e dei denti, e provoca il loro indebolimento: viceversa, un eccesso di calcio nella dieta porta alla formazione di calcoli renali. La vitamina D è necessaria all'organismo per assorbire il calcio dagli alimenti. I latticini sono una ottima fonte di calcio.

Per altre informazioni sul ruolo del calcio negli organismi viventi, vedi Il calcio in biologia.

Altri usi del calcio:

Agente riducente nell'estrazione mineraria di torio, uranio e zirconio.
Come deossidante, desolforante o decarburante per varie leghe ferrose e non ferrose.
Come agente legante nella produzione di molte leghe di alluminio, berillio, rame, piombo e magnesio.
È un costituente del cementi e delle malte usate in edilizia.

[modifica] Storia

(dal Latino calx, Calce) La calce era già nota e usata dai Romani fin dal I secolo, 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.

[modifica] Abbondanza

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. L'elettrolisi del cloruro di calcio fuso (CaCl₂) può essere usata per ottenere calcio puro metallico secondo le seguenti reazioni:

catodo: Ca²⁺ + 2e^- --> Ca

anodo: Cl^- --> ½ Cl₂ (gas) + e^-

[modifica] Composti

L'ossido di calcio (CaO), chiamato anche calce viva, si usa in molti processi di raffinamento chimico e si ottiene cuocendo in forno il calcare. Il calore dissocia il carbonato di calcio che costituisce il calcare (CaCO₃) in ossido di calcio (CaO) e anidride carbonica (CO₂).

L'ossido di calcio ha molteplici usi, sia tal quale in processi di raffinamento chimico (ad esempio nella produzione dell'acciaio, nella estrazione di oro e nickel dal minerale) o nelle costruzioni stradali e ferroviarie per la stabilizzazione di terreni, sia trasformata in idrossido di calcio (Ca(OH)₂, noto anche come "calce idrata"), aggiungendo acqua all'ossido di calcio. La calce idrata può avere sia un utilizzo chimico, ad esempio negli impianti di trattamento delle acque reflue, sia un uso in edilizia come intonaco, solitamente mescolata con sabbia ed in alcuni casi anche cemento (malte secche o premiscelati per edilizia).

Quando l'acqua scorre attraverso rocce calcaree o altre rocce carbonatiche, ne scioglie una piccola parte e crea caverne e caratteristiche strutture, le stalattiti e le stalagmiti. Uscendo da queste caverne, l'acqua è satura di carbonati e per questo è detta dura.
Altri importanti composti del calcio sono nitrato di calcio, solfato di calcio, cloruro di calcio, carburo di calcio, cianammide di calcio e ipoclorito di calcio.

[modifica] Isotopi

Il calcio ha sei isotopi stabili, di cui due reperibili in natura: il ⁴⁰Ca (97%, stabile) e il ⁴¹Ca (3%, radioattivo con emivita di 103.000 anni. Il ⁴⁰Ca, insieme con ⁴⁰Ar, è uno dei prodotti del decadimento del ⁴⁰K. Mentre la datazione K-Ar si usa frequentemente in geologia, la grande abbondanza di Ca impedisce di usare il ⁴⁰Ca per la datazione delle rocce; tuttavia sono state sviluppate tecniche di datazione K-Ca basate su spettrometri di massa in grado di risolvere il doppio picco di diluizione isotopica. Diversamente dagli altri isotopi cosmogenici prodotti nell'alta atmosfera, il ⁴¹Ca è prodotto per attivazione neutronica del ⁴⁰Ca: la maggior parte della produzione di ⁴⁰Ca avviene nel primo metro di spessore del suolo, dove il flusso di neutroni cosmici è ancora abbastanza intenso. Il ⁴¹Ca è stato attentamente studiato in astrofisica, perché decade in ⁴¹K, un importante indicatore di anomalie del sistema solare.