Ca · Élément 20 · Métal alcalino-terreux
Élément structural des os, des coquilles et du ciment : le calcium est la façon dont la vie a appris à construire des choses dures.
Structure
Il ne s’agit pas d’un diagramme de points sur des anneaux — mais d’un échantillon de Monte-Carlo de la véritable densité de probabilité |ψ|² pour chaque sous-couche occupée. Faites glisser pour faire pivoter. Le bleu et le violet indiquent les signes opposés de la fonction d’onde, ce qui rend la liaison possible.
Valeurs mesurées
Chaque barre indique où se situe le calcium parmi les 118 éléments pour cette propriété.
Sources : masses atomiques standard de l’IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Les valeurs marquées ~ sont prédites plutôt que mesurées.
Même élément, neutrons différents
Tous les atomes de calcium ont le même nombre de protons, 20, et ne diffèrent que par leur nombre de neutrons : ces variantes sont ses isotopes. Le plus courant, Ca-40, a 20 neutrons et représente 96,941 % du calcium naturel.
| ISOTOPE | Neutrons | Abondance naturelle | Demi-vie | Mode de désintégration |
|---|---|---|---|---|
| Ca-40 le plus courant | 20 | 96,941 % | Stable | — |
| Ca-41 | 21 | — | 99400 ans | ε |
| Ca-42 | 22 | 0,647 % | Stable | — |
| Ca-43 | 23 | 0,135 % | Stable | — |
| Ca-44 | 24 | 2,086 % | Stable | — |
| Ca-45 | 25 | — | 162,61 j | β⁻ |
| Ca-46 | 26 | 0,004 % | Stable | — |
| Ca-48 | 28 | 0,187 % | ~2,9 × 10¹⁹ an | 2β⁻, 2β⁻, β⁻ |
Ici, le raccourci scolaire, masse atomique arrondie (40,078) moins numéro atomique, donne la même réponse : 20.
Modes de désintégration
~ signale une demi-vie dont l’incertitude publiée dépasse la valeur elle-même.
Données : IAEA Nuclear Data Section, LiveChart of Nuclides, évaluations des états fondamentaux, consultées le 10 octobre 2026. L’abondance est la part des atomes dans l’élément naturel ; un tiret signifie que l’isotope n’a pas d’abondance naturelle de référence.
Taille, à l’échelle
Rayon de 197 pm — soit 0,197 nm ; il en faudrait donc environ 2,54 millions côte à côte pour couvrir un millimètre.
Plage thermique
Entre 1115 K et 1757 K, le calcium est liquide : une plage de 642 K.
Où il se trouve
L’histoire
Le calcium (Ca) est l’élément 20, un métal alcalino-terreux mou et argenté du groupe 2. C’est le cinquième élément le plus abondant de la croûte terrestre et le métal le plus abondant du corps humain, où il forme les os et les dents. Le calcium métallique n’existe jamais à l’état libre dans la nature, car il réagit avec l’eau et l’air. Il fond à 842 °C (1 115 K) et a une faible masse volumique, 1,54 g/cm³.
Les 20 électrons du calcium se répartissent sur quatre couches, selon la distribution 2, 8, 8, 2, avec la configuration [Ar] 4s². Il perd facilement ses deux électrons externes pour former l’ion Ca²⁺, présent dans le calcaire, le gypse et les os.
Le calcium naturel est un mélange de six isotopes. Le calcium-40 en représente environ 97 %. Le calcium-48, qui n’en représente qu’environ 0,19 %, possède 20 protons et 28 neutrons : c’est un noyau doublement magique que les physiciens accélèrent vers des cibles lourdes pour produire des éléments superlourds comme l’oganesson.
Les composés du calcium sont utilisés depuis des milliers d’années : les anciens Égyptiens, les Grecs et les Romains fabriquaient du mortier et de l’enduit à la chaux, et le nom de l’élément vient du latin calx, qui signifie chaux. Antoine Lavoisier a classé la chaux parmi les éléments en 1789, en soupçonnant qu’il s’agissait de l’oxyde d’un métal inconnu.
En 1808, à Londres, Humphry Davy a isolé le calcium par électrolyse d’un mélange humide de chaux et d’oxyde de mercure, qui a donné un amalgame de calcium ; en distillant le mercure, il a obtenu le métal. À Stockholm, Jöns Jacob Berzelius et Magnus Martin af Pontin ont préparé l’amalgame la même année.
Davy n’en a obtenu que de petites quantités impures. Robert Bunsen et Augustus Matthiessen en ont produit de plus grandes quantités en 1855 par électrolyse du chlorure de calcium fondu. La production industrielle a commencé au début du XXe siècle.
Applications
La plus grande partie du calcium est utilisée sous forme de composés, et non de métal. Le calcaire (carbonate de calcium) est la matière première du ciment et de la chaux. La calcination du calcaire donne la chaux vive (oxyde de calcium), utilisée en sidérurgie, dans le traitement de l’eau, l’épuration des fumées et la fabrication du papier. Le gypse (sulfate de calcium) sert à fabriquer le plâtre et les plaques de plâtre.
D’où il vient
41500 mg/kg de la croûte terrestre · plus abondant que 97 % des éléments
Le calcium représente environ 4 % de la masse de la croûte terrestre. Il est dissous dans l’eau de mer et dans l’eau dure, et les êtres vivants le concentrent dans les coquilles, les coraux et les os.
Le calcaire est exploité en carrière presque partout. Le calcium métallique est produit en petites quantités, principalement par réduction de la chaux par l’aluminium sous vide, en grande partie en Chine.
Manipulation
Le calcium métallique réagit avec l’eau en libérant de l’hydrogène, un gaz inflammable, et en formant de l’hydroxyde de calcium, qui est caustique. La réaction est plus lente qu’avec le sodium, mais elle peut enflammer l’hydrogène. Conserver le métal dans un récipient sec et hermétique, et combattre les incendies avec un extincteur de classe D ou du sable sec, jamais avec de l’eau.
La chaux vive (oxyde de calcium) et la chaux éteinte (hydroxyde de calcium) sont corrosives pour les yeux et la peau, et la chaux vive devient très chaude lorsqu’elle est mouillée. Porter une protection oculaire et des gants. Le ciment et le béton frais sont aussi fortement alcalins et peuvent provoquer des brûlures chimiques en cas de contact prolongé avec la peau.
Le calcium est essentiel, mais un excès apporté par des compléments peut provoquer de la constipation, des calculs rénaux et un taux de calcium trop élevé dans le sang. Les NIH fixent une limite supérieure de 2 500 mg par jour pour les adultes de 19 à 50 ans et de 2 000 mg par jour à partir de 51 ans.
Pour aller plus loin
Réponses rapides
Le calcium (symbole Ca) est l’élément 20 du tableau périodique, un métal alcalino-terreux de la période 4, groupe 2. Élément structural des os, des coquilles et du ciment : le calcium est la façon dont la vie a appris à construire des choses dures. À température ambiante, c’est un solide.
[Ar] 4s² ; elle comporte 4 couches occupées, avec la répartition 2, 8, 8, 2.Le calcium fond à 1115 K (841,9 °C) et bout à 1757 K (1483,9 °C).
La masse atomique standard du calcium est de 40,078 u. Il s’agit d’une moyenne pondérée de ses isotopes présents naturellement, ce qui explique qu’elle soit rarement un nombre entier.
L’atome de calcium le plus courant, Ca-40, a 20 neutrons : son nombre de masse, 40, moins son numéro atomique, 20. Il représente 96,941 % du calcium naturel. Le raccourci scolaire, masse atomique arrondie (40,078) moins numéro atomique, donne le même résultat : 20.
La masse volumique du calcium est de 1,54 g/cm³. L’eau a une masse volumique de 1,0 g/cm³ ; un bloc de calcium est donc environ 1,5× plus lourd.
L’électronégativité du calcium sur l’échelle de Pauling est de 1. L’échelle va de 0,70 (le francium, qui attire le moins les électrons) à 3,98 (le fluor, qui les attire le plus). Une valeur aussi faible signifie qu’il cède facilement ses électrons externes, formant des ions positifs.
La découverte du calcium remonte à 1808 ; on la doit à Humphry Davy. Origine du nom : latin calx, « chaux ».
Le calcium constitue environ 4,15 % de la croûte terrestre — c’est l’un des éléments les plus abondants qui soient.