Struttura
Non è un diagramma di punti su anelli, ma un campionamento Monte Carlo della densità di probabilità effettiva |ψ|² per ogni sottolivello occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il viola indicano segni opposti della funzione d'onda, rendendo possibile il legame.
Valori misurati
Ogni barra mostra dove si colloca calcio tra tutti i 118 elementi per quella proprietà.
Fonti: masse atomiche standard IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. I valori contrassegnati da ~ sono predetti anziché misurati.
Dimensioni, in scala
Radius 197 pm — that is 0.197 nm, so about 2538 million of them side by side would span a millimetre.
Intervallo termico
Calcio is liquid over a 642 K window, from 1115 K to 1757 K.
La storia
Il calcio è l'elemento che forma ossa, conchiglie e civiltà. Questo metallo color argento è il quinto elemento più abbondante nella crosta terrestre e il metallo più abbondante nel corpo umano: circa 2 libbre di calcio rafforzano lo scheletro. Dalle piramidi di calcare dell'antichità alle moderne giungle di cemento, il carbonato di calcio è stato il materiale da costruzione preferito dall'umanità per millenni. Le ossa si dissolvono e si ricostruiscono continuamente, mentre il calcio scorre nel sangue verso il punto in cui serve maggiormente. Ma il calcio non serve solo alla struttura: ogni contrazione muscolare, compreso il battito cardiaco, dipende dagli ioni calcio che affluiscono nelle cellule muscolari. Senza calcio, i muscoli sarebbero paralizzati, il sangue non coag ulerebbe e i nervi non potrebbero inviare segnali. Le stalattiti e le stalagmiti nelle grotte sono opere d'arte del calcio, formate goccia dopo goccia nel corso di migliaia di anni.
Uso preistorico: Gli esseri umani hanno utilizzato inconsapevolmente i composti del calcio per oltre 10.000 anni. Gli antichi costruttori mescolavano calcare frantumato con acqua per creare la prima malta, senza rendersi conto che stavano lavorando con uno degli elementi più abbondanti della Terra.
Ingegneria romana: I Romani perfezionarono il cemento idraulico utilizzando cenere vulcanica (pozzolana) mescolata con calce (ossido di calcio), creando strutture in calcestruzzo come la cupola del Pantheon, ancora oggi in piedi dopo 2.000 anni. La chiamavano "calx viva" (calce viva) a causa della sua violenta reazione con l'acqua.
Nel 1808, appena pochi mesi dopo la sua spettacolare scoperta del potassio e del sodio, Humphry Davy rivolse la sua attenzione alle misteriose "terre", sostanze come la calce che avevano resistito a tutti i precedenti tentativi di decomposizione.
La sfida: Si sapeva che l'ossido di calcio (calce) era diverso dalla semplice terra, ma nessuno riusciva a scomporlo in componenti più semplici. Chimici precedenti, come Lavoisier, sospettavano che potesse contenere un metallo, ma non disponevano degli strumenti per dimostrarlo.
Preparazione sperimentale: Davy creò una miscela di calce (CaO) e ossido di mercurio (HgO), quindi la sottopose a un'intensa corrente elettrica proveniente dalla sua potente pila voltaica. L'ossido di mercurio contribuiva a rendere conduttiva la miscela, proteggendo al contempo il metallo sconosciuto dall'ossidazione immediata.
Il momento della scoperta: Al catodo comparvero minuscole goccioline argentee: non mercurio, ma qualcosa di completamente nuovo. Tuttavia, queste gocce metalliche erano incredibilmente reattive: si ossidavano istantaneamente all'aria e reagivano violentemente con l'acqua.
Le difficoltà dell'isolamento: A differenza del potassio e del sodio, il metallo calcio era ancora più difficile da isolare e studiare. Richiedeva un'atmosfera inerte e formava immediatamente un rivestimento bianco di ossido che rendeva l'analisi quasi impossibile.
Proprietà fisiche: Davy scoprì che il calcio era più duro del sodio o del potassio, con un caratteristico colore giallo quando puro. Era meno denso dell'acqua, ma comunque estremamente reattivo e doveva essere conservato sotto olio per evitare la combustione.
Comportamento chimico: Il metallo reagiva esplosivamente con l'acqua, producendo gas idrogeno e idrossido di calcio. Quando veniva riscaldato all'aria, bruciava con una brillante fiamma rossa, una proprietà successivamente utilizzata nei fuochi d'artificio e nei razzi di segnalazione.
Etimologia: Davy chiamò l'elemento "calcium" dal latino "calx", che significa calce. La scelta fu controversa perché alcuni chimici volevano chiamarlo "calcium" per mantenere lo schema di denominazione di altri metalli come il sodio e il potassio.
Scelta del simbolo: Il simbolo "Ca" fu accettato universalmente, rendendolo uno dei pochi elementi il cui simbolo corrisponde perfettamente alle prime due lettere del nome inglese.
Applicazioni immediate: La scoperta di Davy rivoluzionò la comprensione della calce e del calcare. Spiegò perché la calce fosse così utile nell'edilizia: il calcio formava forti legami chimici con altri materiali.
Trasformazione dell'industria siderurgica: La comprensione della chimica del calcio portò a metodi migliorati per la produzione dell'acciaio. L'aggiunta di calce per rimuovere le impurità divenne una pratica standard, consentendo la costruzione di ferrovie, ponti e grattacieli.
Rivoluzione agricola: La conoscenza del ruolo del calcio portò all'uso scientifico della calce in agricoltura per neutralizzare i suoli acidi, aumentando notevolmente i raccolti e sostenendo la crescita della popolazione.
Comprensione medica: Il lavoro di Davy suscitò interesse per il ruolo biologico del calcio. Entro gli anni 1850, gli scienziati si resero conto che il calcio era essenziale per la formazione delle ossa e il funzionamento dei muscoli, dando origine alla moderna scienza della nutrizione.
Eredità della ricerca: L'isolamento del metallo calcio aprì nuove strade di ricerca in biochimica, scienza dei materiali e geochimica, che proseguono ancora oggi. La ricerca moderna sul calcio comprende il suo ruolo nella segnalazione cellulare, nei cambiamenti climatici (acidificazione degli oceani) e nei materiali avanzati.
Applicazioni
I composti del calcio costituiscono la base dell'edilizia moderna, fornendo resistenza, durata e versatilità ai materiali da costruzione che hanno plasmato la civiltà umana per millenni.
Processo di produzione del cemento: la produzione del cemento Portland inizia riscaldando il calcare (CaCO₃) a 1450°C in forni rotanti, eliminando la CO₂ per creare ossido di calcio (calce viva). Questo viene poi miscelato con argilla e altri materiali per formare silicati e alluminati di calcio, i composti attivi che conferiscono resistenza al calcestruzzo.
Chimica del calcestruzzo: quando il cemento si mescola con l'acqua, si forma un gel di silicato di calcio idrato (C-S-H), creando legami incredibilmente resistenti. Questo processo continua per decenni, motivo per cui il calcestruzzo diventa effettivamente più resistente nel tempo. Il calcio fornisce l'intelaiatura strutturale che consente a grattacieli e ponti di sostenere carichi enormi.
Affinazione dell'acciaio: l'ossido di calcio (calce) è essenziale nella produzione dell'acciaio, dove agisce come fondente per rimuovere impurità come fosforo e zolfo. Negli altiforni, la calce si combina con le impurità di silice formando scorie di silicato di calcio, che galleggiano sopra il ferro fuso e possono essere facilmente rimosse.
Processo di desolforazione: l'iniezione di carburo di calcio rimuove lo zolfo dall'acciaio fuso, migliorandone la lavorabilità e prevenendo la fragilità. Questo processo ha permesso la produzione di acciai di alta qualità per applicazioni automobilistiche e aerospaziali.
Produzione della carta: il carbonato di calcio viene usato sia come riempitivo sia come agente di patinatura nella produzione della carta. Aumenta brillantezza, opacità e levigatezza, riducendo al contempo i costi. Il carbonato di calcio precipitato (PCC) viene progettato con dimensioni delle particelle specifiche per diversi tipi di carta.
Industria della plastica e dei polimeri: il carbonato di calcio macinato (GCC) agisce come riempitivo rinforzante nelle materie plastiche, migliorando la resistenza agli urti e riducendo i costi dei materiali. Si trova in prodotti che vanno dai tubi in PVC ai componenti automobilistici, dove migliora le proprietà meccaniche riducendo al contempo il peso.
Desolforazione dei gas combusti: le centrali elettriche usano assorbenti a base di calcio per rimuovere il diossido di zolfo dalle emissioni. La sospensione di calcare reagisce con SO₂ formando solfito di calcio, che viene poi ossidato a gesso, un sottoprodotto prezioso usato nella produzione di pannelli da parete.
Addolcimento dell'acqua: l'idrossido di calcio (calce spenta) regola il pH negli impianti di trattamento delle acque e precipita i metalli indesiderati. Il processo calce-soda rimuove gli ioni calcio e magnesio responsabili della durezza dalle forniture idriche municipali.
Produzione del calcio metallico: il calcio metallico ultrapuro viene prodotto mediante elettrolisi del cloruro di calcio fuso. Questo metallo funge da agente riducente per la produzione di altri metalli reattivi come uranio, torio ed elementi delle terre rare destinati ad applicazioni elettroniche.
Materiali ottici: i cristalli di fluoruro di calcio (fluorite) vengono usati negli obiettivi di fotocamere di alta gamma e nelle ottiche dei telescopi grazie alla loro eccezionale trasparenza e alla bassa dispersione. Questi cristalli vengono fatti crescere in ambienti attentamente controllati per raggiungere una perfezione ottica.
Da dove proviene
41500 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 97% of elements
Il Calcio è il 5º elemento più abbondante nella crosta terrestre (4.15% in peso), ed è quindi più comune del Ferro e fondamentale per la struttura geologica del nostro pianeta. Questa abbondanza riflette il ruolo cruciale del Calcio nel ciclo delle rocce e nella formazione dei continenti terrestri.
Principali minerali formatori di rocce:
Serbatoio oceanico: l'acqua marina contiene informazioni 400 parti per milione di Calcio, mantenute attraverso un complesso equilibrio tra l'apporto fluviale (1.5 miliardi di tonnellate all'anno) e i processi biologici e chimici di rimozione.
Profondità di compensazione dei carbonati: al di sotto dei 4,000 metri nell'oceano, il carbonato di Calcio si dissolve più rapidamente di quanto si accumuli, creando una naturale "linea della neve" per i minerali carbonatici. Questa profondità varia in base alla chimica e alla temperatura dell'oceano.
Formazione delle barriere coralline: le barriere coralline tropicali rappresentano enormi fabbriche di carbonato di Calcio, dove gli organismi estraggono ioni Calcio e carbonato dall'acqua marina per costruire i propri scheletri. La Grande Barriera Corallina contiene una quantità stimata di 2.9 miliardi di tonnellate di carbonato di Calcio.
Formazione di conchiglie e scheletri: gli organismi marini hanno sviluppato sofisticati meccanismi per far precipitare il carbonato di Calcio. I molluschi controllano la formazione dei cristalli attraverso proteine specializzate, creando conchiglie costituite per il 95% da carbonato di Calcio ma due volte più resistenti dei materiali sintetici.
Processo di biomineralizzazione: organismi come i foraminiferi e i coccolitofori estraggono ioni Calcio e carbonato disciolti dall'acqua marina, concentrandoli in compartimenti cellulari specializzati dove avviene la cristallizzazione sotto controllo biologico.
Falesie bianche di Dover: queste iconiche falesie di gesso sono costituite quasi interamente da carbonato di Calcio proveniente da organismi marini microscopici (coccoliti) vissuti 100 milioni di anni fa nel mare cretacico.
Grotte di Carlsbad, Nuovo Messico: enormi grotte calcaree scavate da acque sotterranee leggermente acide che hanno dissolto il carbonato di Calcio nel corso di milioni di anni. Il processo continua ancora oggi, con nuove formazioni che crescono al ritmo di 1 pollice ogni 100 anni.
Monti Himalayani: contengono estese formazioni calcaree che un tempo facevano parte del fondale dell'Oceano Tetide, sollevate durante la collisione tra l'India e l'Asia 50 milioni di anni fa.
Valli Secche di McMurdo, Antartide: contengono depositi unici di solfato di Calcio formati dall'evaporazione di laghi ipersalini, fornendo indicazioni su processi simili che potrebbero essersi verificati su Marte.
Nucleosintesi stellare: il Calcio-40 si forma attraverso la combustione del Silicio nelle stelle massicce a temperature superiori a 3 miliardi di Kelvin. Il processo richiede la fusione del Silicio-28 con tre particelle alfa in rapida successione.
Produzione nelle supernove: il Calcio viene creato principalmente durante le supernove di tipo Ia, nelle quali la fusione nucleare esplosiva produce grandi quantità di elementi di massa intermedia. Queste esplosioni cosmiche hanno arricchito di Calcio il mezzo interstellare, che alla fine ha formato il nostro sistema solare.
Prove meteoritiche: le inclusioni ricche di Calcio e Alluminio (CAI) nei meteoriti sono tra i più antichi materiali solidi del nostro sistema solare (4.567 miliardi di anni), formatisi nelle regioni interne e calde della nebulosa solare.
Sorgenti termali: molte aree geotermiche fanno precipitare carbonato di Calcio (travertino) quando l'acqua calda e ricca di Calcio si raffredda e rilascia CO₂. Le Mammoth Hot Springs di Yellowstone depositano fino a 2 tonnellate di travertino al giorno.
Dorsali medio-oceaniche: le sorgenti idrotermali creano fluidi ricchi di Calcio che interagiscono con l'acqua marina, formando associazioni minerali uniche e sostenendo ecosistemi specializzati che dipendono dalle strutture di carbonato di Calcio.
Manipolazione
Livello di rischio: da BASSO a MODERATO - I composti del calcio sono generalmente sicuri ed essenziali per la salute umana, ma alcune forme specifiche richiedono una manipolazione attenta.
Per la manipolazione del calcio metallico:
Per l'ossido di calcio (calce):
Calcio metallico: conservare sotto olio minerale o gas inerte (argon) in contenitori sigillati. Tenere lontano da acqua, acidi e ossidanti. Usare sabbia asciutta per la pulizia delle fuoriuscite, mai acqua.
Ossido di calcio (calce viva): conservare in aree asciutte e ventilate, in contenitori a prova di umidità. Questo materiale genera una notevole quantità di calore quando è bagnato e può provocare incendi nei materiali organici.
Composti del calcio: la maggior parte è stabile e sicura da conservare normalmente. Tenere in contenitori sigillati per prevenire l'assorbimento di umidità e la formazione di grumi.
Apporto giornaliero raccomandato:
Limite massimo: 2,500 mg/day per gli adulti (un eccesso di calcio può interferire con l'assorbimento di ferro e zinco e causare calcoli renali)
Limiti OSHA: nessun limite specifico di esposizione sul luogo di lavoro per la maggior parte dei composti del calcio (generalmente riconosciuti come sicuri)
Contatto con l'ossido di calcio:
Incendio di calcio metallico: usare un estintore di classe D (sabbia, cloruro di sodio o polvere secca specializzata). Non usare mai acqua: peggiorerebbe l'incendio.
Generazione di calore: la reazione tra ossido di calcio e acqua genera una quantità di calore sufficiente a causare gravi ustioni e può incendiare materiali combustibili. Aggiungere sempre lentamente l'ossido di calcio all'acqua, mai il contrario.
Controllo delle polveri: le polveri di ossido di calcio e carbonato possono irritare le vie respiratorie. Usare sistemi di raccolta delle polveri e metodi a umido quando possibile.
Qualità alimentare e industriale: usare per scopi nutrizionali solo composti del calcio di qualità alimentare. I prodotti di qualità industriale possono contenere impurità nocive.
Interazioni farmacologiche: gli integratori di calcio possono interferire con l'assorbimento di alcuni farmaci, inclusi antibiotici, farmaci per la tiroide e bifosfonati. Assumere i farmaci a distanza di 2+ ore dagli integratori di calcio.
Risposte rapide
Calcio (symbol Ca) is element 20 on the periodic table, a metallo alcalino-terroso in period 4, group 2. Structural element of bone, shell and cement: calcium is how life learned to build hard things. At room temperature it is a solid.
[Ar] 4s², giving 4 occupied shells holding 2, 8, 8, 2 electrons respectively.Calcio melts at 1115 K (841.9 °C) and boils at 1757 K (1483.9 °C).
The standard atomic weight of Calcio is 40.078 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Calcio has a density of 1.54 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of calcio is about 1.5× heavier.
Calcio has a Pauling electronegativity of 1. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this low means it readily gives its outer electrons away, forming positive ions.
Calcio was discovered in 1808 by Humphry Davy. It is named after latin calx, "lime".
Calcio makes up about 4.15% of the Earth's crust — one of the most abundant elements there is.