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Calcium (symbole chimique Californie, numéro atomique 20) est le cinquième élément chimique le plus abondant dans la croûte terrestre, se trouvant dans diverses roches, minéraux, coraux et coquilles d'animaux marins. De couleur gris tendre, il est classé comme métal alcalino-terreux. C'est le minéral le plus abondant dans le corps humain et un élément important d'une alimentation saine. Il est essentiel pour la construction d'os et de dents solides, la contraction musculaire, l'activation des ovocytes, la coagulation sanguine, la transmission de l'influx nerveux, la régulation du rythme cardiaque et l'équilibre hydrique dans les cellules. Il est utilisé comme agent réducteur pour l'extraction de plusieurs métaux; un agent pour générer des alliages métalliques; et un désoxydant, désulfurant ou décarbonisant pour divers alliages. Le carbonate de calcium est utilisé dans les matériaux de construction; l'oxyde de calcium est utilisé pour traiter l'eau, les eaux usées et les sols acides; et l'hydroxyde de calcium est utilisé pour traiter l'eau pour les boissons et les acides neutralisants dans l'industrie du tannage.

Occurrence et isolement

Dans la nature, le calcium (latin calcis, ce qui signifie "chaux") ne se trouve pas dans son état élémentaire. Il se présente plutôt sous la forme de divers composés: le carbonate de calcium dans les roches calcaires, le marbre, le corail et les coquilles de mollusques; carbonate de calcium et de magnésium dans la dolomite minérale; sulfate de calcium dihydraté dans le gypse minéral; le fluorure de calcium dans la fluorite minérale; et le phosphate de calcium dans le groupe des minéraux apatite. De plus, les perles et les coquilles d'œufs sont en carbonate de calcium.

Les anciens Romains sont connus pour avoir préparé de la chaux (oxyde de calcium) dès le premier siècle. L'élément calcium, cependant, n'a été isolé qu'en 1808 en Angleterre, lorsque Sir Humphry Davy a électrolysé un mélange de chaux et d'oxyde mercurique. Il a d'abord obtenu un amalgame qui, lorsqu'il est chauffé pour distiller le mercure, lui donne un résidu de calcium. Les méthodes d'extraction suivantes ont inclus l'électrolyse du fluorure de calcium ou du chlorure de calcium.

Caractéristiques notables

En tant que membre de la série des métaux alcalino-terreux, le calcium se trouve dans le groupe 2 (ancien groupe 2A) du tableau périodique, entre le magnésium et le strontium. De plus, il est placé en période 4, entre le potassium et le scandium.

Le calcium brûle avec une flamme jaune-rouge et forme un revêtement de nitrure blanc lorsqu'il est exposé à l'air. Il réagit avec l'eau, déplaçant l'hydrogène et formant de l'hydroxyde de calcium, une substance alcaline.

En termes de configuration électronique de chaque atome neutre, la coquille la plus externe (ou coquille de valence) contient 2 électrons dans l'orbitale 4s. Lors de la formation de composés, le calcium perd facilement ces 2 électrons pour produire du Ca2+ cations.

Isotopes

Le calcium possède quatre isotopes stables: 40Californie, 42Californie, 43Ca, et 44Californie. Parmi ceux-ci, 40Le Ca est l'isotope le plus abondant, constituant 97% du calcium naturel. Il a un noyau de 20 protons et 20 neutrons. Deux isotopes de plus, 46Ca et 48Ca, ont des demi-vies si longues que, à toutes fins pratiques, elles peuvent être considérées comme stables.

De plus, le calcium a un isotope radioactif, 41Ca, avec une demi-vie de 103 000 ans. Il est décrit comme un isotope "cosmogénique", ce qui signifie qu'il est produit par l'action de rayons cosmiques de haute énergie sur les noyaux des atomes cibles. Dans le cas de 41Ca, il est produit par l'activation neutronique de 40Californie. La majeure partie de sa production se situe dans le mètre supérieur environ de la colonne de sol.

Applications

Le calcium est utilisé à plusieurs fins. Les exemples sont les suivants.

  • C'est un agent réducteur dans l'extraction d'autres métaux, tels que l'uranium, le zirconium et le thorium.
  • Il s'agit d'un désoxydant, d'un désulfurant ou d'un décarbonisant pour divers alliages.
  • Il s'agit d'un agent d'alliage pour la production d'alliages d'aluminium, de béryllium, de cuivre, de plomb et de magnésium.
  • Il est utilisé dans la fabrication de ciments et de mortiers comme matériaux de construction.

Composés

Carbonate de calcium

Comme mentionné ci-dessus, le carbonate de calcium (CaCO3) est une substance courante présente dans la roche calcaire, le marbre et le corail. C'est la principale composante des coquillages, des coquilles d'œufs et des coquilles d'escargots. Il est couramment utilisé en médecine comme calcium comme supplément ou comme antiacide. Le carbonate de calcium est l'ingrédient actif de la chaux agricole.

Le carbonate de calcium présente les propriétés typiques des autres carbonates.

  • Il réagit avec les acides forts, libérant du dioxyde de carbone et formant un sel de l'acide:
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
  • Il libère du dioxyde de carbone en chauffant (à plus de 825 ° C), pour former de l'oxyde de calcium.
CaCO3 → CaO + CO2
  • Il réagit avec l'eau saturée de dioxyde de carbone pour former le bicarbonate de calcium soluble.
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca (HCO3)2

La dernière de ces réactions est importante dans l'érosion du calcaire et d'autres roches carbonatées, formant des grottes, des stalactites et des stalagmites. De plus, cela conduit à la formation d'eau dure dans de nombreuses régions.

Le carbonate de calcium est utilisé principalement dans l'industrie de la construction. Par exemple, il peut être utilisé sous forme d'agrégats de calcaire pour la construction de routes, ou sous forme de marbre, un matériau de construction à part entière. De plus, le carbonate de calcium est un ingrédient du ciment et le matériau de départ pour la préparation de la chaux du constructeur en brûlant dans un four.

Ce composé est largement utilisé comme diluant dans les peintures, comme charge dans les plastiques et comme ingrédient dans les adhésifs et les produits d'étanchéité. Il a été un composant majeur de la craie pour tableau noir. Connu sous le nom de «merlan» dans les œuvres d'art en céramique, il est un ingrédient commun pour de nombreux émaux sous sa forme de poudre blanche. Récemment, il a été utilisé pour remplacer le kaolin dans la production de papier glacé.

Médicalement, le carbonate de calcium est largement utilisé comme supplément de calcium peu coûteux et antiacide. Il est également utilisé dans l'industrie pharmaceutique comme matériau de base pour les comprimés d'autres médicaments. C'est également un additif dans certains produits à base de lait de soja comme source de calcium alimentaire.

Oxyde de calcium

Oxyde de calcium (CaO) - communément appelé citron vert, chaux vive, ou chaux brûlée-est un solide cristallin blanc, caustique et alcalin. En tant que produit commercial, la chaux comprend souvent de l'oxyde de magnésium, de l'oxyde de silicium et de plus petites quantités d'oxyde d'aluminium et d'oxyde de fer. L'oxyde de calcium réagit vigoureusement avec l'eau pour produire de l'hydroxyde de calcium (Ca (OH)2).

L'oxyde de calcium est généralement fabriqué par la décomposition thermique de matériaux (tels que le calcaire) qui contiennent du carbonate de calcium. Dans ce processus, appelé calcination ou calcaire, le matériau est chauffé à environ 900 ° C, pour éliminer le dioxyde de carbone dans une réaction chimique non réversible (Scientifique américain). Cela semble avoir été l'une des premières réactions chimiques découvertes par la civilisation humaine.

Lorsque la chaux est mélangée avec du sable, elle durcit en un mortier et est transformée en plâtre par absorption de dioxyde de carbone. Mélangé avec d'autres composés, il forme une partie importante du ciment Portland. La chaux est également utilisée dans la production industrielle de métaux - y compris l'acier, le magnésium, l'aluminium - car elle aide à éliminer les impuretés sous forme de scories. Il est utilisé dans le traitement de l'eau et des eaux usées pour réduire l'acidité, adoucir l'eau et éliminer les phosphates et autres impuretés. Dans la fabrication du papier, il est utilisé pour dissoudre la lignine, blanchir et travailler comme coagulant. En agriculture, il contribue à l'amélioration des sols acides. Pour le contrôle de la pollution, il est utilisé dans les épurateurs de gaz pour désulfurer les gaz résiduaires et traiter de nombreux effluents liquides. C'est un agent réfractaire et déshydratant qui est utilisé pour purifier l'acide citrique, le glucose et les colorants. C'est un absorbeur de dioxyde de carbone. Il est également utilisé dans la poterie, le béton et les peintures. L'industrie alimentaire l'utilise parfois (en conjonction avec de l'eau) pour chauffer des articles comme les «repas prêts à manger» (EMR) et le café.

Hydroxyde de calcium

Hydroxyde de calcium (Ca (OH)2), connu comme chaux, est un cristal incolore ou une poudre blanche. Il est produit lorsque l'oxyde de calcium est "éteint" (hydraté) avec de l'eau. Il peut également être préparé en mélangeant des solutions aqueuses de chlorure de calcium et d'hydroxyde de sodium.

S'il est chauffé, l'hydroxyde de calcium se décompose en oxyde de calcium et en eau. Une suspension de fines particules d'hydroxyde de calcium dans l'eau, appelée eau citronnée (ou lait de chaux), est une base chimique de force moyenne qui réagit violemment avec les acides et attaque de nombreux métaux.

L'hydroxyde de calcium a des utilisations variées. Par exemple, il est utilisé comme ingrédient dans le badigeon, le mortier et le plâtre. C'est un réactif dans l'industrie du tannage, pour la neutralisation d'acide supplémentaire; dans l'industrie du raffinage du pétrole, pour la fabrication d'additifs aux huiles; dans l'industrie chimique, pour la fabrication de stéarate de calcium; dans l'industrie alimentaire, pour le traitement de l'eau pour les boissons. Dans la cuisine amérindienne et latino-américaine, le maïs cuit avec de l'hydroxyde de calcium (appelé «cal») devient du nixtamal, qui est considéré comme plus savoureux et plus facile à digérer. L'hydroxyde de calcium est également une charge utilisée dans la préparation de mélanges secs pour la peinture et la décoration; fabrication de mélanges pour pesticides; et la fabrication de plaquettes de frein.

Composés supplémentaires

Hydroxylapatite (Ca5(PO4)3(OH)) - un composé contenant des ions calcium, phosphate et hydroxyde - est la portion minérale des os et des dents humains et animaux. La portion minérale de certains coraux peut également être transformée en hydroxylapatite.

D'autres composés importants du calcium sont son nitrate, sulfure, chlorure, carbure, cyanamide et hypochlorite.

Santé et nutrition

Le calcium est le minéral le plus abondant dans le corps humain et est un élément important d'une alimentation saine. Il est essentiel à la croissance et au maintien normaux des os et des dents. De plus, il joue un rôle important dans la contraction musculaire, l'activation des ovocytes, la coagulation sanguine, la transmission de l'influx nerveux, la régulation du rythme cardiaque et l'équilibre des fluides dans les cellules. Les besoins en calcium doivent être satisfaits tout au long de la vie, mais les besoins sont plus importants pendant les périodes de croissance, comme l'enfance, pendant la grossesse et l'allaitement. la vitamine D est nécessaire pour absorber le calcium.

Une carence en calcium à long terme peut conduire à l'ostéoporose, dans laquelle l'os se détériore et il y a un risque accru de fractures. La rétention excessive, d'autre part, peut provoquer des calculs rénaux.

Le lait, le yogourt, le fromage et d'autres produits laitiers sont une source principale de calcium et sont également enrichis en vitamine D. Les besoins en calcium peuvent être satisfaits en consommant au moins trois ou quatre portions de produits laitiers par jour. Il convient de noter que certains produits laitiers, tels que le fromage à pâte dure et le lait entier, contiennent des quantités importantes de graisses saturées, qui peuvent contribuer aux maladies cardiovasculaires. Par conséquent, un régime composé de produits laitiers faibles en gras doit être envisagé. L'apport quotidien recommandé en calcium varie de 1 000 à 1 500 milligrammes (mg), selon le stade de vie de la personne.

Certaines personnes sont allergiques aux produits laitiers et encore plus de personnes, en particulier celles d'origine non européenne, sont intolérantes au lactose, ce qui les empêche de consommer des produits laitiers. Heureusement, il existe de nombreuses autres bonnes sources de calcium. Ceux-ci comprennent: les algues comme le varech, le wakame et le hijiki; noix et graines, y compris amandes et sésame; des haricots; fruits de mer, comme les huîtres et les crevettes; poisson à os doux; amarante; blé complet; les feuilles de chou vert; gombo; rutabaga; et le brocoli. De plus, plusieurs produits sont enrichis en calcium, notamment le lait de soja, le lait de riz, le jus d'orange et le pain.

Compléments alimentaires de calcium

Aux États-Unis, entre 50 et 75% des adultes ne consomment pas suffisamment de calcium dans leur alimentation.1 Pour cette raison, les individus peuvent envisager de prendre des suppléments alimentaires de calcium.

  • Le carbonate de calcium est le supplément de calcium le plus courant et le moins cher. Il peut être difficile à digérer et provoque des gaz chez certaines personnes. Prendre du magnésium peut aider à prévenir la constipation. Le carbonate de calcium est composé à 40% de calcium élémentaire, ce qui signifie que 1 000 mg fourniront 400 mg de calcium. La prise de ce supplément avec de la nourriture peut aider à l'absorption.
  • Le citrate de calcium est plus facilement absorbé (la biodisponibilité est 2,5 fois plus élevée que le carbonate de calcium), plus facile à digérer et moins susceptible de provoquer de la constipation et des gaz que le carbonate de calcium. Il présente également un risque moindre de contribuer à la formation de calculs rénaux. Le citrate de calcium est composé à 21% de calcium élémentaire, ce qui signifie que 1 000 mg fourniront 210 mg de calcium. Il est plus cher que le carbonate de calcium et il faut en prendre plus pour obtenir la même quantité de calcium.
  • Le phosphate de calcium coûte plus cher que le carbonate de calcium, mais moins que le citrate de calcium. Il est facilement absorbé et est moins susceptible de provoquer de la constipation et des gaz que l'un ou l'autre.
  • Le lactate de calcium et l'aspartate de calcium sont plus faciles à digérer mais plus chers que le carbonate de calcium.

Il existe des recommandations contradictoires sur le moment de prendre des suppléments de calcium. Cependant, la plupart des experts conviennent qu'il ne faut pas prendre plus de 500 mg à la fois - tout excès sera gaspillé. Il est recommandé d'étaler les doses tout au long de la journée, la dernière dose étant proche du coucher.

Voir également

Remarques

  1. ↑ «Fiche d'information sur les compléments alimentaires: calcium», consulté le 23 mars 2006.

Les références

  • Barefoot, Robert R. et Carl J. Reich, M.D.2002. Le facteur calcium: le secret scientifique de la santé et de la jeunesse. 6e éd. Wickenburg, AZ: Deonna Enterprises Pub. ISBN 0963370324.
  • Chang, Raymond. 2006. Chimie. 9e éd. New York: McGraw-Hill Science / Engineering / Math. ISBN 0073221031.
  • Donatelle, Rebecca J. 2005. Santé, les bases. 6e éd. San Francisco: Pearson Education. ISBN 0805328521.
  • Mayer, Mark. 2006. Calcification: le facteur de vieillissement. Lulu.com. ISBN 184728633X.

Liens externes

Tous les liens ont été récupérés le 23 décembre 2016.

Voir la vidéo: Ça vous change la vie - Les bienfaits du Calcium (Septembre 2020).

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