Calcio


Símbolo: Ca
Clasificación: Metal alcalinotérreo Grupo 2
Número Atómico: 20
Masa Atómica: 40,078
Número de protones/electrones:20
Número de neutrones (Isótopo 40-Ca): 20
Estructura electrónica: [Ar] 4s2
Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 8, 2
Números de oxidación: +2
Electronegatividad: 1,00
Energía de ionización (kJ.mol-1): 590
Afinidad electrónica (kJ.mol-1): -29
Radio atómico (pm): 197
Radio iónico (pm) (carga del ion): 100(+2)

Entalpía de fusión (kJ.mol-1): 9,33
Entalpía de vaporización (kJ.mol-1): 149,95
Punto de Fusión (ºC): 842
Punto de Ebullición (ºC): 1484
Densidad (kg/m3): 1550; (20 ºC)
Volumen atómico (cm3/mol): 25,86
Estructura cristalina: Cúbica
Color: Plateado
Propiedades comparadas



Isótopos: Seis isótopos naturales: 40-Ca (96,941%), 42-Ca (0,647%), 43-Ca (0,135%), 44-Ca (2,086%), 46-Ca (0,004%) y 48-Ca (6x1018 años, 0,187%). Tiene dieciocho inestables cuyo período de semidesintegración oscila entre 50 milisegundos (35-Ca) y 1,03x105 años (41-Ca).
Descubierto en: 1808
Descubierto por: Davy, Berzelius y Pontin.
Fuentes: Caliza (CaCO3), dolomita (CaMg(CO3)2), yeso (CaSO4.2H2O), fluorita (CaF2).
Usos: Como reductor en la obtención de metales poco frecuentes, como torio, uranio, vanadio y circonio,...... Metalotermia de lantánidos. Desoxidante, desulfurizante, descarburizante de aleaciones férricas y no férricas. Aleaciones con aluminio, berilio, cobre, plomo y magnesio. Cementos y yesos.
Curiosidades sobre el elemento: Los romanos ya usaban la cal en sus morteros de construcción. El metal no fue descubierto hasta 1808 en que Berzelius y Pontin prepararon amalgama de calcio por electrólisis de la cal en mercurio. Enterado Davy, preparó el metal impuro.
Es el quinto elemento en la escala de abundancia (4,15% en peso) sobre la corteza y el tercero de los metales. Abunda en el agua del mar (412 mg/L). Nunca se encuentra aislado. Entre los minerales que lo contienen destacan: piedra caliza, yeso, fluorita o espato flúor, apatito (fluorofosfato o clorofosfato de calcio: Ca5(PO4)3F o Ca5(PO4)3Cl), anhidrita (CaSO4), diópsida (piroxeno) (CaMgSi2O6), wollastonita (CaSiO3),.....
Actualmente se obtiene por reducción aluminotérmica de la cal: una mezcla de CaO pulverizada y aluminio en polvo se comprime en frío para aglomerarlo y se calienta a 1200ºC a alto vacío; el vapor de calcio se recoge. El otro método empleado es la electrólisis de CaCl2 fundido: a la sal se añaden como fundentes CaF2 y KCl (para bajar el punto de fusión) y se calienta a 790ºC; como ánodo se utilizan placas de cobre y el cátodo es una varilla de hierro que toca la superficie del fundido.
El metal es plateado, ligero, bastante duro (como el plomo). Tiene las propiedades típicas de los alcalinotérreos: es estable al aire seco, formando fácilmente una capa blanca de nitruro en el aire, arde con llama rojo-amarillenta formando, en parte, nitruro. Reacciona con el agua (fría) o el aire húmedo desprendiendo hidrógeno. Se disuelve en amoníaco y en la mayoría de los ácidos.
Se usa como reductor en la obtención de otros metales: torio, uranio, circonio, etc., como desoxidante, desulfurizante, descarburizante de varias aleaciones. Se alea con aluminio, berilio, cobre, plomo y magnesio y sirve para eliminar gases residuales en tubos de vacío.
Presenta tres modificaciones: a-Ca (cúbica centrada en las caras) que pasa a b-Ca (cúbica centrada en el cuerpo) a 300 ºC; la forma b-Ca se transforma en g-Ca (hexagonal) a 450ºC.
Los compuestos de calcio, tanto naturales como sintéticos, son muy utilizados. La cal (CaO) obtenida en grandes cantidades en todo el mundo calentando caliza, se transforma en cal apagada [Ca(OH)2] al añadirle agua, que es una base barata con incontables usos, entre los que destaca: mezclada con arena constituye el mortero que fragua separándose el exceso de agua y el Ca(OH)2 reacciona con el CO2 formando CaCO3 con lo que se endurece. El cemento se obtiene calcinando a 1400ºC caliza y arcilla molidas (y otros materiales: escorias de fundición de hierro, etc.); está formado, básicamente, por SiO2, CaO, Al2O3, y Fe2O3 en proporciones variables. La cal se utiliza, además, en metalurgia (hierro,...), como base para ajustar el pH del suelo y del agua,...
El carbonato de calcio se presenta en la naturaleza en tres modificaciones: calcita (hexagonal), aragonito (rómbica) y vaterita (artificial, rómbica). La caliza, el mármol (frecuentemente coloreado por impurezas, muchas veces cationes de hierro) y la creta están formados por cristales de calcita. El carbonato es insoluble en agua; sin embargo, si ésta contiene CO2 (u otro ácido) se disuelve y produce las grutas con estalactitas y estalagmitas y los paisajes cársticos en terrenos calizos.
El sulfato de calcio (anhidrita) (romboédrico) es insoluble en agua. Su forma hidratada (CaSO4.2H2O) es el yeso que está muy extendido en la naturaleza. El yeso se calcina para que pierda agua y se muele. Se emplea en construcción, pues al añadir agua se forman cristales de dihidrato que se entrecruzan y sueldan. También se emplea en la producción de ácido sulfúrico.
Otros compuestos importantes son: el carburo (CaC2) empleado en la fabricación de acetileno, cianamida y desazufrado del acero; la cianamida [Ca(CN)2] es un fertilizante nitrogenado, que también se emplea en desulfuración y en síntesis orgánica (urea, guanidina); cloruro, muy higroscópico, empleado en mezclas frigoríficas, desecante, aglomerante de arena, aditivo de cemento, síntesis de calcio; nitrato empleado como abono.
Elemento fundamental para tener dientes, huesos, hojas, caparazones sanos: en humanos adultos hay aproximadamente un kilogramo de calcio, principalmente como fosfato (huesos) e hidroxiapatito (Ca5(PO4)3OH, esmalte de los dientes). El hidroxiapatito es atacado por los ácidos carboxílicos producidos por las bacterias que descomponen los restos de comida; sustituyendo los OH- por F- se obtiene fluoroapatito, que es más resistente, para ello se añade al agua NaF y se usan dentífricos con SnF2 o Na2FPO3. Es importante la concentración de iones Ca2+ en las células. Papel importante en coagulación de la sangre y en la contracción muscular.
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©Antonio Jiménez