Calcio   20 Ca                                                                                                                                                                                                                                                                                   potassio ← calcio → scandio Aspetto Bianco argenteo (calcio in atmosfera di argon) Linea spettrale Generalità Nome, simbolo, numero atomico calcio, Ca, 20 Serie metalli alcalino terrosi Gruppo, periodo, blocco 2 (IIA), 4, s Densità, durezza 1550 kg/m³, 1,75 Configurazione elettronica Proprietà atomiche Peso atomico 40,078 amu Raggio atomico (calc.) 180 (194) pm Raggio covalente 174 pm Raggio di van der Waals n. d. Configurazione elettronica Ar4s2 e− per livello energetico 2, 8, 8, 2 Stati di ossidazione 2 (base forte) Struttura cristallina cubica a facce centrate Proprietà fisiche Stato della materia solido (paramagnetico) Punto di fusione 1115 K (842 °C) Punto di ebollizione 1757 K (1484 °C) Volume molare 26,20 · 10-6  m³/mol Entalpia di vaporizzazione 153,6 kJ/mol Calore di fusione 8,54 kJ/mol Tensione di vapore 254 Pa a 1112 K Velocità del suono 3810 m/s a 293,15 K Altre proprietà Numero CAS 7440-70-2 Elettronegatività 1,00 (scala di Pauling) Calore specifico 632 J/(kg·K) Conducibilità elettrica 29,8 · 106 /(m·Ω) Conducibilità termica 201 W/(m·K) Energia di prima ionizzazione 589,8 kJ/mol Energia di seconda ionizzazione 1145,4 kJ/mol Energia di terza ionizzazione 4912,4 kJ/mol Isotopi più stabili iso NA TD DM DE DP 40Ca 96,941% Ca è stabile con 20 neutroni 41Ca sintetico 103 000 anni ε 0,421 41K 42Ca 0,647% Ca è stabile con 22 neutroni 43Ca 0,135% Ca è stabile con 23 neutroni 44Ca 2,086% Ca è stabile con 24 neutroni 46Ca 0,004% Ca è stabile con 26 neutroni 48Ca 0,187% 4,2 · 1019  anni ββ− 4,272 48Ti 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. Indice 1 Caratteristiche 2 Applicazioni 2.1 Alimentazione 2.2 Altri usi del calcio 3 Storia 4 Abbondanza 5 Composti 6 Isotopi 7 Ruolo del calcio negli organismi biologici 7.1 Regolazione dei livelli intracellulari di calcio 7.1.1 Meccanismi che regolano l'ingresso del calcio 7.1.1.1 Canali del calcio attivati dal voltaggio 7.1.1.2 Canali attivati da ligandi 7.1.1.3 Canali del calcio regolati dall'accumulo 7.1.2 Meccanismi di estrusione del calcio 7.1.3 Meccanismi di rilascio del calcio 8 Precauzioni 9 Bibliografia 10 Voci correlate 11 Altri progetti 12 Collegamenti esterni 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 modifica Alimentazione 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. Nel nostro organismo è presente circa un chilo di calcio, di cui il 99% è fissato nelle ossa ed il resto circola libero nel sangue. La vitamina D è necessaria all'organismo per assorbire il calcio dagli alimenti. modifica 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 La calce (dal Latino calx, 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. Altri composti: idrogenofosfato di calcio tioglicolato di calcio triidrato 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. modifica Ruolo del calcio negli organismi biologici Il calcio viene assunto principalmente con la dieta, ma solo in parte viene assorbito dall'intestino (circa il 30%) mentre il resto viene eliminato con le feci. Un importante ruolo svolge il PTH (paratormone) che a livello dei tubuli renali permette il riassorbimento degli ioni Ca e a livello osseo favorisce il rilascio di Ca da parte degli osteoclasti, inoltre favorisce la attivazione della Vitamina D che permette un maggiore assorbimento a livello intestinale. In caso di osteoporosi si verifica un eccesso di rilascio di calcio dallo scheletro per effetto degli osteoclasti rispetto a quello depositato nel tessuto osseo neoformato dagli osteoblasti, spesso associandosi anche un insufficiente assorbimento intestinale del calcio. Nelle piante regola la chiusura degli stomi agendo sui canali del K. Il calcio è il quarto fattore di coagulazione del sangue. modifica Regolazione dei livelli intracellulari di calcio L'azione di alcuni farmaci e di numerosi eventi fisiologici (rilascio del neurotrasmettitore nelle sinapsi; contrazione muscolare, ecc.) si sviluppa attraverso la modificazione diretta o indiretta delle concentrazioni intracellulari del calcio (Ca2+). In una cellula quiescente, la maggior parte di Ca2+ si trova sequestrata negli organelli, principalmente nel reticolo endoplasmatico e nei mitocondri, e il calcio intracellulare viene mantenuto a concentrazioni molto basse, circa 10−7 mol · L−1. La concentrazione di Ca2+ extracellulare è circa 2,4 mmol · L−1. Questa diversità di concentrazioni crea un forte gradiente che favorisce l'ingresso di Ca2+ nelle cellule. La concentrazione di calcio intracellulare viene mantenuta bassa dall'attività di meccanismi di trasposrto attivo che estrudono Ca2+ attraverso la membrana cellulare, e lo pompano nel reticolo endoplasmatico, e dalla permeabilità normalmente bassa al Ca2+ della membrana plasmatica e dell'ER. La regolazione di calcio intracellulare coinvolge tre meccanismi principali: controllo dell'ingresso di Ca2+ controllo dell'estrusione di Ca2+ scambio di Ca2+ tra il citosol e i siti di accumulo intracellulare Siccome quantità eccessive di calcio intracellulare attivano una cascata enzimatica che distrugge il citoscheletro portando alla morte della cellula, concentrazioni elevate di calcio sono subito tamponate dalla cellula mediante la sintesi di sostanze chelanti (come l'EDTA) modifica Meccanismi che regolano l'ingresso del calcio Ci sono quattro principali vie utilizzate dal Ca2+ per entrare nelle cellule attraverso la membrana plasmatica: canali del calcio voltaggio-dipendenti canali del calcio operati da ligandi pompa Na+ / Ca2+ canali del calcio operati dal calcio accumulato (SOC) modifica Canali del calcio attivati dal voltaggio I canali del calcio voltaggio-attivati consentono l'ingresso di una notevole quantità di Ca2+ nelle cellule in seguito a depolarizzazione della membrana. Questi canali voltaggio-attivati sono altamente selettivi per Ca2+ e non permettono il passaggio di Na+ o K+; nelle cellule eccitabili sono anche ubiquitari e permettono a Ca2+ di entrare nella cellula quando questa viene depolarizzata come nel caso del potenziale d'azione. Tra i canali al Ca voltaggio dipendenti si individuano i canali LVA (low voltage activate) che si attivano a voltaggi negativi (intorno a −50 mV) e danno origine a una corrente transiente di bassa intensità, venendo perciò definiti canali al calcio di tipo T: "dall'inglese Tiny and Transient".Sono presenti altri canali voltaggio dipendenti, i quali si attivano a potenziali più positivi (da −30 mV a valori più positivi) e vengono perciò definiti HVA (high voltage activate). Quest'ultimi danno origine a correnti ampie e durevoli qualche centinaio di millisecondi, venendo anche denominati canali al Ca di tipo L "large and long". A parte un gruppo storico di "calcio-antagonisti" (verapamil, diltiazem), sono pochi i farmaci utilizzati a livello clinico in grado di influenzare direttamente questi canali; molti farmaci agiscono indirettamente su di essi mediante l'interazione di invece altri canali sempre al calcio che si attivano a potenziali più positivi (da −30 mV in su) erecettori accoppiati a proteine G. modifica Canali attivati da ligandi La maggior parte di canali cationici attivati da ligandi e sensibili a neurotrasmettitori eccitatori è relativamente non selettiva permettendo il passaggio sia di Ca2+ sia di altri cationi. Il più importante tra questi è il recettore del glutammato del tipo N-metil-D-aspartato (NMDA) il cui canale è particolarmente permeabile a Ca2+ e rappresentail meccanismo più importante per la captazione di Ca2+ da parte dei neuroni postsinaptici nel sistema nervoso centrale. L'attivazone di questo recettore può causare un tale e rapido ingresso di Ca2+ da portare le cellule alla morte, principalmente mediante l'attivazione di proteasi calcio-dipendenti, ma anche attraverso l'attivazione dell'apoptosi. Questo meccanismo, definito eccitotossicità, è probabilmente coinvolto in varie malattie neurodegenerative. modifica Canali del calcio regolati dall'accumulo I SOC sono canali della membrana cellulare, che si aprono permettendo l'ingresso di Ca2+ quando i depositi di Ca2+ di ER sono stati depletati. Analogamente ai canali di ER e SR, questi canali possono amplificare l'aumento citosolico di Ca2+, che deriva inizialmente dal rilascio dai depositi. modifica Meccanismi di estrusione del calcio L'estrusione del calcio attraverso la membrana plasmatica o il suo accumulo nel reticolo endoplasmatico è mediata da trasporto attivo e dipende dall'attività di una ATPasi Ca2+-dipendente simile alla Na+-K+ ATPasi che pompa Na+ fuori dalla cellula scambiandolo con K+ Il calcio viene estruso dalla cellula anche attraverso lo scambio con Na+ attraverso lo scambio Na+ − Ca2+. Lo scambiatore trasferisce 3 Na+ verso l'interno per un Ca2+ che esce, e quindi produce una netta corrente iperpolarizzante quando Ca2+ viene estruso. modifica Meccanismi di rilascio del calcio Esistono due principali tipi di canali del calcio nelle membrane dell'ER e dell'SR, che svolgono un ruolo importante nel controllo del rilascio di Ca2+ da questi siti di accumulo. Il recettore dell'inositolo trifosfato (IP3R). Questo recettore viene attivato da IP3, un secondo messaggero prodotto dall'interazione di vari ligandi con i loro recettori specifici accoppiati a proteine G. IP3R costituisce il principale meccanismo attraverso cui i recettori accoppiati a proteine G producono l'aumento di calcio intracellulare. Il recettore della rianodina (RyR) ricopre un ruolo particolarmente importante nel muscolo scheletrico, dove i RyR del reticolo sarcoplasmatico sono accoppiati ai recettori delle diidropiridine localizzate nei tubuli a T. Questo accoppiamento determina un rilascio di Ca2+ in seguito al potenziale d'azione della fibra muscolare. Sia i IP3R sia i RyR sono sensibili al Ca2+ e si aprono più velocemente all'aumentare del calcio intracellulare. Questo fenomeno suggerisce che il rilascio di Ca2+ tende ad essere un fenomeno rigenerativo, poiché un iniziale aumento di Ca2+promuove il rilascio di un altro Ca2+ da SR. La sensibilità dei RyR a Ca2+ viene aumentata dalla caffeina. modifica Precauzioni Simboli di rischio chimico frasi R: R 15 frasi S: S 2-8-24/25-43 Le sostanze chimiche vanno manipolate con cautela Avvertenze Il calcio in polvere risulta essere infiammabile. Un'assunzione quantitativa molto elevata può provocare ipercalcemia e/o ipercalciuria. L'ipercalcemia (eccesso di calcio nel sangue) può provocare disturbi del ritmo cardiaco e sintomi neurologici. L'ipercalciuria (eccesso di calcio nelle urine) può causare precipitazione di sali di calcio (ossalato o fosfato di calcio) nel parenchima renale o formazione di calcoli nelle vie escretrici. Da ciò la possibilità di insufficienza renale e/o di coliche renali. modifica Bibliografia Francesco Borgese, Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico, Roma, CISU, 1993. ISBN 88-7975-077-1 R. Barbucci, A. Sabatini, P. Dapporto, Tavola periodica e proprietà degli elementi, Firenze, Edizioni V. Morelli, 1998. ISBN 88-1020-000-0 modifica Voci correlate Calcemia Calciuria Levulinato di calcio modifica Altri progetti Commons Wikizionario Wikimedia Commons contiene file multimediali su Calcio (elemento) Wikizionario contiene la voce di dizionario «calcio» modifica Collegamenti esterni WebElements.com – Calcio EnvironmentalChemistry.com – Calcio v · d · m Tavola periodica degli elementi H                                                             He Li Be   B C N O F Ne Na Mg   Al Si P S Cl Ar K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo Uue Ubn Unbibidi Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto Ute Uqn Superattinidi Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt v · d · m Coagulazione del sangue Fattori della coagulazione Fibrinogeno · Fibrina (I) · Protrombina · Trombina (II) · Fattore tissutale (III) · Calcio (IV) · Proaccelerina (V) · Accelerina (VI) · Proconvertina (VII) · Fattore antiemofilico A (VIII) · Fattore natale (IX) · Fattore di potenza di Stuart (X) · PTA (XI) · Fattore di Hageman (XII) · Fibrinasi (XIII) · HMWK · vWF Inibitori Antitrombina · Proteina C · Proteina S · Proteina Z · Eparina · TFPI Fibrinolisi Plasmina · tPA/urochinasi · PAI-1/2 · α2-AP · TAFI Portale Chimica: Il portale della scienza della composizione, delle proprietà e delle trasformazioni della materia