Calcium

Calcium
Potassium ← Calcium → Scandium Mg   20 Ca                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               ↑ Ca ↓ Sr Table complète • Table étendue
Informations générales
Nom, symbole, numéro	Calcium, Ca, 20
Série chimique	Métal alcalino-terreux
Groupe, période, bloc	2 (IIA), 4, s
Masse volumique	1,54 g·cm-3 (20 °C)[1]
Dureté	1,75
Couleur	Argenté métallique
No CAS	7440-70-2 [2]
No EINECS	231-179-5
Propriétés atomiques
Masse atomique	40,078 ± 0,004 u [1]
Rayon atomique (calc)	180 pm (194 pm)
Rayon de covalence	1,76 ± 0,10 Å [3]
Rayon de van der Waals	197,3 pm
Configuration électronique	[Ar] 4s2
Électrons par niveau d’énergie	2, 8, 8, 2
État(s) d’oxydation	2
Oxyde	base
Structure cristalline	Cubique faces centrées
Propriétés physiques
État ordinaire	Solide (paramagnétique)
Point de fusion	842 °C [1]
Point d’ébullition	1 484 °C [1]
Énergie de fusion	8,54 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation	153,6 kJ·mol-1
Volume molaire	26,20×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur	254 Pa à 838,85 °C
Vitesse du son	3 810 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling)	1,00
Chaleur massique	632 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique	29,8×106 S·m-1
Conductivité thermique	201 W·m-1·K-1
Énergies d’ionisation[4]
1re : 6,11316 eV	2e : 11,87172 eV
3e : 50,9131 eV	4e : 67,27 eV
5e : 84,50 eV	6e : 108,78 eV
7e : 127,2 eV	8e : 147,24 eV
9e : 188,54 eV	10e : 211,275 eV
11e : 591,9 eV	12e : 657,2 eV
13e : 726,6 eV	14e : 817,6 eV
15e : 894,5 eV	16e : 974 eV
17e : 1 087 eV	18e : 1 157,8 eV
19e : 5 128,8 eV	20e : 5 469,864 eV
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD MeV 40Ca 96,941 % stable avec 20 neutrons 41Ca {syn.} 103 000 a ε 0,421 41K 42Ca 0,647 % stable avec 22 neutrons 43Ca 0,135 % stable avec 23 neutrons 44Ca 2,086 % stable avec 24 neutrons 46Ca 0,004 % >0,4×1016 a 2β- 48Ca 0,187 % 4,3×1019 a 2β- 4,272 48Ti
Précautions
Directive 67/548/EEC[5]
F
Symboles : F : Facilement inflammable Phrases R : R15 : Au contact de l’eau, dégage des gaz extrêmement inflammables. Phrases S : (S2) : Conserver hors de portée des enfants. S8 : Conserver le récipient à l’abri de l’humidité. S43 : En cas d’incendie, utiliser … (moyens d’extinction à préciser par le fabricant. Si l’eau augmente les risques, ajouter : « Ne jamais utiliser d’eau »). S24/25 : Éviter le contact avec la peau et les yeux.
Phrases R : 15,
Phrases S : (2), 8, 24/25, 43,
Transport[5]
423    1401    Code Kemler : 423 : matière solide réagissant avec l'eau en dégageant des gaz inflammables Numéro ONU : 1401 : CALCIUM Classe : 4.3 Étiquette : 4.3 : Matières qui, au contact de l'eau, dégagent des gaz inflammables Emballage : Groupe d'emballage II : matières moyennement dangereuses;
NFPA 704
1 3 2 W
SIMDUT[6]
B6, E, B6 : Matière réactive inflammable dégage un gaz inflammable au contact de l'eau : hydrogène E : Matière corrosive forme au contact de l'eau une substance corrosive : hydroxyde de calcium Divulgation à 1,0% selon les critères de classification
SGH[7],[8]
Danger H261, P231, P232, P422, H261 : Dégage, au contact de l'eau, des gaz inflammables P231 : Manipuler sous gaz inerte. P232 : Protéger de l’humidité. P422 : Stocker le contenu sous ...
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Calcium protégé sous atmosphère d'argon.

Le calcium est un élément chimique, de symbole Ca et de numéro atomique 20.

C'est un métal alcalino-terreux gris et mou qui ne se trouve jamais à l'état de corps pur dans la nature. Il est le cinquième élément le plus abondant de la croûte terrestre (plus de 3 %) et est essentiel pour la matière organique : formation des os, des dents et des coquilles. Le calcium joue également un rôle très important en physiologie cellulaire.

Histoire du calcium

La chaux était déjà préparée par les Romains dès le premier siècle, mais ce n'est qu'en 1808 que le calcium fut découvert. En apprenant que Jöns Jacob Berzelius et Magnus Martin Pontin avaient préparé un amalgame de calcium par électrolyse de la chaux dans du mercure, Sir Humphry Davy fut capable d'isoler le métal impur. Vient du latin calx (qui signifie chaux).

Caractéristiques notables

Le calcium peut être produit par électrolyse du fluorure de calcium mais plus couramment par réduction sous vide de la chaux (CaO) par de la poudre d'aluminium.

Il brûle avec une flamme jaune-rouge ; exposé à l'air sec il forme une couche protectrice blanche d'oxyde et de nitrure. Il réagit violemment avec l'eau dont il déplace l'hydrogène et forme alors de l'hydroxyde de calcium Ca(OH)₂.

Applications physiques du calcium métal

• agent réducteur dans l'extraction d'autres métaux tels que l'uranium, le zirconium, et le thorium ;
• désoxydant, désulfurant ou décarburant pour différents alliages ferreux et non-ferreux ;
• utilisé, parfois en association avec le magnésium, pour éliminer le bismuth du plomb (débismuthage) ;
• agent d'alliage utilisé dans la production d'alliages de l'aluminium, du béryllium, du cuivre, du plomb et du magnésium.

Composés

• carbonate de calcium CaCO₃, très répandu dans la nature, car c'est le composant de base des roches calcaires ; c'est par calcination du calcaire que l'on obtient la chaux vive ; voir aussi : calcite, aragonite ;
• oxyde de calcium CaO (chaux vive) et hydroxyde de calcium Ca(OH)₂ (chaux éteinte) ;
• aluminate de calcium (Al₂O₃,3CaO) : un des composants du clinker, et utilisé pour la confection de mortiers réfractaires ;
• carbure de calcium CaC₂ (communément appelé carbure; son hydrolyse produit de l'acétylène) ;
• halogénures de calcium :
  • chlorure de calcium CaCl₂ parfois utilisé comme sel de déneigement en remplacement du chlorure de sodium ;
  • fluorure de calcium CaF₂ (fluorine) ;
  • iodure de calcium CaI₂ ;
  • bromure de calcium CaBr₂ ;
• nitrure de calcium Ca₃N₂ ;
• peroxyde de calcium CaO₂ ;
• phosphure de calcium Ca₃P₂ (son hydrolyse génère de la phosphine PH₃) ;
• sulfure de calcium CaS; 
• phosphate de calcium Ca₃(PO₄)₂ ;
• silico-calcium (alliage calcium-silicium), utilisé en sidérurgie ;
• hypochlorite de calcium Ca(ClO)₂ ;
• anhydrite sulfate de calcium anhydre CaSO₄, déhydratant
• bassanite sulfate de calcium semi-hydraté 2CaSO₄ H₂O principal constituant de la poudre à plâtre avant usage.
• gypse sulfate de calcium hydraté CaSO₄ 2H₂O, principal constituant du plâtre après durcissement.

Dans l'alimentation

Le calcium est de loin le métal le plus abondant dans le corps. Il est majoritairement entreposé dans les os, dont il fait partie intégrante. Il contribue à la formation de ces derniers, ainsi qu'à celle des dents, et au maintien de leur santé. Le calcium joue aussi un rôle essentiel dans la coagulation sanguine, le maintien de la pression sanguine et la contraction des muscles, dont le cœur.

Importance physiologique

Le calcium est un composant important d'un régime sain. Contrairement à ce que l’on croit, ce ne sont pas les produits laitiers qui représentent la meilleure source de calcium, car la proportion calcium/phosphore n’y est pas bonne. Le lait contient en effet trop de phosphore, ce qui peut entraîner une calcification insuffisante. Le corps a besoin de magnésium, de silicium, de vitamines A, C et D, de protéines et de phosphore pour bien l’assimiler.

Le calcium intervient dans la formation des os et des dents ; son déficit va donc les affecter (ostéoporose, problèmes de croissance). Son excès provoque l'apparition de calculs rénaux. De plus, il intervient dans les échanges cellulaires et est, de ce fait, vital. Son taux sanguin (calcémie) est extrêmement régulé, pour éviter des variations fatales à l'organisme. Les hormones impliquées dans cette régulation sont la parathormone et la calcitonine, bien que le rôle « hormonal » de la calcitonine soit discuté étant donné que son augmentation n'entraîne pas de modification sur le métabolisme phospho calcique. Il serait plus juste de considérer la parathormone et le calcitriol (dérivé de la vitamine D) comme les deux principales hormones du métabolisme phospho calcique. Voir aussi métabolisme du calcium. Le calcium sert aussi à réguler le pH corporel, il est relargué des os lorsqu'il y a une acidification du milieu interne provoquée par une consommation de produit acidifiant (protéines, laits…) et une faible consommation de végétaux qui ont un effet alcalinisant.

Le risque de cancer du côlon semble diminué par un régime riche en calcium. La majorité des études épidémiologiques indiquent que les gens dont l'alimentation contient le plus de calcium ont moins fréquemment un cancer colorectal. Plus de 25 publications scientifiques montrent que le calcium diminue la cancérogenèse colique chez les rongeurs^[9]. Enfin, trois essais cliniques contrôlés montrent que la prise d'un supplément de carbonate de calcium (1-2 g/j) diminue la récurrence des polypes de 15 à 30 % chez des volontaires^[9] : Il semble donc que le calcium prévienne le cancer colorectal.

Présence dans les aliments

Le calcium est présent dans plusieurs aliments de consommation courante.

Les produits laitiers constituent la principale source de calcium alimentaire (plus des deux tiers des aliments consommés) des pays occidentaux. Le calcium y est présent sous une forme permettant une bonne absorption intestinale (de l'ordre de 30 %) et n'augmentant pas l'excrétion urinaire, permettant finalement une bonne biodisponibilité. Les produits très riches en calcium et en phosphore produits laitiers entrainent une hypercalcémie et hyperphosphatémie temporaires, avec une inhibition de la synthèse de vitamine D.

D'autres aliments contiennent du calcium : eau du robinet, amandes, pistaches, dattes, persil, figues, cresson, cacao, pissenlit, oranges, haricots secs, jaune d'œuf, graines de sésame, Tahini, brocoli, choux, épinard (les légumes à feuilles vertes en général), certains poissons…

Le calcium mineral, comme celui de l'eau n'est pas assimilable par l'organisme.

Selon certains, le calcium d'origine végétale est parfois moins absorbable car il peut être en partie insolubilisé de façon irréversible sous forme de phytates (soja) ou d'oxalates (épinard, cacao) dans les quelques aliments qui en contiennent. Ainsi l'absorbabilité du calcium de l'épinard ne dépasserait pas 5 %.^{[réf. nécessaire]}

Selon d'autres sources^{[10],[11],[12]}, le calcium du lait n'est absorbé qu'à 30%.

Pour l'évaluation de la biodisponibilité réelle, il faut aussi tenir compte des facteurs alimentaires qui influencent la perte urinaire du calcium absorbé. Ainsi, l'absorption simultanée de phosphore diminue l'excrétion urinaire de calcium. À l'opposé, les composants « acidogènes » du régime, comme les sulfates (en particulier dans les eaux minérales sulfatées calciques), augmentent la calciurie.

Enfin, la fixation du calcium absorbé dans le tissu osseux (prévenant l'ostéoporose) dépend de nombreux autres facteurs, en particulier hormonaux (voir ci-dessus).

Les apports journaliers recommandés sont de 900 mg par jour chez l'adulte^[13] qui consomme une alimentation occidentale.

Selon l'OMS^[14], un besoin de calcium beaucoup plus bas (500 mg/jour) est observé chez les personnes ayant une alimentation beaucoup plus végétarienne, qui s'exposent suffisamment au soleil (vitamine D) et qui ont une activité physique non sédentaire. En effet, l'ingestion d'acide aminés soufrés (comme la Méthionine) en grandes quantités augmenterait la déperdition de calcium dans les urines. Ces acides aminés soufrés se trouvent en grande quantité dans les viandes, les poissons, les oeufs, les charcuteries.

En tant que médicament

L'absorption de calcium sous forme de comprimés permet d'augmenter son apport journalier si ce dernier n'est pas optimal. Il est parfois associé à la prise de vitamine D. Il semble être efficace dans le traitement préventif de l'ostéoporose de la personne âgée, en diminuant le taux de fractures ainsi que les indices de déminéralisation osseuse^[15]. L'effet secondaire le plus noté reste une constipation^[16]. Le syndrome des buveurs de lait, dans sa forme moderne, est dû principalement à la consommation de carbonate de calcium : c'est la troisième cause d'hypercalcémie et la seconde cause d'hypercalcémie sévère^[17]. Cette supplémentation pourrait être associée avec un risque majoré de maladies cardio-vasculaires^[18],[19], même si cette donnée reste discutée^[20]. Mais les médicaments destinés à l'ostéoporose servent aussi a soigner les maladies telles que l'anorexie ou boulimie afin de subvenir au manque de nutriments équilibrés dans le corps dus à l'absence de ceux-ci du fait des problèmes que cela engendre.

Production industrielle

Le calcium est produit par aluminothermie de la chaux, c’est-à-dire une réaction d'oxydo-réduction où la chaux − l’oxyde de calcium CaO − est réduite par l'aluminium dans des fours où l'on établit le vide.

De façon simplifiée :

On introduit dans le four des pastilles formées à partir d'un mélange de chaux et de poudre d'aluminium. Le four est chauffé électriquement ou à l'aide d'un combustible fossile. Le calcium formé au cours de la réaction se dégage sous forme de vapeur, et l'on dispose (dans le circuit d'aspiration établissant le vide dans le four) un condenseur où il vient se déposer. Le résidu de la réaction est de l'aluminate de calcium (combinaison d'alumine et de chaux).

Notes et références

Voir aussi

Articles connexes

• Antagoniste du calcium
• Calcémie
• Catégorie:Composé du calcium
• Teneur en calcium des aliments
• Macro-élément
• Métabolisme du calcium
• Calcium 48

Lien externe

• (fr)Toute la vérité sur le calcium

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