Calcio (elemento químico)

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Apariencia
Apariencia del elemento
Blanco plateado (calcio en atmósfera de argón )
Generalidad
Nombre, símbolo, número atómico calcio, Ca, 20
Serie metales alcalinotérreos
Grupo , período , bloque 2 (IIA) , 4 , s
Densidad 1550 kg / m³
Dureza 1,75
Configuración electrónica
Configuración electrónica
Término espectroscópico 1 S 0
Propiedades atómicas
Peso atomico 40.078
Radio atómico (calc.) 180 (194) horas
Radio covalente 174 pm
Configuración electrónica [ Ar ] 4s 2
y - por nivel de energía 2, 8, 8, 2
Estados de oxidación 2 ( base fuerte)
Estructura cristalina cúbico centrado en la cara
Propiedades físicas
Estado de la materia sólido ( paramagnético )
Punto de fusión 1115 K (842 ° C )
Punto de ebullición 1757 K (1484 ° C)
Volumen molar 26,20 × 10 −6 m³ / mol
Entalpía de vaporización 153,6 kJ / mol
Calor de fusión 8,54 kJ / mol
Presión de vapor 254 Pa en 1112 K.
Velocidad del sonido 3810 m / sa 293,15 K
Otras propiedades
número CAS 7440-70-2
Electronegatividad 1,00 ( escala de Pauling )
Calor especifico 632 J / (kg K)
Conducibilidad eléctrica 29,8 × 10 6 / (m Ω )
Conductividad térmica 201 W / (m K)
Energía de primera ionización 589,8 kJ / mol
Segunda energía de ionización 1 145,4 kJ / mol
Tercera energía de ionización 4912,4 kJ / mol
Isótopos más estables
Yo asi N / A TD DM Delaware DP
40 aprox. 96,941% Ca es estable con 20 neutrones
41 aprox sintético 103 000 años ε 0.421 41 K
42 aprox. 0,647% Ca es estable con 22 neutrones
43 aprox 0,135% Ca es estable con 23 neutrones
44 Aprox. 2,086% Ca es estable con 24 neutrones
46 aprox. 0,004% Ca es estable con 26 neutrones
48 aprox. 0,187% 4,2 × 10 19 años ββ - 4.272 48 Ti
iso: isótopo
NA: abundancia en la naturaleza
TD: vida media
DM: modo de decaimiento
DE: energía de desintegración en MeV
DP: producto de descomposición

El calcio es el elemento químico con número atómico 20 y su símbolo es Ca. Es un metal alcalinotérreo gris blando que se utiliza como agente reductor en la extracción de torio , uranio y circonio ; cuando se expone al aire, forma una capa de óxido oscuro. Sus propiedades físicas y químicas son similares a las de sus homólogos más pesados, el estroncio y el bario . Es el quinto elemento más abundante en la corteza terrestre y el tercer metal más abundante, después del hierro y el aluminio . El compuesto de calcio más común que se encuentra en la Tierra es el carbonato de calcio , que se encuentra en la piedra caliza y los fósiles que se remontan a la vida marina ancestral; el yeso , la anhidrita , la fluorita y la apatita también son fuentes de calcio.

El nombre deriva del latín calx , "cal", que significa que se obtiene calentando la piedra caliza . Sus compuestos se conocen desde la antigüedad aunque se desconocía su química hasta el siglo XVII . Fue aislado por primera vez por Humphrey Davy en 1808, por electrólisis de su óxido. Si bien el metal puro puede no presumir de muchas aplicaciones debido a su alta reactividad , a menudo se usa en pequeñas cantidades como componente de aleaciones de acero, mientras que algunas aleaciones de plomo y calcio a veces se usan en la fabricación de baterías de automóviles. Por otro lado, los compuestos de calcio están muy extendidos en muchos sectores: por ejemplo, se utilizan en la industria alimentaria, en la industria farmacéutica, en la papelera como blanqueadores, en el cemento, en la producción de jabones y como aislantes eléctricos.

El calcio es el quinto elemento más abundante en el cuerpo humano y el metal más abundante. Los iones de calcio juegan un papel vital en la fisiología y bioquímica del organismo y la célula como electrolitos . Desempeñan un papel importante en las vías de transducción de señales , donde actúan como segundo mensajero , en la liberación de neurotransmisores de las neuronas , en la contracción de todo tipo de células musculares y en la fertilización . Muchas enzimas requieren iones de calcio como cofactor . Los iones de calcio fuera de las células también son importantes para mantener la diferencia de potencial entre las membranas celulares excitables, así como para la formación adecuada de los huesos.

Fondo

Los primeros usos del calcio o sus derivados se remontan al 2500 a. C., cuando en Mesopotamia se utilizaba como cal para la elaboración de algunas estatuillas que representaban divinidades. A pesar de esto, la cal también fue utilizada por comunidades primitivas. La cal (del latín calx, calcis que significa cal ) se hizo ampliamente conocida y utilizada por los romanos desde el siglo primero . [1] Sin embargo, el calcio como elemento no se descubrió hasta 1808 . [1] Después de enterarse de que el sueco Berzelius y Pontin habían preparado amalgama de calcio electrolizando cal en mercurio , Humphry Davy pudo aislar el metal puro. [1] La difusión generalizada de calcio puro solo tuvo lugar en la primera mitad del siglo XX.

Isótopos

El calcio tiene seis isótopos estables , dos de los cuales se encuentran en la naturaleza: 40 Ca (97%, estable) y 41 Ca (3%, radiactivo con una vida media de 103.000 años). 40 Ca, junto con 40 Ar , es uno de los productos de la desintegración de 40 K. Si bien la datación por K-Ar se usa con frecuencia en geología , la gran abundancia de Ca impide el uso de 40 Ca para la datación de rocas; sin embargo, se han desarrollado técnicas de datación por K-Ca basadas en espectrómetros de masas capaces de resolver el pico de dilución isotópica doble. A diferencia de los otros isótopos cosmogénicos producidos en la atmósfera superior, el 41 Ca se produce mediante la activación neutrónica del 40 Ca: la mayor parte de la producción del 41 Ca se produce en el primer metro de espesor del suelo, donde el flujo de neutrones cósmicos sigue siendo bastante intenso. El 41 Ca se ha estudiado cuidadosamente en astrofísica porque se descompone en 41 K, un indicador importante de anomalías en el sistema solar .

Abundancia y disponibilidad

El calcio es el quinto elemento más abundante en la corteza terrestre (del cual constituye el 3%) [1] y es parte esencial de hojas, huesos, dientes y conchas. [1] Debido a su reactividad química con el agua, el calcio puro no se encuentra en la naturaleza, excepto en algunos organismos vivos donde el ion Ca 2+ juega un papel clave en la fisiología celular. Este elemento metálico se encuentra en grandes cantidades en la piedra caliza , yeso y fluorita , todas rocas de las que es un componente fundamental. La apatita es fluorofosfato o clorofosfato de calcio. La electrólisis de cloruro de calcio fundido (CaCl 2 ) se puede utilizar para obtener calcio metálico puro de acuerdo con las siguientes reacciones:

cátodo : Ca 2+ + 2 y - → Ca
ánodo : Cl - → ½ Cl 2 ( gas ) + y -

Métodos de preparación

Se obtiene por electrólisis a partir de fluoruro de calcio .

Características

En la prueba de llama , el calcio se quema con una llama de color amarillo anaranjado. [1] Cuando se expone al aire, se recubre con una capa blanca de nitruro de calcio . [1] Reacciona con el agua desplazando hidrógeno y formando hidróxido de calcio .

Compuestos

El óxido de calcio (CaO), también llamado cal viva , se utiliza en muchos procesos de refinado químico y se obtiene horneando piedra caliza . El calor disocia el carbonato de calcio que forma la piedra caliza (CaCO 3 ) en óxido de calcio (CaO) y dióxido de carbono (CO 2 ).

El óxido de calcio tiene múltiples usos, tanto en procesos de refinación química (por ejemplo en la producción de acero, en la extracción de oro y níquel del mineral) como en la construcción de carreteras y ferrocarriles para la estabilización de terrenos, y se transforma en calcio. hidróxido (Ca (OH) 2 , también conocido como "cal hidratada"), mediante la adición de agua al óxido de calcio. La cal hidratada puede tener tanto un uso químico, por ejemplo en plantas de tratamiento de aguas residuales, como un uso en la construcción como yeso, generalmente mezclado con arena y en algunos casos también cemento (morteros secos o premezclas para la construcción).

El carbonato de calcio juega un papel fundamental en la formación de estalactitas y estalagmitas , [1] que se forma cuando el agua fluye a través de calizas u otras rocas carbonatadas, disolviendo una pequeña parte de ellas. El carbonato de calcio es también una de las sustancias responsables de la denominada " dureza del agua ". [1]

Otros compuestos de calcio importantes son: nitrato de calcio, sulfato de calcio , cloruro de calcio , carburo de calcio , cianamida de calcio , hipoclorito de calcio , hidrogenofosfato de calcio y tioglicolato de calcio trihidrato .

Aplicaciones

Dieta

El calcio es un componente importante de una dieta equilibrada. La falta de calcio ralentiza la formación y el crecimiento de huesos y dientes , y provoca su debilitamiento: a la inversa, en personas con enfermedad renal, un exceso de calcio en la dieta conduce a la formación de cálculos renales . [2] Aproximadamente un kilogramo de calcio está presente en nuestro cuerpo, del cual el 99% se fija en los huesos y el resto circula libremente en la sangre.

El cuerpo necesita vitamina D para absorber el calcio de los alimentos.

La capacidad del corazón para desarrollar la tensión sobre la base del número de interacciones actina-miosina (llamado contractilidad) depende de la concentración de calcio Ca 2+ iones en la sangre y el infarto de fibra.

Los cristales de carbonato de calcio en forma romboedrale son particularmente absorbidos por el organismo y al encontrarse en tal forma en los corales, se extraen de las industrias para la producción de complementos alimenticios normalmente a partir de depósitos coralinos de origen fósil. [3]

Otros usos del calcio

Papel del calcio en los organismos biológicos

El calcio se extrae principalmente de la dieta, pero el intestino solo lo absorbe parcialmente (alrededor del 30%), mientras que el resto se elimina en las heces. Un papel importante lo juega la PTH ( hormona paratiroidea ) que a nivel de los túbulos renales permite la reabsorción de iones Ca y a nivel óseo favorece la liberación de Ca por los osteoclastos , y también favorece la activación de la Vitamina D que permite una mayor absorción en el intestino . La enzima fosfatasa es una glicoproteína que hidroliza los monoésteres fosfóricos. Se encuentra en los osteoblastos y es necesario para la mineralización del calcio, que a través de la fosfatasa se une a la osteocalcina, la principal proteína del tejido óseo, producida por los osteoblastos. En el caso de la osteoporosis, existe una liberación excesiva de calcio del esqueleto debido al efecto de los osteoclastos en comparación con el depositado en el tejido óseo recién formado por los osteoblastos, a menudo también asociado con una absorción intestinal insuficiente de calcio. En las plantas, regula el cierre de los estomas actuando sobre los canales de K. El calcio es el cuarto factor de coagulación sanguíneo .

Regulación de los niveles de calcio intracelular.

La acción de algunos fármacos y de numerosos eventos fisiológicos (liberación del neurotransmisor en las sinapsis ; contracción muscular , etc.) se desarrolla mediante la modificación directa o indirecta de las concentraciones intracelulares de calcio (Ca 2+ ). En una célula inactiva, la mayor parte del Ca 2+ se secuestra en orgánulos, principalmente en el retículo endoplásmico y las mitocondrias , y el calcio intracelular se mantiene en concentraciones muy bajas, alrededor de 10-7 mol / l. La concentración de Ca 2+ extracelular es de aproximadamente 2,4 mmol / l. Esta diversidad de concentraciones crea un fuerte gradiente que favorece la entrada de Ca 2+ en las células. La concentración de calcio intracelular se mantiene baja por la actividad de los mecanismos de transporte activos que extruyen Ca 2+ a través de la membrana celular y lo bombean hacia el retículo endoplásmico , y por la permeabilidad normalmente baja de Ca 2+ de la membrana plasmática y el RE. La regulación del calcio intracelular involucra tres mecanismos principales:

  • control de la entrada de Ca 2+
  • control de la extrusión de Ca 2+
  • Intercambio de Ca 2+ entre el citosol y los sitios de acumulación intracelular

Dado que cantidades excesivas de calcio intracelular activan una cascada enzimática que destruye el citoesqueleto que conduce a la muerte celular, la célula amortigua inmediatamente las altas concentraciones de calcio mediante la síntesis de sustancias quelantes (como el EDTA ).

Mecanismos que regulan la entrada de calcio

Hay tres vías principales utilizadas por el Ca 2+ para ingresar a las células a través de la membrana plasmática :

  • canales de calcio dependientes de voltaje
  • canales de calcio operados por ligandos
  • canales de calcio operados por calcio acumulado (SOC)
Canales de calcio activados por tensión.

Los canales de calcio activados por voltaje permiten la entrada de una cantidad significativa de Ca 2+ en las células después de la despolarización de la membrana. Estos canales activados por voltaje son altamente selectivos para Ca 2+ y no permiten el paso de Na + o K + ; en las células excitables también son ubicuas y permiten que el Ca 2+ entre en la célula cuando se despolariza, como en el caso del potencial de acción . Entre los canales de Ca dependientes del voltaje se identifican los canales LVA ( activación de bajo voltaje ) que se activan a voltajes negativos (alrededor de −50 mV ) y dan lugar a una corriente transitoria de baja intensidad, por lo que se definen como canales de calcio de tipo T: "del inglés Tiny and Transient". Hay otros canales dependientes de la tensión, que se activan a potenciales más positivos (de −30 mV a valores más positivos) y, por tanto, se definen como HVA ( activación de alta tensión ). Estos últimos dan lugar a corrientes grandes y duraderas de unos pocos cientos de milisegundos, también denominados canales de Ca de tipo L "grandes y largos".

Aparte de un grupo histórico de "bloqueadores de los canales de calcio" (verapamilo, diltiazem), existen pocos fármacos usados ​​clínicamente capaces de influir directamente en estos canales; muchos fármacos actúan indirectamente sobre ellos a través de la interacción de otros canales de calcio que se activan a potenciales más positivos (de -30 mV hacia arriba) y receptores acoplados a proteína G.

Canales activados por ligandos

La mayoría de los canales de cationes activados por ligandos y sensibles a los neurotransmisores excitadores son relativamente no selectivos, lo que permite el paso tanto de Ca 2+ como de otros cationes . La más importante de éstas es la N-metil-D-aspartato (NMDA) Tipo de glutamato del receptor de cuyo canal es particularmente permeable al Ca2 + y representa el mecanismo más importante para la absorción de Ca 2+ por postsinápticos neuronas. En los sistemas nervioso central sistema . La activación de este receptor puede provocar una entrada tan rápida de Ca 2+ que conduzca a la muerte celular, principalmente mediante la activación de proteasas dependientes del calcio, pero también mediante la activación de la apoptosis . Este mecanismo, denominado excitotoxicidad , probablemente esté implicado en diversas enfermedades neurodegenerativas .

Canales de calcio regulados por acumulación.

Los SOC son canales en la membrana celular , que se abren para permitir la entrada de Ca 2+ cuando los depósitos de ER Ca 2+ se han agotado. De manera similar a los canales ER y SR, estos canales pueden amplificar el aumento citosólico de Ca 2+ , que inicialmente resulta de la liberación de los depósitos.

Mecanismos de extrusión de calcio

La extrusión de calcio a través de la membrana plasmática o su acumulación en el retículo endoplásmico está mediada por el transporte activo y depende de la actividad de una ATPasa dependiente de Ca 2+ similar a la Na + -K + ATPasa que bombea Na + fuera de la célula intercambiándola. con K +

El calcio se extruye de la célula también a través del intercambio con Na + a través del intercambio Na + - Ca 2+ . El intercambiador transfiere 3 Na + hacia adentro para un Ca 2+ saliente y, por lo tanto, produce una corriente hiperpolarizante neta cuando se extruye Ca 2+ .

Mecanismos de liberación de calcio

Hay dos tipos principales de canales de calcio en las membranas del RE y SR, que juegan un papel importante en el control de la liberación de Ca 2+ de estos sitios de almacenamiento.

  • El receptor de trifosfato de inositol (IP 3 R) . Este receptor es activado por IP 3 , un segundo mensajero producido por la interacción de varios ligandos con sus receptores específicos acoplados a proteína G. IP 3 R constituye el principal mecanismo por el cual los receptores acoplados a proteína G producen aumento de calcio intracelular.
  • El receptor de rianodina (RyR) juega un papel particularmente importante en el músculo esquelético, donde los RyR del retículo sarcoplásmico se acoplan a los receptores de dihidropiridina ubicados en los túbulos T. Este acoplamiento da como resultado una liberación de Ca 2+ después del potencial de acción. fibra muscular.

Tanto el IP 3 R como el RyR son sensibles al Ca 2+ y abren incrementos más rápidos del calcio intracelular. Este fenómeno sugiere que la liberación de Ca 2+ tiende a ser un fenómeno regenerativo, ya que un aumento inicial de Ca 2+ promueve la liberación de otro Ca 2+ de SR.

La sensibilidad de los RyR al Ca 2+ aumenta con la cafeína .

Precauciones

Símbolos de peligro químico
fácilmente inflamable
peligro
frases H 261 - EUH014
Frases R R 15
consejo P 223 - 232 - 501 - 402 + 404 [4] [5]
Frases S S 2-8-24 / 25-43

Los químicos
debe manejarse con precaución
Advertencias

El calcio en polvo es inflamable.

Una ingesta cuantitativa muy alta de sales de calcio puede provocar hipercalcemia y / o hipercalciuria . La hipercalcemia (exceso de calcio en la sangre) puede provocar alteraciones del ritmo cardíaco y síntomas neurológicos. La hipercalciuria (exceso de calcio en la orina) puede provocar la precipitación de sales de calcio (oxalato o fosfato de calcio) en el parénquima renal o la formación de cálculos en las vías excretoras. De ahí la posibilidad de insuficiencia renal y / o cólico renal .

Nota

  1. ^ a b c d e f g h i j k l m ( EN ) Thermopedia, "Calcio"
  2. ^ Alimentos y huesos , en lios.it. Consultado el 28 de enero de 2015 (archivado desde el original el 12 de agosto de 2015) .
  3. ^ Folleto del paquete de colecalcio, Humana Clinical
  4. ^ Eliminar de acuerdo con las leyes vigentes.
  5. ^ Tarjeta de fútbol , en IFA-GESTIS . Recuperado el 12 de junio de 2021 (archivado desde el original el 16 de octubre de 2019) .

Bibliografía

Artículos relacionados

Otros proyectos

enlaces externos

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