Significations et usages de Cálcio

Cálcio
Potássio ← Cálcio → Escândio Mg     20 Ca                                                                                                                                                                                                                                           ↑ Ca ↓ Sr Tabela completa • Tabela estendida
Aparência
branco-prateado Cálcio em atmosfera de árgon Linhas espectrais do cálcio
Informações gerais
Nome, símbolo, número	Cálcio, Ca, 20
Série química	metal alcalinoterroso
Grupo, período, bloco	2 (IIA), 4, s
Densidade, dureza	1550 kg/m3, 1,75
Número CAS
Número EINECS
Propriedade atómicas
Massa atômica	40,078(4) u
Raio atómico (calculado)	180 (194) pm
Raio covalente	174 pm
Raio de Van der Waals	ND pm
Configuração electrónica	[Ar] 4s2
Elétrons (por nível de energia)	2, 8, 8, 2 (ver imagem)
Estado(s) de oxidação	2 (ácido forte)
Óxido
Estrutura cristalina	cúbico de faces centradas
Propriedades físicas
Estado da matéria	sólido
Ponto de fusão	1115 K
Ponto de ebulição	1757 K
Entalpia de fusão	8,54 kJ/mol
Entalpia de vaporização	153,6 kJ/mol
Temperatura crítica	K
Pressão crítica	Pa
Volume molar	m3/mol
Pressão de vapor	254 Pa a 1112 K
Velocidade do som	3810 m/s a 20 °C
Classe magnética	paramagnético
Susceptibilidade magnética
Permeabilidade magnética
Temperatura de Curie	K
Diversos
Eletronegatividade (Pauling)	1,00
Calor específico	632 J/(kg·K)
Condutividade elétrica	29,8×106 S/m
Condutividade térmica	201 W/(m·K)
1º Potencial de ionização	589,8 kJ/mol
2º Potencial de ionização	1145,4 kJ/mol
3º Potencial de ionização	4912,4 kJ/mol
4º Potencial de ionização	{{{potencial_ionização4}}} kJ/mol
5º Potencial de ionização	{{{potencial_ionização5}}} kJ/mol
6º Potencial de ionização	{{{potencial_ionização6}}} kJ/mol
7º Potencial de ionização	{{{potencial_ionização7}}} kJ/mol
8º Potencial de ionização	{{{potencial_ionização8}}} kJ/mol
9º Potencial de ionização	{{{potencial_ionização9}}} kJ/mol
10º Potencial de ionização	{{{potencial_ionização10}}} kJ/mol
Isótopos mais estáveis
iso AN Meia-vida MD Ed PD MeV 40Ca 96,941% estável com 20 neutrões 41Ca sintético 103 000 a ε 0,421 41K 42Ca 0,647% estável com 22 neutrões 43Ca 0,135% estável com 23 neutrões 44Ca 2,086% estável com 24 neutrões 46Ca 0,004% > 0,4×1016 anos 2β- 48Ca 0,187% 4,3×1019 anos 2β- 4,272 48Ti
Unidades do SI & CNTP, salvo indicação contrária.
v • e

O cálcio é um elemento químico, símbolo Ca, de número atômico 20 (20 prótons e 20 elétrons) e massa atómica 40 u.

É um metal da família dos alcalino-terrosos, pertencente ao grupo 2 da classificação periódica dos elementos químicos.

Foi isolado pela primeira vez em 1808, em uma forma impura, pelo químico britânico Humphry Davy mediante a eletrólise de uma amálgama de mercúrio (HgO) e cal (CaO).

  Características principais

  Teste de chama: cor característica do cálcio.

O cálcio é um metal alcalino-terroso, mole, maleável e dúctil que arde com chama vermelha formando óxido de cálcio e nitreto.

As superfícies recentes são de coloração branco prateada que rapidamente tornam-se levemente amareladas quando expostas ao ar, finalmente com coloração cinza ou branca devido à formação de hidróxido ao reagir com a umidade ambiental. Reage violentamente com a água para formar o hidróxido de cálcio, Ca(OH)₂ , com desprendimento de hidrogênio.

  Papel biológico

O cálcio é armazenado no Retículo endoplasmático das células. Atua como mediador intracelular, cumprindo uma função de segundo mensageiro como, por exemplo, o íon Ca²⁺, que intervém na contração dos músculos. Também está implicado no controle de algumas enzimas quinases que realizam funções de fosforilação como, por exemplo, na proteína quinase C (PKC). O cálcio participa de funções enzimáticas de maneira similar à do magnésio em processos de transferência do fosfato como, por exemplo, a enzima fosfolipase (A₂). Ainda interfere nos processos de transcrição, ativação de genes e apoptose.^[1]

O cálcio é o metal mais abundante no corpo humano, especialmente na forma de compostos como o carbonato de cálcio. De aproximadamente 1200 gramas de cálcio encontrados em um adulto, 1110 gramas estão nos tecidos ósseos. Os 90 gramas restantes são utilizados para diversas funções, tais como: atividades das membranas celulares, contrações musculares, impulsos nervosos, controle de acidez do sangue, divisão celular e controle hormonal.^[2]

  História

O cálcio, do latim calcium, foi isolado pela primeira vez em 1808, em uma forma impura, pelo químico britânico Humphry Davy mediante a eletrólise de uma amálgama de mercúrio (HgO) e cal (CaO). Davy misturou cal umedecida com óxido de mercúrio que colocou sobre uma lâmina de platina, o anodo, e submergiu uma parte de mercúrio no interior da pasta funcionando como catodo. Na eletrólise obteve uma amálgama que destilada originou um resíduo sólido facilmente oxidável. Davy não ficou convencido de que havia obtido cálcio puro. Posteriormente, Robert Bunsen em 1854 e Augustus Matthiessen em 1856 obtiveram o metal por eletrólise do cloreto de cálcio (CaCl₂) e, Henri Moissan obteve o cálcio com uma pureza de 99% por eletrólise do iodeto de cálcio (CaI₂).

Muitos compostos contendo cálcio já eram conhecidos desde a antiguidade pelos indianos, egípcios, gregos e romanos. Os romanos já preparavam a cal, ou calx (óxido de cálcio, CaO) desde o século I; em 975 d.C., o gipso desidratado (gesso, CaSO₄) já era citado na literatura da época para "engessar" pernas e braços quebrados; O gesso, como a cal, já era utilizado para alvenaria.

  Abundância e ocorrência

  Conchas - ricas em cálcio.

É o quinto elemento em abundância na crosta terrestre (1,6% em massa) e cerca de 8% da crosta da Lua. Não é encontrado em estado nativo na natureza, estando sempre como constituinte de rochas ou minerais de grande interesse industrial, como as que apresentam em sua composição carbonatos (mármore, calcita, calcário e dolomita) e sulfatos (gipso, alabastro) a partir dos quais se obtêm a cal viva , o estuque, o cimento, etc. Outros minerais que o contêm são a fluorita (fluoreto), apatita (um fluorfosfato da cálcio) e granito (rochas silicatadas).

Em sua forma pura, o cálcio se apresenta como um metal de baixa dureza, prateado, que reage facilmente com o oxigênio presente no ar e na água.

  Obtenção industrial e utilidades

O cálcio em sua forma pura e isolada pode ser obtido pela eletrólise ígnea do cloreto de cálcio (CaCl₂) anidro ( subproduto do processo Solvay ) fundido:

• cátodo: Ca²⁺ + 2 e^– → Ca
• anodo:  2Cl^– → Cl₂ (gás) + 2e^–

Atualmente, ele é obtido pela fusão da cal com alumínio metálico.

Na indústria, o cálcio metálico é largamente utilizado para eliminar gases residuais em tubos de vácuo, entrando também como agente redutor na preparação de metais como tório, urânio, zircônio etc. É usado também como desoxigenador, dessulfurizador e descarbonizador de várias ligas metálicas; encontra usos como componente de ligas de alumínio, de berílio, de cobre, de chumbo, de magnésio, e outras. Os compostos de cálcio são usados na fabricação de uma enorme variedade de produtos que vai de tintas a fertilizantes. Em processos industriais como na curtição de couros e no refino do petróleo, utiliza-se o óxido de cálcio (CaO), sendo este último preparado pela decomposição térmica do carbonato de cálcio (CaCO₃). Uma vez hidratado, o CaO forma a cal hidratada, cuja suspensão em água é muito usada como uma tinta branca de baixo custo para pintar paredes e meio-fio de ruas.

O giz, um material mole feito de calcário finamente pulverizado, é nada mais do que carbonato de cálcio (CaCO₃) de baixa dureza, que se formou como uma lama no fundo de um antigo oceano. O óxido de cálcio ou a cal (CaO) entra na composição de mais de 90% de todos os vidros comercializados, que têm a seguinte composição: cerca de 72% de sílica (da areia), 13% de óxido de sódio, Na₂O, a partir do Na₂CO₃, cerca de 11% de CaO, a partir de calcário, e 4% de outros ingredientes. A maioria dos vidros planos, recipientes de vidro, lâmpadas e muitos outros objetos industriais e de arte ainda são feitos assim, com os mesmos materiais, há centenas de anos. Esse tipo de vidro é barato e bem resistente, podendo ser moldado e fundido facilmente.

  Isótopos

O cálcio tem seis isótopos estáveis, dos quais o Ca-40 é o mais abundante (97%). O Ca-40 e o Ar-40 são produtos da desintegração do K-40. O segundo é usado para a determinação da idade de rochas em geologia pela datação radiométrica; porém, a prevalência do isótopo Ca-40 na natureza tem impedido de fazer o mesmo com o cálcio.

Diferentemente de outros isótopos cosmogênicos produzidos na atmosfera terrestre, o Ca-41 se origina por ativação neutrônica do Ca-40, formando-se nas camadas mais superficiais do solo, onde o bombardeio de nêutrons é suficientemente intenso. Além disso, o Ca-41 tem recebido uma atenção dos cientistas porque se desintegra em K-41, um indicador crítico das anomalias do sistema solar.

  Nutrição

O cálcio é essencial para a transmissão nervosa, coagulação do sangue e contração muscular; atua também na respiração celular, além de garantir uma boa formação e manutenção de ossos e dentes. Por sua presença na formação óssea o cálcio é um dos elementos mais abundantes no corpo humano.

  Outras funções

Recentemente foi descoberto que o cálcio ajuda na produção dos líquidos linfáticos.^{[carece de fontes?]}

Segundo estudo sueco do Instituto Karolinska, o consumo diário de cerca de 2000 mg de cálcio reduz em 25% o risco de morrer de qualquer doença e 23% o de morrer em decorrência de problemas cardiovasculares^[3].

  Deficiência

Por ser essencial para o funcionamento do organismo, quando existe deficiência de cálcio na corrente sanguínea (por má alimentação, questões hormonais ou outros motivos) o corpo tende a repor a deficiência retirando cálcio dos ossos. A deficiência de cálcio pode levar a osteopenia e osteoporose, na qual os ossos se deterioram e há um aumento no risco de fraturas, especialmente nos ossos mais porosos.

Sua deficiência também pode causar agitação, unhas quebradiças, propensão a cáries, depressão, hipertensão, insônia, irritabilidade, dormência no corpo e palpitações.

  Excesso

Seu excesso pode ocasionar as conhecidas "pedras" no rim, que são na verdade pequenos aglomerados de uma substância conhecida como oxalato de cálcio. Este tipo de formação é mais comum em decorrência da ingestão de cálcio de origem mineral (presente no solo e consequentemente na água de determinadas regiões) e também em alguns suplementos alimentares, já que este tipo de cálcio não é muito bem absorvido pelo organismo.^[4] Ingestão de água em quantidade suficiente ajuda evitar as pedras nos rins.

Consumir cálcio em excesso também pode ocasionar a redução de outros minerais, como magnésio.

Seu excesso também pode causar anorexia, dificuldade de memorização, depressão, irritabilidade e fraqueza muscular.^[5][6]

  Necessidade diária

A ingestão diária recomendada de cálcio varia com a idade:^[7]

Os principais alimentos fontes de cálcio são:

• laticínios (leite e derivados, como iogurte e queijo)
• hortaliças da espécie Brassica oleracea (couves): como brócolis, couve-flor, couve, repolho, ...
• verduras verde escuras (com exceção do espinafre, devido ao alto teor de ácido oxálico)
• outros: algas marinhas, gergelim integral, amêndoas, feijões, etc.

  Exercícios físicos

Exercícios físicos que envolvam impulsionamento de peso (ex.: halterofilismo, caminhada e basquetebol) contribuem para a fixação de cálcio nos ossos. Especialmente na adolescência (até os 22 anos), já na idade adulta os exercícios mantêm e podem aumentar a massa óssea em 1 ou 2%.

  Absorção

O Cálcio é absorvido pelo intestino. Uma alimentação muito líquida ou muito rica em fibras pode acelerar a passagem do cálcio pelo intestino diminuindo sua absorção. O corpo absorve apenas cerca de 500 mg de cálcio por vez; portanto, a ingestão de cálcio deve ser distribuída ao longo do dia. A vitamina D é essencial para a absorção desse nutriente.

  Interação com proteínas

Consumo excessivo de proteína estimula a eliminação de cálcio através da urina.^[8][9]

  Interação com outros nutrientes

• Para que possamos absorver o cálcio é necessário Vitamina D.
• O sódio se liga ao cálcio gerando um composto que não é absorvido pelo corpo. Pessoas com deficiência de cálcio devem evitar o consumo excessivo de sódio (encontrado no sal de cozinha e diversos alimentos industrializados)
• Estudos mostraram que a ingestão de 3 mg de boro por dia pode reduzir a excreção de cálcio em 44%.
• O ferro também se liga ao cálcio diminuindo sua absorção
• Uma das funções do cálcio é diminuir a acidez do organismo. Uma alimentação muito ácida exigirá mais cálcio portanto este tipo de alimento (como refrigerantes, pimenta, vinagre, frutas cítricas) deve ser evitado por pessoas com deficiência do mineral.
• O ácido oxálico, encontrado com maior predominância na mandioca, espinafre, cenoura e rabanete, se liga ao cálcio, portanto o consumo contínuo destes alimentos deve ser evitado em pessoas com deficiência de cálcio. Suplementos de cálcio ingeridos juntamente com alimentos ricos em ácido oxálico podem fazer com que o oxalato de cálcio se precipite.^[10][11] O oxalato de cálcio precipitado é conhecido como pedras nos rins (cálculo renal). O ácido oxálico também é encontrado em menor quantidade na couve de folhas e de bruxelas, alho, feijão, batata-doce, brócolis e agrião, no entanto muitos destes últimos possuem quantidade significativas de cálcio. Deve-se observar também que a cenoura é uma das principais fontes vegetais de vitamina A, a abóbora poderia substituí-la em uma dieta.
• Ácido fítico - Interage negativamente com o Cálcio.
• Água - Beber água em quantidade suficiente para gerar 2 a 2,5 litros de urina diariamente ajuda a evitar que o cálcio consumido inadequadamente se precipite no sistema linfático.

  Outras interações

Medicamentos a base de Glicocorticóide, usados por exemplo no tratamento da asma, diminuem a absorção de cálcio.

  Suplementação

Pelo fato do cálcio reagir de forma diferenciada com diversos minerais deve-se tomar cuidado na sua suplementação que deve ser acompanhada por um especialista. O uso excessivo de cálcio origem mineral também pode ocasionar depósitos no organismo. É recomendável cautela na escolha dos diversos suplementos disponíveis no mercado. Além da filtração que evita a entrada de partículas maiores no organismo deve-se observar o processo de refino, que retira metais pesados eventualmente presentes no ambiente onde o cálcio foi extraído.

Notas e Referências

O Commons possui multimídias sobre Cálcio

  Ligações externas

• Insitituto Nacional de Salud Infantil y Desarrollo Humano, EE. UU.
• Enciclopedia Libre - Calcio
• WebElements.com – Calcio
• EnvironmentalChemistry.com – Calcio
• PEIXOTO, E. M. A. Elemento químico: cálcio. Química Nova na Escola, n. 20 nov. 2004. Acesso em 5 mai. 2007.

• Portal da química
• Portal da farmácia