Introduction
Le calcium, de symbole Ca et de numéro atomique 20, est un élément fondamental tant pour la géologie que pour la biologie. Il appartient au groupe 2 du tableau périodique, les métaux alcalino-terreux. Sa présence ubiquitaire dans les roches sédimentaires (comme le calcaire et le marbre), son rôle central dans la biochimie des organismes vivants et ses nombreuses applications industrielles en font un élément d'une importance capitale.
Description
Le calcium est un métal relativement mou, de couleur argentée, qui ternit rapidement au contact de l'air en formant une couche d'oxyde et de nitrure. Il réagit vigoureusement avec l'eau pour produire de l'hydroxyde de calcium (chaux éteinte) et dégager de l'hydrogène. Dans la nature, on ne le trouve jamais à l'état natif en raison de sa haute réactivité. Ses composés les plus courants sont le carbonate de calcium (CaCO3), constituant principal du calcaire, des coquillages, des coraux et de la craie, et le sulfate de calcium (CaSO4), présent dans le gypse et l'anhydrite. Le calcium est également un composant majeur des silicates dans de nombreuses roches. Biologiquement, c'est un ion clé (Ca2+). Il est le minéral le plus abondant dans le corps humain, stocké à 99% dans les os et les dents sous forme d'hydroxyapatite, un cristal de phosphate de calcium qui confère rigidité et résistance. Le 1% restant, circulant dans le sang et les fluides cellulaires, est vital pour la contraction musculaire, la coagulation sanguine, la transmission nerveuse et la régulation de nombreuses enzymes.
Histoire
Les composés du calcium, comme la chaux (oxyde de calcium), sont utilisés depuis l'Antiquité par les civilisations romaine et égyptienne pour la construction (mortier) et l'agriculture. L'élément lui-même a été isolé pour la première fois en 1808 par le chimiste anglais Sir Humphry Davy, grâce à l'électrolyse d'un mélange de chaux et d'oxyde de mercure. Davy a nommé l'élément d'après le latin 'calx', qui signifie chaux. Au XIXe siècle, le rôle du calcium dans la formation des os a été établi, et au XXe siècle, ses fonctions dans la physiologie cellulaire ont été élucidées, notamment grâce aux travaux sur la contraction musculaire et la signalisation calcique, un domaine de recherche toujours très actif.
Caracteristiques
Numéro atomique : 20. Masse atomique : 40,078 u. Point de fusion : 842 °C. Point d'ébullition : 1484 °C. Densité : 1,55 g/cm³. Configuration électronique : [Ar] 4s². Il possède quatre isotopes stables, dont le Ca-40 est le plus abondant (97%). Le calcium métallique est produit industriellement par électrolyse du chlorure de calcium fondu. Chimiquement, il s'oxyde facilement (est un réducteur) et forme principalement des composés où il est au degré d'oxydation +2. Ses sels confèrent souvent une couleur orange-rouge caractéristique aux flammes (test à la flamme).
Importance
L'importance du calcium est immense et multiforme. Biologiquement, une carence (hypocalcémie) ou un excès (hypercalcémie) peut avoir des conséquences graves, allant de l'ostéoporose à des troubles cardiaques. Son apport alimentaire (produits laitiers, légumes verts, eaux minérales) est donc crucial. Dans l'industrie, le calcium et ses composés sont omniprésents : la chaux vive (CaO) est utilisée dans la sidérurgie (élimination des impuretés), la production de ciment, le traitement des eaux et la désulfuration des fumées. Le carbonate de calcium est un charge essentiel dans les industries du papier, des plastiques et des peintures, ainsi qu'un amendement agricole pour corriger l'acidité des sols. L'hydroxyde de calcium (chaux éteinte) est la base du mortier et du plâtre. Le chlorure de calcium est un agent déshydratant et un fondant pour les routes en hiver. En résumé, le calcium est un pilier de la construction, de l'industrie, de l'agriculture et de la vie elle-même.
