Elemento químico · metal alcalinotérreo
Calcio
Elemento esencial en huesos y dientes; importante para la contracción muscular.
Propiedades rápidas
- Nº atómico
- 20
- Peso atómico
- 40.078
- Grupo
- 2
- Periodo
- 4
- Estado
- sólido
- Bloque
- S
- Valencia
- +2
- Tipo
- metal alcalinotérreo
Qué es el calcio
El calcio (Ca) es el elemento número 20, un metal alcalinotérreo blando y reactivo, y el quinto elemento más abundante de la corteza terrestre. Rara vez aparece libre: lo encontramos combinado en la caliza, el mármol, el yeso y la tiza. Es esencial para la vida: el 99 % del calcio del cuerpo está en huesos y dientes, y el resto regula la contracción muscular y la coagulación de la sangre.
Para qué sirve el calcio
Construcción
El calcio se utiliza en la producción de cemento y cal, fundamentales para la construcción. La cal, obtenida al calentar piedra caliza, es un componente esencial en morteros y en la fabricación de vidrio.
Salud ósea
En el ámbito médico, el calcio es crucial para el mantenimiento de huesos y dientes fuertes. Se emplea en suplementos dietéticos para prevenir y tratar la osteoporosis, especialmente en personas mayores.
Agricultura
El calcio es un componente vital en fertilizantes agrícolas. Ayuda a mejorar la estructura del suelo y es esencial para el crecimiento de las plantas, previniendo deficiencias que pueden afectar la calidad de los cultivos.
Metalurgia
En la industria metalúrgica, el calcio se utiliza como agente reductor en la extracción de metales como el uranio y el torio. También se emplea para eliminar impurezas en la producción de acero.
Datos del calcio
- Número atómico (Z)
- 20
- Masa atómica
- 40,078 u
- Punto de fusión
- 842 °C
- Punto de ebullición
- 1484 °C
- Densidad
- 1,55 g/cm³
- Electronegatividad (Pauling)
- 1
- Radio atómico
- 194 pm
- Energía de 1ª ionización
- 589,8 kJ/mol
- Afinidad electrónica
- 2,37 kJ/mol
- Dureza (Mohs)
- 1,75
- Estructura cristalina
- cúbica centrada en las caras (FCC) a temperatura ambiente
- Color / aspecto
- blanco plateado mate, se ennegrece rápido en aire húmedo
- Origen del nombre
- del latín «calx» (cal, piedra caliza)
- Descubrimiento
- 1808 · Humphry Davy (Inglaterra)
Propiedades del calcio
Propiedades físicas
El calcio es un metal blando de color gris plateado, con una densidad aproximada de 1.55 g/cm³. Tiene un punto de fusión de 842 °C y un punto de ebullición de 1484 °C. Es un buen conductor de electricidad y calor, aunque menos que otros metales como el cobre o el aluminio.
Propiedades químicas
El calcio es altamente reactivo, especialmente con agua, formando hidróxido de calcio y liberando hidrógeno. Reacciona fácilmente con oxígeno y halógenos, formando óxidos y haluros. Sus estados de oxidación más comunes son +2, lo que lo hace reactivo con ácidos para formar sales.
Configuración electrónica
La configuración electrónica abreviada del calcio es:
[Ar] 4s²
En notación desarrollada completa:
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²
El calcio distribuye sus 20 electrones siguiendo las reglas de Aufbau, Hund y el principio de exclusión de Pauli. Los electrones del último nivel energético (los electrones de valencia) son los responsables de las propiedades químicas del elemento.
Estados de oxidación y valencias del calcio
| Estado | Ejemplo(s) | Frecuencia |
|---|---|---|
| +2 | CaO, CaCl₂, CaCO₃, Ca(OH)₂, CaSO₄ | único |
Si lo que necesitas es formular, en la página de la valencia del calcio está cada estado de oxidación con su ejemplo resuelto y de dónde sale a partir de la configuración electrónica.
Historia del calcio
El calcio fue aislado por primera vez en 1808 por el químico británico Humphry Davy. Utilizó un método de electrólisis en una mezcla de cal y óxido de mercurio para obtener el metal puro. El nombre 'calcio' proviene del latín 'calx', que significa cal, reflejando su abundancia en compuestos como la caliza. Davy fue un pionero en el uso de la electrólisis para descubrir varios metales, y su trabajo con el calcio fue fundamental para el desarrollo de la química moderna.
Cómo se obtiene el calcio
El calcio metálico se obtiene por electrólisis del cloruro fundido (CaCl₂), normalmente mezclado con KCl como fundente para bajar el punto de fusión, a 800-900 °C: Ca²⁺ + 2 e⁻ → Ca (cátodo); 2 Cl⁻ → Cl₂ + 2 e⁻ (ánodo). El CaCl₂ se obtiene de salmueras naturales o como subproducto del proceso Solvay. Para uso industrial directo, la cal viva (CaO) se produce por calcinación de piedra caliza: CaCO₃ → CaO + CO₂ a 900 °C. La producción mundial de cal supera los 400 Mt/año, una de las mayores de la industria química inorgánica, esencial para construcción, siderurgia y depuración de aguas.
Compuestos habituales
| Fórmula | Nombre | Descripción |
|---|---|---|
| CaCO3 | Carbonato de calcio | Un compuesto ampliamente utilizado en la industria de la construcción y como suplemento dietético. |
| CaO | Óxido de calcio | También conocido como cal viva, se utiliza en la producción de cemento y como agente desecante. |
| Ca(OH)2 | Hidróxido de calcio | Conocido como cal apagada, se utiliza para tratar suelos ácidos y en la purificación de agua. |
| CaCl2 | Cloruro de calcio | Se utiliza para el deshielo de carreteras y como agente secante en diversas aplicaciones industriales. |
Dónde se encuentra el calcio
El calcio es abundante en la corteza terrestre, principalmente en forma de compuestos como la calcita, el mármol y la dolomita. También se encuentra en el agua de mar y en organismos vivos, siendo un componente esencial de huesos y dientes. En la industria, el calcio se obtiene principalmente de la piedra caliza a través de procesos de calcinación.
Isótopos del calcio
| Isótopo | Masa | Abundancia | Vida media |
|---|---|---|---|
| Ca-40 | 39,96259 u | 96,941 % | estable |
| Ca-42 | 41,95862 u | 0,647 % | estable |
| Ca-43 | 42,95877 u | 0,135 % | estable |
| Ca-44 | 43,95548 u | 2,086 % | estable |
| Ca-46 | 45,95369 u | 0,004 % | estable |
| Ca-48 | 47,95254 u | 0,187 % | 6,4 × 10¹⁹ años |
Curiosidades sobre el calcio
-
El calcio es el quinto elemento más abundante en la corteza terrestre, lo que lo hace más común que el hierro o el carbono en términos de masa.
-
En el cuerpo humano, el calcio no solo está presente en los huesos; también juega un papel crucial en la coagulación sanguínea y la transmisión de impulsos nerviosos.
-
El yeso, un compuesto de calcio, se ha utilizado desde la antigüedad para crear moldes y esculturas, y sigue siendo un material importante en la construcción moderna.
El calcio en la tabla periódica
- Tipo: metal alcalinotérreo.
- Grupo: grupo 2 (metales alcalinotérreos).
- Periodo: 4.
- Bloque: S (el último electrón se aloja en un orbital de tipo s).
- Valencia principal: +2.
Compara con el resto de metales alcalinotérreos o con los elementos del periodo 4.
Diferencias entre calcio y magnesio
Calcio y magnesio son metales alcalinotérreos del grupo 2, vecinos verticales con valencia única +2. La diferencia más notable es la función biológica y la abundancia. El calcio es el catión estructural mayoritario de los huesos y dientes (hidroxiapatita Ca₅(PO₄)₃OH), las conchas y los corales (CaCO₃). El magnesio es imprescindible para la clorofila (ion central) y para más de 300 enzimas humanas (ATP siempre se presenta como Mg-ATP²⁻). En llama: el calcio da naranja-ladrillo, el magnesio blanco brillante intenso. Ambos abundan en la corteza (Ca 4,2 %, Mg 2,3 %) y son baratos.
Consulta también la ficha completa del magnesio (Mg).
Otros elementos del grupo 2 (metales alcalinotérreos)
Otros elementos del periodo 4
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Errores frecuentes en exámenes (EBAU / ESO)
-
⚠Confundir calcio metálico con calcio iónico Ca²⁺.
El calcio metálico es muy reactivo y peligroso, no se encuentra libre en la naturaleza. Lo que se ingiere en la leche, las verduras o los suplementos es el ion Ca²⁺, en forma de sales solubles. No hay riesgo de «ingerir calcio metálico» en alimentos.
-
⚠Dar al calcio valencias distintas de +2.
El calcio tiene una única valencia: +2, como todos los metales alcalinotérreos del grupo 2. Cede sus dos electrones 4s² para formar Ca²⁺ con la configuración estable del argón ([Ar]).
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⚠Pensar que el calcio no reacciona con el agua porque «está en los huesos».
El calcio metálico reacciona con el agua: Ca + 2 H₂O → Ca(OH)₂ + H₂. La reacción es más suave que con el sodio pero claramente exotérmica. En los huesos, en cambio, el calcio está como sal (hidroxiapatita Ca₅(PO₄)₃OH), químicamente estable e insoluble.
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⚠Decir que la «cal» es el elemento calcio.
La cal viva (CaO) es óxido de calcio, no calcio puro. La cal apagada o hidratada es Ca(OH)₂. La caliza es CaCO₃. Son compuestos, no el elemento. El calcio metálico se descubrió en 1808; la cal se usa desde hace milenios sin saber que contenía un elemento nuevo.