Sciences · Éléments chimiques
Calcium
Le calcium (Ca, numéro atomique 20) est un métal alcalino-terreux, 5ᵉ élément de la croûte terrestre. Il forme le calcaire, la craie et le ciment, et constitue la charpente minérale des os et des dents.
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Le calcium est l’élément de la solidité : celle des os, des coquillages, des falaises de craie et du béton. À l’état pur, c’est pourtant un métal argenté et réactif que presque personne n’a jamais vu. Le corps humain en contient environ 1 kg, ce qui en fait son minéral le plus abondant.
Fiche d’identité
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| Symbole | Ca |
| Numéro atomique | 20 |
| Masse atomique | 40,078 u |
| Famille | Métal alcalino-terreux (groupe 2, période 4) |
| État à 20 °C | Solide |
| Fusion | 842 °C |
| Ébullition | 1 484 °C |
| Découverte | 1808, Humphry Davy |
| Abondance | environ 4,1 % de la croûte terrestre (5ᵉ élément) |
Propriétés
Le calcium métallique est argenté, assez mou, léger (1,55 g/cm³). Il cède ses deux électrons externes pour former l’ion Ca²⁺. Il réagit avec l’eau, plus calmement que le sodium, en libérant de l’hydrogène et de l’hydroxyde de calcium. Il colore les flammes en rouge orangé.
Ses composés sont beaucoup plus familiers :
| Composé | Nom courant | Où on le trouve |
|---|---|---|
| CaCO₃ | calcaire, craie, marbre | roches, coquilles, stalactites, tartre |
| CaO | chaux vive | calcination du calcaire |
| Ca(OH)₂ | chaux éteinte | mortiers, enduits |
| CaSO₄·2H₂O | gypse | plâtre |
| Ca₅(PO₄)₃OH | hydroxyapatite | os et émail des dents |
| CaF₂ | fluorine | minéral |
Isotopes
Le calcium naturel compte six isotopes. Le calcium 40 représente environ 96,9 % du total. Le calcium 48, environ 0,19 %, a un noyau particulièrement riche en neutrons : il est utilisé en faisceau pour synthétiser les éléments superlourds.
Où le trouve-t-on ?
Le calcium est présent dans le calcaire, roche sédimentaire formée en grande partie par l’accumulation de squelettes et de coquilles d’organismes marins, dans la dolomie, le gypse, et dans de nombreux silicates (plagioclases, pyroxènes). L’eau qui traverse des terrains calcaires se charge en calcium : c’est l’eau dure, qui laisse du tartre (voir roches et minéraux).
Production
Le calcium métal, de faible usage, est produit par réduction de la chaux par l’aluminium sous vide, principalement en Chine. L’industrie consomme surtout ses composés : plusieurs milliards de tonnes de calcaire sont extraites chaque année pour la construction, et la production de ciment dépasse 4 milliards de tonnes.
Usages
- Construction : calcaire, chaux, ciment, béton, plâtre. La fabrication du ciment, par cuisson du calcaire vers 1 450 °C, libère beaucoup de CO₂ : environ 7 à 8 % des émissions mondiales.
- Métallurgie : la chaux élimine les impuretés de l’acier ; le calcium métal désoxyde et désulfure les aciers spéciaux et sert de réducteur pour d’autres métaux.
- Agriculture : chaulage des sols acides.
- Alimentation et pharmacie : compléments, antiacides au carbonate, additifs.
- Traitement de l’eau et des fumées : la chaux neutralise les acides et capte le dioxyde de soufre.
- Papier, peintures, plastiques : carbonate de calcium comme charge blanche.
Rôle biologique
Environ 99 % du calcium du corps se trouve dans les os et les dents, sous forme d’hydroxyapatite (voir squelette et os et dents). Le 1 % restant joue un rôle vital : le calcium déclenche la contraction musculaire, y compris celle du cœur, la libération des neurotransmetteurs, la coagulation du sang et de nombreuses voies de signalisation dans les cellules.
Le taux sanguin est maintenu dans des limites étroites par l’hormone parathyroïdienne et la vitamine D, qui favorise son absorption intestinale (voir vitamines). Les besoins d’un adulte sont d’environ 950 mg à 1 g par jour, davantage à l’adolescence. Les produits laitiers, certaines eaux minérales, les choux, les amandes et les sardines avec arêtes en sont de bonnes sources.
Un déficit prolongé favorise l’ostéoporose. Un excès de suppléments peut favoriser les calculs rénaux. Toute supplémentation se décide avec un médecin.
Histoire du nom
La chaux est utilisée depuis l’Antiquité : les Romains maîtrisaient les mortiers de chaux et les bétons à la pouzzolane (voir Empire romain). Le nom vient du latin calx, calcis, « chaux ». Lavoisier soupçonnait que la chaux était l’oxyde d’un métal inconnu. En 1808, Humphry Davy isole le calcium par électrolyse d’un mélange de chaux et d’oxyde de mercure, la même année que le baryum, le strontium et le magnésium.
Questions fréquentes
Les produits laitiers sont-ils indispensables pour le calcium ?
Non, mais ils en sont une source pratique et bien absorbée. Une alimentation sans laitages peut couvrir les besoins avec des eaux calciques, des légumes verts, des oléagineux et des produits enrichis.
Pourquoi l’eau calcaire laisse-t-elle du tartre ?
En chauffant ou en s’évaporant, l’eau perd du dioxyde de carbone dissous ; le carbonate de calcium, moins soluble, précipite et se dépose.
Le calcium suffit-il à avoir des os solides ?
Non : la vitamine D, les protéines, l’activité physique et l’absence de tabac comptent autant que l’apport en calcium.