Calcium

Calcium
Calcium
PotassiumCalciumScandium
Mg
  Structure cristalline cubique à corps centré

20
Ca
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Ca
Sr
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Informations générales
Nom, symbole, numéro Calcium, Ca, 20
Série chimique Métal alcalino-terreux
Groupe, période, bloc 2 (IIA), 4, s
Masse volumique 1,54 g·cm-3 (20 °C)[1]
Dureté 1,75
Couleur Argenté métallique
No CAS 7440-70-2 [2]
No EINECS 231-179-5
Propriétés atomiques
Masse atomique 40,078 ± 0,004 u [1]
Rayon atomique (calc) 180 pm (194 pm)
Rayon de covalence 1,76 ± 0,10 Å [3]
Rayon de van der Waals 197,3 pm
Configuration électronique [Ar] 4s2
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 8, 2
État(s) d’oxydation 2
Oxyde base
Structure cristalline Cubique faces centrées
Propriétés physiques
État ordinaire Solide (paramagnétique)
Point de fusion 842 °C [1]
Point d’ébullition 1 484 °C [1]
Énergie de fusion 8,54 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 153,6 kJ·mol-1
Volume molaire 26,20×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur 254 Pa à 838,85 °C
Vitesse du son 3 810 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 1,00
Chaleur massique 632 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 29,8×106 S·m-1
Conductivité thermique 201 W·m-1·K-1
Énergies d’ionisation[4]
1re : 6,11316 eV 2e : 11,87172 eV
3e : 50,9131 eV 4e : 67,27 eV
5e : 84,50 eV 6e : 108,78 eV
7e : 127,2 eV 8e : 147,24 eV
9e : 188,54 eV 10e : 211,275 eV
11e : 591,9 eV 12e : 657,2 eV
13e : 726,6 eV 14e : 817,6 eV
15e : 894,5 eV 16e : 974 eV
17e : 1 087 eV 18e : 1 157,8 eV
19e : 5 128,8 eV 20e : 5 469,864 eV
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD
MeV
40Ca 96,941 % stable avec 20 neutrons
41Ca {syn.} 103 000 a ε 0,421 41K
42Ca 0,647 % stable avec 22 neutrons
43Ca 0,135 % stable avec 23 neutrons
44Ca 2,086 % stable avec 24 neutrons
46Ca 0,004 % >0,4×1016 a -
48Ca 0,187 % 4,3×1019 a - 4,272 48Ti
Précautions
Directive 67/548/EEC[5]
Facilement inflammable
F
Phrases R : 15,
Phrases S : (2), 8, 24/25, 43,
Transport[5]
423
   1401   
NFPA 704

Symbole NFPA 704

SIMDUT[6]
B6 : Matière réactive inflammableE : Matière corrosive
B6, E,
SGH[7],[8]
SGH02 : Inflammable
Danger
H261, P231, P232, P422,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
Calcium protégé sous atmosphère d'argon.

Le calcium est un élément chimique, de symbole Ca et de numéro atomique 20.

C'est un métal alcalino-terreux gris et mou qui ne se trouve jamais à l'état de corps pur dans la nature. Il est le cinquième élément le plus abondant de la croûte terrestre (plus de 3 %) et est essentiel pour la matière organique : formation des os, des dents et des coquilles. Le calcium joue également un rôle très important en physiologie cellulaire.

Sommaire

Histoire du calcium

La chaux était déjà préparée par les Romains dès le premier siècle, mais ce n'est qu'en 1808 que le calcium fut découvert. En apprenant que Jöns Jacob Berzelius et Magnus Martin Pontin avaient préparé un amalgame de calcium par électrolyse de la chaux dans du mercure, Sir Humphry Davy fut capable d'isoler le métal impur. Vient du latin calx (qui signifie chaux).

Caractéristiques notables

Le calcium peut être produit par électrolyse du fluorure de calcium mais plus couramment par réduction sous vide de la chaux (CaO) par de la poudre d'aluminium.

Il brûle avec une flamme jaune-rouge ; exposé à l'air sec il forme une couche protectrice blanche d'oxyde et de nitrure. Il réagit violemment avec l'eau dont il déplace l'hydrogène et forme alors de l'hydroxyde de calcium Ca(OH)2.

Applications physiques du calcium métal

Composés

Dans l'alimentation

Le calcium est de loin le métal le plus abondant dans le corps. Il est majoritairement entreposé dans les os, dont il fait partie intégrante. Il contribue à la formation de ces derniers, ainsi qu'à celle des dents, et au maintien de leur santé. Le calcium joue aussi un rôle essentiel dans la coagulation sanguine, le maintien de la pression sanguine et la contraction des muscles, dont le cœur.

Importance physiologique

Le calcium est un composant important d'un régime sain. Contrairement à ce que l’on croit, ce ne sont pas les produits laitiers qui représentent la meilleure source de calcium, car la proportion calcium/phosphore n’y est pas bonne. Le lait contient en effet trop de phosphore, ce qui peut entraîner une calcification insuffisante. Le corps a besoin de magnésium, de silicium, de vitamines A, C et D, de protéines et de phosphore pour bien l’assimiler.

Le calcium intervient dans la formation des os et des dents ; son déficit va donc les affecter (ostéoporose, problèmes de croissance). Son excès provoque l'apparition de calculs rénaux. De plus, il intervient dans les échanges cellulaires et est, de ce fait, vital. Son taux sanguin (calcémie) est extrêmement régulé, pour éviter des variations fatales à l'organisme. Les hormones impliquées dans cette régulation sont la parathormone et la calcitonine, bien que le rôle « hormonal » de la calcitonine soit discuté étant donné que son augmentation n'entraîne pas de modification sur le métabolisme phospho calcique. Il serait plus juste de considérer la parathormone et le calcitriol (dérivé de la vitamine D) comme les deux principales hormones du métabolisme phospho calcique. Voir aussi métabolisme du calcium. Le calcium sert aussi à réguler le pH corporel, il est relargué des os lorsqu'il y a une acidification du milieu interne provoquée par une consommation de produit acidifiant (protéines, laits…) et une faible consommation de végétaux qui ont un effet alcalinisant.

Le risque de cancer du côlon semble diminué par un régime riche en calcium. La majorité des études épidémiologiques indiquent que les gens dont l'alimentation contient le plus de calcium ont moins fréquemment un cancer colorectal. Plus de 25 publications scientifiques montrent que le calcium diminue la cancérogenèse colique chez les rongeurs[9]. Enfin, trois essais cliniques contrôlés montrent que la prise d'un supplément de carbonate de calcium (1-2 g/j) diminue la récurrence des polypes de 15 à 30 % chez des volontaires[9] : Il semble donc que le calcium prévienne le cancer colorectal.

Présence dans les aliments

Article détaillé : Teneur en calcium des aliments.

Le calcium est présent dans plusieurs aliments de consommation courante.

Les produits laitiers constituent la principale source de calcium alimentaire (plus des deux tiers des aliments consommés) des pays occidentaux. Le calcium y est présent sous une forme permettant une bonne absorption intestinale (de l'ordre de 30 %) et n'augmentant pas l'excrétion urinaire, permettant finalement une bonne biodisponibilité. Les produits très riches en calcium et en phosphore produits laitiers entrainent une hypercalcémie et hyperphosphatémie temporaires, avec une inhibition de la synthèse de vitamine D.

D'autres aliments contiennent du calcium : eau du robinet, amandes, pistaches, dattes, persil, figues, cresson, cacao, pissenlit, oranges, haricots secs, jaune d'œuf, graines de sésame, Tahini, brocoli, choux, épinard (les légumes à feuilles vertes en général), certains poissons…

Le calcium mineral, comme celui de l'eau n'est pas assimilable par l'organisme.

Selon certains, le calcium d'origine végétale est parfois moins absorbable car il peut être en partie insolubilisé de façon irréversible sous forme de phytates (soja) ou d'oxalates (épinard, cacao) dans les quelques aliments qui en contiennent. Ainsi l'absorbabilité du calcium de l'épinard ne dépasserait pas 5 %.[réf. nécessaire]

Selon d'autres sources[10],[11],[12], le calcium du lait n'est absorbé qu'à 30%.

Pour l'évaluation de la biodisponibilité réelle, il faut aussi tenir compte des facteurs alimentaires qui influencent la perte urinaire du calcium absorbé. Ainsi, l'absorption simultanée de phosphore diminue l'excrétion urinaire de calcium. À l'opposé, les composants « acidogènes » du régime, comme les sulfates (en particulier dans les eaux minérales sulfatées calciques), augmentent la calciurie.

Enfin, la fixation du calcium absorbé dans le tissu osseux (prévenant l'ostéoporose) dépend de nombreux autres facteurs, en particulier hormonaux (voir ci-dessus).

Les apports journaliers recommandés sont de 900 mg par jour chez l'adulte[13] qui consomme une alimentation occidentale.


Selon l'OMS[14], un besoin de calcium beaucoup plus bas (500 mg/jour) est observé chez les personnes ayant une alimentation beaucoup plus végétarienne, qui s'exposent suffisamment au soleil (vitamine D) et qui ont une activité physique non sédentaire. En effet, l'ingestion d'acide aminés soufrés (comme la Méthionine) en grandes quantités augmenterait la déperdition de calcium dans les urines. Ces acides aminés soufrés se trouvent en grande quantité dans les viandes, les poissons, les oeufs, les charcuteries.

En tant que médicament

L'absorption de calcium sous forme de comprimés permet d'augmenter son apport journalier si ce dernier n'est pas optimal. Il est parfois associé à la prise de vitamine D. Il semble être efficace dans le traitement préventif de l'ostéoporose de la personne âgée, en diminuant le taux de fractures ainsi que les indices de déminéralisation osseuse[15]. L'effet secondaire le plus noté reste une constipation[16]. Le syndrome des buveurs de lait, dans sa forme moderne, est dû principalement à la consommation de carbonate de calcium : c'est la troisième cause d'hypercalcémie et la seconde cause d'hypercalcémie sévère[17]. Cette supplémentation pourrait être associée avec un risque majoré de maladies cardio-vasculaires[18],[19], même si cette donnée reste discutée[20]. Mais les médicaments destinés à l'ostéoporose servent aussi a soigner les maladies telles que l'anorexie ou boulimie afin de subvenir au manque de nutriments équilibrés dans le corps dus à l'absence de ceux-ci du fait des problèmes que cela engendre.

Production industrielle

Le calcium est produit par aluminothermie de la chaux, c’est-à-dire une réaction d'oxydo-réduction où la chaux − l’oxyde de calcium CaO − est réduite par l'aluminium dans des fours où l'on établit le vide.

De façon simplifiée :

\mathrm{2Al+6CaO\to Ca_3Al_2O_6+3Ca}

On introduit dans le four des pastilles formées à partir d'un mélange de chaux et de poudre d'aluminium. Le four est chauffé électriquement ou à l'aide d'un combustible fossile. Le calcium formé au cours de la réaction se dégage sous forme de vapeur, et l'on dispose (dans le circuit d'aspiration établissant le vide dans le four) un condenseur où il vient se déposer. Le résidu de la réaction est de l'aluminate de calcium (combinaison d'alumine et de chaux).

Notes et références

  1. a, b, c et d (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90e éd., Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0) 
  2. Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  3. (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », dans Dalton Trans., 2008, p. 2832-2838 [lien DOI] 
  4. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, TF-CRC, 2006, 87e éd. (ISBN 0849304873), p. 10-202 
  5. a et b Entrée de « Calcium » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 13 février 2010 (JavaScript nécessaire)
  6. « Calcium » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
  7. Numéro index 020-001-00-X dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE N° 1272/2008 (16 décembre 2008)
  8. []http://www.sigmaaldrich.com/catalog/ProductDetail.do?lang=en&N4=441872%7CALDRICH&N5=SEARCH_CONCAT_PNO%7CBRAND_KEY&F=SPEC SIGMA-ALDRICH
  9. a et b Chimioprévention
  10. Devenir végétarien, Vesanto Melina, Victoria Harrison et Brenda Charbonneau Davis, Éditions de l'Homme, 1996. Preventing and Reversing Osteoporosis, A.R. Gaby, Prima Publishing, 1994
  11. Le calcium, diététique en action, vol.12, no 1, printemps 1998.
  12. La ménopause : aux hormones ou au naturel? Une approche intégrée, Dr Paul Lépine et Danielle Ruelens, Éditions Quebecor, 2002.
  13. [PDF](fr) Ostéoporose : stratégies de prévention et de traitement
  14. Régime alimentaire, nutrition et prévention des maladies chroniques - Rapport d'une Consultation OMS/FAO d'experts, OMS, Série de Rapports techniques 916, Organisation mondiale de la Santé, 2003.
  15. (en) B. M. P. Tang, G. D. Eslick, C. Nowson, C. Smith et A. Bensoussan, « Use of calcium or calcium in combination with vitamin D supplementation to prevent fractures and bone loss in people aged 50 years and older: a meta-analysis », dans Lancet, vol. 370, no 9588, 25 août 2007, p. 657-666 (ISSN 0140-6736) [lien DOI (page consultée le 19 décembre 2010)] 
  16. (en) I. R. Reid, B. Mason, A. Horne, R. Ames, H. E. Reid, U. E. Bava, M. J. Bolland et G. D. Gamble, « Randomized Controlled Trial of Calcium in Healthy Older Women », dans Am. J. Med., vol. 119, no 9, septembre 2006, p. 777-785 (ISSN 0002-9343) [lien DOI (page consultée le 19 décembre 2010)] 
  17. Picolos MK, Lavis VR, Orlander PR, « Milk-alkali syndrome is a major cause of hypercalcaemia among non-end-stage renal disease (non-ESRD) inpatients », dans Clin. Endocrinol. (Oxf), vol. 63, no 5, novembre 2005, p. 566–76 [lien PMID, lien DOI] 
  18. (en) M. J. Bolland, P. A. Barber, R. N. Doughty, B. Mason, A. Horne, R. Ames, G. D. Gamble, A. Grey et I. R. Reid, « Vascular events in healthy older women receiving calcium supplementation: randomised controlled trial », dans BMJ, vol. 336, no 7638, septembre 2008, p. 262-266 (ISSN 0959-8138) [lien DOI (page consultée le 19 décembre 2010)] 
  19. (en) M. J. Bolland, A. Avenell, J. A. Baron, A. Grey, G. S. MacLennan, G. D. Gamble et I. R. Reid, « Effect of calcium supplements on risk of myocardial infarction and cardiovascular events: meta-analysis », dans BMJ, vol. 341, juillet 2010, p. c3691 (ISSN 0959-8138) [lien DOI (page consultée le 19 décembre 2010)] 
  20. (en) J. Hsia, G. Heiss, H. Ren, M. Allison, N. C. Dolan, P. Greenland, S. R. Heckbert, K. C. Johnson, J. E. Manson, S. Sidney et M. Trevisan, « Calcium/vitamin D supplementation and cardiovascular events », dans Circulation, vol. 115, 2007, p. 846-854 (ISSN 0009-7322) [lien DOI (page consultée le 19 décembre 2010)] 

Voir aussi

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3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
   
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