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Calcio

Proprietà e composti del calcio

Benché i composti del calcio, in particolare l'ossido e l'idrossido usati come malte per l'edilizia, fossero noti fin dalla prima antichità, il calcio metallico venne isolato per la prima volta solo nel 1808 da H. Davy, che ideò uno specifico procedimento di elettrolisi del cloruro di calcio.

Il calcio è è un elemento abbondante in natura costituendo circa il 3,5% della crosta terrestre.

I principali minerali del calcio sono il carbonato CaCO3 (è il principale costituente del marmo e dei  calcari); il  carbonato doppio CaCO3·MgCO3;  il solfato di biidrato   CaSO4·2H2O; il fluoruro CaF2.

E' presente anche in molte rocce silicee.

I terreni e le acque contengono praticamente sempre calcio; il tenore in questo elemento ha notevole importanza nel caso delle acque potabili e industriali nelle quali costituisce l'elemento principale della loro durezza.

E' un elemento indispensabile alla vita degli animali e dei vegetali, e sotto forma di carbonati e fosfati è uno dei principali costituenti di ossa e denti.

Il calcio è un metallo bianco-argenteo, abbastanza tenero (con una durezza compresa tra quella del sodio e quella dell'alluminio), duttile e malleabile anche a bassa temperatura.

Il calcio è un elemento elettropositivo che tende a formare lo stato di ossidazione +2. A freddo decompone l'acqua svilupando idrogeno, si ossida all'aria umida, reagisce con il fluoro e si scioglie in ammoniaca liquida dando una soluzione intensamente colorata in blu.

A temperature tra i 200 e i 500 °C circa reagisce con l'idrogeno, l'azoto, il cloro, lo zolfo e il fosforo; a temperature ancora superiori reagisce con il carbonio e il silicio e può ridurre gli alogenuri e gli ossidi di ferro, cromo e altri metalli.

La configurazione elettronica del calcio è la seguente 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2.

calcio

Calcio.

Composti del calcio

Tra i composti del calcio, il più importante è il carbonato di calcio (CaCO3), abbondante in natura nelle rocce sedimentarie sia come minerale puro (calcite e aragonite) sia come costituente dei calcari.

È un sale poco solubile in acqua, ma abbastanza solubile in essa in presenza dell’anidride carbonica in seguito alla formazione dell'idrogenocarbonato o bicarbonato, più solubile:

CaCO3 + H2O + CO2 <==> Ca(HCO3)2

Questa reazione è reversibile ed è molto importante nel ciclo geochimico del calcio; inoltre essa dà luogo, nel caso di acque a elevata durezza temporanea, alla formazione di incrostazioni in tubazioni e caldaie.

Infatti, per riscaldamento o evaporazione parziale della soluzione si elimina l'anidride carbonica e l'equilibrio si sposta a sinistra con precipitazione del carbonato.

Il carbonato di calcio trova largo impiego nella preparazione della  calce e dei cementi; inoltre viene utilizzato in molte industrie come materiale di carica e come neutralizzante.

Il solfato di calcio biidrato (CaSO4·2H2O) costituisce in natura il minerale gesso (anidro, CaSO4, costituisce il minerale anidrite).

Il nitrato di calcio [Ca(NO3)2] esiste in diverse forme idrate tra le quali si ricorda il tetraidrato Ca(NO3)2· 4H2O. Può essere preparato per reazione tra calcare e acido nitrico; anidro è un sale fortemente igroscopico, largamente utilizzato nella formulazione di concimi azotati e in pirotecnica.

Tra i fosfati i più importanti sono il tetraidrogenodifosfato di calcio, Ca(H2PO4)2, chiamato comunemente fosfato monocalcico, abbastanza solubile in acqua; l'idrogeno fosfato di calcio (CaHPO4), chiamato fosfato bicalcico; il difosfato tricalcico, Ca3(PO4)2, chiamato fosfato tricalcico.

Essi trovano larghissimo impiego come componenti dei concimi fosfatici, che vengono generalmente ottenuti a partire da fosfati naturali quali per esempio le apatiti.

L'ipoclorito di calcio [Ca(ClO)2] sia anidro sia nelle forme idrate è un sale molto solubile in acqua, che si comporta come un energico ossidante.

L'acetato di calcio-monoidrato, di formula [(CH3COO)2Ca·H2O], è un sale molto solubile in acqua, ottenibile per reazione tra acido acetico e ossido o carbonato di calcio. Si utilizza come intermedio in molte reazioni, come mordente in tintoria e inibitore di corrosione.

L'idruro di calcio (CaH2) è ottenibile per sintesi diretta dagli elementi a circa 400 °C; reagisce con l'acqua a freddo con sviluppo di idrogeno e si comporta come un forte riducente. Trova impiego come reagente in molte sintesi organiche.

Il cloruro di calcio (CaCl2) anidro è una sostanza altamente igroscopica; si ottiene come sottoprodotto nella produzione del carbonato di sodio tramite il processo Solvay. Viene utilizzato come antighiaccio stradale.

Il fluoruro di calcio (CaF2) esiste in natura come minerale fluorite, a differenza degli altri alogenuri di calcio è poco solubile in acqua. È utilizzato come fondente in molti processi metallurgici, nell'industria del vetro e delle ceramiche, e per la preparazione di molti composti organici e inorganici del fluoro.

Lo ioduro di calcio (CaI2) trova applicazioni in campo fotografico.

Il solfuro di calcio (CaS) è un sale poco solubile in acqua, dove si idrolizza; all'aria tende a ossidarsi a solfato. Ha applicazioni come depilante nelle concia delle pelli e come componente di pigmenti per vernici luminescenti.

fluorite

Fluorite

Utilizzo del calcio

Il calcio metallico si utilizza per le sue proprietà riducenti, eventualmente in lega con il litio, negli acciai e nelle leghe di rame e nichel, come desolforante e decarburante in vari acciai e leghe speciali, per eliminare tracce di azoto e ossigeno dai gas nobili, per ottenere metalli pregiati tramite riduzione dei loro ossidi (calciotermia), e per preparare alcuni suoi composti come l'idruro.

Piccole aggiunte di calcio (impiegato generalmente in lega con silicio e magnesio-silicio) migliorano notevolmente alcune proprietà di molti acciai e leghe di alluminio, zinco, magnesio e piombo.

Metodo di produzione del calcio

I metodi più convenienti per preparare il calcio metallico si basano sulla riduzione per via elettrolitica del cloruro (CaCl2) fuso (in miscela con fluoruro di calcio o cloruro di potassio per abbassare il punto di fusione) a circa 800 °C, oppure sulla riduzione del cloruro con alluminio; un altro importante metodo si basa sulla riduzione dell'ossido con alluminio in polvere, ad alta temperatura e sotto vuoto per facilitare la distillazione del calcio metallico. Sia questo metodo (detto alluminotermico) sia i precedenti danno prodotti a titolo tra il 95 e il 98% circa.

Mediante distillazione frazionata sotto vuoto è possibile ottenere industrialmente un calcio a titolo 99,9%.

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