Calcium

Présent sous forme ionique des sédiments de la croûte terrestre aux calculs rénaux, le calcium est indispensable à la vie sur Terre (« mangez du calcium ») comme à notre vie quotidienne qu’elle cimente depuis l’Antiquité (« des travaux de Romains  »).

Elément de symbole Ca et de numéro atomique 20, le calcium appartient au groupe des métaux alcalino-terreux.

Sous sa forme métal, il est gris et plutôt malléable. On ne le trouve pas pur sous forme métallique dans la nature, mais il est toujours combiné dans la croûte terrestre sous forme de carbonate de calcium (cf. Calcite), qui peut être teinté en bleu dans le Chunnel, ou d’hydroxyde de calcium(cf. Chaux). Il y est relativement abondant : environ 3 %.

Bien que la chaux soit connue depuis l’Antiquité, notamment sous les Romains comme liant hydraulique, ce n’est qu’au début du XIXe ° siècle, que le calcium métal fut connu de Jöns Jakob Berzelius sous forme d’un amalgame avec le mercure (cf. Mercure) et préparé par sir Humphrey Davy par électrolyse. La préparation usuelle du calcium se fait par réduction sous vide de la chaux par l’aluminium en poudre. C’est une réduction d’oxydo-réduction par un procédé appelé aluminothermie :
2 Al + 6 CaO ------> Ca3Al2O6 + 3 Ca

Cette réaction se produit à haute température dans un four électrique maintenu sous vide. Le calcium sous forme de vapeur se dépose dans un condenseur où il est ensuite recueilli, il reste alors l’aluminate de calcium comme produit secondaire.

Le calcium est un métal très réducteur. A l’air il se recouvre instantanément d’une couche protectrice d’oxyde CaO (la chaux vive) et de nitrure. Avec l’eau il réagit violemment en enflammant le dihydrogène (cf. Hydrogène) dégagé :
Ca + H2O ------> Ca(OH)2 + H2
Il réduit la plupart des oxydes comme, ZrO2, ThO2, UO2, PuO2 en produisant les métaux correspondants Zr, Th, U et Pu. Ces réductions s’effectuent à haute températures suivant le procédé dit de calciothermie, analogue à l’aluminothermie. Il est aussi utilisé pour désulfurer ou décarburer les alliages ferreux ou non ferreux en formant le sulfure CaS ou le carbure CaC2.

Il existe de nombreux composés du calcium : on a déjà cité le carbonate de calcium, CaCO3, base des roches calcaires et largement présent dans les coquilles des fruits de mer, la chaux vive, CaO, et l’hydroxyde de calcium, Ca(OH)2, la chaux éteinte, l’aluminate de calcium, Al2Ca3O6, et les silicates de calcium, SiCa2 et SiCa3, qui sont des composants du clinker dans la fabrication des ciments (cf. Ciments), le sulfate de calcium hydraté, CaSO4,2H2O, qui se forme lors de la prise du plâtre et en assure la solidité (cf. Plâtre).

On peut s’attarder sur deux composés qui ont eu et qui ont encore des applications industrielles :

    • le carbure de calcium CaC2 qui est fabriqué à haute température par action du coke sur l’oxyde CaO. C’est Henri Moissan (cf.Henri Moissan), premier chimiste français nobélisé, qui à la fin du XIXe siècle l’a découvert et préparé au moyen d’un four électrique, tout en lui trouvant une propriété intéressante. En effet, sous l’action de l’eau il libère de l’acétylène (cf. Acétylène) :
      CaC2 + 2 H2O ------> C2H2 + Ca(OH)2
      et
      CaC2 + Ca(OH)2 ------> C2H2 + CaO

Ces réactions furent à l’origine des lampes à acétylène qui bercèrent des pelotons de cyclistes et des armées de spéléologues dans l’entre-deux guerres, avec un délicat réglage du pointeau faisant tomber goutte à goutte l’eau sur les cailloux de carbure. La production d’acétylène est maintenant réalisée par craquage du méthane et des hydrocarbures selon le procédé de la flamme inverse : la production de carbure est presque nulle en 2010, sauf en Chine bien entendu.

    • le chlorure de calcium, CaCl2, est un solide déliquescent, très soluble dans l’eau, avec une chaleur de dissolution assez forte. C’est un produit secondaire de la fabrication du carbonate de sodium Na2CO3, très utilisé en verrerie, savonnerie et papeterie. Dans le procédé Solvay on attaque le sel par du calcaire suivant la réaction :
      2 NaCl + CaCO3 ------> Na2CO3 + CaCl2

Ce produit secondaire, dont on récupère des millions de tonnes, très hygroscopique, sert au séchage de l’air et des solvants organiques. Sa chaleur de dissolution fait fondre la glace et il est très utilisé comme sel de déneigement et, en cas de verglas, pour les autoroutes et les aéroports, car bien moins agressif pour les sols et les plantes que le chlorure de sodium.

Du point de vue physiologique, le calcium est nécessaire au bon fonctionnement de nos organismes. Il participe à la formation des os et des dents en fournissant l’hydroxyapatite (phosphate tricalcique, cf. Phosphore, Acide phosphorique) et le carbonate de calcium. Très important pour l’enfant lors de sa croissance, il l’est également pour les seniors. Son déficit entraîne en effet l’ostéoporose qui est une diminution de la mas se osseuse caractéristique d’une carence en calcium, mais aussi en vitamine D (cf. Vitamine D) et qui peut être due également à un manque d’activité physique.

Le calcium est aussi un régulateur du taux sanguin par l’intermédiaire de deux hormones : la parathormone et la calcitonine. On a découvert récemment du calcium intercellulaire dans les parois des vaisseaux sanguins sous forme de « Pulsars de calcium » qui sont, semble-t-il, essentiels pour la régulation du flot et de la pression du sang. On recommande un régime alimentaire équilibré en calcium avec notamment des produits laitiers, l’eau du robinet, les amandes, les figues, les oranges, le jaune d’œuf, le chou…
L’apport journalier devrait être de l’ordre de 900 mg/jour, mais l’excès nuit aussi, car il peut engendrer des calculs rénaux.

Pensée du jour
« Prenez du calcium, car avec lui ça carbure et vous éviterez d’être plâtré. »

Sources

Pour en savoir plus

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