El calci és l'element químic de símbol Ca i nombre atòmic 20. Igual que els altres metalls alcalinoterris, és un metall reactiu que forma una capa d'òxid-nitrur de color fosc en ser exposat a l'aire. Les seves propietats físiques i químiques són similars a les dels seus homòlegs més pesants, l'estronci i el bari. Es tracta del cinquè element més abundant a l'escorça terrestre i el tercer metall més abundant, després del ferro i l'alumini. El compost de calci més comú a la Terra és el carbonat de calci, que es pot trobar en la pedra calcària i les restes fòssils d'organismes marins primitius. Entre les altres fonts de calci hi ha el guix, l'anhidrita, la fluorita i l'apatita. El seu nom deriva de calx, el nom llatí de la calç, que s'obtenia escalfant la pedra calcària.
Malgrat que a l'edat antiga ja es coneixien diversos compostos de calci, les seves propietats químiques no es posaren en clar fins al . El 1808, Humphry Davy obtingué calci pur mitjançant l'electròlisi del seu òxid i batejà l'element. Els compostos de calci tenen un ús molt ampli en nombroses indústries: com a suplement de calci en el sector alimentari i farmacèutic, com a agent de blanqueig en la indústria paperera, com a component del ciment i els aïlladors elèctrics i en la fabricació de sabó. En canvi, l'alta reactivitat del metall pur fa que no tingui gaire aplicacions; en quantitats petites, és emprat habitualment com a component d'aliatges en la siderúrgia i ocasionalment en aliatges de calci i plom per a la fabricació de bateries per a automòbils.
És un element essencial per a la vida. Es calcula que entre un 1,5% i un 2% del pes d'una persona és calci, del qual el 99% es troba en els ossos i la resta en teixits i líquids corporals intervenint en el metabolisme cel·lular.
En la parla vulgar s'utilitza la veu calci per a referir-se a les seves sals (v.g., 'aquesta aigua té molt calci; en les canonades es diposita molt calci'', etc.)
Història El calci va ser descobert el 1808 per Humphry Davy per mitjà d'electròlisi d'una amalgama de mercuri i calç. Davy va mesclar calç humitejada amb òxid de mercuri (HgO) que va col·locar sobre una làmina de platí, l'ànode, i va submergir una part de mercuri en l'interior de la pasta que faria de càtode; per electròlisi va obtenir una amalgama que destil·lada va deixar un residu sòlid molt oxidable, encara que ni tan sols el mateix Davy estava molt segur d'haver obtingut calci pur; amb posterioritat Bunsen el 1854 i Matthiessen el 1856 van obtenir el metall per electròlisi del clorur de calci (CaCl₂), i Henri Moissan va obtenir calci amb una puresa del 99% per electròlisi del iodur de calci (CaI₂). No obstant això, fins a principis del el calci només s'obtenia en laboratori.
Abundància i obtenció miniatura|esquerra|Hematites calcita És el cinquè element en abundància en l'escorça terrestre (3,6% en pes) però no es troba en estat nadiu sinó formant compostos amb gran interès industrial com el carbonat (calcita, marbre, calcària i dolomita) i el sulfat (algeps, alabastre) a partir dels quals s'obtenen la calç viva, l'escaiola, el ciment, etc.; altres minerals que el contenen són fluorita (fluorur), apatita (fosfat) i granit (silicat).
miniatura|esquerra|Detall de l'organització electrònica de l'àtom
El metall s'aïlla per electròlisi del clorur de calci (subproducte del procés Solvay) fos: Càtode: Ca2+ + 2 e- → Ca Ànode: Cl- → ½ Cl2 (gas) + e-
Característiques principals El calci és un metall alcalinoterri bla, mal·leable i dúctil que crema amb flama roja formant òxid de calci i nitrur. Les superfícies recents són de color blanc platejat, però empal·lideixen ràpidament tornant-se lleugerament groguenques exposades a l'aire i en última instància grisa o blanques per la formació de l'hidròxid de calci al reaccionar amb la humitat ambiental. Reacciona violentament amb l'aigua per a formar l'hidròxid Ca(OH)₂ desprenent hidrogen.
Isòtops
El calci té sis isòtops estables, dels quals el Ca-40 és el més abundant (97%). El Ca-40 i el Ar-40 són productes de la desintegració del K-40, però mentre que el segon s'ha usat per a la datació en geologia, la prevalença de l'isòtop Ca-40 en la naturalesa ha impedit fer el mateix amb el calci.
A diferència d'altres isòtops cosmogènics produïts en l'atmosfera terrestre, el Ca-41 es produeix per activació neutrónica del Ca-40, de manera que se sintetitza en les capes més superficials del sòl, en les que el bombardeig de neutrons és prou intens. A més d'això, el Ca-41 ha rebut l'atenció dels científics perquè es desintegra en K-41, un indicador crític de les anomalies del sistema solar.
Aplicacions El calci és un agent reductor en l'extracció d'altres metalls com l'urani, zirconi i tori, també és un desoxidant, desulfuritzador, o decarburitzador per a diversos aliatges ferroses i no ferroses, és un agent d'aliatge utilitzat en la producció d'alumini, beril·li, coure, plom i magnesi i té aplicacions en molts productes lactis o medicaments per al reforç dels ossos. La manca de calci en els ossos humans facilita l'aparició de malalties com el raquitisme, l'osteomalàcia o l'osteoporosi.
El òxid de calci (CaO) es produeix per descomposició tèrmica de la pedra calcària, roca rica en carbonat de calci, a alts forns, aplicant un procés de llit continu. L'òxid, anomenat calç viva, és àmpliament usat en la construcció. També s'utilitza en arcs de llum d'alta intensitat (llum de calç) a causa de les seves característiques espectrals poc usuals i com a agent deshidratant industrial. La indústria metal·lúrgica fa ampli ús de l'òxid durant la reducció d'aliatges ferrosos.
L'hidròxid de calci (Ca(OH)2), anomenat calç apagada, té moltes aplicacions on l'ió hidroxil és necessari. En el procés d'apagat de l'òxid de calci, el volum de calç apagada s'expandeix al doble que la quantitat de calç viva inicial, fet que fa que sigui útil per trencar roca o fusta.
En resum cal destacar les següents aplicacions: Agent reductor en l'extracció d'altres metalls com l'urani, zirconi i tori. Desoxidant, desulfuritzador, o descarburitzador per a diversos aliatges ferrosos i no ferrosos. Agent d'aliatge utilitzat en la producció d'alumini, beril·li, coure, plom i magnesi.
Paper biològic El calci actua com a mediador intracel·lular complint una funció de segon missatger. Per exemple, el catió Ca2+ intervé en la contracció dels músculs. També està implicat en la regulació d'alguns enzims cinases que realitzen funcions de fosforilació, per exemple la proteïna-cinasa C (PKC), i realitza unes funcions enzimàtiques semblants a les del magnesi en processos de transferència de fosfat (per exemple, l'enzim fosfolipasa A₂).
Algunes de les seves sals són prou insolubles, per exemple el sulfat (CaSO₄), carbonat (CaCO₃), oxalat, etc., i forma part de distints biominerals. Així, en el ser humà, està present en els ossos en forma d'hidroxiapatita càlcic, Ca10(OH)₂(PO₄)₆, en les dents com fluorohidroxiapatita càlcic (alguns OH- se substituïxen per F-), o com a carbonat de calci en l'orella interna. Altres biominerals es troben presents en exoesquelets, en petxines o en la closca d'ou de distints animals i en forma de distintes sals.
Una altra funció del calci està relacionada amb la coagulació de la sang,Devlin, T. M. 2004. Bioquímica, 4.ª edición. Reverté, Barcelona. ISBN 84-291-7208-4 a través de la seva relació amb la proteïna protrombina. El principal magatzem de calci dins de les cèl·lules és el reticle endoplasmàtic.González D., Espino, J., Bejarano, I., López, J.J., Rodríguez, A.B., Pariente, J.A. (2010). "Caspase-3 and -9 are activated in human myeloid HL-60 cells by calcium signal". Molecular and Cellular Biochemistry 333: 151-157.González D., De Nicola, M., Bruni, E., Caputo, F., Rodríguez, A.B., Pariente, J.A., Ghibelli, L. (2014). "Nanoceria protects from alterations in oxidative metabolism and calcium overloads induced by TNFa and cycloheximide in U937 cells: pharmacological potential of nanoparticles". Molecular and Cellular Biochemistry 397: 245-253. També està implicat en la regulació d'alguns enzims quinases que realitzen funcions de fosforilació, per exemple la proteïna quinasa C (PKC), i realitza unes funcions com a cofactor enzimàtic similars a les del magnesi en processos de transferència de fosfat (per exemple, l'enzim fosfolipasa A2). A més, diversos estudis apunten que el calci també podria ser un senyal d'apoptosi, a través de l'excessiva recaptació de l'ió a la mitocòndria i, per tant, donant lloc a una generació d'estrès oxidatiu.Espino J, Bejarano I, Paredes SD, González D, Barriga C, Reiter RJ, Pariente JA, Rodríguez AB (January 2010). "Melatonin Counteracts Altrations in Oxidative Metabolism and Cell Viability Induced by Intracellular Calcium Overload in Human Leucocytes: Changes with Age". Basic & Clinical Pharmacology & Toxicology 107: 590-597. doi: [10.1111/j.1742-7843.2010.00546.x]D. González, I. Bejarano, C. Barriga, A.B. Rodríguez, J.A. Pariente (2010). "Oxidative Stress-Induced Caspases are Regulated in Human Myeloid HL-60 Cells by Calcium Signal". Current Signal Transduction Therapy 5: 181-186. doi: [10.2174/157436210791112172]Bejarano I, Espino J, González-Flores D, Casado JG, Redondo PC, Rosado JA, Barriga C, Pariente JA, Rodríguez AB (2009). "Role of Calcium Signals on Hydrogen Peroxide-Induced Apoptosis in Human Myeloid HL-60 Cells". International Journal of Biomedical science 5(3): 246-256.
És, per tant, un important component de la dieta. La quantitat diària recomanada per als adults oscil·la entre 800-1000 mg, quantitat que ha d'incrementar-se durant el creixement (9-18 anys) i l'embaràs i la lactància, i després de la menopausa, fins als 1200-1300 mg; els productes comercials especifiquen en el seu etiquetatge la quantitat de calci que proporcionen, expressada en tant per cent respecte a la c. d. r., perquè el consumidor sàpia si està ingerint la quantitat diària recomanada (en les situacions especials descrites hauria de consumir-se entorn d'un 130%). Productes rics en calci són la llet i els derivats lactis (el calci dels quals és fàcilment absorbit), els vegetals (fesols, espinacs), els peixos que es mengen amb espina (sardina, anxova), etc. i els aliments enriquits amb calci.
La competència que s'establix entre certs minerals pot inhibir l'absorció del calci; així, calci i magnesi competixen pels mateixos punts d'absorció, per la qual cosa aquelles persones que estiguen prenent suplements del segon hauran de tindre especial atenció amb l'aporte diari de calci.
El dèficit de calci és susceptible de provocar osteoporosi i hipocalcèmia, mentre que el seu excés provoca hipercalcèmia.
Calci esquelètic El calci esquelètic, és a dir, l'emmagatzemat als ossos, té un component relativament no intercanviable, que és estable, i un component ràpidament intercanviable, que participa en les activitats metabòliques. El component intercanviable es pot considerar una reserva que s'acumula quan la dieta proporciona una ingesta adequada de calci. S'emmagatzema principalment en els extrems dels ossos llargs i es mobilitza per satisfer l'augment de les necessitats de creixement, de l'embaràs i de la lactància. En absència de la reserva esmentada, el calci s'ha de sostreure de la mateixa reserva òssia; si la ingesta inadequada de calci es perllonga resulta en una estructura òssia deficient. El calci es presenta als ossos sota la forma de hidroxiapatita, una estructura cristal·lina que consisteix en fosfat de calci que s'organitza al voltant d'una matriu orgànica de proteïna col·lagenosa per proporcionar força i rigidesa. Molts altres ions com fluor, magnesi, zinc i sodi hi són també presents. Els ions minerals es difonen dins del líquid extracel·lular, banyant els cristalls i permetent el dipòsit de nous minerals. Els mateixos tipus de cristalls es presenten a l'esmalt i la dentina de les dents, allà hi ha poc intercanvi de minerals i el calci no està disponible amb facilitat per als períodes de deficiència.