Chapitres
Présentation
Le calcium est un élément chimique qui porte le numéro 20 dans la classification périodique des éléments. 
| Informations générales | |
|---|---|
| Symbole | Ca |
| Numéro atomique | 20 |
| Famille | Métal alcalino-terreux |
| Groupe | 2 |
| Période | 4 |
| Bloc | s |
| Masse volumique | 1,54 g.cm-3 |
| Dureté | 1,75 |
| Couleur | Argenté métallique |
| Propriétés atomiques | |
| Masse atomique | 40,078 u |
| Rayon atomique | 180 pm |
| Configuration électronique | [Ar] As2 |
| Électrons par niveau d'énergie | 2 | 8 | 8 | 2 |
| Oxyde | Basique |
| Système cristallin | Cubique à faces centrées |
| Propriétés physiques | |
| État ordinaire | Solide |
| Point de fusion | 842°C |
| Point d'ébullition | 1 484°C |
Définitions
- Numéro atomique : Le numéro atomique d’un atome représente le nombre de protons de ce dernier
- Famille : L’UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée) a regroupé en 10 familles les éléments chimiques qui présentent des propriétés physiques et chimiques semblables
- Groupe : Chaque groupe correspond aux éléments chimiques présents dans une même colonne du tableau périodique des éléments
- Période : Chaque période correspond aux éléments chimiques présents dans une même ligne du tableau périodique des éléments. Ils partagent également le même nombre de couches électroniques. On en compte 7 au maximum
- Bloc : Les éléments périodiques sont classés par bloc selon leurs propriétés et selon les couches électroniques jusqu’auxquelles elles sont remplies
- Dureté : La dureté d’un matériau représente la résistance qu’il oppose à la pénétration. On peut la mesurer selon plusieurs méthodes : la méthode par pénétration, la méthode par rayage ou encore la méthode par rebondissement
- Point de fusion : Le point de fusion correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l’élément chimique fond, passant ainsi de l’état solide à l’état liquide
- Point d’ébullition : Le point de fusion correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l’élément chimique bout, passant ainsi de l’état liquide à l’état gazeux
Rappel : La classification périodique des éléments, aussi appelée tableau de Mendeleïev, du nom de son créateur. C’est un chimiste russe qui en 1869 créa un tableau dont le but était de regrouper tous les éléments chimiques connus par points communs (groupes et familles par exemple). Il a souvent été ajusté et mis à jour depuis cette époque.
Sa dernière révision date de 2016 par l’UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée), une ONG suisse qui a pour but l’évolution de la physique-chimie. Le tableau périodique compte à ce jour 118 éléments.
Un peu d'histoire
Étymologie
Le mot calcium dérive du latin "calx" signifiant chaux auquel on a ajouté le suffixe -um. En effet, la chaux est un oxyde de calcium de formule CaO que l'on peut obtenir après une opération de calcination du calcaire CaCO3.
Premières découvertes
Certains composés du calcium tels que le calcaire, la chaux et le gypse sont connus depuis l'Antiquité. En effet, la chaux était déjà préparée par les Romains dès le Ier siècle. Mais le calcaire n'est identifié comme élément à part entière qu'à partir de 1808 : en apprenant que Jöns Jacob Berzelius et Magnus Martin Pontin avaient préparé un amalgame de calcium par électrolyse de la chaux dans du mercure, Humphry Davy, chimiste britannique, fut capable d'isoler le métal impur. 
Présence à l'état naturel
Il faut savoir ne se trouve jamais à l'état de corps pur dans la nature mais, en procédant à une réduction de ses ions, il est possible d'obtenir du calcium métallique. Il est le cinquième élément le plus abondant de la croûte terrestre (presque 5 % sous forme d'oxyde CaO).
Présence dans les aliments
- Les produits laitiers : ils sont la principale source de calcium alimentaire dans les pays occidentaux. Il peut être absorbé par les voies intestinale à 30% mais augmente l'excrétion urinaire de calcium. Il faut être prudent sur sa consommation car, lorsqu'elle est excessive, il peut y avoir une hypercalcémie temporaire, c'est à dire une concentration plasmatique en calcium trop élevée, qui peut provoquer une inhibition de la synthèse de vitamine D,
- Amande,
- Pistache,
- Datte,
- Légumes à feuilles vertes,
- Jaune d'oeuf,
- Poisson.
Production
Le calcium peut être produit par électrolyse du fluorure de calcium. Mais il est plus couramment produit par une réduction sous vide de la chaux, un oxyde de calcium de formule CaO, par de la poudre d'aluminium, on appelle cela une aluminothermie de la chaux. Pour ce faire, on place dans un four, chauffé électriquement ou à l'aide d'un combustible fossile, des pastilles composées d'un mélange de chaux et de poudre d'aluminium. Le calcium se forme alors durant a réaction sous forme de vapeur que l'on récupère via un circuit d'aspiration qui va établir un vide dans le four. Il vient ensuite se déposer sous dans un condensateur. Un résidu peut être obtenu après la réaction : l'aluminate de calcium.
Propriétés physiques et chimiques du calcium
Le calcium est un métal grisâtre assez dur qui, exposé à l'air sec, produit une couche protectrice blanche d'oxyde et de nitrure. Il peut réagir de façon violente avec l'eau : il déplace l'hydrogène de la molécule pour former de l'hydroxyde de calcium Ca(OH)2. La combustion du calcium produit une flamme jaune-rouge.
Dans l'alimentation
Le métal le plus abondant dans le corps est de plus loin le calcium. Il est majoritairement stocké dans les os dont il fait partie intégrante puisqu'il contribue à la formation de ces dernier. Mais il participe également à la formation des dents et au maintien de leur santé. Pour maintenir la concentration plasmatique en calcium sous forme d'ion Ca2+, il existe des mécanismes qui s'activent si nécessaire, mais ces derniers peuvent avoir des effets négatifs sur le squelette. Il peut y avoir un risque de solidité du squelette (par diminution de la densité osseuse) s'il y a une diminution trop importante de l'apport calcique et une augmentation des excrétions. Le calcium intervient dans le fonctionnement de nombreux processus enzymatique. Il joue également un rôle essentiel dans la coagulation sanguine, le maintien de la pression sanguine et la contraction des muscles (surtout le cœur puisque le calcium est très important au niveau neuromusculaire).
Importance physiologique
Comme expliqué précédemment, le calcium intervient dans la formation des os et des dents. De ce fait, son déficit peut les affecter et provoquer des effets néfastes sur le corps comme l'ostéoporose et problèmes de croissance. Mais son excès est tout aussi mauvais puisqu'il peut provoquer des calculs rénaux et une augmentation du risque cardiovasculaire. Relargué par les os en cas d'acidification du milieu interne, ce qui peut être provoqué par une consommation importante de produits acidifiant comme les protéines et le lait ainsi qu'une faible consommation de végétaux (ce qui a un effet alcalinisant), le calcium sert à réguler le pH corporel. Certaines études tendent à montrer que le cancer du côlon semble diminué par un régime riche en calcium. Le calcium, comme expliqué dans la sous-partie précédente, intervient dans la contraction musculaire sous sa forme ionique Ca2+. Il est stocké dans le muscle dans les réticulum sarcoplasmique et est libéré après une stimulation nerveuse, ce qui va activer les molécules d'actine, provoquant une contraction musculaire.
Équilibre calcique
L'équilibre calcique repose sur une relation entre les apports calciques mais aussi l'absorption et l'excrétion du calcium. Un apport élevé ou un apport faible en calcium peuvent être compensés par des variations plutôt faibles dans l'absorption et l'excrétion du calcium. L'excrétion est gérée par les voies intestinales via les fèces et par les voies rénales via les urines mais aussi par desquamation et la perte des cheveux et des ongles. Dans le cas de l'adulte, il faut que le taux d'absorption du calcium corresponde au taux de perte quotidiennes pour éviter toute dégradation du squelette. Cela est moins vrai chez l'enfant et l'adolescent qui ont besoin d'un apport plus nécessaire pour permettre de subvenir aux besoins de l'accroissement du squelette.
Les ions du calcium en solution aqueuse
Les ions calcium, de formule Ca2+, sont des ions monoatomiques positifs (des cations) portant deux charges électriques positives excédentaires à cause d'un défaut de deux électrons par rapport à la forme atomique. Ces ions sont incolores en solution aqueuse, et précipitent en présence d'ions carbonate. 
Composés à base de calcium
Tous les composés du calcium sont de nature ionique :
- Le carbonate de calcium, de formule CaCO3, comporte des ions calcium ainsi que des ions carbonate de formule CO32-. Il est peu soluble dans l'eau. On le trouve dans le calcaire, la craie ou le marbre.
- Le phosphate de calcium, de formule Ca3(PO4)2, est un solide où sont associés des ions calcium et des ions phosphate de formule PO43-. Le phosphate de calcium est le constituant principal des os et des dents.
- L'oxyde de calcium de formule CaO, aussi appelé "chaux vive", est un composé qui peut être obtenu par calcination du carbonate de calcium. Il se dissout dans l'eau en formant de "l'eau de chaux".
- L'hydroxyde de calcium, de formule Ca(OH)2, associe les ions calcium aux ions hydroxydes de formule HO–. En solution aqueuse, il forme de l'eau de chaux qui peut être utilisée pour le test d'identification du dioxyde de carbone. Ce dernier forme alors des ions carbonate en milieu basique et précipite en formant du carbonate de calcium blanchâtre qui trouble la solution et indique que le test est positif. C'est aussi un additif alimentaire associé au E526 utilisé comme correcteur d'acidité dans certains aliments.
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