Calcio, Ca, número atómico 20
Historia, ocurrencia, extracción, uso y precios del calcio
El calcio (calcio germanizado escrito) es un elemento químico con el símbolo del elemento Ca y el número atómico 20. En la tabla periódica está en el segundo grupo principal, o el 2. IUPAC grupo y por lo tanto pertenece a los metales alcalinotérreos. La ortografía Calcium corresponde al estándar IUPAC y se considera técnica.
El calcio elemental es un metal blanco plateado brillante. En términos de fracción de masa (ppmw), es el quinto elemento más abundante después del oxígeno, silicio, aluminio y hierro. Debido a su fuerte reactividad, solo se produce químicamente como componente de minerales. Estos incluyen z. Como calcita, aragonita y dolomita en piedra caliza, mármol y tiza y yeso (sulfato de calcio). La hidroxilapatita (fosfato de calcio) es un componente esencial de los huesos y dientes.
Historia
El nombre "Calcio" deriva del latín calx. Entonces los romanos llamaron a la cal, la piedra caliza, la tiza y el mortero de cal (Baukalk).
El calcio elemental ganó Humphry Davy 1808 por primera vez al evaporar el mercurio de la amalgama electrolítica de calcio.
Ocurrencia
En el medio ambiente, el calcio ocurre solo en forma ligada. Una excepción es probablemente una variedad de fluorita ("stinkspat") en cuya red cristalina el calcio coloidal probablemente se formó por la radiación radioactiva natural. Los minerales que contienen calcio, como la calcita y el yeso, están presentes en grandes cantidades (por ejemplo, en los Alpes hay características de la piedra caliza relacionadas con las montañas: los Alpes de piedra caliza del norte y los Alpes de piedra caliza del sur).
Los compuestos de calcio son solubles en agua, por lo que la solubilidad del calcio en el agua subterránea está determinada esencialmente por el exceso de ácido carbónico (saturación de cal). Por lo tanto, la pregunta de qué compuesto de calcio es estable en el agua subterránea depende esencialmente del pH del agua subterránea. La calcita (Ca [CO3]) y el yeso (Ca [SO4] · 2H2O) predominan como el compuesto de calcio a valores de pH medio a alcalino. A pH bajo, el calcio se presenta como Ca2 + (Ca ++ alternativo).
El principal proceso de entrada de calcio al agua subterránea es la erosión de las rocas calcáreas como la piedra caliza.
Como componente esencial de la materia viva, el calcio participa en la construcción de hojas, huesos, dientes y conchas. Además de K + y Na + Ca2 + juega un papel importante en la transmisión de estímulos en las células nerviosas y musculares. Pero los iones de calcio también juegan un papel importante en la transducción de señales en otras células.
Propiedades
El calcio es más suave que el plomo, pero no se puede cortar con un cuchillo. En el aire comienza rápidamente. Reacciona violentamente con agua para formar hidróxido de calcio e hidrógeno. En el aire se quema en óxido de calcio y, ligeramente, en nitruro de calcio. El calcio finamente distribuido es autoinflamable (pirofórico).
El calcio pertenece a los metales alcalinotérreos. Existe en compuestos químicos casi exclusivamente en el número de oxidación + 2.
Producción
El metal se produce al vacío reduciendo la cal quemada (óxido de calcio) con polvo de aluminio a 1200ºC. Aunque el aluminio tiene una menor reactividad y entalpía que el calcio, el equilibrio de la reacción
Aunque este proceso está casi completamente en el lado izquierdo de esta ecuación, este proceso de fabricación funciona porque el calcio resultante se evapora constantemente a esta temperatura y, por lo tanto, desaparece del equilibrio. La purificación se lleva a cabo por destilación del calcio.
Utilizar
El calcio metálico sirve como agente reductor en la metalurgia para la producción de metales como torio, vanadio, circonio, itrio y otros metales de tierras raras, como agente reductor en la producción de acero y aluminio, como un aditivo de aleación en aluminio, berilio, cobre, plomo. y aleaciones de magnesio y como material de partida para la producción de hidruro de calcio.
El uso técnico del calcio es principalmente en forma ligada.
La piedra caliza (predominantemente carbonato de calcio, CaCO3) y la dolomita (CaMg (CO3) 2) son dos de las materias primas más importantes en la industria actual:
Agente de escoria en la siderurgia. El consumo es de 0,5 toneladas de piedra caliza por tonelada de acero.
Material de partida para la producción de cal rápida.
Tiza como relleno para plásticos, por ejemplo PVC. El objetivo es mejorar la rigidez y la resistencia al impacto, y reducir la contracción. La conductividad térmica también muy aumentada permite carreras más altas durante la extrusión.
El carbonato de calcio de grano fino sirve como relleno de papel sin madera de alta calidad.
La cal finamente molida o la dolomita se utilizan como cal fertilizante en agricultura y silvicultura o como cal para piensos en la cría de animales.
El sulfato de calcio (yeso) se utiliza como material de construcción.
El carburo de calcio se usa como materia prima para la síntesis química y para la producción de fertilizante de cianamida de calcio y, en el pasado, para la síntesis de acetileno (etileno), por lo tanto, el carburo de calcio se llama acetiluro de calcio.
El cloruro de calcio es altamente higroscópico. Por lo tanto, se utiliza como agente de secado, sal de deshielo y en concreto como acelerador de fraguado.
prueba
Además de la coloración de llama rojo anaranjado del calcio, los cationes de calcio, estroncio y bario se detectan con ácido sulfúrico o solución de sulfato de amonio. Esta reacción de detección produce precipitados blancos insolubles en ácido. Incluso con aniones de carbonato, oxalato y dicromato, se pueden producir precipitados de diversos grados de solubilidad. Su investigación más detallada luego permite una distinción de los cationes de metales alcalinotérreos (ver bajo separación de cationes y grupo de carbonato de amonio).
En el análisis de rutina (química clínica, química ambiental, química del agua), el calcio se cuantifica hasta el nivel de trazas mediante fotometría de llama. El límite de cuantificación es 100 μg / l. En concentraciones más altas, la titulación con EDTA contra Eriochrome Black T también es posible. Para la determinación gravimétrica de calcio, se precipita con oxalato y se calcina a 600 ° C para obtener la forma de peso de carbonato de calcio.
Preanalytics
La concentración de calcio se determina en los diagnósticos de laboratorio de rutina en sangre y orina. El calcio es un parámetro importante en el diagnóstico del metabolismo óseo y del calcio. Como muestra de sangre, se pueden usar tanto suero como plasma heparinizado; En consecuencia, la concentración de calcio en la sangre se conoce brevemente como calcio sérico o calcio plasmático. Debe observarse en plasma que no se usa anticoagulante que se una a calcio (como citrato o EDTA). Una estasis de la vena demasiado prolongada antes de la extracción de sangre puede conducir a valores incorrectamente elevados.
Analítica
El calcio se une en la sangre al 50% como iones Ca2 +, al 35% a proteínas (albúmina, globulinas) y al 15% complejado (bicarbonato, lactato, citrato, fosfato). El nivel sérico de calcio varía dentro de límites estrechos para un calcio total normal de 2,2 a 2,6 mmol / L (9 a 10,5 mg / dL) y calcio ionizado normal de 1,1 a 1,4 mmol / L (4,5 a 5,6 mg / dL). Los efectos biológicos del calcio están determinados por la disponibilidad de iones de calcio libres, por lo que el calcio ionizado es crucial.
La concentración total de calcio (calcio total) en la sangre depende de la concentración de albúmina y debe corregirse en consecuencia. Alternativamente, la concentración de calcio ionizado se mide directamente. El calcio total en suero se determina mediante espectrometría de absorción o espectrometría de emisión atómica de llama. Se explotan las propiedades físicas del calcio.
El calcio ionizado se determina con electrodos selectivos de iones.
Interpretación
La concentración de calcio está extremadamente controlada en el cuerpo. Un aumento de la concentración de calcio se llama hipercalcemia, una disminución de la concentración de calcio se llama hipocalcemia. Las causas y síntomas específicos se pueden encontrar allí.
Los valores exactos dependen del método de medición, por lo que el valor de referencia dado por el laboratorio es decisivo. En niños, los valores son ligeramente más altos que en adultos.
Funciones en el organismo humano.
El calcio es un elemento de cantidad (definición: elemento con más de 50 mg por kg de peso corporal) y, por lo tanto, no pertenece a los oligoelementos. Con un stock corporal de 1 a 1,1 kg, el calcio es el mineral más abundante en el organismo humano. El 99% del calcio del cuerpo está unido a los huesos (más del 90%) y a los dientes; el compuesto rico en calcio hidroxiapatita (Ca5 (PO4) 3 (OH)) les da estabilidad y firmeza. Al mismo tiempo, los huesos sirven como almacenamiento de calcio: en caso de deficiencia de calcio, una parte de este puede liberarse de los huesos y estar disponible para otras tareas. La descalcificación ósea, la osteoporosis, ocurre principalmente en los ancianos. Una mayor ingesta de calcio de aproximadamente 1 g / día contribuye a la prevención de la osteoporosis (terapia DVO básica).
Dentro de las células, el calcio juega un papel clave en la excitación muscular y nerviosa, el metabolismo del glucógeno, la división celular y la activación de algunas enzimas y hormonas. Como demostró Setsuro Ebashi por primera vez, solo la entrada de iones de calcio en las células musculares conduce a una contracción de la musculatura. Fuera de las células, el calcio participa en la coagulación de la sangre y el mantenimiento de las membranas celulares. El suero sanguíneo siempre debe estar a una concentración de 2,1 a 2,6 mmol / l de calcio, con aproximadamente 1 a 1,5 mmol / l en forma ionizada. Está regulado por las hormonas calcitriol, calcitonina y hormona paratiroidea. Solo el 0,1% del calcio presente en el cuerpo se encuentra en el espacio extracelular, de los cuales 30 a 55% están unidos a proteínas, 5 a 15% están en forma de complejos (por ejemplo, bicarbonato de calcio, citrato de calcio, sulfato de calcio, fosfato de calcio o lactato de calcio). Solo alrededor del 50% de calcio extracelular está presente en forma ionizada libremente y por lo tanto en forma biológicamente activa. Los síntomas de hipocalcemia ocurren solo en ausencia de este contenido de calcio ionizado.
Grabación
No todo el calcio, que es absorbido por los alimentos, se absorbe en el estómago. Los humanos absorben aproximadamente 30% de calcio en la dieta, pero este porcentaje varía con la dieta. Otros factores también influyen en la absorción de calcio. La eficiencia de la absorción disminuye con el aumento de la ingesta de calcio. En bebés y niños en crecimiento, la tasa de absorción es de hasta 60%, ya que requieren mucho calcio para la formación de hueso. La tasa de absorción cae hasta un porcentaje de 15 a 20% en adultos, con una demanda creciente de mujeres en el embarazo.
Los grupos de riesgo para la ingesta inadecuada de calcio son mujeres jóvenes, mujeres embarazadas, mujeres lactantes y personas mayores.
El requisito previo para que el cuerpo absorba el calcio en grandes cantidades es un suministro adecuado de vitamina D3. El suministro simultáneo de ácido oxálico y ácido fítico y sus sales (oxalatos, fitatos) reduce la absorción de calcio. El calcio se excreta a través de la orina, por lo que, entre otras cosas, una alta ingesta de proteínas, sal de mesa, café o alcohol aumenta la excreción de calcio.
El perfil específico de aminoácidos, especialmente de los aminoácidos que contienen azufre, determina el efecto calciurético (excreción de calcio a través del riñón) de las proteínas de la dieta. Los sulfatos formados en el metabolismo a partir de dichos aminoácidos aumentan la acidez de la orina, lo que resulta en la secreción de grandes cantidades de calcio a la orina. Los aminoácidos que contienen azufre se encuentran tanto en alimentos de origen animal como en plantas alimenticias, por ejemplo, cereales.
fuentes de calcio
Niveles aproximados de calcio en mg por alimento 100 g (contenido consumible):
- Semilla
- Amapola: 2500 mg
- Semillas de cáñamo: 144 a 954 mg
- Sésamo: 800 mg
- Almendras, avellanas y amaranto: 200 a 250 mg
- Nueces de Brasil: 170 mg
- Soja cocida: 70 mg
- Avena y semillas de girasol: 50 mg
- Milchprodukte
- käse
- Queso duro: 1100 mg a 1300 mg
- Queso rebanado: 500 mg a 1100 mg
- Queso blando: 300 mg a 500 mg
- Leche, yogur y kéfir: 100 mg a 150 mg
- Suero: 70 mg a 100 mg
- Vegetal
- Ortigas: 360 mg
- Col rizada, perejil: 200 mg a 250 mg
- Berros, diente de león y cohete: 150 mg a 200 mg
- Repollo chino, hinojo, brócoli, rábano picante: 100 mg a 150 mg
- Apio blanqueador: 80 mg
- Remolachas: 20 mg
- Frutas
- Higos secos: 250 mg
- Plátanos: 8 mg
- Pan integral: 50 mg
- Agua mineral: 2 mg a> 50 mg
Riesgos para la salud
A diferencia de la salud renal, un paciente de diálisis no puede excretar el exceso de calcio a través de la orina, y el hueso generalmente no absorbe el calcio ofrecido. Por lo tanto, existe el riesgo de que el calcio se asiente en los vasos y los tejidos blandos. El carbonato de calcio, utilizado como aglutinante de fosfato, puede contribuir a la calcificación cardiovascular. Un estudio de dos años de 2004 mostró una correlación constante entre la ingesta de carbonato de calcio y la arteriosclerosis progresiva en pacientes en hemodiálisis.
En el año 2010, Bolland publicó un metaanálisis entre otros en el British Medical Journal, que afirma que los suplementos de calcio sin colecalciferol (vitamina D3) aumentan el riesgo de ataque cardíaco hasta en un 30%. Este efecto debe ocurrir de forma dependiente de la dosis de una suplementación diaria de 500 mg de calcio sin vitamina D3. Los accidentes cerebrovasculares y las muertes también aumentaron en el grupo de suplementos de calcio. Este trabajo ha sido criticado por su metodología. En los datos presentados por Bolland et al., La Comisión de Drogas de la Asociación Médica Alemana no reconoció evidencia suficiente de un mayor riesgo de ataque cardíaco por el uso de suplementos de calcio. En una declaración, la Comisión también señaló que el uso exclusivo de calcio en el metanálisis para la corrección de un trastorno metabólico osteoporótico sin administración adicional de vitamina D3 no se recomienda en las directrices alemanas actuales. Por otro lado, los beneficios de la sustitución combinada de calcio y vitamina D3 para la prevención de fracturas son limitados y dependen de factores como la ingesta de calcio en la dieta, las concentraciones séricas de vitamina D, la edad, la atención en el hogar de ancianos y el riesgo inicial de fractura. No hay datos significativos que demuestren que la suplementación con calcio es beneficiosa en personas que reciben cuidados normales de calcio y vitamina D3. Por otro lado, podrían demostrarse efectos negativos como un mayor riesgo de cálculos renales. Por lo tanto, los suplementos de calcio no pueden ser generalmente recomendados. Por el contrario, sería necesario identificar grupos de riesgo que probablemente se beneficien de calcio adicional. Según la Comisión, la ingesta total de calcio (dieta más suplemento) debe ser de 1000 a 1500 mg.
También los estudios del año 2013 apuntan a un aumento de la mortalidad a través de una sustitución excesiva de calcio. Un estudio sueco muestra que las mujeres que fueron innecesariamente sustituidas con calcio, a pesar de recibir suficiente calcio en la dieta, tuvieron una mayor mortalidad. En hombres, otro estudio encontró un mayor riesgo de reemplazo de calcio cardiovascular.
Dos estudios de cohortes prospectivos mostraron que el consumo de dosis de calcio> 2000 mg por día se asocia con un mayor riesgo de cáncer de próstata. Otros dos estudios de cohortes prospectivos no encontraron asociación para las dosis de calcio de 1330 y 1840 mg por día. Se sospecha que una producción insuficiente de vitamina D3 es el origen del aumento del riesgo. La ingesta alta de calcio disminuye la producción de colecalciferol del propio cuerpo y los estudios preclínicos han demostrado varios efectos potencialmente beneficiosos de la vitamina sobre el cáncer de próstata. No está claro en qué medida el consumo de calcio en relación con el consumo de grasas (de la leche y los productos lácteos) contribuye al riesgo.
Conexiones
- apatito
- Carbonato de calcio, piedra caliza, mármol
- Óxido de calcio, cal viva
- Hidróxido de calcio, cal apagada
- Sulfato de calcio, anhidrita, yeso, bassanita
- fluoruro de calcio
- cloruro de calcio
- calcio
- yoduro de calcio
- carburo de calcio
- nitrato de calcio
- fosfato de calcio
- silicato de calcio
- acetato de calcio
- citrato de calcio
- gluconato de calcio
- lactato de calcio
- lactato de calcio gluconato
- propionato de calcio
- Calciumdinatriumethylendiamintetraacetat
- bromato de calcio
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