Los compuestos de calcio se han utilizado desde la antigüedad, aunque no se sospechaba la existencia del elemento en sí. Los romanos producían cal viva (óxido de calcio, CaO) calentando piedra caliza para fabricar mortero y cemento. En 1808, Humphry Davy (1778-1829), unos meses después de aislar el sodio y el potasio, logró aislar el calcio metálico mediante electrólisis de una mezcla humedecida de óxido de calcio y óxido de mercurio. Davy llamó a este nuevo metal calcio, del latín calx = cal, término ya utilizado por los romanos para referirse a la caliza calcinada. Sin embargo, el calcio metálico puro era difícil de obtener y conservar debido a su gran reactividad. No fue hasta 1898 que Henri Moissan (1852-1907) mejoró el proceso de aislamiento mediante electrólisis del cloruro de calcio fundido, permitiendo obtener calcio relativamente puro.
El calcio (símbolo Ca, número atómico 20) es un metal alcalinotérreo del grupo 2 de la tabla periódica. Su átomo tiene 20 protones, 20 electrones y generalmente 20 neutrones en su isótopo más abundante (\(\,^{40}\mathrm{Ca}\)). Existen seis isótopos estables: calcio-40 (\(\,^{40}\mathrm{Ca}\)), calcio-42 (\(\,^{42}\mathrm{Ca}\)), calcio-43 (\(\,^{43}\mathrm{Ca}\)), calcio-44 (\(\,^{44}\mathrm{Ca}\)), calcio-46 (\(\,^{46}\mathrm{Ca}\)) y calcio-48 (\(\,^{48}\mathrm{Ca}\)).
A temperatura ambiente, el calcio es un metal sólido, blanco plateado, relativamente blando (puede cortarse con un cuchillo). Densidad ≈ 1.54 g/cm³. Punto de fusión del calcio: 1,115 K (842 °C). Punto de ebullición: 1,757 K (1,484 °C). El calcio metálico es moderadamente reactivo. Se oxida lentamente en el aire, formando una capa de óxido y nitruro que lo protege parcialmente. Reacciona con el agua a temperatura ambiente (más lentamente que los metales alcalinos), produciendo hidróxido de calcio y gas hidrógeno. El calcio arde en el aire con una llama roja-anaranjada intensa, produciendo principalmente óxido de calcio (CaO) y nitruro de calcio (Ca₃N₂).
| Isótopo / Notación | Protones (Z) | Neutrones (N) | Masa atómica (u) | Abundancia natural | Vida media / Estabilidad | Decaimiento / Observaciones |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Calcio-40 — \(\,^{40}\mathrm{Ca}\,\) | 20 | 20 | 39.962591 u | ≈ 96.94 % | Estable | Isótopo ultra-dominante; producto de desintegración del potasio-40. |
| Calcio-44 — \(\,^{44}\mathrm{Ca}\) | 20 | 24 | 43.955482 u | ≈ 2.09 % | Estable | Segundo isótopo más abundante; utilizado en investigación biomédica. |
| Calcio-42 — \(\,^{42}\mathrm{Ca}\) | 20 | 22 | 41.958618 u | ≈ 0.647 % | Estable | Isótopo estable minoritario. |
| Calcio-48 — \(\,^{48}\mathrm{Ca}\) | 20 | 28 | 47.952534 u | ≈ 0.187 % | 4,3 × 10¹⁹ años (teórico) | Radiactivo (doble β\(^-\)), pero con una vida media tan larga que se considera estable en la práctica. Utilizado en física nuclear para sintetizar elementos superpesados. |
| Calcio-43, 46 — \(\,^{43}\mathrm{Ca}\), \(\,^{46}\mathrm{Ca}\) | 20 | 23, 26 | 42.958767 u, 45.953693 u | ≈ 0.135 %, 0.004 % | Estables | Isótopos estables raros del calcio. |
| Calcio-41 — \(\,^{41}\mathrm{Ca}\) | 20 | 21 | 40.962278 u | Traza cosmogénica | 103,000 años | Radiactivo por captura electrónica, produciendo potasio-41. Utilizado para datar aguas subterráneas antiguas. |
| Otros isótopos — \(\,^{34}\mathrm{Ca}\) a \(\,^{60}\mathrm{Ca}\) | 20 | 14 — 40 | — (variables) | No naturales | Milisegundos a días | Isótopos inestables producidos artificialmente; utilizados en física nuclear experimental. |
El calcio es un metal reactivo que forma principalmente compuestos iónicos en el estado de oxidación +II. Reacciona con el oxígeno para formar óxido de calcio (CaO), con el agua para producir hidróxido de calcio (Ca(OH)₂, cal apagada), y con los ácidos, liberando gas hidrógeno. El calcio reacciona a altas temperaturas con el nitrógeno (formando Ca₃N₂), el azufre (formando CaS), el carbono (formando carburo de calcio CaC₂) y los halógenos. Los principales compuestos de calcio incluyen carbonato de calcio (CaCO₃, piedra caliza, tiza, mármol), sulfato de calcio (CaSO₄, yeso, escayola), fosfato de calcio (Ca₃(PO₄)₂, apatita), cloruro de calcio (CaCl₂) e hidróxido de calcio (Ca(OH)₂). El carbonato de calcio se disuelve en agua que contiene dióxido de carbono disuelto, formando bicarbonato de calcio soluble Ca(HCO₃)₂, un proceso fundamental en la formación de cuevas de piedra caliza y la dureza del agua.
El calcio es el quinto elemento más abundante en el cuerpo humano y desempeña roles biológicos esenciales. Aproximadamente el 99% del calcio corporal se encuentra en los huesos y dientes en forma de hidroxiapatita (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂), el principal componente mineral del esqueleto, que proporciona rigidez y resistencia mecánica. El esqueleto también sirve como reserva de calcio para el cuerpo. El 1% restante, aunque mínimo en cantidad, es absolutamente vital: el calcio iónico (Ca²⁺) es un mensajero intracelular universal involucrado en la contracción muscular, la transmisión del impulso nervioso, la liberación de neurotransmisores, la coagulación sanguínea, la secreción hormonal, la activación enzimática y la regulación de la expresión génica. Incluso variaciones mínimas en la concentración sanguínea de calcio (normalmente 2.2-2.6 mmol/L) pueden tener consecuencias graves: la hipocalcemia provoca calambres, tetania y trastornos cardíacos, mientras que la hipercalcemia puede causar confusión, arritmias y calcificación de tejidos. En los organismos marinos, el calcio se utiliza para construir conchas, exoesqueletos y arrecifes de coral. Las plantas utilizan el calcio para la estructura de las paredes celulares y como segundo mensajero en las respuestas al estrés.
El calcio es el quinto elemento más abundante en la corteza terrestre (aproximadamente 3.4% en masa). Es un constituyente mayor de muchas rocas: piedra caliza (carbonato de calcio puro o impuro), mármol (piedra caliza metamorfoseada), tiza (piedra caliza biogénica), dolomía (carbonato doble de calcio y magnesio), yeso (sulfato de calcio hidratado). Las rocas calizas representan aproximadamente el 10% de la superficie de los continentes y se formaron principalmente por la acumulación de esqueletos y conchas de organismos marinos durante millones de años. El ciclo del calcio está estrechamente ligado al ciclo del carbono: el CO₂ atmosférico se disuelve en el agua de lluvia, forma ácido carbónico que disuelve las rocas calizas, y el calcio es transportado a los océanos donde precipita nuevamente en forma de carbonatos biológicos o químicos. Este proceso de regulación del CO₂ atmosférico a escala geológica (millones de años) juega un papel crucial en la estabilización del clima terrestre. Las cuevas de piedra caliza, estalactitas y estalagmitas se forman por la disolución y reprecipitación lenta del carbonato de calcio. Las fuentes de agua dura contienen calcio disuelto proveniente de la disolución de rocas calizas.
El calcio se produce en estrellas masivas durante la fusión del silicio en las capas profundas justo antes de la explosión de supernova. El calcio-40, el isótopo dominante, proviene principalmente de la desintegración radiactiva del potasio-40 en la corteza terrestre. Las supernovas enriquecen el medio interestelar con calcio, que luego se incorpora a nuevas generaciones de estrellas y planetas. El calcio ha sido detectado espectroscópicamente en muchas estrellas y nebulosas. Las líneas de absorción del calcio ionizado (Ca II H y K a 393.3 y 396.8 nm) son de las más intensas en los espectros estelares y se utilizan para determinar la composición y propiedades de las estrellas. El isótopo calcio-48, extremadamente rico en neutrones, se utiliza en física nuclear para sintetizar elementos superpesados (elementos 114-118) mediante fusión con otros núcleos pesados. Los meteoritos ricos en calcio-aluminio (inclusiones CAI) están entre los primeros sólidos formados en el sistema solar primitivo hace 4,567 mil millones de años.
N.B.:
Los acantilados blancos de Dover, emblema natural de Inglaterra, están compuestos enteramente de calcio. Estas impresionantes formaciones geológicas de tiza blanca están hechas de carbonato de calcio puro (CaCO₃) formado por la acumulación gradual de conchas microscópicas de cocolitofóridos, algas marinas unicelulares, en el fondo de un mar cálido durante el período Cretácico hace unos 90 millones de años. Cada centímetro de estos acantilados representa miles de años de sedimentación y contiene miles de millones de microorganismos fosilizados. Estos acantilados alcanzan hasta 110 metros de altura y se erosionan a razón de aproximadamente 1 cm por año debido a las olas y las inclemencias del tiempo. Testimonian espectacularmente el papel del calcio en la construcción de paisajes geológicos monumentales a partir de la actividad de organismos microscópicos en escalas de tiempo geológicas inmensas.
