Os compostos de cálcio eram utilizados desde a Antiguidade, embora a existência do elemento em si não fosse suspeitada. Os romanos produziam cal virgem (óxido de cálcio, CaO) aquecendo calcário para fabricar argamassa e cimento. Em 1808, Humphry Davy (1778-1829), alguns meses após isolar o sódio e o potássio, conseguiu isolar o cálcio metálico por eletrólise de uma mistura umedecida de óxido de cálcio e óxido de mercúrio. Davy chamou este novo metal de cálcio, do latim calx = cal, termo já utilizado pelos romanos para designar o calcário calcinado. No entanto, o cálcio metálico puro era difícil de obter e conservar devido à sua grande reatividade. Só em 1898 Henri Moissan (1852-1907) melhorou o processo de isolamento por eletrólise do cloreto de cálcio fundido, permitindo obter cálcio relativamente puro.
O cálcio (símbolo Ca, número atômico 20) é um metal alcalino-terroso do grupo 2 da tabela periódica. Seu átomo possui 20 prótons, 20 elétrons e geralmente 20 nêutrons em seu isótopo mais abundante (\(\,^{40}\mathrm{Ca}\)). Seis isótopos estáveis existem: cálcio-40 (\(\,^{40}\mathrm{Ca}\)), cálcio-42 (\(\,^{42}\mathrm{Ca}\)), cálcio-43 (\(\,^{43}\mathrm{Ca}\)), cálcio-44 (\(\,^{44}\mathrm{Ca}\)), cálcio-46 (\(\,^{46}\mathrm{Ca}\)) e cálcio-48 (\(\,^{48}\mathrm{Ca}\)).
À temperatura ambiente, o cálcio é um metal sólido, branco prateado, relativamente mole (pode ser cortado com uma faca). Densidade ≈ 1,54 g/cm³. Ponto de fusão do cálcio: 1.115 K (842 °C). Ponto de ebulição: 1.757 K (1.484 °C). O cálcio metálico é moderadamente reativo. Oxida-se lentamente no ar, formando uma camada de óxido e nitreto que o protege parcialmente. Reage com a água à temperatura ambiente (mais lentamente que os metais alcalinos), produzindo hidróxido de cálcio e gás hidrogênio. O cálcio queima no ar com uma chama vermelho-alaranjada intensa, produzindo principalmente óxido de cálcio (CaO) e nitreto de cálcio (Ca₃N₂).
| Isótopo / Notação | Prótons (Z) | Nêutrons (N) | Massa atômica (u) | Abundância natural | Meia-vida / Estabilidade | Decaimento / Observações |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Cálcio-40 — \(\,^{40}\mathrm{Ca}\,\) | 20 | 20 | 39.962591 u | ≈ 96,94 % | Estável | Isótopo ultra-dominante; produto de decaimento do potássio-40. |
| Cálcio-44 — \(\,^{44}\mathrm{Ca}\) | 20 | 24 | 43.955482 u | ≈ 2,09 % | Estável | Segundo isótopo mais abundante; usado em pesquisa biomédica. |
| Cálcio-42 — \(\,^{42}\mathrm{Ca}\) | 20 | 22 | 41.958618 u | ≈ 0,647 % | Estável | Isótopo estável minoritário. |
| Cálcio-48 — \(\,^{48}\mathrm{Ca}\) | 20 | 28 | 47.952534 u | ≈ 0,187 % | 4,3 × 10¹⁹ anos (teórico) | Radioativo (duplo β\(^-\)), mas com meia-vida tão longa que é considerado estável na prática. Usado em física nuclear para sintetizar elementos superpesados. |
| Cálcio-43, 46 — \(\,^{43}\mathrm{Ca}\), \(\,^{46}\mathrm{Ca}\) | 20 | 23, 26 | 42.958767 u, 45.953693 u | ≈ 0,135 %, 0,004 % | Estáveis | Isótopos estáveis raros do cálcio. |
| Cálcio-41 — \(\,^{41}\mathrm{Ca}\) | 20 | 21 | 40.962278 u | Traço cosmogênico | 103.000 anos | Radioativo por captura eletrônica, produzindo potássio-41. Usado para datar águas subterrâneas antigas. |
| Outros isótopos — \(\,^{34}\mathrm{Ca}\) a \(\,^{60}\mathrm{Ca}\) | 20 | 14 — 40 | — (variáveis) | Não naturais | Milissegundos a dias | Isótopos instáveis produzidos artificialmente; usados em física nuclear experimental. |
N.B. :
Camadas eletrônicas: Como os elétrons se organizam ao redor do núcleo.
O cálcio possui 20 elétrons distribuídos em quatro camadas eletrônicas. Sua configuração eletrônica completa é: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s², ou simplificada: [Ar] 4s². Essa configuração também pode ser escrita como: K(2) L(8) M(8) N(2).
Camada K (n=1): contém 2 elétrons na subcamada 1s. Essa camada interna está completa e é muito estável.
Camada L (n=2): contém 8 elétrons distribuídos como 2s² 2p⁶. Essa camada também está completa, formando uma configuração de gás nobre (neônio).
Camada M (n=3): contém 8 elétrons distribuídos como 3s² 3p⁶. Os orbitais 3s e 3p estão completos, formando uma configuração estável. Note que os orbitais 3d permanecem vazios.
Camada N (n=4): contém 2 elétrons na subcamada 4s. Esses elétrons de valência são facilmente perdidos durante reações químicas.
Os 2 elétrons na camada externa (4s²) são os elétrons de valência do cálcio. Essa configuração explica suas propriedades químicas:
Ao perder seus 2 elétrons 4s, o cálcio forma o íon Ca²⁺ (estado de oxidação +2), seu único e sistemático estado de oxidação.
O íon Ca²⁺ adota então uma configuração eletrônica idêntica à do argônio [Ar], um gás nobre, o que confere grande estabilidade a este íon.
A configuração eletrônica do cálcio, com sua camada de valência contendo apenas 2 elétrons na subcamada 4s, classifica-o entre os metais alcalino-terrosos. Essa estrutura confere-lhe propriedades características: alta reatividade química (oxida-se rapidamente no ar), capacidade de formar ligações iônicas ao ceder facilmente seus dois elétrons de valência, e formação exclusiva de compostos com estado de oxidação +2. O cálcio não apresenta coloração em seus compostos porque o íon Ca²⁺ não possui elétrons d em orbitais parcialmente preenchidos. Sua tendência marcada de perder seus elétrons de valência faz do cálcio um excelente agente redutor e um metal muito reativo, particularmente com água e oxigênio.
O cálcio é um metal reativo que forma principalmente compostos iônicos no estado de oxidação +II. Reage com o oxigênio para formar óxido de cálcio (CaO), com a água para produzir hidróxido de cálcio (Ca(OH)₂, cal apagada), e com ácidos, liberando gás hidrogênio. O cálcio reage em altas temperaturas com nitrogênio (formando Ca₃N₂), enxofre (formando CaS), carbono (formando carbeto de cálcio CaC₂) e halogênios. Os principais compostos de cálcio incluem carbonato de cálcio (CaCO₃, calcário, giz, mármore), sulfato de cálcio (CaSO₄, gesso, gesso de Paris), fosfato de cálcio (Ca₃(PO₄)₂, apatita), cloreto de cálcio (CaCl₂) e hidróxido de cálcio (Ca(OH)₂). O carbonato de cálcio se dissolve em água contendo dióxido de carbono dissolvido, formando bicarbonato de cálcio solúvel Ca(HCO₃)₂, um processo fundamental na formação de cavernas de calcário e na dureza da água.
O cálcio é o quinto elemento mais abundante no corpo humano e desempenha papéis biológicos essenciais. Cerca de 99% do cálcio corporal é encontrado nos ossos e dentes na forma de hidroxiapatita (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂), o principal componente mineral do esqueleto, que fornece rigidez e resistência mecânica. O esqueleto também serve como reserva de cálcio para o corpo. O 1% restante, embora mínimo em quantidade, é absolutamente vital: o cálcio iônico (Ca²⁺) é um mensageiro intracelular universal envolvido na contração muscular, transmissão do impulso nervoso, liberação de neurotransmissores, coagulação sanguínea, secreção hormonal, ativação enzimática e regulação da expressão gênica. Até mesmo variações mínimas na concentração sanguínea de cálcio (normalmente 2,2-2,6 mmol/L) podem ter consequências graves: a hipocalcemia provoca cãibras, tetania e distúrbios cardíacos, enquanto a hipercalcemia pode causar confusão, arritmias e calcificação tecidual. Em organismos marinhos, o cálcio é usado para construir conchas, exoesqueletos e recifes de coral. As plantas usam o cálcio para a estrutura das paredes celulares e como segundo mensageiro nas respostas ao estresse.
O cálcio é o quinto elemento mais abundante na crosta terrestre (cerca de 3,4% em massa). É um constituinte majoritário de muitas rochas: calcário (carbonato de cálcio puro ou impuro), mármore (calcário metamorfoseado), giz (calcário biogênico), dolomita (carbonato duplo de cálcio e magnésio), gesso (sulfato de cálcio hidratado). As rochas calcárias representam cerca de 10% da superfície dos continentes e foram formadas principalmente pela acumulação de esqueletos e conchas de organismos marinhos ao longo de milhões de anos. O ciclo do cálcio está intimamente ligado ao ciclo do carbono: o CO₂ atmosférico se dissolve na água da chuva, forma ácido carbônico que dissolve as rochas calcárias, e o cálcio é transportado para os oceanos, onde precipita novamente na forma de carbonatos biológicos ou químicos. Esse processo de regulação do CO₂ atmosférico em escala geológica (milhões de anos) desempenha um papel crucial na estabilização do clima terrestre. As cavernas de calcário, estalactites e estalagmites se formam pela dissolução e reprecipitação lenta do carbonato de cálcio. As fontes de água dura contêm cálcio dissolvido proveniente da dissolução das rochas calcárias.
O cálcio é produzido em estrelas massivas durante a fusão do silício nas camadas profundas pouco antes da explosão de supernova. O cálcio-40, o isótopo dominante, provém principalmente do decaimento radioativo do potássio-40 na crosta terrestre. As supernovas enriquecem o meio interestelar com cálcio, que é posteriormente incorporado em novas gerações de estrelas e planetas. O cálcio foi detectado espectroscopicamente em muitas estrelas e nebulosas. As linhas de absorção do cálcio ionizado (Ca II H e K em 393,3 e 396,8 nm) estão entre as mais intensas nos espectros estelares e são usadas para determinar a composição e as propriedades das estrelas. O isótopo cálcio-48, extremamente rico em nêutrons, é usado em física nuclear para sintetizar elementos superpesados (elementos 114-118) por fusão com outros núcleos pesados. Os meteoritos ricos em cálcio-alumínio (inclusões CAI) estão entre os primeiros sólidos formados no sistema solar primitivo há 4,567 bilhões de anos.
N.B.:
Os penhascos brancos de Dover, emblema natural da Inglaterra, são inteiramente compostos de cálcio. Essas impressionantes formações geológicas de giz branco são feitas de carbonato de cálcio puro (CaCO₃) formado pela acumulação gradual de conchas microscópicas de cocolitoforídeos, algas marinhas unicelulares, no fundo de um mar quente durante o período Cretáceo, há cerca de 90 milhões de anos. Cada centímetro desses penhascos representa milhares de anos de sedimentação e contém bilhões de micro-organismos fossilizados. Esses penhascos atingem até 110 metros de altura e erodem a uma taxa de cerca de 1 cm por ano devido às ondas e intempéries. Eles testemunham espetacularmente o papel do cálcio na construção de paisagens geológicas monumentais a partir da atividade de organismos microscópicos em escalas de tempo geológicas imensas.
Berílio (Z=4): um metal
raro com propriedades excepcionais 
