Il calcio è l'elemento chimico con simbolo Ca.
Storia
Il termine "calcio" fu coniato nel 1808 dal chimico inglese Sir Humphry Davy, che per primo riuscì ad isolarlo dopo aver distillato il mercurio da un amalgama ottenuta mediante elettrolisi di una miscela di calce e ossido mercurico. Deriva dal latino calx (genitivo calcis), che significa "pietra calcarea" + il suffisso per gli elementi metallici -ium.
La calce era utilizzata dai Romani nella malta per costruzioni nel I secolo. Tuttavia, scavi effettuati in un sito nell'Anatolia Orientale hanno identificato l'uso della calce come materiale da costruzione già tra il 7000 e il 14.000 a.C.
L'uso degli isotopi di calcio per gli studi metabolici negli esseri umani iniziò nel 1953, quando Bellin e Laszlo pubblicarono il loro lavoro sul metabolismo e la rimozione del radioisotopo 45Ca. Altri studi che impiegavano radioisotopi di calcio furono eseguiti fino alla fine degli anni '90, ma solo con adulti sani o soggetti in condizioni di carenza minerale.
Chimica nucleare Numero atomico20Massa atomica relativa40,078
Isotopi Dell'elemento calcio si conoscono almeno 26 isotopi, con numeri di massa che vanno da A = 34 ad A = 60. Tra questi, gli isotopi naturali sono sei: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca e 48Ca. I restanti sono tutti radioattivi.
Diversamente dagli altri isotopi cosmogenici prodotti nell'alta atmosfera, il 41Ca è prodotto per attivazione neutronica del 40Ca. La maggior parte della produzione di 41Ca avviene nel primo metro di spessore del suolo, dove il flusso di neutroni cosmici è ancora abbastanza intenso.
Isotopi naturali Gli isotopi stabili del calcio iniziano da un nucleo (40Ca) avente un numero di protoni (Z = 20, magico) pari a quello dei neutroni (N = 20, magico) e finiscono ad un nucleo (48Ca) con un numero di protoni (Z = 20, magico) e numero di neutroni (N = 28, magico), quest'ultimo però con un eccesso di 8 neutroni rispetto ai protoni. Quindi, il primo nuclide naturale e l'ultimo giovano del fattore di stabilità della propria configurazione nucleare dovuto alla presenza di gusci chiusi di nucleoni (closed shells).
40Ca e 48Ca Il 40Ca e il 48Ca sono dei nuclidi molto stabili energeticamente, con elevate energie di legame per nucleone: 8,5513046 MeV per 40Ca e 8,6666916 MeV per 48Ca.
Il nuclide 40Ca è apparentemente del tutto stabile rispetto a decadimenti ma, dato che la sua massa è maggiore di quella dell'isobaro 40Ar, si ipotizza che possa decadere in esso attraverso una doppia cattura elettronica, con Q = 193,5 keV e un'emivita stimata in 9,9×1021 anni, che tuttavia è un valore di centinaia di miliardi di volte l'età stimata dell'Universo, per cui la sua radioattività sarebbe all'atto pratico del tutto inavvertibile.
Il nuclide 48Ca, nonostante abbia un nucleo più fortemente legato di quello del 40Ca (come visto sopra), va soggetto a decadimenti per il fatto che esistono due nuclei isobari di massa minore verso cui trasformarsi liberando energia: il 48Sc e il 48Ti. Il 48Ca (spin 0) mostra perciò due possibili canali di decadimento:
β− a dare scandio-48 (spin 6; Q = 281,97 keV), che poi decade a sua volta dando titanio-48, stabile; doppio decadimento beta (2β−) a dare direttamente titanio-48 (spin 0), stabile (Q = 4,274 MeV).
L'emivita del processo complessivo è stimata in 1,9×1019 anni o 6,4×1019 anni.
Sebbene il 48Ca abbia ben 8 neutroni in eccesso, il suo decadimento β− risulta fortemente impedito da regole di selezione (grande divario di momento angolare, da spin 0 a spin 6) e l'unico canale radioattivo rimane in pratica il doppio decadimento beta.
Inoltre, a quanto si sa, il 48Ca è il primo nuclide ad esibire sperimentalmente questo tipo di decadimento. +Isotopi del calcioIsotopoSpinDecadimentoT1/2QAbbondanza relativa34Ca02p35 ns775 keV35Ca1/2β+p (95.7%) β+2p (4.2%)25,7 ms - -36Ca0β+p (56.8%) β+ (43%)102 ms - 9,9646 MeV37Ca3/2β+p (82.1%) β+ (17.9%)181,1 ms - -38Ca0β+440 ms5,719 MeV39Ca3/2859,6 ms5,5014 MeV40Ca02β+3×1021 y -1850,78 keV96,94141Ca7/2-ε102.105,5 y421,315 keV42Ca0stabile0,64143Ca7/20,13544Ca02,08645Ca7/2-β−162,61 d255,842 keV46Ca02β-2,8 × 1015 y988,35 keV0,00447Ca7/2-β−4,536 d1,992 MeV48Ca02β- β-1,9 × 1019 y4,2736 MeV 281,97 keV0,18749Ca3/2-β−8,718 min5,263 MeV50Ca013,9 s4,966 MeV51Ca3/2β- (100%) β-n (?)10s7,3549 MeV 602,3 keV52Ca0β- (98%) β-n (2%)4,6 s7,847 MeV 2,638 MeV53Ca?β- (70%) β-n (30%)90 ms9,725 MeV 4,387 MeV54Ca0β- β-n300 ns10,326 MeV 5,659 MeV55Ca5/2β−30 ms11,46 MeV56Ca010 ms11,83 MeV57Ca5/2β- β-n5 ms13,57 MeV 10,08 MeV58Ca59Ca60Ca
Abbondanza e disponibilità Il calcio è il quinto elemento più abbondante e il terzo metallo più abbondante nella crosta terrestre (costituendo quasi il 4%) e si classifica settimo in termini di contenuto nell'acqua di mare. Il calcio è presente nel mare con una concentrazione di 10⁻² M, rispetto al magnesio che ha una concentrazione di 5 × 10⁻² M, mentre nelle acque dolci, come il magnesio, raggiunge spesso una concentrazione di 10⁻³ M. +Abbondanza del calcioSistema solare6,11 × 10-2Sole6,4 × 10−2Crosta terrestre4,15 × 10−2Acqua di mare4,12 × 10−4 Si trova in diversi minerali (1396 minerali conosciuti) come:
la lewisite (antimoniato di calcio); la colemanite e la pandermite (borati di calcio); l’ankerite, l’aragonite, la calcite, il gesso, la dolomite e le stromatoliti (carbonati di calcio); l’antarcticite (cloruro di calcio); la powellite (molibdato di calcio); la whewellite (ossalato di calcio); l’autunite (fosfato di calcio); l’anortite, l’apofillite, la cabasite, la datolite, l’epidoto, l’eudialite, il feldspato, la gyrolite, l’orneblenda, la margarite, la melilite, il monticellite, la nefrite, la pectolite, la fillipsite, la piedmontite, la prehnite, la scapolite, la scawtite, la scolecite, la taumassite, la titanite, la vesuvianite, la wollastonite e la zeolite (silicati di calcio); la glauberite, il gesso e la polialite (solfati di calcio); la perovskite (titanato di calcio); la scheelite (tungstato di calcio). La concentrazione dello ione calcio nelle acque dipende in maniera diretta dalla natura geologica dei terreni attraversati. Gli ioni calcio unitamente agli ioni magnesio concorrono alla definizione quantitativa della durezza delle acque. Secondo il decreto legislativo 8 ottobre 2011, n. 176, sulle etichette delle acque in bottiglia venga chiaramente indicato il contenuto di calcio qualora esso superi i 150 mg/l.
Le principali fonti alimentari di calcio sono il latte e i suoi derivati (yogurt, formaggio, gelato). Altre fonti includono sardine in scatola con la lisca, salmone e ostriche. Buona fonti vegetali di calcio sono il cavolo riccio, i fagioli, le verdure a foglia verde, i broccoli, il cavolo cinese e il cavolo verde.
La maggior parte dei cereali non contiene grandi quantità di calcio, a meno che non siano arricchiti. Tuttavia, contribuiscono all'assunzione di calcio, anche se in piccole quantità, perché vengono consumati frequentemente. Negli Stati Uniti, alimenti arricchiti di calcio includono molti succhi di frutta, bevande, tofu e cereali pronti per essere mangiati. Il citrato malato di calcio è una forma ben assorbita di calcio utilizzata in alcuni succhi arricchiti.
L'assorbimento del calcio varia a seconda del tipo di alimento. Nei prodotti lattiero-caseari e negli alimenti arricchiti, l'assorbimento del calcio è circa il 30%.Institute of Medicine. Dietary Reference Intakes for Calcium and Vitamin D. Washington, DC: The National Academies Press; 2011. Alcuni composti presenti nelle piante (es. acido ossalico e acido fitico) possono ridurre l'assorbimento del calcio formando sali non digeribili con esso. Di conseguenza, l'assorbimento del calcio dagli spinaci è solo del 5%, mentre è molto più alto, pari al 27%, nel latte.Weaver CM, Heaney RP. Calcium. In: Ross AC, Caballero B, Cousins RJ, Tucker KL, Ziegler TR, eds. Modern Nutrition in Health and Disease. 11th ed. Baltimore, MD: Lippincott Williams & Wilkins; 2014:133-49.
Oltre agli spinaci, alimenti con alti livelli di acido ossalico includono cavoli verdi, patate dolci, rabarbaro e fagioli. La biodisponibilità del calcio in altre piante che non contengono questi composti è simile a quella del latte, anche se la quantità di calcio per porzione è molto inferiore. Quando si consumano molti tipi diversi di alimenti, queste interazioni probabilmente hanno poche o nessuna conseguenza nutrizionale. L'assorbimento netto del calcio alimentare è inoltre ridotto, in misura minore, dall'assunzione di caffeina e fosforo, e in misura maggiore da uno stato carente di vitamina D. +Contenuto di calcio in alcuni cibiAlimentoPorzionemg/porzioneProdotti lattiero-caseariFiocchi di latte con l'1% di grassi1 tazza138Latte intero1 tazza276Latte scremato1 tazza299Latte di soia arricchito di calcio1 tazza299Yogurt bianco magro227 g415Yogurt magro alla frutta227 g344Yogurt gelato alla vaniglia (consistenza morbida)1/2 tazza103Mozzarella di latte parzialmente scremato43 g333Panna acida, a basso contenuto di grassi2 cucchiai31Siero di latte100 g70 - 100Tofu secco prodotto con solfato di calcio1/2 tazza253Tofu morbido prodotto con solfato di calcio1/2 tazza138Frutta e verduraBanane100 g8Barbabietole100 g20Broccoli crudi1/2 tazza21Cavolo riccio fresco, cotto1 tazza94Cime di rapa fresche, bollite1/2 tazza99Crescione100 g150 - 200Dente di leone100 g150 - 200Fagioli borlotti, in scatola, scolati1/2 tazza54Fichi secchi100 g250Finocchio100 g100 - 150Mandorle, nocciole e amaranto100 g200 - 250Mela intera (Golden Delicius)110Noci del Brasile100 g170Pak choi crudo, tagliato a striscioline1 tazza74Prezzemolo100g200 - 250Ortica100 g360Rafano100 g100 - 150Rucola100 g150 - 200Semi di canapa100 g144 - 954Semi di chia1 cucchiaio94Semi di papavero100 g2.500Semi di sesamo100 g800Spinaci, bolliti e scolati1/2 tazza123Soia, cotta1/2 tazza131Succo d'arancia arricchito di calcio1 tazza349Farine e loro prodottiCereali per la colazione arricchiti di calcio1 porzione130Farina d'avena e semi di girasole100 g50Pane integrale1 fetta30Tortilla di mais146PesceSalmone in scatola con lisca85 g181Sardine in scatola sott'olio con la lisca85 g325
Importanza biologica
Negli organismi viventi, il calcio si trova sotto forma di sali minerali solidi e disciolto in soluzione, a differenza degli altri principali metalli alcalini e alcalino-terrosi (sodio, potassio e magnesio) in cui prevale la chimica delle soluzioni. Nell'esoscheletro e nei gusci, la rigidità è generalmente fornita dal carbonato di calcio, mentre nello scheletro dei vertebrati essa è fornita da una forma di fosfato di calcio che approssima l'idrossiapatite ed è incorporata nelle fibrille di collagene.
Il calcio è onnipresente nei sistemi viventi e ha un ruolo diversificato. Ad esempio i flussi di calcio sono importanti per molti processi in T. gondii, inclusi l'invasione, la motilità e la segnalazione intracellulare. T. gondii in particolare ha sviluppato acidocalcisomi e un vacuolo simile a quello delle piante, organelli specializzati per l'immagazzinamento del calcio.
Le piante richiedono calcio (1–3 mM) per la loro normale crescita e sviluppo. Gli ioni calcio, come quelli coinvolti nella segnalazione, nel metabolismo vegetale e nella crescita cellulare, contribuiscono a diversi processi biologici che influenzano tutte le fasi dello sviluppo. La morte cellulare è stata osservata nei meristemi apicali delle piante in condizioni di carenza di calcio.
Il calcio proveniente dagli alimenti e dagli integratori alimentari viene assorbito sia tramite trasporto attivo che tramite diffusione passiva attraverso la mucosa intestinale. Il trasporto attivo è responsabile della maggior parte dell'assorbimento quando l'assunzione di calcio è inferiore, mentre la diffusione passiva rappresenta una proporzione crescente dell'assorbimento di calcio con l'aumento dell'assunzione.