Élément chimique · fiche de référence

20Ca

Calcium

Le calcium est l’élément 20 (Ca), situé en période 4, groupe 2 et dans le bloc s. À température ambiante, son état de référence est solide. Sa configuration électronique est [Ar] 4s2.

Numéro atomique20

Poids atomique standard40,078(4)

Groupe2

Période4

Blocs

Configuration électronique[Ar] 4s2

Structure électronique

Ce qui gouverne sa chimie

La configuration externe se termine par s². La perte de deux électrons de valence conduit à un ion +2, état ionique caractéristique des métaux alcalino-terreux.

Par rapport au groupe 1, cette couche externe à deux électrons modifie l’énergie d’ionisation, les liaisons et la réactivité. Dans la nature, ces éléments se rencontrent surtout dans des oxydes, carbonates, sulfates ou halogénures plutôt qu’à l’état métallique libre.

Formes chimiques

Composés, ions et matériaux

L’état d’oxydation +2 domine. Oxydes, hydroxydes, halogénures, carbonates et sulfates constituent des familles importantes, même si leur solubilité et leur stabilité thermique évoluent régulièrement dans le groupe 2.

Comportement physique

État et changements de phase

À température ambiante, l’état de référence est solide. La masse volumique indiquée est 1,55 g/cm³. Le point de fusion est 1 115 K (841,9 °C). Le point d’ébullition est 1 757 K (1 484 °C). La pression, la pureté et la structure cristalline peuvent modifier les valeurs mesurées.

Présence et applications

Présence, formes et usages

Le calcium est très abondant sous forme de composés comme le carbonate de calcium, présent dans le calcaire, et le sulfate de calcium, présent dans le gypse. Ses composés sont essentiels au bâtiment et à l’industrie, tandis que les ions calcium jouent un rôle fondamental dans les os, les dents et de nombreux processus biologiques.

Dans la pratique

Exemples d’utilisations concrètes

os et dents

Des phases minérales riches en calcium donnent aux os et aux dents une grande partie de leur rigidité.

ciment

Des composés de l’élément participent aux phases minérales ou aux réactions qui donnent leurs propriétés au ciment et au béton.

chaux

Les composés du calcium sont au cœur de la fabrication de la chaux et de réactions utilisées dans le bâtiment, la métallurgie et le traitement de l’environnement.

biologie

Les ions ou composés du calcium interviennent dans des structures biologiques, enzymes, signaux cellulaires ou voies métaboliques.

Position périodique

Ce que montrent les éléments voisins

Le calcium est en période 4 et dans le groupe 2. Dans le voisinage affiché, il se trouve entre le potassium et le scandium sur la même période ; le magnésium est au-dessus et le strontium au-dessous dans le même groupe. Ces positions permettent de comparer le rayon atomique, l’énergie d’ionisation et les modes de liaison avec les éléments proches.

Données de référence

Propriétés physiques et atomiques

Classificationmétal alcalino-terreux

État à température ambiantesolide

Électrons par couche2 · 8 · 8 · 2

Masse volumique1,55 g/cm³

Point de fusion1 115 K (841,9 °C)

Point d’ébullition1 757 K (1 484 °C)

Électronégativité de Pauling1

Première énergie d’ionisation589,8 kJ/mol

Affinité électronique2,37 kJ/mol

Les valeurs décrivent l’élément ou l’atome neutre lorsque cela s’applique. Les propriétés physiques peuvent dépendre de l’allotrope, de la pression et des conditions de mesure.

Histoire

Découverte et identification

La découverte du calcium est associée à Humphry Davy. L’identification de l’élément, son isolement sous forme pure et l’attribution ultérieure de son numéro atomique ne correspondent pas nécessairement au même moment historique.

Isotopes et poids atomique

Ce que signifie la valeur du tableau

Le poids atomique standard est 40.078(4). Cette valeur décrit la composition isotopique de la matière terrestre naturelle ; ce n’est pas la masse d’un atome particulier.

Le calcium possède au moins un isotope stable. Les isotopes ont le même nombre de protons et appartiennent donc au même élément, mais ils diffèrent par leur nombre de neutrons et leur masse atomique.

Précautions

Manipulation et exposition

Les risques associés au calcium dépendent de la forme chimique, de la dose et de la voie d’exposition. Le calcium élémentaire, ses ions et ses composés peuvent avoir des effets biologiques très différents : il faut consulter les données de sécurité de la substance réellement manipulée.