El calcio se encuentra en el agua de forma natural. El agua de mar contiene aproximadamente 400 ppm de calcio. Una de las principales razones de la abundancia de calcio en el agua es su presencia natural en la corteza terrestre. El calcio también es un componente del coral. Los ríos suelen contener entre 1 y 2 ppm de calcio, pero en las zonas calcáreas los ríos pueden contener concentraciones de calcio de hasta 100 ppm.
Ejemplos de concentraciones de calcio en organismos acuáticos: alga luctuca 800-6500 ppm (masa húmeda), ostras aproximadamente 1500 ppm (masa seca).
En una solución acuosa, el calcio está presente principalmente como Ca2+ (aq), pero también puede presentarse como CaOH+ (aq) o Ca(OH)2 (aq), o como CaSO4 en el agua de mar.
El calcio es un importante determinante de la dureza del agua, y también funciona como estabilizador del pH, debido a sus cualidades amortiguadoras. El calcio también da al agua un mejor sabor.
¿De qué manera y en qué forma reacciona el calcio con el agua?
Al contrario de lo que ocurre con el magnesio, situado directamente por encima del calcio en la tabla periódica, el calcio elemental reacciona con el agua a temperatura ambiente, según el siguiente mecanismo de reacción:
Ca (s) + 2H2O (g) -> Ca(OH)2 (aq) + H2 (g)
Esta reacción forma hidróxido de calcio que se disuelve en el agua como sosa, y gas hidrógeno.
Otros mecanismos de reacción importantes del calcio son las reacciones de erosión. Estas suelen ocurrir cuando hay dióxido de carbono. En condiciones normales, el carbonato de calcio es insoluble en agua. Cuando hay dióxido de carbono se forma ácido carbónico, que afecta a los compuestos de calcio.
Solubilidad del calcio y de los compuestos de calcio
El calcio elemental reacciona con el agua. Los compuestos de calcio son más o menos solubles en agua. El carbonato de calcio tiene una solubilidad de 14 mg/L, que se multiplica por un factor cinco en presencia de dióxido de carbono. La solubilidad del fosfato de calcio es de 20 mg/L, y la del fluoruro de calcio es de 16 mg/L. La solubilidad del cromato de calcio es de 170 g/L, y a 0oC la del hipoclorato de calcio es de 218 g/L. La solubilidad de otros compuestos de calcio se encuentra entre los niveles de estos ejemplos, por ejemplo el arseniato de calcio 140 mg/L, el hidróxido de calcio 1,3 g/L y el sulfato de calcio 2,7-8,8 g/L.
¿Por qué está presente el calcio en el agua?
El calcio está presente de forma natural en el agua. Puede disolverse a partir de rocas como la caliza, el mármol, la calcita, la dolomita, el yeso, la fluorita y la apatita. El calcio es un determinante de la dureza del agua, porque puede encontrarse en el agua como iones Ca2+. El magnesio es el otro determinante de la dureza.
El calcio está presente en varios materiales de construcción, como el cemento, la cal de los ladrillos y el hormigón. Está presente en las pilas, y se aplica en el yeso como sulfato de calcio. El metal se aplica para la producción de circonio y torio. En las industrias del acero, el calcio se aplica como secante y se añade a las aleaciones de aluminio, cobre y plomo. El calcio puede extraer el dióxido de azufre de los gases de escape industriales y neutralizar los ácidos sulfúricos antes de su vertido. Otros ejemplos de aplicaciones del calcio son el hipocloruro de calcio como blanqueador y para la desinfección, el fosfato de calcio en las industrias del vidrio y la porcelana, el polisulfuro y el hidróxido de calcio como floculantes en el tratamiento de aguas residuales, y el fluoruro de calcio como agente de turbidez en las industrias del esmalte, en la espectroscopia UV y como materia prima para la producción de ácidos fluidos. El calcio también puede aplicarse para eliminar el carbono y el azufre del hierro y las aleaciones de hierro, y para deshidratar el aceite. La piedra caliza se aplica como relleno de papel, lo que hace que el papel tenga un color más blanco, y en los plásticos para mejorar su estabilidad.
El calcio suele afectar positivamente a la calidad del suelo y se aplican varios compuestos como fertilizante. Por ejemplo, las soluciones de CaCl2- o Ca(NO)3 se aplican en horticultura. El óxido de calcio es un molusquicida deshidratante.
¿Cuáles son los efectos ambientales del calcio en el agua?
El calcio es un requisito dietético para todos los organismos, aparte de algunos insectos y bacterias. El carbonato de calcio es la piedra angular de los esqueletos de la mayoría de los organismos marinos y de las lentes oculares. El fosfato de calcio es necesario para la estructura de los huesos y los dientes de los organismos terrestres. Las plantas contienen principalmente oxalato de calcio. El almacenamiento de calcio en las plantas es de aproximadamente el 1% de la masa seca.
El calcio es el principal responsable de la dureza del agua y puede influir negativamente en la toxicidad de otros compuestos. Elementos como el cobre, el plomo y el zinc son mucho más tóxicos en el agua blanda.
En suelos encalados el calcio puede inmovilizar el hierro. Esto puede causar escasez de hierro, incluso cuando hay mucho hierro en el suelo.
La dureza del agua influye en los organismos acuáticos en cuanto a la toxicidad de los metales. En aguas más blandas aumenta la permeabilidad de las membranas en las branquias. El calcio también compite con otros iones por los puntos de unión en las branquias. En consecuencia, el agua dura protege mejor a los peces de la absorción directa de metales. Los valores de pH de 4,5-4,9 pueden perjudicar a los huevos de salmón y a los salmones cultivados, cuando el contenido de calcio, sodio y cloro es bajo.
Varios compuestos de calcio pueden ser tóxicos. La DL50 de las ratas para el arsenito de calcio es de 20 mg/kg de peso corporal. El carburo de calcio forma etileno inflamable cuando entra en contacto con el agua y, por lo tanto, se considera peligroso.
Algunos efectos ambientales de la dureza del agua incluyen el endurecimiento de los equipos domésticos, porque las altas temperaturas provocan la dureza del carbonato. Esto puede disminuir drásticamente la vida útil de los equipos y provoca un aumento de los residuos domésticos. El carbonato de calcio interactúa con los detergentes y agentes de limpieza. La formación de complejos provoca una disminución de la eficacia de los detergentes, lo que hace necesario aumentar la aplicación de detergentes y la compra de ablandadores (véase también el magnesio y el agua).
El ablandamiento se realiza a menudo mediante intercambiadores de iones. Estos deben regenerarse con sal de cocina y, por lo tanto, cargan las aguas residuales.
Existen seis isótopos de calcio estables. En la actualidad, conocemos ocho isótopos de calcio inestables. El 45Ca es altamente radiactivo y tóxico.
¿Cuáles son los efectos del calcio en el agua sobre la salud?
El calcio es un mineral alimenticio que está presente en el cuerpo humano en cantidades de aproximadamente 1,2 kg. Ningún otro elemento es más abundante en el cuerpo. El fosfato de calcio es una sustancia de soporte, y provoca el crecimiento de los huesos y los dientes, junto con la vitamina D. El calcio también está presente en el tejido muscular y en la sangre. Es necesario para el desarrollo de las membranas celulares y la división celular, y es parcialmente responsable de las contracciones musculares y la coagulación de la sangre. El calcio regula la actividad de las membranas, ayuda a la transferencia de impulsos nerviosos y a la liberación de hormonas, estabiliza el pH del cuerpo y es una parte esencial de la concepción. Para estimular estas funciones corporales se recomienda una ingesta diaria de unos 1000 mg de calcio para los adultos. Esto puede lograrse mediante el consumo de lácteos, cereales y verduras verdes.
El carbonato de calcio funciona como un remedio contra la acidez estomacal y puede aplicarse para resolver fallos digestivos. El lactato de calcio puede ayudar al organismo durante los periodos de deficiencia de calcio, y el cloruro de calcio es un diurético.
El agua dura puede ayudar a fortalecer los huesos y los dientes debido a su alta concentración de calcio. También puede disminuir el riesgo de padecer afecciones cardíacas. La dureza del agua potable debe ser superior a 8,4 odH. El carbonato cálcico tiene un efecto positivo en las tuberías de agua de plomo, ya que forma una capa protectora de carbonato de plomo (II). Esto impide que el plomo se disuelva en el agua potable y, por tanto, evita que entre en el cuerpo humano.
Cuando se ingieren grandes cantidades de calcio esto puede influir negativamente en la salud humana. La dosis letal de ingesta oral es de unos 5-50 mg/kg de peso corporal. El calcio metálico corroe la piel cuando entra en contacto con la piel, los ojos y las membranas mucosas.
¿Qué tecnologías de purificación del agua pueden aplicarse para eliminar el calcio del agua?
La eliminación de los iones de calcio y magnesio del agua se lleva a cabo mediante ablandadores de agua. Se trata de intercambiadores de iones que suelen contener iones Na+, que son liberados y sustituidos por iones Ca2+ y Mg2+.
Los compuestos de calcio pueden aplicarse para el tratamiento de aguas residuales. El pH y la dureza del agua potable pueden alterarse mediante carbonato de calcio e hidróxido de calcio.
Literatura y los demás elementos y su interacción con el agua