Il calcio si trova naturalmente nell’acqua. L’acqua di mare contiene circa 400 ppm di calcio. Una delle ragioni principali per l’abbondanza di calcio nell’acqua è la sua presenza naturale nella crosta terrestre. Il calcio è anche un costituente del corallo. I fiumi contengono generalmente 1-2 ppm di calcio, ma nelle zone calcaree i fiumi possono contenere concentrazioni di calcio fino a 100 ppm.
Esempi di concentrazioni di calcio negli organismi acquatici: alga luctuca 800-6500 ppm (massa umida), ostriche circa 1500 ppm (massa secca).
In una soluzione acquosa il calcio è presente principalmente come Ca2+ (aq), ma può anche presentarsi come CaOH+ (aq) o Ca(OH)2 (aq), o come CaSO4 in acqua di mare.
Il calcio è un determinante importante della durezza dell’acqua, e funziona anche come stabilizzatore del pH, a causa delle sue qualità tampone. Il calcio dà anche all’acqua un sapore migliore.
In che modo e in che forma il calcio reagisce con l’acqua?
Al contrario del magnesio che si trova direttamente sopra il calcio nella tavola periodica, il calcio elementare reagisce con l’acqua a temperatura ambiente, secondo il seguente meccanismo di reazione:
Ca (s) + 2H2O (g) -> Ca(OH)2 (aq) + H2 (g)
Questa reazione forma idrossido di calcio che si dissolve in acqua come una soda, e idrogeno gassoso.
Altri importanti meccanismi di reazione del calcio sono reazioni di erosione. Queste di solito si verificano quando è presente anidride carbonica. In condizioni normali il carbonato di calcio è insolubile in acqua. Quando l’anidride carbonica è presente si forma l’acido carbonico, influenzando i composti di calcio.
Solubilità del calcio e dei composti di calcio
Il calcio elementare reagisce con l’acqua. I composti di calcio sono più o meno solubili in acqua. Il carbonato di calcio ha una solubilità di 14 mg/L, che è moltiplicata per un fattore cinque in presenza di anidride carbonica. La solubilità del fosfato di calcio è di 20 mg/L, e quella del fluoruro di calcio è di 16 mg/L. La solubilità del cromato di calcio è 170 g/L, e a 0oC la solubilità del ipoclorato di calcio è 218 g/L. La solubilità di altri composti del calcio si trova tra i livelli di questi esempi, per esempio arsenato di calcio 140 mg/L, idrossido di calcio 1,3 g/L e solfato di calcio 2,7-8,8 g/L.
Perché il calcio è presente in acqua? Può dissolversi da rocce come calcare, marmo, calcite, dolomite, gesso, fluorite e apatite. Il calcio è un determinante della durezza dell’acqua, perché può essere trovato nell’acqua come ioni Ca2+. Il magnesio è l’altro determinante della durezza.
Il calcio è presente in vari materiali da costruzione, come il cemento, la calce dei mattoni e il cemento. È presente nelle batterie, ed è applicato nell’intonaco come solfato di calcio. Il metallo si applica per la produzione di zirconio e torio. Nelle industrie del furto il calcio è applicato come tampone e viene aggiunto alle leghe di alluminio, rame e piombo. Il calcio può estrarre l’anidride solforosa dagli scarichi industriali e neutralizzare gli acidi solforici prima dello scarico. Altri esempi di applicazioni del calcio sono l’ipocloruro di calcio come candeggina e per la disinfezione, il fosfato di calcio nelle industrie del vetro e della porcellana, il polisolfuro e l’idrossido di calcio come flocculanti nel trattamento delle acque reflue, e il fluoruro di calcio come agente di torbidità nelle industrie dello smalto, nella spettroscopia UV, e come materia prima per la produzione di acido fluido. Il calcio può anche essere applicato per la rimozione del carbonio e dello zolfo dal ferro e dalle leghe di ferro, e per la disidratazione del petrolio. Il calcare è applicato come riempitivo per la carta, causando un colore più bianco della carta, e nella plastica per migliorare la stabilità.
Il calcio spesso influenza positivamente la qualità del suolo e vari composti sono applicati come fertilizzante. Per esempio, le soluzioni CaCl2- o Ca(NO)3 sono applicate in orticoltura. L’ossido di calcio è un molluschicida disidratante.
Quali sono gli effetti ambientali del calcio nell’acqua?
Il calcio è un requisito dietetico per tutti gli organismi a parte alcuni insetti e batteri. Il carbonato di calcio è una pietra da costruzione dello scheletro della maggior parte degli organismi marini e delle lenti degli occhi. Il fosfato di calcio è necessario per la struttura delle ossa e dei denti degli organismi terrestri. Le piante contengono principalmente ossalato di calcio. L’immagazzinamento del calcio nelle piante è circa l’1% della massa secca.
Il calcio è in gran parte responsabile della durezza dell’acqua, e può influenzare negativamente la tossicità di altri composti. Elementi come rame, piombo e zinco sono molto più tossici in acqua dolce.
In terreni calcarei il calcio può immobilizzare il ferro. Questo può causare carenze di ferro, anche quando è presente in abbondanza nel suolo.
La durezza dell’acqua influenza gli organismi acquatici riguardo alla tossicità dei metalli. In acqua più morbida la permeabilità delle membrane nelle branchie è aumentata. Il calcio compete anche con altri ioni per i punti di legame nelle branchie. Di conseguenza, l’acqua dura protegge meglio i pesci dall’assorbimento diretto dei metalli. Valori di pH di 4,5-4,9 possono danneggiare le uova di salmone e i salmoni cresciuti, quando il contenuto di calcio, sodio e cloro è basso.
Vari composti di calcio possono essere tossici. La DL50 dei ratti per l’arsenito di calcio è di 20 mg/kg di peso corporeo. Il carburo di calcio forma etnie infiammabili quando entra in contatto con l’acqua ed è quindi considerato pericoloso.
Alcuni effetti ambientali della durezza dell’acqua includono l’indurimento delle attrezzature domestiche, perché le alte temperature causano la durezza del carbonato. Questo può diminuire drasticamente la durata di vita delle attrezzature e provoca un aumento dei rifiuti domestici. Il carbonato di calcio interagisce con i detergenti e gli agenti di pulizia. La formazione di complessi causa una diminuzione dell’efficienza dei detergenti, con conseguente necessità di una maggiore applicazione di detergenti e acquisti di addolcitori (vedi anche magnesio e acqua).
L’addolcimento viene spesso effettuato per mezzo di scambiatori di ioni. Questi devono essere rigenerati con sale da cucina, e quindi appesantiscono le acque reflue.
Ci sono sei isotopi di calcio stabili. Oggi conosciamo otto isotopi di calcio instabili. Il 45Ca è altamente radioattivo e tossico.
Quali sono gli effetti sulla salute del calcio nell’acqua?
Il calcio è un minerale dietetico che è presente nel corpo umano in quantità di circa 1,2 kg. Nessun altro elemento è più abbondante nel corpo. Il fosfato di calcio è una sostanza di supporto, e causa la crescita delle ossa e dei denti, insieme alla vitamina D. Il calcio è presente anche nel tessuto muscolare e nel sangue. È necessario per lo sviluppo della membrana cellulare e la divisione cellulare, ed è parzialmente responsabile delle contrazioni muscolari e della coagulazione del sangue. Il calcio regola l’attività delle membrane, assiste il trasferimento degli impulsi nervosi e il rilascio degli ormoni, stabilizza il pH del corpo ed è una parte essenziale del concepimento. Per stimolare queste funzioni del corpo si raccomanda un apporto giornaliero di circa 1000 mg di calcio per gli adulti. Questo può essere ottenuto consumando latticini, cereali e verdure verdi.
Il carbonato di calcio funziona come rimedio per l’acidità di stomaco e può essere applicato per risolvere i problemi digestivi. Il lattato di calcio può aiutare il corpo durante i periodi di carenza di calcio, e il cloruro di calcio è un diuretico.
L’acqua dura può aiutare a rafforzare ossa e denti a causa della sua alta concentrazione di calcio. Può anche diminuire il rischio di condizioni cardiache. La durezza dell’acqua potabile deve essere superiore a 8,4 odH. Il carbonato di calcio ha un effetto positivo sui tubi dell’acqua di piombo, perché forma un rivestimento protettivo di carbonato di piombo (II). Questo impedisce al piombo di dissolversi nell’acqua potabile, e quindi gli impedisce di entrare nel corpo umano.
Quando si assumono grandi quantità di calcio questo può influenzare negativamente la salute umana. La dose letale di assunzione orale è di circa 5-50 mg/ kg di peso corporeo. Il calcio metallico corrode la pelle quando entra in contatto con la pelle, gli occhi e le membrane mucose.
Quali tecnologie di purificazione dell’acqua possono essere applicate per rimuovere il calcio dall’acqua?
La rimozione degli ioni di calcio e magnesio dall’acqua viene effettuata da addolcitori d’acqua. Questi sono scambiatori di ioni che di solito contengono ioni Na+, che vengono rilasciati e sostituiti da ioni Ca2+ e Mg2+.
I composti di calcio possono essere applicati per il trattamento delle acque reflue. Il pH e la durezza dell’acqua potabile possono essere alterati per mezzo di carbonato di calcio e idrossido di calcio.
La letteratura e gli altri elementi e la loro interazione con l’acqua