¿Por qué el calcio señaliza y no otro ion?
Casi todas las células mantienen su calcio interno en torno a 100 nanomolar, mientras que fuera hay unos 2 milimolar. La diferencia es de un factor diez mil, y mantenerla cuesta energía continuamente.
Ese gasto tiene una razón. Una señal es útil si el cambio es grande y rápido. Con un gradiente tan pronunciado, abrir un canal durante milisegundos multiplica por cien la concentración interna en la vecindad del canal. Cerrarlo y bombear el calcio de vuelta devuelve el sistema al reposo con la misma rapidez.
Ningún otro ion abundante ofrece eso. El sodio y el potasio están en concentraciones demasiado altas dentro y fuera para que un pequeño flujo cambie nada apreciablemente. El magnesio se une a las proteínas con menos especificidad.
El calcio, además, tiene una geometría de coordinación flexible: acepta entre seis y ocho ligandos con distancias variables, lo que permite a las proteínas diseñar sitios que lo capturan con alta afinidad y lo sueltan a la orden.
En el músculo, el calcio liberado del retículo sarcoplásmico se une a la troponina C. El cambio de forma desplaza la tropomiosina y descubre los sitios de la actina donde la miosina engancha. La contracción es consecuencia directa.
En la sinapsis, la llegada del impulso abre canales de calcio y su entrada provoca la fusión de las vesículas de neurotransmisor con la membrana. Sin calcio no hay transmisión nerviosa.
En la coagulación, el calcio es el factor IV y participa en varias etapas de la cascada. Los tubos de análisis con citrato funcionan porque el citrato secuestra el calcio y detiene la coagulación.
¿Cómo está el calcio en los huesos?
Como hidroxiapatita, un fosfato de calcio de fórmula aproximada Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂.
El hueso no es un bloque mineral. Es un material compuesto: fibras de colágeno, que aportan tenacidad y resistencia a la tracción, con cristales de hidroxiapatita depositados entre ellas, que aportan rigidez y resistencia a la compresión.
La analogía habitual es el hormigón armado, con el colágeno haciendo de acero y el mineral de hormigón. Ninguno de los dos por separado serviría: el colágeno solo sería flexible y el mineral solo, quebradizo.
Un adulto contiene alrededor de un kilogramo de calcio, y el 99 % está en el esqueleto y los dientes. El 1 % restante es el que circula y señaliza, y su concentración en sangre se regula con una precisión notable.
Esa regulación tiene prioridad sobre el hueso. Si el calcio en sangre baja, la paratohormona moviliza calcio del esqueleto para restablecerlo. El hueso funciona como reserva, y una deficiencia dietética prolongada se paga con densidad ósea.
El esmalte dental es también hidroxiapatita, pero con muy poca materia orgánica y cristales mucho mayores; por eso es el tejido más duro del cuerpo y a la vez no se regenera.
¿Qué relación hay entre las cuevas, la cal del grifo y las montañas?
Una sola reacción, en un sentido o en otro.
El carbonato de calcio es insoluble en agua pura. Pero el agua de lluvia disuelve dióxido de carbono del aire y se vuelve ligeramente ácida, y en esas condiciones la caliza sí se disuelve:
CaCO₃ + CO₂ + H₂O ⇌ Ca(HCO₃)₂El bicarbonato de calcio es soluble. El agua cargada con él circula por las grietas y va agrandándolas: así se forman las cuevas kársticas y los paisajes de Guilin o de los Picos de Europa.
Cuando esa agua llega a una cavidad y libera parte de su CO₂, el equilibrio se invierte y precipita carbonato de calcio de nuevo. Gota a gota se construyen estalactitas y estalagmitas, a razón de unas décimas de milímetro al año.
Exactamente lo mismo ocurre en una tetera. Calentar el agua expulsa el CO₂ disuelto, el equilibrio se desplaza y la cal se deposita sobre la resistencia. Por eso se llama dureza temporal: hervir el agua la elimina, precipitándola.
Y la piedra caliza misma es carbonato de calcio acumulado durante millones de años a partir de conchas y esqueletos de organismos marinos. Los Alpes contienen antiguos fondos marinos elevados; el mármol es caliza recristalizada por presión y temperatura.
¿Cómo se convierte la caliza en cemento?
Calcinándola y volviéndola a hidratar, con una etapa intermedia decisiva.
Calentar carbonato de calcio por encima de unos 900 °C lo descompone en cal viva y dióxido de carbono:
CaCO₃ → CaO + CO₂La cal viva mezclada con agua da cal apagada, que endurece lentamente al reabsorber CO₂ del aire y volver a carbonato. Ese es el mortero de cal, usado desde la antigüedad.
El cemento Portland va más lejos. Se calcina caliza junto con arcilla a unos 1 450 °C, y la reacción produce silicatos y aluminatos de calcio en forma de nódulos llamados clínker. Molido y mezclado con yeso, es el cemento.
Al añadir agua, esos silicatos se hidratan y forman una red de cristales fibrosos entrelazados que atrapa el agua restante. El proceso se llama fraguado y no es un secado: el cemento endurece bajo el agua, y curarlo exige mantenerlo húmedo.
⚠️ La producción de cemento emite alrededor del 7 % del CO₂ mundial. Aproximadamente la mitad procede del combustible necesario para llegar a 1 450 °C, y la otra mitad del propio CO₂ liberado por la caliza al descomponerse. Esa segunda mitad no se elimina cambiando de energía, y es lo que hace difícil descarbonizar el hormigón.
¿Cómo se obtiene el calcio metálico?
Por electrólisis de cloruro de calcio fundido, o por reducción del óxido con aluminio al vacío.
La demanda es pequeña. El calcio metálico se usa como desoxidante en metalurgia, como reductor para obtener metales como el uranio o el torio, y en aleaciones de plomo para baterías.
Lo que se produce a escala masiva son sus compuestos. La caliza es la materia prima del cemento, del vidrio y del acero, donde actúa como fundente que retira impurezas. El yeso, sulfato de calcio, se usa en construcción y en escayola. El carburo de calcio, obtenido de cal y carbón, genera acetileno con agua y fue la base de la iluminación de las lámparas de minero.
El calcio metálico es blando, plateado y se oxida rápidamente en el aire, aunque mucho menos violentamente que los alcalinos. Arde con llama roja anaranjada, lo que lo delata en el ensayo a la llama y lo hace útil en pirotecnia.