钙

钙是一种金属元素，符号Ca，银白色晶体。动物的骨骼、蛤壳、蛋壳都含有碳酸钙。可用于合金的脱氧剂、油类的脱水剂、冶金的还原剂、铁和铁合金的脱硫与脱碳剂以及电子管中的吸气剂等。它的化合物在工业上、建筑工程上和医药上用途很大。

钙 - 历史发现

钙是在自然界中分布最广的十个元素之一，但由于它不易从化合物中还原成单质状态，所以迟迟未被发现。长时期里，化学家们将从含碳酸钙的石灰石焙烧获得的钙的氧化物当作是不可再分割的物质。

1789年，拉瓦锡发表的元素表中就列有它。

1808年，英国的戴维、瑞典的贝采利乌斯、法国的蓬丁，使用汞阴极电解石灰石制得在电解质，在阴极的汞齐中提出金属钙。

从此钙被确定为元素，并被命名为Calcium，元素符号是Ca。Calcium来自拉丁文中表示生石灰的词calx。

钙 - 物理性质

钙，元素符号Ca，原子量40.08，原子序数20，外围电子排布式4s2，位于第四周期第ⅡA族，原子半径197.3皮米，离子半径99皮米，摩尔体积25.9厘米3/摩尔，主要氧化数+2，第一电离能593千焦/摩尔，电负性1.01。银白色有金属光泽金属。

密度1.55克/厘米3，熔点839℃，沸点1484℃，硬度1.5，电导性20.8。

钙 - 化学性质

钙在自然界中分布很广，都以化合态存在，占地壳原子总数的1.5%，钙在地壳中的含量仅次于氧、铝、硅、铁，居第五位，主要矿物有石灰石、大理石、石膏、磷灰石等。在动物体的骨骼和血浆中也含有钙，并参与凝血和肌肉的收缩过程。金属钙是由电解熔融氯化钙制得。

化学性质活泼，在空气中表面上能形成一层氧化物或氮化物薄膜，可减缓进一步腐蚀。

跟氧化合生成氧化钙，跟氮化合生成氮化钙Ca3N2，跟氟、氯、溴、碘等化合生成相应卤化物，跟氢气在400℃催化剂作用下生成氢化钙。

常温下跟水反应生成氢氧化钙并放出氢气，跟盐酸、稀硫酸等反应生成盐和氢气，跟碳在高温下反应生成碳化钙CaC2。加热时几乎能还原所有金属氧化物，在熔融时也能还原许多金属氯化物。

钙常用做合金的脱氧剂，冶金的还原剂，制备铬、锆、铀，铁和铁合金的脱硫、脱碳剂，氮和氩气体的分离剂，以及油类的脱水剂等。

钙 - 实验室制备

有电解法及还原法两种方式。

其中电解法是拉特瑙(W.Rathenau)于1904年首先应用的，所用的电解质为CaCl2和CaF2的混合物。电解槽阳极用石墨等作内衬，阴极用钢制成。电解析出的钙漂浮在电解质表面，同钢制阴极接触而冷凝在阴极上。

还原法是生产金属钙的主要方法。通常用石灰石为原料，经烧成氧化钙，以铝粉作还原剂。粉碎的氧化钙与铝粉按一定比例混合均匀，压制成块。

钙 - 自然界的钙

通常水中含钙镁离子即称之为硬水。而硬度是由水溶液中的矿物质含量多寡而决定，而且会特别指CaCO3、MgCO3含量。常用ppm (CaCO3)或mgCaCO3/L H2O表示。

钙 - 食物中的钙

自然的食品以牛奶和优酪乳所含的钙最多，其他食物如干豆类、鱼、豆腐、深色的蔬菜如花椰菜、甘蓝类蔬菜和芥兰菜等都含有丰富的钙。此外还有很多添加钙强化的食物，例如：橙汁、蔓越莓汁、早餐谷类食品等。也有人服用钙补充剂以补不足。然而摄取过量的钙可以保持人体中的血钙溶度，30岁以前维持骨本，30岁以后维持血钙溶度 。最新的膳食标准指出钙的上限摄取量是每天2500 mg;一般人每天只须从自然食物和补充剂中摄取1500 mg的钙，便已经足够。

钙 - 对人体影响

钙是人体必需的矿物质营养素，所有的细胞都需要钙。钙离子Ca2+在生物体中是许多生化过程及生理过程的触发器，如触发肌肉收缩、释放激素、传递脉冲、促进血液凝结、调节心律和分泌乳汁等等。Ca2+尤为各种高级生物体所必需。 现代医学研究表明，钙营养与体内免疫、神经、内分泌、消化、循环、运动、生殖等十多个系统的功能密切相关，钙离子参与生命进化及生命运动的全过程。基础医学临床医学的研究已证实钙离子对生命的影响巨大，也就是说人类健康离不开钙。

人体的含量

人体的钙含量约1～1.25kg，占体重1.5～2%，钙原子数目仅次于C、H、O、N等四种非金属元素。每千克非脂肪组织中平均约含钙20～25g。体内钙99%以上都分布在骨骼和牙齿中，其余不足1%的钙分布在体液及全身各组织器官中，是多种生理活动的参与者。这1%在人体的组织及血液中钙的浓度必需保持恒定，不能太高也不能太低，否则会威胁生命安全。

人体的分布

1、骨骼钙

钙是骨骼、牙齿和细胞壁形成时的必需结构成分。骨钙的组成主要是羟磷灰石结晶，占骨骼重量40%以上，其次是碳酸盐、柠檬酸盐以及少量氯化物和氟化物的形式。骨钙对维持血钙的浓度极为重要，被称作人体钙元素的“储存库”。当血钙浓度降低时，可迅速动员骨钙补充，此过程即为骨质分解;反之钙则在骨骼“暂存”。

2、牙齿钙

牙齿的化学组成大部分与骨一致，牙齿的表层为牙釉质(又称珐琅质)，除了5%水外，全部由嵌入有机基质中的无机物(羟磷灰石及氟磷酸石)组成。其中羟磷灰石所占比例超过98%，结构非常严密，成为人体中最硬的部分，对牙齿咀嚼、磨碎食物具有重要意义。牙本质中羟磷灰石占70%左右，牙骨质中约占40%，它们的结构与骨类似。牙齿一旦形成和钙化后，新陈代谢就降到最低程度。维生素A、C、D的摄取，对牙的正常发育及钙化是必不可少的。缺少维生素A会导致牙的不完全钙化，使其硬度小;缺少维生素C影响牙中有机基质的形成;维生素D不但能帮助钙的吸收而且明显地促使钙、磷在牙中的沉积。

3、血钙

血浆中的钙有48%为离子形式，46%与蛋白质结合，3%为复合物形式(Complex)，还有3%未被确认。血浆中钙浓度大约为10～11 mg/100 mL，无年龄、性别差异。钙离子对神经组织有特殊且重要的影响，如果血钙离子浓度下降，神经组织会过度兴奋，导致手足抽搐;另一方面，高血钙抑制神经兴奋。血钙的浓度相当稳定，由副甲状腺素(PTH)精密控制，使骨钙和血钙处于平衡之中。血钙浓度低，则由骨钙补充;反之，血钙浓度高，则将钙沉积于骨中储存，或经肾脏于尿中排出体外。

消化与吸收

维他命D在小肠对钙的吸收中扮演重要的角色，它可增加小肠细胞膜上和细胞质的钙结合蛋白质的总量。维他命D缺乏者会因为钙吸收不足而易患有软骨病(rickets)。

摄取量

世界各地区的钙摄取量有很大的差异，欧美等发达国家平均毎人每日摄取850毫克，而非洲、拉丁美洲及大部分开发中国家只有344毫克，相差一倍以上。因此钙摄取不足在开发中国家是个严重的健康议题。

钙补充剂

钙补充剂的主要成分为钙化合物，如碳酸钙、柠檬酸钙、乳酸钙等，其中吸收率最高的为柠檬酸钙约35%，碳酸钙为27%，乳钙质为29%，磷酸钙为25%。碳酸钙取材于牡蛎壳或珍珠贝等，葡萄糖酸钙的溶解度较大。选购钙补充剂应注意钙离子的含量与钙的来源。

钙与疾病预防

摄取足够钙质可以“预防”骨质疏松症、直肠癌、降低男性前列腺癌的风险、维持血压平衡。每天至少补充约800毫克的钙质是最有效预防直肠癌的钙摄取量，更年期妇女补充足够的钙质可以提高高密度脂蛋白(HDL)的浓度，这代表降低心血管疾病的风险与致命性。食用含钙多的食物，会使燃脂效果更佳，达到减肥效果。

摄取过量的钙也会引起骨质疏松。骨骼中的软组织(Soft tissue)含有镁与蛋白质等，借此赋予骨骼活动性以及抗脆性。实验结果显示补充镁可改善停经妇女的骨质疏松的问题，可增加其骨质密度(Bone mineral density)，并且降低骨折机率。补充镁也会使副甲状腺素(Parathyroid hormone，PTH)的浓度下降，推论镁可以抑制骨质转换，降低骨质流失而维持骨质健康。 但镁与钙互相拮抗，摄取过量的钙会大幅降低镁的吸收，故钙只能预防。