钙

钙
20Ca
镁 ↑ 钙 ↓ 锶 元素周期表 钾 ← 钙 → 钪
外观
暗沉的灰色,銀色 鈣的原子光譜
概况
名称 · 符号 · 序数	钙 · Ca · 20
元素类别	碱土金属
族 · 週期 · 区	2 · 4 · s
标准原子质量	40.078（4）
电子排布	[氩] 4s2 2, 8, 8, 2
历史
发现	汉弗里·戴维（1808年）
首次得到单质	漢弗里·戴維（1808年）
物理性质
状态	固态
密度（接近室温）	1.55 g·cm−3
熔点时液体密度	1.378 g·cm−3
熔点	1115 K，842 °C，1548 °F
沸点	1757 K，1484 °C，2703 °F
熔化热	8.54 kJ·mol−1
汽化热	154.7 kJ·mol−1
比热容	25.929 J·mol−1·K−1
蒸汽压
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k 于 T (K) 864 956 1071 1227 1443 1755
原子性质
氧化态	+2, +1 （強鹼性）
电负性	1.00（鲍林标度）
电离能 （更多）	第一：589.8 kJ·mol−1
	第二：1145.4 kJ·mol−1
	第三：4912.4 kJ·mol−1
原子半径	197 pm
共价半径	176±10 pm
范德华半径	231 pm
杂项
晶体结构	面心立方
磁序	抗磁性
电阻率	（20 °C）33.6 nΩ·m
热导率	201 W·m−1·K−1
膨胀系数	（25 °C）22.3 µm·m−1·K−1
声速（细棒）	（20 °C）3810 m·s−1
杨氏模量	20 GPa
剪切模量	7.4 GPa
体积模量	17 GPa
泊松比	0.31
莫氏硬度	1.75
布氏硬度	167 MPa
CAS号	7440-70-2
最稳定同位素
主条目：钙的同位素
同位素 丰度 半衰期 DM DE（MeV） DP 40Ca 96.941% >5.9×1021 年 β+β+ 0.194 40Ar 41Ca 微量 1.03×105 年 ε - 41K 42Ca 0.647% 42Ca带22个中子稳定 43Ca 0.135% 43Ca带23个中子稳定 44Ca 2.086% 44Ca带24个中子稳定 45Ca 人造 162.7 天 β−衰变 0.258 45Sc 46Ca 0.004% >2.8×1015 年 β−β− 0.988 46Ti 47Ca 人造 4.536 天 β−衰变 0.694, 1.99 47Sc γ 1.297 - 48Ca 0.187% 4.3×1019年 β−β− 4.274 48Ti β−衰变 (未觀察到) 0.0058 48Sc

钙（Calcium）是一种化学元素，它的化学符号是Ca，它的原子序数是20，是一種银白色的碱土金属，具有中等程度的軟性。雖然在地殼的含量也很高，為地殼中第五豐富的元素，占地殼總質量3%，因為它的化學活性頗為活潑，可以和水或酸反應放出氫氣，或是在空氣中便可氧化（形成緻密氧化層（氧化鈣）），因此在自然界多以離子狀態或化合物形式存在，而沒有单质存在。在工業上的主要礦物來源如石灰岩，石膏等，在建筑（水泥原料）、肥料、制鹼、和医疗上用途佷广。

自然界有六種穩定同位素存在，另有11種放射性同位素。

發現

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。

從此鈣被確定為元素，並被命名為Calcium，元素符號是Ca。Calcium來自拉丁文中表示生石灰的詞calx。

• 

  鈣的焰色

製備

有電解法及还原法兩種方式。

其中電解法是拉特瑙(W.Rathenau)於1904年首先應用的，所用的電解質為CaCl₂和CaF₂的混合物。電解槽陽極用石墨等作內襯，陰極用鋼製成。電解析出的鈣漂浮在電解質表面，同鋼製陰極接觸而冷凝在陰極上。

还原法是生產金屬鈣的主要方法。通常用石灰石為原料，經燒成氧化鈣，以鋁粉作還原劑。粉碎的氧化鈣與鋁粉按一定比例混合均勻，壓製成塊。

• 

  鈣在常溫下即可與水作用放出氫氣

• 

  鈣與水作用生成氫氧化鈣

用途

钙可用作合金的脱氧剂，以及油类的脱水剂等。

自然界的鈣

通常水中含鈣鎂離子即稱之為硬水。而硬度是由水溶液中的礦物質含量多寡而決定，而且會特別指CaCO₃、MgCO₃含量。常用ppm (CaCO₃)或mgCaCO₃/L H₂O表示。

對人體的影響

鈣是人體必需的礦物質營養素，所有的細胞都需要鈣。鈣離子Ca²⁺在生物體中是許多生化過程及生理過程的觸發器，如觸發肌肉收縮、釋放激素、傳遞脈衝、促進血液凝結、調節心律和分泌乳汁等等。Ca²⁺尤為各種高級生物體所必需。 現代醫學研究表明，鈣營養與體內免疫、神經、內分泌、消化、循環、運動、生殖等十多個系統的功能密切相關，鈣離子參與生命進化及生命運動的全過程。基礎醫學臨床醫學的研究已證實鈣離子對生命的影響巨大，也就是說人類健康離不開鈣。

人體的含量與分布

人體的鈣含量約1～1.25kg，占體重1.5～2％，鈣原子數目僅次於C、H、O、N等四種非金屬元素。每千克非脂肪組織中平均約含鈣20～25g。體內鈣99％以上都分佈在骨骼和牙齒中，其餘不足1％的鈣分佈在體液及全身各組織器官中，是多種生理活動的參與者。這1%在人體的組織及血液中鈣的濃度必需保持恆定，不能太高也不能太低，否則會威脅生命安全。

骨骼鈣

鈣是骨骼、牙齒和細胞壁形成時的必需結構成分。骨鈣的組成主要是羥磷灰石結晶，占骨骼重量40％以上，其次是碳酸鹽、檸檬酸鹽以及少量氯化物和氟化物的形式。骨鈣對維持血鈣的濃度極為重要，被稱作人體鈣元素的「儲存庫」。當血鈣濃度降低時，可迅速動員骨鈣補充，此過程即為骨質分解；反之鈣則在骨骼「暫存」。

牙齒鈣

牙齒的化學組成大部分與骨一致，牙齒的表層為牙釉質（又稱琺瑯質），除了5％水外，全部由嵌入有機基質中的無機物（羥磷灰石及氟磷酸石）組成。其中羥磷灰石所占比例超過98％，結構非常嚴密，成為人體中最硬的部分，對牙齒咀嚼、磨碎食物具有重要意義。牙本質中羥磷灰石占70％左右，牙骨質中約占40％，它們的結構與骨類似。牙齒一旦形成和鈣化後，新陳代謝就降到最低程度。維生素A、C、D的攝取，對牙的正常發育及鈣化是必不可少的。缺少維生素A會導致牙的不完全鈣化，使其硬度小；缺少維生素C影響牙中有機基質的形成；維生素D不但能幫助鈣的吸收而且明顯地促使鈣、磷在牙中的沉積。

血鈣

血漿中的鈣有48%為離子形式，46%與蛋白質結合，3%為複合物形式（Complex），還有3%未被確認。血漿中鈣濃度大約為10～11 mg／100 mL，無年齡、性別差異。鈣離子對神經組織有特殊且重要的影響，如果血鈣離子濃度下降，神經組織會過度興奮，導致手足抽搐；另一方面，高血鈣抑制神經興奮。血鈣的濃度相當穩定，由副甲狀腺素（PTH）精密控制，使骨鈣和血鈣處於平衡之中。血鈣濃度低，則由骨鈣補充；反之，血鈣濃度高，則將鈣沉積於骨中儲存，或經腎臟於尿中排出體外。

消化與吸收

維他命D在小腸對鈣的吸收中扮演重要的角色，它可增加小腸細胞膜上和細胞質的鈣結合蛋白質的總量。維他命D缺乏者會因為鈣吸收不足而易患有軟骨病（rickets）。

攝取量

世界各地區的鈣攝取量有很大的差異，歐美等發達國家平均毎人每日攝取850毫克，而非洲、拉丁美洲及大部分發展中國家只有344毫克，相差一倍以上。因此鈣攝取不足在發展中國家是個嚴重的健康議題。

鈣的建議攝取量

年齡別	台灣（mg每天）	美國(mg/day)
0~6個月	400	400
6個月~6歲	500	600-800
7~9歲	600	800-1200
10~12歲	700	1200-1500
13~19歲	男800/女700	1200-1500
20歲以上	600	24歲：1200-1500
		25~64歲：1000
		65歲以上1500
懷孕及哺乳	1100	1200-1500
成年婦女停經後		服用雌性素：1000
		未用雌性素：1500

食物來源

自然的食品以牛奶和優酪乳所含的鈣最多，其他食物如乾豆類、魚、豆腐、深色的蔬菜如花椰菜、甘藍類蔬菜和芥蘭菜等都含有豐富的鈣。此外還有很多添加鈣強化的食物，例如：橙汁、蔓越莓汁、早餐穀類食品等。也有人服用鈣補充劑以補不足。然而攝取過量的鈣可以保持人體中的血鈣溶度,30歲以前維持骨本,30歲以後維持血鈣溶度 。最新的膳食標準指出鈣的上限攝取量是每天2500 mg；一般人每天只須從自然食物和補充劑中攝取1500 mg的鈣，便已經足夠。

鈣補充劑

鈣補充劑（Dietary calcium supplement）的主要成分為鈣化合物，如碳酸鈣、檸檬酸鈣、乳酸鈣等，其中吸收率最高的為檸檬酸鈣約35％，碳酸鈣為27％，乳鈣質為29％，磷酸鈣為25％。碳酸鈣取材於牡蠣殼或珍珠貝等，葡萄糖酸鈣的溶解度較大。選購鈣補充劑應注意鈣離子的含量與鈣的來源。

與其他營養素之關係

維生素D有利於鈣質的吸收與利用。磷與鈣會相互拮抗競爭，影響彼此的吸收。飲食的鈣磷比例對嬰兒非常重要，比例失調會導致抽筋，對兒童及成人則較無影響。理論上鈣磷攝取是以1：1的比例最佳，但實際上有困難，因為鈣只存在於少部份的食物，磷卻幾乎存在所有的食物。如果鈣質攝取量偏低，又攝取大量的磷時（鈣：磷＜１：３），血鈣會下降，骨礦物質會分解釋出鈣，最終造成骨質流失；這種情形在老年人及停經婦女最為明顯。當鈣攝取不足時，食物中的蛋白質有利於鈣質的吸收；不過鈣攝取充足時，蛋白質就沒有促進吸收的效果。過量的蛋白質與脂肪則會促進鈣質的排泄，造成鈣質的流失。鈣質攝取過量會影響鐵、鋅等微量礦物的吸收。

鈣與疾病預防

攝取足夠鈣質可以「預防」骨質疏鬆症、直腸癌、降低男性前列腺癌的風險、維持血壓平衡。每天至少補充約800毫克的鈣質是最有效預防直腸癌的鈣攝取量，更年期婦女補充足夠的鈣質可以提高高密度脂蛋白（HDL）的濃度，這代表降低心血管疾病的風險與致命性。食用含钙多的食物，会使燃脂效果更佳，达到减肥效果。

攝取過量的鈣也會引起骨質疏鬆

骨骼中的軟組織（Soft tissue）含有鎂與蛋白質等，藉此賦予骨骼活動性以及抗脆性。實驗結果顯示補充鎂可改善停經婦女的骨質疏鬆的問題，可增加其骨質密度（Bone mineral density），並且降低骨折機率。補充鎂也會使副甲狀腺素（Parathyroid hormone，PTH）的濃度下降，推論鎂可以抑制骨質轉換，降低骨質流失而維持骨質健康。 但鎂與鈣互相拮抗，攝取過量的鈣會大幅降低鎂的吸收，故鈣只能預防。

钙信号

植物细胞能够探知病原体，从而激发一个让植物对感染产生抵抗力的防卫系统。植物防卫通道中一个最早的步骤涉及胞质溶解钙水平的增加。然而，Ca²⁺信号导致有效植物免疫响应的机制尚不清楚。

外部链接

• 洛斯阿拉莫斯国家实验室
• EnvironmentalChemistry.com —— 钙（英文）