鈣是一種金屬元素，符號(hào)Ca，銀白色晶體。動(dòng)物的骨骼、蛤殼、蛋殼都含有碳酸鈣。可用于合金的脫氧劑、油類的脫水劑、冶金的還原劑、鐵和鐵合金的脫硫與脫碳劑以及電子管中的吸氣劑等。它的化合物在工業(yè)上、建筑工程上和醫(yī)藥上用途很大。

鈣 - 歷史發(fā)現(xiàn)

鈣是在自然界中分布最廣的十個(gè)元素之一，但由于它不易從化合物中還原成單質(zhì)狀態(tài)，所以遲遲未被發(fā)現(xiàn)。長(zhǎng)時(shí)期里，化學(xué)家們將從含碳酸鈣的石灰石焙燒獲得的鈣的氧化物當(dāng)作是不可再分割的物質(zhì)。

1789年，拉瓦錫發(fā)表的元素表中就列有它。

1808年，英國(guó)的戴維、瑞典的貝采利烏斯、法國(guó)的蓬丁，使用汞陰極電解石灰石制得在電解質(zhì)，在陰極的汞齊中提出金屬鈣。

從此鈣被確定為元素，并被命名為Calcium，元素符號(hào)是Ca。Calcium來(lái)自拉丁文中表示生石灰的詞calx。

鈣 - 物理性質(zhì)

鈣，元素符號(hào)Ca，原子量40.08，原子序數(shù)20，外圍電子排布式4s2，位于第四周期第ⅡA族，原子半徑197.3皮米，離子半徑99皮米，摩爾體積25.9厘米3/摩爾，主要氧化數(shù)+2，第一電離能593千焦/摩爾，電負(fù)性1.01。銀白色有金屬光澤金屬。

密度1.55克/厘米3，熔點(diǎn)839℃，沸點(diǎn)1484℃，硬度1.5，電導(dǎo)性20.8。

鈣 - 化學(xué)性質(zhì)

鈣在自然界中分布很廣，都以化合態(tài)存在，占地殼原子總數(shù)的1.5%，鈣在地殼中的含量?jī)H次于氧、鋁、硅、鐵，居第五位，主要礦物有石灰石、大理石、石膏、磷灰石等。在動(dòng)物體的骨骼和血漿中也含有鈣，并參與凝血和肌肉的收縮過(guò)程。金屬鈣是由電解熔融氯化鈣制得。

化學(xué)性質(zhì)活潑，在空氣中表面上能形成一層氧化物或氮化物薄膜，可減緩進(jìn)一步腐蝕。

跟氧化合生成氧化鈣，跟氮化合生成氮化鈣Ca3N2，跟氟、氯、溴、碘等化合生成相應(yīng)鹵化物，跟氫氣在400℃催化劑作用下生成氫化鈣。

常溫下跟水反應(yīng)生成氫氧化鈣并放出氫氣，跟鹽酸、稀硫酸等反應(yīng)生成鹽和氫氣，跟碳在高溫下反應(yīng)生成碳化鈣CaC2。加熱時(shí)幾乎能還原所有金屬氧化物，在熔融時(shí)也能還原許多金屬氯化物。

鈣常用做合金的脫氧劑，冶金的還原劑，制備鉻、鋯、鈾，鐵和鐵合金的脫硫、脫碳劑，氮和氬氣體的分離劑，以及油類的脫水劑等。

鈣 - 實(shí)驗(yàn)室制備

有電解法及還原法兩種方式。

其中電解法是拉特瑙(W.Rathenau)于1904年首先應(yīng)用的，所用的電解質(zhì)為CaCl2和CaF2的混合物。電解槽陽(yáng)極用石墨等作內(nèi)襯，陰極用鋼制成。電解析出的鈣漂浮在電解質(zhì)表面，同鋼制陰極接觸而冷凝在陰極上。

還原法是生產(chǎn)金屬鈣的主要方法。通常用石灰石為原料，經(jīng)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，壓制成塊。

鈣 - 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(zhì)含量多寡而決定，而且會(huì)特別指CaCO3、MgCO3含量。常用ppm (CaCO3)或mgCaCO3/L H2O表示。

鈣 - 食物中的鈣

自然的食品以牛奶和優(yōu)酪乳所含的鈣最多，其他食物如干豆類、魚(yú)、豆腐、深色的蔬菜如花椰菜、甘藍(lán)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(qiáng)化的食物，例如：橙汁、蔓越莓汁、早餐谷類食品等。也有人服用鈣補(bǔ)充劑以補(bǔ)不足。然而攝取過(guò)量的鈣可以保持人體中的血鈣溶度，30歲以前維持骨本，30歲以后維持血鈣溶度 。最新的膳食標(biāo)準(zhǔn)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(bǔ)充劑中攝取1500 mg的鈣，便已經(jīng)足夠。

鈣 - 對(duì)人體影響

鈣是人體必需的礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)素，所有的細(xì)胞都需要鈣。鈣離子Ca2+在生物體中是許多生化過(guò)程及生理過(guò)程的觸發(fā)器，如觸發(fā)肌肉收縮、釋放激素、傳遞脈沖、促進(jìn)血液凝結(jié)、調(diào)節(jié)心律和分泌乳汁等等。Ca2+尤為各種高級(jí)生物體所必需。 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明，鈣營(yíng)養(yǎng)與體內(nèi)免疫、神經(jīng)、內(nèi)分泌、消化、循環(huán)、運(yùn)動(dòng)、生殖等十多個(gè)系統(tǒng)的功能密切相關(guān)，鈣離子參與生命進(jìn)化及生命運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程。基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)臨床醫(yī)學(xué)的研究已證實(shí)鈣離子對(duì)生命的影響巨大，也就是說(shuō)人類健康離不開(kāi)鈣。

人體的含量

人體的鈣含量約1～1.25kg，占體重1.5～2%，鈣原子數(shù)目?jī)H次于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(nèi)鈣99%以上都分布在骨骼和牙齒中，其余不足1%的鈣分布在體液及全身各組織器官中，是多種生理活動(dòng)的參與者。這1%在人體的組織及血液中鈣的濃度必需保持恒定，不能太高也不能太低，否則會(huì)威脅生命安全。

人體的分布

1、骨骼鈣

鈣是骨骼、牙齒和細(xì)胞壁形成時(shí)的必需結(jié)構(gòu)成分。骨鈣的組成主要是羥磷灰石結(jié)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(duì)維持血鈣的濃度極為重要，被稱作人體鈣元素的“儲(chǔ)存庫(kù)”。當(dāng)血鈣濃度降低時(shí)，可迅速動(dòng)員骨鈣補(bǔ)充，此過(guò)程即為骨質(zhì)分解;反之鈣則在骨骼“暫存”。

2、牙齒鈣

牙齒的化學(xué)組成大部分與骨一致，牙齒的表層為牙釉質(zhì)(又稱琺瑯質(zhì))，除了5%水外，全部由嵌入有機(jī)基質(zhì)中的無(wú)機(jī)物(羥磷灰石及氟磷酸石)組成。其中羥磷灰石所占比例超過(guò)98%，結(jié)構(gòu)非常嚴(yán)密，成為人體中最硬的部分，對(duì)牙齒咀嚼、磨碎食物具有重要意義。牙本質(zhì)中羥磷灰石占70%左右，牙骨質(zhì)中約占40%，它們的結(jié)構(gòu)與骨類似。牙齒一旦形成和鈣化后，新陳代謝就降到最低程度。維生素A、C、D的攝取，對(duì)牙的正常發(fā)育及鈣化是必不可少的。缺少維生素A會(huì)導(dǎo)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(jī)基質(zhì)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。

3、血鈣

血漿中的鈣有48%為離子形式，46%與蛋白質(zhì)結(jié)合，3%為復(fù)合物形式(Complex)，還有3%未被確認(rèn)。血漿中鈣濃度大約為10～11 mg/100 mL，無(wú)年齡、性別差異。鈣離子對(duì)神經(jīng)組織有特殊且重要的影響，如果血鈣離子濃度下降，神經(jīng)組織會(huì)過(guò)度興奮，導(dǎo)致手足抽搐;另一方面，高血鈣抑制神經(jīng)興奮。血鈣的濃度相當(dāng)穩(wěn)定，由副甲狀腺素(PTH)精密控制，使骨鈣和血鈣處于平衡之中。血鈣濃度低，則由骨鈣補(bǔ)充;反之，血鈣濃度高，則將鈣沉積于骨中儲(chǔ)存，或經(jīng)腎臟于尿中排出體外。

消化與吸收

維他命D在小腸對(duì)鈣的吸收中扮演重要的角色，它可增加小腸細(xì)胞膜上和細(xì)胞質(zhì)的鈣結(jié)合蛋白質(zhì)的總量。維他命D缺乏者會(huì)因?yàn)殁}吸收不足而易患有軟骨病(rickets)。

攝取量

世界各地區(qū)的鈣攝取量有很大的差異，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家平均毎人每日攝取850毫克，而非洲、拉丁美洲及大部分開(kāi)發(fā)中國(guó)家只有344毫克，相差一倍以上。因此鈣攝取不足在開(kāi)發(fā)中國(guó)家是個(gè)嚴(yán)重的健康議題。

鈣補(bǔ)充劑

鈣補(bǔ)充劑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(zhì)為29%，磷酸鈣為25%。碳酸鈣取材于牡蠣殼或珍珠貝等，葡萄糖酸鈣的溶解度較大。選購(gòu)鈣補(bǔ)充劑應(yīng)注意鈣離子的含量與鈣的來(lái)源。

鈣與疾病預(yù)防

攝取足夠鈣質(zhì)可以“預(yù)防”骨質(zhì)疏松癥、直腸癌、降低男性前列腺癌的風(fēng)險(xiǎn)、維持血壓平衡。每天至少補(bǔ)充約800毫克的鈣質(zhì)是最有效預(yù)防直腸癌的鈣攝取量，更年期婦女補(bǔ)充足夠的鈣質(zhì)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(fēng)險(xiǎn)與致命性。食用含鈣多的食物，會(huì)使燃脂效果更佳，達(dá)到減肥效果。

攝取過(guò)量的鈣也會(huì)引起骨質(zhì)疏松。骨骼中的軟組織(Soft tissue)含有鎂與蛋白質(zhì)等，借此賦予骨骼活動(dòng)性以及抗脆性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示補(bǔ)充鎂可改善停經(jīng)婦女的骨質(zhì)疏松的問(wèn)題，可增加其骨質(zhì)密度(Bone mineral density)，并且降低骨折機(jī)率。補(bǔ)充鎂也會(huì)使副甲狀腺素(Parathyroid hormone，PTH)的濃度下降，推論鎂可以抑制骨質(zhì)轉(zhuǎn)換，降低骨質(zhì)流失而維持骨質(zhì)健康。 但鎂與鈣互相拮抗，攝取過(guò)量的鈣會(huì)大幅降低鎂的吸收，故鈣只能預(yù)防。