钙

钙（Calcium）是一種化学元素。其化学符号是Ca，原子序数是20。鈣是银白色的碱土金属，具有中等程度的延展性。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%[2]，因其化學活性頗高，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。

钙   20Ca
氫（非金屬） 氦（惰性氣體）
鋰（鹼金屬） 鈹（鹼土金屬） 硼（類金屬） 碳（非金屬） 氮（非金屬） 氧（非金屬） 氟（鹵素） 氖（惰性氣體）
鈉（鹼金屬） 鎂（鹼土金屬） 鋁（貧金屬） 矽（類金屬） 磷（非金屬） 硫（非金屬） 氯（鹵素） 氬（惰性氣體）
鉀（鹼金屬） 鈣（鹼土金屬） 鈧（過渡金屬） 鈦（過渡金屬） 釩（過渡金屬） 鉻（過渡金屬） 錳（過渡金屬） 鐵（過渡金屬） 鈷（過渡金屬） 鎳（過渡金屬） 銅（過渡金屬） 鋅（過渡金屬） 鎵（貧金屬） 鍺（類金屬） 砷（類金屬） 硒（非金屬） 溴（鹵素） 氪（惰性氣體）
銣（鹼金屬） 鍶（鹼土金屬） 釔（過渡金屬） 鋯（過渡金屬） 鈮（過渡金屬） 鉬（過渡金屬） 鎝（過渡金屬） 釕（過渡金屬） 銠（過渡金屬） 鈀（過渡金屬） 銀（過渡金屬） 鎘（過渡金屬） 銦（貧金屬） 錫（貧金屬） 銻（類金屬） 碲（類金屬） 碘（鹵素） 氙（惰性氣體）
銫（鹼金屬） 鋇（鹼土金屬） 鑭（鑭系元素） 鈰（鑭系元素） 鐠（鑭系元素） 釹（鑭系元素） 鉕（鑭系元素） 釤（鑭系元素） 銪（鑭系元素） 釓（鑭系元素） 鋱（鑭系元素） 鏑（鑭系元素） 鈥（鑭系元素） 鉺（鑭系元素） 銩（鑭系元素） 鐿（鑭系元素） 鎦（鑭系元素） 鉿（過渡金屬） 鉭（過渡金屬） 鎢（過渡金屬） 錸（過渡金屬） 鋨（過渡金屬） 銥（過渡金屬） 鉑（過渡金屬） 金（過渡金屬） 汞（過渡金屬） 鉈（貧金屬） 鉛（貧金屬） 鉍（貧金屬） 釙（貧金屬） 砈（類金屬） 氡（惰性氣體）
鍅（鹼金屬） 鐳（鹼土金屬） 錒（錒系元素） 釷（錒系元素） 鏷（錒系元素） 鈾（錒系元素） 錼（錒系元素） 鈽（錒系元素） 鋂（錒系元素） 鋦（錒系元素） 鉳（錒系元素） 鉲（錒系元素） 鑀（錒系元素） 鐨（錒系元素） 鍆（錒系元素） 鍩（錒系元素） 鐒（錒系元素） 鑪（過渡金屬） 𨧀（過渡金屬） 𨭎（過渡金屬） 𨨏（過渡金屬） 𨭆（過渡金屬） 䥑（預測為過渡金屬） 鐽（預測為過渡金屬） 錀（預測為過渡金屬） 鎶（過渡金屬） 鉨（預測為貧金屬） 鈇（貧金屬） 鏌（預測為貧金屬） 鉝（預測為貧金屬） 鿬（預測為鹵素） 鿫（預測為惰性氣體）
 镁
↑
钙
↓
锶
钾 ← 钙 → 钪
外觀
暗沉的灰色,銀色


鈣的原子光譜
概況
名稱·符號·序數钙（Calcium）·Ca·20
元素類別碱土金属
族·週期·區2 ·4·s
標準原子質量40.078（4）
電子排布[氩] 4s2
2, 8, 8, 2
钙的电子層（2, 8, 8, 2）
歷史
發現汉弗里·戴维（1808年）
分離漢弗里·戴維（1808年）
物理性質
物態固态
密度（接近室温）
1.55 g·cm−3
熔點時液體密度1.378 g·cm−3
熔點1115 K，842 °C，1548 °F
沸點1757 K，1484 °C，2703 °F
熔化熱8.54 kJ·mol−1
汽化熱154.7 kJ·mol−1
比熱容25.929 J·mol−1·K−1
蒸氣壓
壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 864 956 1071 1227 1443 1755
原子性質
氧化態+2, +1[1]
（強鹼性）
電負性1.00（鲍林标度）
電離能第一：589.8 kJ·mol−1

第二：1145.4 kJ·mol−1
第三：4912.4 kJ·mol−1

（更多）
原子半徑197 pm
共價半徑176±10 pm
范德華半徑231 pm
雜項
晶體結構面心立方
磁序抗磁性
電阻率（20 °C）33.6 n Ω·m
熱導率201 W·m−1·K−1
膨脹係數（25 °C）22.3 µm·m−1·K−1
聲速（細棒）（20 °C）3810 m·s−1
楊氏模量20 GPa
剪切模量7.4 GPa
體積模量17 GPa
泊松比0.31
莫氏硬度1.75
布氏硬度167 MPa
CAS號7440-70-2
最穩定同位素
主条目：钙的同位素
同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰變
方式 能量（MeV） 產物
40Ca 96.941% >5.9×1021 年 β+β+ 0.194 40Ar
41Ca 微量 1.03×105 年 ε - 41K
42Ca 0.647% 穩定，帶22個中子
43Ca 0.135% 穩定，帶23個中子
44Ca 2.086% 穩定，帶24個中子
45Ca 人造 162.7 天 β− 0.258 45Sc
46Ca 0.004% >2.8×1015 年 β−β− 0.988 46Ti
47Ca 人造 4.536 天 β− 0.694, 1.99 47Sc
γ 1.297 -
48Ca 0.187% 4.3×1019年 β−β− 4.274 48Ti
β− (未觀察到) 0.0058 48Sc

鈣屬於鹼土金屬，它的物理和化學性質與其較重的同族元素鋇（Ba）和鍶（Sr）相似。它是地殼中第五豐富的元素，占地殼總質量3%，也是地殼中第三豐富的金屬，僅次於鐵和鋁。地球上最常見的鈣化合物是碳酸鈣，發現於石灰岩和早期海洋生物的化石殘骸;石膏，硬石膏，螢石和磷灰石也是鈣的來源。該名稱源自拉丁語calx（石灰），可藉由加熱石灰石獲得。

雖然在很久以前就已經發現許多鈣的化合物，但是在十七世紀後，才開始對這些化合物的性質有更深一層的了解；純鈣直到西元1808年才由命名這個元素的漢弗里·戴維的藉由電解法分離出來。鈣化合物有廣泛的工業應用：作為食品工業中的額外添加物，在造紙工業中作為漂白劑的使用，作為水泥和絕緣體的原料，也使用在製作肥皂中。另一方面，純鈣因為高活性有一些獨特應用，少量的純鈣使用在鋼的煉製，鈣鉛合金也可以做汽車電池。在工業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。

鈣是人體內最豐富的金屬元素及第五豐富的元素。作為電解質，鈣離子在生物體及細胞內的化學反應中扮演重要的角色:在細胞信息傳導的過程中，鈣離子作為第二信使系統的一份子；作為神經遞質，被神經元釋放；參與肌肉收縮的過程；它同時也是各種酵素與的輔因子；協助受精作用。鈣離子在細胞極化的過程中，負責維持細胞膜內外的電位差，並在成骨作用中扮演關鍵角色。

同位素
主条目：鈣的同位素

自然界有6種天然同位素存在，不过只有其中3种是稳定的（鈣-43、鈣-42、鈣-44），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。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。

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、含量。常用ppm ()或mg/L 表示。

對人體的影響
主条目：鈣營養

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。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[3]。

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、、、等四種非金屬元素，為身體中含量最多的金屬。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（羥磷灰石及氟磷灰石）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，短期引致尿毒症，如多尿、水腫、頭痛、頭暈、夜尿、腰痛、眼矇，長遠導致腎結石、骨骼早閉即停高、腎功能受損及腎衰竭。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（佝僂病）。

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[4]。

鈣的建議攝取量
年齡別台灣（mg每天）[5]中国大陆（毫克每天）[6] 美國(mg/day) [7]
0~6個月400250-600 400
6個月~6歲500650-800 600-800
7~9歲600800-1000 800-1200
10~12歲7001000-1200 1200-1500
13~19歲男800/女7001000-1200 1200-1500
20歲以上600800-1000 24歲：1200-1500
25~64歲：1000
50岁以上：1000 65歲以上：1500
懷孕及哺乳1100800-1000 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。然而攝取過量的鈣後果非常嚴重會引致高血鈣，繼而腎結石。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，即一天500mg的的補充劑便相當足夠。 [8] [9][10][11][12][13]

鈣補充劑

鈣補充劑的主要成分為鈣化合物，如碳酸鈣、檸檬酸鈣、乳酸鈣等[14]，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），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，信号导致有效植物免疫响应的机制尚不清楚。

参考文献
  1. Krieck, Sven; Görls, Helmar; Westerhausen, Matthias. . Journal of the American Chemical Society. 2010, 132 (35): 100818110534020. PMID 20718434. doi:10.1021/ja105534w.
  2. 柯清水 編著. 第一版. 正文書局. 2000[民89]: p.355. ISBN 957-40-0253-5.
  3. Gropper SS, Groff JL, et al. （2005）Advanced Nutrition and Human Metabolism, 4th ed., pp. 380-392. Wardswirth, ISBN 978-0-534-55986-1
  4. WHO/FAO (2004) Vitamin and mineral requirements in human nutrition, 2nd ed, pp.59-93. WHO:Geneva.
  5. 行政院衛生署（2003）國人膳食營養素參考攝取量及其說明，修訂第六版，pp. 257-298。台灣行政院衛生署，ISBN 978-957-01-4677-6
  6. 中华人民共和国国家卫生健康委员会. (PDF).
  7. Institute of Medicine （1997） Dietary Reference Intakes for Calcium, Phosphorus, Magnesium, Vitamin D, and Fluoride. pp. 71-145. National Academy Press, ISBN 978-0-309-06403-3
  8. . [2007-12-24]. （原始内容存档于2005-04-05）.
  9. http://www.jtf.org.tw/educate/fitness/swimg/011_061.gif%5B%5D
  10. http://www.jtf.org.tw/educate/fitness/swimg/011_062.gif%5B%5D
  11. . [2007-12-24]. （原始内容存档于2008-03-05）.
  12. . WebMD. [2019-03-13] （中文（中国大陆）‎）.
  13. . WebMD. [2019-03-13] （中文（中国大陆）‎）.
  14. 我们要不要补钙

外部連結
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