钙

  此条目介绍的是化学元素。关于与营养学相关、生物体内的矿物质，请见“钙质”。

钙   ₂₀Ca

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外观
暗沉的灰色,银色 钙的原子光谱
概况
名称·符号·序数	钙（Calcium）·Ca·20
元素类别	碱土金属
族·周期·区	2 ·4·s
标准原子质量	40.078（4）
电子排布	[氩] 4s2 2, 8, 8, 2 钙的电子层（2, 8, 8, 2）
历史
发现	汉弗里·戴维（1808年）
分离	汉弗里·戴维（1808年）
物理性质
物态	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
蒸气压 压/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k 温/K 864 956 1071 1227 1443 1755
原子性质
氧化态	+2, +1 （强碱性）
电负性	1.00（鲍林标度）
电离能	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 n Ω·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 (t1/2) 衰变 方式 能量（MeV） 产物 40Ca 96.941% >5.9×1021 年 β+β+ 0.194 40Ar 41Ca 微量 1.03×105 年 ε - 41K 42Ca 0.647% 稳定，带22个中子 43Ca 0.135% 稳定，带23个中子 44Ca 2.086% 稳定，带24个中子 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− (未观察到) 0.0058 48Sc

钙（拼音：ɡài，注音：ㄍㄞˋ，粤拼：koi3；英语：Calcium），是一种化学元素，其化学符号为Ca，原子序数为20，原子量为7001400780000000000♠40.078 u。钙是银白色的碱土金属，具有中等程度的延展性。虽然在地壳的含量也很高，为地壳中第五丰富的元素，占地壳总质量3%，因其化学活动性颇高，可以和水或酸反应放出氢气，或是在空气中便可氧化（形成致密氧化层（氧化钙）），因此在自然界多以离子状态或化合物形式存在，而没有单质存在。

钙属于碱土金属，它的物理和化学性质与其较重的同族元素钡（Ba）和锶（Sr）相似。它是地壳中第五丰富的元素，占地壳总质量3%，也是地壳中第三丰富的金属，仅次于铁和铝。地球上最常见的钙化合物是碳酸钙，发现于石灰岩和早期海洋生物的化石残骸;石膏，硬石膏，萤石和磷灰石也是钙的来源。该名称源自拉丁语calx（石灰），可借由加热石灰石获得。

虽然在很久以前就已经发现许多钙的化合物，但是在十七世纪后，才开始对这些化合物的性质有更深一层的了解；纯钙直到1808年才由命名这个元素的汉弗里·戴维的借由电解法分离出来。钙化合物有广泛的工业应用：作为食品工业中的额外添加物，在造纸工业中作为漂白剂的使用，作为水泥和绝缘体的原料，也使用在制作肥皂中。另一方面，纯钙因为高活动性有一些独特应用，少量的纯钙使用在钢的炼制，钙铅合金也可以做汽车电池。在工业的主要矿物来源如石灰岩、石膏等，在建筑（水泥原料）、肥料、制碱、和医疗上用途佷广。

钙是人体内最丰富的金属元素及第五丰富的元素。作为电解质，钙离子在生物体及细胞内的化学反应中扮演重要的角色:在细胞信息传导的过程中，钙离子作为第二信使系统的一分子；作为神经递质，被神经元释放；参与肌肉收缩的过程；它同时也是各种酵素与的辅因子；协助受精作用。钙离子在细胞极化的过程中，负责维持细胞膜内外的电位差，并在成骨作用中扮演关键角色。

同位素

主条目：钙的同位素

自然界有6种天然同位素存在，不过只有其中3种是稳定的（钙-43、钙-42、钙-44），另有11种放射性同位素。

发现

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$\ce{Ca}$。Calcium来自拉丁文中表示生石灰的词calx。

• 

  钙的焰色

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。

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  钙在常温下即可与水作用放出氢气

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  钙与水作用生成氢氧化钙

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$\ce{CaCO3}$、$\ce{MgCO3}$含量。常用ppm ($\ce{CaCO3}$)或mg$\ce{CaCO3}$/L $\ce{H2O}$表示。

对人体的影响

主条目：钙营养

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$\ce{Ca^{2+}}$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。$\ce{Ca^{2+}}$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。

人体的含量与分布

人体的钙含量约1～1.25kg，占体重1.5～2％，钙原子数目仅次于$\ce{C}$、$\ce{H}$、$\ce{O}$、$\ce{N}$等四种非金属元素，为身体中含量最多的金属。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。

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”。

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（羟磷灰石及氟磷灰石）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。

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，短期引致尿毒症，如多尿、水肿、头痛、头晕、夜尿、腰痛、眼蒙，长远导致肾结石、骨骼早闭即停高、肾功能受损及肾衰竭。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（佝偻病）。

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每人每日摄取850毫克，而非洲、拉丁美洲及大部分发展中国家只有344毫克，相差一倍以上。因此钙摄取不足在发展中国家是个严重的健康议题。

钙的建议摄取量

年龄别	台湾（mg每天）	中国大陆（毫克每天）	美国(mg/day)
0~6个月	400	250-600	400
6个月~6岁	500	650-800	600-800
7~9岁	600	800-1000	800-1200
10~12岁	700	1000-1200	1200-1500
13~19岁	男800/女700	1000-1200	1200-1500
20岁以上	600	800-1000	24岁：1200-1500
			25~64岁：1000
		50岁以上：1000	65岁以上：1500
怀孕及哺乳	1100	800-1000	1200-1500
成年妇女停经后			服用雌性素：1000
			未用雌性素：1500

食物来源

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。然而摄取过量的钙后果非常严重会引致高血钙，继而肾结石。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，即一天500mg的的补充剂便相当足够。

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。

与其他营养素之关系

维生素D有利于钙质的吸收与利用。磷与钙会相互拮抗竞争，影响彼此的吸收。饮食的钙磷比例对婴儿非常重要，比例失调会导致抽筋，对儿童及成人则较无影响。理论上钙磷摄取是以$1:1$的比例最佳，但实际上有困难，因为钙只存在于少部分的食物，磷却几乎存在所有的食物。如果钙质摄取量偏低，又摄取大量的磷时（钙：磷$<1:3$），血钙会下降，骨矿物质会分解释出钙，最终造成骨质流失；这种情形在老年人及停经妇女最为明显。当钙摄取不足时，食物中的蛋白质有利于钙质的吸收；不过钙摄取充足时，蛋白质就没有促进吸收的效果。过量的蛋白质与脂肪则会促进钙质的排泄，造成钙质的流失。钙质摄取过量会影响铁、锌等微量矿物的吸收。

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。但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），并且降低骨折几率。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。

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，$\ce{Ca^{2+}}$信号导致有效植物免疫响应的机制尚不清楚。

外部链接

• 元素钙在洛斯阿拉莫斯国家实验室的介绍（英文）
• EnvironmentalChemistry.com —— 钙（英文）
• 元素钙在The Periodic Table of Videos（诺丁汉大学）的介绍（英文）
• 元素钙在Peter van der Krogt elements site的介绍（英文）
• WebElements.com – 钙（英文）