钙离子

4s22, 8, 8, 2蒸气压第一：589.8 kJ·mol−1 第二：1145.4 kJ·mol−1 第三：4912.4 kJ·mol−1 （主条目：钙的同位素钙（Calcium）是一种化学元素。其化学符号是Ca，原子序数是20。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；纯钙直到公元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。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。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 {displaystyle {ce {Ca}}} 。Calcium来自拉丁文中表示生石灰的词calx。钙的焰色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。钙在常温下即可与水作用放出氢气钙与水作用生成氢氧化钙钙可用作合金的脱氧剂，以及油类的脱水剂等。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 CaCO 3 {displaystyle {ce {CaCO3}}} 、 MgCO 3 {displaystyle {ce {MgCO3}}} 含量。常用ppm ( CaCO 3 {displaystyle {ce {CaCO3}}} )或mg CaCO 3 {displaystyle {ce {CaCO3}}} /L H 2 O {displaystyle {ce {H2O}}} 表示。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 Ca 2 + {displaystyle {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。 Ca 2 + {displaystyle {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。人体的钙含量约1～1.25kg，占体重1.5～2％，钙原子数目仅次于 C {displaystyle {ce {C}}} 、 H {displaystyle {ce {H}}} 、 O {displaystyle {ce {O}}} 、 N {displaystyle {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。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（英语：fluorapatite））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。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）。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。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（英语：Calcium supplement）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。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 {displaystyle 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 {displaystyle <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。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。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， Ca 2 + {displaystyle {ce {Ca^{2+}}}} 信号导致有效植物免疫响应的机制尚不清楚。铍 Be 原子序数: 4 原子量: 9.012 熔点((K): 1551 沸点(K): 3243 电负性: 1.57镁 Mg 原子序数: 12 原子量: 24.305 熔点(K): 923 沸点(K): 1363 电负性: 1.31钙 Ca 原子序数: 20 原子量: 40.078 熔点(K): 1115 沸点(K): 1757 电负性: 1.00锶 Sr 原子序数: 38 原子量: 87.62 熔点(K): 1050 沸点(K): 1655 电负性: 0.95钡 Ba 原子序数: 56 原子量: 137.327 熔点(K): 1000 沸点(K): 2143 电负性: 0.89镭 Ra 原子序数: 88 原子量: (226.0254) 熔点(K): 973 沸点(K): 2010 电负性: 0.9