鈣（英文名：鈣質），來源于拉丁文calx（生石灰），化學符號為Ca。
鈣位于德米特里·門捷列夫元素周期表的第三周期第ⅡA族，原子量為40.078，原子序數為20，化合價為+2，是一種銀白色的輕有色金屬。鈣還位于元素周期表s區內，屬于堿土金屬行列。鈣的化學性質極其活潑，使得其在自然界以化合態的形式存在于各類礦石中。
金屬鈣雖然在1808年由英國化學家漢弗里·戴維（1778-1829）利用電解法第一次制備出來。但在更早以前國內外便有接觸鈣的歷史，更是有利用碳酸鈣制備石灰方法。
鈣用的用途廣泛，其中金屬鈣被用于生鐵、冶金工業；各類含鈣無機鹽被廣泛用于建筑業、包裝、日用品材料的方面；鈣還存在于各類補鈣劑中，用于補充人體所需的鈣元素。
發現歷史
歷史上第一次出現金屬鈣是在1808年，由英國化學家漢弗里·戴維（1778-1829）利用電解法第一次制備出了銀白色的金屬鈣。在此之前，由于科學技術的限制，許多化學家們都無法將鈣從石灰中提取出來，甚至石灰當時被認為是一種不可再分的“元素”，直到電池的出現，化學家們才利用電解這一新途徑制備了許多活潑金屬。
1807年，英國化學家漢弗里·戴維首先用電解的方法制備出了鉀（K）和鈉（Na），但由于金屬鈣的高活度性和其在高溫下的可燃性導致戴維無法從堿土和生石灰（CaO）中分離鈣元素。
1808年5月，戴維收到了瑞典化學家斯·雅各布·貝采利斯的一封信，信中提及他與瑞典皇家醫生蓬丁共同通過電解生石灰與水銀的混合物取得鈣的實驗情況。于是戴維仿照此法，將潮濕的石灰與氧化汞按照3：1的比例進行混合，將混合后的材料中間挖出一小洞并滴入水銀，放置鉑板上后，使用水銀作為電極，從而電解制備了大量的鈣汞齊，隨后加熱蒸去汞，從而分離得到銀白色的金屬鈣。
事實上，人類接觸鈣元素則更早。
公元前2686—公元前2613年，四大文明古國人便用生石灰涂抹在埃及金字塔表面用來堅固和裝飾；公元前8世紀，也有古希臘人使用石灰的記錄；而在古羅馬蓋烏斯·普林尼·塞孔都斯（公元23—公元79年）的《自然史》中更是記錄有煅燒碳酸鈣制備石灰的方法。
在中國，在明代時期就有制備石灰的方法，出自科學家宋應星的《天工開物》：‘‘先取煤炭泥和做成餅，每煤餅一層疊石一層，輔薪其底，灼火之。’’
分布情況
作為地殼中含量最多的第五種元素，僅次于氧、硅、鋁、鐵，鈣因其活潑的化學性質，在自然界中主要以化合態的形式存在。常見的含鈣礦石有石灰石（CaCO3）、白云石（CaMg(CO3)2）、石膏（CaSO4）、石棉（CaCO3·3MgCO3）、螢石（CaF2）、磷灰石（Ca5[PO4]3F）等。我國鈣礦石分布廣泛，白云石主要產自東北地區，石膏主要產自西藏自治區、山東省、江蘇省、寧夏回族自治區和山西省，螢石主要產自浙江省，大理石則主要產自云南省。
理化性質
物理性質
鈣的質軟、密度為1.54g/cm3，顏色為銀白色，暴露在空氣中會變成灰白色，其熔點為839℃，沸點為1484℃。熱導率為125W·m-1·K-1（0-100℃），電阻率為3.7μΩ·m。金屬半徑為197pm，電負性為1.00，電離能為596.1kJ/摩爾，電子親合能為28.9kJ/mol。常溫時，鈣晶體呈面心立方體，而在較高溫度（464°C以上）時，轉變為六方結構（γ-Ca）。具有熔點、硬度小、密度小等特點，同時具有良好的導電、導熱性。
化學性質
鈣具有活潑的化學性質，主要表現在以下幾個方面：
1.鈣在空氣中被氧化逐漸變暗（鈣愈純變暗得愈慢），并能與氧氣和氮氣反應形成保護膜。
2Ca+O2=2CaO（自然條件下）
2Ca+O2=2CaO（點燃條件下）
3Ca+N2=Ca3N2
2.鈣與冷水反應緩慢，這與在元素周期表中緊靠在鈣上方的鎂不同（鎂實際上不與冷水發生反應）；與熱水劇烈反應釋放氫氣。
Ca+2H2O=Ca(OH)2+H2
3.鈣能在加熱條件下與鹵族元素單質（如F2、Cl2、Br2、I2）反應，分別生成氟化鈣（CaF2）、氯化鈣（CaCl2）、溴化鈣（CaBr2）和碘化鈣（CaI2）；與S、N2、C直接反應生產硫化物、氮化物、和碳化物。
Ca+S=CaS
Ca+F2=CaF2
Ca+2C=CaC2
4.鈣能在加熱條件下與H2生成CaH2。
Ca+H2=CaH2
CaH2是常用的、方便的儲氫材料，遇水反應釋放氫氣：
CaH2+2H2O=Ca(OH)2+H2 常用作軍事和氣象野外作業的生氫劑
ZrO2+2Ca=Zr+2CaO
2RbCl+Ca=2Rb+CaCl2
焰色反應
原理：金屬元素的原子或離子受熱時，電子被激發，電子從較高能級躍遷到較低能時級時，以光的形式釋放出相應的能量，從而產生線狀光譜，火焰的顏色相應于強度較大的譜線區域。不同電子層結構的元素電子躍遷時釋放的能量不同，故產生的譜線也不同，從而導致了不同的火焰顏色。
鈣的焰色反應使火焰呈橙紅色。
同位素
鈣有6個穩定同位素，分別為40Ca、42Ca、43Ca、44Ca、46Ca、48Ca，自然豐度分別為96.941％、0.647％、0.135％、2.086％、0.004％、0.187％。其中40Ca是豐度最高的元素，來源于大質量恒星內部的O元素和Si元素的核合成反應。盡管48Ca是放射性同位素，但因其具有極長的半衰期（6.4×101?年），故也被視作廣義上的穩定同位素。在不穩定同位素中，41Ca為宇宙射線成因同位素，通過40Ca由中子捕獲形成，經常出現于行星的土壤表層，半衰期為1.03×105年；45Ca、47Ca作為放射性同位素，被用于醫療和研究用途，半衰期分別為163天和4.54天。
物質結構
鈣屬于s區內的元素，其最外層有兩個電子，構型為ns2，由于其半徑在同周期元素中較大，易于失去最外層的兩個電子從而形成帶有兩個正電荷的穩定陽離子結構。單質鈣為立方晶系結構，每個晶胞含四個鈣原子。
常用制備方法
目前常用制備金屬鈣的方法有：
1.電解熔融氯化鈣：CaCl2（1073K，電解）=Ca+Cl2
這種方法最早是拉特瑙（Ｗ.Rathenau）于1904年首先應用的，他利用石墨作內襯為陽極，陰極則用鋼制成的材料，電解質使用CaCl2和CaF2的混合物。電解析出的鈣首先會漂浮在電解質上，隨后與陰極接觸后冷卻附著在陰極上。但這種方法，原料消耗大，并且生成的鈣易于溶解于電解質，產品質量不好。
2.鋁還原法：CaCO3（煅燒）CaO+CO2
3CaO+2Al（真空、1050-1200℃）3Ca+Al2O3
結晶鈣（氬氣保護下熔鑄）鈣錠
鋁還原法又稱鋁熱劑法，此法首先將石灰石煅燒生成的氧化鈣研磨成粉，然后與鋁粉按一定比例混合，壓制成塊，在真空下于1050-1200℃下反應，生成鈣蒸汽和鋁酸鈣。隨后將鈣蒸汽于400-750℃下結晶并在氣氛圍中熔融鑄錠，最終得到致密的鈣錠。
應用領域
金屬單質鈣
1.改善材料：鑄鐵時摻雜含鈣合金，可以提升鐵的流動性和強度；金屬鈣加入鉛中可以增加鉛的硬度，形成的鈣鉛合金材料被用于制造蓄電池陽極柵板和軸承。
2.去除雜質：有色冶金中，金屬鈣可以去除鋁和錫中的鉍和銻；銅、、青銅和鋼的冶煉中，能除去硫、磷和過量的碳雜質。
3.凈化氣體：金屬鈣具有化合氧和氮的性能，可用于真空無線電的去氣劑。
含鈣無機鹽
無機鈣鹽制成的鈣塑料具有化學性能穩定、耐高溫和低溫，優良的隔熱性、耐水性、耐溶劑性，以及黏結性和可印刷性，使其被廣泛應用于建筑業、包裝、日用品材料的方面。常見的含鈣無機鹽有以下幾種：
1.氧化鈣（CaO），別名生石灰、生石灰，是制備碳化鈣、漂白粉、純堿的原材料，被用作冶金和熒光粉的助溶劑、水泥速凝劑等。
2.氫氧化鈣（Ca(OH)2），別名熟石灰，白色粉末狀固體，其水溶液呈堿性，俗稱澄清的石灰水。用于制備漂白粉、改良酸性土壤、軟化硬水和自來水消毒。
3.碳酸鈣（CaCO3），別名石灰石、大理石，是一種白色固體狀無機化合物，幾乎不溶于水，在825-896.6℃下可分解為二氧化碳和氧化鈣。是常見的建筑材料，還作為補鈣劑用于醫學領域。
4.硫酸鈣（CaSO4），是制備水泥和粉筆的原材料，其水合物二水合硫酸鈣（CaSO4·2H2O）又稱石膏，在醫學領域用于固定也可以用于制造人造骨骼。
5.硅酸鈣（CaSiO3），在建筑上是良好的保溫和耐火材料，還可用作助濾劑和懸浮劑。
6.氯化鈣（CaCl2），俗稱無水氯化鈣，呈白色硬質碎塊或呈顆粒狀，具有強吸濕性，可作為干燥劑，還可用作補鈣藥和消炎藥。
7.氟化鈣（CaF2），別名螢石，是制取HF和F2的重要原料，可用于制作光學玻璃和陶瓷，還在冶金領域用作助溶劑。
補鈣劑
1.無機鈣：主要有碳酸鈣、氯化鈣、磷酸鈣、氧化鈣、碳酸氫鈣、磷酸氫鈣和氫氧化鈣等，這類鈣源成本低，含鈣量高，但其鈣離子的吸收依賴于胃酸提供的酸性環境，使其鈣離子能夠解離出來被人體吸收，不適用于胃酸分泌不足的人群。
2.有機鈣：最常見的為檸檬酸鈣，其吸收不依賴于胃酸，也可以不用隨食物服用，適合于胃酸缺乏癥、腸炎或吸收障礙的患者。但有機鈣源相較于無機化合物鈣源含鈣量較低，若要攝入相同量的鈣元素則需要更大劑量，對于臨床實踐不實用。
3.氨基酸螯合鈣：此類鈣源是一類具有生物活性結構的有機鈣，由2個氨基酸與1個鈣離子結合成的合結構，可以在小腸絨毛膜上皮的特異性載體蛋白鈣通道主動轉運，以螯合物的形式持續離解出鈣離子，避免血清中鈣離子濃度過高所致的腎排鈣離子量增加或高血鈣，是一種優質、高效、安全的新型鈣源。
4.鈣-肽配位化合物：肽鏈的末端氨基及鄰近的肽段與鈣離子可形成單環螯合結構，羧基因空間位阻一般不參與螯合，故此種螯合結構保留了可通過肽系統吸收的自由羧基，比氨基酸螯合鈣更易于吸收、穩定性更強。
鈣與人體
鈣是人體中發育中不可缺少的元素之一，占人體原子總數的0.31％、體重的2％、總量為700-1400g，主要分布在人體內的牙齒和骨骼中，少量以游離態存在于細胞液、血液和軟組織中，其離子是身體中含量最多的陽離子。鈣是生物體的常量元素之一，在細胞的信號轉導等方面發揮著重要作用。它是一種次級信使，可與多種細胞蛋白相互作用，調節各種生理過程，并在病毒感染等疾病中發揮作用。人體中99%鈣的在骨骼中，鈣攝入量低可能會導致骨質疏松等問題。
凝固血液
鈣可激活凝血酶原轉化為具有活性的凝血酶，這種酶可以使纖維蛋白原聚合為纖維蛋白，從而使血液凝固。據此，輸血時常用檸檬酸根離子和草酸鹽與血液中的鈣反應，用來阻止血液的凝固。
影響肌肉收縮與舒張
當人體神經興奮時，神經細胞會釋放一種名叫乙酰膽堿的神經遞質，這種遞質能夠使肌細胞的膜產生興奮，使肌肉細胞中的肌質網釋放儲存的鈣離子，當這些鈣離子被釋放后，肌原纖維在這些鈣離子影響下就會變短，從而導致整個肌細胞變短，進而引起肌肉的收縮；而當人體神經興奮過后，肌質網釋放鈣離子的通道關閉，肌質網上的鈣泵吸走細胞質中的鈣離子，肌原纖維失去了鈣離子的作用就會舒張邊長，從而導致整個肌細胞變長，進而引起肌肉的舒張。
酶的激活劑
鈣離子可以激活體內的一些酶，如三磷酸腺甘酶、淀粉酶、脂肪酶以及一些蛋白質分解酶等。
影響血壓
血液鈣離子濃度還會影響心肌和血管平滑肌的興奮性。缺鈣會導致心肌收縮無力，供血能力減弱、導致低血壓和腦供血不足；增加鈣離子濃度，則可以增強心肌的收縮力；但如果血鈣濃度過高，可能會使心臟停于收縮狀態。如果細胞內外的鈣離子濃度運轉失常，心肌無法得到充分舒張，從靜脈回流到心臟的血液無法充分灌注，則會導致心肌無法充分收縮，從而使心臟無法有效完成其功能，這種情況如果長期無法得到解決，心臟的功能就會下降，則會引起心律不齊、心肌梗死、心衰等疾病，嚴重甚至會產生猝死。細胞內的鈣離子濃度也不能過高，如果細胞內的鈣離子濃度過高導致不能恢復到細胞內外鈣離子5000-10000倍的濃度差，就會引起血管平滑肌收縮，進而導致血壓升高。
人體缺鈣會導致的其他疾病
骨質疏松癥：血鈣偏低時，甲狀旁腺會分泌具有破骨作用的甲狀旁腺素，甲狀旁腺素促使骨骼釋放鈣，藉以維持血鈣水平，骨骼釋放大量的鈣就會導致骨質疏松。
腎結石：當骨骼釋放大量的鈣進入血液時，過多的鈣會累積在腎臟，進而導致腎結石。
佝僂病：缺乏維生素D，鈣、磷代謝障礙和骨樣組織鈣化障礙，導致骨骼畸形。
科學補鈣
各年齡段對鈣的需求量
我國2013年制定的中國居民膳食礦物質推薦攝入量建議了每日鈣的攝入量：
影響人體吸收鈣的因素
人體自身因素
1.年齡：不同年齡的人群對鈣的吸收程度不同，一搬隨著年齡增大，人體對鈣的吸收率逐漸降低。其中嬰幼兒對鈣的吸收率最高，可達60％，青少年為40％，成年人僅為20％，老年人最低，低于15％。
2.人體對鈣的需求：不同階段下的人體對鈣的需求量不同，需求量大時對鈣的吸收率也會相對增加。
3.人體腸胃狀態：一方面食物中的鈣需要在胃中的胃酸作用下離解成離子態才能被人體吸收，所以胃酸分泌不足時會影響鈣的吸收；另一方面，在胰酶作用下的脂肪會產生脂肪酸，脂肪酸會與鈣形成難溶性的鈣皂，從而導致鈣無法被吸收。
膳食因素
1.脂肪：高脂膳食可以增加腸胃的排空時間，利于鈣的吸收；脂肪還可以促進細胞膜的流動性而促進鈣的吸收；一些人體必要的脂肪酸還可以促進前列腺素的合成從而促進骨代謝；但如果出現吸收不良綜合征時，無法被吸收的脂肪酸就會與鈣離子結合形成難溶鈣皂，降低鈣的吸收。
2.糖類：乳糖能夠促進鈣的吸收，一方面乳糖可直接與鈣形成小分子螯合物，便于吸收；另一方面當乳糖被分解發酵時，其產生的酸會降低腸道內的PH值，增加游離的鈣離子濃度，從而利于鈣離子的吸收。
3.草酸鹽、植酸鹽：含草酸鹽和植酸鹽的糧食和蔬菜，在被消化時，這些鹽類會與鈣離子結合生成難以吸收的鹽類，從而降低鈣離子的吸收。
4.維生素D：維生素D2和D3在人體的腎臟和肝臟中經過兩次羥基化，可形成有活性的骨化三醇。骨化三醇通過與腸道、骨骼、腎臟和甲狀旁腺細胞中的維生素D受體（VDR）結合，會上調鈣結合蛋白的基因表達，從而促進腸道對鈣的吸收。
常見食物含鈣量
一些常見食物中的鈣含量
參考資料 >