钙的特性

钙(calcium),元素符号Ca,原子序数为20,在元素周期表中位于第4周期、第IIA族,是一种金属元素。钙单质常温下为银白色固体,化学性质活泼,因此在自然界多以离子状态或化合物形式存在。


钙单质


化学特性:
钙是个活泼的金属,钙在空气中能与氧气和氮气缓慢作用形成一层氧化物和氮化物的保护膜。

在空气中加热,钙会燃烧,射出砖红色的美丽的光芒。

Ca与冷水作用缓慢,与热水剧烈反应成氢氧化钙并放出氢气。

跟氢气在400℃催化剂作用下生成氢化钙。

钙也很容易与卤素、硫、氮等化合。

跟盐酸稀硫酸等反应生成盐和氢气,跟碳在高温下反应生成碳化钙CaC2

加热时几乎能还原所有金属氧化物,在熔融时也能还原许多金属氯化物。

钙与大多数非金属加热可直接反应,如与硫、氮、碳、氢反应生成硫化钙CaS、氮化钙Ca3N2、碳化钙CaC2和氢化钙CaH2,加热时与二氧化碳反应。


物理特性:
钙是银白色有光泽轻金属,它的密度和硬度均比镁低(密度:1.55g/cm³、硬度1.5),可以用指甲稍微刮擦表面留下痕迹。在常温下,钙处于固态。熔点:842℃;沸点:1484℃;它在高于其熔点的温度下可以转化为液态,然后再升高温度可以转化为气态。不溶于苯,微溶于醇,溶于酸、液氨。钙是良好的导电体,具有很高的电导率。钙是脆性材料,容易在受力时断裂。钙是顺磁性材料,即会被外磁场吸引。钙具有较高的热导率,能够有效传导热量。当温度升高时,钙会膨胀,其膨胀系数为22.3 x 10^-6/°C。

钙的发现

英国化学家戴维(1778~1829)

公元前7000年:石灰被用作建筑和雕像的材料。第一座有年代记载的石灰窑可追溯到公元前2500年,发现于美索不达米亚的卡法贾 。大约同一时期,脱水石膏(CaSO4·2H2O) 被用作建造吉萨大金字塔;并在后来被用于图坦卡蒙墓。古罗马人用加热石灰石(CaCO3)制成的石灰砂浆代替石膏。
公元1世纪:罗马人在就已发现了钙的一些化合物,如石灰(CaO,氧化钙)。当时罗马人把石灰称作“calx”。
公元975年前后:有文献提到,熟石膏(硫酸钙、CaSO4亦即脱水石膏)可用于固定骨折后的骨头。人们在古代便已发现并利用的钙化合物还有石灰石(CaCO3碳酸钙)等。
1787年:安东尼•拉瓦锡怀疑石灰可能是一种基本化学元素的氧化物。拉瓦锡在元素表中列出了五种“可成盐的土”(即可以与酸反应生成盐的矿石:氧化钙、氧化镁、重晶石(硫酸钡)、氧化铝和二氧化硅)。
1808年:戴维开始对氧化钙进行电解。戴维刚开始选用的方法并不理想,所以无法将金属钙分离出来。同年5月,戴维从贝齐里乌斯和瑞典皇家医生蓬丁共同电解生石灰和水银的混合物取得钙的实验中获得了启发。他将湿润的生石灰和氧化汞按3比1的比例混合后,放置在一铂片上,与电池的正极相接,然后又在混合物中作一洼穴,灌入水银,插入一铂丝,与电池的负极相接,得到较大量钙汞合金。把钙汞合金经蒸馏后得到了银白色的金属钙。从此钙被确定为元素,并被命名为calcium,元素符号是Ca。calcium来自拉丁文中表示生石灰的词calx。
20世纪初:实现了金属钙的大批量生产。

钙的来源

石灰石

地壳中钙含量为4.15%,占第五位。主要的含钙矿物有石灰石、白云石、石膏、萤石、磷灰石等。蛋壳、珍珠、珊瑚、一些动物的壳体和土壤中都含有钙。海水中氯化钙占0.15%。

钙的用途
石膏板

钙元素在建筑、农业、食品、医药、工业和能源等领域都有重要的应用。这些应用使得钙成为了一种不可或缺的元素。
建筑:钙石灰是一种重要的建筑材料,可以用于制造砖块、石膏板和地基材料。钙还被广泛用于制作生产水泥和混凝土。
农业:钙被用作土壤改良剂。钙可以调整酸性土壤的pH值,提供植物生长所需的营养物质。此外,钙还可以用于预防和治疗植物病害,促进植物的健康生长。
食品:钙是一种重要的添加剂。钙可以增加食品和饮料的营养价值,并增强产品的质地和稳定性。许多乳制品都富含钙,如牛奶、奶酪和酸奶。
医药:钙补充剂常用于治疗钙缺乏症和骨质疏松症。此外,钙还可以用作铁剂解毒剂,减轻过量摄入铁剂导致的中毒状况。
工业:钙可以用来制造低合金钢和铝合金,提高金属的强度和耐腐蚀性。用作冶炼锡青铜、镍、钢的脱氧剂,电子管和电视显像管中的消气剂、有机溶剂的脱水剂、石油精制的脱硫剂、纯制惰性气体(如氦)的除氮剂,分解具有恶臭的噻吩和硫醇、油脂脱氢以及铸造和电镀工艺中的添加剂。

氟化钙用作光学玻璃、光导纤维、搪瓷的原料,助熔剂。

过氧化钙是缓和的氧化剂,用作杀菌、防腐、漂白药剂、封闭胶泥的快干剂。Ca–Si合金加入钢中,可以阻止碳化物生成。
能源:钙可以用于制造锂离子电池和太阳能电池板,用作高能量密度存储器件。

钙与人体健康的关系

钙在人体中的作用:
钙是人体内含量最多的无机盐,机体内的钙,一方面构成骨骼和牙齿,另一方面则可参与各种生理功能和代谢过程,影响各个器官组织的活动。
1、99%的钙分布在骨骼和牙齿中。20岁之前是骨骼的生长阶段,长个子的时候。人有两个生长高峰期:1岁以前(儿童缺钙将导致发育迟缓,发育不良。诸如出牙晚、学步晚、鸡胸)和12~14岁(身材矮小、生长痛)。20岁以后骨质依然在增加。35~40岁,骨密度达到峰值。40岁以后骨钙逐渐流失(对老年人将加快骨钙的流失,导致身材变短,骨质疏松和骨质增生)。
2、1%的钙分布在血液、细胞间液及软组织中。保持血钙的浓度对维持人体正常的生命活动有着致关重要的作用。人体有一套机制来维持血钙的浓度。血钙的来源有两个:通过消化道吸收的钙以及骨骼中的钙(骨骼是人体钙的大仓库,当摄入钙不足时,则动用仓库应急)这一切通过甲状旁腺分泌升血钙素和降血钙素来加以调节。
3、缺钙会降低软组织的弹性和韧性。皮肤缺弹性显得松垮,衰老;眼睛晶状体缺弹性,易近视、老花;血管缺弹性易硬化。
4、降低神经细胞的兴奋性,所以说钙是一种天然的镇静剂。缺钙会导致神经性偏头痛(占女性的10%~20%)、烦躁不安、失眠。对婴儿会引起夜惊、夜啼、盗汗。缺钙还会诱发儿童的多动症。
5、强化神经系统的传导功能。比如说你的手碰到一杯水,特别热,很快就放下,这中间就有一个神经系统的运作过程:感受器(皮肤)—传入神经—中枢神经—传出神经—效应器(肌肉)。其中感受和冲动怎样传递给神经细胞,神经细胞又怎样传出去?这中间有一种物质叫做神经递质。钙有助于神经递质的产生和释放。
6、维持肌肉神经的正常兴奋。如血钙增高可抑制肌肉、神经的兴奋性;当血钙低于70mg/L时,神经肌肉的兴奋性升高,出现抽搐。肠激综合症、女孩子痛经,缺钙是一个重要原因。
7、降低(调节)细胞和毛细血管的通透性。缺钙易导致过敏,水肿等。
8、促进体内多种酶的活动。缺钙时,腺细胞的分泌作用减弱。钙还是酶的激活剂。
9、维持酸碱平衡。
10、参与血液的凝固过程。血的凝固是一个复杂的过程,其中一个步骤是:凝血酶原激活物在钙离子的参与下使凝血酶原转变为有活性的凝血酶。


不同年龄缺钙的表现:
儿童:夜惊、夜啼、烦躁、盗汗、厌食、方颅、佝偻病、骨骼发育不良、免疫力低下、易感染。
青少年:腿软、抽筋、体育成绩不佳、疲倦乏力、烦躁、精力不集中、偏食、厌食、蛀牙、牙齿发育不良、易感冒、易过敏。
青壮年:经常性的倦怠、乏力、抽筋、腰酸背痛、易感冒、过敏。
孕产妇:小腿痉挛、腰酸背痛、关节痛、浮肿、妊娠高血压等。
中老年:腰酸背痛、小腿痉挛、骨质疏松和骨质增生、骨质软化、各类骨折、高血压、心脑血管病、糖尿病、结石、肿瘤等。


合理补钙的好处:

补钙减肥:人体血钙升高后可增加一种称为降钙素的激素分泌。而降钙素这种激素可降低人的食欲,减少进餐量;另外,足量的钙特别是离子钙,在肠道中能与食物中的脂肪酸、胆固醇结合,阻断肠道对脂肪的吸收,使其随粪便排出。此法更适宜于儿童减肥,无任何副作用。
补钙降压:高血压这一不动声色的“杀手”,令人害怕,主要是因为这种病多年不产生任何症状,在无声无息中损害人的动脉血管及身体的其他器官。研究表明,对于某些人来说,不用药物而增加钙元素的摄取可能是有效的一招。
凡每天摄钙1300毫克的人,比起每天摄钙量为300毫克者,高血压的罹患率低12%,在40岁以下的人群中患病危险性减少24%。
补钙预防心脏病:大量研究资料显示,钙元素除了通过降低血压的途径来保护心脏外,还有一种护心方式,那就是帮助降低血液中的胆固醇。
每天摄钙2200毫克可减少胆固醇6%,其中危害最大的低密度脂蛋白胆固醇减少11%,而有益的高密度脂蛋白胆固醇却保持不变。总之,专家已经确认:不管是通过饮食还是补品,只要增加钙的摄取量,胆固醇情况就会好转。
补钙预防近视:危害青少年视力的眼病——近视眼也会在钙元素面前“甘拜下风”。眼科专家告诉人们:如果眼球缺钙,眼压就不能维持正常,如同电压忽高忽低会闪坏灯泡一样而导致近视形成。因此,在近视的高发年龄段——青春期(具体说来就是十一、二岁到十七、八岁的几年间)补充足量的钙质,很可能会拒近视于体外。
补钙防腹痛:生活中常可见到这样一类孩子,老是喊肚子痛,既不发烧又不腹泻,打虫也无效,而且腹痛可在几分钟后自行消失。这种病状很可能与体内缺钙导致肠痉挛有关。由于血钙是维持神经肌肉正常兴奋的重要因素,一旦偏低,神经肌肉的兴奋性就增高,肠壁平滑肌产生强烈收缩而引起腹痛,此时补足钙质可收到“立竿见影”的治疗效果。
补钙防止肾结石:多年来医生常提醒肾结石病人要限吃钙质,理由是钙为结石的主要成分之一。但新近的研究表明,减少肾结石的办法也许是增加钙的摄取量。哈佛公共卫生学院卡里·C·柯尔汉博士的跟踪调查资料显示:
三餐饮食中含钙量较多的人(每天平均1320毫克)与摄钙量最少的人(每天516毫克)相比较,罹患结石病的危险性减少1/3。
补钙防止经前综合症:当吃含钙量高的饮食时,70%的妇女诉说疼痛减轻,包括月经期间的背痛和痉挛;80%尿滞留减少;90%在整个月经期间哭的次数、神经质暴躁或精神抑郁都减少或减轻。
补钙促高:孩子的个头怎样才能长得更高?适时补钙是一个既简单又有效的办法。最好是晚间睡前喝一杯富含钙质的牛奶。奥妙在于孩子进入睡眠状态后,内分泌系统最为活跃,释放出来的生长激素最多。而生长激素乃是儿童长个头的“催化剂”,此时补入大量钙质,加速新骨的钙化与成熟,可谓“珠联璧合”,孩子会长得更高些。
补钙防癌:补钙有助于预防肠癌。可能是钙元素可限制胆汁酸通过肠道之故。另一项研究则证实钙能阻止结肠息肉增生。一般每天服用1200毫克钙即可达到目的。资料显示,补钙者息肉再生的比率减低24%。
补钙延寿:更令人振奋的是,钙元素可能还是一种延年益寿的养分。意大利研究长寿学的学者做了一个很有趣的试验:将受试的大白鼠分成两组,甲组鼠用普通饲料喂养,平均生存期为89天;乙组鼠的饲料中掺入0.9%的钙,结果活了344天,为甲组鼠的4倍。由此提示,缺钙乃是生命个体衰老的一个重要因素,补钙可在一定程度上使你活得更久一些。

钙的推荐每日摄入量:


补钙的方法:
食物摄取:平时注意饮食健康,饭菜的钙含量足够人体日常所需的,有很多日常可得的食物能帮我们补充钙质、强健骨骼。钙质含量高的食物,有:牛奶、酸奶、奶酪、泥鳅、河蚌、螺、虾米、小虾皮、海带、酥炸鱼、牡蛎、花生、芝麻酱、豆腐、松籽、甘蓝菜、花椰菜、白菜、油菜等。
多做体育运动:运动可使肌肉互相牵拉,强烈的刺激骨骼,加强血液循环和新陈代谢,减少钙质丢失,推迟骨骼老化,同时有利于人体对饮食中钙的吸收。
多晒太阳:紫外线能够促进体内维生素D的合成,利于钙的吸收。但紫外线不能穿透玻璃所以不能隔着玻璃晒太阳。或者使用ZZ-2紫外线治疗仪照射皮肤促进钙的吸收。
吃好早餐:人体早上对钙的吸收能力最强。
对含草酸多的蔬菜先焯水破坏草酸,然后再烹调。蔬菜中的草酸、膳食纤维等会阻止钙质的吸收。如:甘蓝菜、花椰菜、菠菜、苋菜、空心菜、芥菜、雪菜、竹笋。
钙片摄取:如果食补不足或人体已经处于缺钙状态,则可以通过服用钙片进行补钙。


高钙血症的鉴别诊断(-表示正常水平)

高钙的危害:

钙质的补充必须适量,尽管钙质的补充对人体健康是很重要的,补充过量虽不至于立即出现中毒现象,却会影响其他人体必需矿物质如铁、锌等的吸收率。钙会和四环霉素产生螯合反应,降低四环霉素的活性,钙也会降低喹啉类抗生素的吸收度,如在使用此类抗生素治疗的期间,应尽量避免药物与钙质同时服用,或暂时降低钙质的摄取量。
对一般人来说,钙摄取的每日上限值在2500 mg(包含食物及额外来源),假如超过可能发生不良反应。常见的不良反应有以下几方面。
1、神经系统:当血液中的钙过多时,可能导致反应迟钝、淡漠、头晕、嗜睡、严重者可导致昏迷。
2、肌肉系统:高血钙会降低神经肌肉的兴奋性,所以可能导致肌肉无力,甚至行走困难。所以提醒那些补钙的朋友,补钙过度真的可能会让你“迈不开腿”。
3、泌尿系统:首先,因为钙经由肾脏排泄,所以高钙本身对肾脏就是一大负担。其次,当钙遇上食物中的草酸,就可能导致结石的发生。
4、心血管系统:这也是需要肾友们非常注意的一点。高钙血症会增加转移性钙化的发生风险,最终导致心血管疾病和死亡。


结语

钙在地壳中含量较为丰富,占第五位,在人们生活的很多方面都有应用,如建筑、农业、食品、医药、工业和能源等。为人类社会发展起到了重要作用。
钙也是人体必需的生命元素,是人体骨骼构成的重要元素。希望大家都能科学补钙,让身体更健康!

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