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칼슘

Calcium
이 기사는 화학 원소에 관한 것이다.의약품으로 칼슘을 사용하는 방법은 칼슘 보충제를 참조하십시오.기타 용도는 칼슘(동음이의)을 참조하십시오.
칼슘, Ca
Calcium unter Argon Schutzgasatmosphäre.jpg
칼슘
외모칙칙한 회색, 은색; 옅은 노란색[1] 색조를 띤
표준 원자량Ar°(Ca)
  • 40.078±0.004
  • 40.078±0.004(요약)[2]
주기율표 내 칼슘
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕소 카본 질소 산소 불소 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브롬 크립톤
루비듐 스트론튬 이트륨 지르코늄 니오브 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 실버 카드뮴 인듐 주석 안티몬 텔루루 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마리움 유로피움 가돌리늄 터비움 디스프로슘 홀뮴 엘비움 툴륨 이터비움 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 플래티넘 골드 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로탁티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 퀴륨 베르켈륨 칼리포늄 아인스타이늄 페르미움 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 러더포디움 두브늄 시보르기움 보리움 하시움 마이트네리움 다름슈타디움 뢴트제늄 코페르니슘 니혼리움 플레로비움 모스코비움 리버모리움 테네신 오가네손
Mg
↑
칼슘
↓
보
칼륨 ← 칼슘 → 스칸듐
원자 번호 (Z)20
그룹.그룹 2(토류 금속 포함)
기간4주기
블록 s블록
전자 구성[Ar] 4s2
셸당 전자 수2, 8, 8, 2
물리 속성
단계 STP에서단단한
녹는점1115 K (842 °C, 1548 °F)
비등점1757K(1484°C, 2703°F)
밀도 (근처)1.55g/cm3
액상일 때(로)1.378g/cm3
융해열8.54 kJ/mol
기화열154.7 kJ/mol
몰 열용량25.929 J/(mol·K)
증기 압력
P (Pa) 1 10 100 1k 10k 100k
(K)에서 864 956 1071 1227 1443 1755
원자 특성
산화 상태+[3]1, +2(강염기성 산화물)
전기 음성도폴링 스케일: 1.00
이온화 에너지
  • 첫 번째: 589.8 kJ/mol
  • 두 번째: 1,145.4 kJ/mol
  • 3차: 4912.4 kJ/mol
  • (더 보기)
원자 반지름경험적: 197 pm
공유 반지름176±10pm
반데르발스 반지름오후 231시
Color lines in a spectral range
칼슘 스펙트럼 라인
기타 속성
자연발생원시적인
결정 구조 면중심입방체(표준)
Face-centered cubic crystal structure for calcium
음속 얇은 막대기3810 m/s (20 °C에서)
열팽창22.3 µm/(mkK) (25 °C에서)
열전도율201 W/(mµK)
전기 저항률33.6 NΩm (20 °C에서)
자기 순서반자성
몰 자화율+40.0×10cm−63/세로[4]
영률20 GPa
전단 계수7.4 GPa
벌크 계수17 GPa
포아송비0.31
모스 경도1.75
브리넬 경도170 ~ 416 MPa
CAS 번호7440-70-2
역사
검출 및 첫 번째 분리험프리 데이비(1808)
칼슘의 주요 동위원소
이소토페 아부노댄스 반감기 (t1/2) 붕괴 모드 프로덕트
40Ca 96.941% 안정적인.
41Ca 추적하다 9.94×104 y ε 41K.
42Ca 0.647% 안정적인.
43Ca 0.135% 안정적인.
44Ca 2.086% 안정적인.
45Ca 동기 162.6 d β− 45스케이
46Ca 0.004% 안정적인.
47Ca 동기 4.5 d β− 47스케이
γ –
48Ca 0.187% 6.4×1019 y β−− 48티
카테고리 : 칼슘
레퍼런스

칼슘은 화학 원소로 기호는 Ca이고 원자 번호는 20입니다.알칼리 토류 금속으로서 칼슘은 공기에 노출되었을 때 어두운 산화질화물층을 형성하는 반응성 금속입니다.그것의 물리적, 화학적 특성은 그것의 무거운 상동성 스트론튬과 바륨과 가장 유사합니다.그것은 지각에서 다섯 번째로 풍부한 원소이며 철과 알루미늄 다음으로 세 번째로 풍부한 금속입니다.지구상에서 가장 흔한 칼슘 화합물은 석회암과 초기 해양 생물의 화석화된 잔해에서 발견되는 탄산칼슘입니다; 석고, 무수물, 불소석, 그리고 아파타이트도 칼슘의 원천입니다.그 이름은 석회암을 가열하여 얻은 라틴어 칼크스 "라임"에서 유래했다.

몇몇 칼슘 화합물들은 고대인들에게 알려져 있었지만, 그들의 화학 작용은 17세기까지 알려지지 않았다.순수한 칼슘은 1808년 험프리 데이비에 의해 산화물의 전기 분해를 통해 분리되었습니다.칼슘 화합물은 칼슘 보충을 위한 식품 및 의약품, 표백제로써 제지업, 시멘트 및 전기 절연체의 성분으로써, 비누 제조에 널리 사용됩니다.반면 순수한 형태의 금속은 반응성이 높기 때문에 응용 분야가 거의 없습니다. 그러나 소량만 사용해도 제강 시 합금 구성 요소로 사용되며, 때로는 칼슘-납 합금으로 자동차 배터리 제조에 사용됩니다.

칼슘은 인체에서 [5]가장 풍부한 금속이며 다섯 번째로 풍부한 원소이다.전해질로서, 칼슘 이온은 유기체와 세포의 생리적, 생화학적 과정에서 중요한 역할을 합니다: 그들이 두 번째 전달자로 작용하는 신호 전달 경로, 신경 전달 물질 방출, 모든 근육 세포 유형의 수축, 많은 효소의 보조 인자, 그리고 수정.[5]세포 외부의 칼슘 이온은 흥분성 세포막, 단백질 합성 및 뼈 [5][6]형성에 있어 전위차를 유지하는 데 중요합니다.

특성.

분류

칼슘은 매우 연성이 강한 은빛 금속으로 스트론튬, 바륨, 라듐 등의 무거운 원소들과 특성이 매우 유사합니다.칼슘 원자는 전자구성 [Ar]4s로2 배열된 20개의 전자를 가진다.주기율표의 2족에 속하는 다른 원소들과 마찬가지로 칼슘은 가장 바깥쪽의 s궤도에 2개의 원자가 전자를 가지고 있으며, 화학반응에서 매우 쉽게 손실되어 귀가스의 안정적인 전자구조를 가진 쌍방향 이온을 형성한다.[7]

그러므로, 칼슘은 거의 항상 이온성인 화합물에서 2가성이다.왜냐하면 MX2의 형성의 엔탈피은 이들이 가상의 MX보다. 이 문제가 발생하기 위해서는 더 큰 격자 에너지는 더 높게 띄고 소금 cati이 제공 때문에 높은 것은 칼슘의 가상 일가의 소금을 원소에 관련해서 하지 말고, 그 2가의 염분과 칼슘 메탈에 disproportionation에, 안정될 것이다.에Ca [7]양이온 가설과+ 비교됩니다.

칼슘, 스트론튬, 바륨 및 라듐은 항상 알칼리 토류 금속으로 간주됩니다. 또한 주기율표의 그룹 2에 속하는 보다 가벼운 베릴륨과 마그네슘도 종종 포함됩니다.그럼에도 불구하고, 베릴륨과 마그네슘은 물리적 및 화학적 거동에 있어 그룹의 다른 구성원과 크게 다릅니다. 베릴륨과 마그네슘은 각각 알루미늄과 아연에 가깝고 전이 후 금속의 약한 특성을 가지고 있기 때문에 "알칼린 토류 금속"이라는 용어의 전통적인 정의는 제외됩니다.설계할 수 있습니다.[8]

물리적.

칼슘 금속은 842°C에서 녹고 1494°C에서 끓습니다. 이러한 값은 인접한 2족 금속인 마그네슘 및 스트론튬의 값보다 높습니다.스트론튬과 같이 면중심 입방체 배열로 결정되며, 450°C를 넘으면 마그네슘과 같은 이방성 육각형 밀착 배열로 바뀝니다.1.55g/cm의3 밀도는 그룹 [7]중 가장 낮다.

칼슘은 납보다 단단하지만 칼로 쉽게 자를 수 있다.칼슘은 부피 면에서 구리나 알루미늄보다 전도성이 떨어지지만 [9]밀도가 매우 낮기 때문에 질량 면에서 둘 다보다 더 나은 전도체입니다.칼슘은 대기 산소와 빠르게 반응하기 때문에 대부분의 지상 응용 분야에서 전도체로서 불가능하지만, 우주에서의 칼슘 사용은 [10]고려되어 왔다.

화학의

고분자 [Ca2(62+HO)]의 구조는 염화칼슘을 중심으로 하여 칼슘 복합체에 전형적인 높은 배위수를 나타낸다.

칼슘의 화학은 전형적인 중알칼리 토류 금속의 화학이다.예를 들어 칼슘은 마그네슘보다 더 빠르게, 스트론튬보다는 덜 빠르게 물과 반응하여 수산화칼슘과 수소가스를 생성한다.또한 공기 중의 산소와 질소와 반응하여 산화칼슘과 [11]질화칼슘의 혼합물을 형성합니다.잘게 쪼개지면 공기 중에 자연 연소하여 질화물을 생성한다.대량으로 칼슘은 반응성이 낮습니다. 즉, 습한 공기에서 수분 코팅을 빠르게 형성하지만, 상대 습도 30% 이하에서는 상온에서 [12]무기한 저장될 수 있습니다.

과산화물 CaO는 단순산화물 CaO2 외에 칼슘 금속을 산소 고압하에서 직접 산화함으로써 만들 수 있으며 황색 과산화물 Ca(O2)2[13]의 증거가 있다.수산화칼슘, Ca(OH)2는 스트론튬, 바륨 또는 알칼리 [14]금속의 수산화물만큼 강하지는 않지만 강력한 염기입니다.칼슘의 4가지 디할라이드는 모두 알려져 있다.[15]탄산칼슘(CaCO3)과 황산칼슘(CaSO4)은 특히 풍부한 [16]미네랄입니다.스트론튬, 바륨, 알칼리 금속, 2가의 란타늄, 이터비움처럼 칼슘 금속은 암모니아 액체에 직접 녹아서 진한 파란색 [7]용액을 만든다.

Ca2+ 이온의 크기가 크기 때문에 CaZn과13 [17]같은 일부 금속간 화합물에서는 최대 24개까지 높은 배위수가 일반적입니다.칼슘은 EDTA 및 폴리인산염과 같은 산소 킬레이트에 의해 쉽게 복합화되는데, 이는 분석 화학 및 경수에서 칼슘 이온을 제거하는 데 유용합니다.입체장애가 없는 경우, 작은 그룹 2 카티온이 더 강한 복합체를 형성하는 경향이 있지만, 큰 폴리엔테이트 매크로사이클이 관여하면 추세는 [16]역전된다.

칼슘은 마그네슘과 같은 그룹에 속하고 유기 마그네슘 화합물은 화학 전반에 걸쳐 매우 일반적으로 사용되지만, 유기칼슘 화합물은 최근 가능한 [18][19][20][21][22]촉매로 연구되고 있지만 만들기 어렵고 반응성이 더 높기 때문에 비슷하게 널리 퍼지지 않는다.유기칼슘 화합물은 Yb2+(102pm)와2+ Ca(100pm)[23]의 이온 반지름이 비슷하기 때문에 유기토이테르비움 화합물과 더 유사한 경향이 있다.

이러한 화합물의 대부분은 저온에서만 제조될 수 있으며 부피가 큰 배위자는 안정성을 선호하는 경향이 있습니다.예를 들어 칼슘 디시클로펜타디에닐, Ca(CH55)2는 칼슘 금속과 머큐로센 또는 시클로펜타디엔 자체를 직접 반응시켜 생성되어야 하며, CH 배위자를55 부피가 큰5 C(5CH3) 배위자로 대체하면 화합물의 용해성, 휘발성 및 운동 [23]안정성이 증가한다.

동위원소

주요 기사:칼슘 동위 원소

천연 칼슘은 5개의 안정 40동위원소(Ca, Ca, Ca, Ca, Ca)와 1개의 반감기가 매우 길어서 모든 실용적 목적(48Ca, 반감기는 약 4.3 × 10년19)에서 안정적이라고 볼 수 있다.칼슘은 자연적으로 발생하는 6개의 [11]동위원소를 가진 최초의 (가장 가벼운) 원소이다.

지금까지 자연에서 칼슘의 가장 흔한 동위원소는 Ca로 모든 자연 칼슘의 96.941%를 차지한다.알파 입자의 융합으로 실리콘 연소 과정에서 생성되며 양성자와 중성자 수가 같은 가장 무거운 안정 핵종이다. 또한 발생은 원시 K의 붕괴로 천천히 보충된다.또 다른 알파 입자를 추가하면 불안정한 Ti로 이어지며, Ti는 2개의 연속적인 전자 포획을 통해 안정된 Ca로 빠르게 분해됩니다. 이것은 모든 천연 칼슘의 2.806%를 차지하며 두 번째로 흔한 [24][25]동위원소입니다.

다른 네 가지 천연 동위원소인 Ca, Ca, Ca, Ca는 각각 전체 천연 칼슘의 1% 미만으로 구성된 상당히 희귀하다.4개의 가벼운 동위원소는 주로 산소 연소 및 실리콘 연소 과정의 산물이며, 무거운 동위원소 2개는 중성자 포획 과정을 통해 생산된다.46Ca는 단수명 Ca가 중성자를 포획할 수 있도록 하기 위해 다소 높은 중성자속(neutron flux)이 필요하기 때문에 대부분 "뜨거운" s-공정에서 생성된다.48Ca는 높은 중성자 초과와 낮은 엔트로피가 [24][25]생존을 보장하는 Ia형 초신성의 r-과정에서의 전자 포획에 의해 생성된다.

46Ca와 Ca는 각각 6중성자 또는 8중성자 초과를 가진 최초의 "고전적으로 안정적인" 핵종이다.이러한 가벼운 원소치고는 중성자가 매우 풍부하지만, Ca는 닫힌 껍질에 20개의 양성자와 28개의 중성자를 가진 이중 마법의 핵이기 때문에 매우 안정적입니다.Sc에 대한 베타 붕괴는 핵 스핀의 총 불일치 때문에 매우 방해된다.48Ca는 짝수인 핵 스핀이 0인 반면 Sc는 6+ 스핀이므로 각운동량 보존에 의해 붕괴가 금지된다.Sc의 두 가지 들뜬 상태도 붕괴할 수 있지만 높은 스핀으로 인해 금지됩니다.그 결과, Ca가 붕괴할 때, Ti로 이중 베타 붕괴하여 이중 베타 [26][27]붕괴가 일어나는 것으로 알려진 가장 가벼운 핵종이다.

무거운 동위원소 Ca도 이론적으로 Ti까지 이중 베타 붕괴를 겪을 수 있지만, 이는 관찰된 적이 없다.가장 가볍고 흔한 동위원소 Ca도 두 배의 마법으로 Ar에 대한 두 배의 전자 포획을 거치지만, 이와 마찬가지로 관측된 적은 없다.칼슘은 두 개의 원시 이중 마법 동위원소를 가진 유일한 원소이다.Ca와 Ca의 반감기에 대한 실험 하한은 각각 [26]5.9 × 10년21, 2.8 × 10년이다15.

실질적으로 안정된 Ca를 제외하고 칼슘의 방사성 동위원소 중 가장 오래 존재하는 것은 Ca이다.그것은 전자 포획에 의해 약 10만 년의 반감기를 가진 안정적인 K로 분해된다.초기 태양계에서 멸종된 방사성핵종으로서의 존재는 K의 초과로부터 추론되었다: 그것은 자연 Ca의 [25]중성자 활성화를 통해 지속적으로 변형된 우주 생성 핵종인 Ca의 흔적 또한 오늘날에도 여전히 존재한다.

다른 많은 칼슘 방사성 동위원소들은 Ca부터 Ca까지 알려져 있다.모두 Ca보다 수명이 훨씬 짧으며, 그 중 가장 안정적인 것은 Ca(반감기 163일)와 Ca(반감기 4.54일)입니다.Ca보다 가벼운 동위원소는 보통 칼륨 동위원소로 베타 플러스 붕괴를 겪으며, Ca보다 무거운 동위원소는 핵 드립 라인 근처에서도 양성자 방출과 [26]중성자 방출이 상당한 붕괴 모드를 보이기 시작한다.

다른 원소들과 마찬가지로, 다양한 과정들이 칼슘 [28]동위원소의 상대적 풍부함을 변화시킨다.이러한 과정 중 가장 잘 연구된 것은 칼슘 동위원소의 질량 의존적 분화이며, 칼슘 동위원소는 용액에서 칼사이트, 아라고나이트, 아파타이트와 같은 칼슘 광물의 침전을 수반한다.보다 가벼운 동위원소가 이러한 광물에 우선적으로 포함되어 주변 용액이 상온에서 원자질량 단위(amu)당 약 0.025%의 강도로 더 무거운 동위원소로 농축된다.칼슘 동위원소 조성의 질량 의존적 차이는 표준 표준물질의 동일한 비율에 대한 표본 내 2개의 동위원소(일반적으로 Ca/40Ca)의 비율로 표현된다.44Ca/40Ca는 일반적인 지구 [29]물질들 사이에서 약 1% 정도 차이가 난다.

역사

석회 회반죽으로 만든 '아인 가잘상' 중 하나

칼슘 화합물은 17세기에 [30]이르러서야 이해되었지만 수천 년 동안 알려져 있었다.석회는 건축[31] 자재와 조각상의 회반죽으로 기원전 [32]7000년경까지 사용되었다.최초의 라임 가마는 기원전 2500년으로 거슬러 올라가며 [33][34]메소포타미아 카파자에서 발견되었다.

동시에 탈수 석고(CaSO4·2)HO)는2 기자의 피라미드에서 사용되고 있었다.이 재료는 나중에 투탕카멘 무덤의 회반죽에 사용되었다.고대 로마인들은 대신 석회암을 가열하여 만든 석회 박격포를 사용했다3."칼슘"이라는 이름 자체는 라틴어 "칼슘"[30]에서 유래했습니다.

비트루비우스는 그 결과 생긴 석회가 원래 석회암보다 가벼웠으며, 이는 물이 끓었기 때문이라고 언급했다.1755년, 조셉 블랙은 이것이 고대 [35]로마인들이 인식하지 못했던 이산화탄소의 손실 때문이라는 것을 증명했다.

1789년, 앙투안 라부아지에는 석회가 기본적인 화학 원소의 산화물일 수 있다고 의심했다.라부아지에의 원소 표에는 다섯 가지 "염화성 토양"(즉, 산과 반응하여 소금(라틴어로 소금)을 만들 수 있는 광석), 즉 쇼크(산화물, 마그네슘), 바리테(황산바륨), 알루민(알루미나, 산화물), 이산화규소(이산화실리콘)가 열거되어 있습니다.이러한 「요소」에 대해서, 라부아지에씨는 다음과 같이 논했다.

우리는 아마도 자연에 존재하는 금속 물질의 일부에 대해서만 알고 있을 것이다. 왜냐하면 탄소보다 산소에 강한 친화력을 가진 모든 물질은 지금까지 금속 상태로 환원될 수 없기 때문에, 결과적으로 산소의 형태로만 우리의 관찰에 제시될 수 있기 때문이다.우리가 방금 흙과 함께 배치한 바리테가 이 상황에 있을 가능성이 매우 높다.많은 실험에서 바리테는 금속체에 가까운 성질을 보인다.심지어 우리가 지구라고 부르는 모든 물질은 지금까지 알려진 어떤 [36]과정에서도 환원할 수 없는 금속 산화물일 수도 있다.

칼슘은 착향료인 마그네슘, 스트론튬, 바륨과 함께 1808년 험프리 데이비에 의해 처음 분리되었다.전기 분해에 관한 Jöns Jakob Berzelius와 Magnus Martin af Pontin의 연구에 따라, Davy는 각각의 금속 산화물과 수은을 혼합하여 칼슘과 마그네슘을 분리했습니다.(II) 양극으로 사용된 백금판상의 산화물, 음극은 수은에 부분적으로 잠긴 백금선.전기분해는 칼슘-수은-마그네슘-수은-아말감을 만들어냈고, 수은을 증류하여 금속을 [30][37]만들어냈다.하지만, 이 방법으로는 순수한 칼슘을 대량으로 준비할 수 없고, 그 생산을 위한 실용적인 상업적 과정은 1세기 이상 [35]지나서야 발견되었습니다.

발생 및 생산

터키 파묵칼레의 트라베르틴 테라스

칼슘은 3%로 지각에서 다섯 번째로 풍부한 원소이며 알루미늄과 [30]철에 이어 세 번째로 풍부한 금속입니다.그것은 또한 달 [12]고지대에서 네 번째로 풍부한 원소이다.퇴적 탄산칼슘 퇴적물은 과거 해양 생물의 화석화된 유적으로 지구 표면에 퍼져있다; 그것들은 두 가지 형태로 발생한다: 마름모꼴 칼사이트와 오르토롬 아라곤라이트.첫 번째 유형의 광물은 석회암, 돌로마이트, 대리석, 분필, 아이슬란드 스파를 포함한다. 아라곤석층은 바하마, 플로리다 키스, 홍해 분지를 구성한다.산호, 조개껍데기, 진주는 대부분 탄산칼슘으로 이루어져 있다.칼슘의 다른 중요한 미네랄로는 석고(CaSO4·2HO2), 무수산염(CaSO4), 불소산염(CaF2) 및 아파타이트([Ca5(3PO4)F])[30]가 있다.

칼슘의 주요 생산국은 중국(연간 약 10000~12000톤), 러시아(연간 약 6000~8000톤), 미국(연간 약 2000~4000톤)이다.캐나다와 프랑스도 마이너 생산국이다.2005년에는 약 24,000톤의 칼슘이 생산되었으며, 전 세계에서 추출된 칼슘의 약 절반이 미국에서 사용되고 있으며,[10] 매년 생산량의 약 80%가 사용되고 있습니다.

러시아와 중국에서는 데이비의 전기분해법이 여전히 사용되고 있지만, 대신 용융 [10]염화칼슘에 적용된다.칼슘은 스트론튬이나 바륨보다 반응성이 낮기 때문에 공기를 발생시키는 산화질화물 코팅은 안정적이며 선반 가공 및 기타 표준 야금 기술이 [38]칼슘에 적합합니다.미국과 캐나다에서는 대신 [10]고온에서 알루미늄과 함께 석회를 환원하여 칼슘을 생산합니다.

지구 화학적 순환

주요 기사: 탄산염-실리케이트 사이클

칼슘 순환은 구조론, 기후, 그리고 탄소 순환 사이의 연결을 제공합니다.가장 간단한 용어로, 산의 융기는 일부 화강암과 같은 칼슘이 함유된 암석을 화학적 풍화에 노출시키고 지표수에 Ca를 방출합니다2+.이 이온들은 용해된2 CO와 반응하여 석회암을
3 형성하고, 이는 다시 해저로 가라앉아 새로운 암석에 통합된다.용해된2 CO는 탄산염 및 중탄산 이온과 함께 "용해 무기 탄소"(DIC)[39]라고 불립니다.

실제 반응은 더 복잡하며 CO가 해수 pH에서 물과 반응할 때 생성되는2 중탄산 이온(HCO−
3)과 관련이 있습니다.

Ca2+
 + 2HCO−
3 → CaCO
3(s) + CO
2
2 + HO

해수 pH에서는 대부분의 CO가2 즉시 HCO로−
3 전환됩니다.이 반응은 해양/대기권에서 [40]암석권으로 CO 분자의2 순수송을 일으킨다.그 결과 화학적 풍화에 의해 방출되는 각각의2+ Ca 이온은 궁극적으로 표면계(대기, 해양, 토양 및 살아있는 유기체)에서 하나의 CO2 분자를 제거하여 수억 년 동안 머물 가능성이 높은 탄산암에 저장한다.암석에서 칼슘이 풍화되면서 해양과 대기의 이산화탄소가 흡수되어2 [39][41]기후에 장기적인 영향을 미칩니다.

사용하다

참고 항목: 칼슘 보충제

금속 칼슘의 가장 큰 용도는 산소와 유황에 대한 화학적 친화력이 강하기 때문에 제강업에 있다.산화물과 황화물은 일단 형성되면 액체 석회 알루민산염과 황화물 함유물이 강철에 떠다니게 됩니다. 처리 과정에서 이러한 함유물은 강철 전체에 분산되어 작고 구형이 되어 주조성, 청결성 및 일반적인 기계적 특성을 개선합니다.칼슘은 또한 일반적인 안티몬 납 합금 대신 0.1% 칼슘 납 합금을 사용하면 수분 손실을 줄이고 자가 [42]방전을 줄일 수 있는 유지보수가 필요 없는 자동차 배터리에도 사용됩니다.

팽창 및 균열의 위험으로 인해 알루미늄이 이러한 합금에 통합되기도 합니다.이러한 납-칼슘 합금은 납-안티모니 [42]합금을 대체하는 주조에도 사용됩니다.또한 칼슘은 베어링에 사용되는 알루미늄 합금을 강화하고, 주철의 흑연 탄소를 제어하며,[38] 납에서 비스무트 불순물을 제거하는 데 사용됩니다.칼슘 금속은 일부 배수 청소기에서 발견되는데, 열과 수산화칼슘을 발생시켜 지방을 비누화하고 배수구를 [43]막는 단백질을 액화시킵니다.

야금 외에 칼슘의 반응성을 이용하여 고순도 아르곤가스에서 질소를 제거하고 산소 및 질소의 게터로서 사용한다.크롬, 지르코늄, 토륨, 우라늄의 생산에도 환원제로 사용된다.또한 수소와 반응하여 고체 수소화칼슘을 형성하기 때문에 수소 가스를 저장하는 데 사용될 수 있으며, 수소로부터 쉽게 다시 [38]추출할 수 있습니다.

미네랄 생성 중 칼슘 동위원소 분화는 칼슘 동위원소를 여러 가지 응용으로 이끌었다.특히 1997년 스쿨란과 드파올로[44](DePaolo)는 칼슘 광물이 광물이 침전되는 용액보다 동위원소적으로 가볍다는 것을 관찰한 것이 의학 및 고생양학에서의 유사한 응용의 기초가 된다.칼슘으로 광물화된 골격을 가진 동물에서 연조직의 칼슘 동위원소 조성은 골격 [45]광물의 상대적 형성 및 용해 속도를 반영한다.

사람의 경우, 소변의 칼슘 동위원소 조성의 변화는 뼈 미네랄 밸런스의 변화와 관련이 있는 것으로 나타났다.뼈 형성 속도가 뼈 재흡수 속도를 초과하면 연조직의 Ca/40Ca 비율이 상승하고 그 반대도 마찬가지입니다.이러한 관계 때문에 소변이나 혈액의 칼슘 동위원소 측정은 골다공증과 [45]같은 대사성 골질환의 조기 발견에 유용할 수 있다.

해수에도 유사한 시스템이 존재하며, 미네랄 침전에 의한 Ca 제거2+ 속도가 새로운 칼슘의 해양 유입을 초과할 경우 Ca/40Ca가 상승하는 경향이 있다.1997년, 스쿨란과 데파올로(DePaolo)는 지질학적 시간에 따른 해수 Ca/40Ca 변화의 첫 번째 증거를 이러한 변화에 대한 이론적 설명과 함께 제시했다.보다 최근의 논문들은 해수2+ Ca 농도가 일정하지 않고, 해양이 칼슘의 투입과 출력에 관해 결코 "안정된 상태"가 아니라는 것을 보여주면서 이러한 관찰을 확인했습니다.해양 칼슘 순환이 탄소 [46][47]순환과 밀접하게 연관되어 있기 때문에 이것은 기후학적으로 중요한 의미를 가진다.

많은 칼슘 화합물들이 음식, 의약품, 그리고 다른 것들 중에서 다른 것들에 사용된다.예를 들어 젖산칼슘, 이인산칼슘 및 인산트리칼슘을 첨가하여 칼슘과 인을 보충한다.마지막은 치약이나 제산제에 연마제로도 사용되고 있습니다.락토비온산칼슘은 의약품의 현탁제로 사용되는 백색 분말이다.소성 시 발효제로 인산칼슘을 사용한다.제지의 표백제로서 아황산칼슘, 살균제로서 규산칼슘을, 고무의 보강제로서 아세트산칼슘을, 림로진의 성분으로서 금속비누 및 합성수지 [42]제조에 이용한다.

칼슘은 세계보건기구의 필수 [48]의약품 목록에 있다.

식품원

칼슘이 풍부한 음식에는 요구르트, 치즈, 정어리, 연어, 콩 제품, 케일, 그리고 강화 아침 [6]시리얼과 같은 유제품이 포함됩니다.

동맥과 신장 결석의 석회화를 포함한 장기적인 부작용에 대한 우려 때문에, 미국 의학 연구소(IOM)와 유럽 식품 안전국(EFSA)은 복합 식사와 보충 칼슘의 허용 상한 섭취량을 설정했다.IOM에서 9~18세의 사람은 하루에 3g/day, 19~50세의 경우 2.5g/day,[49] 51세 이상의 경우 2g/day를 초과할 수 없다.EFSA는 모든 성인의 UL을 2.5g/day로 설정했지만, 어린이와 청소년의 정보는 UL을 [50]결정하기에 충분하지 않다고 결정했다.

생물학적 및 병리학적 역할

주요 기사: 생물학의 칼슘
연령 조정 일일 칼슘 권장량(미국 의약연구소 RDAs)[51]
나이 칼슘(mg/일)
1 ~ 3년 700
4~8년 1000
9~18세 1300
19 ~ 50년 1000
51년 이상 1000
임신 1000
수유 1000
성인의 전 세계 식칼슘 섭취량(mg/일).[52]
400 미만
400 ~ 500
500~600
600~700
700~800
800~900
900~1000
1000을 넘다

기능.

칼슘은 많은 [5][6]양이 필요한 필수 요소이다.Ca 이온은2+ 전해질 역할을 하고 근육, 순환기, 소화기 계통의 건강에 필수적입니다; 뼈의 형성에 필수적입니다; 그리고 혈액 세포의 합성과 기능을 지원합니다.예를 들어, 근육의 수축, 신경 전도, 혈액 응고를 조절합니다.그 결과 세포내 및 세포외 칼슘 농도는 신체에 의해 엄격하게 조절된다.칼슘은 Ca 이온이 많은2+ 유기 화합물, 특히 단백질과 안정적인 배위 복합체를 형성하기 때문에 이러한 역할을 할 수 있다. 칼슘은 또한 광범위한 용해 기능을 가진 화합물을 형성하여 [5]골격을 형성할 수 있다.[53]

바인딩

칼슘 이온은 글루탐산 또는 아스파라긴산 잔기의 카르복실기와 결합하거나, 인산화 세린, 티로신 또는 트레오닌 잔기와 상호작용하거나, γ-카르복실화 아미노산 잔기에 의해 킬레이트됨으로써 단백질에 의해 복합화될 수 있다.소화 효소인 트립신은 첫 번째 방법을 사용하고, 뼈 기질 단백질인 오스테오칼신은 [54]세 번째 방법을 사용합니다.

뼈 기질 단백질인 스테오폰틴과 뼈 시알로프로틴은 첫 번째와 두 번째를 모두 사용한다.칼슘 결합에 의한 효소의 직접적인 활성화는 일반적이며, 다른 일부 효소는 직접 칼슘 결합 효소와 비공유 결합에 의해 활성화된다.칼슘은 또한 세포막의 인지질 층에 결합하여 세포 [54]표면과 관련된 단백질을 고정시킵니다.

용해성

칼슘화합물의 광범위한 용해성의 예로서 인산일칼슘은 물에 매우 용해성이 높고 세포외칼슘의 85%는 2.0mM의 용해성으로 인산디칼슘과 같으며, 유기매트릭스 중 뼈의 히드록시아파타이트는 100μM에서 [54]인산삼칼슘이다.

영양

칼슘은 종합 비타민 식이요법 [5]보충제의 일반적인 구성 요소이지만, 보충제의 칼슘 복합체의 구성은 칼슘의 생물학적 가용성에 영향을 미칠 수 있습니다. 칼슘 구연산염, 사과산염, 젖산염은 생물학적 가용성이 높은 반면 옥살산염은 적다.다른 칼슘 제제로는 탄산칼슘, 구연산칼슘,[5] 글루콘산칼슘 등이 있다.장은 유리 이온으로 섭취된 칼슘의 약 3분의 1을 흡수하고 [5]혈장 칼슘 수치는 신장에 의해 조절된다.

골형성과 혈청 수준의 호르몬 조절

부갑상선 호르몬과 비타민 D는 칼슘 이온의 침적을 허용하고 강화함으로써 뼈의 형성을 촉진하여 골량이나 미네랄 [5]함량에 영향을 주지 않고 빠른 뼈 회전을 가능하게 합니다.혈장 칼슘 수치가 떨어지면 세포 표면 수용체가 활성화되고 부갑상선 호르몬의 분비가 일어난다; 그리고 그것은 표적 신장, 내장, 그리고 뼈 세포로부터 그것을 가져옴으로써 혈장 풀에 칼슘의 진입을 자극하는 것을 진행하며, 부갑상선 호르몬의 뼈 형성 작용은 칼시토닌에 의해 길항된다.혈장 칼슘 수치가 [54]증가하는 ncrease.

혈청 수치 이상

칼슘의 과다 섭취는 고칼슘혈증을 일으킬 수 있다.그러나 칼슘이 장에 의해 다소 비효율적으로 흡수되기 때문에 혈청 칼슘이 높은 것은 칼슘 흡수를 촉진하는 부갑상선호르몬(PTH)의 과다 분비나 비타민D의 과다 섭취가 원인일 가능성이 높다.이 모든 조건들은 과도한 칼슘 염분이 심장, 혈관 또는 신장에 축적되는 결과를 초래한다.증상으로는 거식증, 메스꺼움, 구토, 기억력 감퇴, 혼란, 근육 약화, 소변 증가, 탈수, 그리고 대사성 [54]골질환이 있습니다.

만성 고칼슘혈증은 일반적으로 연조직의 석회화와 그 심각한 결과를 초래한다. 예를 들어 석회화는 혈관벽의 탄력성 상실과 층혈류 장애를 야기할 수 있으며, 이로 인해 플라크 파열과 혈전증으로 이어질 수 있다.반대로, 칼슘이나 비타민 D의 섭취가 불충분하면 저칼슘혈증을 일으킬 수 있으며, 부갑상선 호르몬의 분비 부족이나 세포 내 PTH 수용체 결함으로도 종종 발생한다.증상으로는 신경근 흥분성이 있는데, 이는 잠재적으로 심장 조직의 [54]테타니와 전도성 장애를 일으킨다.

골병

뼈의 발달에는 칼슘이 필요하기 때문에 많은 뼈 질환이 뼈의 분자 구조나 구성에 있어서 유기 기질이나 히드록시아파타이트로 추적될 수 있다.골다공증은 단위 부피당 뼈의 미네랄 함량이 감소하는 것으로 칼슘, 비타민D, [5][6]비스포네이트를 보충함으로써 치료할 수 있다.칼슘, 비타민 D, 인산염의 양이 부족하면 [54]골연화증이라고 불리는 뼈가 연해질 수 있습니다.

안전.

금속 칼슘

칼슘
위험 요소
GHS [55]라벨링:
GHS02: Flammable
위험.
H261
P231+P232
NFPA 704(파이어 다이아몬드)
0
3
1

칼슘은 물이나 산과 발열 반응하기 때문에 칼슘 금속이 신체 수분과 접촉하면 심한 부식성 [56]자극이 발생합니다.칼슘 금속은 삼켰을 때 입, 식도, 위에 같은 영향을 미쳐 [43]치명적일 수 있습니다.그러나 장기 피폭은 뚜렷한 부작용을 [56]가지고 있는 것으로 알려져 있지 않다.

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