Калций (Ca) — химичен елемент, свойства и значение за здравето
Калций (Ca) — ключов химичен елемент: свойства, изотопи и ролята му за здрави кости, нервна и мускулна функция. Научете защо е незаменим.
Калцият е химичен елемент. Символът му в периодичната таблица (списък на всички елементи) е Ca. Атомният му номер е 20. (Атомният номер показва къде се намира калцият в периодичната таблица.) Той има 20 протона и 20 електрона (ако е атом, вижте йон). Най-често срещаните изотопи са Са-40 и Са-44. Масовото му число е около 40,08. Калцият е много важен за човешкия организъм, за изграждането на костите и за други цели.
Физични и химични свойства
Калцият е метал от групата на алкалоземните метали (група 2 в периодичната таблица). Атомната му електронна конфигурация е [Ar] 4s2, а най-честата степен на окисление е +2 (Ca2+). В метално състояние е сребристобял, мека структура в сравнение с преходните метали и има плътност около 1,55 g/cm3. Точки на топене и кипене са приблизително 839 °C и 1484 °C.
Калцият реагира с кислорода, водата и много неметали и киселини. На въздух образува тънък оксиден слой, а при нагряване се окислява по-бързо (образува CaO). При взаимодействие с вода образува хидроксид (Ca(OH)2) и отделя водород при по-високи температури/повърхностни реакции.
Поява в природата и съединения
- В природата калцият не се среща свободен като метал, а е основна част от множество минерали: карбонати (калцит и арагонит — CaCO3), гипс (CaSO4·2H2O), апатит (фосфатите в скелетите и зъбите) и други.
- Важни съединения: калциев карбонат (CaCO3), калциев оксид (CaO — вар), калциев хидроксид (Ca(OH)2 — гасена вар), калциев хлорид (CaCl2), калциев сулфат (CaSO4), и множество фосфати и органични соли.
Биологично значение
Калцият е жизненоважен за хората и повечето организми. Основните роли включват:
- Структурна функция — основен компонент на костите и зъбите под формата на хидроксиапатит (Ca10(PO4)6(OH)2), който дава здравина и структура.
- Клетъчна сигнализация — йонът Ca2+ е важен втори посредник в много клетъчни процеси: предаване на сигнали в нервната система, освобождаване на невротрансмитери, регулация на ензими и гени.
- Мускулна контракция и сърдечна функция — калцият регулира свиването на мускулните влакна, включително сърдечния мускул.
- Коагулация на кръвта — участва в някои стъпки на кръвосъсирването.
Източници на храна и препоръчителен прием
Основни хранителни източници: мляко и млечни продукти (сирене, кисело мляко), листни зелени зеленчуци (броколи, кейл, спанак — при спанака частично се ограничава усвояването заради оксалатите), риба с консервирани меки кости (сардини), тофу (зависимo от втвърдителя), ядки и семена (бадеми, сусам), обогатени напитки и храни (напр. обогатено мляко).
Препоръчителният дневен прием зависи от възрастта и състоянието:
- възрастни: около 1000 mg/ден;
- хора над 50–65 години: 1200 mg/ден (за предотвратяване на загуба на костна маса);
- деца и юноши: нуждите варират (примерно 700–1300 mg/ден според възрастта);
- бременни и кърмещи: нуждите понякога се увеличават.
Усвояването на калция се подпомага от витамин D; високи количества фосфор или някои вещества като оксалати и фитат могат да намалят абсорбцията.
Недостиг и излишък
Недостигът на калций (хипокалциемията, при ниско серумно ниво на йонния калций) може да причини мускулни спазми, изтръпване, проблеми със сърцето и в дългосрочен план загуба на костна маса и остеопороза. Чести причини за недостиг са недостатъчен прием, недостатък на витамин D или нарушения в хормоналната регулация (паращитовидни жлези).
Прекомерният прием на калций, особено от добавки, може да доведе до хиперкалциемия — симптоми са гадене, повръщане, жажда, честото уриниране, камъни в бъбреците и при хронично високи нива — калцификация на меки тъкани и сърдечни проблеми.
Приложения и промишлено значение
- Калциевите съединения са основа на строителни материали: вар (CaO) и цимент (частично от CaCO3).
- Калциев карбонат се използва като пълнител в хартията, пластмасите и в производството на стъкло.
- Калциев хлорид е използван като размразител и в промишлени процеси за контрол на влажността.
- Металният калций се използва за производство на сплави и като редуктор в някои химически реакции.
Промишлено производство на метален калций обикновено се прави чрез електролиза на стопени калциеви соли (напр. CaCl2), а за получаване на вар и гипс се използват естествените минерали и термични обработки.
Как се измерва калцият в организма
В клиничната практика се измерва общият серумен калций и йонизираният (свободният) калций. Нормалните стойности за общ серумен калций са приблизително 2,2–2,6 mmol/L (8,8–10,4 mg/dL); за йонизиран калций референтните стойности са по-ниски и зависят от метода и условията на измерване.
Кратки практически съвети
- За здрави кости осигурете адекватен прием на калций и витамин D, комбинирайте с физическа активност с натоварване.
- Ако приемате калциеви добавки, обсъдете дозата с лекар — излишъкът също носи рискове.
- Хора с бъбречни заболявания или метаболитни проблеми трябва да следят нивата на калция под медицински контрол.
Калцият е многофункционален елемент — от строителния материал на живота (костите и зъбите) до широко използван химичен ресурс в промишлеността. Правилният баланс на калция в организма е важен за общото здраве и функционалността на множество системи.
Много чист калциев метал, некорозирал
Калциев метал във въздуха, корозирал
Свойства
Физични свойства
Калцият е мек бяло-сив метал. Той е твърдо тяло и е непрозрачен. Той е алкалноземен метал. Температурата му на топене е по-висока от тази на повечето други реактивни метали. Той е малко по-твърд от оловото. Има два алотропа. Не провежда електричество толкова добре, колкото медта, но е много по-лек по тегло.
Химични свойства
При реакцията му с вода се получават водород и калциев хидроксид. Реагира с вода много бързо, когато е на прах. Когато е на парчета, започва да реагира бавно, защото калциевият хидроксид прави покритие, което не се разтваря върху калция. Ако към калциевия хидроксид се добави малко киселина, тя я разтваря и калцият реагира много бързо. Когато се стрива на прах, той гори и образува червеникав пламък. Така се получава калциев оксид. При нагряване от него се получава и калциев нитрид. Той може да реагира с халогени, за да се получат калциеви халогениди, като калциев хлорид с хлор.
Калциеви съединения
Калцият образува химични съединения в състояние на окисление +2. Калциевите съединения са безцветни. Повечето калциеви съединения не са токсични. Всъщност те са необходими на човешкия организъм. Те не са реактивни, що се отнася до калциевите йони. Калциевият оксид се използва за направата на лимецови лампи, при които пламък нагрява калциевия оксид и го кара да свети много ярко.
- Калциев бромат
- Калциев карбонат
- Калциев хлорид
- Калциев хидроксид
- Калциев нитрат
- Калциев нитрид
- Калциев оксид
- Калциев перманганат
- Калциев фосфат
- Дикалциев фосфат
- Монокалциев фосфат
· 
Калциев хидроксид
· 
Калциев хлорид
· 
Калциев сулфат, хидратиран (с вода)
· 
Калциев нитрат
Изотопи
Калцият има 6 естествено срещащи се изотопа (40 Ca,42 Ca,43 Ca,44 Ca,46 Ca и48 Ca), от които48 Ca е много слабо радиоактивен с период на полуразпад около 6,4×1019 години. Следите от41 Ca,45 Ca и47 Ca се получават от космически лъчи, които удрят атоми, и се наричат космогенни нуклиди. 41Са се получава от неутронната активация на40 Са в горните слоеве на земната кора и има период на полуразпад 102 000 години. Тъй като се разпада до калий-41, той е важен индикатор за аномалии в Слънчевата система.
Калций-40 е най-разпространеният изотоп (96 % от всичкия естествен калций), тъй като идва от радиогенен40 K, който има период на полуразпад от 1,25 милиарда години. Въпреки това, заедно с калций-46, той е теоретично нестабилен, но с толкова дълъг период на полуразпад, че никога не е наблюдаван да се разпада.
Случайност
В земята
Калцият не се среща като метал в земята, тъй като е твърде реактивен. Калциевият карбонат, известен също като калцит, е най-разпространеният калциев минерал.
Калций в клетките
Важно е да знаете как работят клетките. Много клетки имат калциеви канали на повърхността си. Това са отвори, през които калциевите йони могат да навлязат в клетката. На клетката се казва да действа и тя отваря каналите. Веднъж попаднали в клетката, калциевите йони активират много протеини, за да извършат определени действия. Например, когато попадне в мускулните клетки, той ги кара да се свиват (скъсяват, така че мускулът да се издърпа.) Когато попадне в нервните клетки, той задейства електрически импулси, които изпращат съобщения. Когато попадне в белите кръвни клетки, ги кара да се борят с микробите.
Калциевите йони са важни за клетките, но твърде много калциеви йони могат да бъдат вредни. Ако една клетка получи повече калциеви йони, отколкото се нуждае, тя може да умре. Ето защо количеството на калциевите йони в клетките е силно регулирано. И обратното - недостатъчното количество калциеви йони е вредно. Клетките трябва да имат точното количество, за да функционират правилно.
Понякога клетките са нездравословни и трябва да умрат, за да може тялото да ги замени с нови, здрави клетки. Така целият организъм остава здрав. Клетките знаят кога трябва да умрат и могат да предизвикат реакции за прекратяване на жизнения си цикъл по много начини. Когато това се случи, то се нарича апоптоза, известна още като "програмирана клетъчна смърт" (планирана клетъчна смърт). Един от начините, по които клетките осъществяват апоптоза, е като приемат токсични нива на калциеви йони.
Калцият е много важен за човешкия организъм.
Съхранение на калций
Костите съдържат по-голямата част от калциевия йон в човешкото тяло. Ако се нуждаем от повече калций за кръвта, мускулите или други тъкани, той идва от костите. Ако имаме излишен калций, той отива в костите.
Калцият като елемент не се намира в човешкото тяло, а само калциеви йони под формата на химични съединения.
Регулиране на калция
Организмите трябва да контролират много добре нивата на калциевите йони. Високите нива на калций са лоши, а ниските - лоши.
Тялото контролира това чрез промяна на
- колко калций получаваме от храната, която консумираме.
- колко калций губим с урината
- колко калций се влага в костите
Контролът на калция в организма се нарича калциев метаболизъм. Твърде малкото количество калций може да причини остеопороза.
Тялото контролира нивата на калций с помощта на много хормони. Калцитонинът, паратиреоидният хормон (съкратено PTH) и витамин D са най-важните хормони в калциевия метаболизъм. (Витамин D действа като хормон, но се нарича витамин.)
Калцит
Подготовка
Калциевият метал се получава чрез електролиза на разтопен калциев хлорид. За да се разтопи, той трябва да е много горещ. Калциевият метал е течен.
Използва
Като елемент
Калцият се използва за редуциране на други метали. Той може да се използва и за създаване на сплави с други метали.
Като химични съединения
Калциевите съединения са важни и в химията. Той е важен за производството на неща. Той е част от цимента, който е необходим за производството на бетон (твърдо вещество, от което са направени много сгради).
Калцият е част от калциевия оксид. Калциевият оксид се използва за производство на хартия, керамика, храни и за пречистване на водата (за да бъде тя годна за пиене). Калциевият карбонат се използва като калциева добавка. Калциевият перманганат може да се използва като ракетно гориво.
Бетон, използван за изграждане на сграда
Безопасност
Калцият е токсичен като елемент. Той реагира с вода и образува силна основа - калциев хидроксид. Калциевите съединения не са токсични, освен ако анионът не е токсичен. Калциевият перманганат е токсичен само заради перманганата, а не заради калция. Подобно на другите алкалоземни метали калцият гори лесно и ярко.
Свързани страници
- Калциеви съединения
Въпроси и отговори
В: Какъв е символът на калция в периодичната таблица?
О: Символът на калция в периодичната таблица е Ca.
В: Какъв е атомният номер на калция?
О: Атомният номер на калция е 20.
В: Кои са някои от най-често срещаните изотопи на калция?
О: Някои често срещани изотопи на калция са Ca-40 и Ca-44.
В: Какво е масовото число на калция?
О: Масовото число на калция е около 40,08.
В: Как калцият помага на човешкото тяло?
О: В човешкото тяло калцият помага за изграждането на костите и служи и за други цели.
В: Калцият атом или йон е?
О: Ако е атом, тогава калцият има 20 протона и 20 електрона.
обискирам