แคลเซียม  ₂₀ Ca

แคลเซียม
รูปร่าง	สีเทาด้าน สีเงิน มีสีเหลืองอ่อน[ 1 ]
น้ำหนักอะตอมมาตรฐานA r °(Ca)
	40.078 ± 0.004 [ 2 ] 40.078 ± 0.004  ( ย่อ ) [ 3 ]
แคลเซียมในตารางธาตุ
ไฮโดรเจน ฮีเลียม ลิเธียม เบริลเลียม โบรอน คาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน ฟลูออรีน นีออน โซเดียม แมกนีเซียม อะลูมิเนียม ซิลิคอน ฟอสฟอรัส กำมะถัน คลอรีน อาร์กอน โพแทสเซียม แคลเซียม สแกนเดียม ไทเทเนียม วาเนเดียม โครเมียม แมงกานีส เหล็ก โคบอลต์ นิกเกิล ทองแดง สังกะสี แกลเลียม เจอร์เมเนียม สารหนู ซีลีเนียม โบรมีน คริปทอน รูบิเดียม สตรอนเทียม อิตเทรียม เซอร์โคเนียม ไนโอเบียม โมลิบเดนัม เทคนีเทียม รูทีเนียม โรเดียม แพลเลเดียม เงิน แคดเมียม อินเดียม ดีบุก พลวง เทลลูเรียม ไอโอดีน ซีนอน ซีเซียม แบเรียม แลนทานัม ซีเรียม พราเซโอดีเมียม นีโอไดเมียม โพรมีเทียม ซาแมเรียม ยูโรเปียม แกโดลิเนียม เทอร์เบียม ดิสโพรเซียม โฮลเมียม เออร์เบียม ทูเลียม อิตเทอร์เบียม ลูทีเซียม แฮฟเนียม แทนทาลัม ทังสเตน รีเนียม ออสเมียม อิริเดียม แพลทินัม ทอง ปรอท (ธาตุ) แทลเลียม ตะกั่ว บิสมัท พอโลเนียม แอสทาทีน เรดอน แฟรนเซียม เรเดียม แอกทิเนียม ธอร์เรียม โปรแทคติเนียม ยูเรเนียม เนปทูเนียม พลูโตเนียม อเมริเซียม คูเรียม เบอร์คีเลียม แคลิฟอร์เนียม ไอน์สไตเนียม เฟอร์เมียม เมนเดเลเวียม โนเบลียม ลอว์เรนเซียม รัทเทอร์ฟอร์เดียม ดับเนียม ซีบอร์เจียม โบห์เรียม ฮัสเซียม ไมท์เนเรียม ดาร์มสตัดเทียม รังสีเอกซ์ โคเปอร์นิเซียม นิโฮเนียม เฟลโรเวียม มอสโกเวียม ลิเวอร์โมเรียม เทนเนสซีน โอกาเนสสัน Mg ↑ Ca ↓ Sr โพแทสเซียม ← แคลเซียม → สแกนเดียม
เลขอะตอม( Z )	20
กลุ่ม	หมู่ 2 (โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ)
ระยะเวลา	คาบเรียนที่ 4
ปิดกั้น	บล็อกเอส
การจัดเรียงอิเล็กตรอน	[ Ar ] 4s 2
อิเล็กตรอนต่อเปลือก	2, 8, 8, 2
คุณสมบัติทางกายภาพ
เฟสที่  STP	แข็ง
จุดหลอมเหลว	1115  K (842 °C, 1548 °F)
จุดเดือด	1757 เคลวิน (1484 องศาเซลเซียส, 2703 องศาฟาเรนไฮต์)
ความหนาแน่น(ที่อุณหภูมิ 20°C)	1.526 กรัม/ซม. 3 [ 4 ]
เมื่อเป็นของเหลว (ที่  อุณหภูมิหลอมเหลว )	1.378 กรัม/ซม³
ความร้อนของการหลอมเหลว	8.54  กิโลจูล/โมล
ความร้อนของการระเหย	154.7 กิโลจูล/โมล
ความจุความร้อนโมลาร์	25.929 จูล/(โมล·เคลวิน)
ความจุความร้อนจำเพาะ	646.963 จูล/(กก.·เคลวิน)
ความดันไอ พี  (ปาสคาล) 1 10 100 1 กก. 10k 100 กก. ที่  T  (K) 864 956 1071 1227 1443 1755
คุณสมบัติของอะตอม
สถานะออกซิเดชัน	ทั่วไป: +2 +1 [ 5 ]
ค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี	ระดับคะแนนของพอลลิง: 1.00
พลังงานไอออนไนเซชัน	อันดับ 1: 589.8 กิโลจูล/โมล อันดับที่ 2: 1145.4 กิโลจูล/โมล อันดับ 3: 4912.4 กิโลจูล/โมล ( มากกว่า )
รัศมีอะตอม	เชิงประจักษ์: 197  น.
รัศมีโควาเลนต์	176±10 น.
รัศมีแวนเดอร์วาลส์	14:31 น.
เส้นสเปกตรัมของแคลเซียม
คุณสมบัติอื่นๆ
ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ	ดั้งเดิม
โครงสร้างผลึก	โครงสร้างลูกบาศก์แบบศูนย์กลาง หน้า(fcc) ( cF4 )
ค่าคงที่แลตติส	a  = 558.8 pm (ที่ 20 °C) [ 4 ]
การขยายตัวทางความร้อน	22.27 × 10 −6 /K (ที่ 20 °C) [ 4 ]
การนำความร้อน	201 วัตต์/(เมตร⋅เคลวิน)
ความต้านทานไฟฟ้า	33.6 นาโนโอห์ม⋅เมตร (ที่ 20 องศาเซลเซียส)
การจัดเรียงแม่เหล็ก	ไดอะแมกเนติก
ความไวต่อสนามแม่เหล็กโมลาร์	+40.0 × 10 −6  cm 3 /mol [ 6 ]
โมดูลัสของยัง	20 จีพีเอ
โมดูลัสเฉือน	7.4 จีพีเอ
โมดูลัสปริมาตร	17 จีพีเอ
ความเร็วเสียงแท่งบาง	3810 เมตร/วินาที (ที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส)
อัตราส่วนปัวซอง	0.31
ความแข็งโมห์ส	1.75
ความแข็งบริเนลล์	170–416 เมกะปาสคาล
หมายเลข CAS	7440-70-2
ประวัติศาสตร์
การตั้งชื่อ	มาจากคำภาษาละตินที่แปลว่าปูนขาวคือcalx
การค้นพบและการแยกครั้งแรก	ฮัมฟรี เดวี (1808)
ไอโซโทปของแคลเซียม วี อี
ไอโซโทปหลัก[ 7 ] การผุพัง ไอโซโทป ความอุดมสมบูรณ์ ครึ่งชีวิต( t 1/2 ) โหมด ผลิตภัณฑ์ 40 Ca 96.9% มั่นคง 41 Ca ติดตาม 9.94 × 10⁴ ปี ​ ε 41กก. 42 Ca 0.647% มั่นคง 43 Ca 0.135% มั่นคง 44 Ca 2.09% มั่นคง 45 Ca ซินธ์ 162.61 วัน เบต้า− 45ส.ค. 46 Ca 0.004% มั่นคง 47 Ca ซินธ์ 4.536 วัน เบต้า− 47ส.ค. 48 Ca 0.187% 5.6 × 10 19  ปี β − β − 48ไท

แคลเซียมเป็นธาตุเคมีมีสัญลักษณ์Caและเลขอะตอม 20 เป็นโลหะอัลคาไลน์เอิร์ ธ แคลเซียมเป็นโลหะที่ทำปฏิกิริยาได้ดีและจะเกิดชั้นออกไซด์-ไนไตรด์สีเข้มเมื่อสัมผัสกับอากาศ คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของแคลเซียมคล้ายคลึงกับธาตุในกลุ่มเดียวกันที่มีน้ำหนักมากกว่าอย่างสตรอนเทียมและแบเรียมมากที่สุด แคลเซียมเป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับห้าในเปลือกโลก และเป็นโลหะที่มีมากเป็นอันดับสาม รองจากเหล็กและอะลูมิเนียมสารประกอบแคลเซียมที่พบมากที่สุดบนโลกคือแคลเซียมคาร์บอเนตซึ่งพบในหินปูนและซากดึกดำบรรพ์ของสิ่งมีชีวิตในทะเลยุคแรกยิปซัมแอนไฮไดรต์ฟลูออไรต์และอะพาไทต์ก็เป็นแหล่งของแคลเซียมเช่นกัน ชื่อนี้มาจากคำภาษาละตินว่าcalx (หมายถึง " ปูนขาว ") ซึ่งได้มาจากการให้ความร้อนแก่หินปูน

สารประกอบแคลเซียมบางชนิดเป็นที่รู้จักมาตั้งแต่สมัยโบราณ แม้ว่าเคมีของสารประกอบเหล่านั้นจะยังไม่เป็นที่รู้จักจนกระทั่งศตวรรษที่สิบเจ็ด แคลเซียมบริสุทธิ์ถูกแยกได้ในปี 1808 โดยวิธีการอิเล็กโทรไลซิสของออกไซด์ของแคลเซียมโดยฮัมฟรีย์ เดวีผู้ซึ่งตั้งชื่อธาตุนี้ สารประกอบแคลเซียมถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย เช่น ในอาหารและยาเพื่อเสริมแคลเซียมในอุตสาหกรรมกระดาษเป็นสารฟอกขาว เป็นส่วนประกอบในซีเมนต์และฉนวนไฟฟ้า และในการผลิตสบู่ ในทางกลับกัน โลหะในรูปบริสุทธิ์มีประโยชน์น้อยเนื่องจากมีปฏิกิริยาสูง แต่ในปริมาณเล็กน้อยมักใช้เป็นส่วนประกอบในการผสมโลหะในกระบวนการผลิตเหล็ก และบางครั้งก็ใช้เป็นโลหะผสมแคลเซียม-ตะกั่วในการผลิตแบตเตอรี่รถยนต์

แคลเซียมเป็นโลหะที่มีมากที่สุดและเป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับห้าในร่างกายมนุษย์^{[ 8 ]}ในฐานะอิเล็กโทรไลต์ ไอออนแคลเซียม (Ca ²⁺ ) มีบทบาทสำคัญใน กระบวนการ ทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของสิ่งมีชีวิตและเซลล์ ได้แก่ ใน เส้นทาง การส่งสัญญาณซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวส่งสารตัวที่สองใน การปล่อย สารสื่อประสาทจากเซลล์ประสาท ในการหดตัวของ เซลล์กล้ามเนื้อทุกประเภท ในฐานะโคแฟคเตอร์ในเอนไซม์ หลายชนิด และในการปฏิสนธิ^{[ 8 ]}ไอออนแคลเซียมภายนอกเซลล์มีความสำคัญต่อการรักษาความต่างศักย์ข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ที่ไวต่อการกระตุ้นการ สังเคราะห์ โปรตีนและการสร้างกระดูก^{[ 8 ] [ 9 ]}

แคลเซียมเป็นโลหะสีเงินที่อ่อนตัวมาก (บางครั้งเรียกว่าสีเหลืองอ่อน) ซึ่งมีคุณสมบัติคล้ายคลึงกับธาตุหนักในหมู่เดียวกัน ได้แก่สตรอนเทียมแบเรียมและเรเดียมอะตอมของแคลเซียมมีอิเล็กตรอน 20 ตัว โดยมีโครงสร้างอิเล็กตรอนเป็น [Ar]4s² ^เช่นเดียวกับธาตุอื่นๆ ในหมู่ 2 ของตารางธาตุ แคลเซียมมีอิเล็กตรอนวาเลนซ์ 2 ตัว ในวงโคจร s ชั้นนอกสุด ซึ่งสูญเสียได้ง่ายมากในปฏิกิริยาเคมีเพื่อสร้างไอออนบวกที่มีโครงสร้างอิเล็กตรอนที่เสถียรของก๊าซเฉื่อยในกรณีนี้คืออาร์กอน^{[ 10 ]}

ดังนั้น แคลเซียมจึงมักอยู่ในรูปวาเลนต์ 2 ในสารประกอบของมัน ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็น ไอ ออนิก เกลือแคลเซียมแบบวาเลนต์ 1 ตามสมมติฐานจะมีเสถียรภาพเมื่อเทียบกับธาตุต่างๆ แต่จะไม่มีเสถียรภาพ ต่อการเกิดปฏิกิริยาไม่สมดุล กับเกลือแบบวาเลนต์ 2 และโลหะแคลเซียม เนื่องจากเอนทาลปีของการเกิด MX ₂สูงกว่าเอนทาลปีของ MX ตามสมมติฐานมาก ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากพลังงานแลตติซ ที่มากกว่ามากที่เกิดจากแคตไอออน Ca ²⁺ที่มีประจุสูงกว่าเมื่อเทียบกับแคตไอออน Ca ^{+ ตามสมมติฐาน [ 10 ]}

แคลเซียมสตรอนเทียมแบเรียมและเรเดียมมักถูกจัดเป็นโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ เสมอ เบริลเลียมและแมกนีเซียมซึ่งเบากว่าและอยู่ในหมู่ที่ 2 ของตารางธาตุ ก็มักถูกรวมอยู่ด้วยเช่นกัน อย่างไรก็ตาม เบริลเลียมและแมกนีเซียมมีความแตกต่างอย่างมากจากสมาชิกอื่นๆ ในกลุ่มเดียวกันในด้านพฤติกรรมทางกายภาพและเคมี พวกมันมีพฤติกรรมคล้ายกับอะลูมิเนียมและ สังกะสี ตามลำดับ และมีคุณสมบัติความเป็นโลหะที่อ่อนกว่าของโลหะหลังทรานซิ ชัน ซึ่งเป็นเหตุผลที่คำจำกัดความดั้งเดิมของคำว่า "โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ" ไม่รวมพวกมันไว้ด้วย^{[ 11 ]}

โลหะแคลเซียมหลอมเหลวที่ 842 °C และเดือดที่ 1494 °C ซึ่งค่าเหล่านี้สูงกว่าค่าของแมกนีเซียมและสตรอนเทียม ซึ่งเป็นโลหะกลุ่ม 2 ที่อยู่ใกล้เคียงกัน แคลเซียมตกผลึกใน โครงสร้าง ลูกบาศก์แบบศูนย์กลางหน้าเช่นเดียวกับสตรอนเทียมและแบเรียม ที่อุณหภูมิสูงกว่า 443 °C (716 K) จะเปลี่ยนเป็นโครงสร้างลูกบาศก์แบบศูนย์กลางตัว^{[ 4 ] [ 12 ]}ความหนาแน่นของแคลเซียมอยู่ที่ 1.526 g/cm³ ⁽ที่ 20 °C) ^{[ 4 ]}ซึ่งต่ำที่สุดในกลุ่ม^{[ 10 ]}

แคลเซียมแข็งกว่าตะกั่วแต่สามารถตัดได้ด้วยมีดหากใช้แรงมาก ในขณะที่แคลเซียมเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ด้อยกว่าทองแดงหรืออะลูมิเนียมเมื่อเทียบตามปริมาตร แต่เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีกว่าเมื่อเทียบตามมวลเนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำมาก^{[ 13 ]}แม้ว่าแคลเซียมจะไม่เหมาะสมที่จะใช้เป็นตัวนำไฟฟ้าสำหรับการใช้งานบนโลกส่วนใหญ่ เนื่องจากมันทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในบรรยากาศอย่างรวดเร็ว แต่ก็มีการพิจารณาการใช้งานในอวกาศ^{[ 13 ]}

คุณสมบัติทางเคมีของแคลเซียมเป็นแบบโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธหนักทั่วไป ตัวอย่างเช่น แคลเซียมทำปฏิกิริยากับน้ำได้เร็วกว่าแมกนีเซียมแต่ช้ากว่าสตรอนเทียม ทำให้เกิดแคลเซียมไฮดรอกไซด์และก๊าซไฮโดรเจน นอกจากนี้ยังทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและไนโตรเจนในอากาศเพื่อสร้างส่วนผสมของแคลเซียมออกไซด์และแคลเซียมไนไตรด์ [ ^{14 ] เมื่อ}ถูกบดละเอียด แคลเซียมจะลุกไหม้ในอากาศเองโดยธรรมชาติเพื่อสร้างไนไตรด์ แคลเซียมในรูปของแข็งมีปฏิกิริยาน้อยกว่า: มันจะสร้างชั้นเคลือบไฮเดรชั่นอย่างรวดเร็วในอากาศชื้น แต่หากความชื้นสัมพัทธ์ ต่ำกว่า 30% ก็สามารถเก็บไว้ได้นานโดยไม่มีกำหนดที่อุณหภูมิห้อง^{[ 15 ]}

นอกจากแคลเซียมออกไซด์ธรรมดา CaO แล้วแคลเซียมเปอร์ออกไซด์ CaO2 _ยังสามารถผลิตได้โดยการออกซิเดชันโดยตรงของโลหะแคลเซียมภายใต้ความดันออกซิเจนสูง และมีหลักฐานบางอย่างเกี่ยวกับซูเปอร์ออกไซด์ สีเหลือง Ca(O2 ₎ 2 _[ ^{16 ]}แคลเซียมไฮดรอกไซด์ Ca(OH) ₂เป็นเบสที่แรง แม้ว่าจะไม่แรงเท่าไฮดรอกไซด์ของสตรอนเทียม แบเรียม หรือโลหะอัลคาไล^{[ 17 ]}ไดเฮไลด์ทั้งสี่ของแคลเซียมเป็นที่รู้จัก^{[ 18 ]}แคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3 ₎และแคลเซียมซัลเฟต (CaSO4 ₎เป็นแร่ธาตุที่มีอยู่มากมายเป็นพิเศษ^{[ 19 ]}เช่นเดียวกับสตรอนเทียมและแบเรียม รวมถึงโลหะอัลคาไลและแลนทานัมสองวา^เลนต์ยูโรเปียมและอิตเตอร์เบียม โลหะแคลเซียมละลายโดยตรงในแอมโมเนีย เหลว เพื่อให้ได้สารละลายสีน้ำเงินเข้ม^{[ 20 ]}

เนื่องจากไอออนแคลเซียม (Ca ^{2+ ) มีขนาดใหญ่ จึง}มักมีเลขโคออร์ดิเนชันสูง สูงถึง 24 ในสารประกอบโลหะระหว่างกัน บางชนิด เช่น CaZn ₁₃ [ ^{21 ]}แคลเซียมสามารถเกิดสารเชิงซ้อนได้ง่ายด้วยคีเลต ออกซิเจน เช่นEDTAและโพลีฟอสเฟตซึ่งมีประโยชน์ในเคมีวิเคราะห์และการกำจัดไอออนแคลเซียมออกจากน้ำกระด้างในกรณีที่ไม่มีสิ่งกีดขวางทางสเตอริก ไอออนบวกกลุ่ม 2 ที่มีขนาดเล็กกว่ามักจะสร้างสารเชิงซ้อนที่แข็งแรงกว่า แต่เมื่อมี มาโครไซเคิลโพลีเดนเทตขนาดใหญ่เข้ามาเกี่ยวข้อง แนวโน้มจะกลับกัน^{[ 19 ]}

ตรงกันข้ามกับสารประกอบออร์กาโนแมกนีเซียม_{สารประกอบ}ออร์กาโนแคลเซียมไม่มีประโยชน์ในลักษณะเดียวกัน ยกเว้นเพียงกรณีเดียวที่สำคัญ คือแคลเซียมคาร์ไบด์ CaC2 วัสดุนี้ซึ่งมีความสำคัญทางประวัติศาสตร์นั้นเตรียมได้จากการให้ความร้อนแคลเซียมออกไซด์กับคาร์บอน ตามการ วิเคราะห์ด้วย รังสีเอกซ์แคลเซียมคาร์ไบด์สามารถอธิบายได้ว่าเป็นอนุพันธ์ Ca2 ⁺ของอะเซทิลีน C22- _{แม้ว่า จะไม่ใช่เกลือ} ^{ก็ตาม}มีการผลิตแคลเซียมคาร์ไบด์หลายล้านตันต่อปี การไฮโดรไลซิสให้อะเซทิลีนซึ่งใช้ในการเชื่อมและเป็นสารตั้งต้นทางเคมี ปฏิกิริยากับก๊าซไนโตรเจนจะเปลี่ยนแคลเซียมคาร์ไบด์เป็นแคลเซียมไซยานาไมด์^{[ 22 ]}

ธีมที่โดดเด่นในเคมีออร์แกโนแคลเซียมระดับโมเลกุลคือรัศมีขนาดใหญ่ของแคลเซียม ซึ่งมักนำไปสู่เลขการประสานงาน ที่สูง ตัวอย่างเช่น ไดเมทิลแคลเซียมดูเหมือนจะเป็นพอลิเมอร์ 3 มิติ^{[ 23 ]}ในขณะที่ไดเมทิลแมกนีเซียมเป็นพอลิเมอร์เชิงเส้นที่มีศูนย์กลาง Mg แบบเตตระเฮดรัล ลิ แกนด์ขนาดใหญ่มักจำเป็นเพื่อไม่ให้เกิดสปีชีส์พอลิเมอร์ ตัวอย่างเช่น แคลเซียมไดไซโคลเพนตาไดอีนิล Ca (C ₅ H ₅ ) ₂มีโครงสร้างพอลิเมอร์ ดังนั้นจึงไม่ระเหยและไม่ละลายในตัวทำละลาย การแทนที่ ลิแกนด์ C ₅ H ₅ด้วยC ₅ (CH ₃ ) ₅ ( เพนทาเมทิลไซโคลเพนตาไดอีนิล ) ที่มีขนาดใหญ่กว่าจะให้สารเชิงซ้อนที่ละลายได้ซึ่งระเหิดและสร้างแอดดักต์ที่กำหนดไว้อย่างดีกับอีเทอร์^{[ 19 ]}สารประกอบออร์กาโนแคลเซียมมีแนวโน้มที่จะคล้ายกับสารประกอบออร์กาโนยเทอร์เบียม มากกว่า เนื่องจากรัศมีไอออนิก ที่คล้ายคลึงกัน ของ Yb ²⁺ (102 pm) และ Ca ²⁺ (100 pm) ^{[ 24 ]}

สารประกอบออร์กาโนแคลเซียมได้รับการศึกษาอย่างละเอียดแล้ว สารประกอบเชิงซ้อนบางชนิดแสดงคุณสมบัติเร่งปฏิกิริยา^{[ 25 ]} แม้ว่าจะยังไม่มีการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ก็ตาม

แคลเซียมธรรมชาติเป็นส่วนผสมของไอโซโทป เสถียร 5 ชนิด ได้แก่⁴⁰ Ca, ⁴² Ca, ⁴³ Ca, ⁴⁴ Ca และ⁴⁶ Ca และ⁴⁸ Caซึ่งมีครึ่งชีวิตยาวนานถึง 4.3 × 10 ¹⁹  ปี จนสามารถถือได้ว่าเสถียรในทางปฏิบัติ แคลเซียมเป็นธาตุแรก (เบาที่สุด) ที่มีไอโซโทปเกิดขึ้นตามธรรมชาติ 6 ชนิด^{[ 14 ]}

ไอโซโทปที่พบได้บ่อยที่สุดคือ⁴⁰ Ca ซึ่งคิดเป็น 96.941% ของแคลเซียมธรรมชาติ มันถูกผลิตขึ้นในกระบวนการเผาไหม้ซิลิคอนจากการหลอมรวมของอนุภาคอัลฟาและเป็นนิวไคลด์เสถียรที่หนักที่สุดที่มีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนเท่ากัน การเกิดขึ้นของมันยังได้รับการเสริมอย่างช้าๆ ด้วยการสลายตัวของ⁴⁰ K ดั้งเดิม การเพิ่มอนุภาคอัลฟาอีกหนึ่งอนุภาคจะนำไปสู่^​​44 Ti ที่ไม่เสถียร ซึ่งสลายตัวผ่านการจับอิเล็กตรอน สองครั้งติดต่อกันไปเป็น ⁴⁴ Ca ที่เสถียรซึ่งคิดเป็น 2.806% ของแคลเซียมธรรมชาติและเป็นไอโซโทปที่พบได้บ่อยเป็นอันดับสอง^{[ 26 ] [ 27 ]}

ไอโซโทปธรรมชาติอีกสี่ชนิด ได้แก่^{42, 43, 46, 48} Ca นั้นหายากกว่ามาก โดยแต่ละชนิดประกอบด้วยแคลเซียมธรรมชาติเพียงไม่ถึง 1% ไอโซโทปที่เบากว่าสี่ชนิดส่วนใหญ่เป็นผลผลิตจากการเผาไหม้ออกซิเจนและการเผาไหม้ซิลิคอน ทำให้ไอโซโทปที่หนักกว่าสองชนิดถูกผลิตขึ้นผ่าน การ จับนิวตรอน⁴⁶ Ca ส่วนใหญ่ผลิตขึ้นในกระบวนการ s ที่ "ร้อน" เนื่องจากการก่อตัวของมันต้องการฟลักซ์นิวตรอนที่ค่อนข้างสูงเพื่อให้ ⁴⁵ Ca ที่มีอายุสั้นสามารถจับนิวตรอนได้⁴⁸ Ca ผลิตขึ้นโดยการจับอิเล็กตรอนในกระบวนการ rในซูเปอร์โนวาประเภท Iaซึ่งนิวตรอนส่วนเกินสูงและเอนโทรปีต่ำพอที่จะทำให้มันอยู่รอดได้^{[ 26 ] [ 27 ]}

^46Caและ^48Caเป็นนิวไคลด์ "เสถียรแบบคลาสสิก" ตัวแรกที่มีนิวตรอนส่วนเกิน 6 หรือ 8 ตัว ตามลำดับ แม้ว่าจะมีนิวตรอนมากเกินไปสำหรับธาตุเบาเช่นนี้ แต่^48Caก็เสถียรมากเพราะเป็น นิวเคลียส วิเศษคู่โดยมีโปรตอน 20 ตัวและนิวตรอน 28 ตัวเรียงตัวอยู่ในเปลือกปิด การสลายตัวแบบเบตาไปเป็น 48Sc นั้น^{ถูกขัดขวางอย่างมากจากการไม่ตรงกันอย่างมากของสปินนิวเคลียร์: 48Ca} มีส^ปินนิวเคลียร์เป็นศูนย์คือคู่-คู่ในขณะที่^48Scมีสปิน 6+ ดังนั้นการสลายตัวจึงถูกห้ามโดยการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุมแม้ว่าจะมีสถานะกระตุ้นสองสถานะของ^48Scที่สามารถสลายตัวได้เช่นกัน แต่ก็ถูกห้ามเช่นกันเนื่องจากสปินสูงของพวกมัน ผลก็คือ เมื่อ^48Caสลายตัว มันจะสลายตัวแบบเบตาคู่ไปเป็น^{48Ti แทน ซึ่งเป็นนิวไคลด์} ที่เบาที่สุดที่ทราบว่ามีการสลายตัวแบบเบตาคู่^{[ 28 ] [ 29 ]}

⁴⁶ Ca ยังสามารถสลายตัวแบบดับเบิลเบตาเป็น⁴⁶ Ti ได้ตามทฤษฎี แต่ไม่เคยมีการสังเกตการณ์มาก่อน ไอโซโทป⁴⁰ Ca ที่พบได้บ่อยที่สุดก็เป็นไอโซโทปวิเศษคู่เช่นกัน และสามารถเกิดการจับอิเล็กตรอนคู่เป็น⁴⁰ Arได้ แต่สิ่งนี้ก็ไม่เคยมีการสังเกตการณ์เช่นกัน แคลเซียมเป็นธาตุเดียวที่มีไอโซโทปวิเศษคู่ดั้งเดิมสองชนิด ขีดจำกัดล่างเชิงทดลองสำหรับครึ่งชีวิตของ⁴⁰ Ca และ⁴⁶ Ca คือ 5.9 × 10 ²¹ปี และ 2.8 × 10 ¹⁵ปี ตามลำดับ^{[ 28 ]}

หากไม่นับ⁴⁸ Ca ไอโซโทปของแคลเซียมที่มีอายุยืนยาวที่สุดคือ⁴¹ Ca มันสลายตัวโดยการจับอิเล็กตรอนไปเป็น⁴¹ K ที่เสถียร โดยมีครึ่งชีวิตประมาณ 10 ⁵ปี การมีอยู่ของมันในระบบสุริยะยุคแรกในฐานะ นิวไคลด์ กัมมันตรังสีที่สูญพันธุ์ไปแล้ว นั้น ได้รับการอนุมานจากปริมาณ⁴¹ K ที่มากเกินไป ร่องรอยของ⁴¹ Ca ยังคงมีอยู่ในปัจจุบัน เนื่องจากเป็นนิวไคลด์คอสมิกเจนิกที่ผลิตอย่างต่อเนื่องผ่านการกระตุ้นด้วยนิวตรอน ของ ⁴⁰ Ca ตามธรรมชาติ^{[ 27 ]}

ไอโซโทปของแคลเซียมอื่นๆ เป็นที่รู้จักมากมาย ตั้งแต่³⁵ Ca ถึง⁶⁰ Ca พวกมันมีอายุสั้นกว่า⁴¹ Ca มาก ไอโซโทปที่เสถียรที่สุดคือ⁴⁵ Ca (ครึ่งชีวิต 163 วัน) และ⁴⁷ Ca (ครึ่งชีวิต 4.54 วัน) ไอโซโทปที่เบากว่า⁴² Ca มักจะสลายตัวแบบเบตาบวกเป็นไอโซโทปของโพแทสเซียม และไอโซโทปที่หนักกว่า⁴⁴ Ca มักจะสลายตัวแบบเบตาลบเป็นสแกนเดียมแม้ว่าใกล้กับเส้นหยดนิวเคลียร์การปล่อยโปรตอนและการปล่อยนิวตรอนจะเริ่มเป็นโหมดการสลายตัวที่สำคัญเช่นกัน^{[ 28 ]}

เช่นเดียวกับธาตุอื่นๆ กระบวนการต่างๆ เปลี่ยนแปลงความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของไอโซโทปแคลเซียม^{[ 30 ]}กระบวนการที่ได้รับการศึกษามากที่สุดคือการแยก ส่วน ไอโซโทปแคลเซียมที่ขึ้นอยู่กับมวล ซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับการตกตะกอนของแร่แคลเซียม เช่นแคลไซต์ อา ราโกไนต์และอะพาไทต์จากสารละลาย ไอโซโทปที่เบากว่าจะถูกรวมเข้ากับแร่เหล่านี้ได้ดีกว่า ทำให้สารละลายโดยรอบอุดมไปด้วยไอโซโทปที่หนักกว่าในระดับประมาณ 0.025% ต่อหน่วยมวลอะตอม (amu) ที่อุณหภูมิห้อง ความแตกต่างที่ขึ้นอยู่กับมวลในองค์ประกอบไอโซโทปแคลเซียมโดยทั่วไปจะแสดงด้วยอัตราส่วนของไอโซโทปสองชนิด (โดยปกติคือ⁴⁴ Ca/ ⁴⁰ Ca) ในตัวอย่างเมื่อเทียบกับอัตราส่วนเดียวกันในวัสดุอ้างอิงมาตรฐาน⁴⁴ Ca/ ⁴⁰ Ca แตกต่างกันประมาณ 1–2‰ ในสิ่งมีชีวิตบนโลก^{[ 31 ]}

สารประกอบแคลเซียมเป็นที่รู้จักกันมานานหลายพันปีแล้ว แม้ว่าองค์ประกอบทางเคมีของมันจะไม่เป็นที่เข้าใจจนกระทั่งศตวรรษที่ 17 ^{[ 32 ]}ปูนขาวถูกใช้เป็นวัสดุก่อสร้าง^{[ 33 ]}และเป็นปูนปลาสเตอร์สำหรับรูปปั้นมาตั้งแต่ราว 7000 ปีก่อนคริสตกาล^{[ 34 ]}เตาเผาปูนขาวแห่งแรกที่มีการระบุอายุย้อนไปถึง 2500 ปีก่อนคริสตกาล และพบในคาฟาจาห์เมโสโปเตเมีย^{[ 35 ] [ 36 ]}

ในเวลาเดียวกันนั้นยิปซัม แห้ง (CaSO ₄ ·2H ₂ O) ถูกนำมาใช้ในมหาพีระมิดแห่งกิซาวัสดุนี้ต่อมาถูกนำมาใช้สำหรับปูนปลาสเตอร์ในสุสานของตุตันคา เมน ชาวโรมันโบราณใช้ปูนขาวที่ทำโดยการให้ความร้อนแก่หินปูน (CaCO ₃ ) ชื่อ "แคลเซียม" เองก็มาจากคำภาษาละตินว่าcalx "ปูนขาว" ^{[ 32 ]}

วิทรูเวียสสังเกตว่าปูนขาวที่ได้นั้นเบากว่าหินปูนเดิม โดยให้เหตุผลว่าเกิดจากการเดือดของน้ำ ในปี ค.ศ. 1755 โจเซฟ แบล็กพิสูจน์ได้ว่าสาเหตุเกิดจากการสูญเสียคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งชาวโรมันโบราณไม่รู้จักว่าเป็นก๊าซ^{[ 37 ]}

ในปี ค.ศ. 1789 อองตวน ลาวัวซิเยร์สงสัยว่าปูนขาวอาจเป็นออกไซด์ของธาตุบางชนิด ในตารางธาตุของเขา ลาวัวซิเยร์ได้ระบุ "ธาตุที่สามารถทำปฏิกิริยากับกรดเพื่อผลิตเกลือได้" ( salis = เกลือ ในภาษาละติน) ไว้ 5 ชนิด ได้แก่ ชอซ์ (แคลเซียมออกไซด์), แมกนีเซีย (แมกนีเซีย, แมกนีเซียมออกไซด์), แบไรต์ (แบเรียมซัลเฟต), อลูมินา (อลูมินา, อะลูมิเนียมออกไซด์) และซิลิกา (ซิลิกา, ซิลิคอนไดออกไซด์)) เกี่ยวกับ "ธาตุ" เหล่านี้ ลาวัวซิเยร์ให้เหตุผลว่า:

เราอาจรู้จักเพียงส่วนหนึ่งของสารโลหะที่มีอยู่ในธรรมชาติเท่านั้น เนื่องจากสารทั้งหมดที่มีความสัมพันธ์กับออกซิเจนมากกว่าคาร์บอนนั้น ไม่สามารถถูกลดให้อยู่ในสถานะโลหะได้ และด้วยเหตุนี้ จึงปรากฏให้เราสังเกตได้ในรูปของออกไซด์เท่านั้น และถูกเข้าใจผิดว่าเป็นธาตุโลก เป็นไปได้มากว่าแบไรต์ ซึ่งเราเพิ่งจัดกลุ่มไว้กับธาตุโลกนั้น อยู่ในสถานการณ์นี้ เพราะในการทดลองหลายครั้ง แบไรต์แสดงคุณสมบัติที่ใกล้เคียงกับคุณสมบัติของโลหะมาก เป็นไปได้ด้วยซ้ำว่าสารทั้งหมดที่เราเรียกว่าธาตุโลก อาจเป็นเพียงออกไซด์ของโลหะที่ไม่สามารถลดได้ด้วยกระบวนการใดๆ ที่รู้จักในปัจจุบัน^{[ 38 ]}

แคลเซียม พร้อมด้วยแมกนีเซียม สตรอนเทียม และแบเรียม ซึ่งเป็นธาตุในกลุ่มเดียวกัน ถูกแยกออกมาเป็นครั้งแรกโดยฮัมฟรี เดวีในปี ค.ศ. 1808 โดยอ้างอิงจากงานของยอนส์ จาคอบ เบอร์เซลิอุสและแม็กนัส มาร์ติน แห่งปอนติน เกี่ยว กับการอิเล็กโทรไลซิส เดวีได้แยกแคลเซียมและแมกนีเซียมโดยการนำส่วนผสมของออกไซด์ของโลหะแต่ละชนิดมาผสมกับปรอท(II) ออกไซด์บน แผ่น แพลทินัมซึ่งใช้เป็นขั้วบวก ส่วนขั้วลบเป็นลวดแพลทินัมที่จุ่มลงในปรอทบางส่วน จากนั้นการอิเล็กโทรไลซิสจะให้สารประกอบอะมัลกัมของแคลเซียม-ปรอทและแมกนีเซียม-ปรอท และการกลั่นแยกปรอทออกไปจะได้โลหะ^{[ 32 ] [ 39 ]}อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถเตรียมแคลเซียมบริสุทธิ์ในปริมาณมากได้ด้วยวิธีนี้ และยังไม่พบกระบวนการเชิงพาณิชย์ที่ใช้ได้ผลสำหรับการผลิตจนกระทั่งกว่าหนึ่งศตวรรษต่อมา^{[ 37 ]}

แคลเซียมคิดเป็นร้อยละ 3 ของธาตุที่พบมากเป็นอันดับ 5 ในเปลือกโลกและเป็นโลหะที่พบมากเป็นอันดับ 3 รองจาก^{อะลูมิเนียมและเหล็ก [ 40 ]}นอกจากนี้ยัง^{เป็นธาตุ}ที่พบมากเป็นอันดับ 4 ในที่ราบสูงบนดวงจันทร์ [ 15 ^{]ตะกอนแคลเซียม}คาร์บอเนตกระจายอยู่ทั่วพื้นผิวโลกในรูปของซากดึกดำบรรพ์ของสิ่งมีชีวิตในทะเลในอดีต โดยพบในสองรูปแบบ คือแคลไซต์รูปทรงสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน ( พบได้ทั่วไป) และอะราโกไนต์รูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้า (พบในทะเลที่มีอุณหภูมิปานกลาง) แร่ธาตุประเภทแรก ได้แก่หินปูนโดโลไมต์หินอ่อนชอล์กและไอซ์แลนด์สปาร์ส่วนแหล่งอะราโกไนต์ประกอบขึ้นเป็นหมู่เกาะบาฮามาสหมู่เกาะฟลอริดาคีย์และแอ่งทะเลแดงปะการังเปลือกหอยและไข่มุกส่วนใหญ่ประกอบด้วยแคลเซียมคาร์บอเนต แร่ธาตุสำคัญอื่นๆ ของแคลเซียม ได้แก่ยิปซัม (CaSO ₄ ·2H ₂ O), แอนไฮไดรต์ (CaSO ₄ ), ฟลูออไรต์ (CaF ₂ ) และอะพาไทต์ ([Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ X], X = OH, Cl หรือ F) ^{[ 32 ]}

ผู้ผลิตแคลเซียมรายใหญ่ ได้แก่จีน (ประมาณ 10,000 ถึง 12,000 ตันต่อปี) รัสเซีย (ประมาณ 6,000 ถึง 8,000 ตันต่อปี) และสหรัฐอเมริกา (ประมาณ 2,000 ถึง 4,000 ตันต่อปี) แคนาดาและฝรั่งเศสเป็นผู้ผลิตรายย่อย ในปี 2548 มีการผลิตแคลเซียมประมาณ 24,000 ตัน โดยประมาณครึ่งหนึ่งของแคลเซียมที่สกัดได้ทั่วโลกถูกใช้โดยสหรัฐอเมริกา โดยประมาณ 80% ของผลผลิตถูกนำไปใช้ในแต่ละปี^{[ 13 ]}

ในรัสเซียและจีน วิธีการแยกด้วยไฟฟ้าของ Davy ยังคงถูกนำมาใช้ แต่จะนำไปใช้กับแคลเซียมคลอไรด์ หลอมเหลว แทน^{[ 13 ]}เนื่องจากแคลเซียมมีปฏิกิริยาน้อยกว่าสตรอนเทียมหรือแบเรียม การเคลือบออกไซด์-ไนไตรด์ที่เกิดขึ้นในอากาศจึงมีความเสถียร และ การกลึง ด้วยเครื่องกลึงและเทคนิคทางโลหะวิทยามาตรฐานอื่นๆ จึงเหมาะสมสำหรับแคลเซียม^{[ 41 ]}

ในสหรัฐอเมริกาและแคนาดา แคลเซียมจะถูกผลิตโดยการลดปูนขาวด้วยอะลูมิเนียมที่อุณหภูมิสูง^{[ 13 ]}ในกระบวนการนี้ ปูนขาวที่มีแคลเซียมสูงและผงอะลูมิเนียมจะถูกผสมและอัดเป็นก้อนเพื่อให้สัมผัสกันในระดับสูง จากนั้นจึงนำไปใส่ในภาชนะ ปิดผนึก ที่ถูกดูดอากาศออกและให้ความร้อนที่อุณหภูมิประมาณ 1200°C ^{[ 13 ]}ก้อนแคลเซียมจะปล่อยไอระเหยของแคลเซียมออกมาในสุญญากาศเป็นเวลาประมาณ 8 ชั่วโมง จากนั้นจะควบแน่นที่ปลายภาชนะที่เย็นลงเพื่อสร้างชิ้นส่วนโลหะแคลเซียมขนาด 24-34 กิโลกรัม รวมทั้งสารตกค้างของแคลเซียมอะลูมิเนต [ ^{13 ] แคลเซียม}ที่มีความบริสุทธิ์สูงสามารถได้มาจากการกลั่นแคลเซียมที่มีความบริสุทธิ์ต่ำที่อุณหภูมิสูง^{[ 13 ]}

วัฏจักรแคลเซียมเป็นตัวเชื่อมโยงระหว่างธรณีวิทยาภูมิอากาศและวัฏจักรคาร์บอนกล่าวโดยง่ายที่สุดคือ การสร้างภูเขาทำให้หินที่มีแคลเซียม เช่นหินบะซอลต์และหินแกรโนไดโอไรต์ สัมผัส กับการผุกร่อนทางเคมีและปล่อย Ca ²⁺ลงสู่ผิวน้ำ ไอออนเหล่านี้ถูกขนส่งไปยังมหาสมุทร ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับ CO ₂ ที่ละลายอยู่ เพื่อสร้างหินปูน (CaCO ₃ ) ซึ่งจะตกตะกอนลงสู่พื้นทะเลและรวมเข้ากับหินใหม่ CO ₂ ที่ละลายอยู่ พร้อมกับ ไอออน คาร์บอเนตและ ไบ คาร์บอเนตเรียกว่า " คาร์บอนอนินทรีย์ที่ละลายอยู่ " (DIC) ^{[ 42 ]}

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจริงนั้นซับซ้อนกว่าและเกี่ยวข้องกับไอออนไบคาร์บอเนต (HCO₃⁻)⁻ ₃) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อ CO ₂ทำปฏิกิริยากับน้ำที่ค่า pH ของน้ำทะเล :

Ca ²⁺ + 2 HCO−3 → CaCO ₃ ↓ + CO ₂ + H ₂ O

ที่ค่า pH ของน้ำทะเล ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายอยู่ส่วนใหญ่_จะถูกเปลี่ยนกลับเป็นไบคาร์บอเนต (HCO₃⁻) ทันที⁻ ₃ปฏิกิริยานี้ส่งผลให้เกิดการขนส่งโมเลกุล CO2 หนึ่งโมเลกุล_จากมหาสมุทร/ชั้นบรรยากาศเข้าสู่ธรณีภาค [ ^{43 ] ผล}ที่ได้คือไอออน Ca2 ⁺ แต่ละตัว ที่ปล่อยออกมาจากการผุพังทางเคมีจะกำจัดโมเลกุล CO2 หนึ่ง_{โมเลกุล}ออกจากระบบพื้นผิว (ชั้นบรรยากาศ มหาสมุทร ดิน และสิ่งมีชีวิต) และเก็บไว้ในหินคาร์บอเนต ซึ่งมีแนวโน้มที่จะคงอยู่เป็นเวลาหลายร้อยล้านปี การผุพังของแคลเซียมจากหินจึงช่วยขจัด CO2 _ออกจากมหาสมุทรและอากาศ ส่งผลกระทบอย่างมากต่อสภาพภูมิอากาศในระยะยาว^{[ 42 ] [ 44 ]}

การใช้แคลเซียมโลหะมากที่สุดคือในการผลิตเหล็กเนื่องจากมีความสัมพันธ์ทางเคมี ที่แข็งแกร่ง กับแคลโคเจน ออกซิเจน และ กำมะถัน ออกไซด์และ ซัลไฟด์ของแคลเซียม เมื่อเกิดขึ้นแล้ว จะให้แคลเซียมเหลว อะลูมิเนตและซัลไฟด์ที่เป็นส่วนประกอบในเหล็ก ซึ่งจะลอยออกมา เมื่อผ่านการบำบัด ส่วนประกอบเหล่านี้จะกระจายไปทั่วเหล็กและกลายเป็นทรงกลมขนาดเล็ก ช่วยปรับปรุงความสามารถในการหล่อ ความสะอาด และคุณสมบัติทางกลโดยทั่วไป แคลเซียมยังใช้ในแบตเตอรี่รถยนต์ แบบไม่ต้องบำรุงรักษา โดยการใช้โลหะผสมแคลเซียม- ตะกั่ว 0.1% แทน โลหะผสม แอนติโมนี -ตะกั่วแบบปกติ จะทำให้สูญเสียน้ำน้อยลงและคายประจุเองน้อยลง^{[ 45 ]}

เนื่องจากความเสี่ยงของการขยายตัวและการแตกร้าวบางครั้งจึงมีการผสมอะลูมิเนียม เข้าไปในโลหะผสมเหล่านี้ด้วย โลหะผสมตะกั่ว-แคลเซียมเหล่านี้ยังใช้ในการหล่อ โดยแทนที่โลหะผสมตะกั่ว-แอนติมอนี ^{[ 45 ]}แคลเซียมยังใช้เพื่อเสริมความแข็งแรงให้กับโลหะผสมอะลูมิเนียมที่ใช้สำหรับแบริ่ง เพื่อควบคุมคาร์บอน กราไฟต์ ในเหล็กหล่อและเพื่อกำจัด สิ่งเจือปน บิสมัทออกจากตะกั่ว^{[ 41 ]}โลหะแคลเซียมพบได้ในน้ำยาทำความสะอาดท่อระบายน้ำบางชนิด ซึ่งทำหน้าที่สร้างความร้อนและแคลเซียมไฮดรอกไซด์ที่ ทำให้ไขมัน กลายเป็นสบู่และทำให้โปรตีน (เช่น โปรตีนในเส้นผม) ที่อุดตันท่อระบายน้ำกลายเป็นของเหลว^{[ 46 ]}

นอกจากโลหะวิทยาแล้ว ปฏิกิริยาของแคลเซียมยังถูกนำมาใช้เพื่อกำจัดไนโตรเจน ออกจากก๊าซ อาร์กอนที่มีความบริสุทธิ์สูงและเป็นตัวดักจับออกซิเจนและไนโตรเจน นอกจากนี้ยังใช้เป็นสารลดในกระบวนการผลิตโครเมียมเซอร์โคเนียมธอร์เรียม วานาเดียมและยูเรเนียมและยังสามารถใช้ในการกักเก็บก๊าซไฮโดรเจนได้ เนื่องจากแคลเซียมทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนเพื่อสร้างแคลเซียมไฮไดรด์ ที่เป็นของแข็ง ซึ่งสามารถสกัดไฮโดรเจนออกมาได้ง่าย^{[ 41 ]}

การแยกส่วนไอโซโทปของแคลเซียมในระหว่างการก่อตัวของแร่ธาตุนำไปสู่การประยุกต์ใช้ไอโซโทปของแคลเซียมหลายประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การสังเกตในปี 1997 โดย Skulan และ DePaolo ^{[ 47 ]}ที่ว่าแร่ธาตุแคลเซียมมีไอโซโทปเบากว่าสารละลายที่แร่ธาตุตกตะกอนนั้นเป็นพื้นฐานของการประยุกต์ใช้ที่คล้ายคลึงกันในทางการแพทย์และในบรรพสมุทรศาสตร์ ในสัตว์ที่มีโครงกระดูกที่ประกอบด้วยแร่ธาตุแคลเซียม องค์ประกอบไอโซโทปของแคลเซียมในเนื้อเยื่ออ่อนสะท้อนถึงอัตราการก่อตัวและการละลายของแร่ธาตุในโครงกระดูก^{[ 48 ]}

ในมนุษย์ การเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบไอโซโทปของแคลเซียมในปัสสาวะได้รับการแสดงให้เห็นว่ามีความสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงในสมดุลแร่ธาตุของกระดูก เมื่ออัตราการสร้างกระดูกเกินอัตราการสลายกระดูก อัตราส่วน ⁴⁴ Ca/ ⁴⁰ Ca ในเนื้อเยื่ออ่อนจะเพิ่มขึ้น และในทางกลับกัน เนื่องจากความสัมพันธ์นี้ การวัดไอโซโทปของแคลเซียมในปัสสาวะหรือเลือดอาจมีประโยชน์ในการตรวจหาโรคกระดูกที่เกิดจากการเผาผลาญ เช่น โรคกระดูกพรุน ในระยะเริ่มต้น^{[ 48 ]}

ระบบที่คล้ายกันนี้มีอยู่ในน้ำทะเล โดยที่⁴⁴ Ca/ ⁴⁰ Ca มีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นเมื่ออัตราการกำจัด Ca ²⁺โดยการตกตะกอนของแร่ธาตุเกินกว่าการป้อนแคลเซียมใหม่เข้าสู่มหาสมุทร ในปี 1997 Skulan และ DePaolo ได้นำเสนอหลักฐานแรกของการเปลี่ยนแปลงใน⁴⁴ Ca/ ⁴⁰ Ca ของน้ำทะเลในช่วงเวลาทางธรณีวิทยา พร้อมกับคำอธิบายทางทฤษฎีของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ เอกสารล่าสุดได้ยืนยันการสังเกตนี้ โดยแสดงให้เห็นว่าความเข้มข้นของ Ca ²⁺ ในน้ำทะเลไม่คงที่ และมหาสมุทรไม่เคยอยู่ใน "สภาวะสมดุล" ในแง่ของการป้อนและการปล่อยแคลเซียม สิ่ง นี้มีนัยสำคัญทางด้านภูมิอากาศวิทยา เนื่องจากวัฏจักรแคลเซียมในทะเลมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับวัฏจักรคาร์บอน^{[ 49 ] [ 50 ]}

สารประกอบแคลเซียมหลายชนิดถูกนำมาใช้ในอาหาร ยา และการแพทย์ เป็นต้น ตัวอย่างเช่น แคลเซียมและฟอสฟอรัสจะถูกเสริมในอาหารโดยการเติมแคลเซียมแลคเตทแคลเซียมไดฟอสเฟตและไตรแคลเซียม ฟอสเฟต ไตรแคลเซียมฟอสเฟต ยังใช้เป็นสารขัดเงาในยาสีฟันและยาลดกรด อีกด้วย แคลเซียมแลคโตไบโอเนตเป็นผงสีขาวที่ใช้เป็นสารแขวนลอยในยา ในการอบขนมแคลเซียมฟอสเฟตใช้เป็นสารช่วยให้ขึ้นฟูแคลเซียมซัลไฟต์ใช้เป็นสารฟอกขาวในการทำกระดาษและเป็นยาฆ่าเชื้อแคลเซียมซิลิเกตใช้เป็นสารเสริมแรงในยาง และแคลเซียมอะซิเตทเป็นส่วนประกอบของเรซินปูนขาวและใช้ในการทำสบู่โลหะและเรซินสังเคราะห์^{[ 45 ]}

ผลิตภัณฑ์เสริมแคลเซียมอยู่ในรายชื่อยาจำเป็นขององค์การอนามัย^โลก [ ^{51 ]}

อาหารที่อุดมไปด้วยแคลเซียม ได้แก่ผลิตภัณฑ์จากนมเช่นนมโยเกิร์ตและชีสรวมถึงปลาซาร์ดีนปลาแซลมอนผลิตภัณฑ์จากถั่วเหลือง ผักคะน้าและซีเรียลอาหารเช้าที่เสริม แคลเซียม^{[ 9 ]}

เนื่องจากความกังวลเกี่ยวกับผลข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์ในระยะยาว รวมถึงการเกิดหินปูนในหลอดเลือดแดงและนิ่วในไตทั้งสถาบันการแพทย์ แห่งสหรัฐอเมริกา (IOM) และหน่วยงานความปลอดภัยด้านอาหารแห่งยุโรป (EFSA) จึงกำหนดระดับปริมาณการบริโภคสูงสุดที่ยอมรับได้ (ULs) สำหรับแคลเซียมจากอาหารและอาหารเสริมรวมกัน จาก IOM ระบุว่า ผู้ที่มีอายุ 9–18 ปี ไม่ควรบริโภคเกิน 3 กรัมต่อวัน สำหรับผู้ที่มีอายุ 19–50 ปี ไม่ควรบริโภคเกิน 2.5 กรัมต่อวัน และสำหรับผู้ที่มีอายุ 51 ปีขึ้นไป ไม่ควรบริโภคเกิน 2 กรัมต่อวัน^{[ 52 ]} EFSA กำหนด UL สำหรับผู้ใหญ่ทุกคนไว้ที่ 2.5 กรัมต่อวัน แต่ตัดสินใจว่าข้อมูลสำหรับเด็กและวัยรุ่นไม่เพียงพอที่จะกำหนด ULs ได้^{[ 53 ]}

แคลเซียมเป็นธาตุที่จำเป็นในปริมาณมาก^{[ 8 ] [ 9 ]} ไอออน Ca ²⁺ทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรไลต์และมีความสำคัญต่อสุขภาพของระบบกล้ามเนื้อ ระบบไหลเวียนโลหิต และระบบย่อยอาหาร จำเป็นต่อการสร้างกระดูกในรูปของไฮดรอกซีอะพาไทต์และสนับสนุนการสังเคราะห์และการทำงานของเซลล์เม็ดเลือด ตัวอย่างเช่น มันควบคุมการหดตัวของกล้ามเนื้อการนำกระแสประสาท และการแข็งตัวของเลือด ส่งผลให้ระดับแคลเซียมภายในและภายนอกเซลล์ถูกควบคุมอย่างเข้มงวดโดยร่างกาย แคลเซียมสามารถมีบทบาทนี้ได้เนื่องจากไอออน Ca ²⁺สร้างสารประกอบเชิงซ้อน ที่เสถียร กับสารประกอบอินทรีย์หลายชนิด โดยเฉพาะโปรตีนนอกจากนี้ยังสร้างสารประกอบที่มีความสามารถในการละลายที่หลากหลาย ทำให้เกิดการสร้างโครงกระดูก^{[ 8 ] [ 56 ]}

ไอออนแคลเซียมอาจเกิดเป็นสารเชิงซ้อนกับโปรตีนได้โดยการจับกับหมู่คาร์บอกซิลของกรดกลูตามิกหรือกรดแอส ปาร์ติก โดยการโต้ตอบกับหมู่ฟอสโฟริเลตของเซอรีน ไทโรซีน หรือทรีโอนีนหรือโดยการคีเลตด้วยหมู่กรดอะมิโนที่มีหมู่คาร์บอกซิลที่ตำแหน่งแกมมาทริปซิน ซึ่งเป็น เอนไซม์ย่อยอาหารใช้วิธีแรกส่วนออสทีโอแคลซินซึ่งเป็นโปรตีนในเมทริกซ์กระดูกใช้วิธีที่สาม^{[ 57 ]}

โปรตีนเมทริกซ์กระดูกอื่นๆ เช่นออสทีโอพอนตินและโบนไซอาโลโปรตีนใช้ทั้งแบบแรกและแบบที่สอง การกระตุ้นเอนไซม์โดยตรงโดยการจับกับแคลเซียมเป็นเรื่องปกติ เอนไซม์อื่นๆ บางชนิดถูกกระตุ้นโดยการเชื่อมโยงแบบไม่ใช้พันธะโควาเลนต์กับเอนไซม์ที่จับกับแคลเซียมโดยตรง แคลเซียมยังจับกับ ชั้น ฟอสโฟลิปิดของเยื่อหุ้มเซลล์ยึดโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับพื้นผิวเซลล์^{[ 57 ]}

ตัวอย่างเช่น ความสามารถในการละลายที่หลากหลายของสารประกอบแคลเซียมโมโนแคลเซียมฟอสเฟตละลายได้ดีมากในน้ำ แคลเซียมภายนอกเซลล์ 85% อยู่ในรูปของไดแคลเซียมฟอสเฟตซึ่งมีความสามารถในการละลาย 2.00  mMและไฮ ด รอกซีอะพาไทต์ของกระดูกในเมทริกซ์อินทรีย์คือไตรแคลเซียมฟอสเฟตซึ่งมีความสามารถในการละลาย 1000 μM ^{[ 57 ]}

แคลเซียมเป็นส่วนประกอบทั่วไปของอาหารเสริมวิตามินรวม [ ^{8 ] แต่}องค์ประกอบของแคลเซียมคอมเพล็กซ์ในอาหารเสริมอาจส่งผลต่อการดูดซึมซึ่งแตกต่างกันไปตามความสามารถในการละลายของเกลือที่เกี่ยวข้อง: แคลเซียมซิเตรตมาเลตและแลคเตตมีการดูดซึมสูง ในขณะที่ออกซาเลตมีการดูดซึมน้อยกว่า การเตรียมแคลเซียมอื่นๆ ได้แก่แคลเซียมคาร์บอเนตแคลเซียมซิเตรต มาเลตและแคลเซียมกลูโคเนต [ ^{8 ] ลำไส้}ดูดซึมแคลเซียมที่รับประทานเข้าไปประมาณหนึ่งในสามในรูปของไอออนอิสระและระดับแคลเซียมในพลาสมาจะถูกควบคุมโดยไต^{[ 8 ]}

ฮอร์โมนพาราไทรอยด์และวิตามินดีส่งเสริมการสร้างกระดูกโดยการอนุญาตและเพิ่มการสะสมของไอออนแคลเซียมในบริเวณนั้น ทำให้เกิดการหมุนเวียนของกระดูกอย่างรวดเร็วโดยไม่ส่งผลกระทบต่อมวลกระดูกหรือปริมาณแร่ธาตุ^{[ 8 ]}เมื่อระดับแคลเซียมในพลาสมาลดลง ตัวรับบนพื้นผิวเซลล์จะถูกกระตุ้นและมีการหลั่งฮอร์โมนพาราไทรอยด์ จากนั้นฮอร์โมนจะกระตุ้นการเข้าสู่แคลเซียมในพลาสมาโดยดึงมาจากเซลล์ไต ลำไส้ และกระดูกเป้าหมาย โดยการกระทำในการสร้างกระดูกของฮอร์โมนพาราไทรอยด์จะถูกต่อต้านโดยแคลซิโทนินซึ่งการหลั่งจะเพิ่มขึ้นเมื่อระดับแคลเซียมในพลาสมาสูงขึ้น^{[ 57 ]}

การรับประทานแคลเซียมมากเกินไปอาจทำให้เกิดภาวะแคลเซียมในเลือดสูง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากลำไส้ดูดซึมแคลเซียมได้ไม่ค่อยมีประสิทธิภาพ แคลเซียมในเลือดสูงจึงมักเกิดจากการหลั่งฮอร์โมนพาราไทรอยด์ (PTH) มากเกินไป หรืออาจเกิดจากการรับประทานวิตามินดีมากเกินไป ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ช่วยให้การดูดซึมแคลเซียมดีขึ้น สภาวะเหล่านี้ส่งผลให้เกลือแคลเซียมส่วนเกินสะสมอยู่ในหัวใจ หลอดเลือด หรือไต อาการต่างๆ ได้แก่ เบื่ออาหาร คลื่นไส้ อาเจียน ความจำเสื่อม สับสน กล้ามเนื้ออ่อนแรง ปัสสาวะบ่อยขึ้น ภาวะขาดน้ำ และโรคกระดูกเมตาบอลิก^{[ 57 ]}

ภาวะแคลเซียมในเลือดสูงเรื้อรังมักนำไปสู่การเกิดแคลซิฟิเคชั่นของเนื้อเยื่ออ่อนและผลที่ตามมาที่ร้ายแรง เช่น การเกิดแคลซิฟิเคชั่นอาจทำให้ผนังหลอดเลือด สูญเสียความยืดหยุ่น และทำให้การไหลเวียนของเลือดแบบราบเรียบหยุดชะงัก ซึ่งอาจนำไปสู่การ แตกของคราบพลัค และการเกิดลิ่มเลือดในทางกลับกัน การได้รับแคลเซียมหรือวิตามินดีไม่เพียงพออาจส่งผลให้เกิดภาวะแคลเซียม ในเลือดต่ำ ซึ่งมักเกิดจากการหลั่งฮอร์โมนพาราไทรอยด์ไม่เพียงพอหรือตัวรับ PTH ในเซลล์บกพร่อง อาการต่างๆ ได้แก่ ภาวะตื่นตัวของระบบประสาทและกล้ามเนื้อ ซึ่งอาจทำให้เกิดอาการชักเกร็งและการนำไฟฟ้าในเนื้อเยื่อหัวใจหยุดชะงัก^{[ 57 ]}

เนื่องจากแคลเซียมจำเป็นต่อการพัฒนาของกระดูก โรคกระดูกหลายชนิดจึงสามารถสืบย้อนไปถึงเมทริกซ์อินทรีย์หรือไฮดรอกซีอะพาไทต์ในโครงสร้างโมเลกุลหรือการจัดระเบียบของกระดูกได้ โรคกระดูกพรุนคือการลดลงของปริมาณแร่ธาตุในกระดูกต่อหน่วยปริมาตร และสามารถรักษาได้ด้วยการเสริมแคลเซียม วิตามินดี และบิสฟอสโฟเนต [ ^{8 ] [ 9 ] ปริมาณ}แคลเซียม วิตามินดี หรือฟอสเฟตที่ไม่เพียงพออาจทำให้กระดูกอ่อนตัวลง เรียกว่าโรคกระดูกอ่อน^{[ 57 ]}

แคลเซียม

อันตราย
การติดฉลากGHS : [ 58 ]
ภาพสัญลักษณ์
คำสัญญาณ	อันตราย
คำเตือนเกี่ยวกับอันตราย	เอช261
คำเตือน	พี231+พี232
NFPA 704 (สัญลักษณ์รูปเพชรกันไฟ)	0 3 1 ว

เนื่องจากแคลเซียมทำปฏิกิริยาคายความร้อนกับน้ำและกรด โลหะแคลเซียมที่สัมผัสกับความชื้นในร่างกายจึงทำให้เกิดการระคายเคืองกัดกร่อนอย่างรุนแรง^{[ 59 ]}เมื่อกลืนกิน โลหะแคลเซียมจะมีผลเช่นเดียวกันต่อช่องปาก หลอดอาหาร และกระเพาะอาหาร และอาจถึงแก่ชีวิตได้^{[ 46 ]}อย่างไรก็ตาม การสัมผัสในระยะยาวไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดว่าจะมีผลเสียที่ชัดเจน^{[ 59 ]}

• Hluchan, Stephen E.; Pomerantz, Kenneth (2005). "แคลเซียมและโลหะผสมแคลเซียม". สารานุกรมเคมีอุตสาหกรรมของ Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi : 10.1002/14356007.a04_515.pub2 . ISBN 978-3-527-30673-2.