钙（英文名：钙质），来源于拉丁文calx（生石灰），化学符号为Ca。

钙位于德米特里·门捷列夫元素周期表的第三周期第ⅡA族，原子量为40.078，原子序数为20，化合价为+2，是一种银白色的轻有色金属。钙还位于元素周期表s区内，属于碱土金属行列。钙的化学性质极其活泼，使得其在自然界以化合态的形式存在于各类矿石中。

金属钙虽然在1808年由英国化学家汉弗里·戴维（1778-1829）利用电解法第一次制备出来。但在更早以前国内外便有接触钙的历史，更是有利用碳酸钙制备石灰方法。

钙用的用途广泛，其中金属钙被用于生铁、冶金工业；各类含钙无机盐被广泛用于建筑业、包装、日用品材料的方面；钙还存在于各类补钙剂中，用于补充人体所需的钙元素。

历史上第一次出现金属钙是在1808年，由英国化学家汉弗里·戴维（1778-1829）利用电解法第一次制备出了银白色的金属钙。在此之前，由于科学技术的限制，许多化学家们都无法将钙从石灰中提取出来，甚至石灰当时被认为是一种不可再分的“元素”，直到电池的出现，化学家们才利用电解这一新途径制备了许多活泼金属。

1807年，英国化学家汉弗里·戴维首先用电解的方法制备出了钾（K）和钠（Na），但由于金属钙的高活度性和其在高温下的可燃性导致戴维无法从碱土和生石灰（CaO）中分离钙元素。

1808年5月，戴维收到了瑞典化学家斯·雅各布·贝采利斯的一封信，信中说道瑞典国王的皇家医生通过电解石灰与汞的混合物，成功分离了石灰，并用这种方法制得了汞齐。于是戴维仿照此法，将潮湿的石灰与氧化汞按照3：1的比例进行混合，将混合后的材料中间挖出一小洞并滴入水银，放置铂板上后，使用水银作为电极，从而电解制备了大量的钙汞齐，随后加热蒸去汞，从而分离得到银白色的金属钙。

事实上，人类接触钙元素则更早。

公元前2686—公元前2613年，四大文明古国人便用生石灰涂抹在埃及金字塔表面用来坚固和装饰；公元前8世纪，也有古希腊人使用石灰的记录；而在古罗马盖乌斯·普林尼·塞孔都斯（公元23—公元79年）的《自然史》中更是记录有煅烧碳酸钙制备石灰的方法。

在中国，在明代时期就有制备石灰的方法，出自科学家宋应星的《天工开物》：‘‘先取煤炭泥和做成饼，每煤饼一层叠石一层，辅薪其底，灼火之。’’

作为地壳中含量最多的第五种元素，仅次于氧、硅、铝、铁，钙因其活泼的化学性质，在自然界中主要以化合态的形式存在。常见的含钙矿石有石灰石（CaCO3）、白云石（CaMg(CO3)2）、石膏（CaSO4）、石棉（CaCO3·3MgCO3）、萤石（CaF2）、磷灰石（Ca5[PO4]3F）等。我国钙矿石分布广泛，白云石主要产自东北地区，石膏主要产自西藏自治区、山东省、江苏省、宁夏回族自治区和山西省，萤石主要产自浙江省，大理石则主要产自云南省。

钙的质软、密度为1.54g/cm3，颜色为银白色，其熔点为839℃，沸点为1484℃，化合价为+2，相对原子质量为40.08。热导率为125W·m-1·K-1（0-100℃），电阻率为3.7μΩ·m。金属半径为197pm，电负性为1.00，电离能为596.1kJ/摩尔，电子亲合能为28.9kJ/mol。具有熔点、硬度小、密度小等特点，同时具有良好的导电、导热性。

钙具有活泼的化学性质，主要表现在以下几个方面：

1.钙暴露在空气中能与氧气和氮气反应形成保护膜。

2Ca+O2=2CaO（自然条件下）

Ca+O2=CaO2（点燃条件下）

3Ca+N2=Ca3N2

2.钙与冷水反应缓慢；与热水剧烈反应释放氢气。

Ca+2H2O=Ca(OH)2+H2

3.钙能在加热条件下与卤族元素单质、S、N2、C直接反应生产硫化物、氮化物、和碳化物。

Ca+S=CaS

Ca+2F=CaF2

Ca+2C=CaC2

4.钙能在加热条件下与H2生成CaH2。

Ca+H2=CaH2

CaH2是常用的、方便的储氢材料，遇水反应释放氢气：

CaH2+2H2O=Ca(OH)2+H2 常用作军事和气象野外作业的生氢剂

5.钙能在高温下夺取氧化物和氯化物中的氧、氯元素。

ZrO2+Ca=Zr+CaO2

2RbCl+Ca=2Rb+CaCl2

原理：金属元素的原子或离子受热时，电子被激发，电子从较高能级跃迁到较低能时级时，以光的形式释放出相应的能量，从而产生线状光谱，火焰的颜色相应于强度较大的谱线区域。不同电子层结构的元素电子跃迁时释放的能量不同，故产生的谱线也不同，从而导致了不同的火焰颜色。

钙的焰色反应使火焰呈橙红色。

钙有6个稳定同位素，分别为40Ca、42Ca、43Ca、44Ca、46Ca、48Ca，自然丰度分别为96.941％、0.647％、0.135％、2.086％、0.004％、0.187％。其中40Ca是丰度最高的元素，来源于大质量恒星内部的O元素和Si元素的核合成反应。48Ca因其具有极长的半衰期（4.3×1019年），所以广义上也被定为稳定同位素。在不稳定同位素中，41Ca为宇宙射线成因同位素，通过40Ca由中子捕获形成，经常出现于行星的土壤表层，半衰期为1.03×105年；45Ca、47Ca作为放射性同位素，被用于医疗和研究用途，半衰期分别为163天和4.54天。

钙属于s区内的元素，其最外层有两个电子，构型为ns2，由于其半径在同周期元素中较大，易于失去最外层的两个电子从而形成带有两个正电荷的稳定阳离子结构。单质钙为立方晶系结构，每个晶胞含四个钙原子。

目前常用制备金属钙的方法有：

1.电解熔融氯化钙：CaCl2（1073K，电解）=Ca+Cl2

这种方法最早是拉特瑙（Ｗ.Rathenau）于1904年首先应用的，他利用石墨作内衬为阳极，阴极则用钢制成的材料，电解质使用CaCl2和CaF2的混合物。电解析出的钙首先会漂浮在电解质上，随后与阴极接触后冷却附着在阴极上。但这种方法，原料消耗大，并且生成的钙易于溶解于电解质，产品质量不好。

2.铝还原法：CaCO3（煅烧）CaO+CO2

3CaO+2Al（真空、1050-1200℃）3Ca+Al2O3

结晶钙（氩气保护下熔铸）钙锭

铝还原法又称铝热剂法，此法首先将石灰石煅烧生成的氧化钙研磨成粉，然后与铝粉按一定比例混合，压制成块，在真空下于1050-1200℃下反应，生成钙蒸汽和铝酸钙。随后将钙蒸汽于400-750℃下结晶并在气氛围中熔融铸锭，最终得到致密的钙锭。

1.改善材料：铸铁时掺杂含钙合金，可以提升铁的流动性和强度；金属钙加入铅中可以增加铅的硬度，形成的钙铅合金材料被用于制造蓄电池阳极栅板和轴承。

2.去除杂质：有色冶金中，金属钙可以去除铝和锡中的铋和锑；铜、、青铜和钢的冶炼中，能除去硫、磷和过量的碳杂质。

3.净化气体：金属钙具有化合氧和氮的性能，可用于真空无线电的去气剂。

无机钙盐制成的钙塑料具有化学性能稳定、耐高温和低温，优良的隔热性、耐水性、耐溶剂性，以及黏结性和可印刷性，使其被广泛应用于建筑业、包装、日用品材料的方面。常见的含钙无机盐有以下几种：

1.氧化钙（CaO），别名生石灰、生石灰，是制备碳化钙、漂白粉、纯碱的原材料，被用作冶金和荧光粉的助溶剂、水泥速凝剂等。

2.氢氧化钙（Ca(OH)2），别名熟石灰，白色粉末状固体，其水溶液呈碱性，俗称澄清的石灰水。用于制备漂白粉、改良酸性土壤、软化硬水和自来水消毒。

3.碳酸钙（CaCO3），别名石灰石、大理石，是一种白色固体状无机化合物，几乎不溶于水，在825-896.6℃下可分解为二氧化碳和氧化钙。是常见的建筑材料，还作为补钙剂用于医学领域。

4.硫酸钙（CaSO4），是制备水泥和粉笔的原材料，其水合物二水合硫酸钙（CaSO4·2H2O）又称石膏，在医学领域用于固定也可以用于制造人造骨骼。

5.硅酸钙（CaSiO3），在建筑上是良好的保温和耐火材料，还可用作助滤剂和悬浮剂。

6.氯化钙（CaCl2），俗称无水氯化钙，呈白色硬质碎块或呈颗粒状，具有强吸湿性，可作为干燥剂，还可用作补钙药和消炎药。

7.氟化钙（CaF2），别名萤石，是制取HF和F2的重要原料，可用于制作光学玻璃和陶瓷，还在冶金领域用作助溶剂。

1.无机钙：主要有碳酸钙、氯化钙、磷酸钙、氧化钙、碳酸氢钙、磷酸氢钙和氢氧化钙等，这类钙源成本低，含钙量高，但其钙离子的吸收依赖于胃酸提供的酸性环境，使其钙离子能够解离出来被人体吸收，不适用于胃酸分泌不足的人群。

2.有机钙：最常见的为柠檬酸钙，其吸收不依赖于胃酸，也可以不用随食物服用，适合于胃酸缺乏症、肠炎或吸收障碍的患者。但有机钙源相较于无机化合物钙源含钙量较低，若要摄入相同量的钙元素则需要更大剂量，对于临床实践不实用。

3.氨基酸螯合钙：此类钙源是一类具有生物活性结构的有机钙，由2个氨基酸与1个钙离子结合成的合结构，可以在小肠绒毛膜上皮的特异性载体蛋白钙通道主动转运，以螯合物的形式持续离解出钙离子，避免血清中钙离子浓度过高所致的肾排钙离子量增加或高血钙，是一种优质、高效、安全的新型钙源。

4.钙-肽配位化合物：肽链的末端氨基及邻近的肽段与钙离子可形成单环螯合结构，羧基因空间位阻一般不参与螯合，故此种螯合结构保留了可通过肽系统吸收的自由羧基，比氨基酸螯合钙更易于吸收、稳定性更强。

钙是人体中发育中不可缺少的元素之一，占人体原子总数的0.31％、体重的2％、总量为700-1400g，主要分布在人体内的牙齿和骨骼中，少量以游离态存在于细胞液、血液和软组织中，其离子是身体中含量最多的阳离子。

钙可以催化凝血酶的产生，这种酶可以使纤维蛋白原聚合为纤维蛋白，从而使血液凝固。据此，输血时常用柠檬酸根离子和草酸盐与血液中的钙反应，用来阻止血液的凝固。

当人体神经兴奋时，神经细胞会释放一种名叫乙酰胆碱的神经递质，这种递质能够使肌细胞的膜产生兴奋，使肌肉细胞中的肌质网释放储存的钙离子，当这些钙离子被释放后，肌原纤维在这些钙离子影响下就会变短，从而导致整个肌细胞变短，进而引起肌肉的收缩；而当人体神经兴奋过后，肌质网释放钙离子的通道关闭，肌质网上的钙泵吸走细胞质中的钙离子，肌原纤维失去了钙离子的作用就会舒张边长，从而导致整个肌细胞变长，进而引起肌肉的舒张。

钙离子可以激活体内的一些酶，如三磷酸腺甘酶、淀粉酶、脂肪酶以及一些蛋白质分解酶等。

血液钙离子浓度还会影响心肌和血管平滑肌的兴奋性。缺钙会导致心肌收缩无力，供血能力减弱、导致低血压和脑供血不足；增加钙离子浓度，则可以增强心肌的收缩力；但如果血钙浓度过高，可能会使心脏停于收缩状态。如果细胞内外的钙离子浓度运转失常，心肌无法得到充分舒张，从静脉回流到心脏的血液无法充分灌注，则会导致心肌无法充分收缩，从而使心脏无法有效完成其功能，这种情况如果长期无法得到解决，心脏的功能就会下降，则会引起心律不齐、心肌梗死、心衰等疾病，严重甚至会产生猝死。细胞内的钙离子浓度也不能过高，如果细胞内的钙离子浓度过高导致不能恢复到细胞内外钙离子5000-10000倍的浓度差，就会引起血管平滑肌收缩，进而导致血压升高。

骨质疏松症：血钙偏低时，甲状旁腺素会释放激素促使骨骼释放钙，骨骼释放大量的钙就会导致骨质疏松。

肾结石：当骨骼释放大量的钙进入血液时，过多的钙会累积在肾脏，进而导致肾结石。

佝偻病：缺乏维生素D，钙、磷代谢障碍和骨样组织钙化障碍，导致骨骼畸形。

我国2013年制定的中国居民膳食矿物质推荐摄入量建议了每日钙的摄入量：

1.年龄：不同年龄的人群对钙的吸收程度不同，一搬随着年龄增大，人体对钙的吸收率逐渐降低。其中婴幼儿对钙的吸收率最高，可达60％，青少年为40％，成年人仅为20％，老年人最低，低于15％。

2.人体对钙的需求：不同阶段下的人体对钙的需求量不同，需求量大时对钙的吸收率也会相对增加。

3.人体肠胃状态：一方面食物中的钙需要在胃中的胃酸作用下离解成离子态才能被人体吸收，所以胃酸分泌不足时会影响钙的吸收；另一方面，在胰酶作用下的脂肪会产生脂肪酸，脂肪酸会与钙形成难溶性的钙皂，从而导致钙无法被吸收。

1.脂肪：高脂膳食可以增加肠胃的排空时间，利于钙的吸收；脂肪还可以促进细胞膜的流动性而促进钙的吸收；一些人体必要的脂肪酸还可以促进前列腺素的合成从而促进骨代谢；但如果出现吸收不良综合征时，无法被吸收的脂肪酸就会与钙离子结合形成难溶钙皂，降低钙的吸收。

2.糖类：乳糖能够促进钙的吸收，一方面乳糖可直接与钙形成小分子螯合物，便于吸收；另一方面当乳糖被分解发酵时，其产生的酸会降低肠道内的PH值，增加游离的钙离子浓度，从而利于钙离子的吸收。

3.草酸盐、植酸盐：含草酸盐和植酸盐的粮食和蔬菜，在被消化时，这些盐类会与钙离子结合生成难以吸收的盐类，从而降低钙离子的吸收。

4.维生素D：维生素D2和D3在人体的肾脏和肝脏中经过两次羟基化，可形成有活性的骨化三醇。骨化三醇通过与肠道、骨骼、肾脏和甲状旁腺细胞中的维生素D受体（VDR）结合，会上调钙结合蛋白的基因表达，从而促进肠道对钙的吸收。

一些常见食物中的钙含量