Calci

Calci,  20Ca
Quang phổ vạch của calci
Tính chất chung
Tên, ký hiệu	Calci, Ca
Hình dạng	Ánh kim xám bạc
Calci trong bảng tuần hoàn
Mg ↑ Ca ↓ Sr Kali ← Calci → Scandi
Số nguyên tử (Z)	20
Khối lượng nguyên tử chuẩn (Ar)	40,078 ± 0.004 [1]
Phân loại	kim loại kiềm thổ
Nhóm, phân lớp	2, s
Chu kỳ	Chu kỳ 4
Cấu hình electron	[Ar] 4s2
mỗi lớp	2, 8, 8, 2
Tính chất vật lý
Màu sắc	Ánh kim xám bạc
Trạng thái vật chất	Chất rắn
Nhiệt độ nóng chảy	1115 K ​(842 °C, ​1548 °F)
Nhiệt độ sôi	1757 K ​(1484 °C, ​2703 °F)
Mật độ	1,55 g·cm−3 (ở 0 °C, 101.325 kPa)
Mật độ ở thể lỏng	ở nhiệt độ nóng chảy: 1,378 g·cm−3
Nhiệt lượng nóng chảy	8,54 kJ·mol−1
Nhiệt bay hơi	154,7 kJ·mol−1
Nhiệt dung	25,929 J·mol−1·K−1
Áp suất hơi P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ở T (K) 864 956 1071 1227 1443 1755
Tính chất nguyên tử
Trạng thái oxy hóa	2, 1[2] ​(Base oxide mạnh)
Độ âm điện	1,00 (Thang Pauling)
Năng lượng ion hóa	Thứ nhất: 589.8 kJ·mol−1 Thứ hai: 1145.4 kJ·mol−1 Thứ ba: 4912.4 kJ·mol−1
Bán kính cộng hoá trị	thực nghiệm: 197 pm
Bán kính liên kết cộng hóa trị	176±10 pm
Bán kính van der Waals	231 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể	​Lập phương tâm mặt
Vận tốc âm thanh	que mỏng: 3810 m·s−1 (ở 20 °C)
Độ giãn nở nhiệt	22,3 µm·m−1·K−1 (ở 25 °C)
Độ dẫn nhiệt	201 W·m−1·K−1
Điện trở suất	ở 20 °C: 33,6 n Ω·m
Tính chất từ	Nghịch từ
Mô đun Young	20 GPa
Mô đun cắt	7,4 GPa
Mô đun khối	17 GPa
Hệ số Poisson	0,31
Độ cứng theo thang Mohs	1,75
Độ cứng theo thang Brinell	167 MPa
Số đăng ký CAS	7440-70-2
Đồng vị ổn định nhất
Bài chính: Đồng vị của Calci
Iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP 40Ca 96.941% 40Ca ổn định với 20 neutron[a] 41Ca Vết 1,03×105 năm ε – 41K 42Ca 0.647% 42Ca ổn định với 22 neutron 43Ca 0.135% 43Ca ổn định với 23 neutron 44Ca 2.086% 44Ca ổn định với 24 neutron 45Ca Tổng hợp 162,7 ngày β- 0.258 45Sc 46Ca 0.004% 46Ca ổn định với 46 neutron[b] 47Ca Tổng hợp 4,536 ngày β- 0.694, 1.99 47Sc γ 1.297 - 48Ca 0.187% 6,4×1019 năm β−β− ? 48Ti

Calci (bắt nguồn từ từ tiếng Pháp calcium /kalsjɔm/),^[3] còn được viết là canxi,^[3] là nguyên tố hoá học ký hiệu Ca, số thứ tự 20 trong bảng tuần hoàn. Là một kim loại kiềm thổ, calci có độ phản ứng cao: nó tạo thành một lớp oxide-nitride màu trắng xám khi tiếp xúc với không khí. Các tính chất vật lý và hóa học của nó gần giống với các chất tương đồng nặng hơn như là stronti và bari. Nó là nguyên tố phổ biến thứ năm trên vỏ Trái đất, và là kim loại phổ biến thứ ba chỉ sau sắt và nhôm. Hợp chất calci phổ biến nhất trên Trái đất là calci carbonat, có trong đá vôi và tàn tích hóa thạch của sinh vật biển trong thời kỳ đầu; nguồn calci khác bao gồm thạch cao, anhydride, huỳnh thạch và apatit. Tên của nó bắt nguồn từ tiếng Latinh calx, nghĩa là vôi - một hợp chất của calci được điều chế bằng cách nung nóng đá vôi.

Mặc dù một số hợp chất calci được biết đến từ thời xa xưa, nhưng đặc tính hóa học của chúng chưa được biết đến cho đến thế kỷ 17. Calci tinh khiết được Humphry Davy cô lập năm 1808 bằng phương pháp điện phân. Các hợp chất của calci được sử dụng phổ biến ở nhiều ngành công nghiệp: trong thực phẩm và dược phẩm với vai trò bổ sung calci, là chất tẩy trắng và làm trắng trong ngành công nghiệp giấy, là chất khử trùng nước uống, và là thành phần của quá trình sản xuất xà phòng kim loại. Mặt khác, calci kim loại có ít ứng dụng hơn do tính phản ứng cao của nó. Tuy nhiên, với số lượng nhỏ, nó thường được sử dụng làm thành phần hợp kim trong sản xuất thép, và đôi khi hợp kim calci-chì được sử dụng trong việc sản xuất ắc quy.

Calci là kim loại phổ biến nhất và là nguyên tố phổ biến thứ năm trong cơ thể.^[4]Là một khoáng chất chính trong việc tạo xương, răng và vỏ sò, calci là kim loại phổ biến nhất về khối lượng có trong nhiều loài động vật. Calci là nguyên tố thiết yếu cho sinh vật sống, đặc biệt trong sinh lý học tế bào và tồn tại dưới 3 dạng trong máu: 50% dưới dạng ion Ca²⁺, gần 50% kết hợp với protein huyết tương, chủ yếu là albumin và chỉ còn rất ít dưới dạng phức hợp với phosphate, citrate, carbonate. Ở đây có sự di chuyển ion Ca²⁺ vào và ra khỏi tế bào chất có vai trò mang tín hiệu cho nhiều quá trình tế bào.

Đặc tính

Phân loại

Calci là một kim loại màu bạc rất dẻo (đôi khi được mô tả là có màu vàng nhạt) có tính chất rất giống với các nguyên tố nặng hơn trong nhóm của nó: stronti, bari và radi. Một nguyên tử calci có 20 electron, với cấu hình electron [Ar]4s². Giống như các nguyên tố khác được xếp vào nhóm 2 của bảng tuần hoàn, calci có hai electron hóa trị ở orbital-s ngoài cùng, nên rất dễ bị mất trong các phản ứng hóa học để tạo thành ion lưỡng cực (Ca²⁺) có cấu hình electron ổn định của khí hiếm, trong trường hợp này là argon.^[5]

Do đó, trong các hợp chất chứa calci, thường là hợp chất ion, calci hầu như luôn có hóa trị 2. Muối hóa trị 1 (MX) giả định của calci sẽ ổn định đối với các nguyên tố cấu thành chúng, nhưng chúng sẽ tự oxy hóa khử thành muối hóa trị 2 và kim loại calci, vì enthalpy tạo thành của muối MX₂ có mức âm lớn hơn so với giá trị của muối MX giả định.^[c] Điều này xảy ra vì năng lượng mạng lưới tinh thể lớn hơn nhiều do cation Ca²⁺ có mức điện dương lớn hơn cation Ca⁺ giả định.^[5]

Calci, stronti, bari và radi luôn được coi là kim loại kiềm thổ; beryli và magnesi nhẹ hơn, nằm trong nhóm 2 của bảng tuần hoàn, và cũng thường được phân loại như trên. Tuy nhiên, beryli và magnesi có sự khác biệt đáng kể so với các nguyên tố khác trong nhóm về tính chất vật lý và hóa học: chúng giống nhôm và kẽm hơn và có một số đặc tính kim loại yếu hơn so với các kim loại hậu chuyển tiếp, nên định nghĩa truyền thống của "kim loại kiềm thổ" thường loại trừ chúng.^[6]

Tính chất vật lý

Nhiệt độ nóng cháy của calci là 842 °C và nhiệt độ sôi của nó là 1494 °C; cao hơn magnesi và stronti, hai kim loại kiềm thổ bên cạnh calci. Calci có hai thù hình: lập phương tâm mặt và lập phương tâm khối ở nhiệt độ 443 °C trở lên.^[7] Calci có tỉ trọng 1,526 g/cm³, là kim loại kiềm thổ nhẹ nhất;^[5] magie (1,74 g/cm³) và beryli (1,84 g/cm³) nặng hơn mặc dù chúng có số khối nhỏ hơn. Kể từ stronti trở đi, các kim loại kiềm thổ có tỷ trọng tăng theo số khối.

Calci cứng hơn chì nhưng có thể cắt được bằng dao. Mặc dù calci là chất dẫn điện kém hơn đồng và nhôm tính theo thể tích nhưng nó lại là chất dẫn điện tốt hơn về khối lượng so với cả hai kim loại trên do nó có khối lượng riêng thấp hơn.^[8] Mặc dù trong thực tế nó ít khi được sử dụng bởi rất dễ phản ứng với không khí, việc sử dụng calci làm chất dẫn điện ngoài không gian đã được tính đến.^[8]

Tính chất hóa học

Về hóa học, calci là một kim loại mềm và phản ứng mạnh. Nó là nguyên tố kim loại có màu bạc có thể được tách ra bằng phương pháp điện phân từ muối nóng chảy như calci chloride.^[9] Khi được tạo ra, nó nhanh chóng hình thành một lớp áo oxide và nitrite màu trắng xám do tiếp xúc với không khí.^[10] Ở dạng khối, kim loại khó đốt cháy, thậm chí còn khó hơn các miếng magnesi; nhưng khi cắt ra, kim loại calci cháy trong không khí cho ngọn lửa cam-đỏ có độ chói cao. Kim loại calci phản ứng với nước tạo khí hydro với tốc độ nhanh đến mức có thể nhận biết được, nhưng không đủ nhanh ở nhiệt độ phòng để tạo ra nhiều nhiệt, do vậy nên nó rất hữu ích trong việc dùng sản xuất hydro.^[11] Tuy nhiên, khi ở dạng bột nó phản ứng với nước cực kỳ nhanh do diện tích bề mặt tiếp xúc tăng do ở dạng bột. Một phần phản ứng với nước bị chậm lại do nó tạo ra sản phẩm không hòa tan là calci hydroxide có tính bảo vệ.

Các muối của calci không màu cho dù calci ở dạng nào đi nữa, và ion calci hòa tan (Ca²⁺) cũng không màu. Cùng với các muối của magnesi và các muối của kim loại kiềm thổ khác, các muối calci thường tan khá trong nước ngoại trừ calci hydroxide, calci sulfat, calci cacbonat và calci phosphat. Khi ở trong dung dịch, ion calci cho nhiều vị giác ấn tượng như mặn, chua, trơn.

Đồng vị

Calci tự nhiên có 6 đồng vị ổn định(⁴⁰Ca, ⁴²Ca, ⁴³Ca, ⁴⁴Ca, ⁴⁶Ca và ⁴⁸Ca^[d]), Calci là nguyên tố đầu tiên(nhẹ nhất) có 6 đồng vị trong tự nhiên.^[10]

Hai trong sáu đồng vị có nguồn gốc tự nhiên: đồng vị Ca⁴⁰ và đồng vị phóng xạ Ca⁴¹ với chu kỳ bán rã = 103.000 năm. 97% của nguyên tố này là ở dạng Ca⁴⁰. Ca⁴⁰ là một trong các sản phẩm sinh ra bởi sự phân rã của K⁴⁰, cùng với Ar⁴⁰. Trong khi tỷ lệ K/Ar được sử dụng rộng rãi trong địa chất học thì sự phổ biến của Ca⁴⁰ trong tự nhiên đã cản trở việc sử dụng chỉ số K/Ca này trong địa chất. Không giống như các đồng vị có nguồn gốc vũ trụ được tạo ra trong khí quyển, Ca⁴¹ được sản xuất do việc hấp thụ neutron của Ca⁴⁰. Phần lớn của việc tạo ra đồng vị này là ở những mét cao nhất hay ở những lớp đất đá mà ở đó các bức xạ neutron vũ trụ là đủ mạnh. Ca⁴¹ đã thu được sự chú ý của các nhà khoa học trong nghiên cứu các chòm sao vì Ca⁴¹ phân rã thành K⁴¹, một chỉ số quan trọng của các bất thường trong hệ Mặt Trời.

Lịch sử

Các hợp chất calci được biết đến từ thời xa xưa, mặc dù thành phần hóa học của chúng chưa được hiểu rõ cho đến thế kỷ 17.^[12] Vôi ở dạng vật liệu xây dựng^[13] và thạch cao cho tượng đã được sử dụng từ thời tiền sử cách nay khoảng 7000 đến 14000 TCN.^[14] Lò vôi được định tuổi đầu tiên có niên đại 2500 TCN và được tìm thấy ở Khafajah, Mesopotamia.^[15][16]

Trong cùng khoảng thời gian đó, thạch cao khô(CaSO₄·2H₂O) được sử dụng để xây Kim tự tháp Giza. Chất liệu này về sau được sử dụng làm thạch cao trong lăng mộ của Tutankhamun. Calci đã được biết từ rất sớm vào thế kỷ I khi người La Mã cổ đại điều chế vôi ở dạng calci oxide bằng cách nung nóng đá vôi (CaCO₃).^[12] Tên gọi "calcium" bắt nguồn từ từ calx trong tiếng Latinh, nghĩa là "vôi".^[12]Văn liệu năm 975 ghi nhận rằng calci sulfat là chất hữu ích trong việc hình thành xương.

Vitruvius - kiến trúc sư người La Mã - thấy rằng sản phẩm vôi sau khi được nung nóng nhẹ hơn đá vôi lúc ban đầu, cho rằng điều này là do việc nung nóng đã loại bỏ nước trong đá vôi. Vào năm 1755, Joseph Black đã chứng minh rằng hiện tượng này là do mất đi khí carbon dioxide, một chất mà người La Mã cổ đại chưa biết đến.^[17]

Vào năm 1789, Antoine Lavoisier nghi ngờ rằng vôi có thể là oxide của một nguyên tố hóa học cơ bản. Trong bảng các nguyên tố của mình, Lavoisier đã liệt kê năm loại quặng có thể phản ứng với acid để tạo ra muối: chaux (calci oxide), magie (magnesia, magnesi oxide), baryte (bari sulfate), alumin (alumina, nhôm oxit) và silica (silica, silicon dioxide).^[18]

Calci không được tách biệt mãi cho đến năm 1808 ở Anh khi Sir Humphry Davy điện phân một hỗn hợp gồm vôi và thủy ngân(II) oxide trên một tấm platin đóng vai trò là anode, còn cathode thì là một sợi dây platin chìm một phần trong thủy ngân. Quá trình điện phân tạo ra hỗn hống calci-thủy ngân; calci có thể được tách ra khỏi hỗn hống bằng cách chưng cất loại bỏ thủy ngân.^[19][12]Mặc dù vậy, calci tinh khiết không thể được điều chế với số lượng lớn bằng phương pháp này, và một quy trình sản xuất thương mại chỉ được khám phá sau hơn một thế kỷ.^[17]

Sự phổ biến và sản xuất

Calci là nguyên tố phổ biến thứ năm trên vỏ Trái đất (chiếm khoảng 4,66% theo khối lượng), và là kim loại phổ biến thứ ba đằng sau nhôm và sắt.^[20] Nó cũng là nguyên tố phổ biến thứ tư ở những vùng cao nguyên mặt trăng.^[21]Đá trầm tích chứa calci carbonat chiếm phần lớn bề mặt Trái đất dưới dạng tàn tích hóa thạch của sinh vật biển trong quá khứ; chúng xuất hiện dưới hai dạng: calcit hình mặt thoi (phổ biến hơn) và aragonit hình trực thoi (hình thành ở các vùng biển ôn đới hơn). Khoáng sản thuộc loại thứ nhất bao gồm đá vôi, dolomit, đá cẩm thạch, đá phấn và đá băng; các tầng aragonit tạo nên lưu vực của quần đảo Bahamas, Florida Keys và Biển Đỏ. San hô, vỏ sò, và ngọc trai chủ yếu được tạo thành từ calci carbonat. Trong số các khoáng chất quan trọng khác của calci là thạch cao (CaSO₄·2H₂O), anhydrit (CaSO₄), fluorit (CaF₂) và apatit ([Ca₅(PO₄)₃X], X = OH, Cl, hoặc F). ^[12]

Các quốc gia sản xuất calci chính là Trung Quốc (khoảng 10000 đến 12000 tấn mỗi năm), Nga (khoảng 6000 đến 8000 tấn mỗi năm) và Hoa Kỳ (khoảng 2000 đến 4000 tấn mỗi năm). Canada và Pháp cũng là một trong số các nước sản xuất calci. Năm 2005, khoảng 24.000 tấn calci đã được sản xuất; khoảng một nửa lượng calci được chiết xuất trên thế giới được Hoa Kỳ sử dụng, với khoảng 80% sản lượng đầu ra được sử dụng hàng năm.^[8]

Tại Nga và Trung Quốc, phương pháp điện phân của Humphry Davy vẫn được sử dụng nhưng được dùng cho calci chloride nóng chảy.^[8] Vì calci ít phản ứng hơn stronti hoặc bari nên lớp phủ oxide-nitride tạo ra từ việc tiếp xúc với không khí ổn định; từ đó việc gia công bằng máy tiện cũng như các kỹ thuật luyện kim tiêu chuẩn khác đều có thể dùng với calci.^[22] Tại Hoa Kỳ và Canada, calci được sản xuất bằng cách khử vôi bằng nhôm ở nhiệt độ cao.^[8]

Chu trình địa hóa

Chu trình calci thể hiện liên kết giữa kiến tạo, khí hậu và chu trình carbon. Theo cách hiểu đơn giản nhất, quá trình mọc núi khiến các loại đá chứa calci như bazan và granodiorit bị phong hóa hóa học, từ đó giải phóng ion Ca²⁺ vào nước bề mặt. Những ion này được vận chuyển tới đại dương nơi nó hấp thụ CO₂ tạo thành đá vôi (CaCO
₃). Lượng đá vôi này lắng xuống đáy biển và kết hơp thành những viên đá mới. CO₂ hòa tan, ion carbonate và bicarbonat được gọi là "carbon vô cơ hòa tan".^[23]

Phản ứng trên thực tế phức tạp hơn và liên quan đến sự hình thành ion bicarbonate (HCO⁻
₃) khi CO₂ tác dụng với nước ở độ pH của biển:

${\displaystyle {\ce {Ca^2+ + 2 HCO3- -> CaCO3_v + CO2 + H2O}}}$

Ở độ pH của nước biển, phần lớn khí CO₂ ngay lập tức được chuyển hóa thành HCO⁻
₃. Phản ứng này dẫn đến sự vận chuyển ròng một phân tử CO2 từ đại dương/khí quyển vào thạch quyển.^[24] Kết quả là mỗi ion Ca²⁺ được giải phóng bởi quá trình phong hóa hóa học sẽ loại bỏ một phân tử CO₂ khỏi bề mặt (khí quyển, đại dương, đất và sinh vật sống), lưu trữ nó trong đá carbonat trong hàng trăm triệu năm. Do đó, quá trình phong hóa calci từ đá sẽ giải phóng CO₂ từ đại dương và khí quyển, từ đó gây ảnh hưởng lâu dài đến khí hậu.^[23][25]

Ứng dụng

Ứng dụng phổ biến nhất của calci kim loại nằm trong việc sản xuất thép, do tính ái lực cao của nó đối với oxy và lưu huỳnh. Các oxide và sulfide của nó, sau khi được hình thành, sẽ tạo ra các tạp chất aluminat vôi và sunfide lỏng trong thép và nổi lên. Trong quá trình xử lý, các tạp chất này được thu nhỏ và phân tán khắp bề mặt của thép, từ cải thiện khả năng đúc, độ sạch và các tính chất cơ học nói chung của thép. Calci cũng được sử dụng trong ắc quy ô tô không cần bảo trì, trong đó việc sử dụng hợp kim calci-chì 0,1% thay vì hợp kim antimon-chì thông thường sẽ dẫn đến tỉ lệ mất nước thấp hơn và khả năng tự xả điện thấp hơn.^[26]

Do nguy cơ giãn nở và nứt, nhôm đôi khi sẽ được kết hợp vào những hợp kim này. Hợp kim calci-chì cũng được sử dụng trong việc, thay thế hợp kim chì-antimon.^[26] Calci cũng được sử dụng để gia cố hợp kim nhôm dùng trong ổ trục, kiểm soát than chì trong gang và để loại bỏ tạp chất bismuth khỏi chì.^[22] Calci kim loại được phát hiện trong một số loại chất thông cống, nơi nó đóng vai là chất tỏa nhiệt và calci hydroxide giúp xà phòng hóa chất béo và hóa lỏng các protein trong tóc gây ra tắc cống.^[27]

Ngoài luyện kim, calci còn được sử dụng để loại bỏ nitơ khỏi argon tinh khiết và là chất khử trong việc điều chế các kim loại khác như chromi, urani, zirconi, hay thori. Nó cũng được sử dụng để lưu trữ khí hidro, do calci phản ứng vói hidro tạo thành calci hydride(CaH₂), nơi hidro có thể được giải phóng một cách dễ dàng.^[22]

Việc phân đoạn đồng vị calci trong quá trình hình thành khoáng chất đã dẫn đến một số ứng dụng của đồng vị calci. Cụ thể hơn, quan sát năm 1997 của Skulan và DePaolo^[28] rằng các khoáng chất calci nhẹ hơn về mặt đồng vị so với các dung dịch mà các khoáng chất kết là cơ sở cho các ứng dụng tương tự trong y học và cổ đại dương học. Ở loài động vật có bộ xương được khoáng hóa bằng calci, thành phần đồng vị calci của các mô mềm phản ánh tốc độ hình thành và hòa tan tương đối của khoáng chất trong xương.^[29]

Ở người, thành phần đồng vị calci thay đổi trong nước tiểu đã được chứng minh là có liên quan đến sự thay đổi cân bằng khoáng chất của xương. Tốc độ tạo xương lớn hơn tốc độ hủy xương dẫn đến tăng tỷ lệ ⁴⁴Ca/⁴⁰Ca ở mô mềm và ngược lại. Do mối liên quan này, việc đo đồng vị calci trong nước tiểu hoặc máu có thể hữu ích trong việc phát hiện sớm các bệnh về chuyển hóa xương như loãng xương.^[29][30]

Một hệ thống tương tự tồn tại trong nước biển, trong đó tỉ lệ ⁴⁴Ca/⁴⁰Ca có xu hướng tăng lên khi tốc độ loại bỏ ion Ca²⁺ qua việc kết tủa khoáng chất lớn hơn lượng calci mới đưa vào đại dương. Năm 1997, Skulan và DePaolo đưa ra bằng chứng đầu tiên về sự thay đổi của ⁴⁴Ca/⁴⁰Ca trong nước biển theo thời gian địa chất, cùng với lời giải thích mang tính lý thuyết về những thay đổi này. Nhiều bài báo gần đây đã khẳng định quan sát này, chứng minh rằng nồng độ Ca²⁺ trong nước biển không cố định và đại dương không bao giờ ở "trạng thái ổn định" đối với lượng canxi đầu vào và đầu ra. Điều này có ý nghĩa quan trọng về khí hậu, vì chu trình calci ở biển gắn liền với chu trình carbon.^[31][32]

Nhiều hợp chất calci được sử dụng trong dược phẩm, y học và trong những lĩnh vực khác. Calci và phosphor được bổ sung trong thực phẩm thông qua việc thêm calci lactate, calci diphosphat và tricalci phosphat. Tricalci phosphat cũng được sử dụng làm chất đánh bóng trong kem đánh răng và thuốc trung hòa acid. Calci lactobionate là một loại bột màu trắng được sử dụng làm chất tạo hỗn dịch cho dược phẩm. Trong nấu nướng, calci phosphat được sử dụng làm chất tạo men. Trong công nghiệp giấy và khủ trùng, calci carbonat dạng kết tủa đóng vai trò là chất làm trắng giấy,^[33] calci sulfit được sử dụng làm chát tẩy trắng trong sản xuất giấy và là chất khử trùng, còn calci hypochlorit được sử dụng để khử trùng hồ bơi và nước uống.^[34] Calci silicat được sử dụng để gia cố cao su và calci acetat là thành phần của nhựa thông vôi và được sử dụng để sản xuất xà phòng kim loại và nhựa tổng hợp.^[26]

Calci nằm trong Danh sách thuốc thiết yếu của Tổ chức Y tế Thế giới.^[35]

Calci trong thực phẩm

Một số thức ăn giàu calci bao gồm sữa và các sản phẩm từ sữa như phô mai và sữa chua, rau có màu xanh thẫm, sản phẩm từ đậu như đậu hũ, cá có thể ăn được cả xương và ngũ cốc ăn liền tăng cường calci.^[36][37]

Do những lo ngại về tác dụng phụ khi tiêu thụ quá nhiều calci, nên các tổ chức chính phủ như Cơ quan An toàn thực phẩm Châu Âu (EFSA)^[38] và phi chính phủ như Viện Y học Hoa Kỳ (IOM)^[39] đã đặt giới hạn tiêu thụ tối đa (UL). Theo khuyến nghị của Bộ Y tế và Viện Dinh dưỡng Việt Nam, lượng calci tiêu thụ mỗi ngày cho những người ở độ tuổi 0-5 tháng không nên vượt quá 1000 mg/ngày: đối với những người ở độ tuổi 6-11 tháng thì không vượt quá 1500 mg/ngày; đối với những người ở độ tuổi 1-7 tuổi thì không vượt quá 2500 mg/ngày; đối với những người ở độ tuổi 8-19 tuổi thì không vượt quá 3000 mg/ngày; đối với những người từ 20-49 tuổi thì không vượt quá 2500 mg/ngày; đối với lứa tuổi từ 50 trở lên thì không vượt quá 2000 mg/ngày.^[40] Cơ quan An toàn thực phẩm Châu Âu (EFSA) đề xuất giới hạn tiêu thụ tối đa cho tất cả người lớn là 2500 mg/ngày, nhưng không đặt giới hạn tiêu thụ tối đa cho trẻ em và trẻ vị thành niên do không có đủ thông tin về tác dụng phụ của calci đối với nhóm tuổi này.^[38]

Vai trò sinh học và bệnh lý

Chức năng

Calci là nguyên tố thiết yếu cho sự sống và là một chất khoáng đa lượng.^[42][4] Mức calci trong động vật có vú được kiểm soát chặt.^[43][44] Trong cơ thể thì 98% calci nằm ở xương và răng; 2% còn lại là ion calci nằm trong máu để thực hiện các chức năng thần kinh cơ, đông máu. Trong máu, Ca ở dưới 3 dạng: 50% dưới dạng ion Ca²⁺, gần 50% kết hợp với protein huyết tương, chủ yếu là albumin và chỉ còn rất ít dưới dạng phức hợp với phosphat, citrat, carbonat.

Calci là một thành phần quan trọng của khẩu phần dinh dưỡng. Sự thiếu hụt rất nhỏ của nó đã ảnh hưởng tới sự hình thành và phát triển của xương và răng. Thừa calci có thể dẫn đến sỏi thận (vì khi nồng độ cao dễ bị kết tinh gây ngưng trệ quá trình bài tiết). Cơ thể cần Vitamin D để hấp thụ calci và duy trì hệ xương và răng^[45]

Nếu tuyến cận giáp bị kích thích do thiếu calci, tuyến cận giáp phải liên tục tiết ra quá nhiều hooc môn, chức năng tuyến cận giáp làm việc quá mức nên không còn kiểm soát được nồng độ calci trong máu nữa, do vậy nồng độ calci trong máu tăng cao, dẫn đến loạn nhịp tim. Khi nhịp tim loạn thì tuyến giáp lại phải tiết ra hooc môn để giảm nồng độ calci trong máu, chuyển lượng calci thừa đó ra ngoài tới các tổ chức khác để duy trì ổn định nồng độ calci trong máu. Quá trình đó gọi là "calci di chuyển".

Bệnh về xương

Vì calci cần thiết cho sự phát triển của xương nên nhiều bệnh về xương có thể bắt nguồn từ chất nền hữu cơ hoặc hydroxyapatit trong cấu trúc phân tử hoặc tổ chức của xương. Loãng xương là sự sụt giảm thành phần khoáng của xuơng tính theo từng đơn vị thể tích, và có thể được điều trị bằng cách bổ sung calci, vitamin D và bisphosphonate.^[4][46] Thiếu calci, vitamin D hoặc phosphat có thể dẫn đến bệnh nhuyễn xương.^[47][48]

An toàn

Calci kim loại

Calci
Các nguy hiểm
NFPA 704	3 0 1
Ký hiệu GHS
Báo hiệu GHS	Nguy hiểm
Chỉ dẫn nguy hiểm GHS	H261
Chỉ dẫn phòng ngừa GHS	P231+P232
Trừ khi có ghi chú khác, dữ liệu được cung cấp cho các vật liệu trong trạng thái tiêu chuẩn của chúng (ở 25 °C [77 °F], 100 kPa). Tham khảo hộp thông tin

Vì calci kim loại phản ứng tỏa nhiệt với nước và acid, nên khi tiếp xúc với độ ẩm từ cơ thể sẽ gây ra kích ứng nghiêm trọng.^[49]Khi nuốt phải, calci có tác động tương tự đối với miệng, thực quản và dạ dày, đồng thời có thể gây tử vong^[27] Tuy nhiên, tác dụng phụ từ việc tiếp xúc lâu dài chưa được biết đến.^[49]

Ghi chú

1. ^ Được cho là trải qua quá trình bắt giữ electron kép thành ⁴⁰Ar với chu kỳ bán rã không nhỏ hơn 5,9×10²¹ năm
2. ^ Được cho là trải qua phân rã β⁻β⁻ thành ⁴⁶Ti với chu kỳ bán rã không nhỏ hơn 2,8×10¹⁵ năm
3. ^ Nếu enthalpy tạo thành có mức âm lớn hơn (tức là bé hơn), thì chất đó thường sẽ ổn định hơn
4. ^ Chu kỳ bán rã của ⁴⁸Ca là 4.3 × 10¹⁹  năm, đủ lâu để coi là đồng vị ổn định
5. ^ RDA là viết tắt của "Recommended Dietary Allowance", nghĩa là Nhu cầu dinh dưỡng khuyến nghị

Tham khảo

Thư mục

• Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1997), Chemistry of the Elements (ấn bản 2), Oxford: Butterworth-Heinemann, ISBN 0-7506-3365-4
• Hluchan, Stephen E.; Pomerantz, Kenneth (2005), “Calcium and Calcium Alloys”, Bách khoa toàn thư Ullmann về Hóa chất công nghiệp, Weinheim: Wiley-VCH, doi:10.1002/14356007.a04_515.pub2
• Lê Danh Tuyên; Lê Bạch Mai; và đồng nghiệp (2016). Nhu cầu dinh dưỡng khuyến nghị cho người Việt Nam (PDF). Hà Nội: Nhà xuất bản Y học.

|}