カルシウムとは？化学元素の基礎・同位体・骨と人体での役割
カルシウムの基礎から同位体、人体での骨や生理的役割までわかりやすく解説。健康・栄養知識を深めたい方へ最適。
カルシウムは化学元素の一種です。周期表（全元素のリスト）上の記号はCaです。原子番号は20です。20個の陽子と20個の電子を持っています（原子の場合は、イオンを参照）。最も一般的な同位体はCa-40とCa-44である。その質量数は約40.08です。カルシウムは人体で骨を作ったりするのにとても重要です。
化学的・物理的性質
- カルシウムはアルカリ土類金属（周期表の第2族）に属する銀白色の金属で、柔らかめで展性はあまり高くありません。
- 電子配置は [Ar] 4s2 で、典型的に二価の陽イオン（Ca2+）を形成します。
- 常温常圧では安定ですが、空気中では表面が酸化して薄い酸化膜を作ります。金属カルシウムは水と反応して水酸化カルシウム（Ca(OH)2）と水素を生じます（ただし反応性はアルカリ金属ほど激しくはありません）。
同位体
カルシウムには多くの同位体がありますが、天然に存在するものとしては主にCa-40（最も多い）、Ca-44、Ca-42、Ca-43、Ca-46、Ca-48などが知られています。安定同位体が多く、生体内や地球化学の研究で同位体比が利用されることがあります。
化合物と用途
- 代表的な化合物に酸化カルシウム（生石灰）、水酸化カルシウム（消石灰）、炭酸カルシウム（石灰石、貝殻の主成分）、リン酸カルシウム（骨の主成分の一部）などがあります。
- 工業用途では、セメントやガラス、鉄鋼の脱酸剤、金属カルシウムは合金の脱酸や還元剤として、炭酸カルシウムは充填材や建材として広く使われます。
- 農業では土壌のpH調整（石灰散布）に、医療分野では炭酸カルシウムが制酸薬やカルシウム補給剤として用いられます。
人体での役割
- 約99%のカルシウムは骨や歯に存在し、主にリン酸カルシウム（ハイドロキシアパタイト：Ca10(PO4)6(OH)2）として硬さと構造を与えます。
- 残りのカルシウムは血液や細胞内外にあり、次のような重要な生理機能を担います：
- 筋収縮（心筋・骨格筋・平滑筋）
- 神経伝達におけるシグナル伝達（シナプスでの神経伝達物質放出）
- 血液凝固（凝固因子の活性化）
- 細胞内のセカンドメッセンジャーとしての役割（Ca2+の濃度変化が様々な代謝反応を制御）
吸収・代謝・ホメオスタシス
- 食事からのカルシウムは主に小腸で吸収され、ビタミンD（活性型ビタミンDはカルシウム吸収を促進）やホルモン（副甲状腺ホルモン：PTH、カルシトニン）が吸収と骨からの放出・蓄積を調節します。
- 腎臓はカルシウムの再吸収と排泄を制御し、血中カルシウム濃度を一定に保ちます。血中カルシウムが低下するとPTH分泌が増え、骨からカルシウムが放出されるなどして補正されます。
摂取と健康
- カルシウムの推奨摂取量は年齢や性別、国の基準によって異なりますが、成人では一般に数百mgから1000mg程度を目安とすることが多いです。具体的な数値は各国の栄養指針に従ってください。
- 良い食事源には牛乳・乳製品（チーズ、ヨーグルト）、小魚、緑色野菜（ただし含有量や吸収率は種類により異なる）、豆類や強化食品（カルシウム強化の食品）などがあります。
- カルシウム吸収は食事中のリン酸、シュウ酸、フィチン酸などによって妨げられることがあり、ビタミンDや適度なタンパク質は吸収を助けます。また過剰なナトリウムやカフェインは尿中排泄を増やすことがあります。
欠乏と過剰
- 不足すると成長期の骨形成障害（くる病、発育不良）や成人では骨量低下（骨粗鬆症）のリスクが高まります。
- 過剰摂取は高カルシウム血症や腎結石、腎機能障害を引き起こすことがあるため、サプリメントの長期大量使用には注意が必要です。
歴史と製造
カルシウム元素は18世紀末に電気分解などを用いた研究で単体が分離され、産業的には石灰石（炭酸カルシウム）や石灰（酸化カルシウム）として古くから利用されてきました。金属カルシウムは高温で塩化カルシウムなどを還元して得られます。
まとめ
カルシウムは化学的にも生物学的にも重要な元素で、骨や歯の主要成分であるだけでなく、筋肉の収縮、神経伝達、血液凝固など生命活動に欠かせない役割を果たします。バランスの良い食事と適切なビタミンDの状態を保つことが、カルシウムの健康維持に重要です。
非常に純粋なカルシウム金属で、腐食していない。
空気中の金属カルシウム、腐食
プロパティ
物性値
カルシウムは白灰色の柔らかい金属です。固体で不透明である。アルカリ土類金属である。融点は他の多くの反応性金属より高温です。鉛より少し硬い。2つの同素体を持つ。銅ほど電気を通さないが、重量は軽い。
化学的性質
水と反応して、水素と水酸化カルシウムを生成する。粉末の状態では、水との反応が非常に速い。塊のままだと、水酸化カルシウムがカルシウムを溶かさない皮膜を作るので、ゆっくり反応し始めます。水酸化カルシウムに酸を少し加えると、酸が溶けて、カルシウムの反応がとても速くなります。粉にすると燃えて赤っぽい炎になります。これが酸化カルシウムになります。また、加熱すると窒化カルシウムになります。ハロゲンと反応して、塩素と塩化カルシウムのようなハロゲン化カルシウムを作ることができます。
カルシウム化合物
カルシウムは+2酸化状態で化合物を形成する。カルシウムの化合物は無色である。ほとんどのカルシウム化合物は毒性はありません。実は人体に必要なものなのです。カルシウムイオンとしては反応性がない。酸化カルシウムは、炎で酸化カルシウムを加熱し、非常に明るく光らせるライムライトの材料として使われていた。
- 臭素酸カルシウム
- 炭酸カルシウム
- 塩化カルシウム
- 水酸化カルシウム
- 硝酸カルシウム
- 窒化カルシウム
- 酸化カルシウム
- 過マンガン酸カルシウム
- リン酸カルシウム
- 第二リン酸カルシウム
- 第一リン酸カルシウム
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水酸化カルシウム
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塩化カルシウム
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硫酸カルシウム水和物（水あり）
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硝酸カルシウム
再生メディア 金属カルシウムの燃焼
発生状況
地中
カルシウムは金属として地中に存在するのではなく、反応性が高すぎるのです。炭酸カルシウムは方解石として知られ、最も一般的なカルシウムの鉱物です。
細胞内のカルシウム
細胞の働きを知ることは大切です。多くの細胞の表面には、カルシウムチャネルがあります。これは、カルシウムイオンが細胞内に入ることができる開口部です。細胞は行動するように命令されると、チャネルを開きます。細胞内に入ったカルシウムイオンは、多くのタンパク質を活性化し、特定の働きをさせます。例えば、カルシウムイオンが筋肉細胞の中に入ると、筋肉を収縮させます（筋肉が引っ張られるように短くなります）。白血球の中に入ると、白血球を細菌と戦わせる。
カルシウムイオンは細胞にとって重要ですが、カルシウムイオンが多すぎると悪いことが起こります。もし細胞が必要以上にカルシウムイオンを摂取すると、死んでしまうことがあります。このため、細胞内のカルシウムイオンの量は高度に調節されています。逆に、カルシウムイオンが足りないとよくありません。細胞が正しく機能するためには、適切な量が必要なのです。
時には細胞が不健康になり、体内で新しい健康な細胞と入れ替わるために死滅する必要があります。これによって、生物全体が健康に保たれるのです。細胞は、いつ死ぬべきかを知っており、様々な方法でライフサイクルを終了させる反応を起こすことができます。このような現象はアポトーシスと呼ばれ、「プログラムされた細胞死」（計画的細胞死）とも呼ばれます。細胞がアポトーシスを達成する一つの方法は、有害なレベルのカルシウムイオンを取り込むことです。
カルシウムは人体にとってとても大切なものです。
カルシウムの貯蔵
骨には、人間の体内のカルシウムイオンのほとんどが含まれています。血液や筋肉などの組織にカルシウムが必要な場合は、骨から摂取することになります。カルシウムが余れば、骨に入るのです。
元素としてのカルシウムは人体には存在せず、化合物の形をしたカルシウムイオンに過ぎない。
カルシウムの調節
生物は、カルシウムイオンの濃度を非常にうまくコントロールする必要があります。カルシウム濃度が高いと悪いし、低いと悪い。
を変化させることで、体をコントロールしています。
- 食事からどれだけカルシウムをとるか
- 尿中のカルシウム量
- 骨にカルシウムを入れる
体内のカルシウムをコントロールすることをカルシウム代謝といいます。カルシウムが少なすぎると、骨粗鬆症の原因になります。
体内のカルシウム濃度は、多くのホルモンによってコントロールされています。カルシウムの代謝に最も重要なホルモンは、カルシトニン、副甲状腺ホルモン（頭文字をとってPTH）、そしてビタミンDです。(ビタミンDはホルモンとして働きますが、ビタミンと呼ばれています)。
方解石
準備
金属カルシウムは、塩化カルシウムを溶かして電気分解することで作られます。溶かすには非常に高温でなければならない。カルシウム金属は液体です。
使用方法
エレメントとして
カルシウムは、他の金属の還元に使われます。また、他の金属との合金を作るのにも使われる。
化合物として
カルシウム化合物は化学の世界でも重要です。ものを作るのに重要なのです。コンクリート（多くの建物が作られる硬い物質）を作るのに必要なセメントの一部である。
カルシウムは、酸化カルシウムの一部です。酸化カルシウムは、紙や陶器、食品、水の浄化（美味しく飲めるようにすること）に使われます。過マンガン酸カルシウムは、ロケットの推進剤として使われることがあります。
建物に使われるコンクリート
安全性
カルシウムは元素として毒性がある。水と反応して強塩基の水酸化カルシウムになる。カルシウムの化合物は、陰イオンが有毒でなければ毒性はありません。過マンガン酸カルシウムが有毒なのは過マンガン酸のせいであって、カルシウムのせいではありません。他のアルカリ土類金属と同様に、カルシウムは燃えやすく、明るく燃えます。
関連ページ
- カルシウム化合物
質問と回答
Q:周期表でカルシウムの記号は何ですか?
A:周期表でのカルシウムの記号はCaです。
Q:カルシウムの原子番号は何番ですか?
A:カルシウムの原子番号は20です。
Q:カルシウムの一般的な同位体は何ですか?
A:カルシウムの一般的な同位体には、Ca-40とCa-44があります。
Q:カルシウムの質量数は何ですか?
A:カルシウムの質量数は約40.08です。
Q:カルシウムは人体でどのように役立っているのですか?
A:人体では、カルシウムは骨を作るのに役立ち、他の目的にも役立っています。
Q:カルシウムは原子ですか、それともイオンですか?
A:原子であれば、カルシウムは20個の陽子と20個の電子を持っています。
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