كالسيوم

الكالسيومهوعنصر كيميائيرمزهCaوعدده الذرّي20وهو ينتمي إلىالفلزّات القلوية الترابية، التي تقع في المجموعة الثانيةللجدول الدوري للعناصر. يتميّز هذا الفلزّ بنشاطه الكيميائي، لذلك لا يوجد بشكله الحرّ في الطبيعة، إذ تتشكلّ طبقةٌ من الأكسيد والنتريد على سطحه عند تعرّضه للهواء. يشابه هذا العنصر في خواصه الكيميائية والفيزيائية خواصَ أقرانه الأثقل في مجموعة الفلزّات القلوية:السترونتيوموالباريوم. يعدّ الكالسيوم خامسَ العناصر الكيميائية من حيثالوفرة الطبيعيةفيالقشرة الأرضية، وثالث الفلزّات من حيث ذلك الترتيب بعدالألومنيوموالحديد؛ وهو يوجد فيها غالباً على شكل مركّبكربونات الكالسيوم، الذي يدخل في تركيبالحجر الجيري؛ كما يوجد أيضاً على شكل مركّبات أخرى في معادنالجصّ(الجبس)والأنهيدريتوالفلوريتوالأباتيت، والتي تعدّ من الخامات الطبيعية للكالسيوم أيضاً.
عُرفت كيمياء الكالسيوم بشكلٍ معمَّق منذ القرن التاسع عشر الميلادي، وذلك عندما تمكّنهمفري ديفيسنة 1808 من عزل العنصر لأوّل مرّة بواسطةالتحليل الكهربائيلأكسيده، وهو من أطلق عليه هذا الاسم، والذي اشتقّه منالكلمة اللاتينية«calx»، والتي تعنيجير. ينتشر استخدام مركّبات الكالسيوم في العديد من التطبيقات الصناعية على نطاقٍ واسع تشملالصناعات الغذائيةوالدوائيةوصناعة الورقوغيرها من الصناعات الأخرى.
للكالسيوم أهمّية حيوية كبيرة، فهو أكثر الفلزّات وخامس العناصر الكيميائية من حيث الوفرة فيجسم الإنسان. عندما يكون الكالسيوم على هيئةكهرل(إلكتروليت)، فهو يلعب دوراً حيوياً مهمّاً في العمليات والوظائفالفيزيولوجيةوالكيميائية الحيويةفيالخلايا؛ وخاصّةً في مساراتتوصيل الإشارةوفي إفرازالنواقل العصبيةمنالعصبوناتوفيالجهد الغشائيوفي تقلّصالعضلات؛ كما يدخل الكالسيوم أيضاً في تركيبالعظام. يؤدي نقصه إلى اضطراب في الوظائف الحيوية وهشاشة العظام والأسنان وتقلص في العضلات. يوجد عدد من المصادر الغذائية الغنية بالكالسيوم مثل الحليب ومشتقاته، وكذلك في بعض المصدار النباتية مثلالقرنبيط الأخضر.
على الرغم من أنّ الكالسيوم لم يُعرَف على شكله العنصري إلّا في عصورٍ متأخّرة، إلّا أنّ مركّبات الكالسيوم عرفت قديماً منذ آلاف السنين؛ولفترةٍ تصل قبل حوالي 7000 سنة.فقد استخدمالجيرمنذ القدم في البناء؛وكذلك فيالزخرفةوصناعة التماثيل. يعود أقدمقميناستُخدِمَ في حرق الجير إلى حوالي 2500 سنة قبل الميلاد، والذي عُثرَ عليه في محلّةخفاجةفيبلاد الرافدين(العراقحالياً)؛وفي الفترة التاريخية ذاتها تقريباً استُخدمَالجصّفي عمارةالهرم الأكبرولاحقاً في بناء قبرتوت عنخ آمون.
استَخدم سكّانُروما القديمةمونة الجيرالمُستَحصلَة من تسخين الحجر الجيري في البناء،وقد عزافيتروفيوخفّة وزن الجير المستحصل بالمقارنة مع الحجر الجيري الأصلي إلى فقدان الماء بالتسخين؛ إلّا أنَجوزيف بلاكبَيّن لاحقاً أنّ ذلك يعود إلى فقدان غازثنائي أكسيد الكربون، والذي لم يكن معروفاً للرومان آنذاك.في سنة 1787 وأثناء دراسته وتصنيفه للعناصر، اعتقدأنطوان لافوازييهأنّه من المحتمل أن يكون الجيرأكسيداًلأحد العناصر الكيميائية الأساسية.
كانهمفري ديفيأوّل من تمكّن من عزل عنصر الكالسيوم وذلك بالإضافة إلىمجانساتهمن العناصر الأخرى القريبة مثل المغنسيوم والسترونتيوم والباريوم وذلك سنة 1808 عن طريقالتحليل الكهربائيللأكاسيد الموافقة. قام ديفي في تلك التجرية بوضع مزيجٍ منأكسيد الكالسيوموثنائي أكسيد الزئبقعلى صفيحة منالبلاتين، حيث أدّت دورالمصعدفي الخلية الكهركيميائية، في حين أنّالمهبطكان سلكاً مصنوعاً من البلاتين ومغموساً بشكل جزئي فيالزئبق. أعطت التجربة ناتجاً منملغمةالكالسيوم مع الزئبق، والتي أدّى تسخينها إلى تفكّكها والحصول على فلز الكالسيوم بشكله العنصري الحرّ لأوّل مرّة.كانت هذه التجربة كافيةً للحصول على الكالسيوم على صعيد مخبري، إلّا أنّ طُرقَ الحصول عليه على صعيدٍ صناعي طُوّرت بعد ذلك بأكثر من قرنٍ من الزمان.
يحتلّ الكالسيوم المرتبة الخامسة من حيثالوفرة الطبيعية للعناصر الكيميائية في القشرة الأرضية، وباعتبار ترتيبالفلزّاتفهو يأتي في المرتبة الثالثة بعدالألومنيوموالحديد؛كما أنّه يدخل أيضاً في تركيببنية القمر. يعدّكربونات الكالسيومأكثر خامات الكالسيوم انتشاراً، وهو يدخل في تركيب عددٍ من الكائنات البحرية مثلالمرجانواللؤلؤوالأصداف. ربّما يعود انتشار توضّعاتالحجر الجيريالرسوبيةفي القشرة الأرضية إلى كونها بقايامستحاثاتوأحافير الحياة البحرية في العصور الجيولوجية السحيقة. توجد تلك الرسوبيات على شكلين، وهماالكالسيتسداسي التبلور(الأكثر شيوعاً)والأراغونيتذي النظام البلّوريالمعيني القائم(أكثر انتشاراً في البحار المعتدلة). ينتمي إلى الصنف الأول كلٌّ من الخامات التالية:الحجر الجيري(الكلسي)والدولوميتوالرخاموالطبشور. من جهةٍ أخرى، توجد توضّعات الأراغونيت فيالباهاماسوفيالجزر المرجانيةالمقابلة لولاية فلوريدا الأمريكية، وكذلك في حوضالبحر الأحمر. من خامات الكالسيوم الهامّة أيضاً معدنالجصّ، وهو مكوّن منكبريتات الكالسيومCaSO4·2H2O، وكذلك معدنالبرينيتوهو منمعادن السيليكات؛ بالإضافة إلىالأنهيدريتCaSO4، وكذلك معدنالفلوريتCaF2والأباتيتCa5(PO4)3F.
تعدّالصينمن أكبر منتجي الكالسيوم في العالم (حوالي 10-12 ألف طنّ سنوياً)، بالإضافة إلىروسيا(6-8 آلاف طنّ سنوياً)والولايات المتحدة(2-4 آلاف طنّ سنوياً). أُنتِجَ سنة 2005 حوالي 24 ألف طنّ من الكالسيوم، واستُخدِم أكثرُ من نصفها في الولايات المتحدة؛ولا تزال طريقةٌ محوّرةٌ من طريقة ديفي مستخدمةً في الصين وروسيا للحصول على فلزّ الكالسيوم، وذلك اعتماداً على مصهوركلوريد الكالسيوم.وما يسهّل من العملية أنّ الكالسيوم أقلّ نشاطاً كيميائياً من السترونتيوم والباريوم على سبيل المثال، إذ تعمل طبقة الأكسيد والنتريد المتشكلّة على سطح فلزّ الكالسيوم على حمايته وجعله مستقرّاً في الهواء، كما تفي المعدّات والآليات القياسية بغرض المعالجة التقنية أثناء تعدين هذا الفلزّ.أمّا في كندا والولايات المتحدة فيُستَحصل الكالسيوم من اختزال الجير بالألومنيوم عند درجات حرارةٍ مرتفعة.
يدخل الكالسيوم فيدورة حيوية جيولوجية كيميائيةتعرف باسمدورة كربونات-سيليكات الجيوكيميائية، وهي صلة الوصل بين التغيّرات فيبنية القشرة الأرضيةوالمناخودورة الكربون. في هذه الدورة تتعرّض الصخور الحاوية على الكالسيوم مثلالولاستونيت(CaSiO3، شكلٌ من سيليكات الكالسيوم) إلى عملياتتجويةمنحمض الكربونيك(المتشكّل من غازثنائي أكسيد الكربونCO2والماءH2O):
2CO2+H2O+CaSiO3→Ca+2+2HCO3−+SiO2{\displaystyle 2CO_{2}+H_{2}O+CaSiO_{3}\rightarrow Ca^{+2}+2HCO_{3}^{-}+SiO_{2}}
بذلك تتحرّر أيونات الكالسيوم Caإلىالمسطّحات المائية؛ إلى أن تنتقل إلى المحيطات، حيث تتفاعل هناك مع أيوناتالبيكربونات، وهي إحدى مكوّناتالكربون اللاعضوية المنحلّة،ليتشكّلالحجر الجيري(كربونات الكالسيومCaCO3)، والذي يترسّب بدوره في القيعان لتتشكّل طبقة رسوبية جديدة:
Ca+2+2HCO3−→CaCO3+CO2+H2O{\displaystyle Ca^{+2}+2HCO_{3}^{-}\rightarrow CaCO_{3}+CO_{2}+H_{2}O}
عند الوسط القلوي الضعيفلـpHمياه البحريتحوّل غاز CO2عائداً إلى البيكربونات.
بالتالي فإنّ المحصّلة الإجمالية للتفاعلات هي انتقال جزيء واحد من CO2من المحيطات/الغلاف الجوّي إلىغلاف الأرض الصخري؛بعبارةٍ أخرى؛ فإنّ كلّ تحرّرٍ لأيون كالسيوم Caمن عملية تجوية يوافق بالنهاية إزالة جزيءٍ واحدٍ من CO2من الأنظمة والأغلفة السطحية (الغلاف الجويوالمائي) وتخزينه على شكل صخور كربونات رسوبية، الأمر الذي له كبيرُ الأثر على المناخ في المدى الطويل.
تُغلَق الدورة عندما تحدث عملية حركة للصفيحات التكتونية في قيعان المحيطات، حيث تندفن ترسّبات الكربونات إلى طبقات أعمق وتحدث تحوّلات جيولوجية بطيئة تتضمّن إحداها تفاعل تغيّر الشكل معثنائي أكسيد السيليكونSiO2ليعود تشكّل صخور السيليكات مجدّداً.
CaCO3+SiO2→CaSiO3+CO2{\displaystyle CaCO_{3}+SiO_{2}\rightarrow CaSiO_{3}+CO_{2}}
الكالسيوم الطبيعي هو مزيجٌ من خمسةنظائرمستقرّة وهيCa وCa وCa وCa وCa؛ بالإضافة إلى وجود نظيرٍ شبه مستقرّ، وهوCa، إذ أنهّ نظير يضمحل، ولكننصف العمرله يبلغ 4.3 × 10سنة؛ وبذلك يكون الكالسيوم أوّل عنصر خفيف بستّةِ نظائر طبيعية متوفّرة.
أكثر هذه النظائر وفرةً هو كالسيوم-40Ca بنسبةٍ تصل إلى 96.9%؛ وهو ينتج منعملية احتراق السيليكونمن اندماججسيمات ألفا، كما ينتج هذا النظير أيضاً من الاضمحلال البطيءللنويدة الابتدائيةللنظير بوتاسيوم-40. يعدّ النظير الكالسيوم-40 أثقلنويدة مستقرةذات عددٍ متساوٍ منالبروتوناتوالنيوترونات. أمّا النظير الثاني للكالسيوم من حيث الوفرة فهو كالسيوم-44Ca، والذي تصل نسبة وفرته إلى 2.80%؛ في حين أنّ باقي النظائر نادرةٌ نسبياً، وتشكّل نسبة وفرة طبيعية أقلّ من 1%، وهي تنتج منعملية احتراق الأكسجينبالإضافة إلى احتراق السيليكون. ينتج النظير كالسيوم-40 غالباً منعملية التقاط النيوترون البطيئةالساخنة، لأنّ تشكّله يتطلّب دفقاً مرتفعاً من النيوترونات ليتمكّن النظير كالسيوم-45 قصير العمر من التقاط نيوترون. أمّا النظير كالسيوم-48 فيتشكّل من عمليةالتقاط إلكترونأثناءعملية التقاط النيوترون السريعةداخلالمستعر الأعظم من النوع Ia، حيث يؤمّن وجودُ عددٍ كبيرٍ من النيوترونات مرتفعةِ الطاقة بقاءَه.
يعدّ استقرار النظيرين كالسيوم-46Ca وكالسيوم-48Ca ملفتاً للانتباه نظراً للعدد الفائض من النيوترونات بالنسبة لعدد البروتونات (6 و 8 على الترتيب) وذلك مع اعتبار خفّة الوزن الذري للكالسيوم نسبياً. يعود سبب ذلك الاستقرار لأنّ أنوية تلك النظائر ذاتعدد سحريمضاعف، ممّا يَحُولُ دونَ الاضمحلال؛ وبالتالي يكون الكالسيوم العنصر الوحيد الذي يمتلك نويدَتين ابتدائيّتَين ذواتي عددٍ سحريِ مضاعف، الأمر الذي يؤمّن الاستقرار. فالكالسيوم-48 على سبيل المثال يمتلك 20 بروتون و28 نيوترون، والتي تكون مرتّبة على شكل أغلفة مغلقة؛ بالتالي فإنّ حدوثاضمحلال بيتاإلىنظير السكانديوم-48محظور، لذلك فإنّ الاضمحلال يكون وفقاضمحلال بيتا المضاعفإلىتظير التيتانيوم-48، وبذلك يكون أوّل نظيرٍ خفيفٍ يقوم بهذه العملية.
كما هو الحال مع العناصر الأخرى، فإنّ عدداً من العمليات تغيّرُ من الوفرة الطبيعية لنظائر الكالسيوم؛ومنها عمليةالتجزئة النظيريةلتلك النظائر وفق الكتلة أثناء ترسيب معادن الكالسيوم مثلالكالسيتوالأراغونيتوالأباتيتمن المحاليل، إذ أن النظائر الأخفّ تكون مفضّلةً أثناء التشكّل، ممّا يترك المحاليل غنيةً بالنظائر الأثقل، ويُقدَّر ذلك التفاوت بتتبُّع نسبة النظيرينCa/Ca في العيّنات، وتقدّر نسبة التفاوت بحوالي 1%.
الكالسيوم فلزٌّفضّي اللونينصهر عند 842 °س ويغلي عند 1494 °س، وهي قيم أعلى من نظيراتها من المغنسيوم والسترونتيوم، وهما العنصران المجاوران للكالسيوم في مجموعة الفلزّات القلوية الترابية. يتبلور الكالسيوم وفقنظام بلوري مكعبمركزي الوجه مثل السترونتيوم؛ فوق الدرجة 450 °ستتغيّرالبنية البلّوريةإلى نظامٍ سداسيٍّمتراصّمثل المغنسيوم. تبلغ كثافة الكالسيوم 1.55 غ/سم، وهي القيمة الأقلّ في مجموعته.
للكالسيوم صلادة أكبر منالرصاص، لكن يمكن قطعه بسكّين عند تطبيق جهد موافق؛ من جهةٍ أخرى فإنّ لهذا الفلزّموصلية كهربائيةأقلّ من نظيراتها في عنصريالنحاسوالألومنيوم؛ولكنها نسبياً جيّدة بالشكل الكافي في وسط معزول عن الهواء، ممّا دفع البعض في التفكير باستخدامه فيالفضاء الخارجي.
لذرّة الكالسيومالتوزيع الإلكترونيAr]4s]؛ وبما أنّ للكالسيوم اثنين منإلكترونات التكافؤفي الغلاف الإلكتروني الخارجي (غلاف التكافؤ)، فهو بالتالي ثنائيالتكافؤ. يميل الكالسيوم بسهولة إلى التخلّي عن هذَين الإلكترونَين وتشكيل أيون الكالسيومCa المستقرّ، الذي له بنية شبيهة ببنية أقرب عنصر نبيل فيدورة الجدول الدوري، وهو عنصرالآرغون. لذلك فإنّ أغلب مركّبات الكالسيوم هيمركّبات أيونيةوالتي يكون فيها العنصر الفلزّي ثنائي التكافؤ.
نظرياً، فإنّه من الممكن الحصول على أيون كالسيوم أحادي التكافؤ، لكنّه حسابياً سرعانَ ما سيحصل عليهتفاعل عدم تناسب(تفاعل أكسدة-اختزال ذاتي)، الأمر الذي سيحوّله إلى أيون الكالسيوم ثنائي التكافؤ والكالسيوم الفلزي في شكله الحرّ. يعود عدم استقرار أيون الكالسيوم أحادي التكافؤ عملياً إلى أنّالحرارة القياسية لتكوينالمركّبات من النمط MX2أعلى من المركّبات النظرية من النمط MX؛ إذ أنّطاقة الشبكة البلوريةالمتوفّرة من وجود أيوناتCa أعلى منها بالنسبة للأيون النظريCa.
يشبه الكالسيوم في خواصه الكيميائية العناصر الأثقل في مجموعةالفلزّات القلوية الترابية:السترونتيوموالباريوموالراديوم. بالمقابل، فإنّ عنصريالبيريليوموالمغنسيوميختلفان عن بقيّة عناصر المجموعة، وهما في صفاتهما أقرب لفلزّيالألومنيوموالزنكعلى الترتيب، واللذان ينتميان إلىالفلزّات بعد الانتقالية، ولذلك السبب فإنّ البعض يجعل من التصنيف العملي للفلزات القلوية الترابية يبدأ من عنصر الكالسيوم؛ولهذا فإنّ المقارَنات بين الكالسيوم وعناصر مجموعة الفلزات القلوية الترابية تكون عادةً مع السترونتيوم والباريوم أكثر منها مع المغنسيوم والبيريليوم.
يتفاعل الكالسيوم مع الماء بشدّة وبشكلٍ أسرع من المغنسيوم، لكنّه أبطأ من السترونتيوم، وينتج عن التفاعلهيدروكسيد الكالسيوموغازالهيدروجين. كما يتفاعل هذا الفلزّ بحالته العنصرية أيضاً معالأكسجينوالنتروجينفي الهواء لتتشكّل عليه طبقةً منأكسيد الكالسيومCaOونتريد الكالسيومCa3N2.لكن عندما يكون الكالسيوم بشكل مسحوقٍ ناعمٍ فإنّه يحترق بالهواء، في حين أنّ الكمّيات الأكبر تكون ذات نشاط كيميائي أقلّ نسبياً، ولكن الأمر يعتمد علىالرطوبة النسبية، فعندما تكون أقل من 30% يكون النشاط الكيميائي ضعيفاً.من جهةٍ أخرى، ينحلّ فلز الكالسيوم فيالأمونياالسائلة ليعطي محلولاً ذا لون أزرق غامق.
بالإضافة إلىأكسيد الكالسيومCaO، يشكّل الكالسيوم أيضاً مع الأكسجين مركّببيروكسيد الكالسيومCaO2، لكنّ الدلائل على وجودأكسيد فائقCa(O2)2ليست بكبيرة.يعدّهيدروكسيد الكالسيومCa(OH)2قاعدةًقويّة، لكنّها أضعف من هيدروكسيدات السترونتيوم والباريوم، وكذلك أضعف من هيدروكسيداتالفلزّات القلوية.إنّ جميعالهاليداتالثنائية للكالسيوم معروفة (الفلوريدCaF2والكلوريدCaCl2والبروميدCaBr2واليوديدCaI2)؛بالإضافة إلى ذلك فإنّكربونات الكالسيومCaCO3وكبريتات الكالسيومCaSO4هي مركّبات متوفّرة على شكل معادن منتشرة في الطبيعة.
بسبب الحجم الكبير لأيون الكالسيومCa فإنّ امتلاك الكالسيوملعددٍ تناسقيٍّكبير أمرٌ شائع، وهو يصل إلى 24 في بعضالمركّبات بين الفلزّيةمثل CaZn13.يمكن أن يتعقّد الكالسيوم بسهولة منالمُتَمَخلِباتالأكسجينية مثلEDTAومركّباتمتعدّدة الفوسفات(بولي فوسفات)، وهذا الأمر له أهمّية كبيرة فيالكيمياء التحليليةولإزالة أيونات الكالسيوم منالمياه العَسِرَة. بغيابإعاقة فراغيةفإنّ الكالسيوم يستطيع أن يشكّلمعقّداتقوية، ولكن عند وجودحلقات ضخمةمتعدّدة السنّفإنّ المعقّدات تصبح أضعف وأقلّ ثباتية.
على الرغم من وجود الكالسيوم في نفس مجموعة المغنسيوم، إلّا أنّ المقدرة على تشكيلمركّبات عضوية فلزّيةمتباينة بينهما، فالأخير قادر على تشكيلمركّبات غرينيار، في حين أنّ الكالسيوم من النادر أن يشكّل مركبات عضوية فلزية، إذ أن مركّبات الكالسيوم العضوية أصعب تحضيراً وأقلّ استقراراً؛ رغم ذلك، فإنّها لا تزال محطّ أبحاث لاحتمال استخدامها في عملياتالتحفيز.من الأمثلة على مركّبات الكالسيوم العضوية معقّد ثنائي حلقي بنتاديينيد الكالسيوم Ca(C5H5)2، رغم أن إضافةمستبدل ميثيليعلىحلقة البنتاديينيزيد من انحلالية وتطايرية والاستقرار الحركي للمعقّد.
الكالسيومعنصرٌ أساسييحتاج إليه الجسد بكمّيات كبيرة. يعمل الأيونCaككهرلوهو أساسي لصحّة الأنظمةالعضليةوالدورانيةوالهضمية، ولا غنى عنه في تكوين العظام ويدعم تخليق ووظيفةالخلايا الدموية. على سبيل المثال، ينظّم الكالسيومانقباض العضلاتوالنقل العصبيوتجلّط الدم. ونتيجةً لذلك تُنظَّم مستويات الكالسيوم داخل وخارج الخلية بإحكام بواسطة الجسد. يمكن للكالسيوم لعب هذه الأدوار لأنّ أيوناتCaتشكّلمعقّدات تناسقيةمستقرّة مع العديد من المركّبات العضوية وبشكل خاصالبروتينات، كما تشكّل مركّبات مع مجموعة متنوّعة من المركّبات القابلة للذوبان، وهذا يسمح بتكوينالهيكل العظمي.
الكالسيوم فلز أساسي في تركيب العظام في جسد الإنسان والحيوان، وكذلك عنصر أساسي في تركيب الأسنان وسلامتها . بالنسبة للأم الحامل ينصح خبراء التغذية بأن تتعاطى مع الغذاء مالا يقل عن 1000 مليجرام (أي 1 جرام) من الكالسيوم أثناء الحمل وخلال السنة الأولى للرضاعة، حتى يتمتع الجنين وبعد ذلك الرضيع ببنية عظمية وأسنان سليمة . مراعاة هذا الشرط يمنع أن تفقد الأم أثناء الحمل من محتويات الكالسيوم التي في عظامها، فإن هذا يؤثر سلبا على صحتها وسلامتها في بقية حياتها . ذلك الحد لغذاء المرأة الحامل حددته هيئة طبية متخصصة DGE ، مكونة من أطباء وخبراء تغذية من البلاد المتحدثة باللغة الألمانية وهيألمانياوالنمساوسويسرا. تلك الهيئة تتقابل عدة مرات خلال السنة وتراجع ما جرى من أبحاث طبية في شأن ما، وتعدل على أساس المستجدات مستوى تواجد عنصر ما في غذاء الإنسان .
كذلك تهتم الهيئة DGE باحتياج الأطفال المتزايد للكالسيوم قبل وخلال فترة البلوغ، حيث ينمو جسم الطفل بطريقة سريعة . ولكن الكثير من المواد الغذائية غنية بالكالسيوم، مثل: الحليب ومنتجات الحليب كالجبن والزبادي، وفي الخبز المصنوع من الدقيق الكامل (يحتوي على النخالة) ، و في الخضروات والفاكهة وفي الأسماك والبيض، ومهم هنا تنويع الغذاء بحيث تضمن الأم حصول الطفل على ما يحتاجه من الكالسيوم عن طريق تنويع الغذاء.
توجد في تلك المواد الغذائية المذكورة أعلاه عناصر أخرى مهمه لتركيب جسم الإنسان وتحافظ على سلامته، ونذكر هنا على سبيل المثال : عناصر الحديد واليود، والماغنسيوم، وحمض الفوليك، والفيتامينات .
نلاحظ في الجدول المأخوذ عن معهد الولايات المتحدة للطب أن احتياج الأطفال بين سن 9 - 18 إلى الكالسيوم بنسبة أكبر من الصغار والكبار، فاحتياجهم اليومي يصل إلى 1300 مليجرام من الكالسيوم . هذا يتوافق مع بيانات هيئة الأوربية . كما نلاحظ أن احتياج كبار السن لا يقل عن 1000 مليجرام من الكالسيوم في اليوم، هذا حتى لا يحدث لهمتلين العظامفي الكبر.
يمكن أن تشكّل أيونات الكالسيوم معقّدات مع البروتين عبر الارتباطبمجموعات الكربوكسيلالخاصّة بوحداتحمض الجلوتاميكوحمض الأسبارتيك، أو عبر التآثر مع وحداتالسيرين،التيروسينأوالثريونينالمفسفرة، أو عبرالتمخلببواسطة وحدات الأحماض الأمينيةالمكرسلة-γ. يستخدمالتريبسين-وهوإنزيم هضمي- الطريقة الأولى، في حين يستخدمالأوستيوكالسين- وهو بروتين في مطرس العظام- الطريقة الثالثة. أمّا بعض بروتينات مطرس العظام الأخرى مثلأوستيوبونتينوسيالوبروتين العظمتستخدم كلا الطريقتين الأولى والثانية. إن التنشيط المباشر للإنزيمات عبر الارتباط بالكالسيوم أمرٌ شائع، وبعض الإنزيمات الأخرى تُنشَّط بواسطة ترابط غير تساهمي مع إنزيمات مرتبطة مباشرة بالكالسيوم. يرتبط الكالسيوم كذلكبغشاء الخليةالفوسفولبيدي، مثبّتاً البروتينات المرتبطة بسطح الخلية.
يعتبر مركّبفوسفات أحادي الكالسيوممرتفع الذوبانية في الماء أحد الأمثلة على المجال الواسع لذوبانية مركّبات الكالسيوم، ويكون حوالي 85% من الكالسيوم خارج الخلوي على شكلفوسفات ثنائي الكالسيوممع ذوبانية تقدّر بـ 2.0ميلي مول؛ بالمقابل فإنّهيدروكسيل أباتيتالعظام في المطرس العضوي هوفوسفات ثلاثي الكالسيوموتقدّر ذوبانيته بـ 100ميكرو مول.
يعزّزالهرمون الدرقيوفيتامين ديتكوين العظام عبر السماح بتحسين ترسيب أيونات الكالسيوم فيها، ما يسمح بتخليقٍ سريعٍ للعظام من دون التأثير على كتلة العظم ومحتوى الملح. حين تنخفض مستويات الكالسيوم في البلازما، تُنشَّط مستقبلات سطح الخلية ويحدث إفراز الهرمون الدرقي الذي يعمل على تحفيز دخول الكالسيوم إلىبلازما الدمعبر أخذها من خلايا الكلية والأمعاء والعظام المستهدفة. إن عمل الهرمون الدرقي في تحفيز تكوين العظام يعاكسه عملالكالسيتونينالذي يزيد إفرازه عند تزايد مستويات الكالسيوم في البلازما.
قد يسبب التناول الفائض للكالسيوم حدوثفرط كالسيوم الدم. وبما أنّ امتصاص الأمعاء له غير فعال، فعلى الأرجح يمكن أن يحدث ارتفاع الكالسيوم في البلازما بسبب الإفراز المفرطللهرمون الدرقي، أو ربما بالتناول المفرط لفيتامين دي، وكلاهما يُسهِّل عملية امتصاص الكالسيوم. يمكن أن يحدث كذلك بسبب تخرّب العظام الذي يحدث عندانبثاثالأورام داخل العظام. جميع هذه الظروف ينتج عنها ترسيب أملاح الكالسيوم الفائضة في القلب أو الأوعية الدموية أو الكلى. تشمل أعراض فرط كالسيوم الدمفقدان الشهيةوغثيانوتقيؤوفقدان الذاكرةوالارتباكوضعف العضلاتوزيادة التبوّلوتجفافوأمراض العظام الأيضية. يقودفرط كالسيوم الدمالمزمن عادةً إلىتكلّسالنسيج اللينوهو مرض خطير: على سبيل المثال، يمكن أن يسبّب التكلّس فقدان مرونة الجدران الوعائية واضطراباً في تدفّق الدمّ الصفيحي، ومنه إلى تمزّق الصفائح الدموية وحدوثالخثار. من جهةٍ أخرى، فإنّ تناول الكالسيوم أو فيتامين دي غير الكافي قد ينتج عنهنقص كالسيوم الدمالذي يسبّبه عادةَ الإفراز غير الكافي للهرمون الدرقي أو المستقبلات الخلوية الخاصّة به. تشمل الأعراض استثارة الأعصاب العضلية، والتي يُحتمل أن تسبّبالتكززواضطراباً في الموصلية داخل النسيج القلبي.
للكالسيوم دور كبير في تخليق العظام، والعديد من أمراض العظام يمكن أن ترجع إلى مشاكل في مطرسها العضوي أوهيدروكسيل أباتيتفي البنية أو التنظيم الجزيئي للمطرس. على سبيل المثال:هشاشة العظامهي انخفاض في محتوى ملح الكالسيوم في العظم لكل وحدة حجم، ويمكن أن تُعالج بواسطةمكمّلات الكالسيوموفيتامين ديوبيسفوسفونات. مكمّلات الكالسيوم يمكن أن ترفعلبيدات البلازمالدى النساء اللاتي تجاوزنسن اليأسوكذلك الرجال كبار السن، بعد سن اليأس يظهر أن تناول النساء لمكمّلات الكالسيوم له علاقة مترابطةبالأمراض الوعائية القلبية. كما أنّ تناول كمّيات غير كافية من الكالسيوم والفيتامين دي وربما الفوسفات يمكن أن تقود إلىتلين العظام.
جدول بمحتوى الكالسيوم (بالميليغرام) في الأطعمة لكل 100 غ.
الاستخدام الأكبر للكالسيوم المعدني هو فيإنتاج الصلببسببألفته الكيميائيةالقوية للأكسجينوالكبريت. حين يتشكّل أكسيدهوكبريتيده، واللذان يخرجان معالخبثأثناء صناعة الفولاذ، ولكن قد تتبقى نسبة قليلة من هذه الشوائب والتي تتشتّت عبر الصلب وتصبح صغيرة وكروية، وهذا يحسّن قابليةالصبوالنقاء وخصائصًا ميكانيكيةً عامة.
يُستخدَم الكالسيوم كذلك فيبطاريات السياراتالتي لا تحتاج صيانة، والتي يُؤدي فيها استخدام 0.1% من سبيكة الكالسيوم-رصاصبدلاً من سبائكإثمد-رصاص المعتادة إلى فقدانٍ أقلٍّ للماء وتفريغ شحنة ذاتي أقل. بسبب خطر التمدد والتشقق، عادةً ما يضافالألومنيومإلى هذه السبائك. تُستخدم سبائك الرصاص-كالسيوم هذه في صبّ واستبدال سبائك الرصاص-إثمد.يُستخدم الكالسيوم أيضا في تقوية سبائك الألومنيوم المستخدمة في الدعامات، وفي التحكّم بالكربونالغرافيتيفيحديد الزهر، ولنزع شوائبالبزموتمن الرصاص. يتواجد معدن الكالسيوم في منظّفات المصارف، حيث يعمل على توليد الحرارةوهيدروكسيد الكالسيوماللذين يصبِّنان الدهون ويُسيِّلان البروتينات (كتلك الموجودة في الشعر) التي تسدّ المصارف. فضلاً عنعلم الفلزات، تُستغلّ تفاعلية الكالسيوم لإزالة النتروجين من غاز الآرغون عالي النقاءوكمستأصللغازي الأكسجين والنتروجين. ويُستخدم كذلككمختزلفي إنتاجالكروم،الزركونيوم،الثوريومواليورانيوم. يمكن أن يُستخدم أيضاً لتخزين غاز الهيدروجين، لأنه يتفاعل مع الهيدروجين لتشكيلهيدريد الكالسيومالصلب، الذي يمكن استخراج الهيدروجين منه بسهولة.
قادتالتجزئةالنظائرية للكالسيوم أثناء تكوّن المعدن إلى العديد من التطبيقات لنظائر الكالسيوم، وبشكل خاص ملاحظة سكولان وديباولو سنة 1997:معادن الكالسيوم أخفّ نظائرياً من المحاليل التي تترشّح منها هذه المعادن، وهي أساس تطبيقات تماثلية في الطب وفيعلم المحيطات القديمة. لدى الحيوانات ذات الهياكل العظمية المتمعدنة بالكالسيوم، يعكس تركيب الكالسيوم النظائري للنسيج الليّن المعدّل النسبي لتكوين وانحلال معدن الهيكل العظمي. لدى البشر، أظهرت التغيُّرات في تركيب الكالسيوم النظائريللبولأنّ لها علاقة بتغيّرات توازن معدن العظام. حين يتجاوز معدّل تكوّن العظام معدّل إعادة امتصاص الكالسيوم من العظام، تزداد نسبةCa/Caفي النسيج اللين والعكس بالعكس. بسبب هذه العلاقة، قياسات نظائر الكالسيوم في البول أو الدم مفيدة للتحديد المبكّرلأمراض أيض العظاممثلهشاشة العظام.يوجد نظام مماثل فيماء البحر، حيث تميل نسبةCa/Caإلى الارتفاع حين تتجاوز إزالةCaعبر ترسّب المعادن معدّل إضافة كالسيوم جديد في المحيط. في سنة 1997، قدّم سكولان وديباولو أوّل دليل على تغيّر نسبةCa/Caالخاصّة بماء البحر عبر الزمن الجيولوجي، جنباً إلى جنب مع تفسير نظري لهذه التغيّرات. أكّدت أوراق بحثية حديثة لاحقة هذه الملاحظة، مبرهنةً أنّ تركيز ماء البحر منCaليس ثابتاً، وأنّ المحيط لا يكون أبدا في حالة ثابتة اتجاه مدخلات ومخرجات الكالسيوم. ولهذا مقتضيات مناخية مهمة، لكون دورة الكالسيوم البحرية ذات صلة وثيقةبدورة الكربون.
تُستخدم العديد من مركّبات الكالسيوم في الطعام، كمستحضرات صيدلانية، وفي الطب ومجالات أخرى. على سبيل المثال يضاف الكالسيوم والفسفور إلى الطعام عبر إضافةلاكتات الكالسيوم،بيروفوسفات الكالسيوموفوسفات ثلاثي الكالسيوم. يُستخدَم الأخير كذلك كعامل تلميع فيمعجون الأسنانومضادات الحموضة.لاكتوبيونيك الكالسيوممسحوق أبيض يُستخدم كعامل تعليق في المستحضرات الصيدلانية. فيالخَبزيُستخدمفوسفات أحادي الكالسيومكعامل تخمير. يُستخدمكبريتيت الكالسيومكمبيِّضٍفي إنتاج الأوراقوكمطهر، تُستخدمسيليكات الكالسيومكعامل تقوية في المطاط،وأسيتات الكالسيومهو مكون في تركيبالقلفونيةويُستخدم لإنتاج الصابون المعدني وفي صناعة الصمغ.
يتفاعل الكالسيوم بشكلطارد للحرارةمع الماء، حتى أنه يتأثر مع الرطوبة الجسمية ممّا ينتج عنهتهييجاتوأكّالةوحادّة. يحدث نفس التأثير عند ابتلاع الكالسيوم على الفموالمريءوالمعدة، ويمكن أن يكون قاتلاً.لكن، لا يُعرف إن كان للتعرّض طويل المدى لفلزّ الكالسيوم تأثيرات ضارّة محدّدة.
بسبب دواعي قلق من التأثيرات الجانبية الضارّة طويلة المدى للكالسيوم بما في ذلكتكلسالشرايين، حدّد كلّ من معهد الولايات المتحدة للطبّوالهيئة الأوروبية لسلامة الأغذيةمعدّلات التناول الأقصى المحتملة(ULs) للكالسيوم المتحصّل عليها من الحمية الغذائية والمكمّلات. حدّد المعهد الطبي الأمريكي، للأشخاص بين 9-18 سنة معدّلاً أقصى لا يتجاوز 3 غ/يوم، وللأشخاص بين 19-50 سنة 2.5 غ/يوم، أمّا فوق 50 سنة فلا يجب تتجاوز 2 غ/يوم.أمّا الهيئة الأوروبية فحدّدت المعدّل الأقصى للبالغين بـ 2.5 غ/يوم، وقرّرت أنّ المعلومات لم تكن كافية لتحديده بالنسبة للأطفال والمراهقين.