Những điều cần biết về Canxi

Canxi là nguyên tố hóa học có ký hiệu Ca và số hiệu nguyên tử 20. Là một kim loại kiềm thổ, canxi là kim loại có phản ứng tạo thành lớp oxit-nitrit sẫm màu khi tiếp xúc với không khí. Các tính chất vật lý và hóa học của nó gần giống nhất với các chất tương đồng nặng hơn của nó là stronti và bari. Cùng Mela tìm hiểu thêm về những điều cần biết về Canxi qua bài viết dưới đây.

Những điều cần biết về Canxi

Nó là nguyên tố phổ biến thứ năm trong lớp vỏ Trái đất và là kim loại phổ biến thứ ba, sau sắt và nhôm. Hợp chất canxi phổ biến nhất trên Trái đất là canxi cacbonat, được tìm thấy trong đá vôi và tàn tích hóa thạch của sinh vật biển sơ khai; thạch cao, anhydrit, fluorit và apatit cũng là nguồn cung cấp canxi. Cái tên này bắt nguồn từ tiếng Latin calx “vôi”, thu được từ việc nung đá vôi.

Canxi là kim loại có nhiều nhất và là nguyên tố có nhiều thứ năm trong cơ thể con người. Là chất điện giải, các ion canxi (Ca2+) đóng một vai trò quan trọng trong các quá trình sinh lý và sinh hóa của sinh vật và tế bào:

• trong các đường dẫn truyền tín hiệu nơi chúng đóng vai trò là chất truyền tin thứ hai
• trong việc giải phóng chất dẫn truyền thần kinh từ tế bào thần kinh
• trong sự co lại của tất cả các loại tế bào cơ
• như đồng yếu tố trong nhiều enzym
• trong quá trình thụ tinh.

Các ion canxi bên ngoài tế bào rất quan trọng để duy trì sự chênh lệch điện thế giữa các màng tế bào dễ bị kích thích, quá trình tổng hợp protein và hình thành xương.

Đặc điểm của Canxi

Phân loại

Canxi là một kim loại màu bạc rất dễ uốn (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 radium. Một nguyên tử canxi có 20 electron, được sắp xếp theo cấu hình electron [Ar]4s2. Giống như các nguyên tố khác được xếp vào nhóm 2 của bảng tuần hoàn, canxi có hai electron hóa trị ở obitan s ngoài cùng, rất dễ bị mất trong các phản ứng hóa học để tạo thành ion lưỡng cực với cấu hình electron ổn định của khí hiếm, trong đó trường hợp argon.

Do đó, canxi hầu như luôn có hóa trị hai trong các hợp chất của nó, thường là ion. Các muối hóa trị một giả thuyết của canxi sẽ ổn định đối với các nguyên tố của chúng, nhưng không mất cân đối với muối hóa trị hai và kim loại canxi, vì entanpy tạo thành MX2 cao hơn nhiều so với entanpy của MX giả định. Điều này xảy ra do năng lượng mạng tinh thể lớn hơn nhiều do cation Ca2+ mang điện tích cao hơn so với cation Ca+ giả định.

Canxi, stronti, bari và rađi luôn được coi là kim loại kiềm thổ; berili và magie nhẹ hơn, cũng thuộc nhóm 2 của bảng tuần hoàn, cũng thường được đưa vào. Tuy nhiên, berili và magiê khác biệt đáng kể so với các thành viên khác trong nhóm về hành vi vật lý và hóa học của chúng: chúng tương ứng giống nhôm và kẽm hơn và có một số tính chất kim loại yếu hơn của các kim loại sau chuyển đổi, đó là lý do tại sao định nghĩa truyền thống của thuật ngữ “kim loại kiềm thổ” loại trừ chúng.

Tính chất vật lý

Canxi kim loại nóng chảy ở 842 °C và sôi ở 1494 °C; những giá trị này cao hơn giá trị của magiê và stronti, các kim loại nhóm 2 lân cận. Nó kết tinh theo cách sắp xếp lập phương tâm diện giống như strontium; trên 450 °C, nó chuyển sang dạng sắp xếp sít nhau hình lục giác dị hướng giống như magie. Mật độ 1,55 g/cm3 của nó là thấp nhất trong nhóm.

Canxi cứng hơn chì nhưng có thể dùng dao cắt được. Mặc dù canxi là chất dẫn điện kém hơn so với đồng hoặc nhôm về thể tích, nhưng nó lại là chất dẫn điện tốt hơn về khối lượng so với cả hai do mật độ rất thấp của nó. Mặc dù canxi không khả thi làm chất dẫn điện cho hầu hết các ứng dụng trên mặt đất vì nó phản ứng nhanh với oxy trong khí quyển, nhưng việc sử dụng nó như vậy trong không gian đã được xem xét.

Tính chất hóa học

Canxi là của một kim loại kiềm thổ nặng điển hình. Ví dụ, canxi tự phản ứng với nước nhanh hơn magie và chậm hơn stronti để tạo ra canxi hydroxit và khí hydro. Nó cũng phản ứng với oxy và nitơ trong không khí để tạo thành hỗn hợp canxi oxit và canxi nitrua. Khi được chia nhỏ, nó tự cháy trong không khí để tạo ra nitrua. Với số lượng lớn, canxi ít phản ứng hơn: nó nhanh chóng tạo thành một lớp phủ hydrat hóa trong không khí ẩm, nhưng dưới độ ẩm tương đối 30%, nó có thể được bảo quản vô thời hạn ở nhiệt độ phòng.

Bên cạnh oxit đơn giản CaO, peroxide CaO2 có thể được tạo ra bằng cách oxy hóa trực tiếp kim loại canxi dưới áp suất oxy cao, và có một số bằng chứng về superoxide Ca(O2)2 màu vàng. Canxi hydroxit, Ca(OH)2, là một bazơ mạnh, mặc dù nó không mạnh bằng hydroxit của stronti, bari hoặc các kim loại kiềm. Tất cả bốn dihalua canxi đã được biết đến. Canxi cacbonat (CaCO3) và canxi sunfat (CaSO4) là những khoáng chất đặc biệt phong phú. Giống như stronti và bari, cũng như các kim loại kiềm và lantan hóa trị hai europium và ytterbium, kim loại canxi hòa tan trực tiếp trong amoniac lỏng để tạo ra dung dịch màu xanh đậm.

Do kích thước lớn của ion canxi (Ca2+), số phối trí cao là phổ biến, lên đến 24 trong một số hợp chất liên kim loại như CaZn13.Canxi dễ dàng được tạo phức bởi các chelate oxy như EDTA và polyphosphate, rất hữu ích trong hóa học phân tích và loại bỏ các ion canxi khỏi nước cứng. Trong trường hợp không có cản trở không gian, các cation nhóm 2 nhỏ hơn có xu hướng hình thành các phức hợp mạnh hơn, nhưng khi có sự tham gia của các đại chu trình lớn nhiều răng thì xu hướng này bị đảo ngược.

Mặc dù canxi cùng nhóm với magie và các hợp chất magie hữu cơ được sử dụng rất phổ biến trong hóa học, nhưng các hợp chất canxi hữu cơ không phổ biến tương tự vì chúng khó tạo ra hơn và dễ phản ứng hơn, mặc dù gần đây chúng đã được nghiên cứu như là chất xúc tác có thể. Các hợp chất canxi hữu cơ có xu hướng giống với các hợp chất organoytterbium hơn do bán kính ion của Yb2+ (102 pm) và Ca2+ (100 pm) tương tự nhau.

Hầu hết các hợp chất này chỉ có thể được điều chế ở nhiệt độ thấp; phối tử cồng kềnh có xu hướng ủng hộ sự ổn định. Ví dụ, canxi dicyclopentadienyl, Ca(C5H5)2, phải được tạo ra bằng phản ứng trực tiếp giữa kim loại canxi với mercurocene hoặc chính xiclopentadien; mặt khác, việc thay thế phối tử C5H5 bằng phối tử C5(CH3)5 cồng kềnh hơn làm tăng độ hòa tan, độ bay hơi và độ ổn định động học của hợp chất.

Đồng vị

Canxi tự nhiên là hỗn hợp của năm đồng vị ổn định (40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca và 46Ca) và một đồng vị có chu kỳ bán rã dài đến mức nó có thể được coi là ổn định cho mọi mục đích thực tế (48Ca, với chu kỳ bán rã là khoảng 4,3 × 1019 năm). Canxi là nguyên tố đầu tiên (nhẹ nhất) có sáu đồng vị tự nhiên.

Cho đến nay, đồng vị phổ biến nhất của canxi trong tự nhiên là 40Ca, chiếm 96,941% tổng lượng canxi tự nhiên. Nó được tạo ra trong quá trình đốt cháy silic từ phản ứng tổng hợp của các hạt alpha và là hạt nhân ổn định nặng nhất với số proton và neutron bằng nhau; sự xuất hiện của nó cũng được bổ sung từ từ bởi sự phân rã của 40K nguyên thủy. Việc thêm một hạt alpha khác dẫn đến 44Ti không ổn định, phân rã nhanh chóng thông qua hai lần bắt electron liên tiếp thành 44Ca ổn định; chất này chiếm 2,806% tổng lượng canxi tự nhiên và là đồng vị phổ biến thứ hai.

Bốn đồng vị tự nhiên khác, 42Ca, 43Ca, 46Ca và 48Ca, hiếm hơn đáng kể, mỗi đồng vị chiếm ít hơn 1% tổng lượng canxi tự nhiên. Bốn đồng vị nhẹ hơn chủ yếu là sản phẩm của quá trình đốt cháy oxy và đốt cháy silic, còn lại hai đồng vị nặng hơn được tạo ra thông qua quá trình thu giữ neutron. 46Ca chủ yếu được sản xuất trong quy trình s “nóng”, vì sự hình thành của nó đòi hỏi dòng neutron khá cao để cho phép 45Ca tồn tại trong thời gian ngắn bắt giữ neutron. 48Ca được tạo ra bằng cách bắt electron trong quá trình r ở siêu tân tinh loại Ia, trong đó lượng neutron dư thừa cao và entropy đủ thấp đảm bảo sự tồn tại của nó.

46Ca và 48Ca là các hạt nhân “ổn định cổ điển” đầu tiên có lượng vượt quá sáu nơtron hoặc tám nơtron tương ứng. Mặc dù cực kỳ giàu neutron đối với một nguyên tố nhẹ như vậy, 48Ca rất ổn định vì nó là một hạt nhân kỳ diệu kép, có 20 proton và 28 neutron được sắp xếp trong lớp vỏ kín. Quá trình phân rã beta của nó thành 48Sc bị cản trở rất nhiều do sự không phù hợp tổng thể của spin hạt nhân: 48Ca có spin hạt nhân bằng không, là chẵn-chẵn, trong khi 48Sc có spin 6+, vì vậy sự phân rã bị cấm bởi sự bảo toàn động lượng góc. Mặc dù hai trạng thái kích thích của 48Sc cũng có sẵn để phân rã, nhưng chúng cũng bị cấm do spin cao. Kết quả là, khi 48Ca phân rã, thay vào đó, nó phân rã bằng cách phân rã beta kép thành 48Ti, là hạt nhân nhẹ nhất được biết là trải qua quá trình phân rã beta kép.

Đồng vị nặng 46Ca về mặt lý thuyết cũng có thể trải qua quá trình phân rã beta kép thành 46Ti, nhưng điều này chưa bao giờ được quan sát thấy. Đồng vị nhẹ nhất và phổ biến nhất 40Ca cũng có khả năng kỳ diệu gấp đôi và có thể trải qua quá trình bắt electron kép thành 40Ar, nhưng điều này cũng chưa bao giờ được quan sát thấy. Canxi là nguyên tố duy nhất có hai đồng vị ma thuật kép nguyên thủy. Giới hạn dưới thử nghiệm đối với chu kỳ bán rã của 40Ca và 46Ca lần lượt là 5,9 × 1021 năm và 2,8 × 1015 năm.[

Ngoài 48Ca thực tế ổn định, đồng vị phóng xạ tồn tại lâu nhất của canxi là 41Ca. Nó phân rã bằng cách bắt electron thành 41K ổn định với chu kỳ bán rã khoảng một trăm nghìn năm. Sự tồn tại của nó trong Hệ Mặt trời sơ khai dưới dạng một hạt nhân phóng xạ đã tắt đã được suy ra từ sự vượt quá 41K: dấu vết của 41Ca vẫn còn tồn tại cho đến ngày nay, vì nó là một hạt nhân vũ trụ, liên tục được cải tổ thông qua kích hoạt neutron của 40Ca tự nhiên.

Nhiều đồng vị phóng xạ canxi khác đã được biết đến, từ 35Ca đến 60Ca. Tất cả chúng đều có thời gian tồn tại ngắn hơn nhiều so với 41Ca, ổn định nhất trong số đó là 45Ca (chu kỳ bán rã 163 ngày) và 47Ca (chu kỳ bán rã 4,54 ngày). Các đồng vị nhẹ hơn 42Ca thường trải qua quá trình phân rã beta cộng thành đồng vị kali và những đồng vị nặng hơn 44Ca thường trải qua quá trình phân rã beta trừ thành đồng vị scandium, mặc dù gần các đường nhỏ giọt hạt nhân, phát xạ proton và phát xạ neutron cũng bắt đầu ở chế độ phân rã đáng kể.

Giống như các nguyên tố khác, một loạt các quá trình làm thay đổi độ phong phú tương đối của các đồng vị canxi. Nghiên cứu tốt nhất về các quá trình này là sự phân đoạn phụ thuộc vào khối lượng của các đồng vị canxi đi kèm với sự kết tủa của các khoáng chất canxi như canxit, aragonit và apatit từ dung dịch. Các đồng vị nhẹ hơn được ưu tiên kết hợp vào các khoáng chất này, để lại dung dịch xung quanh được làm giàu bằng các đồng vị nặng hơn ở cường độ khoảng 0,025% trên mỗi đơn vị khối lượng nguyên tử (amu) ở nhiệt độ phòng. Sự khác biệt khối lượng phụ thuộc vào thành phần của đồng vị canxi thường được biểu thị bằng tỷ lệ của hai đồng vị (thường là 44Ca/40Ca) trong một mẫu so với tỷ lệ tương tự trong vật liệu tham chiếu tiêu chuẩn. 44Ca/40Ca thay đổi khoảng 1% trong số các vật liệu trái đất thông thường.

Lịch sử

Các hợp chất canxi đã được biết đến từ hàng thiên niên kỷ, mặc dù thành phần hóa học của chúng mãi đến thế kỷ 17 mới được hiểu rõ. Vôi làm vật liệu xây dựng và làm thạch cao cho tượng đã được sử dụng từ khoảng năm 7000 trước Công nguyên. Lò nung vôi có niên đại đầu tiên có từ năm 2500 trước Công nguyên và được tìm thấy ở Khafajah, Lưỡng Hà.

Đồng thời, thạch cao khử nước (CaSO4·2H2O) được sử dụng trong Đại kim tự tháp Giza. Vật liệu này sau đó sẽ được sử dụng cho thạch cao trong lăng mộ của Tutankhamun. Thay vào đó, người La Mã cổ đại đã sử dụng vữa vôi làm bằng cách nung đá vôi (CaCO3). Bản thân cái tên “canxi” bắt nguồn từ từ tiếng Latin calx “vôi”.

Vitruvius lưu ý rằng vôi thu được nhẹ hơn đá vôi ban đầu, điều này là do quá trình đun sôi nước. Vào năm 1755, Joseph Black đã chứng minh rằng điều này là do sự mất mát của carbon dioxide, một chất khí chưa được người La Mã cổ đại công nhận.

Năm 1789, Antoine Lavoisier nghi ngờ rằng vôi có thể là một oxit của một nguyên tố hóa học cơ bản. Trong bảng các nguyên tố của mình, Lavoisier đã liệt kê năm “đất có thể muối” (nghĩa là quặng có thể phản ứng với axit để tạo ra muối (salis = muối, trong tiếng Latinh): chaux (canxi ôxít), magnésie (magnesia, ôxít magiê ), baryte (bari sulfat), alumine (alumina, oxit nhôm) và silic (silica, silicon dioxide)). Về những “yếu tố” này, Lavoisier lý luận:

Có lẽ chúng ta mới chỉ làm quen với một phần của các chất kim loại tồn tại trong tự nhiên, vì tất cả những chất có ái lực với oxy mạnh hơn carbon sở hữu, cho đến nay đều không thể bị khử thành trạng thái kim loại, và do đó, chỉ là trình bày cho sự quan sát của chúng tôi dưới dạng oxyd, bị nhầm lẫn với trái đất. Rất có khả năng baryte, mà chúng ta vừa sắp xếp với trái đất, ở trong tình huống này; vì trong nhiều thí nghiệm, nó thể hiện các tính chất gần giống với các tính chất của vật thể kim loại. Thậm chí có khả năng là tất cả các chất mà chúng ta gọi là đất có thể chỉ là các oxyd kim loại, không thể khử được bằng bất kỳ quá trình nào đã biết cho đến nay.

Canxi, cùng với các đồng loại của nó là magie, stronti và bari, lần đầu tiên được phân lập bởi Humphry Davy vào năm 1808. Sau công trình của Jöns Jakob Berzelius và Magnus Martin af Pontin về điện phân, Davy đã tách được canxi và magie bằng cách cho một hỗn hợp của kim loại tương ứng oxit với thủy ngân(II) oxit trên một tấm bạch kim được sử dụng làm cực dương, cực âm là một dây bạch kim được nhúng một phần vào thủy ngân. Sau đó, điện phân tạo ra hỗn hống canxi-thủy ngân và magie-thủy ngân, và chưng cất thủy ngân sẽ tạo ra kim loại. Tuy nhiên, canxi tinh khiết không thể được điều chế với số lượng lớn bằng phương pháp này và một quy trình thương mại khả thi để sản xuất nó đã không được tìm thấy cho đến hơn một thế kỷ sau.

Phát hiện và sản xuất

Ở mức 3%, canxi là nguyên tố phổ biến thứ năm trong lớp vỏ Trái đất và là kim loại phổ biến thứ ba sau nhôm và sắt. Nó cũng là nguyên tố phổ biến thứ tư ở vùng cao nguyên mặt trăng. Các trầm tích canxi cacbonat tràn ngập bề mặt Trái đất như những tàn tích hóa thạch của sinh vật biển trong quá khứ; chúng xảy ra ở hai dạng, canxit hình thoi (phổ biến hơn) và aragonit trực thoi (hình thành ở các vùng biển ôn hòa hơn). Khoáng sản loại thứ nhất bao gồm đá vôi, đôlômit, đá cẩm thạch, đá phấn và đá phiến Iceland; các lớp aragonit tạo nên các lưu vực Bahamas, Florida Keys và Biển Đỏ. San hô, vỏ sò và ngọc trai chủ yếu được tạo thành từ canxi cacbonat. Trong số các khoáng chất quan trọng khác của canxi là thạch cao (CaSO4·2H2O), anhydrit (CaSO4), fluorit (CaF2) và apatit ([Ca5(PO4)3F]).

Các nhà sản xuất canxi 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 nằm trong số các nhà sản xuất nhỏ. Năm 2005, khoảng 24000 tấn canxi được sản xuất; khoảng một nửa lượng canxi chiết xuất của thế giới được sử dụng bởi Hoa Kỳ, với khoảng 80% sản lượng được sử dụng mỗi năm.

Ở Nga và Trung Quốc, phương pháp điện phân của Davy vẫn được sử dụng, nhưng thay vào đó nó được áp dụng cho canxi clorua nóng chảy. Vì canxi ít phản ứng hơn so với stronti hoặc bari, nên lớp phủ oxit-nitrit tạo ra không khí ổn định và gia công bằng máy tiện cũng như các kỹ thuật luyện kim tiêu chuẩn khác phù hợp với canxi. Tại Hoa Kỳ và Canada, thay vào đó, canxi được sản xuất bằng cách khử vôi bằng nhôm ở nhiệt độ cao.

Công dụng của Canxi trong đời sống

Việc sử dụng canxi kim loại lớn nhất là trong sản xuất thép, do ái lực hóa học mạnh mẽ của nó đối với oxy và lưu huỳnh. Các oxit và sunfua của nó, một khi được hình thành, tạo ra các vùi aluminat và sunfua vôi lỏng trong thép nổi ra ngoài; khi xử lý, các tạp chất này phân tán khắp thép và trở nên nhỏ và hình cầu, cải thiện khả năng đúc, độ sạch và các tính chất cơ học chung. Canxi cũng được sử dụng trong ắc quy ô tô không cần bảo dưỡng, trong đó việc sử dụng 0,1% hợp kim canxi-chì thay vì hợp kim antimon-chì thông thường giúp giảm lượng nước mất đi và khả năng tự phóng điện thấp hơn.

Do nguy cơ giãn nở và nứt, nhôm đôi khi cũng được kết hợp vào các hợp kim này. Các hợp kim chì-canxi này cũng được sử dụng trong đúc, thay thế các hợp kim chì-antimon. Canxi cũng được sử dụng để tăng cường độ bền cho các hợp kim nhôm được sử dụng cho vòng bi, để kiểm soát carbon graphit trong gang và để loại bỏ tạp chất bismuth khỏi chì.[38] Kim loại canxi được tìm thấy trong một số chất tẩy rửa cống, nơi nó có chức năng tạo ra nhiệt và canxi hydroxit giúp xà phòng hóa chất béo và hóa lỏng các protein (ví dụ: protein trong tóc) làm tắc cống.

Bên cạnh luyện kim, khả năng phản ứng của canxi được khai thác để loại bỏ nitơ khỏi khí argon có độ tinh khiết cao và làm chất thu nhận oxy và nitơ. Nó cũng được sử dụng làm chất khử trong sản xuất crom, zirconi, thori và urani. Nó cũng có thể được sử dụng để lưu trữ khí hydro, vì nó phản ứng với hydro để tạo thành canxi hydrua rắn, từ đó hydro có thể dễ dàng được chiết xuất lại.[38]

Phân đoạn đồng vị canxi trong quá trình hình thành khoáng chất đã dẫn đến một số ứng dụng của đồng vị canxi. Đặc biệt, quan sát năm 1997 của Skulan và DePaolo rằng các khoáng chất canxi nhẹ hơn về mặt đồng vị so với các dung dịch mà từ đó các khoáng chất kết tủa là cơ sở của các ứng dụng tương tự trong y học và trong cổ sinh vật học. Ở động vật có bộ xương được khoáng hóa bằng canxi, thành phần đồng vị canxi của mô mềm phản ánh tốc độ hình thành và hòa tan tương đối của khoáng chất trong xương.[45]

Ở người, những thay đổi trong thành phần đồng vị canxi của nước tiểu đã được chứng minh là có liên quan đến những thay đổi trong cân bằng khoáng chất của xương. Khi tốc độ tạo xương vượt quá tốc độ hủy xương thì tỷ lệ 44Ca/40Ca trong mô mềm tăng lên và ngược lại. Do mối quan hệ này, các phép đo đồng vị canxi trong nước tiểu hoặc máu có thể hữu ích trong việc phát hiện sớm các bệnh xương chuyển hóa như loãng xương.

Một hệ thống tương tự tồn tại trong nước biển, nơi 44Ca/40Ca có xu hướng tăng lên khi tốc độ loại bỏ Ca2+ bằng kết tủa khoáng chất vượt quá lượng canxi mới được đưa vào đại dương. Năm 1997, Skulan và DePaolo đưa ra bằng chứng đầu tiên về sự thay đổi của nước biển 44Ca/40Ca theo thời gian địa chất, cùng với lời giải thích lý thuyết về những thay đổi này. Nhiều bài báo gần đây đã xác nhận quan sát này, chứng minh rằng nồng độ Ca2+ trong nước biển không phải là hằng số 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 khí hậu quan trọng, vì chu trình canxi biển gắn liền với chu trình carbon.

Nhiều hợp chất canxi được sử dụng trong thực phẩm, dược phẩm và trong y học, trong số những hợp chất khác. Ví dụ, canxi và phốt pho được bổ sung trong thực phẩm thông qua việc bổ sung canxi lactate, canxi diphotphat và tricalcium photphat. Loại cuối cùng cũng được sử dụng làm chất đánh bóng trong kem đánh răng và thuốc kháng axit. Canxi lactobionate là một loại bột màu trắng được sử dụng làm chất lơ lửng cho dược phẩm. Trong nướng bánh, canxi photphat được sử dụng làm chất tạo men. Canxi sulfit được sử dụng làm chất tẩy trắng trong sản xuất giấy và làm chất khử trùng, canxi silicat được sử dụng làm chất gia cố trong cao su và canxi axetat là một thành phần của nhựa thông vôi và được sử dụng để sản xuất xà phòng kim loại và nhựa tổng hợp.

Canxi nằm trong Danh sách Thuốc thiết yếu của Tổ chức Y tế Thế giới.

Thực phẩm chứa nhiều Canxi

Thực phẩm giàu canxi bao gồm các sản phẩm từ sữa, chẳng hạn như sữa chua và pho mát, cá mòi, cá hồi, các sản phẩm từ đậu nành, cải xoăn và ngũ cốc ăn sáng tăng cường vi chất.

Do lo ngại về các tác dụng phụ bất lợi lâu dài, bao gồm vôi hóa động mạch và sỏi thận, cả Viện Y học Hoa Kỳ (IOM) và Cơ quan An toàn Thực phẩm Châu Âu (EFSA) đã thiết lập Mức hấp thụ trên có thể chấp nhận được (UL) cho chế độ ăn uống kết hợp và thực phẩm bổ sung. canxi. Từ IOM, những người từ 9–18 tuổi không được vượt quá 3 g/ngày tổng lượng tiêu thụ; đối với lứa tuổi 19–50, không quá 2,5 g/ngày; đối với độ tuổi từ 51 trở lên, không quá 2 g/ngày.[49] EFSA đặt UL cho tất cả người lớn là 2,5 g/ngày, nhưng quyết định rằng thông tin dành cho trẻ em và thanh thiếu niên là không đủ để xác định UL.

Công dụng của Canxi trong sinh học và sức khỏe

Tác dụng đối với sức khỏe

Canxi là một yếu tố thiết yếu cần thiết với số lượng lớn. Ion Ca2+ hoạt động như một chất điện phân và rất quan trọng đối với sức khỏe của hệ cơ, tuần hoàn và tiêu hóa; không thể thiếu để tạo xương; và hỗ trợ tổng hợp và chức năng của các tế bào máu. Ví dụ, nó điều chỉnh sự co cơ, dẫn truyền thần kinh và đông máu. Kết quả là, mức canxi trong và ngoài tế bào được cơ thể điều chỉnh chặt chẽ. Canxi có thể đóng vai trò này vì ion Ca2+ tạo phức liên kết bền với nhiều hợp chất hữu cơ, đặc biệt là protein; nó cũng tạo thành các hợp chất có nhiều độ hòa tan, cho phép hình thành bộ xương.

Những điều cần biết về Canxi: Liên kết

Các ion canxi có thể được tạo phức bởi protein thông qua liên kết với các nhóm cacboxyl của axit glutamic hoặc axit aspartic; thông qua tương tác với dư lượng serine, tyrosine hoặc threonine được phosphoryl hóa; hoặc bằng cách chelat bởi dư lượng axit amin γ-carboxyl hóa. Trypsin, một loại men tiêu hóa, sử dụng phương pháp đầu tiên; osteocalcin, một loại protein nền xương, sử dụng loại thứ ba.

Một số protein nền xương khác như osteopontin và sialoprotein xương sử dụng cả loại thứ nhất và loại thứ hai. Kích hoạt trực tiếp các enzyme bằng cách liên kết với canxi là phổ biến; một số enzym khác được kích hoạt bằng cách liên kết không cộng hóa trị với các enzym liên kết canxi trực tiếp. Canxi cũng liên kết với lớp phospholipid của màng tế bào, neo giữ các protein liên kết với bề mặt tế bào.

Độ hòa tan

Như một ví dụ về phạm vi hòa tan rộng của các hợp chất canxi, monocalcium phosphate rất dễ hòa tan trong nước, 85% canxi ngoại bào ở dạng dicalcium phosphate với độ hòa tan 2,0 mM và hydroxyapatite của xương trong chất nền hữu cơ là tricalcium phosphate ở 100 μM.

Chế độ dinh dưỡng

Canxi là thành phần phổ biến của các chất bổ sung chế độ ăn uống đa sinh tố, nhưng thành phần của phức hợp canxi trong chất bổ sung có thể ảnh hưởng đến khả dụng sinh học của nó, thay đổi tùy theo độ hòa tan của muối có liên quan: canxi citrate, malate và lactate có khả dụng sinh học cao, trong khi oxalate thì ít hơn . Các chế phẩm canxi khác bao gồm canxi cacbonat, canxi citrate malate và canxi gluconat. Ruột hấp thụ khoảng một phần ba lượng canxi ăn vào dưới dạng ion tự do, và mức canxi trong huyết tương sau đó được điều hòa bởi thận.

Điều hòa nội tiết tố của sự hình thành xương và nồng độ huyết thanh

Hormone tuyến cận giáp và vitamin D thúc đẩy quá trình hình thành xương bằng cách cho phép và tăng cường sự lắng đọng của các ion canxi ở đó, cho phép quá trình luân chuyển xương diễn ra nhanh chóng mà không ảnh hưởng đến khối lượng xương hoặc hàm lượng khoáng chất. Khi nồng độ canxi trong huyết tương giảm, các thụ thể trên bề mặt tế bào được kích hoạt và quá trình tiết hormone tuyến cận giáp diễn ra; sau đó nó tiếp tục kích thích sự xâm nhập của canxi vào bể huyết tương bằng cách lấy nó từ các tế bào thận, ruột và xương được nhắm mục tiêu, với hoạt động tạo xương của hormone tuyến cận giáp được đối kháng bởi calcitonin, chất này tăng bài tiết khi tăng nồng độ canxi trong huyết tương.

Nồng độ huyết thanh bất thường

Lượng canxi dư thừa có thể gây tăng canxi máu. Tuy nhiên, do canxi được ruột hấp thụ kém hiệu quả, nên lượng canxi huyết thanh cao có nhiều khả năng là do tiết quá nhiều hormone tuyến cận giáp (PTH) hoặc có thể do hấp thụ quá nhiều vitamin D, cả hai đều tạo điều kiện thuận lợi cho việc hấp thụ canxi. Tất cả những điều kiện này dẫn đến lượng muối canxi dư thừa được lắng đọng trong tim, mạch máu hoặc thận. Các triệu chứng bao gồm chán ăn, buồn nôn, nôn, mất trí nhớ, lú lẫn, yếu cơ, đi tiểu nhiều, mất nước và bệnh chuyển hóa xương.

Tăng canxi máu mãn tính thường dẫn đến vôi hóa mô mềm và các hậu quả nghiêm trọng của nó: ví dụ, vôi hóa có thể gây mất tính đàn hồi của thành mạch và gián đoạn lưu lượng máu thành lớp—và do đó dẫn đến vỡ mảng bám và huyết khối. Ngược lại, lượng canxi hoặc vitamin D không đủ có thể dẫn đến hạ canxi máu, thường cũng do bài tiết hormone tuyến cận giáp không đủ hoặc khiếm khuyết thụ thể PTH trong tế bào. Các triệu chứng bao gồm tính dễ bị kích thích thần kinh cơ, có khả năng gây ra cơn co cứng cơ và gián đoạn tính dẫn điện trong mô tim.

Căn bệnh về xương

Vì canxi cần thiết cho sự phát triển của xương nên nhiều bệnh về xương có thể bắt nguồn từ chất nền hữu cơ hoặc hydroxyapatite trong cấu trúc phân tử hoặc tổ chức của xương. Loãng xương là tình trạng giảm hàm lượng khoáng chất trong xương trên một đơn vị thể tích và có thể điều trị bằng cách bổ sung canxi, vitamin D và bisphosphonat. Lượng canxi, vitamin D hoặc phốt phát không đủ có thể dẫn đến tình trạng mềm xương, được gọi là nhuyễn xương.

Tác dụng phụ khi sử dụng Canxi

Bởi vì canxi phản ứng tỏa nhiệt với nước và axit, canxi kim loại tiếp xúc với độ ẩm cơ thể dẫn đến kích ứng ăn mòn nghiêm trọng.[56] Khi nuốt phải, canxi kim loại có tác dụng tương tự đối với miệng, thực quản và dạ dày, và có thể gây tử vong. Tuy nhiên, việc tiếp xúc lâu dài không được biết là có tác dụng phụ rõ rệt.

Các vấn đề thường gặp

Canxi là một khoáng chất đóng vai trò quan trọng trong cơ thể con người. Khi thiếu hoặc thừa canxi đều có thể gây ra những bệnh lý phức tạp.

Thiếu canxi

Có thể do lượng ăn vào không đủ hoặc do hấp thu từ đường ruột kém gây ra tình trạng thiếu canxi. Khi cơ thể bị thiếu canxi mạn tính, để duy trì nồng độ canxi trong máu cơ thể sẽ tự huy động canxi từ trong xương ra, do đó ảnh hưởng đến sức khỏe của xương. Chính vì vậy việc thiếu hụt canxi mạn tính là một trong những nguyên nhân quan trọng của việc giảm khối lượng xương và loãng xương. Ảnh hưởng của của thiếu canxi sẽ dẫn đến những nguy cơ sau:

• Thiếu xương (mật độ khoáng của xương thấp hơn bình thường)
• Loãng xưỡng (mật độ xương rất thấp)
• Tăng nguy cơ gãy xương

Thiếu canxi lâu dài trong khẩu phần có dẫn tới những bệnh lý nghiêm trọng như: bệnh cao huyết áp và ung thư ruột. Lượng canxi (dưới 600 mg/ngày) và áp lực máu có mối liên quan ngược chiều (khi lượng canxi giảm, tỉ lệ mắc bệnh cao huyến áp tăng).

Thừa canxi

Rất hiếm gặp các trường hợp thừa canxi trong máu hay tích trữ thừa trong mô do tiêu thụ quá nhiều canxi do lượng canxi khi ăn vào dư thừa, canxi sẽ được bài tiết ra khỏi cơ thể. Tuy nhiên khi dùng thuốc canxi liều cao, kéo dài có thể dẫn đến một số tác dụng phụ thường thấy như sau:

• Sỏi thận
• Tăng canxi huyết và suy thận
• Giảm hấp thu các khoáng chất cần thiết khác như sắt, kẽm, magiê và phospho.

Những vấn đề cần lưu ý

Để phòng chống thiếu Canxi cần thực hiện một số biện pháp như sau:

• Chế độ ăn đa dạng các loại thực phẩm, sử dụng thực phẩm giàu canxi như  tôm, cua, cá, ốc, vừng, đậu nành, mộc nhĩ, rau ngót, các loại sữa và chế phẩm từ sữa… Sữa và những chế phẩm từ sữa như sữa chua, pho mát là nguồn cung cấp protein, canxi, vitamin và các chất khoáng với chất lượng cao và dễ hấp thu. Sử dụng các thực phẩm có bổ sung canxi.
• Thay đổi những thói quen ăn uống có lợi cho hấp thu canxi như hạn chế cafe, rượu và muối vì những chất này thường kìm hãm khả năng hấp thu canxi.
• Chế độ ăn cần đáp ứng đủ protein so với nhu cầu protein theo khuyến nghị. Nếu chế độ ăn có quá nhiều protein so với nhu cầu khuyến nghị sẽ làm cho cơ thể tăng nguy cơ thiếu canxi. Khẩu phần ăn có quá nhiều protein sẽ tăng đào thải canxi qua đường tiết niệu và làm tăng nguy cơ sỏi thận.
• Hàng ngày nên dành ít nhất 10 đến 20 phút để tắm nắng vào buổi sáng (vào 9h – 9h30 sáng mỗi ngày) để giúp cơ thể hấp thụ được nhiều Vitamin D qua da, đồng thời khẩu phần ăn có đủ dầu mỡ để Vitamin D được hấp thu qua đường tiêu hóa tốt hơn.
• Không nên nhịn đói làm phophate trong cơ thể không bị giảm, gây hạ canxi.
• Chỉ nên dùng viên canxi bổ sung theo chỉ định của bác sĩ.
• Chăm chỉ luyện tập thể dục thể thao mỗi ngày để tăng cường sức khỏe.

Lời kết

Trên đây, Mela đã chia sẻ đến các bạn đọc về Những điều cần biết về Canxi: Đặc điểm, công dụng trong đời sống và sức khỏe của con người. Từ đó đưa ra những vấn đề sẽ gặp phải khi thừa thiếu Canxi. Hy vọng những kiến thức trên đã giúp các bạn hiểu thêm về Canxi và từ đó có thể nhận biết được những dấu hiệu sức khỏe của bản thân và gia đình.