Kalsium on kemiallinen alkuaine. Sen symboli jaksollisessa järjestelmässä (luettelo kaikista alkuaineista) on Ca ja sen järjestysluku on 20. Atomilla on 20 protonia ja yleensä 20 elektronia (varauksellinen muoto on katso ioni), ja sen massaluku on noin 40,08. Yleisimmät luonnossa esiintyvät isotoopit ovat Ca‑40 ja Ca‑44, mutta kalsiumilla on useita muitakin stabiileja ja radioaktiivisia isotooppeja.

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Kalsium on pehmeä, hopeanhohtoinen alkalimetalli kuuluvista alkalismaisiin maametalleihin (maametallit/alkalimaametallit, ryhmä 2). Tärkeimpiä ominaisuuksia:

  • Tiheys noin 1,55 g/cm³ (20 °C)
  • Sulamispiste noin 842 °C ja kiehumispiste noin 1484 °C
  • Elektronikonfiguraatio: [Ar] 4s²
  • Yleisin oksidaatiotila on +2, ja kalsium muodostaa helposti ionisia yhdisteitä (esim. CaO, Ca(OH)2, CaCO3).
  • Reagoi veden kanssa muodostaen kalsiumhydroksidia ja vetykaasua; palaa tai hapettuu ilman läsnä ollessa muodostamaan kalsiumoksidia.

Isotoopit

Kalsiumilla on useita isotooppeja. Luonnossa yleisin on Ca‑40, joka muodostaa suurimman osan kalsiumista. Muita luonnollisia isotooppeja ovat mm. Ca‑42, Ca‑43, Ca‑44, Ca‑46 ja Ca‑48, joista osa on hyvin harvinaisia. Lisäksi tunnetaan useita radioaktiivisia isotooppeja, joita käytetään tutkimuksessa ja teollisuudessa. Kalsiumisotooppeja hyödynnetään geokemiallisissa ja paleoklimatologisissa tutkimuksissa (esim. kalsiumin isotooppisuhteet voivat kertoa meriveden ja elinympäristöjen muutoksista).

Luonnossa ja yhdisteet

Kalsium on maankuoren viidenneksi yleisin alkuaine ja esiintyy pääosin yhdistelminä. Tavallisimpia kalsiumyhdisteitä ovat:

  • kalsiumkarbonaatti (CaCO3) — kalkkikivi, marmori, simpukan kuoret;
  • kipsi (CaSO4·2H2O) — rakennusmateriaalina;
  • kalsiumoksidi (CaO) eli kuumakalkki — tärkeä sidosaine sementissä ja teollisuudessa;
  • kalsiumhydroksidi (Ca(OH)2) — ns. sammutettu kalkki.

Metallinen kalsium valmistetaan teollisesti yleensä elektrolyyttisesti sulatetusta kalsiumkloridista tai muilla pelkistysmenetelmillä.

Biologinen merkitys ja terveysvaikutukset

Kalsium on ihmiselle välttämätön mineraali. Se on pääasiallinen mineraali luustossa ja hampaissa, missä se muodostaa hydroksiapatiittikiteet (Ca10(PO4)6(OH)2) ja antaa luustolle lujuuden. Lisäksi kalsiumilla on useita elintärkeitä tehtäviä:

  • lihasten supistuminen (sis. sydänlihaksen toiminta),
  • hermoston ärsykkeen siirto ja synaptinen toiminta,
  • veren hyytyminen,
  • solunsisäinen signaalinsiirto (kalsium-ioni toimii sekundaarisena välittäjäaineena).

Suositeltu päivittäinen kalsiumin saanti vaihtelee iän ja tilanteen mukaan. Aikuisille yleinen suositus on noin 1000 mg/vrk, nuorille ja iäkkäille sekä raskaana oleville tai imettäville voi suositukset olla suurempia. Kalsiumin puute pitkällä aikavälillä voi johtaa luuston heikkenemiseen ja lisätä osteoporoosin riskiä; lapsilla ja nuorilla vakava puute voi häiritä luuston kehitystä.

Lisäravinteet, imeytyminen ja liitännäisvaikutukset

Kalsiumia saa luonnollisesti maito- ja maitotuotteista, tummista lehtivihanneksista (esim. lehtikaali, pinaatti sisältää kuitenkin oksalaatteja, jotka heikentävät imeytymistä), pähkinöistä, siemenistä sekä kaloista, joiden syödään syötäviä kaloja luineen (esim. sardinit). Monet elintarvikkeet on myös rikastettu kalsiumilla (esim. kasvimaitotuotteet).

Yleisimmät lisäravinteet ovat kalsiumkarbonaatti ja kalsiumsittraatti. Kalsiumkarbonaatti sisältää runsaasti kalsiumia painoonsa nähden, mutta imeytyy parhaiten tyhjentymättömässä mahassa (vaatii happamuutta). Kalsiumsittraatti imeytyy paremmin vatsan tyhjässä tilassa ja voi sopia ihmisille, joilla on vähentynyt mahahappo.

Liiallinen kalsiumin saanti voi aiheuttaa hyperkalsemiaa — oireita ovat pahoinvointi, ummetus, lisääntynyt virtsaaminen, munuaisten kivien muodostuminen ja mahdollisesti sydämen rytmihäiriöt. Pitkäkestoinen ylimääräinen saanti voi edistää verisuonten ja pehmytkudosten kalkkeutumista. Lisäksi kalsium voi häiritä joidenkin lääkkeiden (esim. tiettyjen antibioottien, kilpirauhaslääkkeiden ja raudan) imeytymistä tai vaikutusta, joten lisäravinteiden käytöstä kannattaa keskustella terveydenhuollon ammattilaisen kanssa.

Käyttö teollisuudessa ja turvallisuus

  • Rakennusteollisuus: kalkki, sementti ja betoni perustuvat kalsiumyhdisteisiin.
  • Maatalous: kalkin käyttö maan pH:n säätelyssä ja ravinteiden saatavuuden parantamisessa.
  • Teollisuus: metallurgiassa, keraameissa, lasissa ja kemianteollisuudessa.
  • Ruoan lisäaineena ja lääkkeenä: kalsiumsuolat antavat ravintoaineita ja toimivat antaseina (mahahappoutta neutraloivat valmisteet).

Metallista kalsiumia ja voimakkaita kalsiumyhdisteitä (esim. CaO) tulee käsitellä varoen: ne reagoivat voimakkaasti veden kanssa ja voivat olla syövyttäviä. Metallinen kalsium säilytetään usein öljyssä tai inertissä ympäristössä hapettumisen estämiseksi.

Yhteenveto

Kalsium (Ca) on biologisesti ja teollisesti keskeinen alkuaine: se antaa luustolle ja hampaille rakenteen, osallistuu moniin fysiologisiin prosesseihin ja on laajasti käytetty teollisuuden raaka‑aine. Oikeanlainen saanti ruokavaliosta tai tarvittaessa lisäravinteista on tärkeää terveyden ylläpidossa, mutta liiallista käyttöä on syytä välttää. Jos epäilet kalsiumin puutetta tai harkitset lisäravinteiden käyttöä, keskustele asiasta terveydenhuollon ammattilaisen kanssa.