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칼슘

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목차

1. 개요

칼슘은 기원전 7000년에서 14000년 전부터 건축 재료로 사용된 석회에서 유래된 원소로, 1808년 험프리 데이비에 의해 처음 분리되었다. 주기율표 2족에 속하는 은백색의 무른 금속으로, 다양한 화합물을 형성하며, 특히 산소, 물, 이산화탄소와 반응성이 크다. 칼슘은 제강, 자동차 배터리, 합금, 건축 자재 등 다양한 산업 분야에서 사용되며, 인체 내에서는 뼈와 치아를 구성하고 근육 수축, 신경 전달, 혈액 응고 등 생리 작용에 중요한 역할을 한다. 칼슘은 필수 원소로, 섭취 부족 시 저칼슘혈증, 골다공증 등이 발생할 수 있으며, 과다 섭취 시 고칼슘혈증, 신장 결석 등의 부작용이 나타날 수 있다.

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칼슘
기본 정보
아르곤 보호 가스 분위기 하의 칼슘
칼슘의 스펙트럼 선
이름칼슘
영어 이름calcium
라틴어 이름calcium
발음/ˈkælsiəm/,
원자 번호20
기호Ca
이전 원소K
다음 원소Sc
위 원소Mg
아래 원소Sr
계열알칼리 토금속
족2
주기4
구역s
색상은백색
상태고체
겉모습은백색, 금속 광택의 고체
원자 정보
원자 질량40.078
전자 배열[Ar] 4s2
껍질당 전자 수2, 8, 8, 2
밀도1.550 g/cm³ (상온)
액체 밀도1.378 g/cm³ (녹는점)
녹는점1115 K (842 °C, 1548 °F)
끓는점1757 K (1484 °C, 2703 °F)
융해열8.54 kJ/mol
기화열154.7 kJ/mol
열용량25.929 J/(mol·K)
증기압 (864 K)1 Pa
증기압 (956 K)10 Pa
증기압 (1071 K)100 Pa
증기압 (1227 K)1 kPa
증기압 (1443 K)10 kPa
증기압 (1755 K)100 kPa
결정 구조면심 입방정계
산화 상태2, 1
전기 음성도1.00
이온화 에너지 (1차)589.8 kJ/mol
이온화 에너지 (2차)1145.4 kJ/mol
이온화 에너지 (3차)4912.4 kJ/mol
원자 반지름197 pm
공유 반지름176±10 pm
반데르발스 반지름231 pm
자기 정렬반자성
전기 저항33.6 nΩ·m (20°C)
열전도율201 W/(m·K)
열팽창22.3 µm/(m·K) (25°C)
음속3810 m/s (막대, 실온)
영률20 GPa
전단 탄성 계수7.4 GPa
부피 탄성 계수17 GPa
푸아송 비0.31
모스 경도1.75
브리넬 경도167 MPa
CAS 등록 번호7440-70-2
동위 원소
동위 원소 (40Ca)존재비: 96.941%
반감기: >5.9×1021 년
붕괴 모드: β+β+
붕괴 에너지: 0.194 MeV
딸핵종: 40Ar
동위 원소 (41Ca)존재비: 미량
반감기: 1.03×105 년
붕괴 모드: ε
딸핵종: 41K
동위 원소 (42Ca)존재비: 0.647%
중성자 수: 22
동위 원소 (43Ca)존재비: 0.135%
중성자 수: 23
동위 원소 (44Ca)존재비: 2.086%
중성자 수: 24
동위 원소 (45Ca)존재비: 합성
반감기: 162.7 일
붕괴 모드: β-
붕괴 에너지: 0.258 MeV
딸핵종: 45Sc
동위 원소 (46Ca)존재비: 0.004%
반감기: >2.8×1015 년
붕괴 모드: β-β-
붕괴 에너지: 0.988 MeV
딸핵종: 46Ti
동위 원소 (47Ca)존재비: 합성
반감기: 4.536 일
붕괴 모드: β-, γ
붕괴 에너지: 0.694, 1.99 MeV / 1.297 MeV
딸핵종: 47Sc
동위 원소 (48Ca)존재비: 0.187%
반감기: 4.3×1019 년
붕괴 모드: β-β-, β-
붕괴 에너지: 4.274 MeV / 0.0058 MeV
딸핵종: 48Ti / 48Sc

2. 역사

선사 시대인 기원전 7000년에서 14000년 전부터 칼슘 화합물인 석회는 건축 재료로 사용되었으며[77], 메소포타미아와 고대 로마에서도 칼슘 화합물을 사용하였다. 거의 같은 시기에, 탈수된 석고(CaSO·2HO)가 기자의 대피라미드에 사용되었고, 투탕카멘 무덤의 반죽에도 사용되었다. 고대 로마인들은 석회암(CaCO)을 가열하여 만든 석회 모르타르를 사용했다. "칼슘"이라는 이름은 라틴어 "calx" 즉, "석회"에서 유래했다. 인류 최초의 시멘트로는 9000년 전 이스라엘에서 사용된 "기경성 시멘트"가 알려져 있다.[41]

석회 반죽으로 제작된 아이 가잘 조각상 중 하나


비트루비우스는 생성된 석회가 원래 석회암보다 가볍다는 점을 언급하며, 이를 물의 끓음 때문이라고 설명했다. 1755년, 조지프 블랙은 이것이 이산화탄소의 손실 때문이라는 것을 증명했는데, 이산화탄소는 기체이기 때문에 고대 로마인들에게는 인식되지 않았다.[22] 1789년, 앙투안 라부아지에는 석회가 기본적인 화학 원소의 산화물일 수 있다고 추측했다. 그의 원소 주기율표에서 라부아지에는 ''chaux''(산화 칼슘)을 포함한 다섯 가지의 "염기성 토류"를 나열했다.[20]

칼슘은 1808년 험프리 데이비에 의해 처음으로 분리되었다.[39] 옌스 야코브 베르셀리우스와 마그누스 마르틴 아프 폰틴의 전기 분해 연구에 이어, 데이비는 생석회와 산화 수은의 혼합물을 전기분해하여 아말감을 얻었다는 소식을 듣고 그 아말감에서 수은을 증발시켜 처음으로 순수한 칼슘을 분리하였다.[78][21] 그러나 순수한 칼슘은 이 방법으로 대량으로 제조할 수 없었고, 20세기 이전에는 대규모로 생산되지 않았다.[79][22] 오늘날에는 석회에 포함된 칼슘 원자들을 고온 저압의 용기에서 알루미늄 원자로 치환시켜서 순수한 칼슘을 생산한다.[79]

3. 특성

산화수는 몇 가지 예외를 제외하고 항상 +2이다. 비중 1.55의 매우 무른 금속으로, 녹는점은 840-850°C, 끓는점은 1480-1490°C이다(실험값에 따라 다름). 결정 구조는 온도 조건에 따라 세 가지가 있으며, 250°C 이하에서는 입방 최밀 충진 구조, 250-450°C 사이에서는 육방 최밀 충진 구조, 450-839°C 사이에서는 체심 입방 격자가 각각 가장 안정적이다.

단체를 공기 중에 방치하면 산소, 물, 이산화탄소와 반응하여 부식되므로, 불활성 기체를 충전한 상태로 판매된다. 광유 속에 보관하기도 한다.

단체 금속을 공기 중에서 가열하면 불꽃을 내며 연소한다.

: 2Ca + O2 -> 2CaO

물에 넣으면 쉽게 반응하여 수소를 발생시킨다. 생성된 수산화칼슘 수용액을 석회수라고 한다.

: Ca + 2H2O -> Ca(OH)2 + H2 (^)

석회수에 이산화탄소를 통과시키면 탄산칼슘의 흰색 침전이 생긴다.

: Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 (v) + H2O

이 상태에서 이산화탄소를 과량으로 가하면 침전이 녹아 용액이 된다. 이 반응은 가역적이며, 가열하면 다시 탄산칼슘의 침전이 생긴다.

: CaCO3 + CO2 + H2O -> Ca(HCO3)2

또한 탄산칼슘을 1170 °C 이상으로 가열하면 산화칼슘(생석회)를 얻을 수 있다.

: CaCO3(s) -> CaO(s) + CO2(g)

이 산화물을 고온의 불꽃으로 가열하면 밝은 백색광을 발하므로, 전등이 도입되기 전에는 주로 극장의 스포트라이트로 사용되었다. 또한 산화칼슘은 물과 반응하여 수산화칼슘(소석회)을 생성한다.

: CaO(s) + H2O(l) -> Ca(OH)2(s)

할로겐과는 기상에서 직접 반응하여 할로겐화물을 생성한다.

알코올에 용해되어 칼슘 알콕시드가 되고, 액체 암모니아에 용해되어 청색 용액이 된다.

물과 쉽게 반응하여 수소를 발생시키므로, 대한민국의 소방법에서는 알칼리토류 금속으로 위험물 제3류(금수성 물질)로 지정되어 있다.

3. 1. 화학적 성질

칼슘은 가장 바깥쪽 원자가 전자 2개를 잃고 +2의 산화수를 가지는 경향이 있어 반응성이 크다. 이 때문에 산소나 물과 쉽게 반응하여 자연에서는 순수한 형태로 발견되지 않는다.[72] 순수한 금속은 공기 중에서 산소 및 질소와 반응하여 산화물(산화 칼슘, CaO)과 질화물(질화칼슘, Ca3N2)의 회백색 막을 형성한다.[72] 물과 반응하면 수소 기체를 발생시키며, 이때 생성되는 수산화 칼슘 때문에 반응 속도가 느려져 수소 기체 생산에 사용되기도 한다.[72] 그러나 분말 형태나 산성 용액에서는 반응 속도가 매우 빠르다.[72] 할로젠이나 칼로겐 원소와 반응하여 이온 결합 화합물을 형성하며, 수소화칼슘(CaH2)도 알려져 있다.[73]

칼슘 화합물은 대부분 무색이며, 칼슘 이온(Ca2+)을 포함하는 용액 또한 무색이다. 다른 알칼리 토금속과 마찬가지로 칼슘의 염은 대부분 물에 잘 용해되지만, 수산화 칼슘, 황산 칼슘, 탄산 칼슘, 인산 칼슘 등은 예외적으로 용해도가 낮다. 칼슘 이온은 쓴맛, 신맛 등 다양한 맛으로 느껴지며,[74] 사람에게 칼슘을 감지하는 수용체가 존재하는 것으로 보인다.[75]

칼슘은 연성이 좋은 은백색 금속(때로는 연한 노란색)이며, 주기율표 상 같은 족의 스트론튬, 바륨, 라듐과 성질이 매우 유사하다. 칼슘 원자는 20개의 전자를 가지며, 전자 배치는 [Ar]4s2이다. 다른 2족 원소들과 마찬가지로 가장 바깥쪽 s 오비탈에 두 개의 원자가 전자를 가지며, 화학 반응에서 이 전자들을 잃고 비활성 기체 (아르곤)와 같은 전자 배치를 갖는 2가 양이온을 형성한다.[3]

칼슘은 그 화합물에서 거의 항상 2가이며, 이러한 화합물은 일반적으로 이온성이다. 1가 칼슘염은 불안정하여 2가 염과 칼슘 금속으로 불균등화 반응을 일으킨다. 이는 Ca2+ 양이온에 의해 더 큰 격자 에너지가 제공되기 때문이다.[3]

칼슘은 물과 반응하여 수산화칼슘과 수소 기체를 생성하며, 공기 중의 산소 및 질소와 반응하여 산화칼슘과 질화칼슘의 혼합물을 형성한다.[5] 미세하게 분쇄된 칼슘은 공기 중에서 자연 발화하여 질화물을 생성한다. 덩어리 형태의 칼슘은 반응성이 낮지만, 습한 공기 중에서는 빠르게 수화 피막을 형성한다.[5]

과산화칼슘(CaO₂) 및 초과산화물 Ca(O₂)₂도 존재한다.[5] 수산화칼슘(Ca(OH)₂)은 강염기이지만, 스트론튬, 바륨 또는 알칼리 금속의 수산화물만큼 강하지는 않다.[5] 탄산칼슘(CaCO₃)과 황산칼슘(CaSO₄)은 풍부한 광물이다.[5] 칼슘 금속은 액체 암모니아에 직접 용해되어 진한 파란색 용액을 생성한다.[5]

칼슘 이온(Ca²⁺)은 이온 반지름이 커서 높은 배위수를 갖는 경우가 많다.[5] EDTA와 폴리인산염과 같은 산소 킬레이트에 의해 쉽게 착물을 형성한다.[5]

유기칼슘 화합물은 유기마그네슘 화합물과 달리 제조가 어렵고 반응성이 커서 널리 사용되지는 않지만, 최근 촉매로서 연구되고 있다.[6][7][8][9][10] 유기칼슘 화합물은 유기이터븀 화합물과 더 유사한 경향이 있다.[5]

수화된 염화칼슘에서 중합체 [Ca(H₂O)₆]²⁺ 중심의 구조


산화수는 몇 가지 예외를 제외하고 항상 +2이다. 비중 1.55의 매우 무른 금속으로, 녹는점은 840-850°C, 끓는점은 1480-1490°C이다. 결정 구조는 온도에 따라 세 가지가 있다.

단체를 공기 중에 방치하면 산소, 물, 이산화탄소와 반응하여 부식된다. 금속을 공기 중에서 가열하면 불꽃을 내며 연소한다.

: 2Ca + O2 -> 2CaO

물에 넣으면 쉽게 반응하여 수소를 발생시킨다. 생성된 수산화칼슘 수용액을 석회수라고 한다.

: Ca + 2H2O -> Ca(OH)2 + H2 (^)

석회수에 이산화탄소를 통과시키면 탄산칼슘의 흰색 침전이 생긴다.

: Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 (v) + H2O

이 상태에서 이산화탄소를 과량으로 가하면 침전이 녹아 용액이 된다. 이 반응은 가역적이며, 가열하면 다시 탄산칼슘의 침전이 생긴다.

: CaCO3 + CO2 + H2O -> Ca(HCO3)2

탄산칼슘을 1170 °C 이상으로 가열하면 산화칼슘(생석회)를 얻을 수 있다.

: CaCO3(s) -> CaO(s) + CO2(g)

이 산화물을 고온의 불꽃으로 가열하면 밝은 백색광을 발한다. 또한 산화칼슘은 물과 반응하여 수산화칼슘(소석회)을 생성한다.

: CaO(s) + H2O(l) -> Ca(OH)2(s)

할로겐과는 기상에서 직접 반응하여 할로겐화물을 생성한다.

알코올에 용해되어 칼슘 알콕시드가 되고, 액체 암모니아에 용해되어 청색 용액이 된다.

물과 쉽게 반응하여 수소를 발생시키므로, 대한민국의 소방법에서는 알칼리토류 금속으로 위험물 제3류(금수성 물질)로 지정되어 있다.

3. 2. 물리적 성질

칼슘은 은백색의 무른 금속으로, 납보다는 단단하지만 약간의 힘을 주면 칼로 자를 수 있다.[4] 비중은 1.55(20 °C에서 1.526)로 알칼리 토금속 중에서는 가장 가벼우며, 이는 원자 번호가 더 작은 베릴륨이나 마그네슘보다도 가벼운 것이다. 비저항은 구리나 알루미늄보다 크지만 비중이 낮아 단위 질량 당 저항을 기준으로 할 때는 전기 저항이 더 작다. 그러나 공기 중에 방치하면 산소, 질소, 수증기 등과 잘 반응하므로 지상의 대부분 응용 분야에서 도체로 사용하기에는 적합하지 않지만, 우주 공간에서의 사용이 고려된 바 있다. 공기 중에서 잘 발화하지 않지만 연소시킬 경우 밝은 주황색 불꽃을 낸다.

녹는점은 842℃, 끓는점은 1484℃(실험값에 따라 840-850°C, 1480-1490°C)이다. 이 값들은 이웃한 2족 원소인 마그네슘과 스트론튬보다 높다.[4] 동소체는 온도 조건에 따라 세 가지가 있는데, 250°C 이하에서는 입방 최밀 충진 구조, 250-450°C 사이에서는 육방 최밀 충진 구조, 450-839°C 사이에서는 체심 입방 격자가 각각 가장 안정적이다. 443°C 이상에서는 체심입방구조로 변한다.[4] 스트론튬과 바륨과 마찬가지로 면심입방구조로 결정화된다.[4]

3. 3. 생물학적 특성

칼슘이온은 세포내에서 중요한 신호전달물질로 작용한다. 2차전령체의 하나로, 칼슘농도의 증감에 의하여 세포내 신호전달 과정이 매개된다.

칼슘 이온은 단백질의 카르복시기를 통해 글루탐산 또는 아스파르트산 잔기와 결합하거나, 인산화된 세린, 티로신, 또는 트레오닌 잔기와 상호 작용하거나, 또는 γ-카르복실화 아미노산 잔기들에 의해 킬레이트화됨으로써 단백질과 복합체를 형성할 수 있다. 소화 효소인 트립신은 카르복시기를 통해 글루탐산 또는 아스파르트산 잔기와 결합하는 방법을 사용하고, 뼈 기질 단백질인 오스테오칼신은 γ-카르복실화 아미노산 잔기들에 의해 킬레이트화되는 방법을 사용한다.

오스테오폰틴과 뼈 시알로단백질과 같은 다른 뼈 기질 단백질들은 카르복시기를 통해 글루탐산 또는 아스파르트산 잔기와 결합하거나, 인산화된 세린, 티로신, 또는 트레오닌 잔기와 상호 작용하는 두가지 방법을 모두 사용한다. 칼슘 결합을 통한 효소의 직접적인 활성화는 일반적이며, 다른 일부 효소들은 칼슘 결합 효소와의 비공유 결합에 의해 활성화된다. 칼슘은 또한 세포막의 인지질층에 결합하여 세포 표면과 관련된 단백질을 고정시킨다.

칼슘 화합물의 용해도 범위를 보여주는 예로, 일칼슘인산염은 물에 매우 잘 녹고, 세포외 칼슘의 85%는 용해도가 2.00 mM인 이칼슘인산염 형태이며, 유기 기질 내 뼈의 하이드록시아파타이트는 용해도가 1000 μM인 삼칼슘인산염이다.

인간을 포함한 동물과 식물의 대표적인 무기질(필수 원소)이다. 칼슘은 진핵생물에게 필수 원소이며, 식물에게도 비료로서 필요하다.

4. 존재

칼슘은 자연에서 5가지의 안정 동위 원소(40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca)와 반감기가 매우 긴 동위 원소인 48Ca이 발견된다.[5] 자연에서 발견되는 동위 원소의 원자량 범위가 그 원소의 평균 원자량의 20% 이상인 경우는 수소와 헬륨을 제외하면 칼슘이 유일하다. 칼슘은 자연적으로 6가지 동위원소가 존재하는 가장 가벼운 원소이다.41Ca은 우주선에 의해 생성되는 방사성 동위 원소로 반감기가 약 10만 년이다.[12]

자연에 존재하는 칼슘 동위 원소의 약 97%를 차지하는 40Ca는 양성자와 중성자를 모두 20개씩 포함하고 있어 이중 마법수를 가지는 매우 안정한 원자핵이며, 양성자와 중성자의 수가 같은 안정 동위 원소 중에서는 가장 무거운 원자핵이다. 40Ca는 규소 연소 과정에서 알파 입자의 융합을 통해 생성되며, 원시 핵종인 40K의 붕괴에 의해 천천히 그 양이 증가한다.[11][12] 40K가 방사성 붕괴를 하면 40Ar과 함께 생성되는데, 지질학에서 40K와 40Ar의 비율을 측정하여 연대를 측정하는 칼륨-아르곤 연대 측정에서 이것이 방해가 되기도 하였다.44Ca는 모든 천연 칼슘의 2.806%를 차지하며 두 번째로 흔한 동위원소이다.[11][12] 44Ca는 불안정한 44Ti가 두 번의 연속적인 전자 포획을 통해 생성된다. 나머지 네 가지 천연 동위원소인 42Ca, 43Ca, 46Ca 및 48Ca는 각각 천연 칼슘의 1% 미만을 차지한다. 네 가지 가벼운 동위원소는 주로 산소 연소 및 규소 연소 과정의 생성물이며, 두 가지 무거운 동위원소는 중성자 포획 과정을 통해 생성된다. 46Ca는 주로 "고온" s-과정에서 생성되는데, 그 이유는 형성 과정에서 수명이 짧은 45Ca가 중성자를 포획할 수 있을 만큼 충분히 높은 중성자 플럭스가 필요하기 때문이다. 48Ca는 Ia형 초신성의 r-과정에서 전자 포획을 통해 생성되며, 높은 중성자 과잉과 충분히 낮은 엔트로피로 인해 생성 후에도 안정적으로 유지된다.[11][12]46Ca와 48Ca는 각각 6개 또는 8개의 중성자 과잉을 가진 최초의 "고전적으로 안정적인" 핵종이다. 48Ca는 20개의 양성자와 28개의 중성자를 닫힌 껍질에 가지는 이중 마법 핵이기 때문에 매우 안정적이다. 48Ca의 베타 붕괴는 48Sc로의 붕괴가 핵 스핀의 심각한 불일치 때문에 매우 제한적이다. 48Ca는 짝수-짝수 핵이므로 핵 스핀이 0인 반면, 48Sc는 스핀이 6+이므로, 이 붕괴는 각운동량 보존에 의해 금지된다. 48Sc의 두 가지 들뜬 상태도 붕괴에 사용할 수 없는데, 높은 스핀 때문에 금지된다. 결과적으로 48Ca가 붕괴하면 이중 베타 붕괴를 통해 48Ti로 붕괴되며, 이중 베타 붕괴를 일으키는 것으로 알려진 가장 가벼운 핵종이다.[13]46Ca도 이론적으로 46Ti로 이중 베타 붕괴될 수 있지만, 관찰된 적이 없다. 40Ca도 이중 마법 핵이며, 이중 전자 포획을 통해 40Ar으로 붕괴될 수 있지만, 이 역시 관찰된 적이 없다. 칼슘은 원시 이중 마법 동위원소를 두 가지 가지고 있는 유일한 원소이다. 40Ca와 46Ca의 반감기의 실험적 하한은 각각 5.9 × 1021년과 2.8 × 1015년이다.

사실상 안정적인 48Ca를 제외하고, 칼슘의 가장 수명이 긴 방사성 동위 원소는 41Ca이다. 이는 전자 포획을 통해 안정적인 41K으로 붕괴되며 반감기는 약 105년이다. 초기 태양계에서 멸종된 방사성 핵종으로서의 존재는 41K의 과잉에서 추론되었다. 41Ca의 흔적은 현재에도 존재하는데, 이는 천연 40Ca의 중성자 활성화를 통해 지속적으로 생성되는 우주선 생성 핵종이기 때문이다.[12]35Ca부터 60Ca까지 많은 다른 칼슘 방사성 동위원소가 알려져 있다. 이들은 모두 41Ca보다 수명이 훨씬 짧으며, 가장 안정적인 것은 45Ca(반감기 163일)와 47Ca(반감기 4.54일)이다. 42Ca보다 가벼운 동위원소는 일반적으로 베타 플러스 붕괴를 통해 칼륨 동위원소로 붕괴되고, 44Ca보다 무거운 동위원소는 일반적으로 베타 마이너스 붕괴를 통해 스칸듐 동위원소로 붕괴되지만, 핵 드립 라인 근처에서는 양성자 방출과 중성자 방출이 중요한 붕괴 모드가 된다.

다른 원소들과 마찬가지로 다양한 과정이 칼슘 동위원소의 상대적 풍부도를 변화시킨다.[14] 이러한 과정 중 가장 잘 연구된 것은 방해석, 아라고나이트 및 인회석과 같은 칼슘 광물이 용액에서 침전될 때 수반되는 칼슘 동위원소의 질량 의존성 동위원소 분획이다. 가벼운 동위원소는 이러한 광물에 우선적으로 흡수되고, 주변 용액은 무거운 동위원소가 풍부해지며, 실온에서 원자 질량 단위(amu)당 약 0.025%의 크기를 나타낸다. 칼슘 동위원소 조성의 질량 의존성 차이는 일반적으로 표준 참조 물질과 비교하여 샘플에서 두 동위원소(일반적으로 44Ca/40Ca)의 비율로 표현된다. 지구상의 생물체에서 44Ca/40Ca는 약 1~2‰ 정도 변화한다.[15]

칼슘(Ca)의 원자 번호 20은 양성자의 마법수이며, 안정적인 동위 원소가 4종류나 될 정도로 많다. 게다가 중성자도 마법수인 이중 마법수 동위원소를 2개(40Ca, 48Ca) 가지고 있다.

4. 1. 동위 원소

칼슘은 자연에서 5가지의 안정 동위 원소(40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca)와 반감기가 매우 긴 동위 원소인 48Ca이 발견된다.[5] 자연에서 발견되는 동위 원소의 원자량 범위가 그 원소의 평균 원자량의 20% 이상인 경우는 수소와 헬륨을 제외하면 칼슘이 유일하다. 칼슘은 자연적으로 6가지 동위원소가 존재하는 가장 가벼운 원소이다.41Ca은 우주선에 의해 생성되는 방사성 동위 원소로 반감기가 약 10만 년이다.[12]

자연에 존재하는 칼슘 동위 원소의 약 97%를 차지하는 40Ca는 양성자와 중성자를 모두 20개씩 포함하고 있어 이중 마법수를 가지는 매우 안정한 원자핵이며, 양성자와 중성자의 수가 같은 안정 동위 원소 중에서는 가장 무거운 원자핵이다. 40Ca는 규소 연소 과정에서 알파 입자의 융합을 통해 생성되며, 원시 핵종인 40K의 붕괴에 의해 천천히 그 양이 증가한다.[11][12] 40K가 방사성 붕괴를 하면 40Ar과 함께 생성되는데, 지질학에서 40K와 40Ar의 비율을 측정하여 연대를 측정하는 칼륨-아르곤 연대 측정에서 이것이 방해가 되기도 하였다.44Ca는 모든 천연 칼슘의 2.806%를 차지하며 두 번째로 흔한 동위원소이다.[11][12] 44Ca는 불안정한 44Ti가 두 번의 연속적인 전자 포획을 통해 생성된다. 나머지 네 가지 천연 동위원소인 42Ca, 43Ca, 46Ca 및 48Ca는 각각 천연 칼슘의 1% 미만을 차지한다. 네 가지 가벼운 동위원소는 주로 산소 연소 및 규소 연소 과정의 생성물이며, 두 가지 무거운 동위원소는 중성자 포획 과정을 통해 생성된다. 46Ca는 주로 "고온" s-과정에서 생성되는데, 그 이유는 형성 과정에서 수명이 짧은 45Ca가 중성자를 포획할 수 있을 만큼 충분히 높은 중성자 플럭스가 필요하기 때문이다. 48Ca는 Ia형 초신성의 r-과정에서 전자 포획을 통해 생성되며, 높은 중성자 과잉과 충분히 낮은 엔트로피로 인해 생성 후에도 안정적으로 유지된다.[11][12]46Ca와 48Ca는 각각 6개 또는 8개의 중성자 과잉을 가진 최초의 "고전적으로 안정적인" 핵종이다. 48Ca는 20개의 양성자와 28개의 중성자를 닫힌 껍질에 가지는 이중 마법 핵이기 때문에 매우 안정적이다. 48Ca의 베타 붕괴는 48Sc로의 붕괴가 핵 스핀의 심각한 불일치 때문에 매우 제한적이다. 48Ca는 짝수-짝수 핵이므로 핵 스핀이 0인 반면, 48Sc는 스핀이 6+이므로, 이 붕괴는 각운동량 보존에 의해 금지된다. 48Sc의 두 가지 들뜬 상태도 붕괴에 사용할 수 없는데, 높은 스핀 때문에 금지된다. 결과적으로 48Ca가 붕괴하면 이중 베타 붕괴를 통해 48Ti로 붕괴되며, 이중 베타 붕괴를 일으키는 것으로 알려진 가장 가벼운 핵종이다.[13]46Ca도 이론적으로 46Ti로 이중 베타 붕괴될 수 있지만, 관찰된 적이 없다. 40Ca도 이중 마법 핵이며, 이중 전자 포획을 통해 40Ar으로 붕괴될 수 있지만, 이 역시 관찰된 적이 없다. 칼슘은 원시 이중 마법 동위원소를 두 가지 가지고 있는 유일한 원소이다. 40Ca와 46Ca의 반감기의 실험적 하한은 각각 5.9 × 1021년과 2.8 × 1015년이다.

사실상 안정적인 48Ca를 제외하고, 칼슘의 가장 수명이 긴 방사성 동위 원소는 41Ca이다. 이는 전자 포획을 통해 안정적인 41K으로 붕괴되며 반감기는 약 105년이다. 초기 태양계에서 멸종된 방사성 핵종으로서의 존재는 41K의 과잉에서 추론되었다. 41Ca의 흔적은 현재에도 존재하는데, 이는 천연 40Ca의 중성자 활성화를 통해 지속적으로 생성되는 우주선 생성 핵종이기 때문이다.[12]35Ca부터 60Ca까지 많은 다른 칼슘 방사성 동위원소가 알려져 있다. 이들은 모두 41Ca보다 수명이 훨씬 짧으며, 가장 안정적인 것은 45Ca(반감기 163일)와 47Ca(반감기 4.54일)이다. 42Ca보다 가벼운 동위원소는 일반적으로 베타 플러스 붕괴를 통해 칼륨 동위원소로 붕괴되고, 44Ca보다 무거운 동위원소는 일반적으로 베타 마이너스 붕괴를 통해 스칸듐 동위원소로 붕괴되지만, 핵 드립 라인 근처에서는 양성자 방출과 중성자 방출이 중요한 붕괴 모드가 된다.

다른 원소들과 마찬가지로 다양한 과정이 칼슘 동위원소의 상대적 풍부도를 변화시킨다.[14] 이러한 과정 중 가장 잘 연구된 것은 방해석, 아라고나이트 및 인회석과 같은 칼슘 광물이 용액에서 침전될 때 수반되는 칼슘 동위원소의 질량 의존성 동위원소 분획이다. 가벼운 동위원소는 이러한 광물에 우선적으로 흡수되고, 주변 용액은 무거운 동위원소가 풍부해지며, 실온에서 원자 질량 단위(amu)당 약 0.025%의 크기를 나타낸다. 칼슘 동위원소 조성의 질량 의존성 차이는 일반적으로 표준 참조 물질과 비교하여 샘플에서 두 동위원소(일반적으로 44Ca/40Ca)의 비율로 표현된다. 지구상의 생물체에서 44Ca/40Ca는 약 1~2‰ 정도 변화한다.[15]

칼슘(Ca)의 원자 번호 20은 양성자의 마법수이며, 안정적인 동위 원소가 4종류나 될 정도로 많다. 게다가 중성자도 마법수인 이중 마법수 동위원소를 2개(40Ca, 48Ca) 가지고 있다.

5. 용도

금속 칼슘의 가장 큰 용도는 산소와 황에 대한 강한 화학적 친화력 때문에 제강에 있다. 일단 형성된 산화물과 황화물은 강철에 액체 석회 알루미네이트와 황화물 개재물을 생성하는데, 이는 부상하여 제거된다. 처리 시 이러한 개재물은 강철 전체에 분산되어 작고 구형이 되어 주조성, 청정도 및 일반적인 기계적 특성을 향상시킨다. 칼슘은 또한 일반적인 안티몬-납 합금 대신 0.1% 칼슘-납 합금을 사용하는 무보수 자동차 배터리에도 사용되어 수분 손실과 자체 방전을 줄인다.[37]

팽창 및 균열의 위험 때문에 알루미늄이 이러한 합금에 포함되는 경우도 있다. 이러한 납-칼슘 합금은 납-안티몬 합금을 대체하는 주조에도 사용된다.[37] 칼슘은 베어링에 사용되는 알루미늄 합금 강화, 주철에서 흑연 탄소의 제어, 납에서 비스무트 불순물 제거에도 사용된다.[38] 칼슘 금속은 일부 배수구 세척제에서 발견되는데, 열과 수산화칼슘을 발생시켜 지방을 비누화하고 배수구를 막는 단백질(예: 머리카락의 단백질)을 액화시키는 역할을 한다.

야금 외에도 칼슘의 반응성은 고순도 아르곤 가스에서 질소를 제거하고 산소와 질소에 대한 게터로 활용된다. 또한 크롬, 지르코늄, 토륨, 바나듐 및 우라늄 생산에서 환원제로 사용된다. 수소와 반응하여 고체 수소화칼슘을 형성하고, 이로부터 수소를 쉽게 재추출할 수 있으므로 수소 저장에도 사용될 수 있다.[38]

광물 형성 중 칼슘 동위원소 분획은 칼슘 동위원소의 여러 응용으로 이어졌다. 특히, 1997년 Skulan과 DePaolo가 관찰한 칼슘 광물이 광물이 침전되는 용액보다 동위원소적으로 가벼운 현상은[26] 의학과 고해양학의 유사한 응용의 기초가 된다. 칼슘으로 광물화된 골격을 가진 동물에서 연조직의 칼슘 동위원소 조성은 골격 광물의 형성 및 용해 속도를 반영한다.[27]

인간의 경우 소변의 칼슘 동위원소 조성 변화는 골 무기질 균형 변화와 관련이 있는 것으로 나타났다. 골 형성 속도가 골 흡수 속도를 초과하면 연조직의 44Ca/40Ca 비율이 상승하고 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 이러한 관계 때문에 소변이나 혈액의 칼슘 동위원소 측정은 골다공증과 같은 대사성 골 질환의 조기 진단에 유용할 수 있다.[27]

유사한 시스템이 해수에도 존재하는데, 광물 침전에 의한 Ca2+ 제거 속도가 해양으로의 새로운 칼슘 유입을 초과할 때 44Ca/40Ca가 증가하는 경향이 있다. 1997년 Skulan과 DePaolo는 지질 시대에 걸쳐 해수 44Ca/40Ca 변화에 대한 최초의 증거와 이러한 변화에 대한 이론적 설명을 제시했다. 최근 논문들은 이러한 관찰을 확인하여 해수 Ca2+ 농도가 일정하지 않으며, 해양이 칼슘 유입과 배출과 관련하여 "정상 상태"에 있는 것이 아니라는 것을 보여주었다. 이는 해양 칼슘 순환이 탄소 순환과 밀접하게 관련되어 있기 때문에 중요한 기후학적 의미를 갖는다.[28][29]

많은 칼슘 화합물은 식품, 의약품, 의약품 등에 사용된다. 예를 들어, 젖산칼슘, 이인산칼슘 및 인산삼칼슘을 첨가하여 식품에 칼슘과 인을 보충한다. 마지막 것은 치약의 광택제와 제산제로도 사용된다. 젖산칼슘은 의약품의 현탁제로 사용되는 흰색 분말이다. 제빵에서는 인산칼슘이 팽창제로 사용된다. 아황산칼슘은 제지에서 표백제 및 소독제로 사용되고, 규산칼슘은 고무의 강화제로 사용되며, 초산칼슘은 석회 로진의 구성 요소이며 금속 비누와 합성 수지를 만드는 데 사용된다.[37]

칼슘은 세계보건기구 필수의약품 목록에 포함되어 있다.[30]

시멘트, 모르타르 등 건설·건축 자재로 널리 사용되며, 현재도 사용량의 대부분을 콘크리트 제품이 차지한다.

5. 1. 건설 및 건축

일본은 석회암 자원이 풍부하여 시멘트를 자급자족하고 수출도 해왔지만, 최근에는 생산량이 감소 추세이다. 2009년도 시멘트 생산량은 5800만 톤으로 최고치의 절반 정도이며, 생산량의 4분의 3을 포틀랜드 시멘트가, 나머지 대부분은 고로 시멘트가 차지한다. 흰색 대리석이나 투명도가 높은 석고가 석재, 창재, 조각 재료로 선호되지만, 대리석이나 석회암은 산성비에 의해 분해되기 때문에 건축물의 부식에 의한 열화가 우려된다. 소석회나 감석회석은 회칠의 응결제로 사용되며, 모르타르는 주로 세밀한 골재 시멘트가 사용된다. 규산칼슘을 발포시킨 것은 내화성을 가지며 석면 대체품으로 단열재 및 보온재로 사용된다.

석고는 불연성이며 열전도율이 낮아 주택이나 사무실의 내벽으로 사용되는 내화성 벽판으로도 사용된다. 석고는 열을 가하면 소석고가 되는데, 이 반응은 흡열 과정(+117 kJ/mol)이며, 발생한 액체의 물이 증발할 때 기화열을 빼앗는다. 최종적으로 수증기는 불활성 기체로 작용하여 화염에 대한 산소의 공급을 감소시킨다.

5. 2. 공업

칼슘은 산소와 결합하기 쉬운 성질을 지녀, 과거부터 형석(플루오르화칼슘)이 구리 제련에 용융제로 사용되었다.[42] 제철 및 제강 산업에서 일본은 생석회 생산량의 절반을 소비한다. 용광로에 철광석, 코크스와 함께 투입되어 실리카, 알루미나와 반응해 슬래그(규산칼슘알루미늄)를 형성, 선철에서 불순물을 분리한다. 또한 조립 강화, 열효율 개선, 질소산화물 감소 효과를 가지며, 전로에서는 주로 인과 황 제거, 온도 조절에 사용되고 고급강의 용광로 외 제련에도 쓰인다.[42]

비철금속 광업에서는 환원제로 티타늄[43], 희토류(환원확산법)[44], 우라늄[45], 플루토늄[46] 제련에 사용된다. 산화물 음극으로는 일함수가 작은 열음극(진공관, 브라운관, 형광등 등) 재료로 바륨, 스트론튬과 함께 삼원산화물 형태로 1950년경에 사용되었다.[47] 합금 첨가제로는 마그네슘합금에 0.25% 첨가하면 내열성이 200~300 ℃ 높은 난연성 합금이 된다. 도가니, 내화재로 쓰이는 다공질 생석회(산화칼슘)는 2000 ℃까지 사용 가능하며 촉매 작용, 흡수, 오염이 적다.

화학공업에서는 저렴하고 안전한 알칼리제로 필수적이며, 주로 소석회(수산화칼슘)의 석회유(물로 슬러리상태로 한 것)가 사용된다. 산화마그네슘(마그네시아) 제조에는 소석회가 해수 속 염화마그네슘을 복분해하여 회수하는 데 사용된다(주로 일본). 탄산나트륨(소다회) 제조 시에는 순환 암모니아 회수제 및 염화이온 흡수제로 사용된다. 에폭시수지 제조에는 원료인 프로필렌옥사이드나 에피클로로히드린 제조 과정에서 켄화, 중화, 가열을 동시에 진행시킨다.

탄화칼슘(칼슘카바이드)은 아세틸렌 제조에 필요하며, 고온 전기로에서 석회와 코크스를 강열하여 제조된다. 칼슘카바이드는 아세틸렌 생성의 주요 용도로 사용된다.

:CaC2(s) + 2H2O(l) -> Ca(OH)2(s) + C2H2(g)

또한, 공기 중의 질소와 반응하여 시아나미드이온을 생성, 멜라민 플라스틱의 주요 원료가 된다.

:CaC2(s) + N2(g) -> CaCN2(s) + C(s)

차아염소산칼슘(표백분)은 생석회에 염소를 흡수시켜 만든 비교적 안정적이고 저렴한 소독제로 널리 사용된다. 펄프 공업에서는 증해에 사용한 가성소다 폐액(리그닌 포함)을 연소 분해하여 탄산나트륨 용액으로 만들고, 생석회로 재생한다. 유리 제조에는 소다석회유리의 원료로 나트륨, 규소, 칼슘의 산화물이 사용된다.

폐수 처리에는 무기산성 폐수 중화에 다용되며, 불소, 인, 중금속 제거에도 사용된다. 배기가스 처리에는 화력발전소에서 황산화물 흡수제로 사용되어 배연탈황에 이용되며, 부산물로 황산칼슘(원료 석고)이 생성된다. 쓰레기 소각로에서는 염화수소가 다량 발생하여 로 등을 부식시키므로, 생석회 및 소석회 분말을 흡수제로 연도에 분사한다.

5. 3. 식품 및 기타

칼슘이 풍부한 식품으로는 유제품인 우유와 요구르트, 치즈, 정어리, 연어, 콩 제품, 케일, 그리고 강화된 시리얼 등이 있다.[2]

동맥 경화 및 신장결석을 포함한 장기적인 부작용에 대한 우려로, 미국 의학연구소(IOM)와 유럽식품안전청(EFSA) 모두 식이 및 보충제 칼슘의 총 섭취량에 대한 내성 상한 섭취량(UL)을 설정했다. IOM에 따르면, 9~18세는 하루 총 섭취량을 3g을 초과해서는 안 되며, 19~50세는 2.5g을 초과해서는 안 되고, 51세 이상은 2g을 초과해서는 안 된다.[31] EFSA는 모든 성인에 대한 UL을 2.5g/일로 설정했지만, 어린이와 청소년에 대한 정보는 UL을 결정하기에 충분하지 않다고 판단했다.[32]

소석회는 원당 용액에 넣고 이산화탄소를 불어넣어 탄산칼슘의 흡착·응집 침전 효과로 정제하는 제당 과정에 사용된다. 칼슘은 곤약, 두부의 응고제, 영양강화제와 같은 식품첨가물로 사용된다. 무수물의 수화 반응을 이용한 산화칼슘이나 염화칼슘은 건조제로 사용되는데, 성능은 실리카겔에 비해 낮지만 옷장의 습기 제거 등에 이용된다. 산화칼슘의 수화(발열반응)는 휴대식품(도시락이나 음료 등)을 가열하는 발열제로 사용된다. 염화칼슘(염칼)은 융설제로, 그 용해열과 빙점강하를 이용한다. 석고 또는 탄산칼슘은 분필에 사용되며, 탄산칼슘(과거에는 소석회)은 운동장의 백색선용 라인 재 등으로도 이용된다. 탄산칼슘은 물을 뿌옇게 하거나 알칼리성으로 만들어 피부의 감촉을 바꾸기 위한 입욕제로, 치약이나 지우개 등의 연마제로 사용된다.

5. 4. 농업 및 축산업

칼슘은 농업 및 축산업에서 다양하게 활용된다. 농약으로는 보르도액, 석회유황합제 제조 및 석회를 이용한 방제에 사용된다. 무기비료로는 고토석회, 과인산석회, 질산칼슘 등이 있으며, 연작장애 대책으로 토양 중화 및 살균을 위해 생석회, 소석회가 사용된다. 또한, 칼슘은 가축의 영양 보건을 위한 사료로도 사용된다.

6. 생체 내 역할 및 건강

인간을 포함한 동물과 식물의 대표적인 무기질(필수 원소)이다. 칼슘은 진핵생물에게 필수 원소이며, 식물에게도 비료로서 필요하다.

연령별 일일 칼슘 권장 섭취량 (미국 의학 연구소 RDA 기준)[33]
연령칼슘 (mg/day)
1–3세700
4–8세1000
9–18세1300
19–50세1000
51세 이상1000
임신1000
수유1000





; 생리 작용

칼슘은 다량으로 필요한 필수 원소이다.[1][2] Ca2+ 이온은 전해질로 작용하며 근육계, 순환계 및 소화계 건강에 매우 중요하다. 또한 수산화인회석 형태로 뼈 형성에 필수적이며 혈구의 합성 및 기능을 돕는다. 체내 세포 내외 칼슘 수치는 엄격하게 조절된다. 칼슘은 Ca2+ 이온이 많은 유기 화합물, 특히 단백질과 안정적인 배위착물을 형성하기 때문에 이러한 역할을 수행할 수 있다. 또한 다양한 용해도의 화합물을 형성하여 골격을 형성할 수 있다.[1]

칼슘 이온은 단백질의 카르복시기를 통해 글루탐산 또는 아스파르트산 잔기와 결합하거나; 인산화된 세린, 티로신, 또는 트레오닌 잔기와 상호 작용하거나; 또는 γ-카르복실화 아미노산 잔기들에 의해 킬레이트화됨으로써 단백질과 복합체를 형성할 수 있다. 소화 효소인 트립신은 글루탐산 또는 아스파르트산 잔기를 통해, 뼈 기질 단백질인 오스테오칼신은 γ-카르복실화 아미노산 잔기들에 의해 킬레이트화 되는 방법을 사용한다.

오스테오폰틴과 뼈 시알로단백질과 같은 다른 뼈 기질 단백질들은 카르복시기와 인산화된 세린, 티로신, 트레오닌 잔기를 모두 사용한다. 칼슘 결합을 통한 효소의 직접적인 활성화는 일반적이며, 다른 일부 효소들은 칼슘 결합 효소와의 비공유 결합에 의해 활성화된다. 칼슘은 또한 세포막의 인지질층에 결합하여 세포 표면과 관련된 단백질을 고정시킨다.

부갑상선 호르몬과 비타민 D는 칼슘 이온의 침착을 허용하고 증가시켜 뼈 형성을 촉진하며, 뼈의 무게나 무기질 함량에 영향을 주지 않고 빠른 뼈 회전율을 가능하게 한다.[1] 혈장 칼슘 수치가 떨어지면 세포 표면 수용체가 활성화되어 부갑상선 호르몬의 분비가 일어난다. 그런 다음 신장, 장, 뼈 세포에서 칼슘을 끌어들여 혈장 풀로 칼슘 유입을 자극하는데, 부갑상선 호르몬의 뼈 형성 작용은 칼시토닌에 의해 길항 작용을 받는다. 칼시토닌의 분비는 혈장 칼슘 수치가 증가함에 따라 증가한다.

인체를 구성하는 성분으로서 칼슘은 성인 남성의 경우 약 1kg을 차지한다. 주로 뼈와 치아에 하이드록시아파타이트 형태로 존재한다.

생체 내 칼슘은 유리형, 단백질결합형, 침착형으로 존재한다. 인간을 비롯한 척추동물에서는 주로 골질로서 다량의 침착형이 저장되어 있지만, 세포 내 칼슘 이온은 세포 외부보다 농도가 극히 낮으며, 그 차이는 3자릿수에 달한다. 비슷한 농도 차이는 칼륨과 나트륨에서도 볼 수 있지만, 칼슘의 경우 세포 내 농도가 엄격하게 유지된다. 이는 진핵세포 내 정보 전달을 담당하는 칼슘 시그널링 때문으로 생각되며, 세포막에는 칼슘 이온을 배출하는 칼슘 채널이 갖춰져 있다.

근육 세포에서는 수축에 관여하는 단백질(트로포닌)에 결합하는 것이 필수적이다.[48] 칼슘 이온은 세포내액에는 거의 존재하지 않으며, 세포 외에서 칼슘 이온의 유입이나 세포 내 소포체에 축적된 칼슘 이온의 방출은 다양한 신호로서의 생리적 기능을 가지고 있다. 근육 수축, 신경 전달 및 혈액 응고를 조절한다.

근육 세포 이외에도 칼슘 이온은 세포 수축 운동에 중요한 역할을 한다. 그 한 예가 칼모듈린이다. 이것은 평활근이나 비근육 세포에서 미오신과 액틴 섬유에 의한 수축 운동에서 트로포닌의 역할을 대신한다. 칼모듈린은 4개의 Ca 결합 부위를 가진다. Ca 이온이 결합함으로써 고차 구조가 변화하여 활성형 칼모듈린 복합체를 형성한다. 이 4개의 결합 부위가 중요한데, 이들 부위에 대한 리간드(즉, 칼슘 이온)의 결합 친화성이 교묘하게 조절된다.(이것을 알로스테릭 조절이라고 한다.) 하나의 부위에 칼슘이 결합할 때마다 다른 부위에 대한 리간드의 결합 친화성이 점진적으로 변화함으로써, 리간드 농도 변화에 대해 매우 민감한 조절이 가능해진다.

식물 세포는 건조 중량당 약 1.8%의 칼슘을 포함한다. 식물에서 칼슘은 이온으로 존재하며, 주로 세포벽, 세포막 외부, 액포, 소포체에 많이 분포하는 반면, 사이토졸 내 농도는 낮게 유지된다. 식물 세포에서 칼슘의 생리 작용은 세포벽의 안정화, 세포막의 안정화, 염색체 구조 유지, 2차 메신저로서 세포 내 정보 전달이다.[49]

식물은 칼슘이 부족하면 어린잎이 황백색으로 변하거나 속이 썩는 경우가 있다.[50] 반면, 칼슘이 과다하면 미량 요소 결핍증이 발생할 수 있다.[50]

; 섭취 및 건강

칼슘이 풍부한 식품으로는 유제품인 우유와 요구르트, 치즈, 정어리, 연어, 콩 제품, 케일, 그리고 강화된 시리얼 등이 있다.[2] 칼슘은 종합비타민 영양보조제의 일반적인 구성 성분이지만,[1] 보조제에 함유된 칼슘 착체의 구성은 칼슘의 생체이용률에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 관련 염의 용해도에 따라 달라진다.[1] 구연산칼슘, 말산칼슘, 젖산칼슘은 생체이용률이 높은 반면, 수산칼슘은 낮다.[1] 다른 칼슘 제제로는 탄산칼슘, 구연산말산칼슘, 글루콘산칼슘이 있다.[1]

장은 섭취한 칼슘의 약 3분의 1을 유리 이온 형태로 흡수하며, 그 후 혈장 칼슘 수치는 신장에 의해 조절된다.[1] 칼슘은 대변과 소변으로 체외로 배설되기 때문에, 이를 보충하기 위한 최소 필요 섭취량으로 일본 후생노동성은 1일 700mg(골다공증 예방에는 800mg을 권장)을 제시하고 있다.[51]

몇몇 증상에 대해 의약품으로 처방될 수 있다. 일반적인 위 제산제 외에도, 칼슘 결핍으로 인한 근육 경련, 구루병, 골연화증, 저칼슘혈증, 골다공증 치료에 주로 경구 섭취로 사용하며, 혈중 인산 농도를 억제하고자 할 때에도 사용한다. 또한 영양보조식품도 널리 판매되고 있으며, 질병 치료로 식사 제한 중인 경우나 중증 골다공증으로 대량 섭취가 필요한 경우, 식사량이 줄어든 고령자 등에서 효과를 기대할 수 있다.

칼슘의 혈중 농도가 정상 범위를 벗어나면, 뼈에서의 출입량을 조절하는 부갑상선 기능 이상 등이 의심된다.[52][53] 건강한 사람의 경우 체액 내 농도는 평형을 유지하며, 임신 중인 여성도 음식물 흡수 능력이 자연스럽게 증가하기 때문에, 불균형적인 식생활이 아니라면 추가 섭취는 필요하지 않다.[54]

동맥 경화 및 신장결석을 포함한 장기적인 부작용에 대한 우려로, 미국 의학연구소(IOM)와 유럽식품안전청(EFSA) 모두 식이 및 보충제 칼슘의 총 섭취량에 대한 내성 상한 섭취량(UL)을 설정했다. IOM에 따르면, 9~18세는 하루 총 섭취량을 3g을 초과해서는 안 되며, 19~50세는 2.5g을 초과해서는 안 되고, 51세 이상은 2g을 초과해서는 안 된다.[31] EFSA는 모든 성인에 대한 UL을 2.5g/일로 설정했지만, 어린이와 청소년에 대한 정보는 UL을 결정하기에 충분하지 않다고 판단했다.[32] 과잉 섭취는 고칼슘혈증이나 밀크알칼리증후군의 원인이 되므로, 일일섭취허용량 상한으로 2300mg이 제시되어 있다.

요로결석의 구성 성분에 옥살산칼슘이 있기 때문에, 칼슘 섭취는 결석 형성에 촉진적으로 작용한다고 생각되었지만, 최근에는 일정량의 칼슘 섭취는 오히려 결석 예방에 효과적이라고 지도하는 추세이다.[55] 섭취된 칼슘이 장관 내에서 옥살산과 결합하여 난용성의 옥살산칼슘으로 변하여 대변으로 배설됨으로써, 요로로 배설되는 옥살산량이 감소하기 때문이다.[56]

권장 섭취량은 다양하게 추정되고 있지만 장기간에 걸친 관찰 연구가 부족하고, 우유에는 건강상의 우려가 있기 때문에 건강하고 안전한 칼슘 섭취원은 아직 확립되지 않았다.[57] 1000mg을 권장하는 것과 같은 다량의 칼슘 섭취는 의문시되고 있으며, 그 이유는 골절 위험이 감소하지 않는다는 증거가 축적되고 있기 때문이다.[57]

2002년 세계보건기구(WHO) 보고서에는 동물성 단백질 섭취량이 60g에서 20g으로 40g 감소하면 칼슘 필요량이 240mg 감소하고, 마찬가지로 나트륨이 2.3g 감소하면 필요량이 240mg 감소한다는 추정이 있다.[58]

칼슘은 필수 원소로서 여러 효과가 기대되며, 많은 역학 조사가 시행되고 있다.

  • 효과가 있다고 판정된 예[59]
  • * 저칼슘혈증
  • * 구루병·골연화증
  • * 제산제
  • 아마 효과가 있다고 판정된 예
  • * 폐경 전후의 골량 감소
  • * 태아의 골 성장·골밀도 증가(주: 리바운드를 포함하여 출생 후 추적 조사 사례 없음)
  • * 부갑상선 기능 항진증(만성 신장 기능 장애 환자)
  • 가능성이 있다고 판정된 예
  • * 골다공증, 골밀도 감소(스테로이드 장기 복용자에서 비타민 D 병용 시)
  • * 고령자의 치아 상실
  • * 치아에 대한 불소의 과잉 침착(소아에서 비타민 C·D 병용)
  • * 허혈성 발작
  • * 혈압 감소(신장 질환 말기)
  • * 고혈압, 자간전증에서의 혈압 감소(칼슘 섭취 부족 임산부)
  • * 직장 상피의 이상 증식, 설사(장관 바이패스 수술을 받은 사람)
  • * 임신 중의 다리 경련


골다공증 진료 가이드라인에서는 칼슘 보충제 섭취는 골밀도를 2% 증가시키지만 골절률에는 변화가 없으므로 권장할 근거가 없다(등급 C)로 분류된다.[60] 2015년 체계적 문헌 고찰에서는 대부분의 연구에서 칼슘과 골절 사이의 관련성을 찾지 못했기 때문에, 식사를 통한 칼슘 섭취량 증가가 골절을 예방한다는 증거는 없고, 칼슘 보충제의 경우 약한 증거만 있으나 그 결과에 모순이 있었다.[61]

하버드 대학교 공중 보건 대학원에 따르면, 칼슘 섭취를 위해 유제품이 가장 좋은 선택인지 명확하지 않다고 한다. 유제품 이외의 칼슘 섭취원으로는 케일, 청경채, 두유, 베이크드빈이 있다.[62]

비타민 D는 소장의 장 세포를 통해 칼슘을 흡수할 때 칼슘 결합 단백질의 양을 증가시키는 칼슘 흡수 요인으로 중요하다. 비타민 D는 신장에서 소변으로 칼슘이 손실되는 것을 억제한다.

; 칼슘과 질병

부갑상선 호르몬과 비타민 D는 뼈 형성을 촉진하며, 칼슘 이온의 침착을 허용하고 증가시킨다.[1] 혈장 칼슘 수치가 떨어지면 세포 표면 수용체가 활성화되어 부갑상선 호르몬 분비가 일어나고, 이는 신장, 장, 뼈 세포에서 칼슘을 끌어들여 혈장 풀로 칼슘 유입을 자극한다. 부갑상선 호르몬의 뼈 형성 작용은 칼시토닌에 의해 길항 작용을 받는데, 칼시토닌 분비는 혈장 칼슘 수치가 증가함에 따라 증가한다.

칼슘 과다 섭취는 고칼슘혈증을 유발할 수 있지만, 장에서 칼슘 흡수가 비효율적이기 때문에 부갑상선 호르몬(PTH) 과다 분비나 비타민 D 과다 섭취로 인해 발생할 가능성이 더 높다.[1] 고칼슘혈증의 증상으로는 식욕부진, 메스꺼움, 구토, 기억력 감퇴, 혼란, 근육 약화, 배뇨 증가, 탈수, 대사성 골 질환 등이 있다. 만성 고칼슘혈증은 연조직의 석회화를 유발하여 혈관벽 탄력성 손실, 플라크 파열, 혈전증으로 이어질 수 있다.

칼슘이나 비타민 D 섭취 부족은 저칼슘혈증을 유발할 수 있으며, 이는 부갑상선 호르몬 분비 부족이나 세포의 결함 있는 PTH 수용체에 의해서도 발생한다. 저칼슘혈증의 증상으로는 신경근 흥분성이 있으며, 테타니와 심장 조직 전도 장애를 유발할 수 있다.

칼슘은 뼈 발달에 필수적이며, 골다공증은 뼈의 무기질 함량 감소를 의미하며 칼슘, 비타민 D, 비스포스포네이트 보충으로 치료할 수 있다.[1][2] 칼슘, 비타민 D, 인산염 부족은 골연화증을 유발할 수 있다. 일본 후생노동성은 칼슘 1일 최소 필요 섭취량으로 700mg(골다공증 예방에는 800mg 권장)을 제시한다.[51]

칼슘은 제산제, 근육 경련, 구루병, 골연화증, 저칼슘혈증, 골다공증 치료, 혈중 인산 농도 억제 등에 의약품으로 처방될 수 있다. 영양보조식품은 식사 제한 중인 경우나 중증 골다공증, 식사량이 줄어든 고령자 등에서 효과를 기대할 수 있다. 칼슘의 혈중 농도가 정상 범위를 벗어나면 부갑상선 기능 이상 등이 의심된다.[52][53] 임신 중인 여성은 음식물 흡수 능력이 증가하므로 불균형적인 식생활이 아니라면 추가 섭취는 필요하지 않다.[54] 칼슘 과잉 섭취는 고칼슘혈증이나 밀크알칼리증후군의 원인이 되므로 일일섭취허용량 상한은 2300mg이다. 요로결석의 구성 성분에 옥살산칼슘이 있지만, 최근에는 일정량의 칼슘 섭취가 오히려 결석 예방에 효과적이라고 지도한다.[55] 섭취된 칼슘이 장관 내에서 옥살산과 결합하여 옥살산칼슘으로 변하여 대변으로 배설되어 요로로 배설되는 옥살산량이 감소하기 때문이다.[56]

칼슘은 필수 원소로서 많은 역학 조사가 시행되고 있다. 저칼슘혈증, 구루병·골연화증, 제산제에 대해서는 효과가 있다고 판정되었고, 폐경 전후의 골량 감소, 태아의 골 성장·골밀도 증가, 부갑상선 기능 항진증에는 아마 효과가 있다고 판정되었다. 골다공증, 골밀도 감소, 고령자의 치아 상실 등에는 가능성이 있다고 판정되었다.[59]

골다공증 진료 가이드라인에서는 칼슘 보충제 섭취는 골밀도를 2% 증가시키지만 골절률에는 변화가 없으므로 권장할 근거가 없다(등급 C)로 분류된다.[60] 2015년 체계적 문헌 고찰에서는 칼슘과 골절 사이의 관련성을 찾지 못했기 때문에, 식사를 통한 칼슘 섭취량 증가가 골절을 예방한다는 증거는 없고, 칼슘 보충제의 경우 약한 증거만 있으나 그 결과에 모순이 있었다.[61]

하버드 대학교 공중 보건 대학원에 따르면, 칼슘 섭취를 위해 유제품이 가장 좋은 선택인지 명확하지 않다고 한다.[62] 유제품 이외의 칼슘 섭취원으로는 케일, 청경채, 두유, 베이크드빈이 있다.

비타민 D는 소장의 장 세포를 통해 칼슘을 흡수할 때 칼슘 결합 단백질의 양을 증가시키는 칼슘 흡수 요인으로 중요하며, 신장에서 소변으로 칼슘이 손실되는 것을 억제한다. 국제 코크란 공동 계획의 메타 분석[65]에 따르면, 칼슘은 대장 선종성 용종을 어느 정도 억제할 가능성이 있다.

최근 연구 결과는 상반되지만, 칼슘만으로도 암 위험에 대해 독립적인 긍정적 작용을 한다고 밝혔다.[66] 한 무작위 대조 시험에서는 1000mg의 칼슘 성분과 400IU의 비타민 D3가 대장암에 아무런 효과를 보이지 않았다.[67] 1400~1500mg의 칼슘 보충제와 1100IU의 비타민 D3가 덩어리 형태의 암의 상대적 위험을 0.402까지 감소시키는 것을 보였다.[68] 한 역학 연구에서는 고용량의 칼슘과 비타민 D 섭취가 폐경 전 유방암 발생 위험을 낮추는 것으로 밝혀졌다.[69] 일본 국립암센터의 대규모 연구에서는 유제품 섭취가 전립선암 발생률을 높이고, 칼슘과 포화지방산 섭취가 전립선암 위험을 다소 높이는 것으로 나타났다.[70]

6. 1. 생리 작용

칼슘은 다량으로 필요한 필수 원소이다.[1][2] Ca2+ 이온은 전해질로 작용하며 근육계, 순환계 및 소화계 건강에 매우 중요하다. 또한 수산화인회석 형태로 뼈 형성에 필수적이며 혈구의 합성 및 기능을 돕는다. 체내 세포 내외 칼슘 수치는 엄격하게 조절된다. 칼슘은 Ca2+ 이온이 많은 유기 화합물, 특히 단백질과 안정적인 배위착물을 형성하기 때문에 이러한 역할을 수행할 수 있다. 또한 다양한 용해도의 화합물을 형성하여 골격을 형성할 수 있다.[1]

칼슘 이온은 단백질의 카르복시기를 통해 글루탐산 또는 아스파르트산 잔기와 결합하거나; 인산화된 세린, 티로신, 또는 트레오닌 잔기와 상호 작용하거나; 또는 γ-카르복실화 아미노산 잔기들에 의해 킬레이트화됨으로써 단백질과 복합체를 형성할 수 있다. 소화 효소인 트립신은 글루탐산 또는 아스파르트산 잔기를 통해, 뼈 기질 단백질인 오스테오칼신은 γ-카르복실화 아미노산 잔기들에 의해 킬레이트화 되는 방법을 사용한다.

오스테오폰틴과 뼈 시알로단백질과 같은 다른 뼈 기질 단백질들은 카르복시기와 인산화된 세린, 티로신, 트레오닌 잔기를 모두 사용한다. 칼슘 결합을 통한 효소의 직접적인 활성화는 일반적이며, 다른 일부 효소들은 칼슘 결합 효소와의 비공유 결합에 의해 활성화된다. 칼슘은 또한 세포막의 인지질층에 결합하여 세포 표면과 관련된 단백질을 고정시킨다.

부갑상선 호르몬과 비타민 D는 칼슘 이온의 침착을 허용하고 증가시켜 뼈 형성을 촉진하며, 뼈의 무게나 무기질 함량에 영향을 주지 않고 빠른 뼈 회전율을 가능하게 한다.[1] 혈장 칼슘 수치가 떨어지면 세포 표면 수용체가 활성화되어 부갑상선 호르몬의 분비가 일어난다. 그런 다음 신장, 장, 뼈 세포에서 칼슘을 끌어들여 혈장 풀로 칼슘 유입을 자극하는데, 부갑상선 호르몬의 뼈 형성 작용은 칼시토닌에 의해 길항 작용을 받는다. 칼시토닌의 분비는 혈장 칼슘 수치가 증가함에 따라 증가한다.

인체를 구성하는 성분으로서 칼슘은 성인 남성의 경우 약 1kg을 차지한다. 주로 뼈와 치아에 하이드록시아파타이트() 형태로 존재한다.

생체 내 칼슘은 유리형, 단백질결합형, 침착형으로 존재한다. 인간을 비롯한 척추동물에서는 주로 골질로서 다량의 침착형이 저장되어 있지만, 세포 내 칼슘 이온은 세포 외부보다 농도가 극히 낮으며, 그 차이는 3자릿수에 달한다. 비슷한 농도 차이는 칼륨과 나트륨에서도 볼 수 있지만, 칼슘의 경우 세포 내 농도가 엄격하게 유지된다. 이는 진핵세포 내 정보 전달을 담당하는 칼슘 시그널링 때문으로 생각되며, 세포막에는 칼슘 이온을 배출하는 칼슘 채널이 갖춰져 있다.

근육 세포에서는 수축에 관여하는 단백질(트로포닌)에 결합하는 것이 필수적이다.[48] 칼슘 이온은 세포내액에는 거의 존재하지 않으며, 세포 외에서 칼슘 이온의 유입이나 세포 내 소포체에 축적된 칼슘 이온의 방출은 다양한 신호로서의 생리적 기능을 가지고 있다. 근육 수축, 신경 전달 및 혈액 응고를 조절한다.

근육 세포 이외에도 칼슘 이온은 세포 수축 운동에 중요한 역할을 한다. 그 한 예가 칼모듈린이다. 이것은 평활근이나 비근육 세포에서 미오신과 액틴 섬유에 의한 수축 운동에서 트로포닌의 역할을 대신한다. 칼모듈린은 4개의 Ca 결합 부위를 가진다. Ca 이온이 결합함으로써 고차 구조가 변화하여 활성형 칼모듈린 복합체를 형성한다. 이 4개의 결합 부위가 중요한데, 이들 부위에 대한 리간드(즉, 칼슘 이온)의 결합 친화성이 교묘하게 조절된다.(이것을 알로스테릭 조절이라고 한다.) 하나의 부위에 칼슘이 결합할 때마다 다른 부위에 대한 리간드의 결합 친화성이 점진적으로 변화함으로써, 리간드 농도 변화에 대해 매우 민감한 조절이 가능해진다.

식물 세포는 건조 중량당 약 1.8%의 칼슘을 포함한다. 식물에서 칼슘은 이온으로 존재하며, 주로 세포벽, 세포막 외부, 액포, 소포체에 많이 분포하는 반면, 사이토졸 내 농도는 낮게 유지된다. 식물 세포에서 칼슘의 생리 작용은 세포벽의 안정화, 세포막의 안정화, 염색체 구조 유지, 2차 메신저로서 세포 내 정보 전달이다.[49]

식물은 칼슘이 부족하면 어린잎이 황백색으로 변하거나 속이 썩는 경우가 있다.[50] 반면, 칼슘이 과다하면 미량 요소 결핍증이 발생할 수 있다.[50]

6. 2. 섭취 및 건강

칼슘이 풍부한 식품으로는 유제품인 우유와 요구르트, 치즈, 정어리, 연어, 콩 제품, 케일, 그리고 강화된 시리얼 등이 있다.[2] 칼슘은 종합비타민 영양보조제의 일반적인 구성 성분이지만,[1] 보조제에 함유된 칼슘 착체의 구성은 칼슘의 생체이용률에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 관련 염의 용해도에 따라 달라진다.[1] 구연산칼슘, 말산칼슘, 젖산칼슘은 생체이용률이 높은 반면, 수산칼슘은 낮다.[1] 다른 칼슘 제제로는 탄산칼슘, 구연산말산칼슘, 글루콘산칼슘이 있다.[1]

장은 섭취한 칼슘의 약 3분의 1을 유리 이온 형태로 흡수하며, 그 후 혈장 칼슘 수치는 신장에 의해 조절된다.[1] 칼슘은 대변과 소변으로 체외로 배설되기 때문에, 이를 보충하기 위한 최소 필요 섭취량으로 일본 후생노동성은 1일 700mg(골다공증 예방에는 800mg을 권장)을 제시하고 있다.[51]

몇몇 증상에 대해 의약품으로 처방될 수 있다. 일반적인 위 제산제 외에도, 칼슘 결핍으로 인한 근육 경련, 구루병, 골연화증, 저칼슘혈증, 골다공증 치료에 주로 경구 섭취로 사용하며, 혈중 인산 농도를 억제하고자 할 때에도 사용한다. 또한 영양보조식품도 널리 판매되고 있으며, 질병 치료로 식사 제한 중인 경우나 중증 골다공증으로 대량 섭취가 필요한 경우, 식사량이 줄어든 고령자 등에서 효과를 기대할 수 있다.

칼슘의 혈중 농도가 정상 범위를 벗어나면, 뼈에서의 출입량을 조절하는 부갑상선 기능 이상 등이 의심된다.[52][53] 건강한 사람의 경우 체액 내 농도는 평형을 유지하며, 임신 중인 여성도 음식물 흡수 능력이 자연스럽게 증가하기 때문에, 불균형적인 식생활이 아니라면 추가 섭취는 필요하지 않다.[54]

동맥 경화 및 신장결석을 포함한 장기적인 부작용에 대한 우려로, 미국 의학연구소(IOM)와 유럽식품안전청(EFSA) 모두 식이 및 보충제 칼슘의 총 섭취량에 대한 내성 상한 섭취량(UL)을 설정했다. IOM에 따르면, 9~18세는 하루 총 섭취량을 3g을 초과해서는 안 되며, 19~50세는 2.5g을 초과해서는 안 되고, 51세 이상은 2g을 초과해서는 안 된다.[31] EFSA는 모든 성인에 대한 UL을 2.5g/일로 설정했지만, 어린이와 청소년에 대한 정보는 UL을 결정하기에 충분하지 않다고 판단했다.[32] 과잉 섭취는 고칼슘혈증이나 밀크알칼리증후군의 원인이 되므로, 일일섭취허용량 상한으로 2300mg이 제시되어 있다.

요로결석의 구성 성분에 옥살산칼슘이 있기 때문에, 칼슘 섭취는 결석 형성에 촉진적으로 작용한다고 생각되었지만, 최근에는 일정량의 칼슘 섭취는 오히려 결석 예방에 효과적이라고 지도하는 추세이다.[55] 섭취된 칼슘이 장관 내에서 옥살산과 결합하여 난용성의 옥살산칼슘으로 변하여 대변으로 배설됨으로써, 요로로 배설되는 옥살산량이 감소하기 때문이다.[56]

권장 섭취량은 다양하게 추정되고 있지만 장기간에 걸친 관찰 연구가 부족하고, 우유에는 건강상의 우려가 있기 때문에 건강하고 안전한 칼슘 섭취원은 아직 확립되지 않았다.[57] 1000mg을 권장하는 것과 같은 다량의 칼슘 섭취는 의문시되고 있으며, 그 이유는 골절 위험이 감소하지 않는다는 증거가 축적되고 있기 때문이다.[57]

2002년 세계보건기구(WHO) 보고서에는 동물성 단백질 섭취량이 60g에서 20g으로 40g 감소하면 칼슘 필요량이 240mg 감소하고, 마찬가지로 나트륨이 2.3g 감소하면 필요량이 240mg 감소한다는 추정이 있다.[58]

칼슘은 필수 원소로서 여러 효과가 기대되며, 많은 역학 조사가 시행되고 있다.

  • 효과가 있다고 판정된 예[59]
  • * 저칼슘혈증
  • * 구루병·골연화증
  • * 제산제
  • 아마 효과가 있다고 판정된 예
  • * 폐경 전후의 골량 감소
  • * 태아의 골 성장·골밀도 증가(주: 리바운드를 포함하여 출생 후 추적 조사 사례 없음)
  • * 부갑상선 기능 항진증(만성 신장 기능 장애 환자)
  • 가능성이 있다고 판정된 예
  • * 골다공증, 골밀도 감소(스테로이드 장기 복용자에서 비타민 D 병용 시)
  • * 고령자의 치아 상실
  • * 치아에 대한 불소의 과잉 침착(소아에서 비타민 C·D 병용)
  • * 허혈성 발작
  • * 혈압 감소(신장 질환 말기)
  • * 고혈압, 자간전증에서의 혈압 감소(칼슘 섭취 부족 임산부)
  • * 직장 상피의 이상 증식, 설사(장관 바이패스 수술을 받은 사람)
  • * 임신 중의 다리 경련


골다공증 진료 가이드라인에서는 칼슘 보충제 섭취는 골밀도를 2% 증가시키지만 골절률에는 변화가 없으므로 권장할 근거가 없다(등급 C)로 분류된다.[60] 2015년 체계적 문헌 고찰에서는 대부분의 연구에서 칼슘과 골절 사이의 관련성을 찾지 못했기 때문에, 식사를 통한 칼슘 섭취량 증가가 골절을 예방한다는 증거는 없고, 칼슘 보충제의 경우 약한 증거만 있으나 그 결과에 모순이 있었다.[61]

하버드 대학교 공중 보건 대학원에 따르면, 칼슘 섭취를 위해 유제품이 가장 좋은 선택인지 명확하지 않다고 한다. 유제품 이외의 칼슘 섭취원으로는 케일, 청경채, 두유, 베이크드빈이 있다.[62]

비타민 D는 소장의 장 세포를 통해 칼슘을 흡수할 때 칼슘 결합 단백질의 양을 증가시키는 칼슘 흡수 요인으로 중요하다. 비타민 D는 신장에서 소변으로 칼슘이 손실되는 것을 억제한다.

6. 3. 칼슘과 질병

부갑상선 호르몬과 비타민 D는 뼈 형성을 촉진하며, 칼슘 이온의 침착을 허용하고 증가시킨다.[1] 혈장 칼슘 수치가 떨어지면 세포 표면 수용체가 활성화되어 부갑상선 호르몬 분비가 일어나고, 이는 신장, 장, 뼈 세포에서 칼슘을 끌어들여 혈장 풀로 칼슘 유입을 자극한다. 부갑상선 호르몬의 뼈 형성 작용은 칼시토닌에 의해 길항 작용을 받는데, 칼시토닌 분비는 혈장 칼슘 수치가 증가함에 따라 증가한다.

칼슘 과다 섭취는 고칼슘혈증을 유발할 수 있지만, 장에서 칼슘 흡수가 비효율적이기 때문에 부갑상선 호르몬(PTH) 과다 분비나 비타민 D 과다 섭취로 인해 발생할 가능성이 더 높다.[1] 고칼슘혈증의 증상으로는 식욕부진, 메스꺼움, 구토, 기억력 감퇴, 혼란, 근육 약화, 배뇨 증가, 탈수, 대사성 골 질환 등이 있다. 만성 고칼슘혈증은 연조직의 석회화를 유발하여 혈관벽 탄력성 손실, 플라크 파열, 혈전증으로 이어질 수 있다.

칼슘이나 비타민 D 섭취 부족은 저칼슘혈증을 유발할 수 있으며, 이는 부갑상선 호르몬 분비 부족이나 세포의 결함 있는 PTH 수용체에 의해서도 발생한다. 저칼슘혈증의 증상으로는 신경근 흥분성이 있으며, 테타니와 심장 조직 전도 장애를 유발할 수 있다.

칼슘은 뼈 발달에 필수적이며, 골다공증은 뼈의 무기질 함량 감소를 의미하며 칼슘, 비타민 D, 비스포스포네이트 보충으로 치료할 수 있다.[1][2] 칼슘, 비타민 D, 인산염 부족은 골연화증을 유발할 수 있다. 일본 후생노동성은 칼슘 1일 최소 필요 섭취량으로 700mg(골다공증 예방에는 800mg 권장)을 제시한다.[51]

칼슘은 제산제, 근육 경련, 구루병, 골연화증, 저칼슘혈증, 골다공증 치료, 혈중 인산 농도 억제 등에 의약품으로 처방될 수 있다. 영양보조식품은 식사 제한 중인 경우나 중증 골다공증, 식사량이 줄어든 고령자 등에서 효과를 기대할 수 있다. 칼슘의 혈중 농도가 정상 범위를 벗어나면 부갑상선 기능 이상 등이 의심된다.[52][53] 임신 중인 여성은 음식물 흡수 능력이 증가하므로 불균형적인 식생활이 아니라면 추가 섭취는 필요하지 않다.[54] 칼슘 과잉 섭취는 고칼슘혈증이나 밀크알칼리증후군의 원인이 되므로 일일섭취허용량 상한은 2300mg이다. 요로결석의 구성 성분에 옥살산칼슘이 있지만, 최근에는 일정량의 칼슘 섭취가 오히려 결석 예방에 효과적이라고 지도한다.[55] 섭취된 칼슘이 장관 내에서 옥살산과 결합하여 옥살산칼슘으로 변하여 대변으로 배설되어 요로로 배설되는 옥살산량이 감소하기 때문이다.[56]

칼슘은 필수 원소로서 많은 역학 조사가 시행되고 있다. 저칼슘혈증, 구루병·골연화증, 제산제에 대해서는 효과가 있다고 판정되었고, 폐경 전후의 골량 감소, 태아의 골 성장·골밀도 증가, 부갑상선 기능 항진증에는 아마 효과가 있다고 판정되었다. 골다공증, 골밀도 감소, 고령자의 치아 상실 등에는 가능성이 있다고 판정되었다.[59]

골다공증 진료 가이드라인에서는 칼슘 보충제 섭취는 골밀도를 2% 증가시키지만 골절률에는 변화가 없으므로 권장할 근거가 없다(등급 C)로 분류된다.[60] 2015년 체계적 문헌 고찰에서는 칼슘과 골절 사이의 관련성을 찾지 못했기 때문에, 식사를 통한 칼슘 섭취량 증가가 골절을 예방한다는 증거는 없고, 칼슘 보충제의 경우 약한 증거만 있으나 그 결과에 모순이 있었다.[61]

하버드 대학교 공중 보건 대학원에 따르면, 칼슘 섭취를 위해 유제품이 가장 좋은 선택인지 명확하지 않다고 한다.[62] 유제품 이외의 칼슘 섭취원으로는 케일, 청경채, 두유, 베이크드빈이 있다.

비타민 D는 소장의 장 세포를 통해 칼슘을 흡수할 때 칼슘 결합 단백질의 양을 증가시키는 칼슘 흡수 요인으로 중요하며, 신장에서 소변으로 칼슘이 손실되는 것을 억제한다. 국제 코크란 공동 계획의 메타 분석[65]에 따르면, 칼슘은 대장 선종성 용종을 어느 정도 억제할 가능성이 있다.

최근 연구 결과는 상반되지만, 칼슘만으로도 암 위험에 대해 독립적인 긍정적 작용을 한다고 밝혔다.[66] 한 무작위 대조 시험에서는 1000mg의 칼슘 성분과 400IU의 비타민 D3가 대장암에 아무런 효과를 보이지 않았다.[67] 1400~1500mg의 칼슘 보충제와 1100IU의 비타민 D3가 덩어리 형태의 암의 상대적 위험을 0.402까지 감소시키는 것을 보였다.[68] 한 역학 연구에서는 고용량의 칼슘과 비타민 D 섭취가 폐경 전 유방암 발생 위험을 낮추는 것으로 밝혀졌다.[69] 일본 국립암센터의 대규모 연구에서는 유제품 섭취가 전립선암 발생률을 높이고, 칼슘과 포화지방산 섭취가 전립선암 위험을 다소 높이는 것으로 나타났다.[70]

7. 칼슘 화합물

7. 1. 무기염


  • 산화칼슘(CaO) - 생석회
  • 과산화칼슘(CaO2)
  • 수산화칼슘(Ca(OH)2) - 소석회
  • 플루오르화칼슘(CaF2) - 형석
  • 염화칼슘(CaCl2・2H2O) - 염화칼슘
  • 브롬화칼슘(CaBr2・2H2O)
  • 요오드화칼슘(CaI2・3H2O)
  • 수소화칼슘(CaH2)
  • 탄화칼슘(CaC2) - 칼슘카바이드
  • 인화칼슘(Ca3P2 등)

7. 1. 1. 옥소산염


  • 탄산칼슘(CaCO₃) - 석회석
  • 탄산수소칼슘(Ca(HCO₃)₂) - 수용액 중에만 존재
  • 질산칼슘(Ca(NO₃)₂·4H₂O)
  • 황산칼슘(CaSO₄·2H₂O) - 석고, 소석회
  • 아황산칼슘(CaSO₃)
  • 규산칼슘(CaSiO₃ 또는 Ca₂SiO₄)
  • 인산칼슘(Ca₃(PO₄)₂)
  • 피로인산칼슘(Ca₂P₂O₇)
  • 차아염소산칼슘(Ca(ClO)₂) - 락스
  • 염소산칼슘(Ca(ClO₃)₂)
  • 과염소산칼슘(Ca(ClO₄)₂)
  • 브롬산칼슘(Ca(BrO₃)₂)
  • 요오드산칼슘(Ca(IO₃)₂·H₂O)
  • 아비산칼슘(Ca₃(AsO₄)₂)
  • 크롬산칼슘(CaCrO₄)
  • 텅스텐산칼슘(CaWO₄) - 휘중석
  • 몰리브덴산칼슘(CaMoO₄) - 파우엘석
  • 탄산칼슘마그네슘(CaMg(CO₃)₂) - 돌로마이트
  • 하이드록시아파타이트(Ca₅(PO₄)₃(OH) 또는 Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂) - 수산화인회석

7. 2. 유기염


  • 아세트산칼슘(Ca(CH3COO)2)
  • 글루콘산칼슘(C12H22CaO14)
  • 구연산칼슘(Ca3(C6H5O7)2)
  • 말산칼슘(Ca(C2H4O(COO)2)
  • 젖산칼슘(C6H10CaO6)
  • 벤조산칼슘(C14H10CaO4)
  • 스테아르산칼슘(Ca(C17H35COO)2)
  • 아스파라긴산칼슘(Ca(C4H6NO4)2)

8. 안전성

칼슘은 물, 산과 발열 반응을 일으키기 때문에 금속 칼슘이 체액에 닿으면 심한 부식성 자극을 유발한다.[37] 섭취 시 입, 식도, 위에 영향을 미쳐 치명적일 수 있다.[37] 그러나 장기간 노출에 따른 특별한 부작용은 알려지지 않았다.[37]

참조

[1] 웹사이트 Calcium https://lpi.oregonst[...] Linus Pauling Institute, Oregon State University, Corvallis, Oregon 2017-09-01
[2] 웹사이트 Calcium: Fact Sheet for Health Professionals https://ods.od.nih.g[...] Office of Dietary Supplements, US National Institutes of Health 2019-07-09
[3] 서적 The Metallic Elements https://archive.org/[...] Longman 1977
[4] 논문 Allotropic Modifications of Calcium 1956
[5] 서적 CRC Handbook of Chemistry and Physics CRC Press
[6] 논문 Novel Calcium Half-Sandwich Complexes for the Living and Stereoselective Polymerization of Styrene
[7] 논문 Calcium-Mediated Intramolecular Hydroamination Catalysis
[8] 논문 2,5-Bis{N-(2,6-diisopropylphenyl)iminomethyl}pyrrolyl Complexes of the Heavy Alkaline Earth Metals: Synthesis, Structures, and Hydroamination Catalysis
[9] 논문 Cation Charge Density and Precatalyst Selection in Group 2-Catalyzed Aminoalkene Hydroamination
[10] 논문 Early Main Group Metal Catalysis: How Important is the Metal? https://pure.rug.nl/[...]
[11] 논문 Abundance of the Elements in the Solar System https://pubs.giss.na[...]
[12] 서적 Handbook of Isotopes in the Cosmos: Hydrogen to Gallium Cambridge University Press 2003
[13] 논문 Measurement of the double-beta decay half-life and search for the neutrinoless double-beta decay of 48Ca with the NEMO-3 detector
[14] 논문 Ca isotope fractionation on the earth and other solar system materials 1978
[15] 논문 Calcium isotope fractionation between soft and mineralized tissues as a monitor of calcium use in vertebrates 1999
[16] 웹사이트 Commodity report:Lime http://minerals.usgs[...] United States Geological Survey 2021
[17] 논문 Burnt Lime Products and Social Implications in the Pre-Pottery Neolithic B Villages of the Near East 1987
[18] 서적 Lime Kilns and Lime Burning Bloomsbury USA 2004
[19] 서적 Lime and Limestone: Chemistry and Technology, Production and Uses https://books.google[...] Wiley
[20] 서적 Elements of Chemistry https://books.google[...] William Creech 1799
[21] 논문 Electro-chemical researches on the decomposition of the earths; with observations on the metals obtained from the alkaline earths, and on the amalgam procured from ammonia https://books.google[...] 1808
[22] 서적 Discovery of the Elements Journal of Chemical Education
[23] 웹사이트 Marine carbonate chemistry https://editors.eol.[...] National Council for Science and the Environment 2006
[24] 논문 The long-term carbon cycle, fossil fuels and atmospheric composition 2003
[25] 논문 A negative feedback mechanism for the long-term stabilization of Earth's surface temperature 1981-10-20
[26] 논문 Biological control of calcium isotopic abundances in the global calcium cycle 1997-06
[27] 논문 Natural calcium isotopic composition of urine as a marker of bone mineral balance 2007
[28] 논문 Ca isotopes in carbonate sediment and pore fluid from ODP Site 807A: The Ca2+(aq)–calcite equilibrium fractionation factor and calcite recrystallization rates in Pleistocene sediments 2007
[29] 논문 A Dynamic marine calcium cycle during the past 28 million years 2008
[30] 서적 World Health Organization model list of essential medicines: 21st list 2019 World Health Organization
[31] 서적 Dietary Reference Intakes for Calcium and Vitamin D https://www.nap.edu/[...] National Academies Press
[32] 간행물 Tolerable Upper Intake Levels For Vitamins And Minerals http://www.efsa.euro[...] European Food Safety Authority
[33] 서적 Dietary Reference Intakes for Calcium and Vitamin D https://www.nap.edu/[...] National Academies Press
[34] 논문 Global dietary calcium intake among adults: a systematic review 2017-12
[35] 서적 Metals, Microbes and Minerals: The Biogeochemical Side of Life Walter de Gruyter
[36] 웹사이트 Calcium turnings, 99% trace metals basis https://www.sigmaald[...] Sigma-Aldrich 2021-12-22
[37] 서적 POISINDEX. Information System Micromedex, Inc. 2010
[38] 웹사이트 http://www.encyclo.c[...]
[39] 서적 元素を知る事典～先端材料への入門
[40] 서적 元素111の新知識 講談社 1998
[41] 웹사이트 コンクリート（セメント）の歴史について知りたい。 https://crd.ndl.go.j[...] 国立国会図書館
[42] 웹사이트 鋼を作る http://www.jplime.co[...] 日本石灰協会・日本石灰工業組合
[43] 웹사이트 チタン精錬反応の物理化学的評価 http://www.eng.hokud[...]
[44] 웹사이트 還元拡散法による希土類機能性材料の製造に関する基礎的研究 http://kaken.nii.ac.[...] 科学研究費補助金データベース
[45] 논문 原子炉用材料特集 1956
[46] 논문 緻密なウラニウム精錬用弗化カルシウム容器 日本セラミックス協会 1967-01-01
[47] 웹사이트 酸化物陰極を備えた真空管 http://www.ekouhou.n[...] ekouhou.net
[48] 웹사이트 筋収縮を調節する分子メカニズムの一端を解明 https://www.jst.go.j[...] 科学技術振興機構
[49] 서적 植物栄養学 第2版 文永堂 2010
[50] 웹사이트 岐阜県街路樹等整備･管理の手引き https://www.gifu.crc[...] 岐阜県建設研究センター、岐阜県造園緑化協会 2022-04-23
[51] 웹사이트 骨粗鬆症TOP https://nishisaitama[...] 国立病院機構 西埼玉中央病院
[52] 웹사이트 影岡武士、カルシウムが高い時 http://www.jaclap.or[...] 日本臨床検査専門医会 2002-10-01
[53] 논문 著明な白血球増加と高カルシウム血症とを合併した甲状腺原発扁平上皮癌の1例 1979
[54] 웹사이트 妊産婦のための食生活指針 -「健やか親子２１」推進検討会報告書- https://www.mhlw.go.[...] 厚生労働省 2006-02
[55] 서적 尿路結石症診療ガイドライン 第2版 金原出版 2013
[56] 논문 Possibilities for preventing recurrent calcium stone formation: principles for the metabolic evaluation of patients with calcium stone disease 2001
[57] 웹사이트 Calcium: What’s Best for Your Bones and Health? https://www.hsph.har[...] Harvard T.H. Chan School of Public Health 2017-08-11
[58] 웹사이트 Chapter 11 Calcium http://www.fao.org/d[...] joint FAO/WHO expert consultation 2002
[59] 웹사이트 カルシウム # URL 정보 없음. Hfnet은 [...]
[60] 서적 骨粗鬆症の予防と治療ガイドライン2006年版 ライフサイエンス出版 2006-10
[61] 논문 Calcium intake and risk of fracture: systematic review 2015-09
[62] 웹사이트 The Nutrition Source Calcium and Milk: What's Best for Your Bones? http://www.hsph.harv[...] Harvard School of Public Health
[63] 논문 Calcium supplements for the prevention of colorectal adenomas. Calcium Polyp Prevention Study Group 1999
[64] 논문 Calcium and fibre supplementation in prevention of colorectal adenoma recurrence: a randomised intervention trial. European Cancer Prevention Organisation Study Group 2000
[65] 논문 Dietary calcium supplementation for preventing colorectal cancer, adenomatous polyps and calcium metabolisism disorder. 2005
[66] 논문 Vitamin D and calcium supplementation reduces cancer risk: results of a randomized trial 2007
[67] 논문 Calcium plus vitamin D supplementation and the risk of colorectal cancer 2006
[68] 논문 Vitamin D and calcium supplementation reduces cancer risk: results of a randomized trial 2007
[69] 논문 Intakes of calcium and vitamin d and breast cancer risk in women 2007
[70] 웹사이트 乳製品、飽和脂肪酸、カルシウム摂取量と前立腺がんとの関連について―概要― http://epi.ncc.go.jp[...]
[71] 웹인용 Glossary Term - 10 Most Abundant Elements in the Earth's Crust http://education.jla[...]
[72] 서적 The Elements
[73] 웹인용 Calcium: Compounds Information http://www.webelemen[...]
[74] 저널 Calcium: Taste, Intake, and Appetite http://physrev.physi[...] 2014-12-11
[75] 서적 사라진 스푼 해나무
[76] 서적 Handbook of method for the analysis of the various parameters of the carbon dioxide system in sea water, version 2 http://cdiac.esd.orn[...] ORNL/CDIAC-74 2014-12-11
[77] 웹인용 Commodity report:Lime http://minerals.usgs[...] United States Geological Survey 2012-03-06
[78] 저널 Electro-chemical researches on the decomposition of the earths; with observations on the metals obtained from the alkaline earths, and on the amalgam procured from ammonia http://books.google.[...]
[79] 웹인용 It's Elemental - The Element Calcium http://education.jla[...]


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