カルシウム

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出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2023/11/20 08:47 UTC 版)

名称

calcium の名は、石を意味するラテン語の calx から転じ石灰を意味した calcsis に由来する^[2]。

性質

酸化数はわずかな例外を除き、常に+IIとなる。比重1.55の非常に柔らかい金属で、融点は840–850 °C、沸点は1480–1490 °C（異なる実験値あり）。結晶構造は、温度条件により3つ存在し、250 °C以下では、立方最密充填構造が、250–450 °Cの間では六方最密充填構造、450–839 °Cの間では体心立方格子がそれぞれ最も安定となる。

単体を空気中で放置すると酸素・水・二酸化炭素と反応して腐食するため、不活性ガスを充填した状態で販売される。鉱油中で保存することもある。

単体金属を空気中で加熱すると炎をあげて燃焼する。

{\ce {2Ca + O2 -> 2CaO}}

水に加えると容易に反応して水素を発生する。生成した水酸化カルシウム水溶液は石灰水と呼ぶ。

{\ce {Ca + 2H2O -> Ca(OH)2 + H2 (^)}}

石灰水に二酸化炭素を通すと炭酸カルシウムの白い沈殿を生じる。

{\ce {Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 (v) + H2O}}

この状態から過剰に二酸化炭素を加えると沈殿は溶けて溶液となる。この反応は可逆的であり、加熱すると再び炭酸カルシウムの沈殿を生じる。

{\ce {CaCO3 + CO2 + H2O -> Ca(HCO3)2}}

また炭酸カルシウムを1170 °C以上で加熱することで酸化カルシウム（生石灰）が得られる。

{\ce {CaCO3(s) -> CaO(s) + CO2(g)}}

この酸化物を高温の炎で熱すると明るい白色光を発するので電灯が導入される前に主に劇場のスポットライトとして用いられた。また酸化カルシウムは水と反応して水酸化カルシウム（消石灰）を生成する。

{\ce {CaO(s) + H2O(l) -> Ca(OH)2(s)}}

ハロゲンとは気相中で直接反応し、ハロゲン化物を生成する。

アルコールに溶解してカルシウムアルコキシド（ $(C 2 H 5 O) 2 Ca$ ）、液体アンモニアに溶解して青色溶液となり、アンモニアを蒸発させるとヘキサアンミンカルシウム（ $[Ca(NH 3) 6$ ]）となる。

水と容易に反応して水素を発生するため、日本の消防法ではアルカリ土類金属として、危険物第3類（禁水性物質）に指定されている。

歴史

カルシウムは古代ローマ時代からカルックス（calx）という名前で知られ、化学的な性質を化合物の形で利用されていた^[3]。ラボアジエの33元素にもライム（酸化カルシウム）が含まれている。calxはギリシャ語のchalix(カリクス,「小石」)に由来し「石灰」の他「小石」の意味も持っていた。派生したcalculus(カルクルス)は「計算用の小石」、更に「計算」の意味を持つようになり、英語のcalculateやcalculus等の語の由来とされている。

石灰（炭酸カルシウム）を主成分とする石灰岩や大理石は耐久性と加工性のバランスがよく、ピラミッドやパルテノン神殿などで石材として利用されている。しかし、カルシウムの化学的性質を活用した最初の例としてはセメントの発明をあげるべきだろう。

人類最初のセメントとして9000年前のイスラエルで使われていた「気硬性セメント」が知られている^[4]。これは、砕いた石灰岩を熱して酸化カルシウムを生成させ、施工後にこれが空気中の水分や炭酸ガスと反応して炭酸カルシウムとなることを利用して硬化させる。

現在に近い水を加え水酸化カルシウムを生成させる「水硬性セメント」は、5000年前の中国や4000年前の古代ローマで利用され、同じころにピラミッド建設には焼石膏（硫酸カルシウム）の水和反応を利用する漆喰^{[注釈 1]}が用いられた。

この様にカルシウムは広く利用され身近な物質だったが、金属として単離するには電気分解の登場を待つ必要があった。1808年、ハンフリー・デービーが生石灰を酸化水銀とともに溶融電解し、金属カルシウムを得ることに成功した^[2]。

脚注

注釈

^ 日本の漆喰とは異なる。

出典

^ http://www.encyclo.co.uk/webster/C/7
^ ^a ^b 村上雅人編著『元素を知る事典～先端材料への入門』
^ 桜井弘『元素111の新知識』講談社、1998年、118頁。ISBN 4-06-257192-7。
^ コンクリート（セメント）の歴史について知りたい。国立国会図書館レファレンス事例詳細
^ 鋼を作る日本石灰協会・日本石灰工業組合
^ チタン精錬反応の物理化学的評価
^ 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科学研究費補助金データベース
^ 小川芳樹, 「原子炉用材料特集」『窯業協會誌』 1956年 64巻 725号 p.C303-C306, doi:10.2109/jcersj1950.64.725_C303。
^ 奥田茂, 「緻密なウラニウム精錬用弗化カルシウム容器」『窯業協會誌』 75(857), 9a, 1967-01-01, NAID 110002304124, 日本セラミックス協会
^ 酸化物陰極を備えた真空管ekouhou.net
^ 筋収縮を調節する分子メカニズムの一端を解明科学技術振興機構
^ 間藤徹、馬建鋒、藤原徹編『植物栄養学第2版』, 文永堂、2010
^ ^a ^b 岐阜県街路樹等整備･管理の手引き岐阜県建設研究センター、岐阜県造園緑化協会、2022年4月23日閲覧。
^ 骨粗鬆症TOP 国立病院機構西埼玉中央病院
^ 影岡武士、カルシウムが高い時日本臨床検査専門医会記事:2002.10.01
^ 斎藤公司, 友常靖子, 山本邦宏ほか、「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」『日本内科学会雑誌』 1979年 68巻 11号 p.1466-1472, doi:10.2169/naika.68.1466
^ 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- 厚生労働省平成18年2月食を通じた妊産婦の健康支援方策研究会
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