カルシウム (Ca)

発見の経緯

発見: 1808 · Humphry Davy

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。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。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。

用途と応用

セメント・モルタルなど、建設・建築用資材として多用され、現在でも使用量の大部分をコンクリート製品が占める。日本の生コン生産量は、ピーク時（1990年）には約2億立方メートルに達している。多くの用途があるが、金属元素としての需要はマグネシウムに劣る。セメント 日本は石灰岩資源が豊かで、自給自足し輸出もしてきたが、近年は減少傾向で2009年度生産量は5800万トンと、ピーク時の半分程度となっている。生産量の4分の3をポルトランドセメントが占め、残りの大部分は高炉セメントである。石材、窓材、彫刻 白い大理石や、透明度の高い石膏が好んで利用される。しかし大理石や石灰岩は酸性雨により分解されてしまうため建築物の腐食による劣化が懸念される。漆喰 消石灰や苦灰石を固化剤とする。モルタル おもに細骨材セメントが用いられる。断熱材、保温材 ケイ酸カルシウムを発泡させたもので耐火性を持ち、アスベスト代替品として用いられる。石膏ボード 石膏は不燃性でありなおかつ熱伝導性が低い。そして、石膏は熱を加えられると焼石膏になる。CaSO 4 ⋅ 2 2H O ( s ) ⟶ CaSO 4 ⋅ 1 2 2H O ( s ) + 3 2 2H O ( g ) CaSO4\cdot 2H2O(s)->CaSO4\cdot \frac 12H2O(s)\ +\frac 32H2O(g) この反応は吸熱過程(+117 kJ/mol)でありなおかつ、生じた液体の水が蒸発するときに気化熱を奪う。最終的に水蒸気は不活性ガスとして働き、炎への酸素の供給を減少させる。これらの理由から、家やオフィスの内壁として用いられる耐火性壁板としても使われている。精錬 酸素と結びつきやすい性質から、古より蛍石（フッ化カルシウム）が融剤として銅の精錬に用いられた。製鉄、製鋼 日本の生石灰生産量の半分を消費する。高炉の不純物除去剤として、鉄鉱石やコークスとともに投入され、シリカ、アルミナとスラグ（ケイ酸カルシウムアルミニウム）を作り銑鉄から分離する。また、造粒強化、熱効率改善、窒素酸化物削減効果を持つ。転炉ではおもにリン、硫黄の除去と温

同位体

カルシウムの原子番号20番は陽子の魔法数であり、安定同位体が4種と多い。さらに、中性子も魔法数である二重魔法数の同位体を2つ（40Ca、48Ca）持っている。40Caは安定核種の列から外れた位置にあるにもかかわらず、天然存在率が約97 %と著しく高い。一方の48Caも周囲を短寿命核種に囲まれながら、半減期430京年と極端に安定しており、存在率も46Caの数十倍である。