칼슘 (Ca)

발견 과정

발견: 1808 · Humphry Davy

칼슘 화합물인 석회는 선사 시대인 기원전7000년에서14000년 전부터 건축 재료로 사용되었으며 메소포타미아와 고대 로마에서도 칼슘 화합물을 사용하였다. 그러나 순수한 칼슘은 영국의 험프리 데이비가1808년에 처음으로 분리하게 된다. 그는 베르셀리우스와 폰틴이 생석회와 산화 수은의 혼합물을 전기분해하여 아말감을 얻었다는 소식을 듣고 그 아말감에서 수은을 증발시켜 처음으로 순수한 칼슘을 분리하였다. 그러나 순수한 칼슘은20세기 이전에는 대규모로 생산되지 않았다. 오늘날에는 석회에 포함된 칼슘 원자들을 고온 저압의 용기에서 알루미늄 원자로 치환시켜서 순수한 칼슘을 생산한다.

용도와 활용

칼슘은 가장 바깥의 원자가 전자2개를 잃으려는 성질이 있어 주로 +2의 산화수를 가지며, 같은 이유로 반응성이 커서 산소나 물과 쉽게 반응하기 때문에 자연에서는 순수한 형태로 발견되지 않는다. 순수한 금속을 공기 중에 노출시키면 산소와 질소와 반응하여 각각 산화물(산화칼슘, CaO)과 질화물(질화칼슘, Ca3N2)이 생성되어 표면에 회백색의 막이 생긴다. 물과 반응시키면 수소 기체를 발생시키며, 이 때 생성되는 수산화칼슘으로 인해 반응이 느려져 열을 많이 발생시키지 않으므로 수소 기체를 생산하는 데 이 방법을 사용한다. 그러나 분말 형태로 반응시키면 표면적이 증가함에 따라 반응도 매우 급격해지며, 수산화칼슘을 녹일 수 있는 산성 용액에서도 반응 속도가 매우 빠르다. 할로젠이나 칼로겐 원소들과 반응하면 이온 결합 화합물을 형성하며, 수소화물(수소화칼슘, CaH2)도 알려져 있다. 대부분의 칼슘 화합물은 무색이며, 칼슘 이온(Ca2+)을 포함하는 용액 또한 무색이다. 또, 다른 알칼리 토금속과 마찬가지로 칼슘의 염은 대부분 물에 잘 용해된다. 그러나 수산화 칼슘, 황산 칼슘, 탄산 칼슘, 인산 칼슘 등은 예외적으로 물에 대한 용해도가 작다. 수용액에 포함된 칼슘 이온은 사람에 따라 쓴맛, 신맛 등으로 다르게 느낀다. 또, 많은 동물이 칼슘만의 맛을 느낄 수 있으며, 사람도 칼슘을 감지할 수 있는 수용체가 존재하는 것으로 보인다.

동위원소

Natural calcium is a mixture of five stable isotopes—40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, and 46Ca—and 48Ca, whose half-life of 4.3 × 1019 years is so long that it can be considered stable for all practical purposes. Calcium is the first (lightest) element to have six naturally occurring isotopes. By far the most common isotope is 40Ca, which makes up 96.941% of natural calcium. It is produced in the silicon-burning process from fusion of alpha particles and is the heaviest stable nuclide with equal proton and neutron numbers; its occurrence is also supplemented slowly by the decay of primordial 40K. Adding another alpha particle leads to unstable 44Ti, which decays via two successive electron captures to stable 44Ca; this makes up 2.806% of natural calcium and is the second-most common isotope. The other four natural isotopes, 42, 43, 46, 48Ca, are significantly rarer, each comprising less than 1% o