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カルシウム：元素の性質と用途
カルシウムは非常に豊富なアルカリ土類金属であり、生物学的システムにおいて基本的な役割を果たすと同時に、建築、冶金、農業、化学製造において重要な原料となっている。
元素の紹介
化学記号Ca、原子番号20のカルシウムは、アルカリ土類金属として知られる周期表第2族に属する。生命にとって最も必要な元素の一つであり、現代産業において最も広く使用されている元素の一つである。自然界では、カルシウムは反応性が高いため、純粋な金属形態で存在することはほとんどない。その代わりに、炭酸カルシウム（CaCO₃）、リン酸カルシウム、硫酸カルシウムなどの化合物として一般的に見られる。
地質学的には、カルシウムは地殻中で5番目に豊富な元素であり、石灰岩、大理石、チョークの骨格を形成している。生物学的には、カルシウムは骨や歯の形成、筋肉の収縮、神経信号伝達、血液凝固に不可欠である。工業的には、カルシウム化合物はセメント製造、製鉄、プラスチック、水処理、農業に不可欠である。
化学的性質
カルシウムは反応性が高く、酸素や他の非金属と容易に化合物を形成する。水と反応して水酸化カルシウムと水素ガスを生成する。純粋な状態のカルシウムは非常に柔らかく、成形が容易である。空気中で点火すると真っ赤な炎を上げて燃え、酸化カルシウムを形成する。カルシウム化合物、特に炭酸カルシウムは、建築材料や工業用薬剤として広く使用されている。
酸素に触れると、カルシウムは薄い保護酸化物層を形成する。窒素とは反応しないが、酸と反応してカルシウム塩を形成する。周期表を下るにつれて反応性が低下し、マグネシウムのような他の元素よりも反応性が低くなる。
物理的性質
カルシウムは柔らかく銀白色の金属で、他の多くの金属よりも密度が低い。次の表は、カルシウムの主な物理的性質の概要である：
|
性質 |
値 |
|
原子番号 |
20 |
|
原子質量 |
40.08 g/mol |
|
密度 |
1.54 g/cm³ |
|
融点 |
842°C |
|
1484°C |
|
|
電気伝導率 |
高い |
|
外観 |
銀白色の光沢のある金属 |
|
硬度 |
柔らかい（ナイフで切れる） |
詳しくはスタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）をご覧ください。.
一般的な用途
カルシウムは、生物学的システムや工業用途の両方で、様々な用途があります：
- 生物学的用途：生物学的用途：カルシウムは、骨や歯の健康、筋肉機能、神経伝達に不可欠な元素です。
- 工業的用途：炭酸カルシウムは建築材料や石灰の製造に使われる。カルシウム塩は肥料、食品添加物、水処理に使用される。
- その他の用途：カルシウムは合金の製造、特に製鋼において、硬度と耐久性を向上させるためにも使用される。
調製方法
カルシウムはいくつかの方法で調製できる：
- 塩化カルシウム（CaCl2）の電解：塩化カルシウム（CaCl2）の電解：溶融した塩化カルシウムに電流を流し、分解して金属カルシウムと塩素ガスを発生させる。
- 酸化カルシウム（CaO）をアルミニウムで還元する方法：酸化カルシウムを高温のアルミニウムで還元することによってもカルシウムを取り出すことができる。
関連工業製品
カルシウムは、さまざまな工業製品の中核をなす成分である：
- セメントと石灰：セメントと石灰：炭酸カルシウムや酸化カルシウムなどのカルシウム化合物は、セメントや石灰の製造において重要な役割を果たす。
- 製鉄：カルシウムは、不純物を取り除き、最終製品の強度を高めるために、鉄鋼の製造に使用される。
- プラスチックとゴム：炭酸カルシウムのようなカルシウム塩は、プラスチックやゴムの製造において充填剤として使用される。
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製品 |
カルシウム化合物 |
主な機能 |
|
セメント |
CaO、CaCO₃ |
構造結合 |
|
石灰 |
CaO、Ca（OH）₂。 |
化学処理、水処理 |
|
肥料 |
リン酸カルシウム |
土壌栄養 |
|
プラスチック・ゴム |
CaCO₃ |
充填剤、コスト削減 |
|
鉄鋼添加剤 |
カルシウム合金 |
不純物コントロール |
よくある質問
カルシウムの主な生物学的役割は何ですか？
カルシウムは、骨や歯の形成、筋肉の収縮、神経の伝達に不可欠です。また、血液凝固にも関与しています。
カルシウムは天然資源からどのように得られるのですか？
カルシウムは主に石灰岩や他のカルシウム含有鉱物から得られ、それらは工業的な作業で加工されます。
カルシウムは純粋な状態では危険ですか？
金属カルシウムは反応性があり、空気や水に触れると危険です。しかし、化合物の形態では一般的に安全であり、様々な産業で広く使用されています。
カルシウムは水に含まれますか？
はい、カルシウムは主に炭酸カルシウムのような溶存カルシウム塩の形で、自然の水源によく含まれています。
カルシウムを最も多く使用する産業は？
建設業、鉄鋼業、農業は、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、カルシウム塩など様々な形でカルシウムを最も多く消費する産業です。
Chin Trento
