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カルシウム (新 しん ラテン語 らてんご : calcium [ 1] 、英 えい : calcium [ˈkælsiəm] )は、原子 げんし 番号 ばんごう 20番 ばん の元素 げんそ である。元素 げんそ 記号 きごう はCa 。原子 げんし 量 りょう は40.08。第 だい 2族 ぞく 元素 げんそ 、アルカリ土 ど 類 るい 金属 きんぞく 、金属 きんぞく 元素 げんそ のひとつ。
外見 がいけん
銀 ぎん 白色 はくしょく 、金属 きんぞく 光沢 こうたく の固体 こたい カルシウムのスペクトル線 せん
一般 いっぱん 特性 とくせい
名称 めいしょう , 記号 きごう , 番号 ばんごう
カルシウム, Ca, 20
分類 ぶんるい
アルカリ土 ど 類 るい 金属 きんぞく
族 ぞく , 周期 しゅうき , ブロック
2 , 4 , s
原子 げんし 量 りょう
40.078
電子 でんし 配置 はいち
[Ar ] 4s2
電子 でんし 殻 から
2, 8, 8, 2(画像 がぞう )
物理 ぶつり 特性 とくせい
相 そう
固体 こたい
密度 みつど (室温 しつおん 付近 ふきん )
1.550 g/cm3
融点 ゆうてん での液体 えきたい 密度 みつど
1.378 g/cm3
融点 ゆうてん
1115 K , 842 °C , 1548 °F
沸点 ふってん
1757 K , 1484 °C , 2703 °F
融解 ゆうかい 熱 ねつ
8.54 kJ/mol
蒸発 じょうはつ 熱 ねつ
154.7 kJ/mol
熱容量 ねつようりょう
(25 °C ) 25.929 J/(mol·K)
蒸気 じょうき 圧 あつ
圧力 あつりょく (Pa)
1
10
100
1 k
10 k
100 k
温度 おんど (K)
864
956
1071
1227
1443
1755
原子 げんし 特性 とくせい
酸化 さんか 数 すう
2 , 1 (強 つよ 塩基 えんき 性 せい 酸化 さんか 物 ぶつ )
電気 でんき 陰性 いんせい 度 ど
1.00(ポーリングの値 ね )
イオン化 いおんか エネルギー
第 だい 1: 589.8 kJ/mol
第 だい 2: 1145.4 kJ/mol
第 だい 3: 4912.4 kJ/mol
原子 げんし 半径 はんけい
197 pm
共有 きょうゆう 結合 けつごう 半径 はんけい
176±10 pm
ファンデルワールス半径 はんけい
231 pm
その他 た
結晶 けっしょう 構造 こうぞう
面 めん 心 こころ 立方 りっぽう 格子 こうし 構造 こうぞう
磁性 じせい
反 はん 磁性 じせい
電気 でんき 抵抗 ていこう 率 りつ
(20 °C ) 33.6 nΩ おめが ⋅m
熱 ねつ 伝導 でんどう 率 りつ
(300 K) 201 W/(m⋅K)
熱 ねつ 膨張 ぼうちょう 率 りつ
(25 °C ) 22.3 μ みゅー m/(m⋅K)
音 おと の伝 つた わる速 はや さ (微細 びさい ロッド)
(r.t. ) 3810 m/s
ヤング率 りつ
20 GPa
剛性 ごうせい 率 りつ
7.4 GPa
体積 たいせき 弾性 だんせい 率 りつ
17 GPa
ポアソン比 ひ
0.31
モース硬度 こうど
1.75
ブリネル硬度 こうど
167 MPa
CAS登録 とうろく 番号 ばんごう
7440-70-2
主 おも な同位 どうい 体 たい
詳細 しょうさい はカルシウムの同位 どうい 体 たい を参照 さんしょう
calcium の名 な は、石 いし を意味 いみ するラテン語 らてんご の calx から転 てん じ石灰 せっかい を意味 いみ した calcsis に由来 ゆらい する[ 2] 。
酸化 さんか 数 すう はわずかな例外 れいがい を除 のぞ き、常 つね に+IIとなる。比重 ひじゅう 1.55の非常 ひじょう に柔 やわ らかい金属 きんぞく で、融点 ゆうてん は 840–850 °C 、沸点 ふってん は 1480–1490 °C (異 こと なる実験 じっけん 値 ち あり)。結晶 けっしょう 構造 こうぞう は、温度 おんど 条件 じょうけん により3つ存在 そんざい し、 250 °C 以下 いか では、立方 りっぽう 最 さい 密 みつ 充填 じゅうてん 構造 こうぞう が、 250–450 °C の間 あいだ では六方 ろっぽう 最 さい 密 みつ 充填 じゅうてん 構造 こうぞう 、 450–839 °C の間 あいだ では体 からだ 心 こころ 立方 りっぽう 格子 こうし がそれぞれ最 もっと も安定 あんてい となる。
単体 たんたい を空気 くうき 中 なか で放置 ほうち すると酸素 さんそ ・水 みず ・二酸化炭素 にさんかたんそ と反応 はんのう して腐食 ふしょく するため、不 ふ 活性 かっせい ガスを充填 じゅうてん した状態 じょうたい で販売 はんばい される。鉱油 こうゆ 中 なか で保存 ほぞん することもある。
単体 たんたい 金属 きんぞく を空気 くうき 中 ちゅう で加熱 かねつ すると炎 ほのお をあげて燃焼 ねんしょう する。
2
Ca
+
O
2
⟶
2
CaO
{\displaystyle {\ce {2Ca + O2 -> 2CaO}}}
水 みず に加 くわ えると容易 ようい に反応 はんのう して水素 すいそ を発生 はっせい する。生成 せいせい した水酸化 すいさんか カルシウム水溶液 すいようえき は石灰 せっかい 水 すい と呼 よ ぶ。
Ca
+
2
H
2
O
⟶
Ca
(
OH
)
2
+
H
2
↑
{\displaystyle {\ce {Ca + 2H2O -> Ca(OH)2 + H2 (^)}}}
石灰 せっかい 水 すい に二酸化炭素 にさんかたんそ を通 とお すと炭酸 たんさん カルシウム の白 しろ い沈殿 ちんでん を生 しょう じる。
Ca
(
OH
)
2
+
CO
2
⟶
CaCO
3
↓
+
H
2
O
{\displaystyle {\ce {Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 (v) + H2O}}}
この状態 じょうたい から過剰 かじょう に二酸化炭素 にさんかたんそ を加 くわ えると沈殿 ちんでん は溶 と けて溶液 ようえき となる。この反応 はんのう は可逆 かぎゃく 的 てき であり、加熱 かねつ すると再 ふたた び炭酸 たんさん カルシウムの沈殿 ちんでん を生 しょう じる。
CaCO
3
+
CO
2
+
H
2
O
⟶
Ca
(
HCO
3
)
2
{\displaystyle {\ce {CaCO3 + CO2 + H2O -> Ca(HCO3)2}}}
また炭酸 たんさん カルシウムを1170 °C以上 いじょう で加熱 かねつ することで酸化 さんか カルシウム (生石灰 せいせっかい )が得 え られる。
CaCO
3
(
s
)
⟶
CaO
(
s
)
+
CO
2
(
g
)
{\displaystyle {\ce {CaCO3(s) -> CaO(s) + CO2(g)}}}
この酸化 さんか 物 ぶつ を高温 こうおん の炎 ほのお で熱 ねっ すると明 あか るい白色 はくしょく 光 こう を発 はっ するので電灯 でんとう が導入 どうにゅう される前 まえ に主 おも に劇場 げきじょう のスポットライトとして用 もち いられた。また酸化 さんか カルシウムは水 みず と反応 はんのう して水酸化 すいさんか カルシウム(消石灰 しょうせっかい )を生成 せいせい する。
CaO
(
s
)
+
H
2
O
(
l
)
⟶
Ca
(
OH
)
2
(
s
)
{\displaystyle {\ce {CaO(s) + H2O(l) -> Ca(OH)2(s)}}}
ハロゲン とは気 き 相 しょう 中 ちゅう で直接 ちょくせつ 反応 はんのう し、ハロゲン化物 ばけもの を生成 せいせい する。
アルコール に溶解 ようかい してカルシウムアルコキシド ((C2 H5 O)2 Ca )、液体 えきたい アンモニア に溶解 ようかい して青色 あおいろ 溶液 ようえき となり、アンモニアを蒸発 じょうはつ させるとヘキサアンミンカルシウム([Ca(NH3 )6 ])となる。
水 みず と容易 ようい に反応 はんのう して水素 すいそ を発生 はっせい するため、日本 にっぽん の消防 しょうぼう 法 ほう ではアルカリ土 ど 類 るい 金属 きんぞく として、危険 きけん 物 ぶつ 第 だい 3類 るい (禁 きん 水性 すいせい 物質 ぶっしつ )に指定 してい されている。
カルシウムは古代 こだい ローマ時代 じだい からカルックス(calx)という名前 なまえ で知 し られ、化学 かがく 的 てき な性質 せいしつ を化合 かごう 物 ぶつ の形 かたち で利用 りよう されていた[ 3] 。ラボアジエ の33元素 げんそ にもライム(酸化 さんか カルシウム )が含 ふく まれている。calxはギリシャ語 ご のchalix(カリクス,「小石 こいし 」)に由来 ゆらい し「石灰 せっかい 」の他 ほか 「小石 こいし 」の意味 いみ も持 も っていた。派生 はせい したcalculus(カルクルス)は「計 けい 算用 さんよう の小石 こいし 」、更 さら に「計算 けいさん 」の意味 いみ を持 も つようになり、英語 えいご のcalculateやcalculus等 とう の語 かたり の由来 ゆらい とされている。
石灰 せっかい (炭酸 たんさん カルシウム )を主成分 しゅせいぶん とする石灰岩 せっかいがん や大理石 だいりせき は耐久 たいきゅう 性 せい と加工 かこう 性 せい のバランスがよく、ピラミッド やパルテノン神殿 しんでん などで石材 せきざい として利用 りよう されている。しかし、カルシウムの化学 かがく 的 てき 性質 せいしつ を活用 かつよう した最初 さいしょ の例 れい としてはセメント の発明 はつめい をあげるべきだろう。
人類 じんるい 最初 さいしょ のセメントとして9000年 ねん 前 まえ のイスラエル で使 つか われていた「気 き 硬性 こうせい セメント」が知 し られている[ 4] 。これは、砕 くだ いた石灰岩 せっかいがん を熱 ねっ して酸化 さんか カルシウムを生成 せいせい させ、施工 しこう 後 ご にこれが空気 くうき 中 ちゅう の水分 すいぶん や炭酸 たんさん ガス と反応 はんのう して炭酸 たんさん カルシウムとなることを利用 りよう して硬化 こうか させる。
現在 げんざい に近 ちか い水 みず を加 くわ え水酸化 すいさんか カルシウムを生成 せいせい させる「水 みず 硬性 こうせい セメント」は、5000年 ねん 前 まえ の中国 ちゅうごく や4000年 ねん 前 まえ の古代 こだい ローマで利用 りよう され、同 おな じころにピラミッド建設 けんせつ には焼 やき 石膏 せっこう (硫酸 りゅうさん カルシウム )の水 みず 和 わ 反応 はんのう を利用 りよう する漆喰 しっくい [ 注釈 ちゅうしゃく 1] が用 もち いられた。
この様 よう にカルシウムは広 ひろ く利用 りよう され身近 みぢか な物質 ぶっしつ だったが、金属 きんぞく として単 たん 離 はなれ するには電気 でんき 分解 ぶんかい の登場 とうじょう を待 ま つ必要 ひつよう があった。1808年 ねん 、ハンフリー・デービー が生石灰 せいせっかい を酸化 さんか 水銀 すいぎん とともに溶融 ようゆう 電解 でんかい し、金属 きんぞく カルシウムを得 え ることに成功 せいこう した[ 2] 。
セメント・モルタル など、建設 けんせつ ・建築 けんちく 用 よう 資材 しざい として多用 たよう され、現在 げんざい でも使用 しよう 量 りょう の大 だい 部分 ぶぶん をコンクリート 製品 せいひん が占 し める。日本 にっぽん の生 なま コン生産 せいさん 量 りょう は、ピーク時 じ (1990年 ねん )には約 やく 2億 おく 立方 りっぽう メートル に達 たっ している。 多 おお くの用途 ようと があるが、金属 きんぞく 元素 げんそ としての需要 じゅよう はマグネシウム に劣 おと る。
セメント
日本 にっぽん は石灰岩 せっかいがん 資源 しげん が豊 ゆた かで、自給自足 じきゅうじそく し輸出 ゆしゅつ もしてきたが、近年 きんねん は減少 げんしょう 傾向 けいこう で2009年度 ねんど 生産 せいさん 量 りょう は5800万 まん トンと、ピーク時 じ の半分 はんぶん 程度 ていど となっている。生産 せいさん 量 りょう の4分 ぶん の3をポルトランドセメント が占 し め、残 のこ りの大 だい 部分 ぶぶん は高炉 こうろ セメント である。
石材 せきざい 、窓 まど 材 ざい 、彫刻 ちょうこく
白 しろ い大理石 だいりせき や、透明 とうめい 度 ど の高 たか い石膏 せっこう が好 この んで利用 りよう される。しかし大理石 だいりせき や石灰岩 せっかいがん は酸性 さんせい 雨 う により分解 ぶんかい されてしまうため建築 けんちく 物 ぶつ の腐食 ふしょく による劣化 れっか が懸念 けねん される。
漆喰 しっくい
消石灰 しょうせっかい や苦 く 灰 はい 石 せき を固化 こか 剤 ざい とする。
モルタル
おもに細 ほそ 骨 ほね 材 ざい セメントが用 もち いられる。
断熱 だんねつ 材 ざい 、保温 ほおん 材 ざい
ケイ酸 けいさん カルシウム を発泡 はっぽう させたもので耐火 たいか 性 せい を持 も ち、アスベスト 代替 だいたい 品 ひん として用 もち いられる。
石膏 せっこう ボード
石膏 せっこう は不燃 ふねん 性 せい でありなおかつ熱 ねつ 伝導 でんどう 性 せい が低 ひく い。そして、石膏 せっこう は熱 ねつ を加 くわ えられると焼石膏 しょうせっこう になる。
CaSO
4
⋅
2
H
2
O
(
s
)
⟶
CaSO
4
⋅
1
2
H
2
O
(
s
)
+
3
2
H
2
O
(
g
)
{\displaystyle {\ce {CaSO4\cdot 2H2O(s)->CaSO4\cdot {\frac {1}{2}}H2O(s)\ +{\frac {3}{2}}H2O(g)}}}
この反応 はんのう は吸熱過程 かてい (+117 kJ/mol)でありなおかつ、生 しょう じた液体 えきたい の水 みず が蒸発 じょうはつ するときに気化 きか 熱 ねつ を奪 うば う。最終 さいしゅう 的 てき に水蒸気 すいじょうき は不 ふ 活性 かっせい ガスとして働 はたら き、炎 ほのお への酸素 さんそ の供給 きょうきゅう を減少 げんしょう させる。
これらの理由 りゆう から、家 いえ やオフィスの内壁 ないへき として用 もち いられる耐火 たいか 性 せい 壁 かべ 板 ばん としても使 つか われている。
精錬 せいれん
酸素 さんそ と結 むす びつきやすい性質 せいしつ から、古 いにしえ より蛍 ぼたる 石 せき (フッ化 か カルシウム )が融 とおる 剤 ざい として銅 どう の精錬 せいれん に用 もち いられた。
製鉄 せいてつ 、製鋼 せいこう
日本 にっぽん の生石灰 せいせっかい 生産 せいさん 量 りょう の半分 はんぶん を消費 しょうひ する。高炉 こうろ の不純物 ふじゅんぶつ 除去 じょきょ 剤 ざい として、鉄鉱 てっこう 石 せき やコークス とともに投入 とうにゅう され、シリカ 、アルミナ とスラグ (ケイ酸 けいさん カルシウムアルミニウム)を作 つく り銑鉄 せんてつ から分離 ぶんり する。また、造 みやつこ 粒 つぶ 強化 きょうか 、熱 ねつ 効率 こうりつ 改善 かいぜん 、窒素 ちっそ 酸化 さんか 物 ぶつ 削減 さくげん 効果 こうか を持 も つ。転 てん 炉 ろ ではおもにリン、硫黄 いおう の除去 じょきょ と温度 おんど 調整 ちょうせい 効果 こうか を持 も つほか、高級 こうきゅう 鋼 こう の炉 ろ 外 がい 精錬 せいれん に用 もち いる[ 5] 。
非鉄 ひてつ 金属 きんぞく 鉱業 こうぎょう
還元 かんげん 剤 ざい としてチタン [ 6] や希土類 きどるい (還元 かんげん 拡散 かくさん 法 ほう )[ 7] 、ウラン [ 8] やプルトニウム [ 9] 。
酸化 さんか 物 ぶつ 陰極 いんきょく
仕事 しごと 関数 かんすう が小 ちい さい熱 ねつ 陰極 いんきょく (真空 しんくう 管 かん 、ブラウン管 ぶらうんかん 、蛍光 けいこう ランプ など)材料 ざいりょう として、バリウム 、ストロンチウム とともに三 さん 元 もと 酸化 さんか 物 ぶつ として1950年 ねん ごろに用 もち いられた[ 10] 。
合金 ごうきん 添加 てんか 剤 ざい
マグネシウム合金 ごうきん に0.25 %添加 てんか すると、耐 たい 熱性 ねっせい が200–300 °C高 たか い難 なん 燃 もえ 性 せい 合金 ごうきん となる。
るつぼ 、耐火 たいか 材 ざい
多孔 たこう 質 しつ のカルシア(酸化 さんか カルシウム)は2000 °Cまで使用 しよう でき、触媒 しょくばい 作用 さよう ・吸収 きゅうしゅう ・汚染 おせん が少 すく ない。
化学 かがく 工業 こうぎょう
安価 あんか で安全 あんぜん なアルカリ剤 ざい として欠 か かせない。おもに消石灰 しょうせっかい (水酸化 すいさんか カルシウム)の石灰乳 せっかいにゅう (水 みず でスラリー 状 じょう にしたもの)が用 もち いられる。
マグネシア(酸化 さんか マグネシウム )製造 せいぞう
消石灰 しょうせっかい により海水 かいすい 中 なか の塩化 えんか マグネシウム を複 ふく 分解 ぶんかい 回収 かいしゅう する(おもに日本 にっぽん )。
ソーダ灰 はい (炭酸 たんさん ナトリウム )製造 せいぞう
循環 じゅんかん アンモニア の回収 かいしゅう 剤 ざい および塩化 えんか 物 ぶつ イオン の吸収 きゅうしゅう 剤 ざい として使用 しよう する。
エポキシ樹脂 じゅし 製造 せいぞう
原料 げんりょう のプロピレンオキサイド やエピクロルヒドリン の製造 せいぞう で、ケン化 か 、中和 ちゅうわ 、加熱 かねつ を同時 どうじ に進行 しんこう させる。
カルシウムカーバイド(炭化 たんか カルシウム )
アセチレン 製造 せいぞう に必要 ひつよう で、高温 こうおん 電気 でんき 炉 ろ で石灰 せっかい とコークスを強 つよ 熱 ねっ して製造 せいぞう される。カーバイドの主要 しゅよう な用途 ようと はアセチレンの生成 せいせい である。
CaC
2
(
s
)
+
2
H
2
O
(
l
)
⟶
Ca
(
OH
)
2
(
s
)
+
C
2
H
2
(
g
)
{\displaystyle {\ce {CaC2(s) + 2H2O(l) -> Ca(OH)2(s) + C2H2(g)}}}
また、空気 くうき 中 ちゅう の窒素 ちっそ とも反応 はんのう しシアナミドイオン を作 つく りメラミンプラスチックの主要 しゅよう な材料 ざいりょう である。
CaC
2
(
s
)
+
N
2
(
g
)
⟶
CaCN
2
(
s
)
+
C
(
s
)
{\displaystyle {\ce {CaC2(s) + N2(g) -> CaCN2(s) + C(s)}}}
さらし粉 こ (次 つぎ 亜 あ 塩素 えんそ 酸 さん カルシウム )
生石灰 せいせっかい に塩素 えんそ を吸収 きゅうしゅう させ、比較的 ひかくてき 安定 あんてい で安価 あんか な消毒 しょうどく 剤 ざい として広 ひろ く使 つか われている。
パルプ 工業 こうぎょう
蒸 ふけ 解 かい に使用 しよう した苛性 かせい ソーダ廃液 はいえき (リグニン を含 ふく む黒 くろ 液 えき )を、燃焼 ねんしょう 分解 ぶんかい して炭酸 たんさん ナトリウム溶液 ようえき とし、生石灰 せいせっかい で再生 さいせい する。
ガラス製造 せいぞう
ソーダ石灰 せっかい ガラス の原料 げんりょう として、ナトリウム、ケイ素 けいそ 、カルシウムの酸化 さんか 物 ぶつ が用 もち いられる。
排水 はいすい 処理 しょり
無機 むき 酸性 さんせい 排水 はいすい の中和 ちゅうわ に多用 たよう されるほか、フッ素 ふっそ 、リン 、重金属 じゅうきんぞく の除去 じょきょ に使用 しよう される。
排 はい ガス処理 しょり
火力 かりょく 発電 はつでん 所 しょ で硫黄 いおう 酸化 さんか 物 ぶつ 吸収 きゅうしゅう 剤 ざい として排煙 はいえん 脱硫 だつりゅう に利用 りよう され、副 ふく 生 せい する硫酸 りゅうさん カルシウムは原料 げんりょう 石膏 せっこう となる。
ゴミ焼却 しょうきゃく 炉 ろ
炉 ろ などを腐食 ふしょく する塩化 えんか 水素 すいそ が大量 たいりょう に発生 はっせい するため、生石灰 せいせっかい 、消石灰 しょうせっかい の粉末 ふんまつ を吸収 きゅうしゅう 剤 ざい として煙 けむり 道 どう へ吹 ふ き込 こ む。
食品 しょくひん 工業 こうぎょう 、家庭 かてい 用品 ようひん ほか
編集 へんしゅう
製糖 せいとう
消石灰 しょうせっかい を粗糖 そとう 溶液 ようえき に加 くわ え炭酸 たんさん ガスを吹 ふ き込 こ み、炭酸 たんさん カルシウムの吸着 きゅうちゃく ・凝集 ぎょうしゅう 沈殿 ちんでん 効果 こうか で精製 せいせい する。
食品 しょくひん 添加 てんか 物 ぶつ
コンニャク の凝固 ぎょうこ 剤 ざい 、豆腐 とうふ の凝固 ぎょうこ 剤 ざい 、栄養 えいよう 強化 きょうか 剤 ざい として用 もち いられる。
乾燥 かんそう 剤 ざい
無 む 水物 みずもの の水 みず 和 わ 反応 はんのう を利用 りよう し、酸化 さんか カルシウムや塩化 えんか カルシウムが用 もち いられた。能力 のうりょく はシリカゲルに劣 おと るが、押入 おしい れ の湿気 しっけ 取 と りなどで利用 りよう される。
発熱 はつねつ 剤 ざい
酸化 さんか カルシウムの水 みず 和 わ (発熱 はつねつ 反応 はんのう )を、携帯 けいたい 食品 しょくひん (弁当 べんとう や飲 の み物 もの など)を加熱 かねつ する手段 しゅだん として用 もち いる。
融雪 ゆうせつ 剤 ざい
塩 しお カル(塩化 えんか カルシウム)による溶解 ようかい 熱 ねつ 、凝固 ぎょうこ 点 てん 降下 こうか を利用 りよう している。
学校 がっこう 用品 ようひん
セッコウあるいは炭酸 たんさん カルシウムはチョーク に使 つか われている。:炭酸 たんさん カルシウム(かつては消石灰 しょうせっかい )はグラウンドの白線 はくせん 用 よう ライン材 ざい などにも利用 りよう されている。
入浴 にゅうよく 剤 ざい
湯 ゆ を白濁 はくだく させたりアルカリ性 あるかりせい にして肌触 はだざわ りを変化 へんか させるため、炭酸 たんさん カルシウムが利用 りよう される。
研磨 けんま 剤 ざい
炭酸 たんさん カルシウムが歯磨 はみが き粉 こ や消 け しゴム などに用 もち いられる。
農薬 のうやく
ボルド ぼるど ー液 えき 、石灰 せっかい 硫黄 いおう 合 ごう 剤 ざい 、石灰 せっかい 防除 ぼうじょ などに使 つか われる。
無機 むき 肥料 ひりょう
苦 く 土 ど 石灰 せっかい 、過 か リン酸 さん 石灰 せっかい 、硝酸 しょうさん カルシウムなどのほか、連作 れんさく 障害 しょうがい 対策 たいさく の土壌 どじょう 中和 ちゅうわ ・殺菌 さっきん 兼用 けんよう で生石灰 せいせっかい 、消石灰 しょうせっかい が使用 しよう される。
飼料 しりょう
家畜 かちく の栄養 えいよう 保健 ほけん 剤 ざい 。
カルシウムの原子 げんし 番号 ばんごう 20番 ばん は陽子 ようし の魔法 まほう 数 すう であり、安定 あんてい 同位 どうい 体 たい が4種 しゅ と多 おお い。さらに、中性子 ちゅうせいし も魔法 まほう 数 すう である二 に 重 じゅう 魔法 まほう 数 すう の同位 どうい 体 たい を2つ(40 Ca、48 Ca)持 も っている。40 Caは安定 あんてい 核種 かくしゅ の列 れつ から外 はず れた位置 いち にあるにもかかわらず、天然 てんねん 存在 そんざい 率 りつ が約 やく 97 %と著 いちじる しく高 たか い。一方 いっぽう の48 Caも周囲 しゅうい を短 たん 寿命 じゅみょう 核種 かくしゅ に囲 かこ まれながら、半減 はんげん 期 き 430京 きょう 年 とし と極端 きょくたん に安定 あんてい しており、存在 そんざい 率 りつ も46 Caの数 すう 十 じゅう 倍 ばい である。
カルシウムは古典 こてん 的 てき なクラーク数 すう で、第 だい 5位 い に位置 いち し、地殻 ちかく 中 なか の存在 そんざい 率 りつ は3.39 %とされていた。現在 げんざい は地球 ちきゅう 温暖 おんだん 化 か の主 しゅ 要因 よういん となる二酸化炭素 にさんかたんそ を、炭酸 たんさん カルシウムとして封 ふう じ込 こ める役 やく を持 も つとして関心 かんしん が高 たか まっている。カルシウムは主 おも に炭酸 たんさん カルシウムとして世界中 せかいじゅう の白亜 はくあ 、石灰岩 せっかいがん 、大理石 だいりせき の塊状 かいじょう 鉱床 こうしょう として存在 そんざい する。
石灰岩 せっかいがん の成因 せいいん は、海水 かいすい 中 ちゅう で炭酸 たんさん カルシウムの溶解 ようかい 度 ど を超 こ えた水域 すいいき で沈殿 ちんでん し生成 せいせい される。
Ca
2
+
(
aq
)
+
CO
3
2
−
(
aq
)
⟷
CaCO
3
(
s
)
{\displaystyle {\ce {Ca^2+(aq) + CO3^{2-}(aq) <-> CaCO3(s)}}}
またそのほか、サンゴ虫 ちゅう が形成 けいせい する外 そと 骨格 こっかく に由来 ゆらい するサンゴ礁 さんごしょう の寄与 きよ が大 おお きいと考 かんが えられている。石灰岩 せっかいがん 中 ちゅう の二酸化炭素 にさんかたんそ は、自然 しぜん 界 かい では火山 かざん による熱 ねつ 変成 へんせい 作用 さよう や鍾乳洞 しょうにゅうどう でみられるような溶出 ようしゅつ により大気 たいき 中 ちゅう に放出 ほうしゅつ されるが、炭酸 たんさん 水素 すいそ イオン として水系 すいけい に取 と り込 こ まれやすいため、短期間 たんきかん でカルシウムやマグネシウムなどと難 なん 溶性 ようせい 塩 しお を生成 せいせい し、再 ふたた び固定 こてい される。
Ca
(
HCO
3
)
2
(
aq
)
⟶
CaCO
3
(
s
)
+
CO
2
(
g
)
+
H
2
O
(
l
)
{\displaystyle {\ce {Ca(HCO3)2(aq) ->CaCO3(s) +CO2(g) +H2O(l)}}}
大理石 だいりせき や石灰岩 せっかいがん は建築 けんちく 物 ぶつ の素材 そざい としてよく用 もち いられてきたが、酸 さん による腐食 ふしょく 作用 さよう に弱 よわ い性質 せいしつ を持 も つ
CaCO
3
(
s
)
+
2
H
+
(
aq
)
⟶
Ca
2
+
(
aq
)
+
CO
2
(
g
)
+
H
2
O
(
l
)
{\displaystyle {\ce {CaCO3(s) + 2H+(aq) -> Ca^{2+}(aq) + CO2(g) + H2O(l)}}}
天然 てんねん に存在 そんざい する炭酸 たんさん カルシウムの結晶 けっしょう 状態 じょうたい として方解石 ほうかいせき 、アラゴナイト 、バテライト がある。特 とく に方解石 ほうかいせき の結晶 けっしょう 形 がた は2 ふた つの異 こと なる屈折 くっせつ 率 りつ を持 も ち、2 ふた つの像 ぞう を結 むす ぶため偏 へん 光 こう 顕微鏡 けんびきょう の機能 きのう に欠 か かせないものとなっている。
ドロマイト (白雲 しらくも 石 せき )CaMg(CO3 )2 は堆積 たいせき 物 ぶつ 中 ちゅう に広 ひろ く分布 ぶんぷ しており、ヨーロッパのドロミテ山塊 さんかい 全体 ぜんたい にも含 ふく まれる。構造 こうぞう は炭酸 たんさん イオンに対 たい してマグネシウムイオンとカルシウムイオンが交互 こうご に配列 はいれつ しており、原油 げんゆ の成分 せいぶん である炭化 たんか 水素 すいそ の堆積 たいせき 物 ぶつ の多 おお くがドロマイト岩 がん 中 ちゅう に存在 そんざい する。この物質 ぶっしつ を実験 じっけん 室 しつ 的 てき に合成 ごうせい するには150 °C以上 いじょう で行 おこな う必要 ひつよう があり、地表 ちひょう 上 じょう の環境 かんきょう 条件 じょうけん と異 こと なるため、どうしてドロマイトが生成 せいせい するのかは謎 なぞ であった。主流 しゅりゅう である説 せつ としては石灰岩 せっかいがん の地表 ちひょう が生成 せいせい された後 のち 地中 ちちゅう 深 ふか くに埋 う められ、マグネシウムイオンを豊富 ほうふ に含 ふく む水 みず が地層 ちそう 中 ちゅう を流 なが れることでカルシウムイオンとマグネシウムイオンとで置換 ちかん が行 おこな われたとする説 せつ である。
ヒト を含 ふく む動物 どうぶつ や植物 しょくぶつ の代表 だいひょう 的 てき なミネラル (必須 ひっす 元素 げんそ )である。カルシウムは真 ま 核 かく 細胞 さいぼう 生物 せいぶつ にとって必須 ひっす 元素 げんそ であり、植物 しょくぶつ にとっても肥料 ひりょう として必要 ひつよう である。
人体 じんたい の構成 こうせい 成分 せいぶん としてのカルシウムは、成人 せいじん 男性 だんせい の場合 ばあい で約 やく 1キロを占 し める。おもに骨 ほね や歯 は としてヒドロキシアパタイト (Ca5 (PO4 )3 (OH) )の形 かたち で存在 そんざい する。
生体 せいたい 内 ない のカルシウムは、遊離 ゆうり 型 がた ・タンパク質 たんぱくしつ 結合 けつごう 型 がた ・沈着 ちんちゃく 型 がた で存在 そんざい する。ヒトをはじめとする脊椎動物 せきついどうぶつ では、おもに骨質 こっしつ として大量 たいりょう の沈着 ちんちゃく 型 がた がストックされているが、細胞 さいぼう 内 うち のカルシウムイオンは外 そと より極端 きょくたん に濃度 のうど が低 ひく く、その差 さ は3桁 けた に達 たっ する。同様 どうよう の濃度 のうど 差 さ はカリウム とナトリウム でも見 み られるが、カルシウムでは細胞 さいぼう 内 ない 濃度 のうど が厳密 げんみつ に保 たも たれている。これは、真 ま 核 かく 細胞 さいぼう 内 ない の情報 じょうほう 伝達 でんたつ を担 にな うカルシウムシグナリング のためと考 かんが えられており、細胞 さいぼう 膜 まく にカルシウムイオンを排出 はいしゅつ するカルシウムチャネル が備 そな えられている。
筋肉 きんにく 細胞 さいぼう では、収縮 しゅうしゅく に関 かか わるタンパク質 たんぱくしつ (トロポニン )に結合 けつごう することが不可欠 ふかけつ である[ 11] 。カルシウムイオンは細胞 さいぼう 内 ない 液 えき にはほとんど存在 そんざい せず、細胞 さいぼう 外 がい からのカルシウムイオンの流入 りゅうにゅう や、細胞 さいぼう 内 ない の小 しょう 胞体に蓄 たくわ えられたカルシウムイオンの放出 ほうしゅつ は、さまざまなシグナルとしての生理 せいり 的 てき 機能 きのう がある。
筋肉 きんにく 細胞 さいぼう 以外 いがい においても、カルシウムイオンは細胞 さいぼう 収縮 しゅうしゅく 運動 うんどう に重要 じゅうよう な役割 やくわり を果 は たす。その一 ひと つの例 れい が、カルモジュリン である。これは平滑 へいかつ 筋 すじ や非 ひ 筋 すじ 細胞 さいぼう におけるミオシンとアクチン繊維 せんい による収縮 しゅうしゅく 運動 うんどう においてトロポニン の代 か わりの役割 やくわり を果 は たす。カリモジュリンは4つのCa結合 けつごう 部位 ぶい を持 も つ。Caイオンが結合 けつごう することで高次 こうじ 構造 こうぞう が変化 へんか して活性 かっせい 型 がた のカルモジュリン複 ふく 合体 がったい を形成 けいせい する。この4つの結合 けつごう 部位 ぶい というのがミソで、これらの部位 ぶい に対 たい するリガンド(つまりカルシウムイオン)の結合 けつごう 親和 しんわ 性 せい が巧 たく みに制御 せいぎょ されている。(これをアロステリック調節 ちょうせつ という。) 一 ひと つ部位 ぶい にカルシウムが結合 けつごう するごとに、他 た の部位 ぶい に対 たい するリガンドの結合 けつごう 親和 しんわ 性 せい が漸次 ぜんじ 変化 へんか することで、リガンドの濃度 のうど 変化 へんか に対 たい して非常 ひじょう に敏感 びんかん な調節 ちょうせつ が可能 かのう となるわけだ。
植物 しょくぶつ 細胞 さいぼう では、乾燥 かんそう 重 じゅう あたり1.8 %程度 ていど のカルシウムを含 ふく む。植物 しょくぶつ においてカルシウムはイオンとして存在 そんざい し、おもに細胞 さいぼう 壁 かべ 、細胞 さいぼう 膜 まく 外 そと 、液 えき 胞 、小 しょう 胞体 に多 おお く分布 ぶんぷ する一方 いっぽう 、サイトゾル 内 うち の濃度 のうど は低 ひく く保 たも たれている。植物 しょくぶつ 細胞 さいぼう におけるカルシウムの生理 せいり 作用 さよう は以下 いか の4点 てん である[ 12] 。
細胞 さいぼう 壁 かべ の安定 あんてい 化 か
細胞 さいぼう 膜 まく の安定 あんてい 化 か
染色 せんしょく 体 たい の構造 こうぞう 維持 いじ
二 に 次 じ メッセンジャーとして細胞 さいぼう 内 ない の情報 じょうほう 伝達 でんたつ
植物 しょくぶつ はカルシウム不足 ふそく になると、若葉 わかば が黄白 こうはく 色 しょく になったり、芯 しん が腐 くさ ることがある[ 13] 。一方 いっぽう 、カルシウム過多 かた になると微量 びりょう 要素 ようそ 欠乏症 けつぼうしょう になることがある[ 13] 。
カルシウムは便 びん や尿 にょう として体外 たいがい に排泄 はいせつ されるため、これを補 おぎな う最低 さいてい 必要 ひつよう 摂取 せっしゅ 量 りょう として、日本 にっぽん の厚生 こうせい 労働省 ろうどうしょう は1日 にち に700 mg(骨粗鬆症 こつそしょうしょう 予防 よぼう には800 mgを推奨 すいしょう )をあげている[ 14] 。
いくつかの症状 しょうじょう に対 たい し、医薬品 いやくひん として処方 しょほう されることがある。定番 ていばん となっている胃 い の制 せい 酸 さん 薬 やく 以外 いがい にも、カルシウム欠乏 けつぼう による筋肉 きんにく の痙攣 けいれん 、くる病 びょう 、骨 ほね 軟化 なんか 症 しょう 、低 てい カルシウム血 ち 症 しょう 、骨粗鬆症 こつそしょうしょう の治療 ちりょう に、おもに経口 けいこう 摂取 せっしゅ で用 もち いるほか、血液 けつえき 中 ちゅう のリン酸 さん 濃度 のうど を抑制 よくせい したい場合 ばあい に用 もち いる。また、栄養 えいよう 補助 ほじょ 食品 しょくひん も広 ひろ く販売 はんばい されており、病気 びょうき 治療 ちりょう で食事 しょくじ 制限 せいげん 中 なか の場合 ばあい や、重度 じゅうど の骨粗鬆症 こつそしょうしょう で大量 たいりょう 摂取 せっしゅ したいとき、食事 しょくじ 量 りょう が落 お ちた高齢 こうれい 者 しゃ などで効果 こうか が期待 きたい できる。
カルシウムの血 ち 中 ちゅう 濃度 のうど が正常 せいじょう 範囲 はんい を外 はず れていると、骨 ほね からの出 だ し入 い れ量 りょう を調節 ちょうせつ する副 ふく 甲状腺 こうじょうせん 機能 きのう の異常 いじょう などが疑 うたが われる[ 15] [ 16] 。健常 けんじょう 者 しゃ では体液 たいえき 内 ない 濃度 のうど は平衡 へいこう に保 たも たれ、妊娠 にんしん 期 き の女性 じょせい も食物 しょくもつ からの吸収 きゅうしゅう 能力 のうりょく が自然 しぜん に増 ま すため、偏 かたよ った食生活 しょくせいかつ でなければ追加 ついか 摂取 せっしゅ は必要 ひつよう ない[ 17] 。過剰 かじょう 摂取 せっしゅ は高 こう カルシウム血 ち 症 しょう やミルク・アルカリ症候群 しょうこうぐん の原因 げんいん となるため、一 いち 日 にち 摂取 せっしゅ 許容 きょよう 量 りょう 上限 じょうげん として2300 mgが示 しめ されている。一方 いっぽう で、尿 にょう 路 ろ 結石 けっせき の構成 こうせい 成分 せいぶん にシュウ酸 さん カルシウムがあるため、カルシウムの摂取 せっしゅ は結石 けっせき 形成 けいせい に促進 そくしん 的 てき に働 はたら くと考 かんが えられていたが、近年 きんねん では一定 いってい 量 りょう のカルシウム摂取 せっしゅ はむしろ結石 けっせき 予防 よぼう に有効 ゆうこう であると指導 しどう するようになってきている[ 18] 。摂取 せっしゅ されたカルシウムが腸管 ちょうかん 内 ない でシュウ酸 さん と結合 けつごう し難 なん 溶性 ようせい のシュウ酸 さん カルシウムとして糞便 ふんべん で排泄 はいせつ されることで、尿 にょう 路 ろ へと排泄 はいせつ されるシュウ酸 さん 量 りょう が減少 げんしょう するためである[ 19] 。
推奨 すいしょう 摂取 せっしゅ 量 りょう はさまざまに推定 すいてい されているが長 なが い期間 きかん での観察 かんさつ 研究 けんきゅう が不足 ふそく しており、牛乳 ぎゅうにゅう には健康 けんこう 上 じょう の懸念 けねん があるため、健康 けんこう 的 てき で安全 あんぜん なカルシウムの源 みなもと はまだ確立 かくりつ されていない[ 20] 。1000 mgを推奨 すいしょう するような大量 たいりょう のカルシウムの摂取 せっしゅ は疑問 ぎもん 視 し されており、それは骨折 こっせつ リスクが減少 げんしょう しないという証拠 しょうこ が集 あつ まっていることによる[ 20] 。
2002年 ねん の世界 せかい 保健 ほけん 機関 きかん の報告 ほうこく 書 しょ では、動物 どうぶつ 性 せい タンパク質 たんぱくしつ の摂取 せっしゅ 量 りょう が60 gから20 gへと40 g減少 げんしょう すると、カルシウム必要 ひつよう 量 りょう が240 mg減少 げんしょう し、同様 どうよう にナトリウムが2.3 g減少 げんしょう すると必要 ひつよう 量 りょう は240 mg減少 げんしょう するという推定 すいてい がある[ 21] 。
カルシウムは必須 ひっす 元素 げんそ として以上 いじょう の効果 こうか を期待 きたい され、いくつもの疫学 えきがく 調査 ちょうさ が行 おこな われている。
有効 ゆうこう 性 せい ありと判定 はんてい された例 れい [ 22]
低 てい カルシウム血 ち 症 しょう
くる病 びょう ・骨 ほね 軟化 なんか 症 しょう
制 せい 酸 さん 剤 ざい
おそらく効果 こうか ありと判定 はんてい された例 れい
閉経 へいけい 前後 ぜんこう の骨 ほね 量 りょう 減少 げんしょう
胎児 たいじ の骨 ほね 成長 せいちょう ・骨 ほね 密度 みつど 増加 ぞうか (註:リバウンドを含 ふく め、出生 しゅっしょう 後 ご の追跡 ついせき 調査 ちょうさ 例 れい 見 み つからず)
上皮 じょうひ 小体 こてい 亢進 こうしん 症 しょう (慢性 まんせい 腎 じん 機能 きのう 障害 しょうがい 患者 かんじゃ )
可能 かのう 性 せい ありと判定 はんてい された例 れい
骨粗鬆症 こつそしょうしょう 、骨 ほね 密度 みつど 減少 げんしょう (ステロイドの長期間 ちょうきかん 服用 ふくよう 者 しゃ でビタミンD併用 へいよう 時 じ )
高齢 こうれい 者 しゃ における歯 は の損失 そんしつ
歯 は へのフッ素 ふっそ の過剰 かじょう 沈着 ちんちゃく (小児 しょうに でビタミンC・D併用 へいよう )
虚 きょ 血 ち 性 せい 発作 ほっさ
血圧 けつあつ 減少 げんしょう (腎 じん 疾患 しっかん 末期 まっき )
高血圧 こうけつあつ 、子癇 しかん 前 まえ 症 しょう での血圧 けつあつ 減少 げんしょう (カルシウム摂取 せっしゅ 不足 ふそく の妊 にん 婦 ふ )
直腸 ちょくちょう 上皮 じょうひ の異常 いじょう 増殖 ぞうしょく 、下痢 げり (腸管 ちょうかん バイパス手術 しゅじゅつ を受 う けた人 ひと )
妊娠 にんしん 中 ちゅう の腓 こむら (こむら)返 がえ り
骨粗鬆症 こつそしょうしょう 診療 しんりょう ガイドライン では、カルシウムのサプリメント の摂取 せっしゅ は骨 ほね 密度 みつど を2 %増 ふ やすが骨折 こっせつ 率 りつ には変化 へんか がないため、すすめられる根拠 こんきょ がない(グレードC)に分類 ぶんるい される[ 23] 。2015年 ねん のシステマティックレビュー では、ほとんどの研究 けんきゅう がカルシウムと骨折 こっせつ との間 あいだ に関連 かんれん 性 せい を見出 みいだ していないため、食事 しょくじ からのカルシウム摂取 せっしゅ の増加 ぞうか が骨折 こっせつ を予防 よぼう するという証拠 しょうこ はなく、カルシウムのサプリメントでは弱 よわ い証拠 しょうこ しかないがその結果 けっか に矛盾 むじゅん があった[ 24] 。
ハーバード大学 だいがく の公衆 こうしゅう 衛生 えいせい 大学院 だいがくいん によれば、カルシウム摂取 せっしゅ のために乳製品 にゅうせいひん がもっともよい選択 せんたく かは明 あき らかではないとする。乳製品 にゅうせいひん 以外 いがい のカルシウムの摂取 せっしゅ 源 げん として コラード 、チンゲンサイ 、豆乳 とうにゅう 、ベイクドビーンズ が挙 あ げられている[ 25] 。
ビタミンD は、小腸 しょうちょう の腸 ちょう 細胞 さいぼう の柔 やわら もうを通 つう じてカルシウムを吸収 きゅうしゅう する際 さい に、カルシウム結合 けつごう タンパク の量 りょう を増加 ぞうか させるカルシウム吸収 きゅうしゅう の要因 よういん として重要 じゅうよう である。ビタミンDは、腎臓 じんぞう において尿 にょう からカルシウムが損失 そんしつ することを抑制 よくせい する。
2つの無 む 作為 さくい 化 か 比較 ひかく 試験 しけん [ 26] [ 27] の国際 こくさい コクラン共同 きょうどう 計画 けいかく によるメタ分析 ぶんせき [ 28] によると、カルシウムは大腸 だいちょう 腺腫 せんしゅ 性 せい ポリープ をある程度 ていど 抑制 よくせい しうる可能 かのう 性 せい があることが発見 はっけん された。
最近 さいきん の研究 けんきゅう 結果 けっか は矛盾 むじゅん したものであるが、1つはビタミンD の抗 こう 癌 がん 効果 こうか について肯定 こうてい 的 てき なものであり(Lappeほか)、癌 がん のリスクに対 たい してカルシウムのみから独立 どくりつ した肯定 こうてい 的 てき 作用 さよう を行 おこな っているとしたものである(以下 いか の2番目 ばんめ の研究 けんきゅう を参照 さんしょう のこと)[ 29] 。
ある無作為 むさくい 化 か 比較 ひかく 試験 しけん は、1000 mgのカルシウム成分 せいぶん と400IUのビタミンD3は大腸 だいちょう 癌 がん に何 なに も効果 こうか を示 しめ さなかった[ 30] 。
ある無作為 むさくい 化 か 比較 ひかく 試験 しけん は、1400–1500 mgのカルシウムサプリメントと1100IUのビタミンD3が塊状 かいじょう の癌 がん の相対 そうたい 的 てき リスクを0.402まで低下 ていか させることを示 しめ した[ 31] 。ある疫学 えきがく 的 てき 研究 けんきゅう では、高 こう 容量 ようりょう のカルシウムとビタミンDの摂取 せっしゅ は更年期 こうねんき 前 まえ の乳癌 にゅうがん の発生 はっせい リスクを低 ひく めていることが発見 はっけん された[ 32] 。
日本 にっぽん の国立 こくりつ がん研究 けんきゅう センター が4万 まん 3000人 にん を追跡 ついせき した大 だい 規模 きぼ 調査 ちょうさ では、乳製品 にゅうせいひん の摂取 せっしゅ が前立腺 ぜんりつせん 癌 がん の発症 はっしょう 率 りつ を上 あ げることを示 しめ し、カルシウムや飽和 ほうわ 脂肪酸 しぼうさん の摂取 せっしゅ が前立腺 ぜんりつせん 癌 がん のリスクをやや上 あ げることを示 しめ した[ 33] 。
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