炭酸カルシウム：構造、特性、形成、用途 - 化学 - 2025

炭酸カルシウムはその化学式のCaCOである無機化合物である₃。主に方解石やアラゴナイトなどの鉱物に含まれています。また、鉱物方解石が存在する堆積岩である石灰岩を構成します。

この重要な金属炭酸塩は、それを含む鉱物の抽出と製粉によって工業的に得られます。大理石は主にこの目的で使用されます。別のプロセスは、水酸化カルシウムに変換される酸化カルシウムの使用にあり、二酸化炭素を添加することにより、そこから炭酸カルシウムを沈殿させる。このようにして、幅広いサイズの結晶が得られます。

カタツムリの殻は、主に炭酸カルシウムで構成されています。出典：Pixabay。

クラムの殻、卵の殻、カキの殻が含まれているものは、CaCO ₃の小規模な工業生産にも使用できます。

石灰岩に存在する炭酸カルシウムは、水中の二酸化炭素によって溶解され、重炭酸カルシウムを生成します。この行為は洞窟を引き起こす可能性があり、水のアルカリ化の原因です。その中での生活の維持に非常に重要なイベント。

それは彫刻の構築と精巧化に使用されてきました。この例には、アテネのパルテノン神殿、クラクフの大聖堂、ワシントンのエイブラハムリンカーンの彫刻があります。ただし、酸性雨への影響を受けやすく、建設での使用が減少しています。

炭酸カルシウムは、プラスチックや紙のフィラー材料として、業界で複数の用途があります。医学では、胃の酸性度を制御するために使用されています。カルシウムの栄養補助食品として; 慢性腎不全患者などのリン血症を抑制するため

構造

空間充填モデルで表現されたCaCO3結晶構造。出典：CCoil

炭酸カルシウムCaCO ₃の式は、Ca ^2+と CO ₃ ^2-イオンの比率が1：1であることを示しています。つまり、Ca ²⁺ごとに、対応するCO ₃ ^2-が静電的に相互作用します。したがって、イオン結合はこれらのイオンを配置して、結晶を定義する構造パターンを形成することになります。

上の画像はCaCO ₃の構造を示しています。緑の球はCa ²⁺カチオンに対応し、赤と黒の球はCO ₃ ^2-アニオンに対応します。構造が複数の層で構成されているように見えることに注意してください。1つはカルシウム、もう1つは炭酸塩です。つまり、コンパクトな六角形の構造に結晶化します。

このヘキサゴナル相（β-のCaCO _3が）多形に対応します。斜方晶（λ-炭酸カルシウム：他の二つがあり₃）、さらに密な六角形（μ-のCaCO ₃）。以下の画像は、幸せな六角形をよりよく視覚化するのに役立ちます。

方解石の六方晶構造。英語版ウィキペディアの材料科学者

ただし、温度（およびこの塩の場合は圧力が低い）によっては、振動中のイオンが他の構造に再調整されます。これらはすでに述べた多形（β、λ、μ）です。

将来のセクションで鉱物名で言及されない限り、それらはあまり知られていません。

タンパク質硬度

CaCO ₃結晶は単独ではありません。それらは、結晶を着色する他の金属カチオンなどの不純物をホストできます。あるいは、何らかの方法でその自然な硬度に寄与する有機マトリックスを組み込んだタンパク質。

タンパク質は、圧力または衝撃の下で結晶がお互いに対して経験する緊張を減らします。どうやって？ペインの間に挟まれると、まるで「パッド」のように機能します（レンガセメントレンガセットに似ています）。

そのため、この化合物またはミネラルは生体適合性があり、それがハリネズミの爪、貝殻、殻または骨の一部であることは驚くべきことではありません。新しい素材の開発に専念している人々にとって、それはインスピレーションの源となっています。

プロパティ

他の名前

-アラゴナイト

-方解石

-Volterito

-カルシウムミルク

-ホワイトボード

-大理石

モル質量

100.086 g / mol。

身体的特徴

無臭の白い粉。

味

チョークのような、無味。

融点と沸点

溶けたり沸騰したりする前にCO _2を放出するため分解します。

溶解度

水とアルコールに実質的に不溶。希酢酸と塩酸に発泡性に溶解します。しかし、水酸化物はその溶解度を低下させます。一方、アンモニウム塩と二酸化炭素は、炭酸カルシウムの水への溶解度を高めます。

密度

2.7〜2.95 g / cm ³。

分解

約825ºCで分解して、酸化カルシウム（石灰）と二酸化炭素（CO ₂）になります。

pH

8から9

屈折率

300 nmで-1.7216、589 nmで1.6584（方解石）。

300 nmで-1.5145、589 nmで1.4864（アラゴナイト）。

非互換性

酸、ミョウバン、アンモニウム塩。

融合のエンタルピー

36 kJ / mol、800°C（方解石）。

溶解度積定数

25°Cで3.36・10 ^-9

硬度

-3.0（方解石）

Mohsスケールで-3.5-4.0（アラゴナイト）。

相転移

アラゴナイトは準安定であり、400℃の乾燥空気で加熱すると不可逆的に方解石に変化します。

反応性

炭酸カルシウムは酸と反応し、二酸化炭素、イオン性カルシウム、および水を放出します。

炭酸カルシウムは、炭酸（H ₂ CO ₃）に相当する二酸化炭素で飽和した水と結合して、重炭酸カルシウムを形成します。

トレーニング

チョーク、大理石、石灰岩、最初の2つの鉱物、3つ目の岩質の材料は炭酸カルシウムを含み、堆積起源であり、何百万年にもわたってカタツムリが堆積することによって形成されたと考えられています。

pHは、24℃の温度で多形体を形成する上で最も重要な要素である可能性があります。バテライトは、8.5〜10のpH範囲で主な製品です。アラゴナイトはpH 11です。ｐＨ＞ １２の方解石。

また、多くの淡水藻類は、カルシウム飽和環境で育てられると方解石結晶を生成することが知られています。さらに、微細藻類は炭酸カルシウムの沈殿を引き起こすことができます。

炭酸カルシウムの形態

以下の画像は、炭酸カルシウムの3つの主要な形態または多形を示しています。

方解石結晶。出典：ParentGéry

アラゴナイト結晶。出典：Battistini Riccardo

バテライト結晶。出典：Rob Lavinsky、iRocks.com-CC-BY-SA-3.0

上から下に、多形の方解石、アラゴナイト、バテライトがあります。一見して、その結晶の形態の違いに注意してください（色は、その起源とその周囲の特性の典型です）。

バテライトは方解石よりも不透明であり、方解石は完全に透明になる（アイスランドスパー）ため、宝飾品や光学用途で使用されてきました。一方、アラゴナイト結晶は小さな細長いモノリスに似ています。

これらの3つの多形のサンプルを電子顕微鏡で観察すると、その結晶（技術では色分解ができないために灰色がかった色調）と、巨視的スケールと同じ形態が見られます。つまり、肉眼で。

これらの3つの多形の中で、方解石が最も豊富で安定しており、次にアラゴナイト、最後にバテライトという、最も希少なCaCO _3の形態があります。

用途

工業用

炭酸カルシウムは、合成ゴムと天然ゴムのねじれと牽引に対する耐性を高め、その柔軟性を維持します。セメントの原料や石灰の原料として建設業界で使用されています。酸性雨による被害を受けて使用が減少しました。

炭酸カルシウムは鉄の精製に使用されます。石灰の形で、金属中に存在する二酸化硫黄を除去します。ビートから砂糖の精製に使用されます。かつて黒板チョークとして使用されていましたが、このアプリケーションでは石膏に置き換えられました。

炭酸カルシウムは、ガラスの取り付けに使用されるパテと混合されます。おむつに使用される微孔性フィルムの充填材として、粉砕が使用されます。また、PVCなどのプラスチックのフィラー材としても使用されています。また、プラスチックの強度を高めます。

炭酸カルシウムは、塗料の被覆能力を高めるために使用されます。木質繊維よりも安価で、紙の10％以上を占めることができるため、紙の充填材として使用されています。

医師

胃酸過多症に対抗し、消化不良を緩和する制酸剤として使用されます。それは食餌療法のカルシウム補足としてそして骨粗しょう症の処置そして防止で使用されます。慢性腎不全患者の高リン血症の治療に使用されます。

HIVの治療に使用されるプロテアーゼ阻害剤の望ましくない影響を軽減するために使用されており、下痢の減少が患者で観察されています。

高血圧と子癇前症の妊婦では、どちらも胎児の存在によるカルシウムの需要の増加と関連している可能性があるため、血圧の低下を引き起こします。

その他

炭酸カルシウムは、農業で肥料として、また土壌の酸性と戦うために使用されます。保存料、色の保持、食品の引き締めとして使用されます。

また、練り歯磨きの成分であり、粉末状の洗浄剤や洗浄剤の研磨剤としても機能します。

参考文献

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