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| 名前 | |
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| その他の名前 | |
| 識別子 | |
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3Dモデル（JSmol）
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| チェビ |
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| チェムBL |
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| ケムスパイダー |
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| ドラッグバンク |
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| ECHA 情報カード | 100.029.000 |
| EC番号 |
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| E番号 | E516 （酸性度調整剤、…） |
| 7487 | |
| ケッグ |
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パブケム CID
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| RTECS番号 |
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| ユニ |
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CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |
| CaSO4 | |
| モル質量 | 136.14 g/mol (無水) 145.15 g/mol (半水和物) 172.172 g/mol (二水和物) |
| 外観 | 白色固体 |
| 臭い | 無臭 |
| 密度 | 2.96 g/cm 3 (無水) 2.32 g/cm 3 (二水和物) |
| 融点 | 1,460 °C (2,660 °F; 1,730 K) (無水) |
| 25℃で0.26 g/100ml（二水和物）[1] | |
溶解度積（K sp）
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4.93 × 10 -5 mol 2 L -2 (無水) 3.14 × 10 -5 (二水和物) [2] |
| グリセロールへの溶解度 | わずかに溶ける（二水和物） |
| 酸性度（p Ka） | 10.4 (無水) 7.3 (二水和物) |
磁化率（χ）
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-49.7·10 −6 cm 3 /モル |
| 構造 | |
| 斜方晶系 | |
| 熱化学 | |
標準モル
エントロピー ( S ⦵ 298 ) |
107 J·モル−1 ·K −1 [3] |
標準生成エンタルピー (Δ f H ⦵ 298 ) |
-1433 kJ/モル[3] |
| 危険 | |
| NFPA 704 (ファイアダイヤモンド) | |
| 引火点 | 不燃性 |
| NIOSH（米国健康暴露限界）： | |
PEL (許可)
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TWA 15 mg/m 3 (総量) TWA 5 mg/m 3 (相対量) [無水形態のみ] [4] |
REL (推奨)
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TWA 10 mg/m 3 (総量) TWA 5 mg/m 3 (相対量) [無水物のみ] [4] |
IDLH（差し迫った危険）
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ND [4] |
| 安全データシート（SDS） | ICSC1589 |
| 関連化合物 | |
その他の陽イオン
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硫酸マグネシウム 硫酸ストロンチウム 硫酸バリウム |
関連乾燥剤
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塩化カルシウム 硫酸マグネシウム |
関連化合物
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石膏 |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
 確認する （何ですか ？）
 インフォボックス参照
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硫酸カルシウム（または硫酸カルシウム）は、化学式CaSO 4の無機化合物および関連水和物です。γ-無水石膏（無水形態）の形で、乾燥剤として使用されます。特定の水和物は焼石膏としてよく知られており、別のものは鉱物石膏として自然に存在します。それは産業界で多くの用途があります。すべての形態は水に溶けにくい白い固体です。[5]硫酸カルシウムは水中で永久硬度を引き起こします。
水和状態と結晶構造
この化合物は、異なる結晶構造と鉱物に対応する 3 つの水和レベルで存在します。
- CaSO
4（無水石膏）：無水状態。[6] 構造はジルコニウムオルトケイ酸塩（ジルコン）の構造と関連している：Ca2歳以上
8座標なので、2−4
...は四面体で、O は 3 座標です。 - CaSO
4·2時間
2O（石膏と亜セレン酸塩（鉱物））：二水和物。[7] - CaSO
4· 1/2 H
2O (バッサナイト): 半水和物、石膏としても知られる。特定の半水和物は、α-半水和物とβ-半水和物に区別されることがある。[8]
用途
硫酸カルシウムの主な用途は、石膏やスタッコの製造です。これらの用途では、粉末にして焼成した硫酸カルシウムが水和すると成形可能なペーストになり、結晶性硫酸カルシウム二水和物として硬化するという事実を利用しています。また、硫酸カルシウムは水に溶けにくく、固化後は水と接触しても容易に溶解しないという 利点もあります。
水和反応と脱水反応
適切な加熱により、石膏はバサナイトまたは焼石膏と呼ばれる部分的に脱水した鉱物に変わります。この物質の化学式は CaSO 4 ·( n H 2 O) で、0.5 ≤ n ≤ 0.8 です。[8]構造内の水分を追い出すには、100 ～ 150 °C (212～302 °F) の温度が必要です。温度と時間の詳細は周囲の湿度によって異なります。工業用焼成では 170 °C (338 °F) もの高温が使用されますが、この温度で γ-無水石膏が形成され始めます。このときに石膏に伝わる熱エネルギー (水和熱) は、鉱物の温度を上げるのではなく、水 (水蒸気として) を追い出すことに使われる傾向があります。鉱物の温度は、水がなくなるまでゆっくりと上昇し、その後急速に上昇します。部分脱水の式は次のとおりです。
- CaSO 4・ 2H 2 O → CaSO 4・1/2 H 2 O + 1+1/2 H 2 O↑
この反応の吸熱特性は、乾式壁の性能に関係しており、住宅やその他の構造物に耐火性を与えます。火災では、乾式壁のシートの後ろの構造物は、石膏から水分が失われるため比較的冷たいままであり、そのため、フレームの損傷(木材の燃焼または高温での鋼鉄の強度低下による) とそれに伴う構造物の崩壊が防止 (または大幅に遅延) されます。しかし、高温では、硫酸カルシウムは酸素を放出し、酸化剤として機能します。この特性は、アルミノテルミーで使用されます。再水和すると単に液体または半液体のペーストを形成するか、粉末のままであるほとんどの鉱物とは対照的に、焼成石膏には珍しい特性があります。通常の (周囲) 温度で水と混合すると、化学的にはすぐに好ましい二水和物の形に戻り、物理的には「固まって」、硬くて比較的強い石膏結晶格子を形成します。
- CaSO 4 · 1/2 H 2 O + 1+1/2 H 2 O → CaSO 4・ 2 H 2 O
この反応は発熱反応であり、石膏をシート（乾式壁用）、棒（黒板チョーク用）、型（骨折の固定、または金属鋳造用）など、さまざまな形状に簡単に成形できる理由です。ポリマーと混合して、骨の修復セメントとして使用されました。少量の焼成石膏を土に加えると、鋳造土から直接強力な構造物が作成されます。これは、日干しレンガ（湿ると強度が低下する）の代替品です。脱水条件を変更して半水和物の多孔度を調整し、いわゆるα半水和物とβ半水和物（化学的にはほぼ同一）を生成できます。
180 °C (356 °F) に加熱すると、ほぼ水分を含まない形態の γ-無水石膏 (CaSO 4 · n H 2 O、n = 0 ～ 0.05) が生成されます。γ-無水石膏は水とゆっくりと反応して二水和物状態に戻ります。この特性は、市販の乾燥剤に利用されています。250 °C 以上に加熱すると、β-無水石膏または「天然」無水石膏と呼ばれる完全に無水の形態が形成されます。天然無水石膏は、非常に細かく粉砕されない限り、地質学的時間スケールでも水と反応しません。
半水和物とγ-無水石膏の組成が可変で、相互変換が容易なのは、可変量の水、またはメタノールなどの他の小分子を収容できる「チャネル」を含む、ほぼ同じ結晶構造によるものです。
食品業界
硫酸カルシウム水和物は豆腐などの製品の凝固剤として使用されます。[9]
FDAでは、チーズおよび関連チーズ製品、穀粉、ベーカリー製品、冷凍デザート、ゼリーやジャム用の人工甘味料、調味料野菜、調味料トマト、一部のキャンディーに使用することが許可されています。[10]
E番号シリーズではE516として知られており、国連のFAOでは固化剤、小麦粉処理剤、金属イオン封鎖剤、膨張剤として知られています。[10]
歯科
硫酸カルシウムは歯科で長い歴史をもって使用されています。[11]骨再生において、移植材料や移植結合剤（またはエクステンダー）として、また誘導骨組織再生におけるバリアとして使用されています。硫酸カルシウムは生体適合性材料であり、移植後に完全に吸収されます。[12]硫酸カルシウムは大きな宿主反応を引き起こさず、移植部位にカルシウムが豊富な環境を作り出します。[13]
乾燥剤
無水状態では、色指示剤入りの乾燥剤としてDrieriteという名前で販売されており、水分指示薬として機能する塩化コバルト(II)が含浸されているため、青色 (無水) またはピンク色 (水和) に見えます。
硫酸製造
1970年代まで、無水硫酸カルシウムから商業的な量の硫酸が生産されていました。 [14]頁岩や泥灰岩と混合し、1400℃で焙焼すると、硫酸の前駆体である二酸化硫黄ガスが放出されます。この反応では、セメントクリンカーの製造に使用されるケイ酸カルシウムも生成されます。[15] [16]
- 2 CaSO 4 + 2 SiO 2 + C → 2 CaSiO 3 + 2 SO 2 + CO 2
硫酸カルシウムに関連するいくつかの成分反応:
- CaSO 4 + 2 C → CaS + 2 CO 2
- 3 CaSO 4 + CaS + 2 SiO 2 → 2 Ca 2 SiO 4 + 4 SO 2
- 3 CaSO 4 + CaS → 4 CaO + 4 SO 2
- Ca 2 SiO 4 + CaO → Ca 3 OSiO 4
生産と発生
硫酸カルシウムの主な供給源は天然石膏と無水石膏で、蒸発岩として世界中の多くの場所で産出されます。これらは露天採石または深部採掘によって採掘されます。天然石膏の世界生産量は年間約1億2,700万トンです。[17]
天然源に加えて、硫酸カルシウムはさまざまなプロセスの副産物として生成されます。
- SO 2 + 0.5 O 2 + CaCO 3 → CaSO 4 + CO 2
関連する硫黄捕捉法では石灰が使用され、その一部では不純な亜硫酸カルシウムが生成され、これが貯蔵中に酸化されて硫酸カルシウムになります。
- リン酸岩からリン酸を生産する場合、リン酸カルシウムを硫酸で処理し、硫酸カルシウムを沈殿させます。リン酸石膏と呼ばれるこの生成物は不純物で汚染されていることが多く、経済的に使用できません。
- フッ化水素の製造では、フッ化カルシウムを硫酸で処理して硫酸カルシウムを沈殿させます。
- 亜鉛の精錬では、硫酸亜鉛溶液を消石灰で処理してバリウムなどの重金属を共沈殿させます。
- 硫酸カルシウムは、建設現場の廃乾式壁から回収して再利用することもできます。
これらの沈殿プロセスは、硫酸カルシウム製品に放射性元素を濃縮する傾向がある。この問題は、リン酸副産物の場合に特に顕著である。なぜなら、リン酸鉱石には天然にウランとその崩壊生成物であるラジウム226、鉛210、ポロニウム210が含まれるからである。リン鉱石からのウランの抽出は、ウラン市場の価格次第でそれ自体が経済的になる場合もあれば、環境法によってウランの分離が義務付けられ、その販売がプロセスコストの一部を回収するために使用される場合もある。[19] [20] [21]
硫酸カルシウムは、温度の上昇とともに溶解度が低下するため、工業用熱交換器の汚れ堆積物の一般的な成分でもあります(逆溶解度に関する特定のセクションを参照)。
溶解度
硫酸カルシウムの溶解度は、温度が上昇するにつれて低下します。この挙動 (「逆溶解度」) はまれです。ほとんどの塩の溶解は吸熱反応であり、溶解度は温度とともに増加します。硫酸カルシウムの逆溶解度は、暖房システムの最も高温の領域での沈殿や、ボイラー内のスケール形成、および炭酸カルシウムの沈殿にも関係しています。炭酸カルシウムの溶解度も、温水からCO 2が脱ガスしたり、システムから逃げ出したりした ときに低下します。
参照
参考文献
- ^ Lebedev, AL; Kosorukov, VL (2017). 「25°C における水中の石膏の溶解度」(PDF) . Geochemistry International . 55 (2): 171–177. Bibcode :2017GeocI..55..205L. doi :10.1134/S0016702917010062. S2CID 132916752.
- ^ DR Linde (編)「CRC 化学・物理ハンドブック」、第 83 版、CRC プレス、2002 年
- ^ ab Zumdahl, Steven S. (2009).化学原理 第6版. Houghton Mifflin Company. p. A21. ISBN 978-0-618-94690-7。
- ^ abc NIOSH 化学物質の危険性に関するポケットガイド。「#0095」。国立労働安全衛生研究所(NIOSH)。
- ^ Franz Wirsching「硫酸カルシウム」、ウルマン工業化学百科事典、2012 Wiley-VCH、ワインハイム。土井：10.1002/14356007.a04_555
- ^ 森川 秀; 湊 郁; 富田 孝; 岩井 誠 (1975). 「無水石膏：改良」. Acta Crystallographica Section B. 31 ( 8): 2164. Bibcode :1975AcCrB..31.2164M. doi :10.1107/S0567740875007145.
- ^ Cole, WF; Lancucki, CJ (1974). 「石膏 CaSOの結晶構造の改良
4·2時間
2O "。Acta CrystallographicaセクションB。30（4）：921。doi ： 10.1107 / S0567740874004055。 - ^ ab Taylor HFW (1990)セメント化学。Academic Press、ISBN 0-12-683900-X、pp. 186–187。
- ^ 「豆腐用凝固剤について」www.soymilkmaker.com . Sanlinx Inc. 2015年8月31日。2015年3月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年1月10日閲覧。
- ^ ab 「CID 24497 – 硫酸カルシウムの化合物概要」。PubChem。
- ^ Titus, Harry W.; McNally, Edmund; Hilberg, Frank C. (1933-01-01). 「炭酸カルシウムと硫酸カルシウムの骨の発達に対する影響」. Poultry Science . 12 (1): 5–8. doi : 10.3382/ps.0120005 . ISSN 0032-5791.
- ^ Thomas , Mark V.; Puleo, David A.; Al-Sabbagh, Mohanad (2005). 「硫酸カルシウム：レビュー」。医療インプラントの長期的影響ジャーナル。15 (6): 599–607. doi :10.1615/jlongtermeffmedimplants.v15.i6.30. ISSN 1050-6934. PMID 16393128.
- ^ 「二相性硫酸カルシウム - 概要」。Augma Biomaterials 2020年3月25日。 2020年7月16日閲覧。
- ^ ホワイトヘブンセメント工場
- ^ 無水石膏法
- ^ オーストラリア連邦、供給・船舶省、鉱物資源局、地質学・地球物理学、報告書番号 1949/44 (地質学シリーズ番号 27)、EK スタームフェルス著「硫酸カルシウムとケイ酸アルミニウムからの硫酸とポルトランドセメントの製造」
- ^ 石膏、USGS、2008
- ^ Speight, James G. (2000). 「燃料、合成燃料、ガス燃料」.カーク・オスマー化学技術百科事典. doi :10.1002/0471238961.0701190519160509.a01. ISBN 9780471484943。
- ^ Wang, RD; Field, LA; Gillet d'Auriac, FS「リン酸塩岩からのウランの回収」。OSTI 6654998 。
- ^ 「リン酸塩からのウラン | リン酸塩ウラン – 世界原子力協会」。
- ^ 「ブラジル、サンタキテリアにウラン・リン酸抽出工場を計画：ウランと燃料 – 世界原子力ニュース」。
外部リンク
- 国際化学物質安全性カード 1215
- NIOSH 化学物質の危険性に関するポケットガイド