石膏

石膏
一般的な
カテゴリ	硫酸塩鉱物
式 （繰り返し単位）	CaSO 4 ·2H 2 O
IMAシンボル	GP [1]
ストルンツ分類	7.CD.40
結晶系	単斜晶系
クリスタルクラス	角柱型（2/m） HM記号：（2/m）
空間群	単斜晶系 空間群: I 2/a
単位セル	a = 5.679(5)、b = 15.202(14) c = 6.522(6) Å; β = 118.43°; Z = 4
識別
色	無色（透過光）から白色。不純物により他の色調を帯びることが多い。黄色、黄褐色、青、ピンク、暗褐色、赤褐色、灰色の場合もある。
クリスタル習慣	巨大で平ら。細長く、一般的に柱状の結晶
姉妹都市	{110}では非常に一般的です
胸の谷間	{010} では完璧、{100} では明確
骨折	{100} 上では貝殻状、 [001] に平行に裂け目がある
粘り強さ	柔軟、非弾性
モース 硬度	1.5～2（2のミネラルの定義）
光沢	ガラス質から絹状、真珠状、または蝋状
連勝	白
透けて見える	透明から半透明
比重	2.31–2.33
光学特性	二軸（+）
屈折率	n α = 1.519 ～ 1.521 n β = 1.522 ～ 1.523 n γ = 1.529 ～ 1.530
複屈折	δ = 0.010
多色性	なし
2V角度	58°
融着性	5
溶解度	熱い希塩酸
参考文献	[2] [3] [4]
主な品種
サテンスパー	真珠のような繊維状の塊
セレナイト	透明で刃状のクリスタル
アラバスター	きめが細かく、わずかに色がついている

石膏は硫酸カルシウム二水和物からなる柔らかい硫酸塩鉱物で、化学式はCaSO ₄ ·2H ₂ Oです。^[4]広く採掘され、肥料として、また多くの種類の石膏、乾式壁、黒板や歩道のチョークの主成分として使用されています。^{[5] [6] [7] [8]石膏は}亜セレン酸の半透明の結晶としても結晶化します。石膏は蒸発岩鉱物として、また無水石膏の水和生成物として形成されます。鉱物の硬度のモーススケールでは、引っかき硬度の比較に基づいて石膏の硬度値2と定義されています。

アラバスターとして知られる、きめの細かい白色または淡い色の石膏は、古代エジプト、メソポタミア、古代ローマ、ビザンチン帝国、中世イングランドのノッティンガムアラバスターなど、多くの文化で彫刻に使用されてきました。

石膏という言葉は、ギリシャ語のγύψος ( gypsos )、「石膏」に由来しています。 ^[9]パリのモンマルトル地区の採石場は、古くからさまざまな用途に使用される焼成石膏 (焼成石膏) を供給していたため、この脱水石膏は焼石膏として知られるようになりました。水を加えると、数十分後に焼石膏は再び通常の石膏 (二水和物) になり、鋳造や建設に便利な方法で材料が硬化または「固まる」ようになります。^[10]

石膏は古英語ではspærstān (槍石)と呼ばれ、その結晶突起を指していた。したがって、鉱物学におけるspar という単語は、石膏と比較して、槍のような突起を形成する非鉱石鉱物または結晶を指す。18世紀半ば、ドイツの牧師で農学者のヨハン・フリードリヒ・マイヤーは、肥料としての石膏の使用を調査し、公表した。^[11] 石膏は植物の成長のための硫黄源として機能する可能性があり、19 世紀初頭には、ほとんど奇跡的な肥料と見なされていた。アメリカの農民は石膏の入手を切望していたため、ノバスコシアとの密輸取引が活発になり、1820 年のいわゆる「石膏戦争」が起こった。 ^[12]

石膏は中程度の水溶性（25℃で約2.0～2.5 g/L）^[13]があり、他のほとんどの塩とは対照的に、溶解度が逆行し、高温では溶解度が低くなります。石膏を空気中で加熱すると、水分が失われ、まず硫酸カルシウム半水和物（バスナイト、単に「石膏」と呼ばれることが多い）に変わり、さらに加熱すると無水硫酸カルシウム（無水石膏）になります。無水石膏と同様に、生理食塩水や塩水への石膏の溶解度も塩化ナトリウム（一般的な食塩）の濃度に大きく依存します。 ^[13]

石膏の構造はカルシウム（Ca ²⁺）と硫酸塩（SO2−4）イオンが密接に結合している。これらの層は弱い水素結合を介して陰イオン水分子のシートによって結合しており、シートに沿って（{010}面で）結晶が完全に劈開する。^{[4] [14]}

石膏は、自然界では平らで双 晶になっていることが多い結晶と、透明で割れやすい塊の亜セレン酸塩として存在します。亜セレン​​酸塩にはセレンがほとんど含まれておらず、どちらの物質も古代ギリシャ語で「月」を意味する言葉にちなんで名付けられました。

セレナイトは絹のような繊維状の形で存在することもあり、その場合は一般に「サテンスパー」と呼ばれます。最後に、粒状または非常に密集している場合もあります。手のひらサイズのサンプルでは、​​透明から不透明まであります。非常に細かい粒子の白またはわずかに着色した石膏はアラバスターと呼ばれ、さまざまな装飾品として重宝されています。乾燥地帯では、石膏は花のような形で存在することがありますが、通常は不透明で、砂粒が埋め込まれており、デザートローズと呼ばれます。また、セレナイトの形で、最大12メートル（39フィート）の長さになる、自然界で見つかる最大の結晶も形成します。^[15]

石膏は一般的な鉱物で、堆積岩と関連して厚く広範囲にわたる蒸発岩層を形成します。堆積物は始生代まで遡る地層に見られることが知られています。^[16]石膏は湖水や海水のほか、温泉、火山の蒸気、鉱脈中の硫酸塩溶液からも堆積します。鉱脈中の熱水性無水石膏は、地表近くで露出している地下水によって水和されて石膏になることがよくあります。多くの場合、岩塩や硫黄などの鉱物と関連しています。石膏は最も一般的な硫酸塩鉱物です。^[17]純粋な石膏は白色ですが、不純物として見つかる他の物質が、局所的な堆積物にさまざまな色を与えることがあります。

石膏は時間の経過とともに水中で溶解するため、砂の形で見つかることはめったにありません。しかし、米国ニューメキシコ州のホワイトサンズ国立公園の独特の条件により、710 km ² (270 平方マイル) の白い石膏砂の広がりが形成されました。これは、米国の建設業界に1,000 年間乾式壁を供給するのに十分な量です。 ^[18] この地域の商業的な開発は、地域住民の強い反対により、1933 年にハーバート・フーバー大統領が石膏砂丘を保護された国定記念物に指定したことで永久に禁止されました。

石膏は、生成された硫酸が炭酸カルシウムと反応して、硫化物酸化 、とりわけ黄鉄鉱酸化の副産物としても生成されます。石膏が存在することは、酸化条件があることを示しています。還元条件下では、石膏に含まれる硫酸塩は硫酸還元細菌によって硫化物に還元されます。これにより、岩塩ドーム^[19]などの油層^{[20]に元素硫黄が蓄積し、}フラッシュ法^[21]を使用して採掘できます。石炭を燃焼させて排ガス脱硫を行う発電所では、スクラバーからの副産物として大量の石膏が発生します。

火星探査機（MRO）の軌道写真では、火星の北極地域に石膏砂丘が存在することが示されており、^{[22]これは後に}火星探査ローバー（MER）オポチュニティによって地上レベルで確認されました。^[23]

• 
  レチュギヤ洞窟の「シャンデリア ボールルーム」にある大きな石膏の結晶
• 
  メキシコのクリスタル洞窟の石膏結晶（大きさを示すために右下の人物）
• 
  ホワイトサンズ国立公園のルセロ湖で水が蒸発して形成された石膏の結晶
• 
  イギリス、サマセット州ブルーアンカーのティー グリーンおよびグレー泥灰岩のシルト/泥灰岩中の石膏鉱脈
• 
  テキサス州キャップロックキャニオンズ州立公園とトレイルウェイの石膏鉱脈
• 
  石膏の小さな結晶でできた砂丘、ホワイトサンズ国立公園

商業的な量の石膏は、ブラジルのアラリピナ市とグラジャウ市、パキスタン、ジャマイカ、イラン（世界第2位の生産国）、タイ、スペイン（ヨーロッパの主要生産国）、ドイツ、イタリア、イギリス、アイルランド、カナダ^[25]、米国で発見されています。大規模な露天採石場は、世界最大級の石膏鉱床があるアイオワ州フォートドッジ^[26]、米国カリフォルニア州プラスターシティ、インドネシアカリマンタン島イーストクタイなど、多くの場所にあります。西オーストラリア州のカラニーなどの場所にもいくつかの小規模鉱山があり、そこでは石膏は、農業目的でカルシウムや硫黄の添加や土壌のアルミニウム毒性の低減のために個人の買い手に販売されています。

メキシコのチワワ州ナイカ鉱山の洞窟では、長さ11メートル（36フィート）にも及ぶ石膏の結晶が発見されている。結晶は、洞窟の極めて稀で安定した自然環境で繁茂した。温度は58℃（136℉）に保たれ、洞窟は結晶の成長を促すミネラル豊富な水で満たされていた。これらの結晶のうち最大のものは、重さ55トン（61ショートトン）で、約50万年前のものである。^[27]

• 
  ウィニペグ産の黄金石膏結晶
• 
  ニューメキシコ州ホワイトサンズ国立公園産の石膏砂

合成石膏は、さまざまな工業プロセスにおいて廃棄物または副産物として生成されます。

排ガス脱硫石膏（FGDG）は、いくつかの石炭火力発電所で回収されています。主な汚染物質は、Mg、K、Cl、F、B、Al、Fe、Si、Seです。これらは、脱硫に使用される石灰石と燃焼した石炭の両方に由来します。この製品は、乾式壁、水処理、セメント硬化遅延剤など、さまざまな分野で天然石膏の代替として使用できるほど純粋です。排ガス脱硫の改善により、存在する有毒元素の量が大幅に減少しました。^[28]

石膏は汽水膜に沈殿するが、これはミネラル塩スケーリングと呼ばれる現象であり、例えばカルシウムと硫酸塩の濃度が高い水を汽水淡水化する場合などに発生する。スケーリングにより膜の寿命と生産性が低下する。^{[29]これは}逆浸透やナノ濾過などの汽水膜淡水化プロセスにおける主な障害の1つである。水源によっては方解石スケーリングなどの他の形態のスケーリングも蒸留や熱交換器において重要な考慮事項となる可能性があり、塩の溶解度または濃度が急速に変化する可能性がある。

新しい研究では、石膏の形成はバッサナイト（2CaSO ₄ ·H ₂ O）と呼ばれる鉱物の小さな結晶から始まることが示唆されています。^[30]このプロセスは3段階の経路を経て起こります。

1. ナノ結晶バサナイトの均一核形成;
2. バサナイトの集合体への自己集合、および
3. バサナイトが石膏に変化する。

リン酸肥料の製造には、カルシウムを含むリン鉱石を酸で分解し、リン酸石膏（PG）と呼ばれる硫酸カルシウム廃棄物を生成する必要がある。この形態の石膏は、岩石に含まれる不純物、すなわちフッ化物、シリカ、ラジウムなどの放射性元素、カドミウムなどの重金属元素によって汚染されている。^[31]同様に、二酸化チタンの製造では、過剰な酸を石灰で中和することでチタン石膏（TG）が生成される。この製品はシリカ、フッ化物、有機物、アルカリで汚染されている。^[32]

精製所の石膏廃棄物に含まれる不純物は、多くの場合、建設などの分野で通常の石膏として使用することを妨げています。その結果、廃棄物石膏は無期限に積み重ねられて保管され、汚染物質が水や土壌に浸出する重大なリスクがあります。^[31]蓄積を減らし、最終的にこれらの積み重ねを一掃するために、そのような廃棄物のより多くの用途を見つけるための研究が進行中です。^[32]

NFPA 704 安全スクエア
[33] 0 0 0 石膏

職場では、吸入、皮膚接触、眼接触によって石膏にさらされる可能性がある。硫酸カルシウム自体は無毒であり、食品添加物としても認可されているが^[34]、粉末石膏は皮膚や粘膜を刺激する可能性がある。^[35]

労働安全衛生局（ OSHA ）は、職場における石膏暴露の法的限度（許容暴露限度）を、8時間労働日における総暴露でTWA 15 mg/m ³、呼吸器暴露でTWA 5 mg/m ^{3と定めている。}国立労働安全衛生研究所（NIOSH）は、推奨暴露限度（REL）を、8時間労働日における総暴露でTWA 10 mg/m ³ 、呼吸器暴露でTWA 5 mg/m ³と定めている。 ^[35]

石膏はさまざまな用途に使用されています。

• 石膏ボード^[36]は主に壁や天井の仕上げ材として使用され、建築業界では石膏ボード、シートロック、ドライウォールとして知られています。石膏はこれらの材料に一定の耐火性を与え、この効果を高めるためにガラス繊維が添加されています。石膏の熱伝導率はごくわずかであるため、その石膏には断熱特性があります。^[37]
• 石膏ブロックは建設現場でコンクリートブロックのように使用されます。
• 石膏モルタルは建築に使われる古代のモルタルです。
• コンクリートのフラッシュセット（急速硬化）を防ぐために使用されるポートランドセメントの成分。
• 古代世界における木材の代替品：例えば、青銅器時代の クレタ島で森林伐採により木材が不足したとき、以前は木材が使用されていた場所での建築に石膏が使用されました。^[38]

• 肥料：18世紀後半から19世紀初頭にかけて、ノバスコシア石膏（石膏とも呼ばれる）は、米国の小麦畑で非常に需要のある肥料でした。^{[39]石膏は、カルシウムと硫黄という2つの}二次植物栄養素を提供します。石灰岩とは異なり、一般的に土壌のpHには影響しません。^[40]
• pH値に関係なく、塩性土壌の再生。石膏をナトリウム（塩性）および酸性土壌に加えると、溶解度の高いホウ素（メタホウ酸ナトリウム）が溶解度の低いメタホウ酸カルシウムに変換されます。石膏を塗布すると、交換可能なナトリウムの割合も減少します。^{[41] [42]}ゾイデルゼー工場は、再生した土地に石膏を使用しています。^[43]
• その他の土壌改良剤の用途：石膏は酸性土壌のアルミニウムとホウ素の毒性を軽減します。また、土壌構造、吸水性、通気性を改善します。^[40]
• 土壌水分ポテンシャルモニタリング：石膏ブロックを土壌に挿入し、その電気抵抗を測定することで土壌水分を推定することができる。^[44]

• 鋳型や模型を作るための石膏。
• アラバスターは彫刻の材料として、特に鋼が開発される前の古代世界で使用され、その比較的柔らかい性質により彫刻がはるかに容易でした。^[45]中世とルネサンスの間には、大理石よりも好まれました。^[46]
• 中世には、写本作家や装飾画家が、装飾文字に塗ったり、装飾写本に金箔を貼ったりするジェッソの材料として使っていました。 ^[47]

• 豆腐の凝固剤であり、最終的には食事中のカルシウムの重要な供給源となる。^[48]
• 醸造に使用する水に硬度を加える。^[49]
• パン生地の調整剤として、また粘着性を減らすために、また焼き菓子のカルシウム源として使用されます。^[50]ミネラルイーストフードの主成分です。^[51]
• キノコ栽培において、穀物が固まるのを防ぐために使用されます。

• 外科用副木用の石膏。 ^[52]
• 歯科における印象石膏^[53]

• 一部のテルミット混合物中の酸化鉄の代替品。^[54]
• 試験では、石膏は汚染された水から鉛^[55]やヒ素^{[56] [57]}などの汚染物質を除去するために使用できることが示されています。

• 世界中の珍しい石膏標本
• 
  南オーストラリア州、ガンソン山のペルナティ ラグーン産の緑色の石膏結晶。緑色は銅イオンが含まれているためです。
• 
  カナダ、マニトバ州ウィニペグのレッド川産の珍しい亜セレン石膏
• 
  メキシコ、チワワ州サンタ・エウラリア産の古典的な「雄羊の角」石膏、7.5×4.3×3.8 cm
• 
  砂漠のバラ、長さ47cm
• 
  オーストラリア、南オーストラリア州、アンダムーカ山脈 - レイク トレンズ地域、スチュアート棚地域、パーナティ ラグーン産の石膏
• 
  内部に結晶質の天然銅を含む石膏
• 
  オーストラリア、ビクトリア州スワンヒル産の石膏。色は酸化銅によるもの。
• 
  「ローマの剣」として知られる形の透明な絡み合った水晶。エブロ噴水、サラゴサ（スペイン）
• 
  高さ2.5cmの明るいチェリーレッドの石膏結晶。希少な鉱物ボトリオゲンが豊富に含まれており、
• 
  メキシコ、チワワ州、ナイカ、ムン・デ・サウシジョ産の石膏
• 
  金色の宝石。石膏の「ボール」の上に「魚の尾」のような双晶石膏の結晶が乗っており、その上に数枚の単刃の結晶が並んでいる。

• ジプクラスト
• ノバスコシアの石膏植物
• 石膏リサイクル
• リン酸石膏

ウィキメディア・コモンズには、石膏に関連するメディアがあります。

無料辞書『ウィクショナリー』で「石膏」を調べてください。

• Web鉱物データ
• 鉱物ギャラリー – 石膏
• CDC – NIOSH 化学物質の危険性に関するポケットガイド
• 「石膏」 。ブリタニカ百科事典(第 11 版)。 1911年。
• 「石膏」 。アメリカ百科事典。 1879年。