칼슘 문서 원본 보기

{{원소 정보/칼슘}}
[[파일:Calcium 1.jpg|섬네일]]
'''칼슘'''({{llang|en|Calcium|캘시엄}}, {{문화어|칼시움}}←{{llang|de|Calcium|칼치움}}, {{llang|la|Calcium|칼키움}}, {{llang|ja|カルシウム|카루시우무}})은 [[화학 원소]]로 [[주기율표]]에서 기호는 '''Ca'''이고 [[원자 번호]]는 20, 원자량은 40.078이다. 은회색의 무른 [[알칼리 토금속]] 원소이며 지구의 [[지각 (지질학)|지각]]에서 질량 기준으로 다섯 번째로 풍부한 원소로<ref name=abund>{{웹 인용 |제목=Glossary Term - 10 Most Abundant Elements in the Earth's Crust |url=http://education.jlab.org/glossary/abund_ele.html |저자=Jefferson Lab |확인날짜=2015-01-28 |archive-date=2015-02-08 |archive-url=https://web.archive.org/web/20150208085333/http://education.jlab.org/glossary/abund_ele.html |url-status= }}</ref> [[백악]], [[석회암]], [[대리암]]과 같은 [[암석]]에서 많이 발견된다. 해수에서는 칼슘 이온이 다섯 번째로 많이 존재하는 [[이온]]이다. 생물에게 필수적인 원소로, 생물 내에 가장 많이 존재하는 [[금속]] 원소이다. [[산소]]나 [[물]]과 쉽게 반응하며, 자연에서는 [[탄산 칼슘|탄산칼슘]](CaCO<sub>3</sub>), [[형석|플루오린화칼슘]](CaF<sub>2</sub>), [[황산 칼슘|황산칼슘]](CaSO<sub>4</sub>)같은 화합물의 형태로 존재한다. 녹는점은 1115K(842℃)이고, 끓는점은 1757K(1484℃)이며, 밀도는 20℃에서 1.55g/cm<sup>3</sup>이다.

칼슘과 그 화합물은 산업에서 많이 쓰인다. 합금을 만들 때 쓰이는 순수한 칼슘 금속은 수용액 상태가 아닌 용융 상태의 [[염화 칼슘|염화칼슘]]을 전기분해하면 얻을 수 있다. 칼슘 이온(Ca<sup>2+</sup>)의 화합물 중 [[질산 칼슘|질산칼슘]](Ca(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>), 염화칼슘(CaCl<sub>2</sub>), [[황화 칼슘|황화칼슘]](CaS)은 물에 잘 녹고, [[수산화 칼슘|수산화칼슘]](Ca(OH)<sub>2</sub>)은 물에 약간 녹으며, [[황산 칼슘|황산칼슘]](CaSO<sub>4</sub>), [[탄산 칼슘|탄산칼슘]](CaCO<sub>3</sub>)은 물에 잘 녹지 않는다. [[앙금 생성 반응]]을 통해 산출되는 황산칼슘, 탄산칼슘은 모두 흰색 [[앙금]]이다. 따라서, 칼슘 이온(Ca<sup>2+</sup>)을 검출할 때, 이러한 앙금이 유용하다. [[불꽃 반응]]에서 칼슘은 주황색 불꽃을 나타낸다. [[산화 칼슘|산화칼슘]](CaO)은 가죽의 무두질이나 원유 정제와 같은 다양한 산업 공정에 쓰이는데, 특수한 가마 안에서 탄산칼슘을 가열해 얻는다. 플루오린화칼슘, 황산칼슘은 건축 자재인 [[시멘트]]와 회반죽의 원료이다. 이 밖에도 여러 종류의 칼슘 화합물이 [[비료]]에서 페인트에 이르는 다양한 제품 생산에 원료로 쓰인다.

칼슘은 생명체, 특히 사람과 동물에게 필수적이다. 뼈와 이의 성장과 유지에 꼭 필요하고, 혈액의 응고, 근육의 수축 등도 돕는다. 사람에게 필요한 칼슘은 채소나 우유 및 유제품 그리고 멸치 같이 뼈째로 먹을 수 있는 생선 등의 음식물에 충분히 들어 있다. 칼슘은 1808년에 영국의 화학자인 [[험프리 데이비]]가 처음으로 분리해냈다. 그러나 이미 고대의 이집트인, 그리스인, 로마인도 칼슘 화합물에 대해 알고 있었으며, 모르타르를 만드는 데 칼슘 화합물을 이용했다.

== 특성 ==
=== 화학적 성질 ===
칼슘은 가장 바깥의 [[원자가 전자]] 2개를 잃으려는 성질이 있어 주로 +2의 산화수를 가지며, 같은 이유로 반응성이 커서 산소나 물과 쉽게 반응하기 때문에 자연에서는 순수한 형태로 발견되지 않는다. 순수한 금속을 공기 중에 노출시키면 [[산소]]와 [[질소]]와 반응하여 각각 산화물([[산화 칼슘|산화칼슘]], CaO)과 질화물([[질화칼슘]], Ca<sub>3</sub>N<sub>2</sub>)이 생성되어 표면에 회백색의 막이 생긴다. [[물]]과 반응시키면 [[수소]] 기체를 발생시키며, 이 때 생성되는 [[수산화 칼슘|수산화칼슘]]으로 인해 반응이 느려져 열을 많이 발생시키지 않으므로 수소 기체를 생산하는 데 이 방법을 사용한다.<ref>Theodore Gray. ''The Elements''. Page 55</ref> 그러나 분말 형태로 반응시키면 표면적이 증가함에 따라 반응도 매우 급격해지며, 수산화칼슘을 녹일 수 있는 [[산 (화학)|산성]] 용액에서도 반응 속도가 매우 빠르다. [[할로젠]]이나 [[산소족|칼로겐]] 원소들과 반응하면 [[이온 결합]] 화합물을 형성하며, 수소화물([[수소화칼슘]], CaH<sub>2</sub>)도 알려져 있다.<ref>{{웹 인용 |제목=Calcium: Compounds Information |url=http://www.webelements.com/calcium/compounds.html |저자=Mark Winter}}</ref>

대부분의 칼슘 화합물은 무색이며, 칼슘 이온(Ca<sup>2+</sup>)을 포함하는 용액 또한 무색이다. 또, 다른 [[알칼리 토금속]]과 마찬가지로 칼슘의 [[염]]은 대부분 물에 잘 용해된다. 그러나 수산화 칼슘, 황산 칼슘, 탄산 칼슘, 인산 칼슘 등은 예외적으로 물에 대한 용해도가 작다. 수용액에 포함된 칼슘 이온은 사람에 따라 [[쓴맛]], [[신맛]] 등으로 다르게 느낀다. 또, 많은 동물이 칼슘만의 맛을 느낄 수 있으며,<ref>{{저널 인용|url=http://physrev.physiology.org/content/81/4/1567.full.pdf|title=Calcium: Taste, Intake, and Appetite|author=Tordoff, M. G.|volume=81|issue=4|journal=Physiological Reviews|pmid=11581497|year=2001|pages=1567–97|access-date=2014-12-11|archive-date=2011-12-11|archive-url=https://web.archive.org/web/20111211100213/http://physrev.physiology.org/content/81/4/1567.full.pdf|url-status=}}</ref> 사람도 칼슘을 감지할 수 있는 수용체가 존재하는 것으로 보인다.<ref>{{서적 인용 |제목=사라진 스푼 |저자=Sam Kean 지음, 이충호 옮김 |쪽=457 |isbn=978-89-5605-551-0 |출판사=해나무}}</ref>

=== 물리적 성질 ===
칼슘은 은백색의 무른 [[금속]]으로, [[납]]보다는 단단하여 칼로 자르기가 어렵다. [[비중]]이 1.55로 [[알칼리 토금속]] 중에서는 가장 가벼우며, 이는 원자 번호가 더 작은 [[베릴륨]]이나 [[마그네슘]]보다도 가벼운 것이다. [[비저항]]은 [[구리]]나 [[알루미늄]]보다 크지만 비중이 낮아 단위 질량 당 저항을 기준으로 할 때는 전기 저항이 더 작다. 그러나 공기 중에 방치하면 산소, 질소, 수증기 등과 잘 반응하므로 도체로 사용하는 경우는 적다. 공기 중에서 잘 발화하지 않지만 연소시킬 경우 밝은 주황색 불꽃을 낸다. 녹는점은 842℃, 끓는점은 1484℃이다. 두 가지의 [[동소체]]와 24가지의 [[동위 원소]]가 알려져 있으며, 결정구조는 [[면심 입방 격자|면심 입방]] 구조이다.

=== 생물학적 특성 ===
칼슘이온은 세포내에서 중요한 신호전달물질로 작용한다. 2차전령체의 하나로, 칼슘농도의 증감에 의하여 세포내 신호전달 과정이 매개된다.

== 존재 ==
칼슘은 반응성이 크므로 자연에서는 순수한 형태로 발견되지 않는다. 하지만 지구의 [[지각 (지질학)|지각]]에서는 질량 기준으로 약 4.15%를 차지하여 다섯 번째로 많이 존재하는 원소이다.<ref name=abund/> [[해수]]에서는 칼슘 이온(Ca<sup>2+</sup>)의 형태로 존재하며, 이는 질량과 입자 수 기준으로 [[나트륨]], [[염소 (원소)|염소]], [[마그네슘]], [[황산염|황산 이온]]에 이어 다섯 번째로 많이 용해된 이온이다.<ref>{{서적 인용|title=Handbook of method for the analysis of the various parameters of the carbon dioxide system in sea water, version 2|author=Dickson, A. G. and Goyet, C.|publisher=ORNL/CDIAC-74|year=1994|url=http://cdiac.esd.ornl.gov/ftp/cdiac74/chapter5.pdf|chapter=5|확인날짜=2014-12-11|보존url=https://web.archive.org/web/20110525155035/http://cdiac.esd.ornl.gov/ftp/cdiac74/chapter5.pdf|보존날짜=2011-05-25|url-status=dead}}</ref> 지각에서는 주로 [[탄산 칼슘|탄산칼슘]](CaCO<sub>3</sub>)의 형태로 [[방해석]], [[백악]], [[대리석]], [[백운석]], [[진주]], [[석회 동굴]] 등에 존재하며, [[석고]](CaSO<sub>4</sub>·2H<sub>2</sub>O), [[형석]](CaF<sub>2</sub>), [[장석]] 등에도 많이 존재한다. 또, 칼슘은 치아나 뼈를 구성하는 주요 물질이므로 인체에는 약 2% 정도의 칼슘이 포함되어 있으며, 원소 중에서는 인체에서 5번째로 많이 존재하는 양이다.

=== 동위 원소 ===
{{본문|칼슘 동위 원소}}
칼슘은 자연에서 5가지의 [[안정 동위 원소]](<sup>40</sup>Ca, <sup>42</sup>Ca, <sup>43</sup>Ca, <sup>44</sup>Ca, <sup>46</sup>Ca)와 반감기가 매우 긴 동위 원소인 [[칼슘-48|<sup>48</sup>Ca]]이 발견된다. 자연에서 발견되는 동위 원소의 원자량의 범위가 그 원소의 평균 원자량의 20% 이상인 경우는 [[수소]]와 [[헬륨]]을 제외하면 칼슘이 유일하다. 또, [[우주선 (물리)|우주선]]에 의해 생성되는 [[방사성 동위 원소]]인 <sup>41</sup>Ca은 [[반감기]]가 약 10만 년으로 매우 길다.

자연에 존재하는 칼슘 동위 원소의 약 97%를 차지하는 [[칼슘-40|<sup>40</sup>Ca]]은 원자핵 안에 [[양성자]]와 [[중성자]]를 모두 20개씩 포함하고 있어 이중 [[마법수]]를 가지는 매우 안정한 원자핵이며, 동시에 양성자와 중성자의 수가 같은 안정 동위 원소 중에서는 가장 무거운 원자핵이기도 하다. [[칼륨-40|<sup>40</sup>K]]이 방사성 붕괴를 하면 [[아르곤-40|<sup>40</sup>Ar]]과 함께 생성되는데, 지질학에서 <sup>40</sup>K와 <sup>40</sup>Ar의 비율을 측정하여 연대를 측정하는 [[칼륨-아르곤 연대 측정]]에서 이것이 방해가 되기도 하였다.

== 역사 ==
칼슘 화합물인 [[석회]]는 [[선사 시대]]인 기원전 7000년에서 14000년 전부터 건축 재료로 사용되었으며<ref name="minerals.usgs">{{웹 인용 | title = Commodity report:Lime | publisher = United States Geological Survey | first = M. Michael | last = Miller | url = http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/lime/390498.pdf | accessdate = 2012-03-06 | archive-date = 2011-11-12 | archive-url = https://web.archive.org/web/20111112224558/http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/lime/390498.pdf | url-status =  }}</ref> [[메소포타미아]]와 [[고대 로마]]에서도 칼슘 화합물을 사용하였다. 그러나 순수한 칼슘은 영국의 [[험프리 데이비]]가 1808년에 처음으로 분리하게 된다. 그는 [[베르셀리우스]]와 폰틴이 [[산화 칼슘|생석회]]와 [[산화 수은]]의 혼합물을 전기분해하여 [[아말감]]을 얻었다는 소식을 듣고 그 아말감에서 수은을 증발시켜 처음으로 순수한 칼슘을 분리하였다.<ref>{{저널 인용| author = Davy H | year = 1808 | title = Electro-chemical researches on the decomposition of the earths; with observations on the metals obtained from the alkaline earths, and on the amalgam procured from ammonia | url = http://books.google.com/books?id=gpwEAAAAYAAJ&pg=102#v=onepage&q&f=false | journal = Philosophical Transactions of the Royal Society of London | volume = 98 | issue = | pages = 333–370 |bibcode = 1808RSPT...98..333D | doi = 10.1098/rstl.1808.0023 }}</ref> 그러나 순수한 칼슘은 20세기 이전에는 대규모로 생산되지 않았다. 오늘날에는 석회에 포함된 칼슘 원자들을 고온 저압의 용기에서 [[알루미늄]] 원자로 치환시켜서 순수한 칼슘을 생산한다.<ref>{{웹 인용 |제목=It's Elemental - The Element Calcium |url=http://education.jlab.org/itselemental/ele020.html |저자=Jefferson Lab}}</ref>

== 각주 ==
<references/>

== 외부 링크 ==
{{위키공용과 분류|Calcium}}
{{위키낱말사전|칼슘}}
* {{네이버캐스트|7267}}
* {{언어링크|en}} [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Ca/index.html 칼슘 - WebElements.com]

{{원소 주기율표}}

{{전거 통제}}
{{위키데이터 속성 추적}}

[[분류:칼슘| ]]
[[분류:알칼리 토금속]]
[[분류:화학 원소]]
[[분류:환원제]]
[[분류:나트륨 통로 차단제]]
[[분류:세계 보건 기구 필수 의약품]]
[[분류:전형 원소]]