カルシウム
大理石や石灰岩は建築物の素材としてよく用いられてきたが、酸による腐食作用に弱い性質を持つ
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)}}}
天然に存在する炭酸カルシウムの結晶状態として方解石、アラゴナイト、バテライトがある。特に方解石の結晶形は2つの異なる屈折率を持ち、2つの像を結ぶため偏光顕微鏡の機能に欠かせないものとなっている。
ドロマイト(白雲石)CaMg(CO3)2は堆積物中に広く分布しており、ヨーロッパのドロミテ山塊全体にも含まれる。構造は炭酸イオンに対してマグネシウムイオンとカルシウムイオンが交互に配列しており、原油の成分である炭化水素の堆積物の多くがドロマイト岩中に存在する。この物質を実験室的に合成するには150 °C以上で行う必要があり、地表上の環境条件と異なるため、どうしてドロマイトが生成するのかは謎であった。主流である説としては石灰岩の地表が生成された後地中深くに埋められ、マグネシウムイオンを豊富に含む水が地層中を流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が行われたとする説である。
酸化数はわずかな例外を除き、常に+IIとなる。比重1.55の非常に柔らかい金属で、融点は840–850 °C、沸点は1480–1490 °C(異なる実験値あり)。結晶構造は、温度条件により3つ存在し、250 °C以下では、立方最密充填構造が、250–450 °Cの間では六方最密充填構造、450–839 °Cの間では体心立方格子がそれぞれ最も安定となる。
単体を空気中で放置すると酸素・水・二酸化炭素と反応して腐食するため、不活性ガスを充填した状態で販売される。鉱油中で保存することもある。
単体金属を空気中で加熱すると炎をあげて燃焼する。
2 Ca + O 2 ⟶ 2 CaO {\displaystyle {\ce {2Ca + O2 -> 2CaO}}}
水に加えると容易に反応して水素を発生する。生成した水酸化カルシウム水溶液は石灰水と呼ぶ。
Ca + 2 H 2 O ⟶ Ca ( OH ) 2 + H 2 ↑ {\displaystyle {\ce {Ca + 2H2O -> Ca(OH)2 + H2 (^)}}}
石灰水に二酸化炭素を通すと炭酸カルシウムの白い沈殿を生じる。
Ca ( OH ) 2 + CO 2 ⟶ CaCO 3 ↓ + H 2 O {\displaystyle {\ce {Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 (v) + H2O}}}
この状態から過剰に二酸化炭素を加えると沈殿は溶けて溶液となる。