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20Ca

칼슘

칼슘은 원자번호 20, 원소 기호 Ca인 화학 원소다. 주기율표에서 4주기, 2족, s 블록에 위치한다. 실온에서의 기준 상태는 고체이며 전자 배치는 [Ar] 4s2이다.

원자번호20

표준 원자량40.078(4)

족2

주기4

블록s

전자 배치[Ar] 4s2

전자 구조

화학적 성질을 결정하는 요인

바깥 전자 배치는 s²로 끝난다. 두 원자가 전자를 잃으면 +2 이온이 되며, 이것이 알칼리 토금속에서 가장 특징적인 이온 상태다.

1족 금속과 비교하면 두 전자를 가진 바깥껍질 때문에 이온화 에너지, 결합과 반응성이 달라진다. 자연에서는 자유 금속보다 산화물, 탄산염, 황산염, 할로젠화물 같은 화합물로 존재하는 경우가 많다.

화학적 형태

화합물, 이온과 물질

칼슘은 주로 +2 산화 상태를 보이며 산화물, 수산화물, 탄산염, 황산염과 할로젠화물 같은 화합물을 만든다. 물에 대한 용해도와 반응성은 족 안에서도 크게 달라진다.

물리적 거동

상태와 상전이

실온에서의 기준 상태는 고체이다. 제시된 밀도는 1.55 g/cm³이다. 녹는점은 1 115 K (841.9 °C), 끓는점은 1 757 K (1 484 °C)이다. 압력, 순도와 결정 구조에 따라 실제 측정되는 물리적 성질은 달라질 수 있다.

존재와 활용

칼슘은 어디에서 발견되고 어떻게 쓰이는가

실제 활용에서 칼슘은 뼈와 치아 · 시멘트 · 석회 · 생물학 같은 분야와 관련된다. 어떤 경우에는 원소 자체가 아니라 특정 화합물, 합금 또는 동위원소의 성질을 이용한다.

실제 활용

실제 사용 사례

뼈와 치아

칼슘이 풍부한 광물상은 뼈와 치아에 단단함과 구조적 지지를 제공한다.

시멘트

칼슘 화합물은 시멘트와 콘크리트의 성질을 만드는 광물상과 수화 반응의 핵심 성분이다.

석회

칼슘 화합물은 석회 제조와 건설, 야금, 환경 처리에 쓰이는 여러 반응의 중심 물질이다.

생물학

칼슘 이온이나 화합물은 생체 구조, 효소, 신호 전달 또는 대사 과정에 관여한다.

주기율표상의 위치

이웃 원소가 알려 주는 것

칼슘은 4주기 2족에 있다. 여기 표시된 주변 원소에는 소듐, 마그네슘, 포타슘, 스칸듐, 루비듐, 스트론튬, 이트륨 등이 있다. 이 위치 관계를 이용하면 원자 크기, 이온화 에너지와 결합 성향이 주기율표에서 어떻게 변하는지 비교할 수 있다.

참고 데이터

물리적·원자적 성질

분류알칼리 토금속

실온에서의 상태고체

전자 껍질2 · 8 · 8 · 2

밀도1.55 g/cm³

녹는점1 115 K (841.9 °C)

끓는점1 757 K (1 484 °C)

폴링 전기음성도1

1차 이온화 에너지589.8 kJ/mol

전자 친화도2.37 kJ/mol

값은 해당되는 경우 원소 자체 또는 중성 원자를 기준으로 한다. 물리적 데이터는 동소체, 압력과 측정 조건에 따라 달라질 수 있다.

역사

발견과 확인

칼슘의 발견은 Humphry Davy와 관련되어 있다. 원소의 인식, 순수한 시료의 분리, 현대적인 원자번호의 부여는 반드시 같은 시기에 이루어진 것은 아니다.

동위원소와 원자량

동위원소 조성이 수치에 미치는 영향

표준 원자량은 40.078(4)이다. 이 값은 자연계 물질의 동위원소 조성을 반영한 평균값이며 특정 원자 하나의 질량을 뜻하지 않는다.

칼슘은 적어도 하나의 안정 동위원소가 있다. 동위원소는 양성자 수가 같아 같은 원소이지만 중성자 수와 원자 질량이 서로 다르다.

안전

취급과 노출

칼슘의 위험성은 화학적 형태, 노출량과 노출 경로에 따라 달라진다. 순수한 원소, 이온과 화합물은 생물학적·환경적 영향이 크게 다를 수 있으므로 실제 취급 물질의 안전 자료를 확인해야 한다.