酢酸カルシウム熱分解の化学反応式とアセトン生成の実験

酢酸カルシウムの熱分解と化学反応式

農業の現場において、「酢酸カルシウム」という言葉は、実は非常に身近な存在です。多くの農家さんが自作されている「卵の殻とお酢で作るカルシウム液肥（カル酢）」の主成分こそが、この酢酸カルシウムに他なりません。作物の尻腐れ病予防や細胞壁の強化に役立つこの資材ですが、その化学的な性質、特に「熱を加えたときに何が起きるか」について深く知る機会は少ないのではないでしょうか。

 

化学の教科書では頻出のテーマである「酢酸カルシウムの熱分解」ですが、これは単なる実験室の話にとどまりません。物質の性質を正しく理解することは、農業資材を安全に保管し、適切に処理するためにも不可欠な知識です。ここでは、農業従事者の方に向けて、あえて少し専門的な化学の視点から、私たちが普段扱っている資材の裏側の顔を覗いてみましょう。

 

Wikipedia：酢酸カルシウム（基本的な化学的性質と分解反応の概要が記載されています）
参考）酢酸カルシウム - Wikipedia
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酢酸カルシウムの熱分解でアセトンを生成する仕組み

 

酢酸カルシウムを加熱して分解する反応は、有機化学の分野では「アセトン」という物質を作り出す古典的な方法として知られています。アセトンは、マニキュアの除光液や塗料の溶剤として日常生活でもよく使われる、揮発性が高く燃えやすい液体です。なぜ、植物の栄養になるカルシウム資材から、このような引火性液体が生まれるのでしょうか。

 

その仕組みは、酢酸カルシウムという物質の分子構造の中に隠されています。

 

• 酢酸カルシウムの構造: カルシウムイオン（Ca²⁺）に対して、2つの酢酸イオン（CH₃COO⁻）が結合した形をしています。
• 熱による結合の切断: この物質に高温の熱エネルギーが加わると、分子内の結合が耐え切れずに切断されます。
• 再結合による新物質の誕生: 切断された原子たちは、より安定した形になろうと再び組み合わさります。この時、カルシウム側は酸素や炭素を取り込んで固体の「炭酸カルシウム」になり、残った炭素・水素・酸素のパーツが結びついて気体の「アセトン」になります。

この反応の面白い点は、固体（粉末）の酢酸カルシウムを加熱しているのに、そこから液体（冷却すれば）のアセトンという全く性質の異なる物質が飛び出してくることです。農業で使う液肥は水分を含んでいますが、もしこれが完全に乾燥し、固体の状態で強い熱を受けると、この「変身」が起こる準備が整ってしまうのです。

 

具体的にアセトンが生成される過程では、以下のような特徴的な変化が見られます。

 

• 白い粉末が加熱されると、内部から気体が発生し始める。
• 発生した気体には、特有の甘酸っぱいような、刺激臭（アセトン臭）が含まれる。
• 気体を冷却すると、無色透明の液体として回収できる。
• 元の白い粉末は、加熱が終わると別の性質を持った白い粉末（または灰色の塊）に変化している。

かつて石油化学工業が発達する前は、この方法がアセトンの主要な工業的製法の一つでした。つまり、農家の皆さんが手作りしている「カル酢」は、歴史的には火薬やプラスチックの原料を作るための「原料」としての側面も持っていたのです。こう考えると、普段何気なく散布している液肥が、少し違った見え方をしてくるかもしれません。

 

酢酸カルシウムの熱分解の化学反応式と乾留の実験

では、この変化を化学反応式で表してみましょう。化学反応式を見ることで、物質がどのように過不足なく変化しているかが明確になります。

 

酢酸カルシウムの熱分解を表す化学反応式は以下の通りです。

 

$(CH_3COO)_2Ca \xrightarrow{\Delta} CaCO_3 + CH_3COCH_3$
この式は非常にシンプルですが、多くの重要な情報を含んでいます。

 

• 左辺：$(CH_3COO)_2Ca$

  これが酢酸カルシウムです。農業用に自作した場合は、お酢（酢酸）と卵の殻（炭酸カルシウム）が反応して生成されたものです。

   

• 矢印の上の $\Delta$（デルタ）

  これは「加熱」を表しています。単に置いておくだけでは反応は進まず、外部から強い熱エネルギーが必要であることを示しています。この操作を化学用語で「乾留（かんりゅう）」と呼びます。空気を遮断して蒸し焼きにする操作のことです。

   

• 右辺１：$CaCO_3$

  これは炭酸カルシウムです。実は、卵の殻の主成分そのものです。つまり、酢酸カルシウムを熱分解すると、元の卵の殻の成分に戻る部分があるということです。これは反応後に容器に残る固形物です。

   

• 右辺２：$CH_3COCH_3$

  これがアセトンです。気体となって飛び出してくる成分です。分子式で書くと $C_3H_6O$ となります。

   

この反応式を理解するためのポイントは、「原子の数」が反応の前後で変わっていないことを確認することです。

 

• 炭素（C）: 左辺に4個（酢酸基に2個×2） → 右辺に4個（炭酸カルシウムに1個＋アセトンに3個）。
• 水素（H）: 左辺に6個（メチル基に3個×2） → 右辺に6個（アセトンに6個）。
• 酸素（O）: 左辺に4個（酢酸基に2個×2） → 右辺に4個（炭酸カルシウムに3個＋アセトンに1個）。
• カルシウム（Ca）: 左辺に1個 → 右辺に1個。

このように、原子の数は完全に保存されています。これを「質量保存の法則」といいます。農業の現場で「何かが消えてなくなった」ように見える現象も、実は形を変えて別の場所に移動しているだけなのです。

 

実験室でこの反応を行う場合、試験管に入れた酢酸カルシウムをバーナーで炙り、発生したガスを別の試験管に誘導して冷水で冷やすという装置を組みます。すると、冷やされた試験管の底に液体のアセトンが溜まります。この実験は、固体を加熱して気体を取り出し、再び液体にするという、化学プロセスの基礎が詰まった美しい実験と言われています。

 

学びの化学：なぜ酢酸カルシウムを乾留するとアセトンが得られるの？（反応機構の詳細解説）
参考）なぜ酢酸カルシウムを乾留するとアセトンが得られるの？
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酢酸カルシウムの熱分解温度と炭酸カルシウムの残留

この熱分解反応が起こるためには、具体的にどのくらいの「温度」が必要なのでしょうか。ここが、農業における安全管理を考える上で重要なポイントになります。

 

一般的な化学データによると、酢酸カルシウムの熱分解は約380℃～400℃付近で始まるとされています。また、完全に分解させるには400℃以上の温度を維持する必要があります。

 

• 100℃付近: 水分が蒸発します。自作液肥の場合、まずは水分が飛び、白い結晶（酢酸カルシウムの固体）が析出します。
• 160℃付近: 結晶水（分子内に取り込まれていた水）が外れ、無水酢酸カルシウムになります。ここまでは単なる乾燥プロセスです。
• 400℃付近: ここでようやく分子自体の分解（熱分解）が始まります。炭素と炭素の結合が切れ、アセトンガスが発生し始めます。

400℃という温度は、通常の焚き火や野焼きの中心温度（700℃～900℃以上になることも）に比べれば、十分に到達可能な温度です。つまり、もし乾燥した酢酸カルシウムの結晶を火の中に投入すれば、容易に分解反応が進むことになります。

 

反応後に残る「炭酸カルシウム（$CaCO_3$）」についても触れておきましょう。

 

アセトンが気体として去った後、手元に残るのは白い粉末です。これは化学的には石灰岩や卵の殻と同じ成分です。

 

• 性質: 水にはほとんど溶けません。
• 用途: 土壌のpH調整（酸度矯正）に使われる石灰資材と同じです。
• 見た目: 元の酢酸カルシウムとよく似た白い粉末ですが、水への溶解性が全く異なります（酢酸カルシウムは水によく溶けますが、炭酸カルシウムは溶けません）。

もし実験を行って、「加熱後に残った白い粉が水に溶けなくなった」とすれば、それは実験が成功し、酢酸カルシウムが炭酸カルシウムに変化した証拠になります。

 

しかし、さらに高温（約900℃以上）で加熱し続けると、今度はこの炭酸カルシウム自体が熱分解を起こし、「酸化カルシウム（生石灰）」と「二酸化炭素」に分かれてしまいます（$CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$）。生石灰は水と触れると激しく発熱する物質です。このように、カルシウム化合物は温度によって次々と姿を変えていく、非常にダイナミックな性質を持っているのです。

 

CiNii Research：酢酸カルシウムの熱分解により生成する炭酸カルシウムの性状（温度と生成物の結晶構造に関する論文）
参考）https://cir.nii.ac.jp/crid/1390282680253948672
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酢酸カルシウムの熱分解に関わる農業資材の乾燥と注意

最後に、この化学的知識を実際の農業現場にどう活かすか、独自のリスク管理の視点から解説します。通常、液体の状態で使用する「酢酸カルシウム液肥」ですが、以下のようなシチュエーションでは、意図せず熱分解反応に近い状況を作り出してしまう可能性があります。

 

1. 液肥タンクの底に残った結晶の処理

   長期間保存していた液肥の水分が蒸発し、容器の底に白い結晶が固まることがあります。これが高濃度の酢酸カルシウムです。これを「ゴミ」として扱い、野焼きや焼却炉にそのまま放り込んでいないでしょうか？

2. ハウス内での高温乾燥

   意図的ではないにせよ、こぼれた液肥がハウス内の高温箇所（暖房機の近くなど）で乾燥し、さらに何らかの熱源に触れる状況です。

    

なぜこれが危険なのか？
先ほど解説した通り、乾燥した酢酸カルシウムが高温（400℃以上）にさらされると、可燃性ガスである「アセトン」が発生します。もし閉鎖的な空間（焼却炉の中など）で大量の酢酸カルシウムが一気に熱分解されると、発生したアセトンガスに引火し、予期せぬ爆発的燃焼を引き起こすリスクが理論上考えられます。

 

アセトンの引火点はマイナス20℃と非常に低く、常温でも火を近づければ簡単に燃えます。熱分解で発生するのは高温のアセトン蒸気ですから、酸素があれば即座に燃焼反応につながります。

 

農業従事者が守るべき安全対策

• 焼却禁止: 不要になった酢酸カルシウムの結晶（乾燥固形物）は、焼却処分してはいけません。水に溶かして土壌に撒くか（カルシウム資材として機能します）、地域の廃棄区分に従って処理してください。
• 保管場所: 乾燥して粉末状になった場合は、火気のない冷暗所に保管してください。
• 容器の洗浄: 液肥を作った容器を洗わずに放置し、乾燥した結晶が付着したまま高温の場所に置かないようにしましょう。

また、ポジティブな側面としては、この反応は「カルシウムの循環」を理解する良い教材でもあります。

 

「卵の殻（炭酸カルシウム）」→ お酢で溶解 →「液肥（酢酸カルシウム）」→ 作物に吸収。

 

このサイクルの途中で、もし熱が加わると再び「炭酸カルシウム」に戻ろうとする力が働く（その際にアセトンを放出する）。物質は形を変えて循環していることを知れば、土作りや資材作りへの理解もより一層深まるはずです。

 

「化学反応式」というと難しく聞こえますが、それは「農業資材の取扱説明書」の深い部分を読むようなものです。正しい知識を持つことで、より安全で効率的な農業経営につなげていきましょう。

 

青山町キッチンファーム：自作酢酸カルシウムの作り方（農業現場での一般的な製造法と利用法）
参考）自作酢酸カルシウムの作り方｜八尾青山町キッチンファーム｜野菜…
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富士フイルム和光純薬：安全データシート 酢酸カルシウム一水和物（火災時の危険有害性・分解生成物についての公式情報）
参考）https://labchem-wako.fujifilm.com/sds/W01W0103-0031JGHEJP.pdf
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