水酸化カルシウムの化学式Ca(OH)2にカッコがつくのは、水酸化物イオン(OH-)が1つのまとまった単位として扱われるからです。OHは水素と酸素という意味ではなく、水酸化物イオンという1つのカタマリを表しており、これをバラバラにして増やしてはいけないため、カッコをつけて2倍する必要があります。
参考）この化学反応式にはなぜカッコがついているのですか?教えて欲し…
化学式の成り立ちを詳しく見ると、水酸化カルシウムは水溶液中でカルシウムイオン(Ca2+)と2つの水酸化物イオン(OH-)に電離します。正しい化学反応式は「Ca(OH)2 → Ca2+ + 2OH-」となり、左辺と右辺を±0に揃える必要があるため、右辺にOH-が2個必要になります。
参考）水酸化カルシウムの電離式（Ca(OH)2）は？電離度は？覚え…
組成式では、Ca2+イオン1個に対してOH-イオン2個の比で結合し、全体として電気的に中性となっています。この電荷のバランスを化学式で正確に表現するために、水酸化物イオンをカッコでまとめ、その右下に2という数字をつけてCa(OH)2と表記するのです。
水酸化カルシウムがCa(OH)2という化学式になる背景には、カルシウム原子の電子配置が深く関わっています。カルシウム(Ca)は電子を2つ失いやすく、2価のプラスの電荷を帯びたイオン(Ca2+)になります。
カルシウムの電子配置を見ると、原子番号20のカルシウムはK殻に2個、L殻に8個、M殻に8個、N殻に2個の電子が配置されています。興味深いことに、M殻の最大収容電子数は18個ですが、8個入った時点で次のN殻に電子が収容され始めます。この最外殻のN殻にある2個の電子(価電子)を失うことで、カルシウムはCa2+イオンとなります。
参考）Science Station｜広報活動｜国立研究開発法人日…
| 原子/イオン | 電子配置 | 価電子 |
|---|---|---|
| Ca原子 | K2-L8-M8-N2 | 2個 |
| Ca2+イオン | K2-L8-M8 | 0個(安定) |
一方、水酸化物(OH)は電子を受け取りやすく、マイナスの電荷を帯びたイオン(OH-)になります。カルシウムの陽イオンCa2+と2つの水酸化物の陰イオンOH-はクーロン力で引き合い、イオン結合を形成します。このようなイオン結合の仕組みにより、カルシウム(2価の陽イオン)と水酸化物イオン(1価の陰イオン)の比が1:2となり、化学式はCa(OH)2と表されるのです。
イオン結合の詳細な解説は日本原子力研究開発機構の資料に詳しく記載されています
水酸化カルシウム(消石灰)は、生石灰(酸化カルシウム、CaO)に水を加えることで製造されます。この水和反応により生石灰が消石灰に変化する過程を「消化」とも呼びます。
参考）消石灰の製造方法
製造プロセスは以下の化学反応式で表されます：
参考）石灰 - Wikipedia
CaO (生石灰) + H2O (水) → Ca(OH)2 (消石灰)
この反応では多量の熱が発生し、激しい反応が見られることがあります。工業的な製造工程では、まず石灰石を900℃前後で加熱する煆焼(かしょう)という過程を経て、揮発成分が取り除かれた生石灰が生成されます。その化学反応式は「CaCO3 → CaO + CO2」となり、炭酸カルシウムから二酸化炭素が分離します。
製造された水酸化カルシウムは白色の粉末状で、水にわずかに溶けます。興味深いことに、温度が上昇すると溶解度はかえって減少するという特性を持っています。水溶液は石灰水と呼ばれ、強いアルカリ性を示します。工業的には懸濁液の形で使われることが多く、これは石灰乳と呼ばれています。
参考）水酸化カルシウム(スイサンカカルシウム)とは？ 意味や使い方…
消石灰の詳しい製造方法は日本石灰協会のサイトで確認できます
農業分野において水酸化カルシウムは、酸性化した土壌の中和材として重要な役割を果たします。水酸化カルシウムは強アルカリ性の物質で、pH12.5を示します。これを酸性に傾いた土壌に散布すると、中和作用により植物の生育に適している弱酸性の土壌にすることができます。
参考）消石灰の使いかた - 株式会社末吉商店 （青森県平川市）
消石灰の主成分である水酸化カルシウムは速効性があり、土壌のpHを急速に改良するのに適しています。土壌中の水素イオンと反応して分解し、二酸化炭素と水を生成することで土壌酸性が中和されます。このpH調整のメカニズムにより、土壌中の有害な鉄とアルミニウムの溶出が減り、植物への悪影響を軽減できます。
参考）石灰肥料とは？使い道や効果、使用上の注意点について農家が解説…
環境中に散布された消石灰は、水に溶解した場合にカルシウムイオンが解離し、それらは土壌中または空気中の炭酸ガスと接触して炭酸カルシウムを形成します。この炭酸化により、高いpH値は徐々に低減していきます。化学反応式は「Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O」となります。
参考）アルカリ性土壌の中和処理（ドクターペーハーシリーズ）
石灰肥料の詳細な技術情報はファイマテックの技術データベースで確認できます
水酸化カルシウムは土壌改良だけでなく、土壌消毒剤としても高い効果を発揮します。消石灰の消毒効果のメカニズムは、水中における水酸化イオン遊離による細菌の細胞膜の損傷と、高いpHを示すことによる病原体の不活性化です。
参考）石灰：技術情報 - 株式会社ファイマテック -
農業現場では、青枯病などの土壌病害の発生を抑えるために消石灰が使われます。青枯病は土壌内に存在する病原菌Ralstonia solanacearumにより引き起こされますが、消石灰の高いpHによって土壌をアルカリ性に変化させることで、この病原菌の増殖を抑制できます。
参考）青枯病対策に消石灰の効果と使い方
| 効果 | メカニズム |
|---|---|
| 殺菌作用 | 水酸化イオンによる細胞膜損傷 |
| 病原体抑制 | 高pH環境による増殖阻害 |
| 忌避効果 | ネズミなど野生動物を遠ざける |
ただし、消石灰の効果は永続的ではありません。フィールドにおいては、1週間程度でほとんどの水酸化カルシウムが炭酸カルシウムに変化してしまうことが明らかになっています。これは消石灰としての消毒効果がフィールドにおいて長くても1週間程度であることを示唆しています。
参考）https://www.jstage.jst.go.jp/article/jvma/76/12/76_e329/_pdf/-char/ja
土壌害虫と微生物の繁殖を抑制し、不活性化する効能があり、土壌伝染性病虫害の予防には役立ちます。このため、定期的な散布が必要となりますが、過剰な使用は土壌のアルカリ化を招く可能性があるため、適切な量と頻度を守ることが重要です。
消石灰の消毒効果に関する詳細な研究データは京都府畜産センターの報告書で確認できます
農業従事者にとって、作物のカルシウム欠乏症は深刻な問題です。トマトの尻腐れ症、ハクサイの芯腐れ症、イチゴのチップバーンなど、カルシウム不足に起因する病害は収量と品質に大きな影響を与えます。
参考）【家庭菜園】トマト栽培で半数以上が経験する「尻腐れ」 対処方…
水酸化カルシウムを含む石灰肥料は、カルシウムを豊富に含むため、作物の生育に必要な栄養補給に役立ちます。日本の多雨気候ではカルシウムは水に溶けやすい性質のため不足しがちな傾向にあり、特に窒素肥料を入れて野菜の急速な成長を促す農業現場においては、カルシウムの供給が追いつかないと障害がすぐに出てしまいます。
トマトが緑色の状態で尻腐れが起こる場合、カルシウム不足が考えられます。しかし、石灰や草木灰などを追肥としてあげても症状の改善には間に合わないため、速効性のある液体カルシウム剤の使用が推奨されます。また、土壌中にカルシウムが充分でも、アンモニア態窒素やマグネシウムが過剰に蓄積しているとカルシウムの吸収が抑えられて欠乏症が発生しやすくなります。
参考）トマト 尻腐れ果＆nbsp;:＆nbsp;こうち農業ネット
予防対策としては、定植前に水酸化カルシウムを含む石灰資材を土壌に施用し、土壌中のカルシウム含量を適正に保つことが基本です。カルシウムは植物体内での移動がほとんどないため、継続的な供給が重要となります。根の機能低下や土壌乾燥もカルシウム吸収を抑制するため、適切な水分管理も併せて行う必要があります。
参考）【植物の病害あれこれ】尻腐れ病について。尻腐れ病の原因や防除…
尻腐れ病の詳しい対策方法はカクイチの技術情報サイトで確認できます
