황산칼슘(Calcium sulfate, 화학식 CaSO₄)은 칼슘의 황산염으로, 자연계에서 널리 존재하는 무기 화합물이다. 흰색 결정성 고체이며, 물에 대한 용해도가 낮은 난용성 염이다.
화학적 특성
황산칼슘은 칼슘 이온(Ca²⁺)과 황산 이온(SO₄²⁻)이 이온 결합하여 형성된 염이다. 무수물(anhydrous)의 몰 질량은 136.14 g/mol이며, 밀도는 2.96 g/cm³, 녹는점은 약 1,460°C이다. 물에 대한 용해도는 20°C에서 무수물 기준 100mL당 약 0.21g으로 낮으며, 용해도곱(Ksp)은 4.93×10⁻⁵ mol²L⁻²이다. 무수물의 표준 생성 엔탈피(ΔfH⦵298)는 -1433 kJ/mol이다.
수화물 형태
황산칼슘은 결정수 함량에 따라 여러 형태로 존재한다.
- 무수황산칼슘(CaSO₄): 결정수를 포함하지 않는 형태.
- 반수화물(CaSO₄·½H₂O): 석고를 가열하여 얻어지며, 소석고(plaster of Paris)로 알려져 있다.
- 이수화물(CaSO₄·2H₂O): 자연에서는 석고(gypsum)라는 광물로 산출된다. 몰 질량 172.172 g/mol, 밀도 2.32 g/cm³이다.
산출 및 제법
자연적으로는 경석고(무수석고, anhydrite)와 석고(gypsum) 형태로 광물로서 산출된다. 인위적으로는 칼슘염 수용액에 황산 또는 황산염 수용액을 넣으면 앙금으로 얻을 수 있다.
용도
황산칼슘은 다양한 산업 분야에서 사용된다. 건축 재료로서 석고보드, 회반죽, 석고 블록 등의 원료가 된다. 의학 분야에서는 깁스용 소석고로 사용된다. 식품 첨가물로는 E516(산도 조절제, 응고제, 안정제)으로 지정되어 있으며, 두부 제조 시 응고제로도 쓰인다. 농업에서는 토양 개량제로, 산업에서는 시멘트 생산, 펄프 및 제지 공정, 건조제(drierite) 등으로 활용된다.
안전성
NFPA 704 등급에 따르면 건강 위험도 1, 화재 위험도 0, 반응성 위험도 0으로 분류되어 비교적 안전한 물질에 속한다. 인화점이 없어 가연성이 아니며, 미국 NIOSH 기준 허용 노출 한계(PEL)는 무수물 형태 기준으로 TWA 15 mg/m³(총분진), TWA 5 mg/m³(호흡성 분진)이다.
