二水石膏、半水石膏、無水石膏の違いとは？
化学で理解する！石膏（せっこう）の三態の違いと水和反応
こんにちは！
FRP素材屋さん馬渕です。
今回は、わかりにくい二水石膏、半水石膏、それに無水石膏について解説します。
今回は、建材や医療、美術など、さまざまな分野で活躍する身近な物質、「石膏」について深掘りしてみましょう。
石膏の正体は「硫酸カルシウム」です。この硫酸カルシウムが、どのくらいの水分子
を自身の結晶構造内に取り込んでいるか（水和しているか）によって、性質がガラッと変わる3つの形、つまり「三態」が存在します。
この変化は、温度管理された脱水反応と、自発的な水和反応によってコントロールされています。
1. 二水石膏（にすいせっこう）
| 化学式 | CaSO4⋅2H2O |
| 和名 | 硫酸カルシウム二水和物 |
| 特徴 | 天然石膏の形で産出される、安定した結晶。 |
| 用途 | 石膏ボードやセメントの原料。 |
- 構造: 分子と結晶水がガッチリと結合しています。
- 安定性: 常温・常圧で最も安定しているため、天然に広く存在します。
- 性質: 水に溶けにくく、そのままでは固まったりはしません。
- 特徴：湿気った砂みたいな感じです。
商品としては、
①耐熱石膏→G2
②HS650硬め
③HS700スタンダード
④HS750やや柔らかめ
⑤B13低膨張
⑥B13R低膨張&速硬化タイプ
⑦フレンズ石膏 5kg、2kg、1kg 扱いやすいサイズ HS700同等
というパターンがあります。
2. 半水石膏（はんすいせっこう）- 凝結反応の主役
| 化学式 | CaSO4⋅21H2O |
| 和名 | 硫酸カルシウム半水和物 |
| 別名 | 焼き石膏、焼石こう（セッコウ）、プラスター |
| 特徴 | 水を加えると発熱しながら固まる（凝結）。 |
| 用途 | ギプス、型取り材、セメント製品など。 |
- 生成（脱水反応）: 二水石膏（長男）を約 100∘C ∼ 150∘C の範囲で加熱すると、結晶水の一部が蒸発して作られます。
我々が一般的に石膏と思っている商品がこちらです。
- 凝結（水和反応）: 半水石膏に水（H2O）を加えると、失われた水分子を取り込み、再び安定な二水石膏（長男）の結晶となって固まります。半水石膏と、二水石膏はお互いを行き来できます。
- 硬化反応は発熱反応になり、固まるときに熱を出すのが特徴です。
- 固まるときに微小な体積膨張（硬化膨張）を起こします。ポリエステル樹脂が収縮するのと違いますね。
型取り材などの製造に適しています。
3. 無水石膏（むすいせっこう）
| 化学式 | CaSO4 |
| 和名 | 硫酸カルシウム無水物 |
| 特徴 | 結晶水を持たない。 |
| 用途 | 乾燥剤、特殊セメントの材料。 |
- 生成（完全脱水）: 二水石膏や半水石膏を400度の高い温度で長時間加熱すると、全ての水分子が蒸発し、結晶水のない無水石膏となります。
- 安定性: 用途が他の2つと異なり、樹脂などの不燃性フィラーにしたりします。難燃性、不燃性を付与するフィラー(添加物)となります。
たとえば、電子機器内の耐熱性が必要な部材に、混ぜ込むことで、耐熱樹脂部品となったりします。 - 性質: 二水、半水石膏には戻りません。
- 特徴：水を持たないサラサラの粒子になります。
まとめ：温度と水と石膏
半水石膏が水と反応して二水石膏に戻る水和・凝結反応は、熱化学や結晶学が深く関わる興味深い現象です。私たちの身の回りの製品には、このシンプルな化学反応が応用されているのですね。
