石灰、石膏與灰泥

人類最早掌握的化學之一，就是這些能從地裡挖出來的鈣化合物的化學。石灰石、白堊和大理石都是碳酸鈣；石膏則是硫酸鈣。通過加熱和再水合這些廉價岩石，人們幾千年來製作砂漿、灰泥、水泥和鑄型——遠在任何人知道原子為何物之前。這就是第 2 族化學最日常的面孔。

石灰循環是一串簡單反應。在窯裡煅燒石灰石 CaCO3，趕出二氧化碳，得到生石灰，即氧化鈣 CaO，一種有腐蝕性的白色固體。向生石灰加水，是劇烈放熱的「消化」步驟，得到熟石灰，即氫氧化鈣 Ca(OH)2（一種鹼；其溶液就是石灰水）。熟石灰隨後緩慢地從空氣中重新吸收 CO2，重新凝固成堅硬的碳酸鈣——傳統石灰砂漿正是這樣硬化的，從而閉合了這個循環。石膏講的是一個平行的故事，只是主角換成水而非 CO2：加熱石膏 CaSO4 dot 2H2O，趕出大部分結晶水，得到熟石膏 CaSO4 dot 半個-H2O；把這種粉末與水混合，它會迅速重新結晶成相互交錯的石膏針晶，凝固成剛性固體——這正是牆面灰泥和固定斷骨的石膏繃帶的基礎。

這些材料之所以重要，是因為它們是建造世界的大宗化學：石灰和石膏支撐著水泥、灰泥、砂漿、黑板粉筆（如今常是石膏）、農業土壤改良和外科石膏繃帶。需要老實說明的是，這些名稱容易混淆——生石灰（CaO）、熟石灰（Ca(OH)2）、石灰石（CaCO3）和石灰水（溶解的 Ca(OH)2）是四種不同的東西，而熟石膏是失去後又重獲結晶水的石膏，根本不是碳酸鈣。