石灰、石膏与灰泥

人类最早掌握的化学之一，就是这些能从地里挖出来的钙化合物的化学。石灰石、白垩和大理石都是碳酸钙；石膏则是硫酸钙。通过加热和再水合这些廉价岩石，人们几千年来制作砂浆、灰泥、水泥和铸型——远在任何人知道原子为何物之前。这就是第 2 族化学最日常的面孔。

石灰循环是一串简单反应。在窑里煅烧石灰石 CaCO3，赶出二氧化碳，得到生石灰，即氧化钙 CaO，一种有腐蚀性的白色固体。向生石灰加水，是剧烈放热的「消化」步骤，得到熟石灰，即氢氧化钙 Ca(OH)2（一种碱；其溶液就是石灰水）。熟石灰随后缓慢地从空气中重新吸收 CO2，重新凝固成坚硬的碳酸钙——传统石灰砂浆正是这样硬化的，从而闭合了这个循环。石膏讲的是一个平行的故事，只是主角换成水而非 CO2：加热石膏 CaSO4 dot 2H2O，赶出大部分结晶水，得到熟石膏 CaSO4 dot 半个-H2O；把这种粉末与水混合，它会迅速重新结晶成相互交错的石膏针晶，凝固成刚性固体——这正是墙面灰泥和固定断骨的石膏绷带的基础。

这些材料之所以重要，是因为它们是建造世界的大宗化学：石灰和石膏支撑着水泥、灰泥、砂浆、黑板粉笔（如今常是石膏）、农业土壤改良和外科石膏绷带。需要老实说明的是，这些名称容易混淆——生石灰（CaO）、熟石灰（Ca(OH)2）、石灰石（CaCO3）和石灰水（溶解的 Ca(OH)2）是四种不同的东西，而熟石膏是失去后又重获结晶水的石膏，根本不是碳酸钙。