フッ化カルシウム(CaF2)は、蛍石として天然に産出する無機化合物で、化学的に安定した白色のイオン結晶です。この物質は立方晶系（等軸晶系）に属し、結晶学的には蛍石型構造と呼ばれる特徴的な配置を持っています。
参考）フッ化カルシウム - Wikipedia
結晶構造の基本となるのは、カルシウムイオン(Ca2+)が面心立方格子を形成し、その格子内にできる8個の立方体すべての中心位置にフッ化物イオン(F-)が配置されるという配列です。この構造は、Ca2+だけを見ると立方最密構造（面心立方格子）型の配置になっており、全ての四面体空孔にF-が入った形態となっています。
参考）放課後化学講義室 フッ化カルシウム ～蛍石型結晶構造
格子定数はa=5.463Åで、空間群はFm3m（No.225）に分類されます。この結晶構造における最も重要な特徴は、配位数の関係性です。4つのCa2+が1つのF-を四面体的に囲んでいる形で、Ca2+の配位数は8、F-の配位数は4という関係になっています。
参考）フッ化物・アルカリハライド単結晶-CaF2｜有限会社クリスタ…
立方晶系は7つの結晶系の中で最も対称性が高い結晶系であり、単位胞の軸と角がa1=a2=a3=aかつα=β=γ=90°となる特徴を持ちます。つまり、3つの軸は長さが互いに等しく、また互いに直交している完全な立方体構造です。
参考）立方晶系 - Wikipedia
フッ化カルシウムの場合、Ca2+イオンが面心立方格子を作り、その正四面体4配位位置8か所のすべてにフッ化物イオンが入り、等軸晶系（立方晶系）の構造となります。この配置により、結晶構造が立方体であるため、光学的特性と機械的特性の両方に関して自然に等方性となり、複屈折や不均一な熱膨張を引き起こすことなく任意の方向で使用することができます。
参考）蛍石型構造(ほたるいしがたこうぞう)とは？ 意味や使い方 -…
蛍石型結晶構造は体心立方格子等と同じ「立方晶」と呼ばれる単位格子が立方体である結晶系に属しており、MX2型の塩で、かつイオン半径比が0.73以上である場合に見られる構造です。SrCl2、BaF2、CuF2、HgF2、ThO2、UO2なども同様の蛍石型構造をとります。
フッ化カルシウムの結晶構造における配位数の理解は、その物性を把握する上で極めて重要です。電荷が1:2であるため、F-はCa2+の二倍の数存在し、そのため互いの配位数は1:1ではありません。
具体的には、Ca2+は8個のF-イオンで正八面体的に取り囲まれており、8配位の状態です。一方、F-イオンは4つのCa2+で正四面体的に取り囲まれており、4配位となっています。この8:4という配位数の関係が、蛍石型構造の基本的な特徴となっています。
参考）http://www2m.biglobe.ne.jp/~tfuna/model/unitcell/caf2.html
Ca2+だけを見ると面心立方格子（立方最密構造）型の配置になっていますが、Ca2+はF-より小さいためCa2+同士は実際には触れ合っていません。これは、Ca2+の立方最密型構造の全ての四面体空孔にF-が入っている構造であることを意味します。
フッ化物イオンが作る単純立方格子の半分の中にカルシウムイオンがあり、これが面心立方格子を形成します。また、フッ化物イオンは、カルシウムイオンが作る面心立方格子の中にできる8個の立方体全部の中心にあり、単純立方格子を形成しています。
参考）http://acbio2.acbio.u-fukui.ac.jp/phychem/maeda/kougi/IC/2018/07_30NOV2018.pdf
フッ化カルシウムは、光学材料として極めて優れた特性を持っています。最も顕著な特徴は、真空紫外域から赤外域まで、つまり可視光だけでなく紫外線(UV)から赤外線(IR)に至るまで、非常に広い波長範囲の光を高い効率で透過する能力です。
参考）蛍石
特に重要なのは、屈折率が低く、かつ分散が極めて小さいという特性です。分散とは光の波長（色）によって屈折率が異なる現象のことで、この「低分散」という特性により、レンズを通して見た際に生じる色のズレ（色収差）をほとんど発生させずに、非常にクリアな像を結ぶことが可能になります。
参考）フッ化カルシウム（CaF2） - 夏目光学株式会社
この異常部分分散性を利用し、通常の光学ガラスと組み合わせることで、非常に色収差の少ない光学系を作ることができ、高級な光学機器、特にカメラ・顕微鏡・望遠鏡・半導体ステッパーなどに用いられています。望遠レンズにおいては焦点距離が長くなるほど色収差が大きくなるため、蛍石をレンズに採用することで色収差を抑え、高画質な画像を実現しています。
参考）蛍石レンズ - Wikipedia
密度は3.179g/cm3で、同等の光学特性を有する光学ガラスと比べ比重は小さく、望遠レンズなどの大きなレンズの軽量化という点で利点となります。また、化学的に安定しており、紫外線レーザーにも耐えうる性質を持っています。
参考）光学結晶 CaF2｜製品案内｜日本結晶光学株式会社
蛍石(ほたるいし/けいせき)として天然に産出するフッ化カルシウムは、鉱物（ハロゲン化鉱物）の一種で、等軸晶系に属します。色は無色、または内部の不純物により黄、緑、青、紫、灰色、褐色などを帯びます。加熱すると発光し、また、割れてはじける場合があり、この光って弾ける様が蛍のようだということで蛍石と名付けられました。
参考）蛍石 - Wikipedia
へき開が良い鉱物であり、正八面体に割れる性質を持ちます。モース硬度は4であり、モース硬度の指標となっている標準鉱物です。濃硫酸に入れて加熱するとフッ化水素が発生するため、フッ素化合物の原料としても重要です。
参考）蛍石とは？
現在、工業的に使用されているフッ化カルシウムは全て人工結晶です。製造過程では通常の光学ガラスより高い温度（約1400℃）で溶かし、長い時間かけて結晶を育成する必要があります。不純物の低減、均質で大きな結晶を育成するための条件最適化といった製造技術が重要となっています。
岩谷産業と上田石灰製造は、造粒した炭酸カルシウムに気体のフッ化水素を反応させる方法で蛍石の人工合成に成功し、工業化を進めています。高純度で品位の安定したフッ化カルシウムは、炭酸カルシウムにフッ化水素酸（フッ酸）を反応させる方法で作られます。
陶磁器と光学材料は一見別分野に見えますが、実は深い関連性があります。陶磁器は「鉱物結晶粒が、ガラスで焼き固められたもの」であり、専門的には加熱生成の結晶物が融解した長石によって焼結したものです。
参考）案外 書かれない金継ぎの話 (8) 金継ぎの為の陶磁器基礎知…
長石質磁器の研究において、結晶の定量にはフッ化カルシウム（蛍石）が内部標準として使用されることがあります。これは、フッ化カルシウムの結晶構造が明確で、X線回折パターンが明瞭であるためです。粉末X線回折を用いた内部標準法で、石英やムライトなどの結晶定量を行う際、蛍石が基準物質として機能します。
参考）https://www.jstage.jst.go.jp/article/jcersj1988/104/1208/104_1208_312/_pdf
陶磁器の釉薬においても、カルシウム化合物は重要な役割を果たします。釉薬にはリン酸カルシウムの結晶が生じる場合があり、2%程度で乳濁化を引き起こします。また、窯業分野では古くから鉄などの金属精錬用の溶剤として蛍石が欠かせない材料でした。
興味深いのは、透明セラミックス材料の分野です。1970年代初頭にDy3+:CaF2などの多結晶透明セラミックス材料の開発が盛んに行われました。フッ化カルシウムは、その優れた光学特性から透明セラミックスの成分として研究されてきた歴史があります。
参考）透明セラミックス光学材料の最新動向
さらに、陶磁器用顔料に関する研究では、結晶構造が発色に重要な役割を果たすことが知られています。フッ化カルシウムのような明確な結晶構造を持つ物質の理解は、陶磁器における結晶学的アプローチの基礎となります。
参考）https://core.ac.uk/download/pdf/268215991.pdf
長石質磁器の緻密化と強度発現に関する研究（日本セラミックス協会学術論文誌）
結晶定量における内部標準法としてのフッ化カルシウムの活用について詳しく解説されています。
ニコンの蛍石技術解説
フッ化カルシウムの光学特性と色収差補正の原理について、実用的な観点から詳細に説明されています。
蛍石型構造の詳細解説
イオン伝導など、結晶構造と物性の関係について専門的な情報が提供されています。
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