バナジウム

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チタン バナジウム クロム
-

V

Nb
Element 1: 水素 (H), 非金属
Element 2: ヘリウム (He), 希ガス
Element 3: リチウム (Li), アルカリ金属
Element 4: ベリリウム (Be), 卑金属
Element 5: ホウ素 (B), 金属
Element 6: 炭素 (C), 非金属
Element 7: 窒素 (N), 非金属
Element 8: 酸素 (O), 非金属
Element 9: フッ素 (F), ハロゲン
Element 10: ネオン (Ne), 希ガス
Element 11: ナトリウム (Na), アルカリ金属
Element 12: マグネシウム (Mg), 卑金属
Element 13: アルミニウム (Al), 卑金属
Element 14: ケイ素 (Si), 金属
Element 15: リン (P), 非金属
Element 16: 硫黄 (S), 非金属
Element 17: 塩素 (Cl), ハロゲン
Element 18: アルゴン (Ar), 希ガス
Element 19: カリウム (K), アルカリ金属
Element 20: カルシウム (Ca), アルカリ土類金属
Element 21: スカンジウム (Sc), 遷移金属
Element 22: チタン (Ti), 遷移金属
Element 23: バナジウム (V), 遷移金属
Element 24: クロム (Cr), 遷移金属
Element 25: マンガン (Mn), 遷移金属
Element 26: 鉄 (Fe), 遷移金属
Element 27: コバルト (Co), 遷移金属
Element 28: ニッケル (Ni), 遷移金属
Element 29: 銅 (Cu), 遷移金属
Element 30: 亜鉛 (Zn), 卑金属
Element 31: ガリウム (Ga), 卑金属
Element 32: ゲルマニウム (Ge), 金属
Element 33: ヒ素 (As), 金属
Element 34: セレン (Se), 非金属
Element 35: 臭素 (Br), ハロゲン
Element 36: クリプトン (Kr), 希ガス
Element 37: ルビジウム (Rb), アルカリ金属
Element 38: ストロンチウム (Sr), アルカリ土類金属
Element 39: イットリウム (Y), 遷移金属
Element 40: ジルコニウム (Zr), 遷移金属
Element 41: ニオブ (Nb), 遷移金属
Element 42: モリブデン (Mo), 遷移金属
Element 43: テクネチウム (Tc), 遷移金属
Element 44: ルテニウム (Ru), 遷移金属
Element 45: ロジウム (Rh), 遷移金属
Element 46: パラジウム (Pd), 遷移金属
Element 47: 銀 (Ag), 遷移金属
Element 48: カドミウム (Cd), 卑金属
Element 49: インジウム (In), 卑金属
Element 50: スズ (Sn), 卑金属
Element 51: アンチモン (Sb), 金属
Element 52: テルル (Te), 金属
Element 53: ヨウ素 (I), ハロゲン
Element 54: キセノン (Xe), 希ガス
Element 55: セシウム (Cs), アルカリ金属
Element 56: バリウム (Ba), アルカリ土類金属
Element 57: ランタン (La), ランタノイド
Element 58: セリウム (Ce), ランタノイド
Element 59: プラセオジム (Pr), ランタノイド
Element 60: ネオジム (Nd), ランタノイド
Element 61: プロメチウム (Pm), ランタノイド
Element 62: サマリウム (Sm), ランタノイド
Element 63: ユウロピウム (Eu), ランタノイド
Element 64: ガドリニウム (Gd), ランタノイド
Element 65: テルビウム (Tb), ランタノイド
Element 66: ジスプロシウム (Dy), ランタノイド
Element 67: ホルミウム (Ho), ランタノイド
Element 68: エルビウム (Er), ランタノイド
Element 69: ツリウム (Tm), ランタノイド
Element 70: イッテルビウム (Yb), ランタノイド
Element 71: ルテチウム (Lu), ランタノイド
Element 72: ハフニウム (Hf), 遷移金属
Element 73: タンタル (Ta), 遷移金属
Element 74: タングステン (W), 遷移金属
Element 75: レニウム (Re), 遷移金属
Element 76: オスミウム (Os), 遷移金属
Element 77: イリジウム (Ir), 遷移金属
Element 78: 白金 (Pt), 遷移金属
Element 79: 金 (Au), 遷移金属
Element 80: 水銀 (Hg), 卑金属
Element 81: タリウム (Tl), 卑金属
Element 82: 鉛 (Pb), 卑金属
Element 83: ビスマス (Bi), 卑金属
Element 84: ポロニウム (Po), 金属
Element 85: アスタチン (At), ハロゲン
Element 86: ラドン (Rn), 希ガス
Element 87: フランシウム (Fr), アルカリ金属
Element 88: ラジウム (Ra), アルカリ土類金属
Element 89: アクチニウム (Ac), アクチノイド
Element 90: トリウム (Th), アクチノイド
Element 91: プロトアクチニウム (Pa), アクチノイド
Element 92: ウラン (U), アクチノイド
Element 93: ネプツニウム (Np), アクチノイド
Element 94: プルトニウム (Pu), アクチノイド
Element 95: アメリシウム (Am), アクチノイド
Element 96: キュリウム (Cm), アクチノイド
Element 97: バークリウム (Bk), アクチノイド
Element 98: カリホルニウム (Cf), アクチノイド
Element 99: アインスタイニウム (Es), アクチノイド
Element 100: フェルミウム (Fm), アクチノイド
Element 101: メンデレビウム (Md), アクチノイド
Element 102: ノーベリウム (No), アクチノイド
Element 103: ローレンシウム (Lr), アクチノイド
Element 104: ラザホージウム (Rf), 遷移金属
Element 105: ドブニウム (Db), 遷移金属
Element 106: シーボーギウム (Sg), 遷移金属
Element 107: ボーリウム (Bh), 遷移金属
Element 108: ハッシウム (Hs), 遷移金属
Element 109: マイトネリウム (Mt), 遷移金属
Element 110: ダームスタチウム (Ds), 遷移金属
Element 111: レントゲニウム (Rg), 遷移金属
Element 112: コペルニシウム (Cn), 卑金属
Element 113: ウンウントリウム (Uut), 卑金属
Element 114: フレロビウム (Fl), 卑金属
Element 115: ウンウンペンチウム (Uup), 卑金属
Element 116: リバモリウム (Lv), 卑金属
Element 117: ウンウンセプチウム (Uus), ハロゲン
Element 118: ウンウンオクチウム (Uuo), 希ガス
Vanadium has a body-centered cubic crystal structure
23V
外見
青みがかった銀白色
Vanadium etched.jpg
一般特性
名称, 記号, 番号 バナジウム, V, 23
分類 遷移金属
, 周期, ブロック 5, 4, d
原子量 50.9415(1) g·mol-1
電子配置 [Ar] 3d3 4s2
電子殻 2, 8, 11, 2(画像
物理特性
固体
密度 (室温付近) 6.0 g·cm-3
融点での液体密度 5.5 g·cm-3
融点 2183 K, 1910 °C, 3470 °F
沸点 3680 K, 3407 °C, 6165 °F
融解熱 21.5 kJ·mol-1
蒸発熱 459 kJ·mol-1
熱容量 (25 °C) 24.89 J·mol-1·K-1
蒸気圧
圧力(Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温度 (K) 2101 2289 2523 2814 3187 3679
原子特性
酸化数 5, 4, 3, 2, 1, -1
(両性酸化物)
電気陰性度 1.63 (ポーリングの値)
イオン化エネルギー
(詳細)
第1: 650.9 kJ·mol-1
第2: 1414 kJ·mol-1
第3: 2830 kJ·mol-1
原子半径 134 pm
共有結合半径 153±8 pm
その他
結晶構造 体心立方
磁性 常磁性
電気抵抗率 (20 °C) 197 nΩ·m
熱伝導率 (300 K) 30.7 W·m-1·K-1
熱膨張率 (25 °C) 8.4 µm·m-1·K-1
音の伝わる速さ
(微細ロッド)
(20 °C) 4560 m/s
ヤング率 128 GPa
剛性率 47 GPa
体積弾性率 160 GPa
ポアソン比 0.37
モース硬度 6.7
CAS登録番号 7440-62-2
最安定同位体
詳細はバナジウムの同位体を参照
同位体 NA 半減期 DM DE (MeV) DP
48V syn 15.9735 d ε/β+ 4.0123 48Ti
49V syn 330 d ε 0.6019 49Ti
50V 0.25 % 1.5×1017 y ε 2.2083 50Ti
β- 1.0369 50Cr
51V 99.75 % 中性子28個で安定

バナジウム (新ラテン語: vanadium[1]) は原子番号23の元素元素記号Vバナジウム族元素の一つ。灰色がかかった銀白色の金属で、遷移元素である。

主要な産出国は南アフリカ中国ロシアアメリカで、この4か国で90 %超を占める。バナジン石などの鉱石があるが、品位が高くないため、資源としては他の金属からの副生回収で得ているほか、原油オイルサンドにも多く含まれているので、それらの燃焼灰も利用される。

性質[編集]

金属としては軟らかく、展延性があり容易に圧延加工できる。常温・常圧で安定な結晶構造体心立方格子で、比重は6.11、融点は1726 °C(他に1890 °C、1915 °Cという実験値あり)、沸点は3410 °C(3000 °C、3350 °Cなどの実験値あり)。普通のアルカリとは反応しないが、濃硝酸濃硫酸フッ化水素酸には溶ける。原子価は2価から5価まで多様な値をとる。

用途[編集]

製鋼添加剤としての用途が8割以上を占めているが、バナジウム化合物は触媒としても極めて重要なほか、化学電気工学電子工学の分野でも重要である。

しかし、原油中のバナジウム(ポルフィリン化合物として揮発性を持ち、製油によって重油に移行する)は燃焼時に酸化物となると、材表面の不動態皮膜を低融点化させる高温腐食現象(バナジウム・アタック)を引き起こす。特にガスタービンエンジンのフィンを傷めるケースが多い。ほかにも触媒毒となるため、燃料重油中のバナジウムは十分に除去するのが望ましい。

鉄鋼[編集]

バナジウム鋼にフェロバナジウムとして添加する。鋼にバナジウムを0.1 %程度添加すると、炭素と結合して結晶粒がより細かい金属構造になるため、靭性を損なわないで強度を増せる上、機械的性質や耐熱性なども向上する。伝説的なダマスカス鋼からも微量のバナジウムが確認されている。

合金[編集]

鉄鋼系以外の合金には、主にアルミニウムとの合金が利用される。

触媒[編集]

1924年に触媒作用が発見されて以来、バナジウム化合物を用いた触媒は広く利用され、その用途は拡大する傾向にある。

顔料・塗料[編集]

バナジウムは酸化数による色彩の変化が多様であるため、高温に耐える着色剤として利用される。バナジウムの示す色としては、五酸化バナジウムや塩化バナジウム(III)が鮮やかなオレンジから赤を示すほか、概ね2価が紫、3価が緑、4価が青であり、5価で無色となる。

電気・電子[編集]

歴史[編集]

バナジウムの発見には紆余曲折があり、歴史に埋もれかけた別名をいくつか持っている。

生産[編集]

物質としてのバナジウムは広範囲に分布し、ほとんどどこにでも存在する。しかし、資源としては偏在性が強く、埋蔵量のほとんどは南アフリカ中国ロシアに存在するほか、ベネズエラのオリコタール(超重質油中)やカナダのオイルサンドビチューメンなどの中に、硫黄などと共に含まれる。また、その生産も、上記3か国とアメリカとで9割以上を占める。そのため、供給は不安定なものとなりやすく、これらの国家や生産企業の動向による価格の高騰が、1988、1994、1997、2003、および2004年以降と頻繁に発生している。

バナジウム鉱物の主要なものとしては、緑鉛鉱 Pb5(PO4)3(OH,F,Cl) に類似した鉱物である褐鉛鉱 Pb5(VO4)3(OH,F,Cl) がある[2][3]。他にはカルノー石 2(UO2)2(VO4)2•3H2O、パトロン石 V2S5 などが知られているが、資源としては品位が低い。加えて、バナジウムの多くは他の鉱物と共に(あるいはむしろ他の鉱物の副産物として)産出されており、他の鉱物の需給状況にバナジウムの生産も影響を受ける。

以上のような背景から、日本国内において産業上重要性が高いにもかかわらず、産出地に偏りがあり供給構造が脆弱である。日本では国内で消費する鉱物資源の多くを他国からの輸入で支えている実情から、万一の国際情勢の急変に対する安全保障策として国内消費量の最低60日分を国家備蓄すると定められている。またリサイクル確立も重要視され、日本では廃触媒からの回収や、重油ボイラーの灰などからの回収が行われている。

生体におけるバナジウム[編集]

バナジウムは、ヒトを含む大部分の脊椎動物にとって不可欠なミネラルではない。しかし、生体内の酵素や錯体の構成に加わっている例が多数確認されており、特に窒素固定細菌では、その酵素系における必須元素のモリブデンが欠乏した時、これを補うためにバナジウムを含む酵素が働くことが判っている。これらから、一部の生物では何らかの役割を果たしているものと考えられている。

濃縮[編集]

バナジウムは様々な生物(比較的単純な生物が多い)から検出され、乾燥重量で100 ppmを超える生物も多数確認されている。また、特異的に濃縮する生物も何種か知られている。石油中に多く含まれる原因とも考えられている。

このほか「多く含まれている食品」としてエビカニパセリ、黒こしょうマッシュルームなどが知られている。

毒性[編集]

バナジウムイオンが試験管内で細胞に対し、致死毒性を持つことが確認されている。

  • 水生生物に対する毒性 - 急性 LC50 の調査結果によると、濃度レベルは0.1-100 mg/L台の範囲にあり、大部分の生物が1–12 mg/L であったという。特に鋭敏な生物はカキで、幼生の発生への影響が0.05 mg/Lで現れる。
  • ラット・マウスの経口投与 - 5価バナジウム化合物に対する半数致死量 (LD50) としてそれぞれ10 mg/kg、5–23 mg/kg。
  • ヒトに対する影響 - 現在のところ WHO は、無機バナジウムの発癌性について、その有無を判断できる材料がないとしている。このため、ヒトに対して発癌性があるかもしれない、と分類されている。
  • 作業環境における管理濃度 - 酸化バナジウム(V)の粉じんについては、0.03 mg/m3(バナジウムとして)が定められている。

医薬・健康[編集]

現在、ある程度効果が確認されているものは、次のとおりである。

  • ラットを使った研究でインスリンに似た働きをする(血糖値を下げる)ことが示唆され、糖尿病治療薬になるのではないかと注目されている。
  • 理論的に、抗凝血薬の作用を強める(効果と副作用の両方とも)可能性がある。

健康食品に関連して2000年頃から話題になり、ミネラルウォーターサプリメントが販売されている。検証はなされていないが、摂取することで何等かのメリットがあるものと期待させる宣伝が行われている(疑似科学)。

環境への放出[編集]

バナジウムは原油・重油中に多く含まれていることから、その燃焼により毎年10万トンのレベルで大気中に放出されている。自然現象による放出は年間10トンのレベルと見積もられており、大気中の浮遊塵や降水中に含まれるバナジウムはそのほとんどが、人間活動によるものである。

従って、天然水中のバナジウムを定量することで、化石燃料による影響を評価することができるが、バナジウムは安定した酸化物を形成するため、原子吸光分析では電気加熱炉法を用いる必要がある。

バナジウムの化合物[編集]

脚注[編集]

  1. ^ Encyclo - Webster's Revised Unabridged Dictionary (1913)”. 2011年9月25日閲覧。
  2. ^ 櫻井武、鈴木晋一郎、中尾安男 『ベーシック無機化学』 化学同人、2003年、101頁。ISBN 4759809031
  3. ^ Vanadinite”. mindat.org. 2012年6月17日閲覧。

関連項目[編集]

外部リンク[編集]