酸化チタン(IV)

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酸化チタン(IV)
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IUPAC名

titanium(IV) oxide
別称
二酸化チタン
チタニア
金紅石
アナタース
板チタン石
識別情報
CAS登録番号 13463-67-7
KEGG C13409
RTECS番号 XR2775000
特性
化学式 TiO2
モル質量 79.87 g/mol
外観 白色固体
密度 構造により異なる
融点

1870 °C
沸点

2972 °C
熱化学
標準生成熱 ΔfHo -944.7 kJ mol-1(rutile)[1]
標準モルエントロピー So 50.33 J mol-1K-1(rutile)
標準定圧モル比熱, Cpo 55.02 J mol-1K-1(rutile)
危険性
引火点 不燃性
特記なき場合、データは常温（25 °C）・常圧（100 kPa）におけるものである。

酸化チタン(IV)（さんかチタン よん、英: titanium(IV) oxide）は組成式 TiO2、式量79.9の無機化合物。チタンの酸化物で、二酸化チタンや、単に酸化チタン、およびチタニアとも呼ばれる。

天然には金紅石（正方晶系）、鋭錐石（正方晶系）、板チタン石（斜方晶系）の主成分として産出する無色の固体で光電効果を持つ金属酸化物。屈折率はダイヤモンドよりも高い。

目次

[編集] 構造

結晶構造にはアナターゼ型(正方晶)、ルチル型(正方晶、図参照)、ブルッカイト型(斜方晶)がある。アナターゼ型の酸化チタン(IV)を900 °C以上に加熱すると、ルチル型に転移する。また、ブルッカイトを650 °C以上に加熱すると、やはりルチル型に転移する。ルチル型は最安定構造であるため、一度ルチルに転移すると低温に戻してもルチル型を維持する。

[編集] 用途

  • 顔料・着色料

白色の塗料、絵具、釉薬、化合繊用途などの顔料として使われる。塗料の顔料には触媒としての活性の低く熱安定性等に優れるルチル型が用いられ、チタン白（チタンはく）[2]、チタニウムホワイトと呼ばれる。絵具として他の色と混ぜて使った場合、日光に長期間さらされると光触媒の作用によって脱色したり、絵具が割れてしまったりする場合がある[3][4][5][6]。また、人体への影響が小さいと考えられているため、食品や化粧品の着色料（食品添加物）として利用されている。

アナターゼ型とルチル型が用いられるが、アナターゼ型の方がバンドギャップが大きく一般的に光触媒としての活性が高い。

光を照射すると導電化する性質を利用し感光体として用いられる。感光波長が紫外域のため明室処理が可能。酸化亜鉛を利用した従来のものよりも耐久性が高く、解像度も高い。

固体触媒の担体として用いられる場合がある。

  • 日焼け止め

400 nmよりも短波長の光を強く吸収する一方で、可視光吸収は無いため日焼け止め（サンスクリーン剤）にも使われる [7]。

赤外線を取り込む次世代太陽電池の素材として注目されている。

[編集] 化学的性質

酸化チタン(IV)は、フッ化水素酸、熱濃硫酸および溶融アルカリ塩に溶解するが、それ以外の酸、アルカリ、水および有機溶剤には溶解しない。

アナターゼのバンドギャップは3.2 eVであり、387 nmより短波長の光を吸収すると価電子帯の電子が伝導帯に励起され、自由電子と正孔を生成する。通常は直ちに再結合し、熱に変わる。

600 °C以上では水素ガスにより部分的に還元され、青色のチタン(III)の混ざった酸化物を生成する。ただし酸素に触れると速やかに酸化チタン(IV)に戻る。従って、酸化チタン(IV)に担持した貴金属触媒を高温で水素還元すると、SMSI (Strong Metal Support Interaction) を発生しやすい。

[編集] 製造

一度塩化チタン(IV)とした後、高温で酸素と反応させて酸化チタン(IV)とする方法、および硫酸チタン(IV)を加水分解した後、焼成する方法の二種類が主であるが、特に光触媒用の酸化チタン(IV)は別途特殊な製造方法を採ることがある[8]。

日本では石原産業、堺化学工業、テイカ、チタン工業、富士チタン工業などが製造している。

アナターゼ型酸化チタンの2007年の日本国内生産量は39,071トンである。ルチル型酸化チタンの2007年の日本国内生産量は206,905トンである[9]。

[編集] 安全性

世界保健機関は「発がん性の可能性がある」と指摘している。微粒子かつ水に溶けないため粉塵の吸引が肺に与える影響が懸念されている。IARC は、発がん性に関してグループ3（ヒトに対する発癌性が分類できない）に分類していたが、2006年にグループ2B（人に対して発がん性がある可能性があるもの）に変更している[10]。

また直接体内に導入した事例では、酸化チタン(IV)の微粒子を妊娠中のマウスに注射すると、生まれた子の脳や精巣に粒子が入り込み、細胞死や機能低下を引き起こすことが、東京理科大学の武田健教授と栃木臨床病理研究所の菅又昌雄所長らの研究で指摘されている。

[編集] 出典

  1. ^ D.D. Wagman, W.H. Evans, V.B. Parker, R.H. Schumm, I. Halow, S.M. Bailey, K.L. Churney, R.I. Nuttal, K.L. Churney and R.I. Nuttal, The NBS tables of chemical thermodynamics properties, J. Phys. Chem. Ref. Data 11 Suppl. 2 (1982).
  2. ^ 『広辞苑　第五版』新村 出　岩波書店　1998.11 ISBN 4000801120 ISBN 978-4000801126
  3. ^ http://nanonet.mext.go.jp/modules/news/article.php?a_id=690
  4. ^ http://www.nipponpaint.co.jp/r&d/tc14/k1.pdf
  5. ^ http://www.kanagawa-iri.go.jp/kitri/kouhou/kenkyu_houkoku/H19/12houkoku.pdf
  6. ^ http://www.photocatalysis.com/sekininsya/sekininsha_koushuu/3-5.suishitu-jouka-gijutu_.pdf
  7. ^ “日焼け止め成分（サンスクリーン剤）の有効成分一覧”. 薬辞苑、オフィスミックス（大阪）. 2009年2月1日閲覧。
  8. ^ “ナノサイズ酸化チタンについて (PDF)”. 2010年8月2日閲覧。
  9. ^ “経済産業省生産動態統計調査 (Microsoft Excelファイル)”. 経済産業省. 2009年2月1日閲覧。
  10. ^ “93-titaniumdioxide (PDF)” (英語). 人間への発癌性リスク評価の専攻論文集. 国際がん研究機関（IARC） (2006年2月27日). 2009年2月1日閲覧。

[編集] 参照文献

[編集] 関連項目

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