ホウ素グループ

ホウ素族（第13族）
水素ヘリウム
リチウムベリリウムボロン炭素窒素酸素フッ素ネオン
ナトリウムマグネシウムアルミニウムシリコンリン硫黄塩素アルゴン
カリウムカルシウムスカンジウムチタンバナジウムクロムマンガン鉄コバルトニッケル銅亜鉛ガリウムゲルマニウム砒素セレン臭素クリプトン
ルビジウムストロンチウムイットリウムジルコニウムニオブモリブデンテクネチウムルテニウムロジウムパラジウム銀カドミウムインジウム錫アンチモンテルルヨウ素キセノン
セシウムバリウムランタンセリウムプラセオジムネオジムプロメチウムサマリウムユーロピウムガドリニウムテルビウムジスプロシウムホルミウムエルビウムツリウムイッテルビウムルテチウムハフニウムタンタルタングステンレニウムオスミウムイリジウム白金金水銀（元素）タリウム鉛ビスマスポロニウムアスタチンラドン
フランシウムラジウムアクチニウムトリウムプロトアクチニウムウランネプツニウムプルトニウムアメリシウムキュリウムバークリウムカリホルニウムアインシュタイニウムフェルミウムメンデレビウムノーベリウムローレンシウムラザホージウムドブニウムシーボーギウムボーリウムハッシウムマイトネリウムダルムシュタットレントゲンコペルニシウムニホニウムフレロビウムモスコビウムリバモリウムテネシンオガネソン
12族←   →炭素族
IUPACグループ番号13
要素による名前ホウ素族
通称トライル
CAS グループ番号
（米国、パターン ABA）
IIIA
旧IUPAC番号
（ヨーロッパ、パターンAB）
IIIB
↓ 期間
2
画像: ホウ素塊
ホウ素（B）
5 金属
3
画像: アルミニウム金属
アルミニウム（Al）
13 その他の金属
4
画像: ガリウム結晶
ガリウム(Ga)
31 その他の金属
5
画像: 延性インジウム線
インジウム（In）
49 その他の金属
6
画像: アルゴン雰囲気下でガラスアンプルに保存されたタリウム片
タリウム(Tl)
81 その他の金属
7ニホニウム（Nh）
113 その他の金属

伝説

原始元素
合成要素

ホウ素族は周期表の第13族に属する化学元素で、ホウ素（B）、アルミニウム（Al）、ガリウム（Ga）、インジウム（In）、タリウム（Tl） 、ニオブ（Nh）から構成されています。この族は周期表のpブロックに位置します。ホウ素族の元素は価電子を3つ持つという特徴があります。[1]これらの元素はトリエル（三価電子）とも呼ばれています。[a]

第13族元素の中には、生態系において生物学的役割を持つものがあります。ホウ素はヒトにとって微量元素であり、一部の植物にとって必須です。ホウ素が不足すると植物の成長が阻害される可能性があり、過剰になると成長を阻害して害を及ぼす可能性があります。アルミニウムは生物学的役割も毒性も持たないため、安全と考えられています。インジウムとガリウムは代謝を促進する可能性があり、[3]ガリウムは鉄タンパク質と結合する能力があると考えられています。タリウムは毒性が強く、多くの重要な酵素の機能を阻害するため、殺虫剤としても使用されています。[4]

特徴

他のグループと同様に、このファミリーのメンバーは、特に最外殻の電子配置にパターンを示し、その結果、化学的挙動に次のような傾向が現れます。

Z要素殻あたりの電子数
5ボロン2、3
13アルミニウム2、8、3
31ガリウム2、8、18、3
49インジウム2、8、18、18、3
81タリウム2、8、18、32、18、3
113ニホニウム2、8、18、32、32、18、3
（予想）

ホウ素族は、上記に示したように電子配置の傾向と、その元素の特性において顕著です。反応性の傾向の一例として、ホウ素は水素と反応性の高い化合物を形成する傾向があります。[5]しかし、ホウ素は他の族元素とは異なります。ホウ素は全元素の中で2番目に高い硬度を持ち、ダイヤモンドに次ぐ硬度を持っています。[6] : 145 ホウ素は半金属とみなされますが、この族の他の元素は金属です。[6] : 141 ホウ素の融点は2076℃で、この族で2番目に高いアルミニウムの660℃よりもはるかに高いです。[6] : 143 

化学反応性

水素化物

ホウ素族元素のほとんどは、原子量が重くなり、原子番号が大きくなるにつれて反応性が高まります。この族の最初の元素であるホウ素は、高温を除いて多くの元素と一般的に反応しませんが、水素と多くの化合物（ボランと呼ばれることもあります）を形成することができます。[7]最も単純なボランはジボラン、またはB 2 H 6です。[5]もう一つの例はB 10 H 14です。

第13族元素の次の元素であるアルミニウムとガリウムは、AlH 3とGaH 3が存在するものの、安定な水素化物を形成することは少ない。同族の次の元素であるインジウムは、ホスフィン錯体H 3 InP(Cy) 3 (Cy=シクロヘキシル)のような錯化合物を除いて、多くの水素化物を形成することは知られていない。[8]タリウムと水素の安定な化合物は、どの実験室でも合成されていない。

酸化物

ホウ素族元素はすべて、元素の2つの原子が3つの酸素原子と共有結合した三価酸化物を形成することが知られています。これらの元素はpHが増加する傾向（酸性から塩基性へ）を示します。[14]酸化ホウ素（B 2 O 3）は弱酸性、酸化アルミニウムと酸化ガリウム（それぞれAl 2 O 3とGa 2 O 3）は両性、酸化インジウム(III)（In 2 O 3）はほぼ両性、酸化タリウム(III)（Tl 2 O 3）は酸に溶解して塩を形成するためルイス塩基です。これらの化合物はいずれも安定していますが、酸化タリウムは875℃を超える温度で分解します。

ホウ素の酸化物の一つである三酸化ホウ素（B 2 O 3 ）の粉末サンプル

ハロゲン化物

13族の元素もハロゲンと安定した化合物を形成することができ、通常は化学式MX3（Mはホウ素族元素、Xはハロゲン）で表されます。[15]最初のハロゲンである フッ素は、検査された全ての元素（ネオンとヘリウムを除く）と安定した化合物を形成でき、 [16]ホウ素族も例外ではありません。ニホニウムはフッ素と化合物NhF3を形成し、その後ニホニウムの放射能によって自然に崩壊する可能性があるとさえ仮定されています。塩素もタリウムを含むホウ素族の全ての元素と安定した化合物を形成し、ニホニウムと反応すると仮定されています。全ての元素は、他のハロゲンと同様に適切な条件下で臭素と反応しますが、塩素やフッ素ほど激しくは反応しません。ヨウ素は、周期表にある希ガス以外の全ての天然元素と反応し、アルミニウムと爆発的に反応してAlI 3を形成することで知られている。[17] 5番目のハロゲンである アスタチンは、その放射能と半減期の短さから、ほんの数個の化合物しか形成しておらず、At–Al、–Ga、–In、–Tl、–Nh結合を持つ化合物の報告はないが、科学者は金属と塩を形成するはずだと考えている。[18] 17族の6番目で最後の元素 であるテネシンも、ホウ素族の元素と化合物を形成する可能性があるが、テネシンは純粋に合成されたもので人工的に生成する必要があるため、その化学的性質は調査されておらず、その極度の放射能のために、どの化合物も形成後ほぼ瞬時に崩壊すると考えられる。

物理的特性

ホウ素族元素は、ホウ素のほとんどが例外的であるにもかかわらず、類似した物理的性質を持つことが注目されている。例えば、ホウ素族の元素は、ホウ素自身を除いてすべて柔らかい。さらに、13族の他のすべての元素は中程度の温度で比較的反応性が高いのに対し、ホウ素の反応性は非常に高い温度でのみ同程度になる。すべてに共通する特徴は、価電子殻に3つの電子を持っていることである。ホウ素は半金属であるため、室温では熱および電気の絶縁体であるが、高温では熱と電気の良導体となる。[9]ホウ素とは異なり、この族の金属は通常の状態では良導体である。これは、すべての金属はほとんどの非金属よりも熱と電気の伝導性が高いという長年の一般論と一致している。 [19]

酸化状態

不活性s対効果は第13族元素、特にタリウムのような重い元素で顕著である。この結果、多様な酸化状態が生じる。軽い元素では+3が最も安定しているが、原子番号が大きくなるにつれて+1状態が多くなり、タリウムの場合は+1が最も安定する。[20]ホウ素は+1または+2のより低い酸化状態で化合物を形成でき、アルミニウムも同様である。[21 ]ガリウムは+1、+2、+3の酸化状態で化合物を形成できる。インジウムはガリウムに似ているが、その+1化合物はより軽い元素のものよりも安定している。不活性対効果の強さはタリウムで最大となり、タリウムは通常+1の酸化状態でのみ安定だが、一部の化合物では+3状態も見られる。その後、形式上の酸化状態が+2である安定した単量体のガリウム、インジウム、タリウムラジカルが報告されている。[22]ニホニウムは+5の酸化状態をとる可能性がある。[23]

ホウ素族元素の特性にはいくつかの傾向が見られます。これらの元素の沸点は時代とともに低下し、密度は上昇する傾向があります。

ホウ素族の5つの安定元素
要素沸点密度（g/cm 3）
ボロン4,000℃2.46
アルミニウム2,519℃2.7
ガリウム2,204℃5.904
インジウム2,072℃7.31
タリウム1,473℃11.85

核

合成ニホニウムを除き、ホウ素族の元素はすべて安定同位体を持つ。原子番号がすべて奇数であるため、ホウ素、ガリウム、タリウムは安定同位体を2つしか持たない。一方、アルミニウムとインジウムはモノアイソトピック（単一同位体）で、安定同位体は1つしかない。ただし、自然界に存在するインジウムのほとんどは、弱い放射性の115 Inである。10 Bと11 Bはどちらも安定しており、27 Al、69 Gaと71 Ga、113 In、203 Tlと205 Tlも同様である。[24]これらの同位体はすべて、自然界でマクロ的な量で容易に見つかる。しかし、理論的には、原子番号が66より大きい同位体はすべてアルファ崩壊に対して不安定であると考えられる。逆に、原子番号が 66 以下のすべての元素 (Tc、Pm、Sm、Eu を除く) には、すべての形態の崩壊に対して理論的にエネルギー的に安定している同位体が少なくとも 1 つあります (観測されたことのない陽子崩壊と、原子番号が 40 を超える元素で理論的に起こり得る自発核分裂を除く)。

他のすべての元素と同様に、ホウ素族の元素にも放射性同位体があり、自然界に微量に存在するか、または合成されます。これらの不安定同位体の中で最も長寿命なものはインジウム同位体 115 Inで、半減期は4.41 × 10 14年と非常に長いです。この同位体は、わずかな放射能があるにもかかわらず、天然に存在するインジウムの大部分を占めています。最も短寿命なものは7 Bで、半減期はわずか350±50 × 10 −24秒で、ホウ素同位体の中で最も中性子数が少なく、半減期が測定できるほど長いです。一部の放射性同位体は科学研究において重要な役割を果たしており、商業利用のための製品の製造や、より稀ではありますが、完成品の成分として使用されています。[25]

歴史

ホウ素族は長年にわたり様々な名称で呼ばれてきました。以前の慣例によれば、ヨーロッパ命名法ではIIIB族、アメリカ命名法ではIIIA族でした。この族には、「土類金属」と「トリエル」という二つの総称もあります。後者はラテン語の接頭辞tri- （「3」）に由来し、これらの元素すべてが例外なく価電子殻に3つの価電子を持つことを表しています。[1]「トリエル」という名称は、1970年に国際純正応用化学連合（IUPAC）によって初めて提案されました。[26]

古代エジプト人はホウ素について知っていたが、それは鉱物のホウ砂の中にのみ存在していた。この半金属元素は、1808年にハンフリー・デービーが電気分解法で抽出するまで、純粋な形では知られていなかった。デービーは、ホウ素を含む化合物を水に溶かし、電流を流して化合物の元素を純粋な状態に分離させる実験を考案した。より大量に生産するため、彼は電気分解からナトリウムによる還元へと切り替えた。デービーはその元素をボラシウムと名付けた。同時期に、2人のフランス人化学者、ジョゼフ・ルイ・ゲイ＝リュサックとルイ・ジャック・テナールは、鉄を使ってホウ酸を還元した。彼らが生成したホウ素は酸化されて酸化ホウ素になった。 [27] [28]

アルミニウムは、ホウ素と同様、鉱物の中に存在が知られていましたが、最終的には世界の一部の地域で一般的な鉱物であるミョウバンから抽出されました。アントワーヌ・ラボアジエとハンフリー・デービーはそれぞれ別々にアルミニウムの抽出を試みましたが、どちらも成功しませんでしたが、デービーがこの金属に現在の名前をつけました。1825年になって初めて、デンマークの科学者ハンス・クリスチャン・エルステッドがこの元素のかなり不純な形態をうまく調製しました。その後多くの改良が続き、わずか2年後にはフリードリヒ・ヴェーラーによって大きな進歩が遂げられましたが、彼のわずかに改良された手順では依然として不純な生成物ができました。アルミニウムの最初の純粋サンプルは、アンリ・エティエンヌ・サント＝クレール・ドヴィルによるものとされており、彼は手順においてカリウムの代わりにナトリウムを使用しました。当時、アルミニウムは貴重品とみなされ、金や銀などの金属の横に展示されていました。[28] [29]現在使用されている方法、すなわち氷晶石に溶解した酸化アルミニウムの電気分解は、 1880年代後半にチャールズ・マーティン・ホールとポール・エルーによって開発されました。 [28]

閃亜鉛鉱としてよく知られている鉱物で、インジウムが含まれることがあります。

ホウ素族の中で最も重く安定な元素であるタリウムは、1861年にウィリアム・クルックスとクロード・オーギュスト・ラミーによって発見されました。ガリウムやインジウムとは異なり、タリウムはドミトリ・メンデレーエフが周期表を発明する前に発見されていたため、メンデレーエフによって予言されていませんでした。そのため、クルックスとラミーが硫酸製造の残留物を調べていた1850年代まで、誰もタリウムを真剣に探していませんでした。彼らはスペクトルの中に全く新しい線、深緑色の筋を発見し、クルックスは緑の新芽や小枝を意味するギリシャ語のθαλλός（タロス）にちなんで名付けました。ラミーはこの新しい金属を大量に製造し、その化学的および物理的性質の大部分を解明しました。[30] [31]

インジウムはホウ素族の4番目の元素ですが、3番目のガリウムよりも先に、5番目のタリウムよりも後に発見されました。1863年、フェルディナント・ライヒと助手のヒエロニムス・テオドール・リヒターは、閃亜鉛鉱（ZnS）としても知られる鉱物のサンプルに、新発見の元素タリウムの分光線を探していました。ライヒは白金族のコイルで鉱石を加熱し、分光器に現れた線を観察しました。彼が期待していたタリウムの緑色の線ではなく、深い藍色の新しい線が見られました。彼らはそれが新元素に由来するに違いないと結論し、それが作り出した特徴的な藍色にちなんでタリウムと名付けました。[30] [32]

ガリウム鉱物は、1875年8月に元素自体が発見されるまでは知られていませんでした。これは、周期表の発明者であるドミトリ・メンデレーエフが6年前に存在を予言していた元素の一つでした。フランスの化学者ポール・エミール・ルコック・ド・ボワボードランは、閃亜鉛鉱の分光線を研究していた際に、鉱石中に新元素の兆候を発見しました。わずか3ヶ月でサンプルを作成し、水酸化カリウム（KOH）溶液に溶解して電流を流すことで精製しました。翌月、彼はフランス科学アカデミーに研究結果を発表し、ガリア（現在のフランス）のギリシャ語名にちなんで、新元素に命名しました。[33] [34]

ホウ素族で最後に確認された元素であるニホニウムは、発見されたのではなく、創造あるいは合成されたものである。この元素の合成は、ロシアのドゥブナ合同原子核研究所チームと米国のローレンス・リバモア国立研究所チームによって初めて報告されたが、2003年8月に実験に成功したのはドゥブナチームであった。ニホニウムは、少数の貴重なニホニウム原子を生成するモスコビウムの崩壊系列で発見された。結果は翌年の1月に発表された。それ以来、約13個の原子が合成され、様々な同位体が特徴付けられてきた。しかし、これらの結果は発見としてカウントされるための厳格な基準を満たしておらず、IUPACによって発見として認められたのは、2004年に理化学研究所がニホニウムの直接合成を目指した実験であった。[35]

語源

「ホウ素」という名称は、ホウ素が抽出される以前から知られていた鉱物「ホウ砂」（بورق, boraq ）を意味するアラビア語に由来しています。接尾辞「-on」は「炭素」から取られたと考えられています。 [36]アルミニウムは1800年代初頭にハンフリー・デービーによって命名されました。これは、苦い塩を意味するギリシャ語「alumen」、または鉱物「alum」を意味するラテン語「alum」に由来しています。 [37]ガリウムは、発見地であるフランスを意味するラテン語「Gallia」に由来しています。 [38]インジウムは、藍染料を意味するラテン語「indicum」に由来し、この元素の顕著な藍色の分光スペクトル線を指しています。[39]タリウムは、インジウムと同様に、その分光スペクトル線の色を表すギリシャ語「thallos」に由来しています。 「thallos」は緑色の小枝または新芽を意味します。[40] [41]「ニホニウム」は発見された日本にちなんで名付けられました。

発生と豊富さ

ボロン

ホウ素は原子番号5で、非常に軽い元素です。自然界で自由に存在することはほとんどなく、存在量も非常に少なく、地殻のわずか0.001%（10 ppm） [42]を構成しています。100種類以上の鉱物や鉱石に含まれることが知られています。主な供給源はホウ砂ですが、コールマナイト、ボラサイト、ケルナイト、トゥシオナイト、ベルボライト、フルオロホウ石にも含まれています。[43]ホウ素の世界の主要な採掘国と抽出国には、トルコ、米国、アルゼンチン、中国、ボリビア、ペルーなどがあります。これらの国の中ではトルコが圧倒的に多く、世界のホウ素抽出量の約70%を占めています。米国は2番目に多く、その産出のほとんどはカリフォルニア州で行われています。[44]

アルミニウム

アルミニウムは、ホウ素とは対照的に、地殻に最も多く存在する金属であり、3番目に豊富な元素である。地殻の約8.2%（82,000 ppm）を構成し、これを上回るのは酸素とケイ素だけである。[42]しかし、アルミニウムはホウ素と同様に、自由元素として自然界に存在することは稀である。これは、アルミニウムが酸素原子を引き寄せ、いくつかの酸化アルミニウムを形成する傾向があるためである。現在、アルミニウムは、ガーネット、トルコ石、緑柱石など、ホウ素とほぼ同数の鉱物に存在することが知られているが、主な供給源はボーキサイト鉱石である。アルミニウムの採掘で世界をリードする国は、ガーナ、スリナム、ロシア、インドネシアであり、オーストラリア、ギニア、ブラジルがそれに続く。[45]

ガリウム

ガリウムは地殻中では比較的希少な元素であり、より軽い同族元素ほど多くの鉱物には存在しない。地球上での存在量はわずか0.0018% (18 ppm)である。[42]ガリウムの生産量は他の元素に比べて非常に少ないが、抽出法の改良に伴い長年にわたって大幅に増加している。ガリウムは、ボーキサイトや閃亜鉛鉱などの様々な鉱石、ダイアスポアやゲルマナイトなどの鉱物に微量に含まれている。石炭にも微量が含まれていることが確認されている。 [ 46]ガリウム含有量は、ガライト (CuGaS 2 ) などいくつかの鉱物でより多く含まれるが、これらは主要な供給源として数えられるには希少すぎて、世界の供給量に対する割合はごくわずかである。

インジウム

インジウムはホウ素族に属するもう一つの希少元素で、その含有量はわずか0.000005%（0.05 ppm）です。[42]インジウムを含む鉱物はごくわずかしか知られておらず、いずれも希少です。例えば、インダイトが挙げられます。インジウムはいくつかの亜鉛鉱石に含まれていますが、その量はごくわずかです。同様に、銅鉱石や鉛鉱石にも微量しか含まれていません。鉱石や鉱物に含まれる他のほとんどの元素と同様に、近年、インジウムの抽出プロセスは効率化され、最終的に収量の増加につながっています。カナダはインジウムの埋蔵量で世界トップですが、米国と中国も同程度の量を保有しています。[47]

タリウム

グラスファイバーの小さな束

タリウムは地殻中に中程度に存在し、その含有量は0.00006%（0.6 ppm）と推定されている。[42]地上では一部の岩石、土壌、粘土中に見られる。鉄、亜鉛、コバルトの多くの硫化鉱石にはタリウムが含まれている。鉱物中には中程度の量で存在し、例としてはクルックサイト（最初に発見された鉱物）、ロランド石、ルティエライト、ブコバイト、ハッチンソン石、サバティエライトなどがある。他にも少量のタリウムを含む鉱物はあるが、非常に稀であり、主要な供給源とはならない。

ニホニウム

ニホニウムは自然界には存在しない元素であり、実験室で合成されたものです。そのため、安定同位体を持たない合成元素に分類されます。

アプリケーション

合成ニホニウムを除き、ホウ素グループのすべての元素は、多くの製品の製造や内容において、数多くの用途と応用があります。

ボロン

ホウ素はここ数十年で多くの工業用途に利用され、今もなお新たな用途が見出されている。一般的な用途はグラスファイバーである。[48]ホウケイ酸ガラスの市場は急速に拡大しており、その特質の中で最も注目すべきは、通常のガラスに比べて熱膨張に対する耐性がはるかに高いことである。ホウ素とその誘導体の商業的に拡大しているもう一つの用途はセラミックである。いくつかのホウ素化合物、特に酸化物は独特で貴重な特性を持ち、それほど有用でない他の材料の代替品となっている。ホウ素は断熱性があるため、鍋、花瓶、皿、陶器の鍋の取っ手などに使用されている。

ホウ砂は衣類や歯の漂白剤として使用されています。ホウ素とその化合物は硬度が高いため、幅広い用途に使用されています。生産されるホウ素のごく一部（5%）は農業にも利用されています。[48]

アルミニウム

アルミニウムは日常生活において様々な用途を持つ金属です。最もよく見られるのは、建築資材、電気機器（特にケーブルの導体）、そして食品の調理や保存のための道具や容器です。アルミニウムは食品と反応しにくいため、特に缶詰に適しています。また、酸素との親和性が高いため、強力な還元剤としても機能します。微粉末状の純アルミニウムは空気中で急速に酸化し、その過程で大量の熱を発生します（約5500°Fまたは3037°Cで燃焼）。そのため、溶接など、大量の熱が必要となる用途に用いられます。アルミニウムは、航空機の軽量ボディを製造するための合金の成分です。自動車のフレームやボディにもアルミニウムが使用されることがあり、軍事機器にも同様の用途があります。あまり一般的ではない用途としては、装飾品や一部のギターの部品などがあります。この元素は、様々な電子機器にも使用されています。[49] [50]

ガリウム

ガリウムは青色LEDの主成分の一つである。

ガリウムとその誘導体の用途が見出されたのはここ数十年のことである。ガリウムヒ素は半導体、増幅器、太陽電池（例えば衛星）、FM送信機回路のトンネルダイオードに使用されている。ガリウム合金は主に歯科用途に使用されている。塩化ガリウムアンモニウムはトランジスタのリード線に使用されている。[51]ガリウムの主な用途はLED照明である。純粋な元素は半導体のドーパントとして使用されており[要出典]、他の元素を含む電子デバイスでも追加の用途がある。ガリウムはガラスや磁器を「濡らす」性質があるため、鏡やその他の反射率の高い物体の製造に使用できる。ガリウムを他の金属の合金に加えて融点を下げることもできる。

インジウム

インジウムの用途は4つのカテゴリーに分けられます。生産量の大部分（70%）はコーティングに使用され、通常はインジウムスズ酸化物（ITO）として組み合わされます。少量（12%）は合金やはんだに使用され、同量が電気部品や半導体に使用され、残りの6%はマイナーアプリケーションに使用されます。[52]インジウムが使用される製品には、メッキ、ベアリング、ディスプレイデバイス、熱反射板、蛍光体、原子力制御棒などがあります。インジウムスズは、ガラスコーティング、太陽電池パネル、街灯、電気泳動ディスプレイ（EPD）、エレクトロルミネセンスディスプレイ（ELD）、プラズマディスプレイパネル（PDP）、電気化学ディスプレイ（EC）、電界放出ディスプレイ（FED）、ナトリウムランプ、フロントガラス、ブラウン管など、幅広い用途に使用されており、最も重要なインジウム化合物となっています。[53]

タリウム

タリウムは、他のホウ素族元素よりも単体で用いられることが多い。化合物化されていないタリウムは、低融点ガラス、光電セル、スイッチ、低温度範囲ガラス温度計用の水銀合金、タリウム塩などに用いられる。ランプや電子機器に用いられ、心筋イメージングにも用いられる。半導体へのタリウムの利用可能性も研究されており、有機合成における触媒としても知られている。水酸化タリウム（TlOH）は、主に他のタリウム化合物の製造に用いられる。硫酸タリウム（Tl 2 SO 4）は優れた殺虫剤であり、ネズミやマウス用の毒の主成分となっている。しかし、米国および一部の欧州諸国では、人体への毒性が高いため、この物質の使用を禁止している。しかし、他の国々では、この物質の市場は拡大している。Tl 2 SO 4は光学システムにも用いられている。[54]

生物学的役割

第13族元素はいずれも複雑な動物において生物学的に大きな役割を果たしていないが、いくつかは少なくとも生物と関連している。他のグループと同様、軽い元素の方が重い元素よりも生物学的役割が通常大きい。最も重い元素は毒性があり、同周期の他の元素も同様である。ホウ素はほとんどの植物にとって必須であり、植物細胞はホウ素を細胞壁の強化などに利用している。ヒトにも必須微量元素として確かに存在するが、ヒトの栄養における重要性については議論が続いている。ホウ素の化学的性質上、炭水化物などの重要な分子と錯体を形成するため、ヒトの体内でこれまで考えられていた以上に有用である可能性がある。ホウ素はまた、鉄の機能の一部、特に創傷治癒において鉄の代わりをできることが示されている。 [55]アルミニウムは自然界に広く存在するにもかかわらず、植物や動物における生物学的役割は知られていない。[56]ガリウムは人体に必須ではありませんが、鉄(III)との関連により、鉄を輸送・貯蔵するタンパク質と結合することができます。[57]ガリウムは代謝を促進する作用もあります。インジウムとその重金属同族体は生物学的作用はありませんが、少量のインジウム塩はガリウムと同様に代謝を促進する作用があります。[32]

毒性

ホウ素グループの各元素は、植物や動物に対して独自の毒性プロファイルを持っています。

ホウ素毒性の一例として、20 mMを超える濃度で大麦に害を及ぼすことが観察されている。[58]植物におけるホウ素毒性の症状は数多くあり、研究を複雑にしている。これには、細胞分裂の減少、シュートと根の成長の低下、葉緑素の生成低下、光合成の阻害、気孔コンダクタンスの低下、[59]根からのプロトン排出の減少、[60]リグニンとスベリンの沈着などが含まれる。[61]

アルミニウムは少量では顕著な毒性の危険性はありませんが、大量に摂取すると軽度の毒性があります。ガリウムは毒性があるとは考えられていませんが、軽度の影響を及ぼす可能性があります。インジウムは毒性がなく、ガリウムとほぼ同じ注意を払って取り扱うことができますが、その化合物の中には軽度から中程度の毒性を持つものがあります。

タリウムはガリウムやインジウムとは異なり、極めて毒性が強く、多くの中毒死を引き起こしてきました。微量でも顕著な影響は全身の脱毛ですが、他にも様々な症状を引き起こし、多くの臓器の機能を阻害し、最終的には停止させます。タリウム化合物はほぼ無色、無臭、無味であることから、殺人者にも利用されてきました。タリウム（同様に毒性のある硫酸タリウムを含む）がネズミなどの害虫駆除のために導入されたことで、意図的および偶発的なタリウム中毒の発生率が増加しました。そのため、1975年以降、米国を含む多くの国でタリウム系殺虫剤の使用が禁止されています。

ニホニウムは非常に不安定な元素であり、アルファ粒子を放出して崩壊する。その強い放射能のため、非常に毒性が強いことは間違いないが、相当量のニホニウム（数原子以上）はまだ生成されていない。[62]

注記

  1. ^第13族元素の イコサゲンという名称は、その元素が特徴的に形成する二十面体構造を指して、時々使用されることがある[2] 。
  2. ^ 現在までにニホニウム化合物は合成されておらず（おそらくNhOHを除く）、その他提案されている化合物はすべて完全に理論上のものである。

参考文献

  1. ^ ab Kotz, John C.; Treichel, Paul & Townsend, John Raymond (2009). 化学と化学反応性. 第2巻. ベルモント, カリフォルニア州, 米国: Thomson Books. p. 351. ISBN 978-0-495-38712-1。
  2. ^ Greenwood, Norman N. ; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (第2版). Butterworth-Heinemann . p. 227. doi :10.1016/C2009-0-30414-6. ISBN 978-0-08-037941-8。
  3. ^ ファイク・アトロシ編『疾病治療における薬理学と栄養介入』45ページ
  4. ^ ドブス、マイケル（2009年）『臨床神経毒性学：症候群、物質、環境』フィラデルフィア、ペンシルバニア州：サンダース社、pp.  276– 278、ISBN 978-0-323-05260-3。
  5. ^ abc ハーディング, A., チャーリー; ジョンソン, デイビッド; ジェーンズ, ロブ (2002). 『Pブロックの要素』ケンブリッジ, イギリス: オープン大学. p. 113. ISBN 0-85404-690-9。
  6. ^ abc Sicius, Hermann (2024). 化学元素ハンドブック. ベルリン, ハイデルベルク: Springer Berlin Heidelberg. doi :10.1007/978-3-662-68921-9. ISBN 978-3-662-68920-2。
  7. ^ ラガヴァン, PS (1998). 無機化学の概念と問題. ニューデリー, インド: ディスカバリー出版社. p. 43. ISBN 81-7141-418-4。
  8. ^ Cole, ML; Hibbs, DE; Jones, C.; Smithies, NA (2000). 「ホスフィンおよびホスフィドインジウムヒドリド錯体と無機合成におけるその利用」Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions (4): 545– 550. doi :10.1039/A908418E.
  9. ^ ダウンズ、197～201ページ
  10. ^ デインティス、ジョン (2004). オックスフォード化学辞典. マーケットハウスブックス. ISBN 978-0-19-860918-6。
  11. ^ ブレシンスキー、SV; アブラモワ、VF (1958). ヒミヤ・インディヤ（ロシア語）。フルンゼ。301ページ。
  12. ^ ダウンズ、195～196ページ
  13. ^ ヘンダーソン、6ページ
  14. ^ Jellison, GE; Panek, LW; Bray, PJ; Rouse, GB (1977). 「B10, B11, O17 NMRによるガラス質B2O3の構造と結合の測定」 . The Journal of Chemical Physics . 66 (2): 802. Bibcode :1977JChPh..66..802J. doi :10.1063/1.433959 . 2011年6月16日閲覧。
  15. ^ ヘンダーソン、60ページ
  16. ^ Young, JP; Haire, RG; Peterson, JR; Ensor, DD; Fellow, RL (1981). 「放射性崩壊の化学的影響。2. バークリウム249およびカリホルニウム249のアインシュタイニウム253ハロゲン化物への内生に関する分光光度計による研究」.無機化学. 20 (11): 3979– 3983. doi :10.1021/ic50225a076.
  17. ^ フランシス、ウィリアム (1918). 「The Chemical Gazette, or Journal of Practical Chemistry」XVI . ボストン、マサチューセッツ州: 269. {{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=（ヘルプ）が必要です
  18. ^ ローザ、グレッグ (2010). 『ハロゲン元素：フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン』ニューヨーク、ニューヨーク、アメリカ合衆国: The Rozen Publishing Group, Inc. p. 33. ISBN 978-1-4358-3556-6。
  19. ^ ジラード、ジェームズ・E. (2010). 犯罪学：法医学、犯罪、テロリズム. ジョーンズ＆バートレット・ラーニング. p. 221. ISBN 978-0-7637-7731-9。
  20. ^ ヘンダーソン、57ページ
  21. ^ バレット、ジャック (2001). 構造と結合. ケンブリッジ、英国: 王立化学協会. p. 91. ISBN 0-85404-647-X。
  22. ^ Protchenko, Andrey V.; Dange, Deepak; Harmer, Jeffrey R.; Tang, Christina Y.; Schwarz, Andrew D.; Kelly, Michael J.; Phillips, Nicholas; Tirfoin, Remi; Birjkumar, Krishna Hassomal; Jones, Cameron; Kaltsoyannis, Nikolas; Mountford, Philip; Aldridge, Simon (2014年2月16日). 「安定なGaX 2、InX 2 、およびTlX 2ラジカル」. Nature Chemistry . 6 (4): 315– 319. Bibcode :2014NatCh...6..315P. doi :10.1038/nchem.1870. PMID  24651198.
  23. ^ ヘア、リチャード・G. (2006). 「超アクチニド元素と未来元素」. モース、エデルシュタイン、ノーマン・M.、フーガー、ジーン (編). 『アクチニド元素と超アクチニド元素の化学』（第3版）. ドルドレヒト、オランダ:シュプリンガー・サイエンス+ビジネス・メディア. ISBN 1-4020-3555-1。
  24. ^ アルドリッジ、サイモン、ダウンズ、アンソニー・J、ダウンズ、トニー (2011). 第13族金属 アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム：化学パターンと特異性. ジョン・ワイリー・アンド・サンズ. p. ii. ISBN 978-0-470-68191-6。
  25. ^ ダウンズ、19～24ページ
  26. ^ Girolami, GS (2009). 「ニクトゲンとニクチドという用語の由来」. J Chem Educ . 86 (10): 1200– 1201. Bibcode :2009JChEd..86.1200G. doi :10.1021/ed086p1200.
  27. ^ ロバート・E. クレブス (2006). 『地球の化学元素の歴史と利用：参考ガイド』グリーンウッド・プレス. p. 176. ISBN 978-0-313-33438-2。
  28. ^ abc Weeks, Mary Elvira (1932). 「元素の発見 XII. カリウムとナトリウムの助けを借りて単離された他の元素：ベリリウム、ホウ素、ケイ素、アルミニウム」. Journal of Chemical Education . 9 (8): 1386. Bibcode :1932JChEd...9.1386W. doi :10.1021/ed009p1386.
  29. ^ ダウンズ、15ページ
  30. ^ ab Weeks, Mary Elvira (1932). 「元素の発見 XIII. いくつかの分光学的発見」. Journal of Chemical Education . 9 (8): 1413. Bibcode :1932JChEd...9.1413W. doi :10.1021/ed009p1413.
  31. ^ Enghag, Per (2004). 元素百科事典：技術データ、歴史、処理、応用. Wiley. p. 71.書誌コード:2004eetd.book.....E. ISBN 978-3-527-30666-4。
  32. ^ エムズリー著、192ページ
  33. ^ エムズリー、158～159ページ
  34. ^ ウィークス、メアリー・エルビラ(1932). 「元素の発見 XV. メンデレーエフが予言したいくつかの元素」.化学教育ジャーナル. 9 (9): 1605– 1619. Bibcode :1932JChEd...9.1605W. doi :10.1021/ed009p1605.
  35. ^ Oganessian, Yu. Ts.; Utyonkoy, V.; Lobanov, Yu.; Abdullin, F.; Polyakov, A.; Shirokovsky, I.; Tsyganov, Yu.; Gulbekian, G.; Bogomolov, S. (2004). 「243Am(48Ca,xn)291−x115反応における元素115の合成実験」(PDF) . Physical Review C. 69 ( 2) 021601. Bibcode :2004PhRvC..69b1601O. doi :10.1103/PhysRevC.69.021601.
  36. ^ ラヴロヴァ、ナタリー（2010年）『現代英語における語彙構築戦略』ドイツ：GRIN Verlag、p.95、ISBN 978-3-640-53719-8。
  37. ^ ブガルスキー、ランコ (2000)。トミッチ、オルガ・ミシェスカ。ミロラド、ラドヴァノヴィッチ（編）。語学学習の歴史と視点。オランダ、アムステルダム: John Benjamins Publishing Co. p. 211.ISBN​ 90-272-3692-5。
  38. ^ ウィークス、メアリー・エルビラ(1932). 「元素の発見 XIII. メンデレーエフが予言したいくつかの元素」.化学教育ジャーナル. 9 (9): 1605– 1619. Bibcode :1932JChEd...9.1605W. doi :10.1021/ed009p1605.
  39. ^ Venetskii, S. (1971). 「インジウム」. Metallurgist . 15 (2): 148– 150. doi :10.1007/BF01088126.
  40. ^ ハーパー・ダグラス「タリウム」オンライン語源辞典。
  41. ^ ウィークス、メアリー・エルビラ(1932). 「元素の発見 XIII. タリウムの発見に関する補足ノート」.化学教育ジャーナル. 9 (12): 2078. Bibcode :1932JChEd...9.2078W. doi :10.1021/ed009p2078.
  42. ^ abcde Kotz, John C.; Treichel, Paul & Townsend, John Raymond (2009). 化学と化学反応性. 第2巻. ベルモント, カリフォルニア州, 米国: Thomson Books. p. 979. ISBN 978-0-495-38712-1。
  43. ^ クライン、コーネリス、ハールバット、コーネリアス・ジュニア (1985)『鉱物学マニュアル』、ワイリー、第20版、343–347ページ、 ISBN 0-471-80580-7
  44. ^ Zbayolu, G.; Poslu, K. (1992). 「トルコにおけるホウ酸塩の採掘と処理」.鉱物処理および抽出冶金レビュー. 9 ( 1–4 ): 245– 254. Bibcode :1992MPEMR...9..245O. doi :10.1080/08827509208952709.
  45. ^ エムズリー、22～26ページ
  46. ^ Shan Xiao-quan、Wang Wen、Wen Bei (1992). 「スラリーサンプリングとニッケル化学修飾を用いた電熱原子吸光分析法による石炭および石炭フライアッシュ中のガリウムの測定」Journal of Analytical Atomic Spectrometry . 7 (5): 761. doi :10.1039/JA9920700761.
  47. ^ シュヴァルツ・シャンペラ、ウルリッヒ; M.ヘルツィヒ;ピーター。ゲオヴィッセンシャフテンとローストフへの、ドイツ連邦共和国 (2002)。インジウム: 地質学、鉱物学、経済学。ドイツ、ベルリン: Springer-Verlag。 p. 161.ISBN​ 3-540-43135-7。
  48. ^ ab Roesky, HW; Atwood, David A. (2003). 第13族化学III：産業応用. ベルリン, ドイツ: Springer-Verlag. pp.  3– 10. ISBN 3-540-44105-0。
  49. ^ グレゴリー、JW（2004年）。経済地質学の要素。テイラー＆フランシス。152ページ。
  50. ^ Chatterjee, KK (2007). 金属および金属鉱物の用途. New Age International. p. 9. ISBN 978-81-224-2040-1。
  51. ^ チャンドラー、ハリー (1998). 非冶金学者のための冶金学. ASMインターナショナル. p. 59. ISBN 0-87170-652-0。
  52. ^ 米国内務省 (2007). 鉱物年鑑: 金属と鉱物; 2005. ワシントンD.C.: 米国政府印刷局. pp.  36–1 . ISBN 978-1-4113-1980-6。
  53. ^ シュヴァルツ・シャンペラ、ウルリッヒ; M.ヘルツィヒ、ピーター;ゲオヴィッセンシャフテンとローストッフのために、連邦議会 (2002)。インジウム: 地質学、鉱物学、経済学。ドイツ、ベルリン: Springer-Verlag。 p. 169.ISBN​ 3-540-43135-7。
  54. ^ Mager, Jeanne (1998). 労働安全衛生百科事典. ジュネーブ, スイス: 国際労働機関出版. p. section 63.40. ISBN 978-92-2-109816-4。
  55. ^ ライリー、コナー（2004年）『栄養微量金属』エイムズ、アイオワ：ブラックウェル出版、p. 217、ISBN 1-4051-1040-6。
  56. ^ Exley, Christopher (2013)、「生物系におけるアルミニウム」、Kretsinger, Robert H.、Uversky, Vladimir N.、Permyakov, Eugene A. (編)、『金属タンパク質百科事典』、ニューヨーク、NY: Springer、pp.  33– 34、doi :10.1007/978-1-4614-1533-6_105、ISBN 978-1-4614-1533-6
  57. ^ クライトン、ロバート・R. (2008). 生物無機化学入門. イギリス. p. 9. ISBN 978-0-444-52740-0。{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 場所の発行元が見つかりません (リンク)
  58. ^ Fangsen, Xu (2007). 植物と動物のホウ素栄養学の進歩. ドルドレヒト、オランダ: Springer. p. 84. ISBN 978-1-4020-5382-5。
  59. ^ ロヴァット、キャロル・J.; ベイツ、ロレッタ・M. (1984). 「過剰ホウ素による光合成と成長への初期影響」.実験植物学ジャーナル. 35 (3): 297– 305. doi :10.1093/jxb/35.3.297.
  60. ^ マルタ、ロルダン;ベルバー、アンドレス。ロドリゲス・ロサレス、ピラール。フェロール、ヌリア。ドネア、フアン・ペドロ（1992年1月）。 「ヒマワリの根の原形質膜プロトンポンプに対するホウ素の生体内および生体外効果」。植物生理学。84 (1): 49–54。書誌コード:1992PPlan..84...49R。土井：10.1111/j.1399-3054.1992.tb08763.x。
  61. ^ Ghanati, Faezeh; Morita, Akio; Yokota, Hiromi (2002年6月). 「タバコ細胞における過剰ホウ素によるスベリンの誘導とリグニン含量の増加」.土壌科学と植物栄養. 48 (3): 357– 364. Bibcode :2002SSPN...48..357G. doi :10.1080/00380768.2002.10409212. S2CID  84906176.
  62. ^ ドブス、マイケル（2009年）『臨床神経毒性学：症候群、物質、環境』フィラデルフィア：サンダース社、p.277、ISBN 978-0-323-05260-3。

参考文献

  • ダウンズ、アンソニー・ジョン（1993年）『アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムの化学』チャップマン・アンド・ホール社、pp.  197– 201. ISBN 978-0-7514-0103-5。
  • エムズリー、ジョン（2006年）『自然の構成要素：AZガイド』グリーンウッド・プレス、192ページ。ISBN 978-0-19-850340-8。
  • ヘンダーソン, W. (2000). 主族化学. ケンブリッジ, 英国: 王立化学協会. p. 6. ISBN 0-85404-617-8。
  • 酸化物（化合物） – ブリタニカ百科事典オンライン版. Britannica.com. 2011年5月16日閲覧。
  • 視覚要素：グループ13. Rsc.org. 2011年5月16日閲覧。
  • 第13族元素の化学反応性の傾向。Tutorvista.com。2011年5月16日閲覧。
  • [1] etymonline.com 2011年7月27日閲覧
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