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| 名前 | |||
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| IUPAC名
フッ化物[1]
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| 識別子 | |||
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3Dモデル（JSmol）
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| チェビ |
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| チェムBL |
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| ケムスパイダー |
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| 14905 | |||
| ケッグ |
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| メッシュ | フッ化物 | ||
パブケム CID
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| ユニ |
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| プロパティ | |||
| ふ− | |||
| モル質量 | 18.998 403 163 グラムモル−1 | ||
| 共役酸 | フッ化水素 | ||
| 熱化学 | |||
標準モル
エントロピー ( S ⦵ 298 ) |
145.58 J/mol K（気体）[2] | ||
標準生成エンタルピー (Δ f H ⦵ 298 ) |
−333 kJ モル−1 | ||
| 関連化合物 | |||
その他の陰イオン
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特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
インフォボックス参照
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フッ化物（/ ˈ f l ʊər aɪ d、ˈ f l ɔːr -/ ）[3]は、無機のフッ素単 原子陰イオンであり、化学式はFである。 −
（ [F]とも表記）−
) は、塩が通常白色または無色である。フッ化物塩は通常、独特の苦味があり、無臭である。その塩とミネラルは重要な化学試薬および工業用化学物質であり、主にフルオロカーボン用のフッ化水素の製造に使用されている。フッ化物は溶液中で部分的にしか結合しないため弱塩基に分類されるが、濃縮フッ化物は腐食性があり、皮膚を攻撃する可能性がある。
フッ化物は最も単純なフッ素陰イオンです。電荷と大きさの点では、フッ化物イオンは水酸化物イオンに似ています。フッ化物イオンは地球上のいくつかの鉱物、特に蛍石に存在しますが、自然界の水域には微量しか存在しません。
命名法
フッ化物には、イオン性フッ化物を含む化合物と、フッ化物が解離しない化合物が含まれます。命名法では、これらの状況を区別していません。たとえば、六フッ化硫黄と四フッ化炭素は、通常の条件下ではフッ化物イオンの発生源ではありません。
有効なIUPAC名であるフッ化物という体系名は、添加剤命名法に従って決定されます。しかし、フッ化物という名前は、結合の性質を考慮しない組成 IUPAC 命名法でも使用されます。 フッ化物は、溶解するとフッ化物を放出する化合物を説明するために、非体系的にも使用されます。フッ化水素自体が、この種の非体系的名の例です。しかし、これは慣用名でもあり、フルオランの推奨 IUPAC 名です。[要出典]
発生
フッ素は地殻中に13番目に多く存在する元素と推定されており、自然界にはフッ化物の形で広く分布しています。その大部分は鉱床に含まれており、その中でも商業的に最も重要なのは蛍石（CaF 2）です。[4]一部の岩石の自然風化や[5] [6]人間の活動によって、フッ素サイクルと呼ばれる現象を通じてフッ化物が生物圏に放出されます。
水中
フッ素は、地下水、淡水、海水源、および特に都市部の雨水に自然に存在します。[7]海水のフッ素濃度は通常0.86〜1.4 mg/Lの範囲で、平均1.1 mg/Lです[8]（ミリグラム/リットル）。比較すると、海水中の塩化物濃度は約19 g/Lです。フッ素濃度が低いのは、CaF 2などのアルカリ土類金属フッ素の不溶性を反映しています。
淡水における濃度はより大きく変動します。河川や湖沼などの表層水には、通常0.01～0.3 mg/Lの濃度が含まれています。 [9] 地下水（井戸水）の濃度は、地元のフッ素含有鉱物の存在に応じてさらに変動します。たとえば、カナダの一部では0.05 mg/L未満の自然濃度が検出されましたが、中国の一部では最大8 mg/Lが検出されました。一般的に、濃度が10 mg/リットルを超えることはめったにありません[10]
- アジアの一部地域では、地下水に危険なレベルのフッ化物が含まれており、深刻な健康問題を引き起こしている可能性がある。[11]
- 世界中で5000万人が、自然に「最適レベル」に近い水源から水を供給されています。[12]
- 他の地域ではフッ化物濃度が非常に低く、濃度を 0.7～1.2 ppm 程度に抑えるために公共水道にフッ化物添加が行われることもあります。
- 鉱業は地域のフッ化物濃度を上昇させる可能性がある[13]
フッ素は雨の中に存在し、火山活動[14]や化石燃料の燃焼や他の産業[15] [16] 、特にアルミニウム製錬所[17]に起因する大気汚染にさらされると、その濃度は著しく増加します。
植物では
すべての植物には、土壌や水から吸収されるフッ素が含まれています。[10]一部の植物は、他の植物よりも環境からフッ素を濃縮します。すべての茶葉にはフッ素が含まれていますが、成熟した葉には、同じ植物の若い葉の10〜20倍のフッ素が含まれています。[18] [19] [20]
化学的性質
塩基性
フッ化物は塩基として作用します。プロトン( H + ) と結合することができます。
この中和反応により、フッ化物の 共役酸であるフッ化水素(HF)が生成されます。
水溶液中のフッ化物のp K b値は 10.8 です。したがって、フッ化物は弱塩基であり、大量のフッ化水素を生成するのではなく、フッ化物イオンとして残る傾向があります。つまり、水中では次の平衡が左側に有利になります。
しかし、水分と長時間接触すると、可溶性フッ化物塩はフッ化水素が放出され、それぞれの水酸化物または酸化物に分解します。この点において、フッ化物はハロゲン化物の中では独特です。溶媒の種類によって平衡が右手側にシフトし、分解速度が大幅に増加するなど、平衡に劇的な影響が及ぶことがあります。
フッ化物塩の構造
フッ化物を含む塩は数多くあり、無数の構造をとっています。通常、フッ化物アニオンは、他のハロゲン化物と同様に、4 つまたは 6 つのカチオンに囲まれています。フッ化ナトリウムと塩化ナトリウムは同じ構造をとっています。カチオン 1 つにつき 1 つ以上のフッ化物を含む化合物の場合、構造は塩化物の構造から外れることが多く、主なフッ化物鉱物である蛍石(CaF 2 ) では、Ca 2+イオンが 8 つの F −中心に囲まれています。CaCl 2では、各 Ca 2+イオンが 6 つの Cl −中心に囲まれています。遷移金属の二フッ化物はルチル構造をとることが多いのに対し、二塩化物は塩化カドミウム構造をとります。
無機化学
標準酸で処理すると、フッ化物塩はフッ化水素と金属塩に変換されます。強酸で処理すると、二重プロトン化されてHになります。
2ふ+
フッ化物を酸化するとフッ素が生成する。水中の無機フッ化物溶液にはF −と二フッ化物 HFが含まれる。−
2[21]著しい加水分解を受けずに水に溶ける無機フッ化物はほとんどない。反応性に関して、フッ化物は塩化物や他のハロゲン化物とは大きく異なり、半径/電荷比が小さいため、プロトン性溶媒中でより強く溶媒和する。化学的に最も近いのは水酸化物であり、両者の形状が似ている。
裸のフッ化物
ほとんどのフッ化物塩は溶解して二フッ化物（HF−
2) アニオンです。真の F −アニオンの供給源は稀です。これは、塩基性が高いフッ化物アニオンが、多くの、偶発的な供給源からさえもプロトンを引き抜くためです。非プロトン性溶媒中に存在する比較的溶媒和されていないフッ化物は、「裸の」フッ化物と呼ばれます。裸のフッ化物は強いルイス塩基であり、[22]強力な求核剤です。裸のフッ化物の第四級アンモニウム塩には、テトラメチルアンモニウムフルオリド やテトラブチルアンモニウムフルオリドなどがあります。[23] コバルトセニウムフルオリドも別の例です。[24]しかし、それらはすべて、非プロトン性溶媒中での構造的特徴が欠如しています。塩基性が高いため、いわゆる裸のフッ化物源の多くは、実際には二フッ化物塩です。2016 年後半には、非プロトン性溶媒 (アセトニトリル) 中の熱力学的に安定で構造的に特徴付けられた「裸の」フッ化物源の例に最も近いイミダゾリウムフルオリドが合成されました。[25]立体的に要求されるイミダゾリウムカチオンは個別のアニオンを安定化させ、重合から保護する。[26] [27]
生化学
生理学的 pH では、フッ化水素は通常完全にイオン化してフッ化物になります。生化学では、フッ化物とフッ化水素は同等です。フッ素は、フッ化物として、虫歯を予防し、健康な骨の成長を促進するために必要な、人間の健康のための微量栄養素であると考えられています。 [28]チャノキ ( Camellia sinensis L.) は、一般的な飲料などの煎じ液を形成する際に放出されるフッ素化合物を蓄積することが知られています。フッ素化合物は、フッ化物イオンなどの生成物に分解されます。フッ化物は最も生体利用可能なフッ素の形態であるため、茶はフッ化物投与の媒体になる可能性があります。[29]吸収されたフッ化物の約 50% は、24 時間以内に腎臓から排泄されます。残りは口腔内および下部消化管に留まります。断食は、フッ素の吸収率を食事と一緒に摂取した場合の60％から80％に劇的に増加させ、ほぼ100％にします。[29] 2013年の研究によると、1日に1リットルのお茶を飲むと、1日の推奨摂取量4mgを摂取できる可能性があります。品質の低いブランドの中には、この量の120％まで摂取できるものもあります。断食すると、これが150％まで増加する可能性があります。この研究では、水道水のフッ素化が実施されている場合、お茶を飲む地域では歯と骨のフッ素症のリスクが増加することを示しています。 [29]口の中に少量のフッ化物イオンがあると、虫歯が減少します。[30]このため、歯磨き粉や水道水のフッ素化に使用されています。
アプリケーション
フッ化物塩とフッ化水素酸は工業的に価値のある主なフッ化物です。
有機フッ素化学
有機フッ素化合物は広く普及しています。多くの医薬品、多くのポリマー、冷媒、および多くの無機化合物は、フッ素含有試薬から作られています。多くの場合、フッ素はフッ化水素に変換され、これが主要な試薬および試薬の前駆体となります。フッ化水素酸とその無水形態であるフッ化水素は特に重要です。[4]
金属およびその化合物の生産
フッ化物の主な用途は、量的には氷晶石 Na 3 AlF 6の生産です。これはアルミニウムの製錬に使用されます。以前は採掘されていましたが、現在はフッ化水素から抽出されています。蛍石は、製鋼のスラグを分離するために大規模に使用されています。採掘された蛍石(CaF 2 ) は、製鋼に使用される汎用化学物質です。 六フッ化ウランは、ウラン同位体の精製に使用されます。
虫歯予防
フッ化ナトリウムやモノフルオロリン酸ナトリウムなどのフッ素含有化合物は、虫歯予防のための局所および全身のフッ化物療法に使用されています。これらは、水のフッ化物添加や口腔衛生に関連する多くの製品に使用されています。[31]もともと、フッ化ナトリウムは水のフッ化物添加に使用されていましたが、ヘキサフルオロケイ酸(H 2 SiF 6 ) とその塩であるヘキサフルオロケイ酸ナトリウム(Na 2 SiF 6 ) は、特に米国でより一般的に使用されている添加剤です。水のフッ化物添加は虫歯を予防することが知られており[32] [33]、米国疾病管理予防センターはこれを「20世紀の10大公衆衛生上の成果の1つ」と見なしています。[34] [35]大規模な集中給水システムが一般的でない一部の国では、食卓塩にフッ化物を添加することで国民にフッ化物を供給しています。虫歯予防の作用方法については、フッ化物療法を参照してください。水道水へのフッ素添加には批判もある。[36]フッ素添加歯磨き粉は一般的に使用されている。メタ分析では、歯磨き粉に500 ppmのフッ素が含まれていると効果があることがわかっている。[37] [38]しかし、毎日の口腔ケアに複数のフッ素源を使用した場合、有益な効果は検出されない。[39] [検証には引用が必要]
実験用試薬
フッ化物塩は、セリン/スレオニンホスファターゼなどのホスファターゼの活性を阻害するために生物学的アッセイ処理で一般的に使用されています。 [40]フッ化物は、これらの酵素の活性部位の求核性水酸化物イオンを模倣します。 [41]フッ化ベリリウムとフッ化アルミニウムもホスファターゼ阻害剤として使用されます。これらの化合物はリン酸基の構造模倣であり、反応の遷移状態の類似体として作用できるためです。 [42] [43]
食事に関する推奨事項
米国医学研究所（IOM）は、1997 年に一部のミネラルの推定平均必要量（EAR）と推奨食事摂取量（RDA）を更新しました。EAR と RDA を確立するための情報が不十分な場合は、代わりに適正摂取量（AI）として指定された推定値が使用されました。AI は通常、必要性があり、その必要性は人々の摂取によって満たされているとの仮定のもと、実際の平均消費量に合わせて設定されます。19 歳以上の女性の現在の AI は 3.0 mg/日です（妊娠中および授乳中を含む）。男性の AI は 4.0 mg/日です。1～18 歳の子供の AI は 0.7 mg/日から 3.0 mg/日に増加しています。フッ化物欠乏症の主な既知のリスクは、細菌による虫歯のリスク増加のようです。安全性に関しては、IOM は十分な証拠がある場合にビタミンとミネラルの許容上限摂取量（UL）を設定しています。フッ化物の場合、ULは10mg/日です。EAR、RDA、AI、ULを総称して食事摂取基準（DRI）と呼びます。[44]
欧州食品安全機関（ EFSA ）は、これらの情報を食事摂取基準値と呼んでおり、RDAの代わりに人口基準摂取量（PRI）、EARの代わりに平均必要量としている。AIとULは米国と同様に定義されている。18歳以上の女性の場合、AIは2.9 mg/日（妊娠中および授乳中を含む）に設定されている。男性の場合、その値は3.4 mg/日である。1～17歳の小児の場合、AIは年齢とともに0.6～3.2 mg/日に増加する。これらのAIは米国のAIと同等である。[45] EFSAは安全性の証拠を検討し、成人のULを7.0 mg/日（小児の場合はより低い）に設定した。[46]
米国の食品および栄養補助食品の表示では、1食分に含まれるビタミンやミネラルの量は、1日の摂取量に対する割合（%DV）で表されます。適正摂取量を設定するための情報はありますが、フッ化物には1日の摂取量がないため、食品ラベルに表示する必要はありません。[47]
一日の摂取量の推定値
フッ素の1日の摂取量は、さまざまな曝露源によって大きく異なります。いくつかの研究では、0.46～3.6～5.4 mg/日の値が報告されています（IPCS、1984年）。[28]水にフッ素を添加している地域では、これがフッ素の重要な供給源となることが予想されますが、フッ素はほぼすべての食品や飲料にも幅広い濃度で自然に含まれています。[48]成人の1日のフッ素の最大安全摂取量は10 mg/日（米国）または7 mg/日（欧州連合）です。[44] [46]
あらゆる摂取源（フッ化物添加水、食品、飲料、フッ化物歯科製品、食事性フッ化物サプリメント）からのフッ化物摂取の上限は、乳児、幼児、8歳までの子供の場合、0.10 mg/kg/日と設定されています。歯のフッ素症のリスクがなくなった年長児および成人の場合、体重に関係なく、フッ化物の上限は10 mg/日と設定されています。[49]
安全性
摂取
米国農務省によると、食事摂取基準は「健康に悪影響を与えるリスクがないと思われる毎日の栄養素摂取の最高レベル」であり、ほとんどの人に対して1日10mgと指定されており、これはリスクのないフッ素添加水10Lに相当します。幼児の場合、値はより低く、0.7mg/日から乳児の場合は2.2mg/日までの範囲です。[51]フッ素の供給源となる水と食品には、コミュニティーウォーターのフッ素添加、魚介類、お茶、ゼラチンなどがあります。[52]
フッ化ナトリウムが最も一般的である可溶性フッ化物塩は有毒であり、急性中毒による事故死や自殺につながっています。[4]ほとんどの成人の致死量は5～10 gと推定されています（体重1kgあたり32～64 mgの元素フッ化物に相当）。[53] [54] [55] 4グラムのフッ化ナトリウムによる成人の致死的な中毒の事例が記録されており、[56] 120 gのフッ化ナトリウムの投与で生存しています。[57]フッ化ケイ酸ナトリウム（Na 2 SiF 6）の場合、ラットの経口投与による平均致死量（LD 50）は125 mg/kgで、100 kgの成人で12.5 gに相当します。[58]
治療には、さらなる吸収を防ぐために希釈した水酸化カルシウムまたは塩化カルシウムを経口投与し、血中のカルシウム濃度を上げるためにグルコン酸カルシウムを注射することが含まれる。 [56] フッ化水素は腐食性と揮発性があり、吸入または皮膚との接触により致命的な暴露を引き起こす可能性があるため、フッ化ナトリウムなどの塩よりも危険であり、グルコン酸カルシウムゲルが通常の解毒剤である。[59]
骨粗鬆症の治療に使用される高用量のフッ化ナトリウムは、用量が多すぎると脚の痛みや不完全疲労骨折を引き起こす可能性があります。また、胃を刺激し、時には潰瘍を引き起こすほど重篤です。フッ化ナトリウムの徐放性および腸溶性バージョンは、胃に対する重大な副作用がなく、骨に対する合併症はより軽度で頻度が低いです。[60]水道水フッ化物添加に使用される低用量では、唯一の明らかな副作用は歯のフッ素症であり、歯の発育中に子供の歯の外観を変える可能性があります。これはほとんどが軽度であり、審美的な外観や公衆衛生に実際の影響を与える可能性は低いです。[61]フッ化物は腰椎の骨密度を高めることが知られていますが、脊椎骨折には効果がなく、脊椎以外の骨折をより多く誘発しました。[62]飲料水として使用される地下水に天然の高濃度フッ素が含まれる地域では、歯と骨のフッ素症が蔓延し、重篤化する可能性があります。[63]
2024年に国立衛生研究所が発表した300ページに及ぶ報告書では、米国の飲料水へのフッ素添加（推奨限度の2倍をわずかに上回る濃度の地域）と発達期の子供のIQ低下との関連が指摘されている。[64] [65] [66] [67]
地下水中のフッ素に関するハザードマップ
人類の約3分の1が地下水源から水を飲んでいます。このうち約10％、約3億人がヒ素やフッ化物でひどく汚染された地下水源から水を得ています。[68] これらの微量元素は主に鉱物に由来します。[69]問題のある井戸の位置を示す地図が利用可能です。[70]
話題
濃縮フッ化物溶液は腐食性がある。[71]フッ化物化合物を取り扱う際はニトリルゴム製の手袋を着用する。フッ化物塩溶液の危険性は濃度に依存する。強酸の存在下では、フッ化物塩はフッ化水素を放出し、これは特にガラスに対して腐食性がある。[4]
その他の派生商品
フッ化物からは、次のような有機および無機の陰イオンが生成されます。
- フッ化水素、ガラスのエッチング剤として使用される[72]
- テトラフルオロベリレート
- 六フッ化白金酸塩
- 有機金属合成に使用されるテトラフルオロホウ酸塩
- 市販の二次電池の電解質として使用される六フッ化リン酸。
- トリフルオロメタンスルホン酸
参照
参考文献
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、フッ化物に関連するメディアがあります。
- 「飲料水中のフッ化物：フッ化物添加と規制問題のレビュー」、議会調査局
- 地域の水道水フッ素化状況を確認するための米国政府サイト