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重金属は、比較的高い密度、原子量、または原子番号を持つ金属元素を指す議論の多い曖昧な用語です[2]。使用される基準、および半金属が含まれるかどうかは、著者と文脈によって異なり、使用すべきではないと主張されてきました。 [3] [4]重金属は、密度、原子番号、または化学的挙動に基づいて定義される場合があります。より具体的な定義が発表されていますが、どれも広く受け入れられていません。この記事で調査した定義は、118の既知の化学元素のうち最大96を網羅しており、水銀、鉛、およびビスマスのみがそれらのすべてを満たしています。このように合意がないにもかかわらず、この用語（複数形または単数形）は科学で広く使用されています。5 g/cm 3を超える密度は、よく使用される基準として引用されることがあり、この記事の本文でも使用されています。
最も古くから知られている金属は、鉄、銅、スズなどの一般的な金属や、銀、金、プラチナなどの貴金属など、重金属です。1809年以降、マグネシウム、アルミニウム、チタンなどの軽金属や、あまり知られていないガリウム、タリウム、ハフニウムなどの重金属が発見されました。
重金属の中には、必須栄養素（一般的には鉄、コバルト、銅、亜鉛）であったり、比較的無害なもの（ルテニウム、銀、インジウムなど）であったりしますが、多量に摂取したり、特定の形態をとったりすると有毒になることがあります。ヒ素、カドミウム、水銀、鉛など、その他の重金属は非常に有毒です。重金属中毒の潜在的な発生源としては、鉱業、尾鉱、製錬、産業廃棄物、農業排水、職業上の暴露、塗料、処理木材などがあります。
重金属の物理的および化学的特性は、関係する金属が常に一貫して定義されているわけではないため、慎重に扱う必要があります。重金属は比較的密度が高いだけでなく、軽金属よりも反応性が低い傾向があり、可溶性の 硫化物や水酸化物がはるかに少ないです。タングステンなどの重金属とナトリウムなどの軽金属を区別するのは比較的簡単ですが、亜鉛、水銀、鉛などのいくつかの重金属は軽金属の特性の一部を持ち、ベリリウム、スカンジウム、チタンなどの軽金属は重金属の特性の一部を持っています。
重金属は地殻中に比較的稀にしか存在しませんが、現代生活のさまざまな場面に存在しています。例えば、ゴルフクラブ、自動車、消毒剤、自動洗浄オーブン、プラスチック、太陽電池パネル、携帯電話、粒子加速器などに使用されています。
定義
議論を呼ぶ用語
命名法を標準化している国際純正・応用化学連合（IUPAC）は、「重金属という用語は意味がなく、誤解を招く」と述べている。[2] IUPACの報告書は、関連性を裏付ける科学的証拠がないのに「重金属」を毒素と表現することの法的および毒物学的な意味合いに焦点を当てている。形容詞「重い」が暗示する密度は、生物学的影響をほとんど持たず、純金属が生物学的に活性な物質であることはめったにない。[5] この特徴づけは、数多くのレビューで繰り返されている。[6] [7] [8]最も広く使用されている毒物学の教科書、カサレットとダウルの毒物学[9]では、「重金属」ではなく「毒性金属」が使用されている。[5]それにもかかわらず、多くの科学および科学関連の記事では、毒性物質の用語として「重金属」が引き続き使用されている[10] [11]科学論文で受け入れられる用語であるためには、厳密な定義が推奨されている。[12]
毒物学以外での使用
毒性以外の用途でも、重金属の基準に基づいた定義は広く合意されていません。レビューでは、使用しないことを推奨しています。[10] [13]文脈に応じて、この用語に異なる意味が付与される場合があります。たとえば、重金属は密度に基づいて定義される場合があり、[14]区別基準は原子番号である可能性があります、[15]または化学的挙動である可能性があります。[16]
密度の基準は、3.5 g/cm 3以上から7 g/cm 3以上までの範囲である。[17]原子量の定義は、ナトリウム（原子量 22.98）より大きいもの、 [17]、 40より大きいもの（s ブロックおよびf ブロック金属を除く。したがって、スカンジウムから始まる）、[18]、または 200より大きいもの、すなわち水銀から先までの範囲である。 [19]原子番号は、92（ウラン）で上限が設定されることもある。[20]原子番号に基づく定義は、密度の低い金属も含めると批判されてきた。たとえば、周期表のグループ（列）1のルビジウムは、原子番号は 37 ですが、密度は 1.532 g/cm 3に過ぎず、これは他の著者が使用した閾値を下回っています。[21]原子量に基づく定義でも同じ問題が発生する場合があります。[22]
米国薬局方では、金属不純物を有色の硫化物として沈殿させる重金属試験を実施している。[23] このタイプの化学試験に基づくと、このグループには遷移金属と遷移後金属が含まれることになる。[16]
化学に基づく別のアプローチでは、「重金属」という用語を 2 つの金属グループとグレーゾーンに置き換えることを提唱しています。クラス A の金属イオンは酸素供与体を好み、クラス B のイオンは窒素または硫黄供与体を好み、境界または両価のイオンは状況に応じてクラス A または B のいずれかの特性を示します。[32]クラス A の金属と他の 2 つのカテゴリの区別は明確です。クラス A およびクラス B の用語は、無機システムにおける金属イオンの挙動を指すときに時々使用される「ハード酸」および「ソフト塩基」の用語に類似しています。 [33]このシステムでは、元素を でグループ化します。ここで、は金属イオンの 電気陰性度、 はイオン半径です。この指標は、 特定の金属イオンに対する共有結合相互作用とイオン相互作用の重要性を測定します。 [34]このスキームは、たとえば海水中の生物学的に活性な金属の分析に適用されていますが、[12]広く採用されていません。[35]
用語の起源と使用
金、銅、鉄などの天然金属の重さは先史時代にすでに認識されており、その可鍛性を考慮して、金属製の装飾品、道具、武器を作る最初の試みにつながったと考えられます。[36]
1817年、ドイツの化学者レオポルド・グメリンは元素を非金属、軽金属、重金属に分類した。[37]軽金属の密度は0.860～5.0 g/cm 3、重金属は5.308～22.000であった。[38]重金属という用語は、重元素という用語と同じ意味で使用されることがある。例えば、核化学の歴史について議論する中で、マギー[39]は、アクチニドがかつては新しい重元素遷移グループを表すと考えられていたのに対し、シーボーグと同僚は「...重金属の希土類のような系列を支持していた...」と述べている。
重金属に相当する軽金属は、鉱物・金属・材料学会によって「従来の軽金属（アルミニウム、マグネシウム、ベリリウム、チタン、リチウム、その他の反応性金属）と新興の軽金属（複合材料、積層材料など）」と定義されています[40]。
生物学的役割
主に第4周期に含まれる微量の重金属は、特定の生物学的プロセスに必要である。これらは、鉄と銅（酸素と電子の輸送）、コバルト（複雑な合成と細胞代謝）、亜鉛（水酸化）、[46] [検証失敗] バナジウムとマンガン（酵素の調節または機能）、クロム（グルコースの利用）、ニッケル（細胞の成長）、ヒ素（一部の動物とおそらく人間の代謝による成長）、セレン（抗酸化機能とホルモン産生）である。[47]第5周期と第6周期には必須重金属が少なく、重い元素ほど豊富ではなく、希少な元素は栄養上必須ではないという一般的なパターンと一致している。[48]第5周期では、モリブデンは酸化還元反応の触媒に必要であり、カドミウムは一部の海洋珪藻類によって同じ目的で使用され、スズはいくつかの種の成長に必要である可能性がある。[49]第6期では、タングステンは一部の古細菌や細菌の代謝プロセスに必要です。[50]これらの第4～6期の必須重金属のいずれかが不足すると、重金属中毒に対する感受性が高まる可能性があります[51]（逆に、過剰になると生物学的に悪影響が出ることもあります）。平均体重70kgの人体には、約0.01%の重金属（約7g、乾燥エンドウ豆2個分の重さに相当、鉄4g、亜鉛2.5g、鉛0.12gが3つの主要成分）、2%の軽金属（約1.4kg、ワイン1本分の重さ）、約98%の非金属（ほとんどが水）が含まれています。[52] [n 8]
いくつかの非必須重金属は生物学的効果があることが観察されています。ガリウム、ゲルマニウム（半金属）、インジウム、およびほとんどのランタノイドは代謝を刺激することができ、チタンは植物の成長を促進します[53]（ただし、必ずしも重金属とはみなされません）。
毒性
重金属は、毒性が強く、環境に有害であると考えられていることが多い。[54]実際に有毒な物質もあるが、過剰に摂取したり、特定の形で接触した場合にのみ有毒となる物質もある。特定の金属を微粒子または最も一般的な煙として吸入すると、金属煙熱と呼ばれる症状を引き起こすこともある。
環境重金属
クロム、ヒ素、カドミウム、水銀、鉛は、その広範な使用、それらの複合または単体形態の一部の毒性、および環境中での広範な分布のために、危害を引き起こす可能性が最も高い。 [55] たとえば、六価クロムは、水銀蒸気や多くの水銀化合物と同様に、非常に有毒である[要出典] 。 [56]これらの5つの元素は硫黄と強い親和性があり、人体では通常、チオール基（-SH）を介して、代謝反応の速度を制御する酵素に結合します。結果として生じる硫黄-金属結合は、関与する酵素の適切な機能を阻害し、人間の健康を悪化させ、時には致命的になる。 [57]クロム（六価形態）とヒ素は発がん性物質であり、カドミウムは骨の変性疾患を引き起こし、水銀と鉛は中枢神経系を損傷する。[要出典]
鉛は最も一般的な重金属汚染物質である。[58]工業化社会の水環境における鉛濃度は、工業化以前のレベルの2～3倍と推定されている。[ 59]四エチル鉛（CH
3中国語
2）
4Pbは、 1930年代から1970年代までガソリンに広く使用されていました。 [60]北米では1996年までに有鉛ガソリンの使用はほぼ廃止されましたが、それ以前に建設された道路に隣接する土壌には高い鉛濃度が残っています。[61]その後の研究では、米国における有鉛ガソリンの使用率と暴力犯罪の間に統計的に有意な相関関係があることが示されました。22年のタイムラグ（暴力犯罪者の平均年齢）を考慮すると、暴力犯罪の曲線は実質的に鉛への曝露曲線をたどっていました。[62]
潜在的に危険な性質を持つとされるその他の重金属（通常は有毒な環境汚染物質）としては、マンガン（中枢神経系障害）[63]、コバルトとニッケル（発がん性物質）[64]、銅[65]、亜鉛[66] 、セレン[67]、銀[68]（内分泌かく乱、先天性疾患、または魚類、植物、鳥類、その他の水生生物に対する一般的な毒性作用）[69]、有機スズとしてのスズ（中枢神経系障害）[69] 、アンチモン（発がん性物質の疑い）[70]、タリウム（中枢神経系障害）[65]などがある。 [n 9] [n 10]
その他の重金属
その他の非必須重金属には、1 つ以上の毒性形態を持つものがあります。ゲルマニウムのサプリメント（2 か月から 3 年間で合計約 15 ～ 300 g を摂取）の摂取により、腎不全や死亡が記録されています。[65]四酸化オスミウム（OsO 4 ）への曝露は、永久的な眼の損傷を引き起こし、呼吸不全[74]や死亡につながる可能性があります。 [75]インジウム塩は、数ミリグラム以上摂取すると有毒であり、腎臓、肝臓、心臓に影響を及ぼします。[76] がん細胞を殺すために使用される重要な薬剤であるシスプラチン（PtCl 2 (NH 3 ) 2 ）も腎臓と神経に毒です。[65]ビスマス化合物は、過剰に摂取すると肝臓に損傷を与える可能性があります。不溶性のウラン化合物は、それらが放出する危険な放射線と同様に、永久的な腎臓損傷を引き起こす可能性があります。[77]
暴露源
重金属は、産業活動の結果として濃縮されると、空気、水、土壌の質を低下させ、植物、動物、人間の健康問題を引き起こす可能性があります。 [78] [79]この文脈での重金属の一般的な発生源には、自動車の排気ガス、[80]エンジンオイル、[ 81 ]肥料、[82]ガラス加工、[83]焼却炉、[84] 処理木材、[85] 老朽化した給水インフラ、[86]世界の海に浮かぶマイクロプラスチックなどがあります。 [87]重金属汚染と健康リスクの最近の例としては、日本での水俣病の発生（1932年～1968年、2016年現在訴訟が進行中）があります。[88]ブラジルのベント・ロドリゲスダム災害、[89]アメリカ北東部のミシガン州フリント市の住民に供給される飲料水に高濃度の鉛が検出された事件[90]および2015年の香港の飲料水に重金属が混入した事件などである。
形成、豊富さ、発生、抽出
周期表の鉄付近までの重金属は、主に恒星内元素合成によって作られます。このプロセスでは、水素からケイ素までの軽い元素が恒星内で連続的に核融合反応を起こし、光と熱を放出して、より高い原子番号を持つより重い元素を形成します。[94]
より重い重金属は、通常この方法では生成されない。なぜなら、そのような原子核が関与する核融合反応は、エネルギーを放出するのではなく消費するからである。[95]むしろ、それらは主に中性子捕獲によって（より低い原子番号の元素から）合成され、この反復捕獲の2つの主なモードは、s過程とr過程である。s過程（「s」は「遅い」の略）では、単一の捕獲は数年または数十年の間隔で行われ、より不安定な原子核はベータ崩壊する。[96]一方、r過程（「速い」）では、捕獲は原子核が崩壊するよりも速く起こる。したがって、s過程は多かれ少なかれ明確な経路をたどります。たとえば、安定したカドミウム110核は、恒星内部の自由中性子によって連続的に衝突され、不安定なカドミウム115核を形成し、崩壊してインジウム115（ほぼ安定で、半減期はs過程はビスマスで停止するが、これは次の2つの元素、ポロニウムとアスタチンの半減期が短いためで、これらはビスマスまたは鉛に崩壊する。r過程は非常に速いため、この不安定領域をスキップして、トリウムやウランなどのより重い元素を生成することができる。[ 99]
重金属は恒星の進化と破壊の過程の結果として惑星に凝縮する。恒星はその寿命の終わりに質量の大部分を放出され、時にはその後中性子星の合体によって質量を失う。 [100] [n 13]それによって星間物質中のヘリウムより重い元素の存在量が増加する。重力によってこの物質が合体して崩壊すると、新しい恒星と惑星が形成される。[102]
地球の地殻は重量で約5％の重金属で構成されており、そのうち95％は鉄です。軽金属（約20％）と非金属（約75％）が地殻の残りの95％を構成しています。[91]全体的に希少であるにもかかわらず、重金属は山の形成、浸食、またはその他の地質学的プロセスの結果として、経済的に抽出可能な量に濃縮されることがあります。[103]
重金属は主に好岩性（岩石を好む）または好銅性（鉱石を好む）として見つかる。好岩性重金属は主にfブロック元素と、より反応性の高いdブロック元素である。酸素との親和性が強く、比較的低密度のケイ酸塩鉱物として存在することが多い。[104]好銅性重金属は主に反応性の低いdブロック元素と、周期4～6のpブロック金属および半金属である。通常は（不溶性の）硫化鉱物中に見つかる。好銅性重金属は好岩性重金属よりも密度が高く、固化時に地殻のより低い位置に沈むため、好岩性重金属よりも存在量が少ない傾向がある。[105]
対照的に、金は親鉄元素、つまり鉄を好む元素である。金は酸素や硫黄と容易に化合物を形成しない。[106]地球の形成当時、金は最も貴な（不活性な）金属として、高密度の金属合金を形成する傾向があるため、核に沈んだ。その結果、金は比較的希少な金属である。 [107] [検証に失敗]他の（それほど貴ではない）重金属、モリブデン、レニウム、白金族金属（ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金）、ゲルマニウム、スズは、地殻ではなく、地球（核、マントル、地殻）で主に発生するという点においてのみ親鉄元素として数えられる。これらの金属は、それ以外の場合には地殻に少量存在し、主に親銅元素として存在する（天然の形ではあまり存在しない）。[108] [注14]
重金属の濃度は地殻の下のほうが一般的に高く、そのほとんどは鉄・ケイ素・ニッケルからなる核で見つかる。例えば白金は地殻に約1ppb含まれるが、核ではその濃度が6,000倍近く高いと考えられている。[109] [110]最近の推測では、核のウラン（およびトリウム）がプレートテクトニクスを駆動し、（最終的には）地球の磁場を維持する大量の熱を発生させている可能性があると示唆されている。[111] [n 15]
大まかに言えば、いくつかの例外はあるものの、親石性重金属は電気処理または化学処理によって鉱石から抽出できるが、親銅性重金属は硫化鉱石を焙焼して対応する酸化物を生成し、これを加熱して原料金属を得る。 [113] [n 16]ラジウムは経済的に採掘するには量が少なすぎるため、使用済み核燃料から得られる。[116]親銅性白金族金属（PGM）は主に他の親銅性鉱石と少量（混合）で存在する。関係する鉱石は製錬、焙焼し、硫酸で浸出してPGMの残留物を生成する必要がある。これを化学的に精製して、個々の金属を純粋な形で得る。[117]他の金属と比較して、PGMは希少性[118]と生産コストの高さのために高価である。[119]
親鉄性金は、最も一般的には、シアン化物溶液に金を含む鉱石を溶解することによって回収される。[120]金は、例えば、2 Au + H 2 O +½ O 2 + 4 KCN → 2 K[Au(CN) 2 ] + 2 KOHのようにジシアノ金酸塩(I)を形成する。混合物に亜鉛を加えると、金よりも反応性が高いため、金と置換する。2 K[Au(CN) 2 ] + Zn → K 2 [Zn(CN) 4 ] + 2 Au。金は溶液からスラッジとして沈殿し、濾過されて溶解される。[121]
用途
重金属は現代生活のほぼすべての側面に存在しています。鉄は精製金属の90％を占めており、最も一般的であると考えられます。プラチナは、すべての消費財の20％に含まれていたり、生産に使用されていたりすると言われていることを考えると、最も普及している金属である可能性があります。 [ 122 ]
重金属の一般的な用途は、電気伝導性や反射率などの金属の一般的な特性、または密度、強度、耐久性などの重金属の一般的な特性に依存します。その他の用途は、栄養素や毒物などの生物学的役割やその他の特定の原子特性など、特定の元素の特性に依存します。このような原子特性の例には、有色化合物の形成を可能にする部分的に満たされたd軌道またはf軌道（多くの遷移重金属、ランタノイド重金属、アクチノイド重金属） 、 [123]ほとんどの重金属イオン（白金、 [124]セリウム[125]またはビスマス[126]など）の能力、および触媒に使用されること、[127]磁気効果を生じる3d軌道または4f軌道での強い交換相互作用（鉄、コバルト、ニッケル、またはランタノイド重金属）、[128]および核科学への応用の基礎となる高い原子番号と電子密度が含まれます。[129]重金属の典型的な用途は、大きく以下の6つのカテゴリーに分類できます。[130] [n 17]
重量または密度に基づく
スポーツ、機械工学、軍事兵器、核科学など、重金属の一部の用途では、その比較的高い密度が利用されている。水中ダイビングでは、鉛はバラストとして使用される。[132]ハンディキャップ競馬では、各馬は過去の成績などの要因に基づいて指定された重さの鉛を運ばなければならず、さまざまな競技者のチャンスを平等にする。[133]ゴルフでは、フェアウェイクラブとアイアンにタングステン、真鍮、または銅のインサートを入れることでクラブの重心が下がり、ボールを空中に飛ばしやすくなる。 [134]タングステンコアのゴルフボールは飛行特性が良いとされている。[135]フライフィッシングでは、沈むフライラインにタングステンパウダーが埋め込まれたPVCコーティングが施されているため、必要な速度で沈む。[136]陸上競技では、ハンマー投げや砲丸投げで使用される鋼球には、国際ルールで定められた最小重量を達成するために鉛が詰められている。[137]少なくとも1980年まではハンマー投げのボールにタングステンが使用されていた。当時は高価な金属（他のハンマーの3倍のコスト）で、すべての国で一般的に入手できるわけではなかったため、1981年にボールの最小サイズが拡大された。[138]タングステンハンマーは密度が高すぎて、芝生に深く突き刺さってしまう。[139]
弾丸の密度が高いほど、より効果的に重装甲板を貫通できます... Os、Ir、Pt、Re ...は高価です... Uは、高密度、手頃なコスト、高い破壊靭性という魅力的な組み合わせを提供します。
AM ラッセルと KL リー「非鉄金属の
構造と特性の関係」
（2005 年、16 ページ）
構造と特性の関係」
（2005 年、16 ページ）
重金属は、ボート[140]、飛行機[141]、自動車[142]のバラストとして、または車輪やクランクシャフトのバランスウェイト[143 ] 、ジャイロスコープ、 プロペラ[ 144 ] 、遠心クラッチ[145]、最小限のスペースで最大限の重量を必要とする状況（たとえば時計のムーブメント）で使用されます。[141]
軍事兵器では、タングステンやウランが装甲板[146]や徹甲弾[147]に使用されているほか、核兵器にも効率を高めるために（中性子を反射し、反応する物質の膨張を一時的に遅らせることによって）使用されています。[148] 1970年代には、タンタルは密度が高く、力の集中度が高く、変形しやすいため、成形炸薬や爆発成形された対装甲兵器において銅よりも効果的であることがわかりました。 [149]銅、スズ、タングステン、ビスマスなどの毒性の低い重金属、そしておそらくマンガン（および半金属のホウ素）が、一部の軍隊で使用されているグリーン弾やレクリエーション射撃用の弾薬で鉛やアンチモンに代わっています。 [150]タングステンの安全性（または環境への配慮）については疑問が提起されています。 [151]
密度の高い物質は軽い物質よりもガンマ線などの特定の種類の放射性放出をより多く吸収するため、重金属は放射線遮蔽や線形加速器や放射線治療の用途における放射線ビームの集束に役立ちます。[152]
強度または耐久性に基づく
クロム、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、モリブデン、スズ、タングステン、鉛などの重金属およびその合金は、強度や耐久性に優れているため、工具、機械、[155] 器具、[156]調理器具、 [ 157]パイプ、[156] 線路、[158]建物[159]橋、[160]自動車、 [156]錠、[161]家具、[ 162 ]船舶、[140]飛行機、[163]貨幣[164]および宝飾品 [ 165]の製造に有用である。また、他の金属の特性を高めるための合金添加物としても使用される。[n 19]世界の貨幣に使用されている24の元素のうち、重金属ではないのは炭素とアルミニウムの2つだけである。[167] [n 20]金、銀、プラチナは宝飾品に使用され[n 21]、例えばニッケル、銅、インジウム、コバルトは有色金に使用されます。[170] 安価な宝飾品や子供のおもちゃには、クロム、ニッケル、カドミウム、鉛などの重金属がかなりの割合で使用されている場合があります。[171]
銅、亜鉛、スズ、鉛は機械的には弱い金属ですが、腐食防止に有効です。いずれも空気と反応しますが、さまざまな銅塩、[172]炭酸亜鉛、酸化スズ、または酸化鉛、炭酸塩、硫酸塩の混合物の緑青が貴重な保護特性を与えます。[173]そのため、銅と鉛は屋根材などに使用されます。[174] [注 22]亜鉛は亜鉛メッキ鋼の防錆剤として機能します。[175]スズもスチール缶で同様の役割を果たします。[176] [検証失敗]
ガドリニウムを添加すると鉄やクロムの加工性や耐食性が向上し、トリウムを添加するとニッケルの耐クリープ性が向上します。 [要出典]テルルは銅（テルル銅）やステンレス鋼に添加され、加工性を向上させます。また、鉛を添加すると硬度と耐酸性が向上します。[177]
生物学的および化学的
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一部の重金属の殺生物効果は古代から知られています。[179]白金、オスミウム、銅、ルテニウム、ヒ素などの他の重金属は、抗がん治療に使用されているか、またはその可能性があることが示されています。[180]アンチモン（抗原虫）、ビスマス（抗潰瘍）、金（抗関節炎）、鉄（抗マラリア）も医学において重要です。[181]銅、亜鉛、銀、金、または水銀は防腐剤に使用されます。[182]一部の重金属は、たとえば冷却塔での藻類の成長を制御するために少量使用されます。[183] 肥料または殺生物剤としての意図された用途に応じて、農薬にはクロム、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ヒ素、カドミウム、水銀、または鉛などの重金属が含まれる場合があります。[184]
特定の重金属は、燃料処理（レニウムなど）、合成ゴムおよび繊維製造（ビスマス）、排出ガス制御装置（パラジウムおよび白金）、およびセルフクリーニングオーブン（このようなオーブンの壁にある酸化セリウム（IV）が炭素ベースの調理残留物の酸化を 助ける）の触媒として使用されます。[185]石鹸化学では、重金属は潤滑グリース、ペイントドライヤー、および殺菌剤に使用される不溶性石鹸を形成します（リチウム以外に、アルカリ金属とアンモニウムイオンは可溶性石鹸を形成します）。[186]
色彩と光学
ガラス、陶磁器の釉薬、塗料、顔料、プラスチックの色は、一般的にクロム、マンガン、コバルト、銅、亜鉛、ジルコニウム、モリブデン、銀、スズ、プラセオジム、ネオジム、エルビウム、タングステン、イリジウム、金、鉛、ウランなどの重金属（またはその化合物）を含めることで生成されます。[188] タトゥーのインクには、クロム、コバルト、ニッケル、銅などの重金属が含まれている場合があります。[189]一部の重金属の高い反射率は、精密天文機器を含む鏡の製造に重要です。ヘッドライトの反射板は、ロジウムの薄膜の優れた反射率に依存しています。[190]
電子機器、磁石、照明
重金属またはその化合物は、電子部品、電極、配線、太陽電池パネルに含まれており、導体、半導体、絶縁体として使用されています。モリブデン粉末は回路基板インクに使用されています。[191] ルテニウム(IV)酸化物でコーティングされたチタン陽極は、塩素の工業生産に使用されています。[192]家庭の電気系統は、ほとんどの場合、導電性に優れた銅線で配線されています。[193]銀と金は、電気伝導性が高く、表面に不純物が形成されにくい、または形成を最小限に抑えることができるため、電気機器や電子機器、特に接触スイッチに使用されています。 [194]絶縁体である 酸化ハフニウムは、マイクロチップの電圧コントローラーとして使用されています。別の絶縁体である酸化タンタルは、携帯電話のコンデンサーに使用されています。[195]重金属は、少なくとも1800年にボルタが銅と銀のボルタ電池を発明して以来、200年以上にわたって電池に使用されてきました。[196]
磁石は、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ニオブ、ビスマス、プラセオジム、ネオジム、ガドリニウム、ジスプロシウムなどの重金属で作られることが多い。ネオジム磁石は市販されている永久磁石の中で最も強力なタイプである。例えば、自動車のドアロック、スターターモーター、燃料ポンプ、パワーウィンドウなどの重要な部品である。[197]
重金属は照明、レーザー、発光ダイオード（LED）に使用されている。フラットパネルディスプレイには、導電性のインジウムスズ酸化物の薄膜が組み込まれている。蛍光灯は、その動作に水銀蒸気に依存している。ルビーレーザーは、酸化アルミニウム中のクロム原子を励起することで深紅色のビームを生成する。ランタノイドもレーザーに広く使用されている。ガリウム、インジウム、ヒ素[198]、銅、イリジウム、プラチナはLEDに使用されている（最後の3つは有機LEDに使用されている）。[199]
核
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原子番号の大きい重金属のニッチな用途は、診断画像、電子顕微鏡、および原子力科学で見られます。診断画像では、コバルトやタングステンなどの重金属は、X線管の陽極材料を構成しています。[203]電子顕微鏡では、鉛、金、パラジウム、白金、ウランなどの重金属は、過去に導電性コーティングを製造したり、染色、ネガティブ染色、または真空蒸着によって生物標本に電子密度を導入したりするために使用されてきました。[204]原子力科学では、クロム、鉄、亜鉛などの重金属の原子核が他の重金属ターゲットに発射され、超重元素が生成されることがあります。[205]重金属は、中性子[206]やアスタチンなどの非原始元素の同位体（後者の場合は鉛、ビスマス、トリウム、ウランを使用）を生成するための破砕ターゲットとしても使用されます。[207]
注記
- ^ 使用された基準は密度である：[17] (1) 3.5 g/cm 3以上、(2) 7 g/cm 3以上、原子量： (3) > 22.98、[17] (4) > 40（s-およびf-ブロック金属を除く）、[18] (5) > 200、[19] 原子番号： (6) > 20、(7) 21–92、[20] 化学的挙動： (8) 米国薬局方、[23] [24] [25] (9) ホークスの周期表に基づく定義（ランタノイドとアクチノイドを除く）、[16]および(10) ニーボアとリチャードソンの生化学的分類。[26]元素の密度は主にエムズリーによる。[27] At、Fr、およびFm – Tsには予測密度が使用されている。[28] Fm、Md、No、Lrの密度は、原子量、推定金属半径、[29]、および予測された最密充填結晶構造に基づいて算出されました。[30]原子量はEmsley、[27]裏表紙の内側から引用されています。
- ^ しかし、ホークスは「半金属（すなわち半金属）を重金属に含めるかどうかを決める必要はない」と述べ、半金属は周期表に基づくホークスの定義から除外された。[16]
- ^ 鉛は蓄積性毒物であり、歴史的に広く使用され、人為的に環境中に排出されたため、比較的豊富に存在する。[42]
- ^ ヘインズはスズについては17mg未満であると示している[43]
- ^ アイアンガーはニッケルの量を5mgと記録している。[44]ヘインズは10mgと記録している。[43]
- ^ セレンは非金属です。
- ^ 10mg未満の量で存在する45種の重金属を包含し、その中にはAs（7mg）、Mo（5）、Co（1.5）、Cr（1.4）が含まれる[45]
- ^ 一般に半金属として認識されている元素のうち、B と Si は非金属として数えられ、Ge、As、Sb、Te は重金属として数えられました。
- ^ Ni、Cu、Zn、Se、Ag、Sbは米国政府の有害汚染物質リストに掲載されています。 [71] Mn、Co、Snはオーストラリア政府の国家汚染物質目録に掲載されています。[72]
- ^ タングステンも有毒な重金属の1つである可能性がある。[73]
- ^ RaとPaの1兆分の1よりはるかに少ない存在比を持つ微量元素（すなわちTc、Pm、Po、At、Ac、Np、およびPu）は表示されていません。存在比はLide [91]とEmsleyによるものであり、[92]発生タイプはMcQueenによるものです。[93]
- ^ 場合によっては、例えば高エネルギーガンマ線の存在下や非常に高温の水素に富む環境下では、対象の原子核は中性子の損失や陽子の増加を経験し、（比較的まれな）中性子欠乏同位体を生成する可能性がある。[98]
- ^ 2つの中性子星が衝突したときに物質が放出される原因は、それらの潮汐力、地殻の破壊、衝撃加熱（エンジンが冷えているときに車のアクセルを踏み込んだときに起こる現象）の相互作用によるものと考えられている。[101]
- ^ 鉄、コバルト、ニッケル、ゲルマニウム、スズも地球全体の観点からは親鉄性元素である。[93]
- ^ 内部の固体核から逃げる熱は、液体鉄合金でできた外核に運動を生み出すと考えられている。この液体の運動によって電流が発生し、磁場が生じる。[112]
- ^ 経済的に採掘するには量が少なすぎる天然の重金属（Tc、Pm、Po、At、Ac、Np、Pu）は、代わりに人工的な変換によって生産されます。[114]後者の方法は、アメリシウム以降の重金属を生産するためにも使用されます。[115]
- ^ カテゴリの数を管理可能なレベルに保つために、ソート方式に多少の暴力と詳細の抽象化が適用されました。
- ^ 皮膚は、アントラライトCu 3 (OH) 4 SO 4、アタカマイトCu 4 (OH) 6 Cl 2、ブロカンタイトCu 4 (OH) 6 SO 4、亜酸化銅Cu 2 O、テノライトCuOからなる保護緑青の形成により、大部分が緑色に変わっている。[154]
- ^ ランタノイドの場合、反応性が高すぎ、比較的高価で、強度もせいぜい中程度であるため、これが唯一の構造的用途である。[166]
- ^ ウェルター[168]は貨幣金属を貴金属（銀、金、プラチナなど）、耐久性が非常に高い重金属（ニッケル）、耐久性が低い重金属（銅、鉄、亜鉛、スズ、鉛）、軽金属（アルミニウム）に分類している。
- ^ エムズリー[169]は、18カラットの結婚指輪が徐々に摩耗することで、世界中で年間6トンの金が失われていると推定している。
- ^ 工業地帯や沿岸部の厳しい気候にさらされた鉛板は、何世紀にもわたって耐久性がある[132]
- ^ タングステン陽極に衝突した電子はX線を発生させる。[201]レニウムはタングステンの耐熱衝撃性を高める。 [202]モリブデンとグラファイトはヒートシンクとして機能する。モリブデンの密度はタングステンのほぼ半分であるため、陽極の重量が軽減される。[200]
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さらに読む
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- 重金属への曝露とパーキンソン病の関連性：酸化ストレスに関連するメカニズムのレビュー。
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズの重金属関連メディア
