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| 錫 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 同素体 | 銀白色、β（ベータ）、灰色、α（アルファ） | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 標準原子量 A r °(Sn) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 周期表におけるスズ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 原子番号 ( Z ) | 50 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| グループ | グループ 14 (炭素グループ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 期間 | 期間5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ブロック | pブロック | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電子配置 | [クラ] 4d 10 5s 2 5p 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 殻あたりの電子数 | 2、8、18、18、4 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 物理的特性 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STPでの フェーズ | 固体 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 融点 | 505.08 K (231.93 °C、449.47 °F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 沸点 | 2875 K (2602 °C、4716 °F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 密度（20℃） | 白色（β）：7.289 g/cm 3 灰色（α）：5.770 g/cm 3 [3] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 液体の場合（ mp） | 6.99グラム/ cm3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 融解熱 | 白（β）：7.03 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 気化熱 | 白（β）：296.1 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| モル熱容量 | 白（β）：27.112 J/(mol·K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
蒸気圧
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| 原子特性 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 酸化状態 | 共通: −4、+2、+4 −3、? −2、? −1、? 0、[4] +1、[5] +3 [6] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電気陰性度 | ポーリングスケール: 1.96 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| イオン化エネルギー |
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| 原子半径 | 経験的: 午後140時 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 共有結合半径 | 139±4時 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ファンデルワールス半径 | 午後217時 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| その他のプロパティ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 自然発生 | 原始的な | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 結晶構造 | 白（β）：体心正方晶（tI4） | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 格子定数 |  a = 583.13 pm c = 318.11 pm （20℃）[3] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 結晶構造 | 灰色 (α):面心菱形立方晶( cF8 ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 格子定数 |  a = 648.96 pm（20℃）[3] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 熱膨張 | 白（β）：21.76 × 10 −6 /K (20 °C) [a] 灰色 (α):5.20 × 10 −6 /K（20℃）[3] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 熱伝導率 | 66.8 W/(m⋅K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電気抵抗率 | 115 nΩ⋅m（0℃時） | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 磁気秩序 | 白（β）：常磁性 灰色（α）：反磁性[7] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| モル磁化率 | 白（β）：+3.1 × 10 -6 cm 3 /mol (298 K) [8] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ヤング率 | 50GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| せん断弾性係数 | 18GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 体積弾性率 | 58GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 音速の 細い棒 | 2730 m/s ( 室温で) (ロール) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ポアソン比 | 0.36 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| モース硬度 | 1.5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ブリネル硬度 | 50～440MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CAS番号 | 7440-31-5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 歴史 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 発見 | 先史時代、紀元前35世紀頃 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| シンボル | 「Sn」：ラテン語のstannumから | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| スズの同位体 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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錫は化学元素であり、記号は Sn（ラテン語の stannumに由来）、原子番号は50である。銀色の金属である錫は、少しの力で切断できるほど柔らかく、[10]錫の棒は手で簡単に曲げることができる。曲げると、錫の結晶の双晶形成により、いわゆる「錫鳴き」が聞こえる。[11]
スズは、元素周期表の第14族に属する遷移金属である。スズは主にスズ酸化物（SnO）を含む鉱物スズ石から得られる。
2スズは、第 14 族の隣の元素であるゲルマニウムと鉛の両方と化学的類似性を示し、+2 とわずかに安定した +4 という2 つの主な酸化状態を持ちます。スズは地球上で 49 番目に豊富な元素で、地殻の 0.00022% を占めています。また、安定同位体が 10 個あり、陽子の魔法数のため、周期表で最も多くの安定同位体を持っています。
スズには 2 つの主な同素体があります。室温では、安定した同素体は銀白色の可鍛性金属である β-スズです。低温では密度の低い灰色の α-スズとなり、ダイヤモンド立方構造を持ちます。金属スズは空気中や水中で 容易に酸化されません。
最初に大規模に使用されたスズ合金は青銅で、1 ⁄ 8 の スズと7 ⁄ 8 の銅(それぞれ 12.5% と 87.5%) から作られ、紀元前 3000 年頃から使われていました。紀元前 600 年以降、純粋な金属スズが生産されました。ピューターは、85～90% のスズと、残りが一般に銅、アンチモン、ビスマス、場合によっては鉛と銀で構成される合金で、青銅器時代から食器に使用されてきました。現代では、スズは多くの合金、最も有名なのはスズ鉛軟質はんだ(通常、スズが 60% 以上) や、オプトエレクトロニクス用途の透明で導電性のあるインジウムスズ酸化物フィルムの製造に使用されています。もう 1 つの大きな用途は、鋼の耐腐食性スズめっきです。無機スズは毒性が低いため、スズめっき鋼は「ブリキ缶」などの食品包装に広く使用されています。一部の有機スズ化合物は非常に有毒である可能性があります。
特徴
物理的な
スズは、柔らかく、展性があり、延性があり、結晶性の高い銀白色の金属です。スズの棒を曲げると、結晶の双晶から「ティン・クライ」と呼ばれるパチパチという音が聞こえます。[11]この特性は、固体状態のインジウム、カドミウム、亜鉛、水銀に共通しています。スズの融点は、14族の中で最も低い約232℃（450℉）で、沸騰点は2,602℃（4,716℉）で、この族で2番目に低い（鉛より上）です。融点は、11nm粒子の場合、さらに177.3℃（351.1℉）まで下がります。[12] [13]
| 外部ビデオ | |
|---|---|
 −40 °C でのスズの β–α 遷移 (タイムラプス; ビデオの 1 秒は実際の時間の 1 時間です) |
β-スズは白スズとも呼ばれ、室温以上で安定している元素スズの同素体（構造形態）です。金属的で可鍛性があり、体心正方晶構造を持っています。α-スズ、または灰色スズは非金属形態です。13.2 °C（55.8 °F）以下で安定していますが、脆いです。α-スズは、ダイヤモンドやシリコンと同様に、ダイヤモンド立方結晶構造を持っています。α-スズは、その原子が電子が自由に移動できない共有結合構造を形成するため、金属特性を持っていません。α-スズは鈍い灰色の粉末状の物質で、特殊な半導体用途以外には一般的な用途はありません。[11] γ-スズとσ-スズは、161 °C（322 °F）を超える温度と数GPaを超える圧力で存在します。[14]
寒冷環境ではβ-スズは自然にα-スズに変化する傾向があり、この現象は「スズペスト」または「スズ病」として知られています。[15]また、検証不可能な情報源によると、 1812年のナポレオンのロシア遠征中、気温が非常に低くなったため、兵士の制服のスズボタンが時間の経過とともに崩壊し、大陸軍の敗北の一因となったと言われています。[ 16]これは根強い伝説です。[17] [18] [19]
α-β変態温度は13.2℃（55.8℉）であるが、不純物（Al、Znなど）により0℃（32℉）を大きく下回る。アンチモンやビスマスを添加すると変態が全く起こらなくなり、耐久性が向上する可能性がある。[20]
市販のスズ（スズ含有量 99.8%）は、不純物として含まれる少量のビスマス、アンチモン、鉛、銀の阻害効果により、変形しにくい。銅、アンチモン、ビスマス、カドミウム、銀などの合金元素は、スズの硬度を高める。[21]スズは、一般的に望ましくない硬くて脆い金属間相を容易に形成する。スズはほとんどの金属や元素と溶液に混ざらないため、固溶度は高くない。スズはビスマス、ガリウム、鉛、タリウム、亜鉛とよく混ざり、単純な共晶系を形成する。[20]
スズは3.72 K以下で超伝導体となり[22]、研究された最初の超伝導体の一つとなった。[23]超伝導体の特徴の一つであるマイスナー効果は、超伝導スズ結晶で初めて発見された。 [23]
化学薬品
スズは水による腐食には強いが、酸やアルカリによる腐食は受ける。スズは高度に研磨することができ、他の金属の保護コーティングとして使用される。[11]空気中で加熱するとゆっくりと酸化され、さらなる酸化を防ぐ薄い酸化スズ（SnO 2）の不動態層を形成する。 [24] [25]
同位体
スズには 10 個の安定同位体があり、これはあらゆる元素の中で最も多い。それらの質量数は 112、114、115、116、117、118、119、120、122、および 124 である。スズ 120 は全スズのほぼ 3 分の 1 を占める。スズ 118 とスズ 116 も一般的である。スズ 115 は最も一般的でない安定同位体である。[要出典]質量数が偶数の同位体は核スピンを持たず、質量数が奇数の同位体は核スピンが 1/2 である。スズがこれほど多くの安定同位体を持つのは、スズの原子番号が 50 であり、原子物理学における「魔法の数」であるためであると考えられている。 [要出典]
スズは、分子量に依存し、その化学シフトはテトラメチルスズ（SnMe
4）。[b] [26]
安定同位体のうち、スズ115は高速中性子に対する中性子捕獲断面積が高く、30バーンである。スズ117の断面積は2.3バーンで1桁小さく、スズ119は2.2バーンとわずかに小さい。[27]これらの断面積がよく知られるようになる前は、融点が低いため、高速炉の冷却材としてスズ鉛はんだを使用することが提案されていた。現在は鉛または鉛ビスマスの原子炉冷却材の研究が行われているが、これは両方の重金属が高速中性子に対してほぼ透明であり、捕獲断面積が非常に低いためである。[28]スズまたはスズ鉛冷却材を使用するには、まず同位体分離を行って、質量数が奇数の同位体を除去する必要がある。これら3つの同位体を合わせると、天然スズの約17%を占めるが、捕獲断面積のほぼすべてを占める。残りの7つの同位体のうち、スズ112の捕獲断面積は1バーンである。天然スズの82.7%を構成する他の6つの同位体の捕獲断面積は0.3バーン以下であり、中性子に対して実質的に透明である。[27]
スズには 31 の不安定同位体があり、質量数は 99 から 139 の範囲です。不安定なスズ同位体の半減期は、半減期が約 23 万年のスズ 126を除いて 1 年未満です。スズ 100 とスズ 132 は、「二重魔法」核を持つ非常に数少ない核種のうちの 2 つです。これらの核種は中性子と陽子の比が非常に不均一であるため不安定ですが、それを超えるとスズ 100 より軽いスズ同位体とスズ 132 より重いスズ同位体ははるかに不安定になります。[29] 111 から 131 までのスズ同位体には、さらに 30 の準安定異性体が特定されており、最も安定しているのは半減期が 43.9 年のスズ 121m です。[30]
スズの安定同位体の存在量の相対的な違いは、恒星の元素合成中にそれらがどのように形成されるかによって説明できます。スズ116からスズ120は、スズ122とともに、ほとんどの恒星でs過程（低速中性子捕獲）で形成されるため、最も一般的なスズ同位体となっています。一方、スズ124は、超新星と中性子星の合体におけるr過程（高速中性子捕獲）でのみ形成されます。スズ同位体115、117から120、および122は、 s過程とr過程の両方で生成されます。[31]最も軽い2つの安定同位体であるスズ112とスズ114は、 s過程またはr過程で大量に生成することはできず、起源がよくわかっていないp核に属します。それらの形成に関するいくつかの理論には、陽子捕獲と光崩壊が含まれます。スズ115は、直接または長寿命のインジウム115の娘核種としてs過程で部分的に生成される可能性があり、またr過程で生成されたインジウム115の崩壊からも生成される可能性があります。[31] [32]
語源
tinという単語はゲルマン語族の間で共有されており、再構成された ゲルマン祖語の * tin-omに遡ることができます。同源語にはドイツ語の Zinn、スウェーデン語の tenn、オランダ語の tinがあります。インド・ヨーロッパ語族の他の語派には、ゲルマン語からの借用語（例えば、アイルランド語の tinneは英語からの借用語）を除いて見られません。[33] [34]
錫のラテン語名stannum は、もともと銀と鉛の合金を意味し、4世紀に「錫」を意味するようになった[35] 。それ以前のラテン語はplumbum candidum、つまり「白鉛」であった。stannum は、どうやらそれ以前のstāgnum (同じ物質を意味する)から来ており[33] 、これがロマンス語とケルト語の錫の語源で、フランス語の étain、スペイン語の estaño、イタリア語の stagno、アイルランド語の stánなどである。[33] [36] stannum / stāgnumの語源は不明であるが、インド・ヨーロッパ語以前のものかもしれない。[37]
マイヤーズ会話辞典は、スズはコーン ウォールのスズから来たと示唆しており、紀元後1世紀にはコーンウォールがスズの主な供給源であったことを証明している。 [要出典]
歴史
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錫の抽出と使用は、異なる金属含有量の多金属鉱石から形成された銅製品は異なる物理的特性を持つことが観察された、紀元前3000年頃の青銅器時代の初めにまで遡ることができます。 [38]最も古い青銅器の錫またはヒ素含有量は2％未満であり、銅鉱石中の微量金属含有量による意図しない合金化の結果であると考えられています。[39]銅に2番目の金属を加えると、硬度が上がり、溶融温度が下がり、より流動性のある溶融物が生成され、冷却すると密度が高く、スポンジ状の金属が少なくなるため、鋳造プロセスが向上します。 [39]これは、青銅器時代の閉じた鋳型で鋳造されたはるかに複雑な形状を可能にした重要な革新でした。ヒ素入りの青銅器は、ヒ素が銅鉱石と一緒によく見られる近東で最初に登場しましたが、健康リスクがすぐに認識され、青銅器時代の初期には、はるかに危険性の低い錫鉱石の供給源の探求が始まりました。[40]これにより希少な錫金属の需要が生まれ、遠方の錫の産地と青銅器時代の文化の市場を結びつける貿易ネットワークが形成されました。[41]
錫石（SnO
2錫鉱石は錫の酸化物であり、錫の元々の供給源であった可能性が高い。その他の錫鉱石は、より複雑な製錬プロセスを必要とするスズ鉱石などのあまり一般的ではない硫化物である。錫石は、付随する花崗岩よりも硬く、重く、化学的に耐性があるため、砂金鉱床として沖積水路に蓄積されることが多い。[39]錫石は通常、黒または暗い色で、これらの鉱床は川岸で簡単に見ることができます。沖積（砂金鉱床）鉱床は、金のパンニングに似た方法で偶然収集され、分離された可能性があります。[42]
化合物と化学
スズの化合物の大部分は、酸化状態II または IV です。2価のスズを含む化合物は'"`UNIQ--templatestyles-00000068-QINU`"' スズ(第一スズ) と呼ばれ、 4 価のスズを含む化合物はstannicと呼ばれます。
無機化合物
ハロゲン化物化合物は、両方の酸化状態で知られています。Sn(IV) については、4 つのハロゲン化物がすべてよく知られています: SnF 4、SnCl 4、SnBr 4、SnI 4。重い 3 つのメンバーは揮発性の分子化合物ですが、四フッ化物はポリマーです。4 つのハロゲン化物はすべて、Sn(II) でも知られています: SnF 2、SnCl
2、SnBr 2、SnI 2である。これら8つの化合物はすべて高分子固体である。これら8つの化合物のうち、ヨウ化物のみが着色している。[43]
塩化スズ(II)（塩化スズとも呼ばれる）は、最も重要な商業用スズハロゲン化物である。このような化合物の合成経路を説明すると、塩素はスズ金属と反応してSnCl 4を生成するが、塩酸とスズの反応ではSnClが生成される。
2と水素ガス。あるいは、SnCl4とSnは均化と呼ばれるプロセスによって塩化スズに結合する：[44]
- SnCl 4 + Sn → 2 SnCl
2
スズは多くの酸化物、硫化物、その他のカルコゲニド誘導体を形成できる。二酸化物SnO
2スズを空気中で加熱するとスズ鉱石が形成される。[43] SnO
2両性であり、酸性溶液と塩基性溶液の両方に溶解する。[45]構造式[ Sn(OH)
6] 2−、Kと同様
2[スズ(OH)
6]も知られているが、遊離スズ酸H
2[スズ(OH)
6] は不明です。[要出典]
スズの硫化物は、 +2 と +4 の両方の酸化状態で存在します：硫化スズ(II)と硫化スズ(IV) (モザイク金)。
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2）[46]
水素化物
スタンナン（SnH
4）は、スズが+4の酸化状態にあるため不安定である。しかし、有機スズ水素化物はよく知られており、例えばトリブチルスズ水素化物（Sn（C 4 H 9）3 H）が挙げられる。[11]これらの化合物は、一時的なトリブチルスズラジカルを放出するが、これはスズ（III）の化合物としては稀な例である。[47]
有機スズ化合物
有機スズ化合物は、スズと炭素の結合を持つ化合物で、スタンナンとも呼ばれる。 [48]スズ化合物のうち、有機誘導体は商業的に最も有用である。[49]一部の有機スズ化合物は非常に毒性が高く、殺生物剤として使用されている。最初に報告された有機スズ化合物は、 1849年にエドワード・フランクランドによって報告されたジエチルスズジヨージド（(C 2 H 5 ) 2 SnI 2）である。[50]
ほとんどの有機スズ化合物は無色の液体または固体で、空気や水に対して安定である。それらは四面体構造をとる。テトラアルキルスズ化合物およびテトラアリールスズ化合物はグリニャール試薬を使用して調製することができる：[49]
- 塩化スズ
4+ 4 RMgBr → R
4スズ+ 4 MgBrCl
テトラオルガノ誘導体よりも一般的で商業的に重要な混合ハロゲン化アルキルは、再分配反応によって製造されます。
- 塩化スズ
4+ R
4スズ→ 2スズ塩化物
22位
二価有機スズ化合物は珍しいが、関連する二価有機ゲルマニウム化合物や有機ケイ素化合物よりは一般的である。Sn(II) の安定性が高いのは、「不活性電子対効果」によるものである。有機スズ(II) 化合物には、スタニレン (式: R 2 Sn、一重項カルベンと同じ) とジスタニレン (R 4 Sn 2 ) の両方が含まれ、これらはアルケンとほぼ同等である。どちらのクラスも異常な反応を示す。[51]
発生
スズは、低質量から中質量の恒星（太陽の0.6倍から10倍の質量）における長いs過程を経て生成され、最終的にはインジウムの重い同位体のベータ崩壊によって生成されます。[52]
スズは地殻中で49番目に豊富な元素であり、その含有 量は2ppmである。一方、亜鉛は75ppm、銅は50ppm、鉛は14ppmである。[53]
スズは天然元素として存在せず、さまざまな鉱石から抽出する必要があります。スズ石（SnO
2) は商業的に重要なスズの唯一の供給源ですが、少量のスズはスズ鉱、シリンドライト、フランケアイト、カンフィールド鉱、ティーライトなどの複合硫化物からも回収されています。スズを含む鉱物はほとんどの場合花崗岩に含まれており、通常1%のスズ酸化物含有量です。[54]
二酸化スズの比重が高いため、採掘されるスズの約80%は、一次鉱脈の下流にある二次鉱床から採掘されます。スズは、過去に下流に流されて谷や海に堆積した粒子から回収されることがよくあります。最も経済的なスズの採掘方法は、浚渫、水圧採掘、または露天掘りです。世界のスズのほとんどは、スズ含有量が0.015%程度の砂鉱床から生産されています。 [55]
2011年に約253,000トンの錫が採掘され、そのほとんどは中国（110,000トン）、インドネシア（51,000トン）、ペルー（34,600トン）、ボリビア（20,700トン）、ブラジル（12,000トン）で採掘された。[56]錫の生産量の推定値は、歴史的に市場や採掘技術によって変化してきた。現在の消費率と技術では、地球上の採掘可能な錫は40年以内に枯渇すると推定されている。[57] 2006年にレスター・ブラウンは、年間2％の成長という控えめな推定に基づいて、錫は20年以内に枯渇する可能性があると示唆した。[58]
スクラップ錫は重要な金属源です。リサイクルによる錫の回収は2019年現在急速に増加しています。[59]米国は錫の採掘（1993年以降）も製錬（1989年以降）も行っていませんが、2006年には14,000トン近くをリサイクルし、最大の二次生産国でした。[56]
モンゴルでは新たな鉱床が報告されており[60]、 2009年にはコロンビアで新たな錫の鉱床が発見された[61]。
生産
スズは、炭素またはコークスによる酸化鉱石の炭素熱還元によって生産されます。反射炉と電気炉の両方が使用できます。[62] [63] [64]
- スズO2 + Cスズ + CO 2 ↑
採鉱と製錬
業界
2007 年には、世界の錫生産量の大部分を 10 大錫生産会社が生産しました。[引用が必要]
世界の錫のほとんどは、8か国から17のブランドでLMEで取引されています。[65]
1947年、錫の価格を統制するために国際錫評議会が設立されたが、1985年に崩壊した。1984年には、オーストラリア、ボリビア、インドネシア、マレーシア、ナイジェリア、タイ、ザイールが加盟する錫生産国協会が設立された。[68]
価格と交換
錫は、1921 年に遡る生産国と消費国の間の複雑な協定により、鉱物資源の中でも独特な存在となっている。以前の協定はやや非公式なものが多く、1956 年に「第 1 次国際錫協定」が結ばれた。これは 1985 年に事実上崩壊した一連の協定の最初のものであった。これらの協定を通じて、国際錫評議会(ITC) は錫価格にかなりの影響を与えた。ITC は、錫価格が低迷している時期には緩衝備蓄用に錫を購入することで錫価格を支え、価格が高騰している時期には備蓄から販売することで価格を抑えることができた。これは自由市場に反するアプローチであり、消費国への十分な錫の流れと生産国の利益を確保することを目的に設計された。しかし、緩衝備蓄は十分な規模ではなく、29 年間のほとんどの期間、錫価格は上昇し、特に 1973 年から 1980 年にかけては、多くの世界経済が猛烈なインフレに見舞われ、時には急激に上昇した。[69]
1970年代後半から1980年代前半にかけて、米国は歴史的に高騰した錫価格を利用するため、戦略的錫備蓄を削減した。 1981年から1982年の不況は錫産業に打撃を与えた。錫の消費は劇的に減少した。ITCは緩衝備蓄の買い増しにより、本当に急激な減少を回避することができた。この活動には多額の借入が必要だった。ITCは1985年後半に信用限度に達するまで借入を続けた。すぐに大規模な「錫危機」が発生し、錫はロンドン金属取引所で約3年間上場廃止となった。ITCはその後すぐに解散し、自由市場環境となった錫の価格は1ポンドあたり4ドルに下落し、1990年代を通じてその水準で推移した。[69] 2007年から2008年の経済危機後の消費の回復に伴い、補充と消費の継続的な成長により、2010年までに価格は再び上昇した。[56]
ロンドン金属取引所（LME）は錫の主要な取引場である。[56]その他の錫契約市場としては、クアラルンプール錫市場（KLTM）とインドネシア錫取引所（INATIN）がある。[70]
2021年の世界的なサプライチェーン危機に関連する要因により、錫の価格は2020年から2021年にかけてほぼ2倍になり、過去30年間で最大の年間上昇率を記録しました。COVID -19パンデミックにより世界の製造業が混乱したため、2020年の世界の精製錫消費量は1.6％減少しました。[71]
アプリケーション
2018年には、生産された錫の半分弱がはんだに使用されました。残りは錫メッキ、錫化学薬品、真鍮および青銅合金、およびニッチな用途に分かれています。[72]
顔料
ピグメントイエロー38、スズ(IV)硫化物はモザイクゴールドとして知られています。[73]
カシウス紫顔料レッド109は、金の含水複スズ酸塩で、絵画では高価なため主にミニチュアに限られていた。クランベリーガラスの製造に広く使用されていた。また、芸術分野では磁器の染色にも使用されてきた。[74]
鉛錫黄（錫酸塩とケイ酸塩の2種類の黄色の形態がある）は、歴史的に油絵で非常に重要な顔料であり、ケイ酸塩の形態ではフレスコ画に使用された。[75]鉛錫酸塩はオレンジ色の形態でも知られているが、美術では広く使用されていない。専門のアーティストサプライヤーから顔料の形で購入できる。芸術的な使用と入手の点で、鉛錫黄には鉛錫アンチモン黄として知られる別のマイナーな形態がある。[要出典]
セルリアンブルーは化学的にはコバルトスズ酸塩として知られるややくすんだシアン色で、今でも重要な芸術家の顔料である。その色相はマンガンブルー（ピグメントブルー33）に似ているが、その顔料のような色彩がなく、より不透明である。[76]マンガンブルー顔料の工業生産は1970年代に中止されたため、芸術家は通常、コバルトスズ酸塩とフタロシアニン青緑色（ピグメントブルー15:3）で作られたマンガンブルーの模造品のどちらかを選択しなければならない。 [77]しかし、マンガンブルーが生産される前は、コバルトスズ酸塩で作られたセルリアンブルーは芸術家の間で人気があった。[要出典]
ピグメントレッド233は、一般にピンクカラーまたはポッターズピンクと呼ばれ、より正確にはクロムティンピンクスフェーンとして知られ、水彩画において歴史的に重要な顔料です。[78]しかし、インターネットの口コミにより人気が大きく復活しました。油絵具と水彩絵具の両方で、完全に耐光性があり、化学的に安定しています。焼成によって生成される他の無機混合金属錯体顔料は、多くの場合、スズを成分として特徴としています。これらの顔料は、耐光性、耐候性、化学的安定性、毒性のなさ、不透明性で知られています。多くは色彩の点でむしろ地味です。しかし、中程度以上の量を必要とする用途では競争力があるほどの色彩を備えたものもあります。他の品質で高く評価されているものもあります。たとえば、ピンクカラーは彩度が低いにもかかわらず、その強い粒状性のために多くの水彩画家に選ばれています。最近、NTPイエロー（パイロクロア）が鉛（II）クロム酸の無毒な代替品として市場に投入されました。これは、提案されている有機鉛クロム酸代替顔料よりも不透明性、耐光性、耐候性に優れています。 [79] NTPイエローは、現代の無機混合金属錯体顔料の中で最も高い色の彩度を持っています。このグループの他の例としては、ピグメントイエロー158（スズバナジウムイエローカシテライト）[80]、ピグメントイエロー216（ソラプレックスイエロー）[81] 、ピグメントイエロー219 （チタン 亜鉛 アンチモンスズ酸塩）[82]、ピグメントオレンジ82（スズチタン亜鉛酸化物、シコパルオレンジとしても知られる） [83] 、ピグメントレッド121（スズバイオレット、クロムスズ酸塩としても知られる）[ 84] 、ピグメントレッド230（クロムアルミナピンクコランダム）[85]、ピグメントレッド236（クロムスズオーキッドカシテライト）[86]、ピグメントブラック23（スズアンチモングレーカシテライト）[ 87]などがあります。
ピグメントホワイト15、酸化スズ(IV)は、その虹彩光沢のために、陶磁器の釉薬として最も一般的に使用されています。[88]芸術家によって使用されたスズを成分として含む緑色の顔料はなく、スズを含む紫がかった顔料は、カラーインデックスインターナショナルによると、赤に分類されています。[要出典]
半田
スズは鉛との合金で長年はんだとして使用され、その含有量は 5～70% です。スズは鉛と共晶混合物を形成し、重量比はスズ 61.9%、鉛 38.1% (原子比: スズ 73.9%、鉛 26.1%)、融点は 183 °C (361.4 °F) です。このようなはんだは主にパイプや電気回路の接合に使用されます。2006 年 7 月 1 日に欧州連合の廃電気電子機器指令(WEEE 指令) および有害物質制限指令が発効して以来、このような合金の鉛含有量は減少しています。鉛への曝露は深刻な健康問題と関連していますが、鉛フリーはんだにも、融点の高さや、電気的な問題を引き起こすスズウィスカの形成など、課題がないわけではありません。鉛フリーはんだではスズペストが発生する可能性があり、はんだ付け部が失われることがあります。代替合金は見つかっているが、接合部の完全性の問題は残っている。[89]一般的な鉛フリー合金は、99%の錫、0.7%の銅、0.3%の銀で構成されており、融点は217℃（422.6℉）である。[90]
錫メッキ
錫は鉄と容易に結合し、腐食を防ぐために鉛、亜鉛、鋼鉄のコーティングに使用されます。錫メッキ（または錫メッキ）された鋼鉄容器は食品保存に広く使用されており、金属錫の市場の大部分を占めています。食品保存用のブリキ缶は、1812年にロンドンで初めて製造されました。[91]イギリス英語の話者はそのような容器を「tins」と呼び、アメリカ英語の話者は「cans」または「tin cans」と呼びます。このような用法の派生語の1つは、オーストラリアで「缶ビール」を意味する俗語「tinnie」または「tinny」です。ティンホイッスルは、最初に錫メッキ鋼で大量生産されたため、このように呼ばれています。[92] [93]
鍋やフライパンなどの銅製の調理器具は、酸性の食品に銅製の調理器具を使用すると有毒になる可能性があるため、電気メッキまたは伝統的な化学的方法によって薄い錫メッキが施されていることが多い。[要出典]
特殊合金
錫は他の元素と組み合わせると、多種多様な有用な合金を形成する。錫は銅と最も一般的に合金化される。ピューターは85～99%の錫を含み、[94]軸受金属にも高い割合の錫が含まれる。[95] [96] 青銅は主に銅で12%の錫を含み、リンを加えるとリン青銅になる。ベルメタルも銅と錫の合金で、22%の錫を含む。錫は貨幣に使用されることがあり、かつてはアメリカのペニー硬貨の1桁の割合（通常は5%以下）を占めていた。 [97]およびカナダのペニー硬貨の1桁の割合（通常は5%以下）を占めていた。[98]
ニオブ・スズ化合物Nb 3 Snは、その高い臨界温度（18 K）と臨界磁場（25 T ）のため、超伝導磁石のコイルに商業的に使用されています。わずか2キログラムの超伝導磁石は、数トンの重さの従来の電磁石と同等の磁場を発生させることができます。[99]
核燃料の被覆材として使用されるジルコニウム合金には、微量のスズが添加されている。 [100]
パイプオルガンの金属パイプのほとんどは錫と鉛の合金でできており、最も一般的な組成は 50/50 です。錫は望ましい音色の共鳴を持つため、パイプの錫の割合によってパイプの音色が決まります。錫/鉛合金が冷えると、最初に鉛相が凝固し、共晶温度に達すると、残った液体が層状の錫/鉛共晶構造を形成します。この構造は光沢があり、鉛相とのコントラストによってまだら模様や斑点模様が生まれます。この金属合金は斑点金属と呼ばれます。パイプに錫を使用する主な利点は、外観、加工性、耐腐食性です。[101] [102]
化学薬品の製造
スズ化合物は、PVC の安定剤や工業プロセス用の触媒など、さまざまな化学物質の製造に使用されます。インゴットの形のスズは、これらの化学反応に必要な原材料を提供し、一貫した品質と性能を保証します。[引用が必要]
オプトエレクトロニクス
インジウムとスズの酸化物は導電性と透明性があり、液晶ディスプレイなどの光電子デバイスに応用される透明導電膜の製造に使用されます。[103]
その他のアプリケーション
穴あきブリキは、中央ヨーロッパ発祥の、機能的かつ装飾的な家庭用品を作るための職人技です。装飾的な穴あきデザインは、地元の伝統や職人に基づいて、多種多様です。穴あきブリキのランタンは、この職人技の最も一般的な応用例です。穴あきデザインを通して輝くろうそくの光は、それが置かれている部屋に装飾的な光のパターンを作り出します。ランタンやその他の穴あきブリキ製品は、ヨーロッパ人が最初に入植した頃から新世界で作られていました。よく知られている例は、ポール・リビアにちなんで名付けられたリビア・ランタンです。[104]
アメリカでは、冷蔵技術が発明される以前から、パイセーフや食品セーフが使われていた。これらは様々なスタイルや大きさの木製の食器棚で、床置き型や吊り下げ型の食器棚で、害虫や昆虫の侵入を防ぎ、腐りやすい食品にほこりがつかないようにするためのものだった。これらの食器棚の扉や側面には、住宅所有者や家具職人、ブリキ職人が様々なデザインで打ち抜いたブリキ板がはめ込まれており、空気の循環を良くし、ハエを寄せ付けないようにしていた。これらの食器棚の現代の複製品は、北米で今でも人気がある。[105]
窓ガラスは、ほとんどの場合、溶融ガラスを溶融スズの上に浮かべて作られ（フロートガラス）、その結果、平らで傷のない表面が得られます。[106]これは「ピルキントン法」とも呼ばれます。[107]
スズは先進的なリチウムイオン電池の負極として使用されています。スズの表面の一部がリチウムイオン電池に使用されている炭酸塩ベースの電解質の分解を触媒するため、その用途はある程度制限されています。[108]
フッ化スズ(II)は、フッ化スズ(SnF2 )としていくつかの歯科用品[109]に添加されています。フッ化スズ(II)はカルシウム研磨剤と混合することができますが、より一般的なフッ化ナトリウムはカルシウム化合物の存在下で徐々に生物学的に不活性になります。[110]また、歯肉炎の抑制にはフッ化ナトリウムよりも効果的であることも示されています。[111]
スズは、極端紫外線リソグラフィーの光源として機能するレーザー誘起プラズマを生成するためのターゲットとして使用されます。[112]
有機スズ化合物
有機スズ化合物はスズ-炭素結合を含む有機金属化合物である。有機スズ化合物の世界全体の工業生産量は50,000トンを超えると推定される。[113]
PVC安定剤
有機スズ化合物の主な商業的用途は、 PVCプラスチックの安定化である。このような安定剤がなければ、PVCは熱、光、大気中の酸素の影響で急速に劣化し、変色した脆い製品となる。スズは不安定な塩化物イオン（Cl −）を捕捉し、そうでなければプラスチック材料からHClを剥離する。[114]典型的なスズ化合物は、ジブチルスズジクロリドのカルボン酸誘導体、例えばジブチルスズジラウレートである。[115]
殺生物剤
一部の有機スズ化合物は比較的毒性が強く、利点と問題の両方がある。これらは殺菌剤、殺虫剤、殺藻類、木材防腐剤、防汚剤としての殺生物特性のために使用されている。[114]トリブチルスズ酸化物は木材防腐剤として使用されている。[116]トリブチルスズは、製紙工場でのスライムコントロールや循環工業用冷却水の消毒など、さまざまな産業目的で使用されている。[117]トリブチルスズは、船舶の汚損生物の増殖を防ぐための船舶塗料の添加剤として使用されていたが、有機スズ化合物が一部の海洋生物（例えばイヌタデ）に対して高い毒性を持つ残留性有機汚染物質であることが判明して以来、使用は減少している。 [118] EUは2003年に有機スズ化合物の使用を禁止したが、[119]これらの化合物の海洋生物への毒性と一部の海洋種の生殖と成長へのダメージに対する懸念から[114] （一部の報告では、1リットルあたり1ナノグラムの濃度で海洋生物に生物学的影響があると述べている）国際海事機関（IMO）は世界中で禁止した。[120]現在、多くの国が有機スズ化合物の使用を長さ25メートル（82フィート）を超える船舶に制限している。[114]水生環境でのトリブチルスズの残留性は、生態系の性質に依存する。[121]この残留性と船舶塗料への添加物としての使用のため、海軍ドック付近の海洋堆積物で高濃度のトリブチルスズが見つかっている。[122]トリブチルスズは、少なくとも82種が知られている新腹足類のインポセックスのバイオマーカーとして使用されている。 [123]船舶輸送活動により、沿岸地域ではTBT濃度が高く、貝類に悪影響を及ぼした。[121]インポセックスとは、雌に雄の性的特徴を植え付け、陰茎と精管を成長させることである。[123] [124]高濃度のTBTは、哺乳類の内分泌腺、生殖器系、中枢神経系、骨格、消化管に損傷を与える可能性がある。[124]トリブチルスズは哺乳類だけでなく、ラッコ、クジラ、イルカ、人間にも影響を与える。[124]
有機化学
いくつかのスズ試薬は有機化学で有用である。最も大きな用途では、塩化スズはニトロ基とオキシム基をアミンに変換するための一般的な還元剤である。スティル反応は有機スズ化合物と有機ハロゲン化物または擬似ハロゲン化物を結合させる。[125]
リチウムイオン電池
スズはリチウム金属といくつかの金属間相を形成するため、電池用途に潜在的に魅力的な材料となっている。リチウムとの合金化によるスズの大きな体積膨張と、低い電気化学電位でのスズ-有機電解質界面の不安定性が、市販のセルでの使用における最大の課題である。[126]コバルトと炭素を含むスズ金属間化合物は、 2000年代後半にソニーがリリースしたNexelionセルに実装された。活物質の組成はおよそSn 0.3 Co 0.4 C 0.3である。研究により、望ましくない電気化学的活性の原因は、正方晶（ベータ）Snの一部の結晶面のみであることが示された。[127]
予防
スズ金属、その酸化物、その塩による中毒の事例はほとんど知られていない。一方、ある種の有機スズ化合物はシアン化物とほぼ同等の毒性がある。[49]
職場でのスズへの曝露は、吸入、皮膚接触、眼接触によって起こる可能性がある。米国労働安全衛生局（OSHA）は、職場でのスズ曝露の許容曝露限度を8時間労働で2 mg/m 3と定めている。国立労働安全衛生研究所（NIOSH）は、8時間労働で2 mg/m 3の推奨曝露限度（REL）を定めた。100 mg/m 3のレベルで、スズは生命と健康に直ちに危険をもたらす。[128]
参照
注記
- ^ β-Snの熱膨張は異方性があり、各結晶軸のパラメータ（20℃）はα a = 16.19 × 10 −6 /K、αc = 32.89 × 10 −6 /K、α平均= α V /3 = 21.76 × 10 −6 /K.[3 ]
- ^ 天然存在比で同位体を含むサンプルの場合、NMR 分析がより簡単に使用できるのは、水素、フッ素、リン、タリウム、キセノンのみです。
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文献
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外部リンク
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- ビデオ周期表のスズ（ノッティンガム大学）
- セオドア・グレイの木製周期表：錫のサンプルと鋳造品
- 卑金属: スズ
- CDC – NIOSH 化学物質の危険性に関するポケットガイド
- 錫（1kgあたり米ドルセント）