タングステン

原子番号74の元素

タングステンまたはウォルフラムドイツ語: Wolfram [ˈvɔlfram]ラテン語: wolframium英語: tungsten [ˈtʌŋstən])は、原子番号74の金属元素であり、クロム族元素に分類される。元素記号Wである。

タンタル タングステン レニウム
Mo

W

Sg
Element 0: ニュートロニウム (n),
Element 1: 水素 (H),
Element 2: ヘリウム (He),
Element 3: リチウム (Li),
Element 4: ベリリウム (Be),
Element 5: ホウ素 (B),
Element 6: 炭素 (C),
Element 7: 窒素 (N),
Element 8: 酸素 (O),
Element 9: フッ素 (F),
Element 10: ネオン (Ne),
Element 11: ナトリウム (Na),
Element 12: マグネシウム (Mg),
Element 13: アルミニウム (Al),
Element 14: ケイ素 (Si),
Element 15: リン (P),
Element 16: 硫黄 (S),
Element 17: 塩素 (Cl),
Element 18: アルゴン (Ar),
Element 19: カリウム (K),
Element 20: カルシウム (Ca),
Element 21: スカンジウム (Sc),
Element 22: チタン (Ti),
Element 23: バナジウム (V),
Element 24: クロム (Cr),
Element 25: マンガン (Mn),
Element 26: 鉄 (Fe),
Element 27: コバルト (Co),
Element 28: ニッケル (Ni),
Element 29: 銅 (Cu),
Element 30: 亜鉛 (Zn),
Element 31: ガリウム (Ga),
Element 32: ゲルマニウム (Ge),
Element 33: ヒ素 (As),
Element 34: セレン (Se),
Element 35: 臭素 (Br),
Element 36: クリプトン (Kr),
Element 37: ルビジウム (Rb),
Element 38: ストロンチウム (Sr),
Element 39: イットリウム (Y),
Element 40: ジルコニウム (Zr),
Element 41: ニオブ (Nb),
Element 42: モリブデン (Mo),
Element 43: テクネチウム (Tc),
Element 44: ルテニウム (Ru),
Element 45: ロジウム (Rh),
Element 46: パラジウム (Pd),
Element 47: 銀 (Ag),
Element 48: カドミウム (Cd),
Element 49: インジウム (In),
Element 50: スズ (Sn),
Element 51: アンチモン (Sb),
Element 52: テルル (Te),
Element 53: ヨウ素 (I),
Element 54: キセノン (Xe),
Element 55: セシウム (Cs),
Element 56: バリウム (Ba),
Element 57: ランタン (La),
Element 58: セリウム (Ce),
Element 59: プラセオジム (Pr),
Element 60: ネオジム (Nd),
Element 61: プロメチウム (Pm),
Element 62: サマリウム (Sm),
Element 63: ユウロピウム (Eu),
Element 64: ガドリニウム (Gd),
Element 65: テルビウム (Tb),
Element 66: ジスプロシウム (Dy),
Element 67: ホルミウム (Ho),
Element 68: エルビウム (Er),
Element 69: ツリウム (Tm),
Element 70: イッテルビウム (Yb),
Element 71: ルテチウム (Lu),
Element 72: ハフニウム (Hf),
Element 73: タンタル (Ta),
Element 74: タングステン (W),
Element 75: レニウム (Re),
Element 76: オスミウム (Os),
Element 77: イリジウム (Ir),
Element 78: 白金 (Pt),
Element 79: 金 (Au),
Element 80: 水銀 (Hg),
Element 81: タリウム (Tl),
Element 82: 鉛 (Pb),
Element 83: ビスマス (Bi),
Element 84: ポロニウム (Po),
Element 85: アスタチン (At),
Element 86: ラドン (Rn),
Element 87: フランシウム (Fr),
Element 88: ラジウム (Ra),
Element 89: アクチニウム (Ac),
Element 90: トリウム (Th),
Element 91: プロトアクチニウム (Pa),
Element 92: ウラン (U),
Element 93: ネプツニウム (Np),
Element 94: プルトニウム (Pu),
Element 95: アメリシウム (Am),
Element 96: キュリウム (Cm),
Element 97: バークリウム (Bk),
Element 98: カリホルニウム (Cf),
Element 99: アインスタイニウム (Es),
Element 100: フェルミウム (Fm),
Element 101: メンデレビウム (Md),
Element 102: ノーベリウム (No),
Element 103: ローレンシウム (Lr),
Element 104: ラザホージウム (Rf),
Element 105: ドブニウム (Db),
Element 106: シーボーギウム (Sg),
Element 107: ボーリウム (Bh),
Element 108: ハッシウム (Hs),
Element 109: マイトネリウム (Mt),
Element 110: ダームスタチウム (Ds),
Element 111: レントゲニウム (Rg),
Element 112: コペルニシウム (Cn),
Element 113: ニホニウム (Nh),
Element 114: フレロビウム (Fl),
Element 115: モスコビウム (Mc),
Element 116: リバモリウム (Lv),
Element 117: テネシン (Ts),
Element 118: オガネソン (Og),
Tungsten has a body-centered cubic crystal structure
74W
外見
銀灰色
Wolfram evaporated crystals and 1cm3 cube.jpg
一般特性
名称, 記号, 番号 タングステン, W, 74
分類 遷移金属
, 周期, ブロック 6, 6, d
原子量 183.84
電子配置 [Xe] 4f14 5d4 6s2[1]
電子殻 2, 8, 18, 32, 12, 2(画像
物理特性
固体
密度室温付近) 19.25 g/cm3
融点での液体密度 17.6 g/cm3
融点 3695 K, 3422 °C, 6192 °F
沸点 5828 K, 5555 °C, 10031 °F
臨界点 13892 K, MPa
融解熱 35.3 kJ/mol
蒸発熱 806.7 kJ/mol
熱容量 (25 °C) 24.27 J/(mol·K)
蒸気圧
圧力 (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温度 (K) 3477 3773 4137 4579 5127 5823
原子特性
酸化数 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, −1, -2(弱酸性酸化物
電気陰性度 2.36(ポーリングの値)
イオン化エネルギー 第1: 770 kJ/mol
第2: 1700 kJ/mol
原子半径 139 pm
共有結合半径 162±7 pm
その他
結晶構造 体心立方格子構造
磁性 常磁性[2]
電気抵抗率 (20 °C) 52.8 nΩ·m
熱伝導率 (300 K) 173 W/(m·K)
熱膨張率 (25 °C) 4.5 µm/(m·K)
音の伝わる速さ
(微細ロッド)
(r.t.) (annealed) 4620 m/s
ヤング率 411 GPa
剛性率 161 GPa
体積弾性率 310 GPa
ポアソン比 0.28
モース硬度 7.5
ビッカース硬度 3430 MPa
ブリネル硬度 2570 MPa
CAS登録番号 7440-33-7
主な同位体
詳細はタングステンの同位体を参照
同位体 NA 半減期 DM DE (MeV) DP
180W 0.12% 1.8×1018 y α 2.516 176Hf
181W syn 121.2 d ε 0.188 181Ta
182W 26.50% >1.7×1020 y α 1.772 178Hf
183W 14.31% >8×1019 y α 1.680 179Hf
184W 30.64% >1.8×1020 y α 1.123 180Hf
185W syn 75.1 d β- 0.433 185Re
186W 28.43% >4.1×1018 y α 1.656 182Hf
β-β- - 186Os

性質編集

タングステンの原子量は183.84で、その単体は銀灰色で重く、比重は19.3である。比重が金(Au)に近いため[注釈 1]、金の延べ板の偽造に用いられた事例が有る[3]。化学的には比較的安定で、常圧における融点3380 °C で、沸点5555 °C である。金属の単体では最も融点が高く、金属としては比較的大きな電気抵抗を持つ[4]

なお、タングステンは硬くて脆いというイメージが持たれているものの、これは不純物が混じっているためであり、高純度なタングステンは柔らかい[5]。ただし、これ以降は特に断りが無い限り、高純度ではないタングステンやタングステンの化合物について記述する。

タングステンの化合物編集

タングステン酸塩鉱物編集

タングステン酸塩から成る鉱物をタングステン酸塩鉱物(タングステンさんえんこうぶつ、tungstate mineral)と総称する。灰重石 CaWO4(タングステン酸カルシウム)、鉄重石 FeWO4(タングステン酸鉄)、マンガン重石 MnWO4(タングステン酸マンガン)などが挙げられる。鉄重石とマンガン重石を総称してWolframite (F,eMn)WO4という。

同位体編集

タングステンには158Wから192Wまで、35種類の同位体が知られており、このうち180W182W183W184W186Wが天然に存在する。全ての同位体が放射性核種と考えられているが、いずれも極めて半減期が長く、崩壊が観測されたことはない。計算上では、1 gのタングステンは2日に1個の原子が崩壊しているはずだと考えられている。

用途編集

タングステンの融点の高さと電気抵抗の大きさを活かし、電球フィラメントとして利用されてきたが、LEDの普及によりこの分野の使用量は減少してきている。融点の高さを利用した他の用途としては、電子顕微鏡電子線描画装置電子線(電子ビーム)発生の電極や、TIG溶接の非消耗電極の素材、またはプラズマアーク溶接プラズマ切断の電極のように、高温に曝される電極の材料に用いる場合がある。他に、真空蒸着による薄膜形成の際、薄膜の素材となる金属の加熱・溶融・保持に使用される。

また、高温強度が強く、熱膨張係数は金属のうちでは最も小さいため、耐熱性の要求される分野でも用いられる[6]鉄タングステン合金炭化タングステンは非常に硬度が高く、摩擦熱にも耐えるため、切削用工具などの工具の材料として用いる場合がある。

他に、比重が大きく高い硬度を利用して、装甲を撃ち抜くための砲弾の材料としても用いられる。特に戦車のもつ硬く厚い装甲を貫通するための徹甲弾の弾芯に用いられる[注釈 2]。こうした徹甲弾の材料としてその後、比重が大きくある程度の硬度も有する劣化ウラン合金も使用され始め、タングステンと競合している[注釈 3]

密度の高さを活かして、X線を遮蔽するための材料として用いる場合もある。また、野性動物への鉛害防止の観点から、狩猟用の散弾銃の弾丸や、釣り針の錘などとして使われてきたの代替品として注目されているものの、タングステンは、鉛より高価である上に、鉛より加工が難しいといった理由で、その普及は進んでいない。

産出編集

タングステンの1年間あたりの産出量は、中華人民共和国が52,000トンで、世界の産出量の8割以上を占めており、次いでロシア連邦カナダオーストリアなどで、多く産出される。

産業上・軍事上で重要性の高い金属ながら、地球の地殻において濃度の低い元素であり、産出地も偏在している。日本においても多くを他国からの輸入に頼っている状況であるため、国際情勢の急変に対する安全保障策として国内消費量の最低60日分を国家備蓄すると定められている。

歴史編集

1781年にスウェーデンのカール・ヴィルヘルム・シェーレ灰重石から酸化タングステン(VI)の分離に成功し、タングステン酸と命名した。1783年に、スペインのファン・ホセファウストのエルヤル兄弟が、タングステン酸を木炭で還元して初めて単体を得て、ウォルフラムと命名した。

タングステン (tungsten) とは、スウェーデン語デンマーク語ノルウェー語で「重い石」という意味である。元素記号の W はドイツ語Wolfram にちなむ[7]。これは、タングステン鉱石(鉄マンガン重石Wolframit から来ており(エルヤル兄弟の命名もここから)、これがスズ鉱石の中に混入すると、スラグを作ってスズの精製を阻害するため、スズを狼 (Wolf) のようにむさぼり食べるという意味で命名された[8]

1980年頃までは中華人民共和国の産出量も世界の5割を切っていたものの、20世紀終盤はタングステンが比較的低価格で、他国のタングステン鉱山が閉山し、中華人民共和国に採掘が集中した経緯がある[9]。さらに21世紀に入り、中華人民共和国でのタングステンの需要が高まると、投機を行って、いわゆるマネーゲームによって利益を上げようとする者の資金が、タングステンの市場にも流入し、価格が吊り上げられた側面があり、2005年には取り引き価格が2倍以上に上昇した[10]

アメリカ合衆国では2010年に、コンゴ民主共和国および周辺国で紛争地域のテロ活動の資金源となっている鉱物、いわゆる「紛争鉱物」に指定され、製品に使用する企業は、アメリカ合衆国証券取引委員会に報告義務が課された[11]

日米欧からの提訴を受けて世界貿易機関(WTO)が協定違反と断じたため、2015年に生産をほぼ独占していた中華人民共和国はタングステンとレアアースモリブデンに賦課していた「輸出税」と「輸出数量制限」を廃止した[12]

脚注編集

[脚注の使い方]

注釈編集

  1. ^ 常温常圧における金の比重は、3桁の精度では19.3である。
  2. ^ 徹甲弾とは、装甲を持つ攻撃目標を破壊するための特殊な対戦車砲弾であり、タングステン合金製の芯や貫通体をもつ高速徹甲弾APDSAPFSDSなどを含む。
  3. ^ タングステン合金製の弾芯は、劣化ウランを主原料とする合金より硬度が高いが高価であり、劣化ウラン弾の場合、命中時に放射性と重金属毒性のある粉塵が舞うために、それによる汚染の問題もある。

出典編集

  1. ^ Why does Tungsten not 'Kick' up an electron from the s sublevel ?”. 2008年6月15日閲覧。
  2. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds Archived 2004年3月24日, at the Wayback Machine., in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  3. ^ “金の延べ板の偽造工場を摘発、ブローカーの男ら6人逮捕”. asahi.com. (2007年6月5日). オリジナルの2007年6月6日時点におけるアーカイブ。. https://web.archive.org/web/20070606070857/http://www.asahi.com/national/update/0605/OSK200706040125.html 2016年12月5日閲覧。 
  4. ^ タングステンの特徴|株式会社アライドマテリアル”. www.allied-material.co.jp. 2020年5月21日閲覧。
  5. ^ 桜井弘 『元素111の新知識』 講談社、1997年10月20日、305頁。ISBN 4-06-257192-7 
  6. ^ タングステンの基本物性|融点・比重・電気抵抗など |岳石電気株式会社”. www.takeishi.co.jp. 2020年5月21日閲覧。
  7. ^ 日本タングステン  タングステンのすべて
  8. ^ 桜井弘 『元素111の新知識』 講談社、1997年10月20日、304、305頁。ISBN 4-06-257192-7 
  9. ^ 小谷 太郎 『周期表でスラスラわかる! 「元素」のスゴい話 アブない話』 青春出版社、2011年8月20日、102、103頁。ISBN 978-4-413-09516-7 
  10. ^ 小谷 太郎 『周期表でスラスラわかる! 「元素」のスゴい話 アブない話』 青春出版社、2011年8月20日、103、104頁。ISBN 978-4-413-09516-7 
  11. ^ 米国における紛争鉱物に関する開示規制の概要”. 経済産業省. 2016年6月3日閲覧。
  12. ^ “中国のレアアース等原材料3品目に関する輸出税が廃止されます”. 経済産業省. (2015年5月1日). http://www.meti.go.jp/press/2015/05/20150501001/20150501001.html 2018年3月24日閲覧。 

関連項目編集

外部リンク編集