バナジウムのソースを表示

{{Elementbox
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|japanese name=バナジウム
|pronounce={{IPAc-en|v|ə|ˈ|n|eɪ|d|i|əm}}<br>{{respell|və|NAY|dee-əm}}
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|left=[[チタン]]
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|electrons per shell=2, 8, 11, 2
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|vapor pressure comment=
|crystal structure=body-centered cubic
|japanese crystal structure=[[体心立方]]
|oxidation states='''5''', 4, 3, 2, 1, -1
|oxidation states comment=[[両性酸化物]]
|electronegativity=1.63
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{{Elementbox_isotopes_decay | mn=[[バナジウム48|48]] | sym=V
 | na=[[人工放射性同位体|syn]] | hl=[[1 E6 s|15.9735 d]]
 | dm=[[電子捕獲|ε]]/[[陽電子放出|β<sup>+</sup>]] | de=4.0123 | pn=[[チタン48|48]] | ps=[[チタン|Ti]]}}
{{Elementbox_isotopes_decay | mn=[[バナジウム49|49]] | sym=V
 | na=[[人工放射性同位体|syn]] | hl=[[1 E7 s|330 d]]
 | dm=[[電子捕獲|ε]] | de=0.6019 | pn=[[チタン49|49]] | ps=[[チタン|Ti]]}}
{{Elementbox_isotopes_decay2 | mn=[[バナジウム50|50]] | sym=V
 | na=0.25% | hl=[[1 E24 s|1.5×10<sup>17</sup> y]]
 | dm1=[[電子捕獲|ε]] | de1=2.2083 | pn1=[[チタン50|50]] | ps1=[[チタン|Ti]]
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{{Elementbox_isotopes_stable | mn=[[バナジウム51|51]] | sym=V | na=99.75% | n=28}}
|isotopes comment=
}}
'''バナジウム'''（{{lang-lan|vanadium}}<ref>{{Cite web|url=http://www.encyclo.co.uk/webster/V/5|title=Encyclo - Webster's Revised Unabridged Dictionary (1913)|accessdate=2011-09-25}}</ref>）は[[原子番号]]23の[[元素]]。[[元素記号]]は '''V'''。[[第5族元素|バナジウム族元素]]の一つ。灰色がかかった銀白色の[[金属]]で、[[遷移元素]]である。

主要な産出国は[[南アフリカ]]・[[中華人民共和国|中国]]・[[ロシア]]・[[アメリカ合衆国|アメリカ]]で、この4か国で90%超を占める。バナジン石などの[[鉱石]]があるが、品位が高くないため、[[資源]]としては他の[[金属]]からの副生回収で得ているほか、[[原油]]や[[オイルサンド]]にも多く含まれているので、それらの燃焼灰も利用される。

== 性質 ==
金属としては軟らかく、[[展延性]]があり容易に[[圧延]]加工できる。常温・常圧で安定な[[結晶構造]]は[[体心立方格子]]で、[[比重]]は6.11、[[融点]]は1726 {{℃}}（他に1890 {{℃}}、1915 {{℃}}という実験値あり）、[[沸点]]は3410 {{℃}}（3000 {{℃}}、3350 {{℃}}などの実験値あり）。普通の[[酸]]・[[アルカリ]]や[[水]]とは反応しないが、[[硝酸|濃硝酸]]・[[硫酸|濃硫酸]]や[[フッ化水素酸]]には溶ける。[[原子価]]は2価から5価まで多様な値をとる。

== 用途 ==
[[製鋼]]添加剤としての用途が8割以上を占めているが、バナジウム化合物は[[触媒]]としても極めて重要なほか、[[化学]]・[[電気工学]]・[[電子工学]]の分野でも重要である。

しかし、原油中のバナジウム（[[ポルフィリン]][[化合物]]として揮発性を持ち、[[製油]]によって[[重油]]に移行する）は[[燃焼]]時に[[酸化物]]となると、[[鋼]]材表面の[[不動態]]皮膜を低[[融点]]化させる高温[[腐食]]現象（バナジウム・アタック）を引き起こす。特に[[ガスタービンエンジン]]のフィンを傷めるケースが多い。ほかにも[[触媒#機構|触媒毒]]となるため、[[燃料]]重油中のバナジウムは十分に除去するのが望ましい。

=== 鉄鋼 ===
[[バナジウム鋼]]にフェロバナジウムとして添加する。鋼にバナジウムを0.1%程度添加すると、[[炭素]]と結合して[[結晶]]粒がより細かい金属構造になるため、[[靭性]]を損なわないで[[強度]]を増せる上、機械的性質や耐熱性なども向上する。伝説的な[[ダマスカス鋼]]からも微量のバナジウムが確認されている。
* [[高張力鋼]] - 高強度低合金鋼と呼ばれる安価で強靱な鋼として、[[高層ビル]]の構造建材や[[橋]]、[[貨車]]、[[石油]][[パイプライン輸送|パイプライン]]用の厚板などに使用されている。
* [[非調質鋼]] - 自動車の[[車軸]]、[[ボルト (部品)|ボルト]]など。[[焼き入れ]]・[[焼き戻し]]といった調質[[熱処理]]なしでそれに匹敵する強靱さが保証される。熱処理設備が不要なので、コスト面で有利。
* [[工具鋼]] - 巨大摺動機械から小さいところでは[[スパナ]]・[[レンチ]]などの機械用[[工具]]や[[切削工具]]・対衝撃工具・金型工具など。表面に[[硬度]]や耐摩耗性が必要で、高温で衝撃に対する破損の抵抗力が必要な工具に、[[クロムバナジウム鋼]]（バナジウム・[[クロム]]を付加させた[[合金]]）を用い、高速度工具鋼はその代表例となっている。
*耐熱鋼 - 自動車の[[バルブ#内燃機関におけるバルブ|エンジンバルブ]]、[[タービン]]ブレード用の耐熱性[[ステンレス鋼]]に使われる。

=== 合金 ===
鉄鋼系以外の合金には、主に[[アルミニウム]]との合金が利用される。
* [[チタン]]合金 - [[航空]]用途に開発された、バナジウムを2 – 6%含む合金 (Ti6.4, Ti-6Al-4V) が普及している。[[日本]]では[[ゴルフクラブ]]のヘッド用として多用され、使用量の半分を占めていた。その他[[ミサイル]]・[[ジェットエンジン]]・[[原子炉]]・[[デンタルインプラント]]に使用される。
* [[超伝導]]体 - 単体での[[第二種超伝導体]]であり、[[臨界温度]]は5.3 K、[[臨界磁場]]は1020 [[エルステッド|Oe]]。[[ガリウム]]との[[金属間化合物]][[バナジウムガリウム]]は最も硬い超伝導体で臨界磁場特性も高いが、[[ニオブ]]系に比べ臨界電流が小さく、実用化は進んでいない。他に[[強相関電子系]]の研究に使用されるバナジウム酸化物が、数万[[標準気圧|atm]]の超高圧下で擬一次元超伝導体となることが分かっている。

=== 触媒 ===
1924年に触媒作用が発見されて以来、バナジウム化合物を用いた触媒は広く利用され、その用途は拡大する傾向にある。
* 硫酸製造 - 高純度 (99.9%) の[[五酸化バナジウム]]として、接触法の[[硫黄]][[酸化]]触媒に使用する。かつての[[白金]]触媒に替わり、広く普及した。
* [[有機化学]] - 酸化触媒として、[[プラスチック]]の原料として重要な[[無水マレイン酸]]や[[無水フタル酸]]の製造に利用する。他に[[ルイス酸]]触媒としての用途もあり、また使用化学形は様々で、メタバナジン酸塩や酸化バナジウムの有機[[錯体]]、さらに[[高分子化合物]]なども開発されている
* 排気ガス処理 - 脱硝用に、[[タングステン]]やチタンの酸化物と複合または表面担持して用いる。また[[水素化脱硫装置]]で生じた[[硫化水素]]の酸化触媒に用いることがある。

=== 顔料・塗料 ===
バナジウムは酸化数による色彩の変化が多様であるため、高温に耐える着色剤として利用される。バナジウムの示す色としては、五酸化バナジウムや[[塩化バナジウム(III)]]が鮮やかなオレンジから赤を示すほか、概ね2価が紫、3価が緑、4価が青であり、5価で無色となる。
* [[セラミックス]]の[[釉薬]] - 他の[[元素]]を添加することにより、さまざまな[[色]]を合成することができる。
* [[バナジウムジルコニウム青|ターコイズブルー]] - ZrSiO<sub>4</sub> にバナジウムイオンが固溶したもの。[[青|青色]]の[[セラミック顔料]]。
* [[バナジウムジルコニウム黄|バナジウムジルコニアイエロー]] - ZrO<sub>2</sub> にバナジウムイオンが固溶したもの。[[黄色]]のセラミック顔料。
* [[バナジウムスズ黄|バナジウムティンイエロー]] - SnO<sub>2</sub> にバナジウムイオンが固溶したもの。黄色のセラミック顔料。
* ビスマスバナジウムイエロー - バナジウム酸ビスマスから製造され、[[カドミウムイエロー]]の代替として普及している。
* アルミニウム系塗料の着色

=== 電気・電子 ===
* 電子素子 - [[酸化バナジウム(IV)]] V<sub>2</sub>O<sub>4</sub> や[[酸化バナジウム(III)]] V<sub>2</sub>O<sub>3</sub> は温度によって[[電気抵抗]]が大きく変化する性質を持つことから、[[酸化物半導体]]として[[サーミスタ]]や[[赤外線カメラ]]の [[CMOS]] 受光素子に利用されている。
* [[レドックス・フロー電池]] - [[硫酸バナジウム(III)]]および[[酸化硫酸バナジウム(IV)]]の希硫酸溶液で構成される[[二次電池]]の一種。バナジウム価数の変化により、充放電が行われる。[[電力貯蔵]]用大型電池として[[ナトリウム・硫黄電池]]を越える可能性が期待されている。
* [[蛍光体]] - 小型表示素子に使用される薄い発光部の素材として、研究が進められている。
* [[化学気相蒸着法]] (CVD) - 材料としてバナジウム[[アルコキシド]]が利用される。

== 歴史 ==
バナジウムの発見には紆余曲折があり、歴史に埋もれかけた別名をいくつか持っている。
* 18世紀 - メキシコの[[イダルゴ州]]・[[シマパン鉱山]]で、[[褐鉛鉱]]（バナジン鉛鉱、バナダイト）が発見される。
* 1801年 - [[アンドレス・マヌエル・デル・リオ]]が未知の化合物を発見し、クロムを思わせる色調からパンクロミウム (panchromium) と命名。後に、化合物を加熱すると鮮やかな赤色になることから、「エリスロニウム」(erythronium) と改名。
* 1805年 - フランスの研究機関によってクロムと鑑定され、その後も不運から新元素は公認されなかった。
* 1830年 - スウェーデンの{{仮リンク|ニルス・ガブリエル・セフストレーム|en|Nils Gabriel Sefström}}が軟鉄中から再発見。非常に美しいさまざまな色に着色することから、スカンジナビア神話の愛と美の女神[[バナジス]] (vanadis) にちなんで命名された。
* 1831年 - ドイツの[[フリードリッヒ・ヴェーラー]]によって、エリスロニウムとバナジウムが同じものと確認される（後に[[アメリカ合衆国|アメリカ]]でリオニウム (rionium) が提案されたが実現はしなかった）。
* 1867年 - イギリスの[[ヘンリー・エンフィールド・ロスコー]]が塩化バナジウム(III)の水素還元により金属バナジウムを得る。
* 1880年 - イタリアの{{仮リンク|アルカンジェロ・スカッキ|it|Arcangelo Scacchi}}が新元素を発見し、[[ベスビオ山]]にちなんで vesbium と命名したが、後にバナジウムと判明。
* 1925年 - アメリカで金属カルシウムによる還元により、高純度の金属バナジウムを精製することに成功。

== 生産 ==
物質としてのバナジウムは広範囲に分布し、ほとんどどこにでも存在する。しかし、資源としては偏在性が強く、埋蔵量のほとんどは[[南アフリカ共和国|南アフリカ]]、[[中華人民共和国|中国]]、[[ロシア]]に存在するほか、ベネズエラのオリコタール（超重質油中）やカナダの[[オイルサンド]]ビチューメンなどの中に、硫黄などと共に含まれる。また、その生産も、上記3か国と[[アメリカ合衆国|アメリカ]]とで9割以上を占める。そのため、供給は不安定なものとなりやすく、これらの国家や生産企業の動向による価格の高騰が、1988、1994、1997、2003、および2004年以降と頻繁に発生している。

バナジウム鉱物の主要なものとしては、緑鉛鉱 Pb<sub>5</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>(OH,F,Cl) に類似した鉱物である[[褐鉛鉱]] Pb<sub>5</sub>(VO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>(OH,F,Cl) がある<ref>{{Cite book|和書|author=櫻井武、鈴木晋一郎、中尾安男|year=2003|title=ベーシック無機化学|publisher=化学同人|page=101|isbn=4759809031}}</ref><ref>{{Cite web|title=Vanadinite|url=http://www.mindat.org/min-4139.html|publisher=mindat.org|accessdate=2012-06-17}}</ref>。他には[[カルノー石]] 2(UO<sub>2</sub>)<sub>2</sub>(VO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>•3H<sub>2</sub>O、[[パトロン石]] V<sub>2</sub>S<sub>5</sub> などが知られているが、資源としては品位が低い。加えて、バナジウムの多くは他の鉱物と共に（あるいはむしろ他の鉱物の副産物として）産出されており、他の鉱物の需給状況にバナジウムの生産も影響を受ける。

以上のような背景から、日本国内において産業上重要性が高いにもかかわらず、産出地に偏りがあり供給構造が脆弱である。日本では国内で消費する[[鉱物]][[資源]]の多くを他国からの[[輸入]]で支えている実情から、万一の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。またリサイクル確立も重要視され、日本では廃触媒からの回収や、[[重油]][[ボイラー]]の灰などからの回収が行われている。

== 生体におけるバナジウム ==
バナジウムは、ヒトを含む大部分の脊椎動物にとって不可欠な[[ミネラル]]ではない。しかし、生体内の酵素や錯体の構成に加わっている例が多数確認されており、特に[[窒素固定]]細菌では、その酵素系における必須元素の[[モリブデン]]が欠乏した時、これを補うためにバナジウムを含む酵素が働くことが判っている。これらから、一部の生物では何らかの役割を果たしているものと考えられている。

=== 濃縮 ===
バナジウムは様々な生物（比較的単純な生物が多い）から検出され、乾燥重量で100 [[ppm]]を超える生物も多数確認されている。また、特異的に濃縮する生物も何種か知られている。[[石油]]中に多く含まれる原因とも考えられている。
* [[ホヤ]] - 血液中の濃縮細胞（バナドサイト）内に pH 3 前後の硫酸とともに、種によって海水の数万〜数百万倍の濃度で蓄積し、最も著しい例では1%に達する。これは、バナジウムと特異的に結びつく、{{仮リンク|バナジウム結合タンパク質|en|vanabins}}の働きによる。かつて[[ヘモバナジン]]と呼ばれたのは、これが分析の過程で変質したものとも考えられている。
* [[ベニテングダケ]] - 選択的に取り込み、4価の錯体（[[アマバジン]]）として保持しているとされる。
* 藻類 - [[コンブ]]などの褐藻や紅藻で多い。
* [[地衣類]]、[[環形動物]]の[[ケヤリムシ]]、一部の[[プランクトン]]。

このほか「多く含まれている食品」として[[エビ]]や[[カニ]]、[[パセリ]]、黒[[コショウ|こしょう]]、[[マッシュルーム]]などが知られている。

=== 毒性 ===
バナジウムイオンが試験管内で細胞に対し、致死毒性を持つことが確認されている。

* 水生生物に対する毒性 - 急性 LC50 の調査結果によると、濃度レベルは0.1-100 mg/L台の範囲にあり、大部分の生物が1–12 mg/Lであったという。特に鋭敏な生物は[[カキ (貝)|カキ]]で、幼生の発生への影響が0.05 mg/Lで現れる。
* ラット・マウスの経口投与 - 5価バナジウム化合物に対する[[半数致死量]] (LD50) としてそれぞれ10 mg/kg、5–23 mg/kg。
* ヒトに対する影響 - 現在のところ [[世界保健機関|WHO]] は、無機バナジウムの[[発癌性]]について、その有無を判断できる材料がないとしている。このため、ヒトに対して発癌性があるかもしれない、と分類されている。
* 作業環境における管理濃度 - 酸化バナジウム(V)の粉じんについては、0.03 mg/m<sup>3</sup>（バナジウムとして）が定められている。

=== 医薬・健康 ===
現在、ある程度効果が確認されているものは、次のとおりである。
* ラットを使った研究で[[インスリン]]に似た働きをする（血糖値を下げる）ことが示唆され、糖尿病治療薬になるのではないかと注目されている。
* 理論的に、抗凝血薬の作用を強める（効果と副作用の両方とも）可能性がある。

[[健康食品]]に関連して2000年頃から話題になり、[[ミネラルウォーター]]や[[サプリメント]]が販売されている。検証はなされていないが、摂取することで何等かのメリットがあるものと期待させる[[宣伝]]が行われている（[[疑似科学]]）。

== 環境への放出 ==
バナジウムは原油・重油中に多く含まれていることから、その燃焼により毎年10万トンのレベルで大気中に放出されている。自然現象による放出は年間10トンのレベルと見積もられており、大気中の浮遊塵や降水中に含まれるバナジウムはそのほとんどが、人間活動によるものである。

従って、天然水中のバナジウムを定量することで、化石燃料による影響を評価することができるが、バナジウムは安定した酸化物を形成するため、原子吸光分析では電気加熱炉法を用いる必要がある。

== バナジウムの化合物 ==
* [[酸化バナジウム(II)]] (VO)
* [[酸化バナジウム(V)]] (V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>)
* [[塩化バナジウム(III)]] (VCl<sub>3</sub>)

== 脚注 ==
{{Reflist}}

== 関連項目 ==
{{Commons|Vanadium}}
* [[バナジウムの同位体]]

== 外部リンク ==
* [http://www.jogmec.go.jp/mric_web/ 金属資源情報センター]（[[石油天然ガス・金属鉱物資源機構]]）
* {{PDFlink|[http://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/ecopro/rosuzuki/gakkai/06gakkai/Suzuki_Yoshinaga.pdf 金属バナジウムの製造]}}
* [http://hfnet.nih.go.jp/contents/indiv_agreement.html?724 バナジウム - 「健康食品」の安全性・有効性情報] （[[国立健康・栄養研究所]]）
* [http://www.nihs.go.jp/hse/cicad/cicad.html 国際簡潔評価文書全文訳] 29.無機バナジウム化合物（[[国立医薬品食品衛生研究所]]）

{{元素周期表}}
{{バナジウムの化合物}}

{{DEFAULTSORT:はなしうむ}}
[[Category:バナジウム|*]]

{{Link FA|de}}
{{Link GA|en}}
{{Link GA|es}}