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元素

ホウ素 Boron -ホウ酸だんごから耐火ガラスまで

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 周期表では炭素の隣にありますが、一般にはあまりなじみが無いホウ素。単体としてはあまり利用されていませんが、化合物になると多種多様な利用があるのです。

炭素の基本物性データ

分類 半金属、半導体
原子番号・原子量 5 (10.811)
電子配置 2s22p1
密度 2340kg/m3
融点 2092℃
沸点 3927℃
硬度 9.3
色・形状 黒色・固体
存在度 地球 10ppm、宇宙21.2
クラーク数 0.001%
発見者 ハンフリー・デービー、ジョセフ・ルイ・ゲイ=リュサック、ルイ・ジャック・テナール(1808年)
主な同位体 10B(19.9%)、11B (80.1%)
用途例  耐火ガラス(パイレックス)、ガラス繊維、うがい薬、ホウ酸団子、水素化ホウ素化合物、カップリング剤
前後の元素 ベリリウムホウ素炭素

白く、炭素に似ている元素?

人類は古くから、ホウ砂(Na2[B4O5(OH)4]・8H2O)をガラスやエナメルの原料として利用していましたが、その中に未知の元素が含まれていることに気づきませんでした。

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ホウ砂

ホウ素は、1808年にゲイ=ルサックテナール、またデービーによってホウ砂から得られたホウ酸から同時に単離されました。ホウ素(boron)という名前はデービーによって、ホウ砂(borax:アラビア語の「白い」にちなむ)と炭素(carbon)に性質が似ているということから名付けらえました。ただ、単体のホウ素は黒色固体なので、いま考えればおかしな名前ですね。

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単体のホウ素(出典:periodictable.com)

もっとも、命名者のデービーよりもゲイ=リュサックとテナールの方が数日間早く発見しているので、本当の発見者はゲイ=リュサックとテナールになります。

 ルイ・ジャック・テナール

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1777-1857年。フランスの化学車。1800年代はじめ、ゲイ=リュサックとともにホウ素の発見、単離を行った。その他顔料のコバルトブルー(アルミン酸コバルト、テナールブルーとも呼ばれる)の開発者としても知られている(1802年)。

 

ゴキブリ退治に!ホウ酸団子

ホウ酸ダンゴは、ゴキブリなど雑食昆虫・小動物の好物であるジャガイモ・タマネギ・小麦粉、砂糖、米ぬかなどに、毒餌としてホウ酸を混ぜてダンゴ状に成形したものです。現在では市販品も多く、ホウ酸の含有量もさまざまです。作用機序についてはよくわかっていませんが、ゴキブリがは脱水症状をおこして死んでしまうともいわれています。その死骸や糞をまた他のゴキブリが食べることにより、同じ作用を及ぼすという、2次的な効果もあります。

このホウ酸ダンゴを有名にしたのは、岐阜県池田町の町ぐるみでのゴキブリ撲滅大作戦でした。

住民がタマネギ主体のホウ酸ダンゴを作り、一斉に各家においたところ、町内からゴキブリを一匹残らず追い払うことができたそうです。いまではその経験を元に会社を設立し「ゴキブリキャップ」というホウ酸ダンゴを発売しています。

 

ホウ素を混ぜると耐火ガラスに

石英ガラスの軟化点を下降させ、膨張係数をなるべく小さく保つために酸化ホウ素を添加したのがケイホウ素ガラスで、その代表がパイレックスガラスです。ガラス細工が容易で、急加熱、急冷却にも耐えるので、理化学実験用として優秀なガラスです。

パイレックスガラス製品例

パイレックスガラス製品例

ダイヤモンドにつぐ硬度ー炭化ホウ素

単体のホウ素も黒色固体で非常に硬い物質ですが、炭素Cとの化合物である炭化ホウ素(B4C)は、さらに硬い物質です。鉱物の硬度の基準にモース硬度*がありますが、ダイヤモンドが最高位の15であるのに対し、炭化ホウ素は14と、2番目の硬度を有しています。

その性質を利用して、武器の表面処理や、原子炉の中性子吸収材である中性子制御棒などに利用されています。

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炭化ホウ素

 

ホウ素でノーベル賞ーリプスコムとブラウンと鈴木章

ホウ素に関する研究によりノーベル賞を得た化学者はこれまで3人。アメリカの化学者リプスコム(Willam Nunn Lipscomb)はホウ素と水素の化合物であるボランの構造に関する研究により1976年に、同様にアメリカの化学者ブラウン(Herbert C. Brown)は酵素化合物を用いた有機合成反応の開発により、1979年にそれぞれノーベル化学賞を受賞しています。

そして、2010年には北海道大学名誉教授の鈴木章氏が有機ホウ素化合物をもちいたパラジウム触媒クロスカップリング反応(鈴木ー宮浦クロスカップリング)の開発でノーベル化学賞を受賞しました。

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関連動画

  • ホウ素単体を抽出してみる

  • ホウ素の炎色反応

  • ホウ素中性子捕捉法の動画(住友重機械)

 

関連書籍

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Chem-Station代表。早稲田大学理工学術院教授。専門は有機化学。主に有機合成化学。分子レベルでモノを自由自在につくる、最小の構造物設計の匠となるため分子設計化学を確立したいと考えている。趣味は旅行(日本は全県制覇、海外はまだ20カ国ほど)、ドライブ、そしてすべての化学情報をインターネットで発信できるポータルサイトを作ること。

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