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フッ素 Fluorine -水をはじく?歯磨き粉や樹脂への応用

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 猛毒の気体から単離されたフッ素。水や油をはじくテフロン樹脂に利用されているほか、医薬品の重要な置換基でも有り、多種多様な利用があります。

 

フッ素の基本物性データ

分類 ハロゲン
原子番号・原子量 (18.9984)
電子配置 2s22p5
密度 1.696kg/m3
融点  –219.62℃
沸点 –188.14℃
硬度
色・形状 淡黄色・気体
存在度 地球 950ppm、宇宙843ppm
クラーク数  0.03%(17位)
発見者 ジョセフ・アンリ・モアッサン(1886年)
主な同位体 19F(100%)
用途例 フッ素樹脂(テフロンなど)、歯磨き剤(NaF)、冷媒(フロン)、医薬品(有機フッ素化合物)
前後の元素 酸素ーフッ素ーネオン

単離が困難で反応性が高い元素

自然界には蛍石(フッ化カルシウム:CaF2)や氷晶石(Na3AlF3)などのフッ素化合物が存在します。このようなフッ素化合物は、シェーレらによっても発見されていましたが、フッ素字体の単離は非常に困難を極めました。その理由は、単体のフッ素が毒性が高く、非常に危険な物質であったためです。

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1886年にフランスの化学者モアッサンが、フッ化カリウム(KF)をフッ化水素(HF)に溶かし、それを電気分解することでようやくフッ素の単離に成功しました。フッ素は電気陰性度が元素の中で最も大きく、ヘリウムとネオン以外のすべての元素と反応する非常に反応性の高い元素です。

 

ジョセフ・アンリ・モアッサン

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1852–1907年。フランスの化学者。パリ大学教授。多くの化学者が挑戦し失敗したフッ素の単離に成功。しかし、その実験中に片目を失明した。この他、3500℃という高温まで加熱することができる炭素電極を用いたアーク式電気炉の開発者としても知られている。フッ素単離の功績により、1906年ノーベル化学賞を受賞した。

 

虫歯を予防するフッ素

フッ素(正確にはフッ化物。フッ素のナトリウム塩。フッ化ナトリウム)は現在売られているほとんどの歯磨き剤の中に入っています。虫歯予防、すなわち歯質と歯垢細菌に対して効果があるといわれているからです。歯の表面に作用し、虫歯菌の作る酸に溶けにくい抵抗性のある歯質にします。

また、虫歯の極初期では、フッ素が再石灰化を促進し、酸に溶けた部分のエナメル質を補修し、耐酸性を向上させます。

もっとも、フッ素は日常の食べ物にたくさん含まれています。特に日本食にはフッ素が豊富です。高濃度のフッ素は体に害があるため、食事とは別にフッ素を取ることはかえって体によくないという意見もあります。また食べたからといって虫歯になりにくいなんてことはありません。

フッ素をよく含む食品(これら以外にも多くの食品に含まれている)

フッ素をよく含む食品(これら以外にも多くの食品に含まれている)

 

 

水や汚れをはじくテフロンコーティング

テフロンは米国デュポン社の登録商標で、ポリテトラフルオロエチレン(フッ素樹脂の一種)です。構造的には、食品容器や放送用フィルムで使われているポリエチレン(エチレンが重合したもの)の水素が、すべてフッ素原子に置き換わった構造をしています。フッ素原子が隙間なく埋め尽くす構造が他の分子を寄せ付けないのです。また炭素とフッ素の原子間結合力が大きいため、相対的に相手分子とのくっつきやすさ(分子間力)が小さくなります。つまり、分子間力が小さいため滑りやすく、ものがくっつきません。それ以外にも熱に強い、耐腐食性、耐摩耗性があるなどさまざまな特徴があります。

テフロン加工のフライパンは焦げ付きにくく、水や汚れを弾くので洗うのも簡単です。それ以外にも、水を弾く傘、キャンプや建築用のテントなどにも、テフロン加工がなされています。

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医薬品にも含まれる

フッ素は医薬品にもよくみられる元素です。実に市販の医薬品の30%近くにフッ素がはいっており、大活躍。フッ素は水素と原子半径が近いにも関わらず、電気陰性度が全く異なり、かつ安定であるという性質をもっているため、医薬品候補化合物の改善に効果的です。

 

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フッ素を含む医薬品の代表例

 

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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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