銅 - 変更履歴

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2009-01-08T10:40:33Z

新しいページ: '<table border="1" cellpadding="2" cellspacing="0" align="right"> <tr><td colspan="2" cellspacing="0" cellpadding="2"> <table align="center" border="0"> <tr><td colspan="2" alig...'

新規ページ
<table border="1" cellpadding="2" cellspacing="0" align="right">
<tr><td colspan="2" cellspacing="0" cellpadding="2">
<table align="center" border="0">
<tr><td colspan="2" align="center">[[ニッケル]] - '''銅''' - [[亜鉛]]</td>
</tr>
<tr><td rowspan="3" valign="center">'''Cu'''<br/>[[銀|Ag]]<br/> <br/> </td></tr>
<tr><td align="center">[[画像:Cu-TableImage.png]]
<div style="text-align:right"><small>[[周期表]]</small></div></td></tr></table>
</td></tr>
<tr>
<th colspan="2" align="center" bgcolor="#ffc0c0">'''一般特性'''</th></tr>
<tr>
<td>[[元素の名前順一覧|名称]], [[元素の記号順一覧|記号]], [[元素の番号順一覧|番号]]</td><td>銅, Cu, 29</td></tr>
<tr>
<td>[[元素の分類|分類]]</td><td>[[遷移元素]]</td></tr>
<tr>
<td>[[元素の族|族]], [[元素の周期|周期]], [[元素のブロック|ブロック]]</td><td>[[第11族元素|11 (IB)]], [[第4周期元素|4]] , [[dブロック元素|d]]</td></tr>
<tr>
<td>[[密度]], [[モース硬度|硬度]]</td><td>8920 kg/m<sup>3</sup>, 3.0</td></tr>
<tr>
<td>単体の色</td><td align="center">淡赤色、金属色<br/>[[画像:Cu,29.jpg|120px|銅]]</td></tr>
<tr>
<th colspan="2" align="center" bgcolor="#ffc0c0">'''原子特性'''</th></tr>
<tr>
<td>[[原子量]]</td><td>63.546 [[原子質量単位|u]]</td></tr>
<tr>
<td>[[原子半径]] （計測値）</td><td>135 (145) [[ピコメートル|pm]]</td></tr>
<tr>
<td>[[共有結合半径]]</td><td>138 [[ピコメートル|pm]]</td></tr>
<tr>
<td>[[ファンデルワールス半径|VDW半径]]</td><td>140 [[ピコメートル|pm]]</td></tr>
<tr>
<td>[[電子配置]]</td><td><nowiki>[</nowiki>[[アルゴン|Ar]]<nowiki>]</nowiki>3[[d軌道|d]]<sup>10</sup>4[[s軌道|s]]<sup>1</sup></td></tr>
<tr>
<td>[[電子殻]]</td><td>2, 8, 18, 1</td></tr>
<tr>
<td>[[酸化数]]（[[酸化物]]）</td><td>'''2''', 1（[[塩基|弱塩基性]][[酸化物]]）</td></tr>
<tr>
<td>[[結晶構造]]</td><td>[[面心立方構造]]</td></tr>
<tr>
<th colspan="2" align="center" bgcolor="#ffc0c0">'''物理特性'''</th></tr>
<tr><td>[[相]]</td><td>固体 ([[反磁性]])</td></tr>
<tr>
<td>[[融点]]</td><td>1357.6 [[ケルビン|K]] (1084.4 [[摂氏|℃]])</td></tr>
<tr>
<td>[[沸点]]</td><td>2840 [[ケルビン|K]] (2567 ℃)</td></tr>
<tr>
<td>[[モル体積]]</td><td>7.11 ×10<sup>-6</sup> m<sup>3</sup>/mol</td></tr>
<tr>
<td>[[気化熱]]</td><td>300.3 kJ/mol</td></tr>
<tr>
<td>[[融解熱]]</td><td>13.05 kJ/mol</td></tr>
<tr>
<td>[[蒸気圧]]</td><td>0.0505 [[パスカル|Pa]] (1358 [[ケルビン|K]])</td></tr>
<tr>
<td>[[音速|音の伝わる速さ]]</td><td>3570 [[メートル毎秒|m/s]] (293.15 [[ケルビン|K]])</td></tr>
<tr>
<th colspan="2" align="center" bgcolor="#ffc0c0">'''その他'''</th></tr>
<tr>
<td>[[クラーク数]]</td><td>0.01 [[パーセント|%]]</td></tr>
<tr>
<td>[[電気陰性度]]</td><td>1.9 ([[ライナス・ポーリング|ポーリング]])</td></tr>
<tr>
<td>[[比熱容量]]</td><td>380 J/(kgK)</td></tr>
<tr>
<td>[[導電率]]</td><td>59.6 10<sup>6</sup>/m [[オーム|Ω]]</td></tr>
<tr>
<td>[[熱伝導率]]</td><td> 401 W/(mK)</td></tr>
<tr>
<td>第1[[イオン化エネルギー]]</td><td>745.5 kJ/mol</td></tr>
<tr>
<td>第2イオン化エネルギー</td><td>1957.9 kJ/mol</td></tr>
<tr>
<td>第3イオン化エネルギー</td><td>3555 kJ/mol</td></tr>
<tr>
<td>第4イオン化エネルギー</td><td>5536 kJ/mol</td></tr>
<tr>
<th colspan="2" align="center" bgcolor="#ffc0c0">'''（比較的）安定同位体'''</th></tr>
<tr>
<td colspan="2">
<table border="1" cellspacing="0" cellpadding="2" width="100%">
<tr>
<th><small>[[同位体]]</small></th><th><small>[[天然存在比|NA]]</small></th><th><small>[[半減期]]</small></th><th><small>[[崩壊モード|DM]]</small></th><th><small>[[崩壊エネルギー|DE]]</small> <small>[[メガ|M]][[電子ボルト|eV]]</small></th><th><small>[[崩壊生成物|DP]]</small></th></tr>
<tr>
<td><sup>63</sup>Cu</td><td>69.17%</td><td colspan="4">[[中性子]]34個で[[安定同位体|安定]]</td></tr>
<tr>
<td><sup>64</sup>Cu</td><td>[[放射性同位体|{syn.}]]</td><td>12.7 h</td><td>[[電子捕獲|ε]]</td><td>1.675</td><td>[[ニッケル|<sup>64</sup>Ni]]</td></tr>
<tr>
<td><sup>64</sup>Cu</td><td>[[放射性同位体|{syn.}]]</td><td>12.7 h</td><td>[[ベータ崩壊|β<sup>-</sup>]]</td><td>0.579</td><td>[[亜鉛|<sup>64</sup>Zn]]</td></tr>
<tr>
<td><sup>65</sup>Cu</td><td>30.83%</td><td colspan="4">[[中性子]]36個で[[安定同位体|安定]]</td></tr>
</table>
</td></tr>
<tr>
<th colspan="2" align="center" bgcolor="#ffc0c0"><font size="-1">注記がない限り[[国際単位系]]使用及び[[標準状態]]下。</font></th>
</tr>
</table>

'''銅'''（どう、[[ラテン語|羅]]：''Cuprum''、[[英語|英]]：''Copper''）は、[[原子番号]] 29 の[[金属]]、[[元素記号]]は '''Cu'''。

[[周期表]]では[[金]]、[[銀]]と同じく 11 族に属する。元素記号の Cu は、[[ラテン語]]の cuprum から。この語はさらに Cyprium aes（キュプロス島の[[真鍮]]）に由来し、[[キプロス]]に[[フェニキア]]の銅採掘場があったことによる。日本語では、その色から'''赤銅'''（しゃくどう、せきどう）または、'''赤金'''、'''銅'''（あかがね）と呼ばれた。

[[金属]]では銀の次に導電性が高く、価格も比較的安い事から電線・ケーブルの材料としてよく使われる。また銅イオンは殺菌作用を持つ事から、抗菌仕様の靴下や靴の中敷などによく使われている。

殺菌作用と導電性を生かした物として[[絨毯]]、[[マット]]などに使用されている。特に細い導線を容易に作成できる為、絨毯に織り込んで使用する。これにより、[[静電気]]の発生しにくい絨毯として[[ホテル]]などのロビーで使用されている。

また、[[近代オリンピック|オリンピック]]はじめ様々な大会やコンクールなどは金、銀に次ぐ3位の色としても知られている。

2006年現在、[[中国]]の[[北京オリンピック]]に向けた[[インフラストラクチャー|インフラ]]整備に伴う需要増により、国際的な価格高騰を起こしている。

== 歴史 ==
銅は[[先史時代]]から使われてきた金属である。銅と[[錫]]の[[鉱石]]は混在することから、[[メソポタミア]]では紀元前3500年頃から銅に錫が混ざった[[青銅]]で道具を作るようになった。青銅器は[[エジプト]]、[[中国]]（[[殷]]王朝）などでも使われるようになり、世界各地で[[青銅器時代|青銅器文明]]が花ひらいた。

耐食性の高さなどから古来[[お金|貨幣]]の材料としても利用されてきた（[[銅貨]]）。日本の硬貨では[[五円硬貨|5円玉]]が[[黄銅]]製、[[十円硬貨|10円玉]]が青銅製、[[五十円硬貨|50円玉]]、[[百円硬貨|100円玉]]（昔は[[銀]]がはいっていたが、現在は入っていない）、旧[[五百円硬貨|500円玉]]が[[白銅]]、新500円玉が[[ニッケル黄銅]]という銅の合金である。

[[西洋占星術]]など神秘主義哲学では、[[金星]]を象徴する金属とされた。これは、銅の産地として知られていたキプロスが、金星の守護神とされる[[アプロディテ]]の聖地でもあったことに由来する。

== 産地 ==
{{Main|銅山}}

銅鉱石の生産は世界全体で1510万トン（2005年現在）である。その内訳は[[チリ]]が35.2%と大半を占め、以下[[アメリカ合衆国|米国]]7.5%、[[インドネシア]]7.1%、[[ペルー]]6.7%、[[オーストラリア]]6.1%、[[中国]]5.0%、[[ロシア]]4.6%と続く。かつて日本は[[足尾銅山]]、[[別子銅山]]、[[日立銅山]]等の大[[鉱山]]をかかえ輸出国であったが現在はこれらは全て廃鉱となり100%輸入に頼っている状態である。

=== 銅鉱石 ===
銅鉱石を構成する[[鉱石鉱物]]には、次のようなものがある。
* [[自然銅]] - Cu
* [[輝銅鉱]] - Cu<sub>2</sub>S
* [[斑銅鉱]] - Cu<sub>5</sub>FeS<sub>4</sub>
* [[銅藍]]（コベリン） - CuS
* [[黄銅鉱]] - CuFeS<sub>2</sub>
* [[硫砒銅鉱]] - Cu<sub>3</sub>AsS<sub>4</sub>
* [[安四面銅鉱]] - (Cu,Fe,Zn)<sub>12</sub>Sb<sub>4</sub>S<sub>13</sub>
* [[赤銅鉱]] - Cu<sub>2</sub>O
* [[黒銅鉱]] - CuO
* [[藍銅鉱]] - Cu<sub>3</sub>(CO<sub>3</sub>){{sub|2</sub>(OH)<sub>2</sub>
* [[孔雀石]] - Cu<sub>2</sub>(CO<sub>3</sub>)(OH)<sub>2</sub>

== 製錬 ==
銅鉱山で得られた[[黄銅鉱]]（主成分CuFeS<sub>2</sub>）に[[コークス]]のほか[[融剤]]として[[石灰石]]と[[珪砂|ケイ砂]]を加えて溶錬炉で溶融し、鉄分を除く。銅分は'''銅マット'''や'''銅鈹'''（どうかわ。銅精製への中間製品。[[硫化銅]]と[[硫化鉄]]の化合物から成る）の形で濃縮される。同時に生じる鉄分はケイ砂によって取り除かれる。また、ケイ砂と石灰石から[[ケイ酸カルシウム]]が生成し、これが融剤として銅の融点を下げる。

:<math>\rm 4CuFeS_2 + 9O_2 \longrightarrow 2Cu_2S + 2Fe_2O_3 + 6SO_2</math>
:<math>\rm 2Fe_2O_3 + C + 4SiO_2 \longrightarrow 4FeSiO_3 + CO_2</math>
:<math>\rm SiO_2 + CaCO_3 \longrightarrow CaSiO_3 + CO_2</math>

そして、銅マットを[[転炉]]に入れて、空気を吹き込んで不純物（[[硫黄]]、鉄など）を酸化除去し、粗銅（銅含有率は約98%）を精錬する。このとき2000℃を越える高温になり、還元される。

:<math>\rm Cu_2S + O_2 \longrightarrow 2Cu + SO_2</math>

いかなる金属元素も高温にすれば還元されるのは、酸素､硫黄は気体となり粒子数が増大する方向に平衡が移動するからである。
その後、粗銅は[[電解精錬]]によって、99.99%以上の純銅に精製される。電解精錬によって得られた銅は'''電気銅'''とも呼ばれる。

== 用途 ==
前述のとおり、銅は[[古代]]から[[人類]]とのかかわりが大きく、現代でも鉄に次ぐ最も重要な金属材料といえる。現在、銅の用途の大部分は工業をはじめあらゆる分野においての[[電気器具]]の[[配線]]、部品、[[回路]]などにある。これは銅が他の金属とくらべ高い[[電気伝導性]]を持つことと、銅以上の電気伝導性を持つ物質（[[銀]]など）と比べた際に[[コスト]]が格段に安いことから使われている。また、他の金属の電気伝導性をはかる[[国際基準]]としても使われる。銅は、銅線や銅版などの形で身近に見ることができる数少ない単体金属である。帆船の船底銅包板としてフナクイムシから船体をまもる為に使われた時期もある。

合金の用途も広い。[[貨幣]]に使われる[[白銅]]は[[ニッケル]]との合金であり、[[アルミ]]との合金の[[アルミ銅]]は[[延性]]に富んだ黄金色であるため[[金箔]]の代わりとして使われるなどしている。銅と[[亜鉛]]を合金させたものを一般に[[黄銅]]とよび、亜鉛の含有率を変化させることで、連続的に色彩が変化し[[融点]]が低下する。[[金管楽器]]や[[仏具]]などに使われる[[真鍮]]は黄銅の一つである。真鍮は錆びにくく、色が黄金色で美しいことから[[模造金]]や[[装飾具]]などとしてもよく見かける金属である。古代から[[武器]]や通貨などとして用いられた[[青銅]]は[[スズ]]と銅の合金であり、現在でもブロンズ像など、[[彫刻]]の材料である。しかし、最近では「青銅」という呼び名は変化してきており、一定以上のスズを含んでいるその他の銅合金や青銅と似たような色や[[結晶構造]]をもつような[[鋳造]]用合金の総称としても用いられる。

青銅や黄銅と呼ばれる銅合金で代表的なものには、[[光輝黄銅]]・[[工業用青銅]]・[[赤色黄銅]]・[[ジュエリー青銅]]・[[低濃度黄銅]]・[[カートリッジ黄銅]]・[[黄色黄銅]]・[[ムンツメタル]]・[[鉛黄銅]]・[[リン青銅]]・[[シリコン青銅]]・[[アルミニウム青銅]]・[[洋白|洋銀（洋白）]]・[[キュブロニッケル]]などがあり、その性質は様々で利用分野においても簡単に分別できないほど多岐にわたっている。
また、主な工業用の合金として、[[高純度銅合金]]や[[純銅]]と呼ばれる極めて高い[[純度]]の銅にごくわずかな添加物を加えた合金がある。代表的な高純度銅合金には[[カドミウム銅]]・[[クロム銅]]・[[テリウム銅]]・[[ベリリウム銅]]などがあり、工業的に用いられる純銅は[[電解タフピッチ銅]]・[[脱酸銅]]・[[無酸素銅]]・[[銀含有銅]]・[[ヒ素銅]]・[[快削銅]]などで、機械工業をはじめとした分野で利用される。

銅は[[化合物]]または[[触媒]]としても用途が広く、代表的な銅の化合物としては[[アセトヒ素銅]]・[[塩化銅]]・[[酢酸銅]]・[[酸化銅]]・[[シアン化銅]]・[[水酸化銅(II)]]・[[水素銅]][[ヨウ化銅]]・[[硫酸銅]]　などがあり、各種触媒や、[[防腐剤]]、[[殺虫剤]]、[[顔料]]などに用いられている。

== 主な銅の化合物 ==
[[硫化銅]] (CuS)
[[塩化銅]](I) (CuCl)
[[塩化銅]](II) (CuCl<sub>2</sub>)
[[酸化銅(I)]] (Cu<sub>2</sub>O)
[[酸化銅(II)]] (CuO)
[[硫酸銅]] (CuSO<sub>4</sub>)

== 銅の反応 ==
銅は[[イオン化傾向]]が小さいため[[塩酸]]や[[希硫酸]]といった酸とは反応しないが、[[硝酸]]や[[熱濃硫酸]]のような[[酸化力]]の強い酸とは反応する。

希硝酸との反応
:3Cu + 8HNO<sub>3</sub> → 3Cu(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> + 4H<sub>2</sub>O + 2[[一酸化窒素|NO]]↑
濃硝酸との反応
:Cu + 4HNO<sub>3</sub> → Cu(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> + 2H<sub>2</sub>O + 2[[二酸化窒素|NO<sub>2</sub>]]↑
熱濃硫酸との反応
:Cu + 2H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> → CuSO<sub>4</sub> + 2H<sub>2</sub>O + [[二酸化硫黄|SO<sub>2</sub>]]

== 生体内での働きと毒性 ==
植物における銅の役割としては、生体内における数種類の[[酸化還元反応]]にかかわる[[酵素]]を活性化する働きや、[[光合成]]に必要な[[クロロフィル]]に銅が結合しており、クロロフィルの合成に銅が不可欠であるということが分かっている。しかし、クロロフィルの合成段階において銅がどのような役割を担っているのかなど詳しいことについてはまだわかっていない。

[[植物]]において銅が不足すると、黄白化、光合成能力の低下、[[種子]]の形成異常あるいは枯死などが起こる。しかし、銅が過剰に存在する場合にも同様に毒性を示すため注意が必要である。[[下等植物]]の生育や増殖に少量の銅が不可欠であることが知られている。

動物においても、前項にもあるが、銅は必須微量元素の一つであり、ヒト一人当たり100から150 mgの銅が含まれ主に[[骨]]や[[肝臓]]に存在する。銅の役割りとしては、[[ヘモグロビン]]を合成するために不可欠である元素であることが知られている。しかし、ヘモグロビンそのものには銅は存在しない。一方、[[節足動物]]や[[軟体動物]]において、ほ乳類のヘモグロビンに相当する酸素結合タンパク質である[[ヘモシアニン]]の活性中心は銅である。さらには、[[スーパーオキシドアニオン]]を消去する[[スーパーオキシドディスムターゼ]]、[[ミトコンドリア]]における[[呼吸鎖]]関連酵素の[[シトクロムcオキシダーゼ]]、[[コラーゲン]]合成に必須な[[モノアミンオキシダーゼ]]や[[リジルオキシダーゼ]]の活性中心である。

銅が不足することでは、鉄の吸収量が低下し[[貧血]]となることや骨異常などが起こりうる。鉄吸収量減少の少なくとも一部は、[[トランスポーター]]が鉄を細胞に取り込む際に、銅による還元が必須であることに起因する。しかし、銅は要求量がそれほど多くなく、食品中に豊富に存在するためそのようなことはまれである。ただし、特に[[反芻動物]]は銅に対して敏感な性質を持つため、家畜などにおいては銅の不足により[[神経障害]]や貧血、下痢などが発生することがある。これは飼料に銅を含んだ[[ミネラル]]分を添加することで改善される。また、[[亜鉛]]の過剰摂取は小腸細胞において金属結合性タンパク質である[[メタロチオネイン]]が誘導され、銅がこのタンパク質にトラップされる結果、銅の摂取が阻害される。

このように、銅は生物の代謝が正常に行われるうえで必須の元素であるが、同時に過剰供給されると、[[足尾銅山鉱毒事件]]に見られるように毒性を示す。例えば多くの[[動物]]にとって慢性的に過剰な銅の摂取は毒性であり、反芻動物では銅の過多により[[肝硬変]]や発育不全、[[黄疸]]、などが起こりうる。また[[無脊椎動物]]の多くは過剰供給となって代謝異常を起こす閾値が[[脊椎動物]]よりも低い。例えば水槽内で海産魚を飼育するときに魚病薬として硫酸銅の水溶液を少量飼育水に添加することがあるが、この処置をいったん行った水槽は、飼育水中に微量の銅イオンが溶け出すため、もはや海産無脊椎動物の飼育には不適当といわれている。植物にとっても銅イオンの過剰供給が毒性を示すことは同様であり、そのような環境下では銅イオン耐性の強い特殊な植物が繁茂する。例えば、[[寺社]]の銅屋根を伝った水が滴るような場所には銅イオン耐性の強い[[ホンモンジゴケ]]が優占することがよく知られている。

=== 一日の所要量 ===
成人男性　1.8mg
成人女性　1.6mg
許容上限摂取量　9mg
欠乏、過剰症はまれ。貧血・骨異常・脳障害等が欠乏症として知られている、過剰症は[[遺伝病]]である[[肝レンズ核変性症|ウィルソン病]]等極少数。

== 枯渇問題 ==
銅は2040年頃に枯渇すると予測されている<ref>物質・材料研究機構材料ラボによるレポート</ref>。ただしこれは、採掘コストに見合った採掘が可能な銅鉱山が枯渇するという意味であり、地球の銅埋蔵量はまだ十分にあると考えられている。したがって採掘技術の進歩や、採掘が容易な銅鉱山の発見によってこの問題は回避される可能性もある。

このことを見越して現物の銅を買い占める業者が現れ始め、先物の思惑買いも入り銅の価格は徐々に上がっている。

== 脚注 ==
{{脚注ヘルプ}}
{{reflist}}

== 関連項目 ==
{{Commonscat|Copper}}
[[銅山]]
[[黄銅]]（真鍮）
[[青銅]]
[[白銅]]
[[緑青]]（銅の錆び）
[[粗銅]]
[[耐候鋼]]
[[耐食合金]]
[[非鉄金属]]
[[硫酸銅]]（学校の教材）
[[タフピッチ銅]]
[[無酸素銅]]
[[農用地の土壌の汚染防止等に関する法律]]
[[足尾鉱毒事件]]
[[ヘモシアニン]]
[[三菱伸銅]]
[[銅欠乏症]]

== 外部リンク ==
[http://www.jogmec.go.jp/mric_web/index.html 金属資源情報センター]
[http://hfnet.nih.go.jp/contents/detail674.html 銅解説 -「健康食品」の安全性・有効性情報] （[[国立健康・栄養研究所]]）
[http://hfnet.nih.go.jp/contents/indiv_agreement.html?582 銅 -「健康食品」の安全性・有効性情報] （国立健康・栄養研究所）

{{元素周期表}}

{{DEFAULTSORT:とう}}
[[Category:元素]]
[[Category:銅|]]
[[Category:銅の化合物|]]
[[Category:労働安全]]
[[Category:労働災害]]

{{Link FA|es}}

[[en:Copper]]