最終更新：2025年12月16日

アンチモン (Sb, Z = 51)：見過ごされている戦略的メタロイド

天体物理学と宇宙論における役割

星におけるアンチモンの合成

アンチモンは、主に漸近巨星分枝（AGB）星におけるs過程（遅い中性子捕獲）によって星で合成され、超新星や中性子星の合体時のr過程（速い中性子捕獲）による寄与もわずかにあります。アンチモンの2つの安定同位体は、これらの過程によって生成されます。

極めて低い宇宙存在度

アンチモンの宇宙存在度は極めて低く、水素の原子数に対して約3×10⁻¹¹倍であり、宇宙で最も希少な元素の一つです。この極端な希少性は、アンチモンが奇数の陽子（51個）を持つために偶数の元素よりも不安定であり、核安定性曲線の不利な領域に位置することなど、複数の要因によって説明されます。

スペクトル観測の困難さ

中性アンチモン（Sb I）およびイオン化アンチモン（Sb II）のスペクトル線は、この元素の宇宙存在度が非常に低いため、星のスペクトルで観測することが極めて困難です。しかしながら、s過程元素に超濃縮されたいくつかの化学的に特異な星において、アンチモンの痕跡が検出されており、進化したAGB星における核合成過程の研究が可能となっています。

アンチモンの発見の歴史

古代の使用と語源

アンチモンは古代から知られていましたが、しばしば他の物質と混同されていました。エジプト人は紀元前3000年ごろから、天然のアンチモン硫化物（輝安鉱、Sb₂S₃）を黒いアイライナー（コール）として使用していました。バビロニア人やアッシリア人も、化粧品や染料としてアンチモンを使用していました。アンチモンという名前は、おそらくアラビア語のithmidまたはal-'ithmidに由来し、これは輝安鉱を指します。

名前の由来と象徴性

民間語源では、アンチモンという名前をラテン語のanti-monachum（修道士に対する）に結びつけることがあり、アンチモンが修道士にとって有毒であることを示唆していますが、この由来はおそらく誤りです。化学記号Sbは、輝安鉱の古い名前であるラテン語のstibiumに由来します。

中世と錬金術の知識

金属アンチモンは中世には知られていましたが、その調製は錬金術の秘密に包まれていました。ドイツのベネディクト会修道士であるバシレウス・ヴァレンティヌス（1394-1450）は、15世紀（日付は不確実）に錬金術の著作の中で、アンチモンの様々な調製法とその性質について記述しました。彼の著作「アンチモンの勝利の戦車」（1604年頃出版）では、アンチモンの精製方法と医学的用途が詳細に説明されています。

近代科学的認識

アンチモンが独自の化学元素として認識されるようになったのは、18世紀に徐々に進みました。アントワーヌ・ラヴォアジエ（1743-1794）は、1789年に化学元素のリストにアンチモンを含めました。アンチモンは19世紀から主に冶金と顔料のために工業的に大量生産されるようになりました。

地球上の存在と生産（注記）

アンチモンは地殻中に平均濃度約0.2 ppmで存在し、比較的希少な元素です。スズの約10分の1の存在量ですが、銀の約10倍の存在量です。主なアンチモン鉱石は輝安鉱（Sb₂S₃）で、約71％のアンチモンを含みます。二次鉱石には、バレンチナイト（Sb₂O₃）、セナーモンタイト（立方晶Sb₂O₃）、ケルメサイト（Sb₂S₂O）があります。

世界の生産と戦略的課題（注記）

世界のアンチモン生産量は年間約15万から18万トンです。中国が世界生産量の約60〜70％を占め、次いでロシア、タジキスタン、ボリビア、南アフリカが続きます。このような生産の極端な集中は、アンチモンを地政学的混乱に対して非常に脆弱な戦略的物質としています。

クリティカルな地位とリサイクル（注記）

アンチモンは、火災安全とバッテリーへの重要性、および生産の極端な地理的集中から、欧州連合、アメリカ合衆国、その他の主要経済圏によってクリティカルな物質と見なされています。アンチモンのリサイクルは控えめで、供給の約10〜15％を占め、主に使用済み鉛蓄電池から回収されています。リサイクル率は、合金中のアンチモンの希釈と回収の技術的困難によって制限されています。

構造と基本的な性質

分類と原子構造

アンチモン（記号Sb、原子番号51）は、周期表の15族に属するメタロイドで、窒素、リン、ヒ素、ビスマスとともに分類されます。その原子は51個の陽子、通常70個の中性子（最も豊富な同位体 \(\,^{121}\mathrm{Sb}\)）、および電子配置[Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p³の51個の電子を持っています。

外観と物理的性質

アンチモンは銀白色の光沢を持つ固体で、金属光沢がありますが、その性質は金属と非金属の中間に位置し、メタロイドとして分類される理由となっています。密度は6.69 g/cm³で、中程度の重さです。アンチモンはヒ素と同様の菱面体構造で結晶化し、脆くて粉末になりやすく、展延性がありません。

変態温度とユニークな性質

アンチモンの融点は631 °C（904 K）、沸点は1587 °C（1860 K）です。アンチモンのユニークで貴重な性質は、固化時に約1.7％体積が膨張することです。この性質は水、ビスマス、ガリウムと共有されており、歴史的に活字の製造に利用されてきました。

伝導性と耐食性

アンチモンは熱と電気の不良導体であり、これはメタロイドの特徴的な性質です。電気抵抗は銅の約400倍です。アンチモンは室温での大気腐食に対してよく耐えますが、湿った空気中ではゆっくりと酸化します。

熱的特性と膨張（概要）

アンチモンの融点：904 K（631 °C）。
アンチモンの沸点：1860 K（1587 °C）。
アンチモンは固化時に約1.7％膨張し、これは希少で貴重な性質です。

アンチモンの同位体表

アンチモンの同位体（主要な物理的性質）
同位体 / 記号	陽子 (Z)	中性子 (N)	原子質量 (u)	天然存在比	半減期 / 安定性	崩壊 / 備考
アンチモン-121 — \(\,^{121}\mathrm{Sb}\,\)	51	70	120.903815 u	≈ 57.21%	安定	アンチモンの最も豊富な安定同位体で、総量の半分以上を占めます。
アンチモン-123 — \(\,^{123}\mathrm{Sb}\,\)	51	72	122.904214 u	≈ 42.79%	安定	アンチモンの2番目に豊富な安定同位体で、総量の2/5以上を占めます。
アンチモン-124 — \(\,^{124}\mathrm{Sb}\,\)	51	73	123.905935 u	合成	≈ 60.2日	放射性（β⁻）。原子炉内の活性化生成物で、トレーサーとして使用されます。
アンチモン-125 — \(\,^{125}\mathrm{Sb}\,\)	51	74	124.905253 u	合成	≈ 2.76年	放射性（β⁻）。核分裂および活性化生成物で、工業用ラジオグラフィーに使用されます。

アンチモンの電子配置と電子殻

N.B.：
電子殻：電子が原子核の周りにどのように配置されているか。

アンチモンは51個の電子を持ち、5つの電子殻に分布しています。完全な電子配置は：1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p³、または簡略化すると：[Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p³。この配置はK(2) L(8) M(18) N(18) O(5)とも表記できます。

電子殻の詳細構造

K殻 (n=1)：1s軌道に2個の電子を含みます。この内殻は完全で非常に安定しています。
L殻 (n=2)：2s² 2p⁶に8個の電子が分布しています。この殻も完全で、貴ガス（ネオン）の配置を形成しています。
M殻 (n=3)：3s² 3p⁶ 3d¹⁰に18個の電子が分布しています。この完全な殻は電子シールドに寄与します。
N殻 (n=4)：4s² 4p⁶ 4d¹⁰に18個の電子が分布しています。完全な4d軌道は特に安定しています。
O殻 (n=5)：5s² 5p³に5個の電子が分布しています。これらの5個の電子はアンチモンの価電子です。

価電子と酸化状態

アンチモンは5個の価電子を持ちます：2個の5s²電子と3個の5p³電子。主な酸化状態は-3、+3、+5です。+3状態が最も一般的で、アンチモンは3個の5p³電子を失い、三酸化アンチモン（Sb₂O₃）や三塩化アンチモン（SbCl₃）などの化合物として現れます。

+5状態は、五酸化アンチモン（Sb₂O₅）や五塩化アンチモン（SbCl₅）などのより酸化された化合物に存在しますが、これらの化合物はアンチモン(III)化合物よりも安定性が低いです。-3状態は、金属アンチモン化物（GaSb、InSbなど）に現れ、アンチモンが電子受容体として作用し、Sb³⁻イオンを形成します。金属アンチモンは酸化状態0に相当します。

化学的反応性

空気と酸素との反応

アンチモンは室温では比較的安定していますが、ゆっくりと酸化して保護的な酸化物の薄い層を形成します。高温（400 °C以上）では、アンチモンは空気中で明るい白色の炎を上げて燃焼し、三酸化アンチモン（Sb₂O₃）を生成し、白い煙として放出されます：4Sb + 3O₂ → 2Sb₂O₃。この白い煙は歴史的に劇場効果を作り出すために使用されてきました。

ハロゲンと酸との反応

アンチモンはハロゲンと反応して三ハロゲン化物または五ハロゲン化物を形成します：2Sb + 3Cl₂ → 2SbCl₃（三塩化物）または2Sb + 5Cl₂ → 2SbCl₅（五塩化物）。三塩化アンチモンは発煙性の吸湿性液体で、化学合成に使用されます。アンチモンは非酸化性酸には耐性がありますが、濃硝酸や王水には溶解します。

塩基と硫黄化合物との反応

強塩基との融解反応により、アンチモンはアンチモネートを形成します。硫化アンチモン(III)（Sb₂S₃）は天然鉱物の輝安鉱で、暗灰色の金属色をした重要な化合物です。歴史的に顔料、化粧品、医薬品として使用されてきました。

アンチモンの産業および技術的応用

難燃剤（三酸化アンチモンSb₂O₃）として、プラスチック、繊維、電子機器に使用 - 需要の60％;
鉛蓄電池用の鉛合金の硬化剤（2-5％Sb）;
弾薬や銃弾（硬度のための鉛-アンチモン合金）;
化合物半導体（InSb、GaSb）として赤外線検出器に使用;
ポリエチレンテレフタレート（PET）生産の触媒;
摩擦低減合金（バビットメタル）として軸受やブッシュに使用;
活字合金（鉛-アンチモン-スズ合金）;
ガラス、セラミックス、エナメルの着色剤および不透明剤;
電子機器用の高温はんだ;
一部の抗寄生虫薬およびライシュマニア症の治療;
プラスチックや塗料の安定剤および顔料;
熱電素子およびペルチェ冷却装置。

難燃剤：主要な応用

主な用途と作用機序

アンチモンの主要な応用は、世界的な需要の約60％を占める三酸化アンチモン（Sb₂O₃）で、ハロゲン化難燃剤のシナジー剤として使用されます。三酸化アンチモン自体は効果的な難燃剤ではありませんが、臭素化または塩素化化合物と相乗効果を発揮し、ポリマー材料の燃焼を著しく抑制します。

化学的保護機構

この機構には、高温で揮発性のアンチモン三ハロゲン化物（SbCl₃、SbBr₃）が形成され、ガス相でのフリーラジカル反応を妨害し、効果的に火を消し止めます。このアンチモン-ハロゲンの組み合わせは特に効果的で経済的であり、プラスチック、繊維、フォーム、電子機器の防火安全基準を満たすことができます。

具体的な応用と環境問題

典型的なテレビには、プラスチック部品に5-10グラムの三酸化アンチモンが含まれ、コンピュータには3-5グラムが含まれており、巨大な需要を生み出しています。しかし、ハロゲン化難燃剤に関する環境および健康上の懸念（毒性、生物濃縮、焼却時のダイオキシン生成）により、一部の応用では徐々に制限が進んでおり、アンチモンの需要に影響を与えています。