最終更新：2025年12月16日

アンチモン (51)：見過ごされている戦略的メタロイド

アンチモンの発見の歴史

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。エジプト人は天然のアンチモン硫化物（輝安鉱、Sb₂S₃）を紀元前3000年から黒いアイライナー（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、輝安鉱を指します。

民間語源では、ラテン語のanti-monachum（修道士に対する）という組み合わせから名付けられたという説もあり、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偽りです。化学記号のSbは、ラテン語のstibium（輝安鉱の古い名前）に由来します。

金属アンチモンは中世に知られていましたが、その調製は錬金術の謎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年）は、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。

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・ラボアジエ（1743-1794年）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。

注記：
アンチモンは地殻中に平均約0.2 ppmの濃度で存在し、比較的希少です。スズの約10分の1の量ですが、銀の約10倍の量です。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）、セナルモン鉱（立方体Sb₂O₃）、ケルメス鉱（Sb₂S₂O）が含まれます。

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、アンチモンを非常に戦略的で地政学的な混乱に弱い物質にしています。

アンチモンは、EU、米国、その他の主要経済圏によって重要な物質と見なされています。これは、消防安全とバッテリーへの重要性、およびその生産の極端な地理的集中によるものです。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技術的な回収の難しさによって制限されています。

構造と基本的な性質

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個の電子を持ちます。

アンチモンは銀灰色の光沢を持つ固体ですが、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、脆く粉末になりやすく、展延性や延性がありません。

アンチモンは631 °C（904 K）で融解し、1587 °C（1860 K）で沸騰します。アンチモンの独特で貴重な性質は、固化時に約1.7%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、歴史的に精密な活字の製造に利用されてきました。

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強いですが、湿った空気中ではゆっくりと酸化します。

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（基本的な物理的性質）
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 / 注記
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⁻）。原子炉での活性化生成物で、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。

電子配置と電子殻

注記：
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5つの電子殻に持ちます。その完全な電子配置は： 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。この内側の殻は完全で非常に安定です。
L殻 (n=2)：2s² 2p⁶に8個の電子が配置されています。この殻も完全で、ネオンの貴ガス配置を形成します。
M殻 (n=3)：3s² 3p⁶ 3d¹⁰に18個の電子が配置されています。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個の電子が配置されています。完全な4d軌道は特に安定です。
O殻 (n=5)：5s² 5p³に5個の電子が配置されています。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、アンチモンが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、金属アンチモニド（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

アンチモンは室温での空気中では比較的安定で、ゆっくりと酸化して保護酸化膜を形成します。高温（400 °C以上）では、アンチモンは空気中で白い炎を上げて燃焼し、三酸化アンチモン（Sb₂O₃）を生成します。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：4Sb + 3O₂ → 2Sb₂O₃。

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。

強塩基との融解反応では、アンチモンはアンチモネートを形成します。三硫化アンチモン（Sb₂S₃）は天然の輝安鉱で、重要な化合物であり、暗灰色の金属色をしています。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）；
弾丸や弾薬（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；
軸受やブッシュ用の低摩擦合金（バビットメタル）；
活字用合金（鉛-アンチモン-スズ合金）；
ガラス、セラミック、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薬；
プラスチックや塗料の安定剤および顔料；
熱電およびペルチェ冷却装置。

難燃剤：主要な応用

アンチモンの主要な応用は、世界需要の約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スト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、臭素または塩素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。

このメカニズムには、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、電子機器の消防安全基準を満たすことができます。

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。

アンチモンと鉛蓄電池

アンチモンの2番目の主要な応用は、鉛蓄電池用の鉛合金の硬化剤です。鉛に2-5%のアンチモンを加えることで、硬度、機械的強度、鋳造性が大幅に向上し、これらはバッテリーの正極グリッドにとって不可欠な性質です。正極グリッドは腐食や機械的ストレスに数年間耐える必要があります。

鉛-アンチモン蓄電池は、アンチモンフリーの蓄電池に比べて高温での性能が優れ、寿命が長いです。しかし、自己放電が速く、水の消費量（加水分解）が多いため、定期的なメンテナンスが必要です。現代の車両用バッテリーは、メンテナンスを減らすために鉛-カルシウム合金を使用することが多いです。

産業用バッテリー、重負荷用始動バッテリー、通信用バッテリー、およびトラクションバッテリー（フォークリフト、潜水艦）は、優れた性能のために引き続き鉛-アンチモン合金を使用しています。この応用は、世界のアンチモン需要の約20-25%を占めています。

毒性と環境への懸念

アンチモンおよびその化合物は、化学形態に応じて中程度から高い毒性を示します。三酸化アンチモン（Sb₂O₃）は、国際がん研究機関（IARC）によってヒトに対して発がん性が疑われる物質（グループ2B）に分類されています。暴露は主に冶金および加工産業での粉塵の吸入によって発生します。

急性のアンチモン暴露は、目の刺激、皮膚および呼吸器系の刺激、吐き気、嘔吐を引き起こします。慢性的な暴露は、肺（肺塵症）、心血管および皮膚の問題を引き起こす可能性があります。これらの影響はヒ素に似ていますが、一般的に重症度は低いです。

アンチモンは環境中、特に鉱山や製錬所の近くの土壌に蓄積します。産業源および廃棄物の浸出による水のアンチモン汚染は、一部の地域で問題となっています。飲料水基準は通常、限度を5-6 µg/Lに設定しています。

天体物理学と宇宙論における役割

アンチモンは、主に漸近巨星分枝（AGB）星におけるsプロセス（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プロセス（速い中性子捕獲）による寄与は少ないです。アンチモンの2つの安定同位体はこれらのプロセスによって生成されます。

アンチモンの宇宙存在量は極めて低く、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）を持ち、偶数の陽子を持つ元素よりも安定性が低く、核安定性曲線の不利な領域に位置するためです。

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量が非常に低いため、恒星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プロセス元素で極めて豊富な化学的に特異な星のいくつかでアンチモンの痕跡が検出され、進化したAGB星における核合成プロセスの研究が可能となっています。