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リン(元素)【りん】

日本大百科全書(ニッポニカ)

リン(元素)
りん
phosphorus

周期表第15族に属し、非金属元素の一つ。古くヨーロッパでは暗闇で光るものをphos(光)、phoros(運ぶもの)とよんでいたし、中国や日本でも陰火、鬼火などを燐(りん)とよんでいた。たとえばBolognian phosphorosとよばれたものは、イタリアのボローニャ地方で発見された重晶石を熱してつくった不純物を含む硫化バリウムで、暗中で発光するリン光体であった。これらはphosphorusとよばれていた。1669年ドイツのハンブルクの商人で錬金術師のブラントHenning Brand(1630―1710)は、人間の尿を蒸発濃縮し、空気を遮断して強熱し、白色ワックス状の物質を得た。これが現在リンといっているものの初めてのものであるといえよう。そしてこのものが暗闇で光を発することが知られ多くの人に興味をもたれた。ドイツのクンケルJ. Kunckel(1630―1702)は1678年、尿に砂を混ぜて熱することにより、よりよくつくれることをみいだした。1771年スウェーデンのシェーレは骨灰からリンを取り出すことに成功し、18世紀の終わりごろには、フランスのラボアジエが、リンが元素であることを示した。

[守永健一・中原勝儼]

存在

天然には単体として存在せず、酸素と化合したリン酸の誘導体としてみいだされる。おもな鉱物は燐(りん)灰石Ca5F(PO4)3であり、鳥の糞(ふん)が堆積してできるグアノ質リン鉱石もある。動物の骨や歯はおもにリン酸カルシウムであり、生物体には複雑な有機リン化合物(核酸など)として含まれ、生命に重要な役割をもっている。

[守永健一・中原勝儼]

製法

昔は骨灰を硫酸で処理してリン酸をつくり、木炭などと乾留してつくった。現在、工業的には燐鉱石に珪石(けいせき)とコークスを加え、電気炉中で1400~1500℃に強熱し、発生するリン蒸気を水中に導いて凝縮させると、
  4Ca5(PO4)3+18SiO2+30C
   ―→18CaSiO3+9CaF2+30CO+3P4
のようにして黄リンが得られる。

[守永健一・中原勝儼]

リンの同素体

リンには10種以上の同素体が報告されているが、基本的には白(黄)リン、紫リンおよび黒リンである()。リンを蒸留すると正四面体のP4分子として蒸発し、これを冷却すると白リンが得られる。白リンは蒸留したばかりでは無色であるが、しばらくすると表面が黄色になる。このため白リンは黄リンともよばれる。黄(白)リンは無色~黄色のろう状固体。純粋なものは無色で、市販品(99.9%純度)がわずかに黄色なのは、表面に赤リンの膜を生じたからであるといわれるが確かではない。黄リンは液体でも固体でもP4分子からなる。800℃以下の蒸気はP4分子からなり、これを超えるとP2への解離がおこる。赤リンは白リンと紫リンの固溶体であると考えられており、空気を絶って黄リンを400℃に数時間加熱してつくる。赤リンには6種類の変態が知られる。市販品は無定形であるが、結晶性のものに紫(し)リンがある。黒リンは黄リンを非常に高い圧力下に熱するか、水銀を触媒に黒リンの小結晶を加えて220~370℃に8日間黄リンの蒸気を熱してつくられる。黒リンは層状構造で、熱・電気を導く性質がある。

[守永健一・中原勝儼]

性質と用途

赤リンと黒リンは空気中で安定であるが、黄リンは空気中でリン光を発して酸化されるので水中に蓄える。発火点は、黄リンが約60℃、赤リンが230℃である。黄リンは二硫化炭素、ベンゼン、エーテルなどに溶けるが、赤リンと黒リンは水、二硫化炭素に溶けない。化学的反応性は黄リンがもっとも大きく、黒リンがもっとも小さい。黄リンはハロゲンと激しく反応するが、赤リンは熱しなければ反応しない。また、水酸化アルカリの濃溶液と熱するとき、黄リンはホスフィンPH3とホスフィン酸塩を生じて反応するが、赤リンは反応しない。赤リンも硫黄(いおう)と熱すれば硫化物をつくり、多くの金属と直接反応してリン化物をつくる。また黄リンと赤リンは濃硝酸によってリン酸を生じる。黄リンは猛毒である(経口致死量0.1グラム)。

 黄リンはリン酸およびリン酸塩、赤リンなどの製造原料や殺鼠(さっそ)剤として、赤リンはマッチの製造、リン青銅などの製造、リンを含む医薬・農薬の合成などに用いられる。リン酸塩は合成洗剤、肥料としての用途が広い。

[守永健一・中原勝儼]

必須元素としてのリン

リンは地球上の全生物にとって水素、酸素、炭素、窒素、硫黄とともに必須元素である。人体中には平均0.63%(第11位)含まれている。人体では骨や歯は主成分がヒドロキシアパタイトCa5(PO4)3(OH)であり、デオキシリボ核酸(DNA)やリボ核酸(RNA)その他リン酸誘導体として、遺伝、光合成、代謝、神経、筋肉の作用など生体の重要な役割を果たしている。

[守永健一・中原勝儼]

人体とリン

リンは人体に約670グラム含まれ、無機質のなかでカルシウムの約1.2キログラムに次いで多い。とくに骨に多く、体内のリンの85%近くが骨の形成成分(リン酸カルシウム)として存在する。残りのリンは体全体に分布し、重要な生理作用をもっている。体液中のリンはリン酸イオンとして存在し、体液のpH調節に重要である。さらに細胞内では核タンパク質やリン脂質の構成成分であり、エネルギー代謝においてはATP(アデノシン三リン酸)としてエネルギーの産生に直接関係している。糖質、脂質の代謝にはリン酸塩が必要であり、各種の補酵素の構成成分でもある。ほとんどすべての食品に分布するが、とくに穀類、豆類に多い。食品からの摂取が容易なので欠乏や不足はみられない。摂取にあたってはカルシウムとのバランスがとれているほうが望ましく、一般にカルシウムとリンの比率はほぼ同量がよい。日本人の食生活では穀物の摂取が多いのでリンが多くとられている。穀物中のリンはフィチンという形で存在し、消化吸収が悪く、過剰摂取の問題は少ない。しかし、加工食品においては、pH調整用としてリン酸塩類が使用されたり、キレート化合物の性質をもち、品質改良剤として有用なポリリン酸塩なども使用されたりしている。したがって、加工食品を偏って食したときには、リンの過剰摂取が問題となり得る。食事からとるべき量については、「日本人の食事摂取基準」(厚生労働省)により、目安量、および過剰摂取による健康障害のリスクを下げるための上限量が設定されている。

[河野友美・山口米子]

『藤原彰夫・岸本菊夫著『燐と植物1 燐の農学と農業技術』『燐と植物2 燐の工学と工業技術』(1988、1993・博友社)』『井上勝也監修、金沢孝文著『リン――謎の元素は機能の宝庫』(1997・研成社)』『小田部廣男著『リン鉱石とリン資源』(1997・日本燐資源研究所)』『糸川嘉則編『ミネラルの事典』(2003・朝倉書店)』『鈴木正司・秋澤忠男編『腎不全とリン』(2004・日本メディカルセンター)』『菱田明・佐々木敏監修『日本人の食事摂取基準2015年版――厚生労働省「日本人の食事摂取基準」策定検討会報告書』(2014・第一出版)』

出典:小学館 日本大百科全書(ニッポニカ)
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