浅水: /* 同位体 */

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'''バナジウム''' (Vanadium) は、[[原子番号]] 23 の[[元素]]。[[元素記号]]は '''V'''。[[バナジウム族元素]]の一つ。

== 概要 ==
灰色がかかった銀白色の[[金属]]（遷移金属）。常温、常圧で安定な結晶構造は、[[体心立方格子]]構造 (BCC)で、[[比重]]は 6.11、[[融点]]は 1726℃（他に1890℃、1915℃という実験値あり）、[[沸点]]は 3410℃（3000℃、3350℃などの実験値あり）。普通の[[酸]]や、[[アルカリ]]、[[水]]とは反応しないが、[[濃硝酸]]や[[濃硫酸]]、[[フッ酸]]には溶ける。[[原子価]]は2価から5価まで多様な値をとる。

バナジン石などの鉱石が知られているが、品位が高いものはなく、資源としては他の金属に副生回収されている。原油やオイルサンド（原油分を含んだ砂）に多く含まれていることから燃焼灰も利用される。主要な産出国は[[南アフリカ]]、[[中国]]、[[ロシア]]、[[アメリカ合衆国|アメリカ]]で、この4カ国で90％超を占める。

金属としては軟らかく、延展性があり容易に圧延加工出来る。

== 用途 ==
[[製鋼]]添加剤としての用途が8割以上を占めているが、[[触媒]]としても極めて重要なほか、化学、電気、電子分野でも重要である。

* [[バナジウム鋼]]：フェロバナジウムとして添加される。[[鋼]]にバナジウムを微量(0.1％程度)添加すると[[炭素]]と結合し[[結晶]]粒がより細かい金属構造ができるため、[[靭性]]を損なわないで強度を増すことができるほか、機械的性質や耐熱性なども向上する。伝説的な[[ダマスカス鋼]]からも微量のバナジウムが確認されている。
** [[高張力鋼]]：高強度低合金鋼と呼ばれる安価で強靱な鋼として、[[高層ビル]]の構造建材や[[橋梁]]、貨車、石油パイプライン用の厚板などに使用されている。
** [[非調質鋼]]：自動車の車軸、ボルトなど。[[焼き入れ]]、[[焼き戻し]]といった調質[[熱処理]]なしでそれに匹敵する強靱さが保証される。熱処理設備が不要なので、コスト面で有利。
** [[工具鋼]]：[[スパナ]]や[[レンチ]]などの機械用[[工具]]、切削工具、対衝撃工具、金型工具など。表面には[[硬度]]が必要で、歪に対してのしなりや抵抗力が必要とされるものに、[[クロムバナジウム鋼]]（バナジウムや[[クロム]]を付加させた[[合金]]）が使われる。
** 耐熱鋼：自動車の[[エンジン]]バルブ、[[タービンブレード]]用の耐熱性[[ステンレス鋼]]

* 合金：鉄鋼系以外の合金には、主に[[アルミニウム]]との合金が利用される。
** [[チタン]]合金：航空用途向けに開発された、バナジウムを2～6％含む(Ti6.4、Ti-6Al-4V)ものが普及している。日本では[[ゴルフクラブ]]のヘッド用として多用され、使用量の半分を占めていた。その他、[[ミサイル]]や[[ジェットエンジン]]、[[原子炉]]などや、歯科用[[インプラント]]に使用される。
** [[超伝導]]体：[[ガリウム]]との[[金属間化合物]](V3Ga)は最も硬い超伝導体で臨界磁場特性も高いが、[[ニオブ]]系に比べ臨界電流が小さく、実用化は進んでいない。他に、[[強相関電子系]]の研究に使用されるバナジウム酸化物が、数万気圧の超高圧下で擬一次元超伝導体となることが判っている。

* 触媒：1924年に触媒作用が発見されて以降、バナジウム化合物を用いた触媒は広く利用され、その用途は拡大する傾向にある。
** [[硫酸]]製造用：高純度(99.9％)の五酸化バナジウムとして、接触法の硫黄酸化触媒に使用される。かつての[[白金]]触媒に替わり、広く普及した。
** 有機化学：同様に酸化触媒として、[[プラスチック]]の原料として重要な[[無水マレイン酸]]や[[無水フタル酸]]の製造に利用されている。このほか[[ルイス酸]]触媒としての用途もあり、また使用化学形は様々で、メタバナジン酸塩や酸化バナジウムの有機[[錯体]]、さらに高分子化合物なども開発されている
** 排ガス処理：脱硝用に、[[タングステン]]やチタンの酸化物と複合、または表面担持して用いられる。また[[水素化脱硫装置]]により得られる[[硫化水素]]の酸化触媒として用いられることがある。

* [[顔料]]、[[塗料]]：バナジウムは酸化数による色彩の変化が多様であるため、高温に耐える着色剤として利用される。バナジウムの示す色としては、五酸化バナジウムや三塩化バナジウムが鮮やかなオレンジ～赤を示すほか、概ね2価が紫、3価が緑、4価が青であり、5価で無色となる。
** [[セラミックス]]の[[上薬]]として使用され、他の[[元素]]を添加することにより、さまざまな[[色]]を合成することができる。
** [[ターコイズブルー]]（ZrSiO4にバナジウムイオンが固溶したもの：[[青|青色]]の[[セラミックス|セラミック]][[顔料]]）
** ビスマスバナジウムイエローがバナジウム酸ビスマスから製造され、[[カドミウムイエロー]]の代替として普及している
** アルミニウム系塗料の着色にも使用される

* 電子素子：四酸化二バナジウムや三酸化二バナジウムは[[酸化物半導体]]として、温度によって[[電気抵抗]]が大きく変化する性質を持つことから、[[サーミスタ]]や[[赤外線カメラ]]の[[CMOS]]受光素子に利用されている。
* [[レドックス・フロー電池]]：金属バナジウムと硫酸バナジルの希硫酸溶液で構成される[[二次電池]]の一種。バナジウム価数の変化により、充放電が行われる。電力貯蔵用大型電池として[[ナトリウム・硫黄電池]]を越える可能性が期待されている。
* [[蛍光体]]：小型表示素子に使用される薄い発光部の素材として、研究が進められている。
* [[化学気相蒸着法]](CVD)用の材料としてバナジウム[[アルコキシド]]が利用される。

==歴史==
バナジウムの発見には紆余曲折があり、歴史に埋もれ掛けた別名をいくつか持っている。

* 18世紀メキシコの[[イダルゴ州]]シマパン鉱山で、バナジン鉛鉱(Vanadinite)が発見
* 1801年デル・リオ([[:en:Andrés Manuel del Río]])が未知の化合物を発見し、クロムを思わせる色調からパンクロミウム(Panchromium)と命名（後に、化合物を加熱すると鮮やかな赤色になることから、'''エリスロニウム'''(Erythronium)と改名）
* 1805年フランスの研究機関によってクロムと鑑定されてしまい、その後も不運から新元素は公認されなかった
* 1830年スウェーデンのセフストレーム([[:en:Nils Gabriel Sefström]])が軟鉄中から再発見
:非常に美しいさまざまな色に着色することから、スカンジナビア神話の愛と美の[[女神]][[バナジス]](Vanadis)にちなんで命名された。
* 1831年ドイツのフリードリッヒ・ヴェーラー([[:en:Friedrich Wöhler]])によって、エリスロニウムとバナジウムが同じものと確認される（後に[[アメリカ合衆国|アメリカ]]でRioniumが提案されたが実現はしなかった）
* 1867年イギリスのヘンリー・エンフィールド・ロスコー([[:en:Henry Enfield Roscoe]])が三塩化バナジウムの水素還元により、金属バナジウムを得る
* 1880年イタリアのアルカンジェロ・スカッキ([[:en:Arcangelo Scacchi]])が新元素を発見し、[[ベスビオ山]]にちなんでVesbiumと命名したが、後にバナジウムと判明
* 1925年アメリカで金属カルシウムによる還元により、高純度の金属バナジウムを精製することに成功

== 生産 ==
物質としてのバナジウムは広範囲に分布し、ほとんどどこにでも存在する。しかし、資源としては偏在性が強く、埋蔵量のほとんどは[[南アフリカ共和国|南アフリカ]]、[[中華人民共和国|中国]]、[[ロシア]]に存在するほか、ベネズエラのオリコタール（超重質油中）やカナダのオイルサンドビチューメン等の中に硫黄などと共に含まれる。また、その生産も、上記3カ国と[[アメリカ合衆国|アメリカ]]とで9割以上を占める。そのため、供給は不安定なものとなりやすく、これらの国家や生産企業の動向による価格の高騰が、1988、1994、1997、2003、および2004年以降と頻繁に発生している。

緑鉛鉱のPO4をVO4で置き換えた鉱物として褐鉛鉱（バナジン鉛鉱：Vanadinite;Ca5(VO4)3(OH, F, Cl)）があるほか、カルノー石(Carnotite;2(UO2)2(VO4)2・3H2O)、パトロン石(Patronite;V2S5)などが知られているが、資源としては品位が低い。加えて、バナジウムの多くは他の鉱物と共に（あるいはむしろ他の鉱物のついでに）産出されており、他の鉱物の需給状況にバナジウムの生産も影響を受けることとなっている。 
以上のような背景から、[[日本]]国内において[[産業]]上重要性が高いにもかかわらず、産出地に偏りがあり供給構造が脆弱である。日本では国内で消費する[[鉱物]][[資源]]の多くを他国からの[[輸入]]で支えている実情から、万一の国際情勢の急変に対する[[安全保障]]策として国内消費量の最低60[[日]]分を国家備蓄すると定められている。またリサイクル確立も重要視され、日本では廃触媒からの回収や、[[重油]][[ボイラー]]の灰などからの回収が行われている。

== 生体におけるバナジウム ==
バナジウムは、ヒトを含む大部分の脊椎動物にとって不可欠な[[ミネラル]]ではない。しかし、生体内の酵素や錯体の構成に加わっている例が多数確認されており、特に[[窒素固定]]細菌では、その酵素系における必須元素の[[モリブデン]]が欠乏した時、これを補うためにバナジウムを含む酵素が働くことが判っている。これらから、一部の生物では何らかの役割を果たしているものと考えられている。

=== 濃縮 ===
バナジウムは様々な生物（比較的単純な生物が多い）から検出され、乾燥重量で100[[ppm]]を超える生物も多数確認されている。また、特異的に濃縮する生物も何種か知られている。[[石油]]中に多く含まれる原因とも考えられている。
* [[ホヤ]]：血液中の濃縮細胞（バナドサイト）内にpH3前後の硫酸とともに、種によって海水の数万～数百万倍の濃度で蓄積し、最も著しい例では1%に達する。また、血液中に緑色のヘモバナジンという[[ヘモグロビン]]や[[ヘモシアニン]]に似た構造の[[金属タンパク質]]を持ち、その中心元素はバナジウムである。発見時は[[呼吸色素]]の一種と考えられたが、その後の研究で無関係とされた。どんな役目があるのか判っていない。
* [[ベニテングダケ]]：選択的に取り込み、4価の錯体（アマバジン）として保持しているとされる。
* 藻類：[[コンブ]]などの褐藻や紅藻で多い
* [[地衣類]]、[[環形動物]]の[[ケヤリムシ]]、一部の[[プランクトン]]

このほか「多く含まれている食品」として[[エビ]]や[[カニ]]、[[パセリ]]、黒[[コショウ|こしょう]]、[[マッシュルーム]]などが知られている。

=== 毒性 ===
バナジウムイオンが試験管内で細胞に対し、致死毒性を持つことが確認されている。

* 水生生物に対する毒性：急性LC50の調査結果によると、濃度レベルは0.1から100mg/L台の範囲にあり、大部分の生物が1~12 mg/L であったという。特に鋭敏な生物は[[カキ]]で、幼生の発生への影響が0.05 mg/Lで現れる。
* ラット・マウスの経口投与：5価バナジウム化合物に対する半数致死量(LD50)としてそれぞれ10mg/kg、5～23mg/kg。
* ヒトに対する影響：現在のところ[[世界保健機関|WHO]]は、無機バナジウムの[[発癌性]]について、その有無を判断できる材料がないとしている。このため、ヒトに対して発癌性があるかもしれない、と分類されている。
* 作業環境における管理濃度：五酸化バナジウムの粉じんについては、0.03mg/m3（バナジウムとして）が定められている

=== 医薬・健康 ===
現在、ある程度効果が確認されているものは、次のとおり。
* ラットを使った研究でインスリン（インシュリン）に似た働きをする（血糖値を下げる）ことが示唆され、糖尿病治療薬になるのではないかと注目されている。（ただし、人体でも有意に同様の効果が現れたという報告はない）
* 理論的に、抗凝血薬の作用を強める（効果と副作用の両方とも）可能性がある

[[健康食品]]に関連して2000年頃から話題になり、[[ミネラルウォーター]]や[[サプリメント]]が販売されている。
検証はなされていないが、摂取することで何等かのメリットがあるものと期待させる[[宣伝]]が行われている。（→[[疑似科学]]）

== 環境への放出 ==
バナジウムは石油、石炭中に多く含まれていることから、その燃焼により毎年10万トンのレベルで大気中に放出されている。自然現象による放出は年間10トンのレベルと見積もられており、大気中の浮遊塵や降水中に含まれるバナジウムはそのほとんどが、人間活動によるものである。

従って、天然水中のバナジウムを定量することで、化石燃料による影響を評価することができるが、バナジウムは安定した酸化物を形成するため、原子吸光分析では電気加熱炉法を用いる必要がある。

== バナジウムの化合物 ==
* [[酸化バナジウム(II)]](VO)：酸化バナジウム
* [[酸化バナジウム(III)]](V2O3)：三酸化二バナジウム
* [[酸化バナジウム(IV)]](VO2)：二酸化バナジウム
* [[五酸化バナジウム]](V2O5)：五酸化二バナジウム、酸化バナジウム(V)
* [[オキシ硫酸バナジウム]](VOSO4)：酸化硫酸バナジウム(IV)
* [[臭化バナジウム(III)]](VBr3)：三臭化バナジウム
* [[オキシしゅう酸バナジウム]](V(C2O4)O)：しゅう酸酸化バナジウム(IV)
* [[セレン化バナジウム]](IV)(VSe2)：二セレン化バナジウム
* 水酸化バナジウム
* 水素化バナジウム(VHx)
* 炭化バナジウム(VC)
* 窒化バナジウム(VN)
* 二ケイ化バナジウム(VSi2)
* ホウ化バナジウム(VB)
* 二ホウ化バナジウム(VB2)
* ヨウ化バナジウム(II)(VI2)：二ヨウ化バナジウム
* 硫化バナジウム(III)(V2S3)：三硫化二バナジウム
* [[塩化バナジウム(III)]](VCl3)：三塩化バナジウム
* [[オキシ二塩化バナジウム]](VCl2O)：二塩化酸化バナジウム
* [[オキシ三塩化バナジウム]](VCl3O)：三塩化酸化バナジウム

* 二バナジン酸カリウム(K4V2O7)：ピロバナジン酸カリウム
* バナジン酸カリウム(K3VO4)：テトラオキソバナジン(V)酸カリウム
* メタバナジン酸カリウム(KVO3)：トリオキソバナジン(V)酸カリウム
* バナジン酸鉄(II)(FeV2O4)：テトラオキソバナジン(III)酸鉄(II)
* メタバナジン酸ナトリウム(NaVO3)：トリオキソバナジン(V)酸ナトリウム
* バナジン酸ナトリウム(Na3VO4)：テトラオキソバナジン(V)酸ナトリウム
* 二バナジン酸ナトリウム(Na4V2O7)：ピロバナジン酸ナトリウム
* メタバナジン酸リチウム(LiVO3)：トリオキソバナジン(V)酸リチウム
* 二バナジン酸ルビジウム(Rb4V2O7)：ピロバナジン酸ルビジウム
* メタバナジン酸ルビジウム(RbVO3)：トリオキソバナジン(V)酸ルビジウム
* バナジン酸ルビジウム(Rb3VO4)：テトラオキソバナジン(V)酸ルビジウム

== 同位体 ==
{{main|バナジウムの同位体}}

== 外部リンク ==
{{Commons|Vanadium}}
* [http://www.jogmec.go.jp/mric_web/ 金属資源情報センター]（[[石油天然ガス・金属鉱物資源機構]]）
* [http://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/ecopro/rosuzuki/gakkai/06gakkai/Suzuki_Yoshinaga.pdf 金属バナジウムの製造]
* [http://hfnet.nih.go.jp/contents/indiv_agreement.html?724 バナジウム - 「健康食品」の安全性・有効性情報] （[[国立健康・栄養研究所]]）
* [http://www.nihs.go.jp/hse/cicad/cicad.html 国際簡潔評価文書全文訳] 29.無機バナジウム化合物（[[国立医薬品食品衛生研究所]]）

{{元素周期表}}

{{DEFAULTSORT:はなしうむ}}
[[Category:元素]]
[[Category:バナジウムの化合物|*]]

[[en:Vanadium]]

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 == 同位体 ==
-{{main|バナジウムの同位体}}
+様々な同位体が存在する。
 == 外部リンク ==

バナジウム - 変更履歴

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