フッ素のソースを表示

{{元素
|name=fluorine
|pronounce={{IPA-en|ˈflɔːrɪn|}}
|number=9
|symbol=F
|left=[[酸素]]
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|series=ハロゲン
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|melting point K=53.53
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{{Elementbox_isotopes_decay2 | mn=18 | sym=F | na=[[放射性同位体|天然には存在しない]] | hl=109.77 min |
dm1=[[陽電子放出|β<sup>+</sup> (97%)]] | de1=0.64 | pn1=18 | ps1=[[酸素|O]] |
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{{Elementbox_isotopes_stable | mn=19 | sym=F | na='''100%''' | n=10 }}
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[[ファイル:Fluorine 3D balls-and-stick.png|thumb|原子の手を含めたフッ素原子の3次元図]]
[[ファイル:Difluorine-2D-dimensions.png|thumb|隣り合ったフッ素原子の距離を示した2次元図で、距離は143ピコメートルである]]

'''フッ素'''（フッそ、弗素、{{lang-en-short|fluorine}}、{{lang-la-short|fluorum}}、{{lang-de-short|Fluor}}）は、[[原子番号]]9の[[元素]]である。[[元素記号]]は'''F'''<ref>{{cite book|pages=278–280|title=First outlines of a dictionary of solubilities of chemical substances| author=  Storer, Frank Humphreys| publisher= Cambridge| year=1864 }}</ref>。[[原子量]]は18.9984。[[ハロゲン]]のひとつ。

また、同元素の[[単体]]である'''フッ素分子'''（F<sub>2</sub>、二弗素）も、一般的に'''フッ素'''と呼ばれる。

== 名称 ==
フランスの[[アンドレ＝マリ・アンペール]]が「fluorine」と名付けた。この名前は[[蛍石]]（Fluorite）にちなんでいる<ref name=":0">{{Cite web|和書|url=http://www.step.aichi-edu.ac.jp/periodic-table/f.html |title=フッ素 - イラスト周期表 |accessdate=2022-06-14 |publisher=愛知教育大学}}</ref>。

アンペールはその後、「phthorine」に名前を改めた。[[ギリシア語]]の「破壊的な」という語に由来している。ギリシア語は、アンペールの新名称（{{Lang|el|Φθόριο}}）を採用した。

しかしながら、[[イギリス]]の[[ハンフリー・デービー|ハンフリー・デーヴィー]]が「fluorine」を使い続けたため、多くの言語では「fluorine」に由来する名称が定着した。日本語の「弗素」も、[[宇田川榕菴]]が音訳した弗律阿里涅（フリュオリネ）が由来である<ref>[[ニュートン (雑誌)|ニュートン式超図解最強に面白い!!]]周期表</ref>。

== 歴史 ==
古くから[[製鉄]]などにおいて、フッ素の[[化合物]]である蛍石（CaF<sub>2</sub>）が[[融剤]]として用いられた<ref name=":1">{{Cite web|和書|url=https://dl.ndl.go.jp/view/download/digidepo_11496152_po_KJ00005477654.pdf?contentNo=1&alternativeNo= |title=フッ素 - 推測と発見、単離をめぐる人々 |accessdate=2022-06-14 |publisher=日本歯科医史学会 |author=丹羽源男 |format=PDF |year=1995 |month=9}}</ref>。たとえば、[[ドイツ]]の[[鉱物学]]者[[ゲオルク・アグリコラ]]は[[1530年]]に著書『ベルマヌス（''Bermannus, sive de re metallica dialogus''）』において、蛍石を炎の中で加熱し、融解させると、融剤として適切であると記している<ref name=":1" />。[[1670年]]には、ドイツの[[ガラス]]加工業者のハインリッヒ・シュヴァンハルト（Heinrich Schwanhard）が蛍石の酸溶解物にガラスを[[エッチング]]する作用があることに気づいた。

蛍石に[[硫酸]]を加えると発生する[[フッ化水素]]は[[1771年]]、[[カール・ヴィルヘルム・シェーレ|カール・シェーレ]]が発見していた。

フランスの[[アンドレ＝マリ・アンペール]]は、未知の元素が蛍石（Fluorite）に含まれる可能性から、未発見の新元素に「fluorine」と名付けた。彼は、[[フッ化水素]]と[[塩化水素]]の組成がフッ素と[[塩素]]の違いだけであると主張した。

しかし、フッ化水素の研究は進まなかった。[[酸素]]を発見した[[アントワーヌ・ラヴォアジエ|アントワーヌ・ラヴォアジェ]]も、[[単離]]には至らなかった。

[[1800年]]、[[イタリア]]の[[アレッサンドロ・ボルタ]]が発見した[[電池]]が、[[電気分解]]という元素発見にきわめて有効な武器をもたらした。デービーは[[1806年]]から[[電気化学]]の研究を始めると、[[カリウム]]、[[ナトリウム]]、[[カルシウム]]、[[ストロンチウム]]、[[マグネシウム]]、[[バリウム]]、[[ホウ素]]を次々と単離した。しかし[[1813年]]の実験では、電気分解の結果、漏れ出たフッ素で短時間の中毒に陥ってしまう。デービーの能力をもってしてもフッ素は単離できなかった。単体のフッ素の[[酸化力]]の高さゆえである。実験器具自体が破壊されるばかりか、人体に有害なフッ素を分離・保管することもできない。

[[アイルランド]]のクノックス兄弟は実験中に中毒になり、1人は3年間寝たきりになってしまう。[[ベルギー]]のPaulin Louyetと[[フランス]]のジェローム・ニクレも相次いで死亡する。[[1869年]]、ジョージ・ゴアは[[無水物|無水]]フッ化水素に[[直流]]電流を流して、水素とフッ素を得たが、即座に爆発的な反応が起きた。しかし、偶然にもけがひとつなかったという。

[[1886年]]、ようやく[[アンリ・モアッサン]]が単離に成功する<ref name=":0" />。[[白金]]・[[イリジウム]]電極を用いたこと、蛍石をフッ素の捕集容器に使ったこと、電気分解を&minus;50&nbsp;&deg;Cという低温下で進めたことが成功の鍵だった。当時は材料にも工夫があり、[[フッ化水素カリウム]]（KHF<sub>2</sub>）の無水[[フッ化水素]]（HF）溶液を用いた。さらに、この分解は銅製の容器中で行われた。これは、モアッサンがフッ素や[[フッ化物]]は[[フッ化銅(II)|フッ化銅]]と反応しないということを発見したためで、発生したフッ素の一部を銅と反応させることで、フッ化銅を発生させ、安定して保存できるようにした<ref name=":2">{{Cite book|和書|title=元素を知る事典|year=2004|publisher=海鳴社|pages=79-80|month=11|isbn=9784875252207}}</ref>。しかしモアッサンも無傷というわけにはいかず、この実験の過程で片目の視力を失っている。フッ素単離の功績から、[[1906年]]の[[ノーベル化学賞]]はモアッサンが獲得した<ref name=":1" />。翌年、モアッサンは急死しているが、フッ素単離と急死との関係は不明である。

以上のような単離への挑戦の歴史や、反応性の高さから単体のフッ素は自然界に存在しないと考えられてきたが、2012年に鉱物[[アントゾナイト]]にフッ素分子が含まれていることが確認された<ref>[http://www.jiji.com/jc/c?g=int_30&k=2012070600701 自然界に単体フッ素＝鉱物で確認、定説覆す－独大学]{{リンク切れ|date=2017年9月 |bot=InternetArchiveBot }} 時事ドットコム 2012年7月6日</ref>。

== 分布 ==
反応性が高いため、天然には[[蛍石]]や[[氷晶石]]などとして存在し、基本的に[[単体]]では存在しない。

== 性質 ==
[[電気陰性度]]は4.0で全元素中でもっとも大きく<ref name=":2" />、[[化合物]]中では常に&minus;1の[[酸化数]]を取る。

[[単体]]は通常、二原子分子の'''F<sub>2</sub>'''として存在する。常温常圧では淡黄褐色で特有の臭い（[[塩素]]のようとも、きな臭いとも称される）を持つ[[気体]]。非常に強い[[酸化]]作用があり、猛毒。

[[分子量]]37.9968、[[融点]]&minus;219&nbsp;&deg;C、[[沸点]]&minus;188&nbsp;&deg;C<ref name=":2" />、[[比重]]1.11（沸点時、空気を1とする）。反応性がきわめて高く、[[ヘリウム]]と[[ネオン]]以外のほとんどの単体元素を[[酸化]]して、化合物（[[フッ化物]]）を作る。

ガラスや[[白金]]さえも侵すため、その性質上、単体で保存することは実質的に不可能である。もっぱら単体よりも穏やかな化合物の状態で保存され、容器には化合物であっても侵されにくい[[ポリエチレン]]製の瓶や、[[テフロン]]コーティングされた容器が用いられる。単体はフッ化水素（HF）を電解するか、フッ化水素カリウム（KHF<sub>2</sub>）を電解することで得られる。

フッ素は固体状態において、2個の結晶構造をとる。&minus;227.55&nbsp;&deg;C以下では単斜晶系のα-フッ素が、&minus;227.55〜&minus;219.62&nbsp;&deg;Cの間では立方晶系のβ-フッ素が最も安定となる。

=== 人体への影響 ===
必須[[微量元素]]のひとつであると主張する学術団体がある。欠乏と過剰になる量の範囲が狭い（[[歯のフッ素症#食事摂取基準]]を参照）。フッ素の[[サプリメント]]は、[[日本]]国外では製品化されているが、日本国内での製品化は難しいと主張されることもある。おもな摂取源は飲料水と動物の骨などである。

フッ素の過剰摂取は骨硬化症、脂質代謝障害、糖質代謝障害と関連がある（[[フッ素症]]を参照）。

=== フッ素の化学反応 ===
フッ素の単体は酸化力が強く、ほとんどすべての元素と反応する。
* 水素とは、光なしでは高温下で反応、光の存在下では室温で反応し、フッ化水素（HF）を生成する。水素とフッ素、1対1の混合物を燃焼させると、4300&nbsp;[[ケルビン|K]]程度に達する<ref name=":2" />。
* [[酸素]]とは放電により[[フッ化酸素]]（O<sub>2</sub>F<sub>2</sub>）を生じ、[[液体酸素]]とは放電により、O<sub>3</sub>F<sub>2</sub>が得られる。
* [[カルコゲン元素]]（[[硫黄]]、[[セレン]]、[[テルル]]）とは[[六フッ化物]]（[[六フッ化硫黄|SF<sub>6</sub>]]、[[六フッ化セレン|SeF<sub>6</sub>]]、[[六フッ化テルル|TeF<sub>6</sub>]]）を生成する。
* [[水]]と反応させるとフッ化水素（HF）、酸素（O<sub>2</sub>）と一部[[オゾン]]（O<sub>3</sub>）を生成する<ref name=":2" />。
* [[水酸化ナトリウム]]水溶液と反応して、OF<sub>2</sub>を生じる。
* [[窒素]]とは反応しないが、[[アンモニア]]と直接反応させると、[[三フッ化窒素]]（NF<sub>3</sub>）を生成する。
* [[炭素]]はフッ素気体中で燃焼し、[[四フッ化炭素]]（CF<sub>4</sub>）を生成する<ref>https://www.youtube.com/watch?v=1p3bWWJsLxI&feature=related<nowiki/>（英語）</ref>。
* アモルファス[[二酸化ケイ素]]（SiO<sub>2</sub>）はフッ素雰囲気下で燃焼し、[[四フッ化ケイ素]]（SiF<sub>4</sub>）と酸素（O<sub>2</sub>）になる。[[ケイ素]]の単体とは爆発的に反応する（モアッサンが単離したフッ素の確認に用いたのはこの反応であった）。
* [[鉄]]などとは即座に反応する。ほかの金属も室温から比較的低温で反応する。
* [[ニッケル]]、[[銅]]、[[鉛]]は、表面に[[フッ化銅]]（CuF<sub>2</sub>）など[[不動態]]の[[皮膜]]を形成するため、比較的[[腐食]]しにくい。
* [[金]]、白金とはおもに500&nbsp;&deg;C以上で反応する。
* [[キセノン]]とは加熱あるいは光存在下に反応し、[[二フッ化キセノン]]（XeF<sub>2</sub>）を生じる。大過剰のフッ素存在下に400&nbsp;&deg;Cで加熱すると、二、四、六フッ化物（XeF<sub>2、</sub>XeF<sub>4、</sub>XeF<sub>6</sub>）の混合物を生成する。[[クリプトン]]とは光存在下に反応し[[二フッ化クリプトン]]（KrF<sub>2</sub>）を生成する。
* [[ハロゲン元素]]とはハロゲン間化合物を生成し、[[フッ化塩素]]（ClF、ClF<sub>3</sub>）、[[フッ化臭素]]（BrF、[[三フッ化臭素|BrF<sub>3</sub>]]、BrF<sub>5</sub>）、[[フッ化ヨウ素]]（IF<sub>5、</sub>IF<sub>7</sub>）などが知られている。
* フッ素の[[酸化還元電位]]は+2.89 Vで、ほかの[[ハロゲン]]族元素に比べて非常に高い値である。[[酸素]]の+1.21&nbsp;Vより高いため、ほかのハロゲン化物塩水溶液と異なり、フッ化物塩の水溶液を[[電気分解]]してもフッ素の単体は得られず、酸素が発生する。

== 用途 ==
その性質上、フッ素を単体で使う場面は少なく、[[フッ化カルシウム]]（CaF<sub>2</sub>）と[[硫酸]]（H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>）から生成するフッ化水素（HF）を介して利用されることが多い。[[ウラン235]]（<sup>235</sup>U）濃縮のため、揮発性の高い[[六フッ化ウラン]]（UF<sub>6</sub>）を製造する目的で単体フッ素が利用されることは、特筆すべき事柄である。

フッ素を添加した[[合成樹脂]]や[[ゴム]]は、[[酸]]・[[アルカリ]]性の薬品や摩耗などに対して耐久性が高まるため、[[半導体]]製造装置や自動車などの[[部品]]・部材に使われる<ref>[https://www.nikkei.com/article/DGXMZO3400899009082018916M00/ 「ダイキン、独にフッ素樹脂開発拠点」]『日本経済新聞』電子版（2018年8月9日）2018年9月19日閲覧。</ref><ref>[https://www.nikkei.com/article/DGKKZO34938690T00C18A9TJ3000/ 「ダイキン、フッ素化学拠点に100億円 IoT向け需要増」]『日本経済新聞』朝刊2018年9月4日（2018年9月19日閲覧）。</ref>。

フッ素の化合物は、一般にきわめて安定しており、長期間変質しないという特徴を持つ。この性質は環境中で分解されにくく、いつまでも残存するということを意味しており、その使用には注意が必要である。

''[[フッ化物#利用]]も参照''

=== エキシマレーザー ===
[[エキシマレーザー]]の[[発振]]媒体としてフッ素ガスと[[第18族元素|貴ガス]]の混合ガスが用いられる。たとえば半導体の[[露光]]に用いられるArFレーザーがその代表である。配管にはフッ素との反応で[[不動態]]を形成することにより、それ以上腐食が進行しにくい[[銅]]などが用いられる。さらにガス漏洩時には迅速に[[バルブ]]が遮断されるような安全装置も組み込まれている。

===歯科===
[[歯]]の表面処理に有効であり、[[歯磨き粉]]や歯科治療に使われるほか、[[フッ素水道]]など[[水道水]]に混入する国や租借地がある。

=== 屈折率の制御 ===
フッ素にはガラスの[[屈折率]]を低下させる働きがあるため、[[光ファイバー]]など[[通信]]の分野において、その屈折率制御にフッ素が使われている。

=== ロケット ===
単体のフッ素や[[五フッ化塩素|ClF<SUB>5</SUB>]]などの化合物は[[ロケット|ロケット燃料]]の[[酸化剤]]として、1950&ndash;1970年ごろにかけ[[アメリカ航空宇宙局]]（NASA）を含むいくつかの機関で検討されたことがある<ref>[[長倉三郎]]ら編、「フッ素」、『岩波理化学辞典』、第5版CD-ROM版、岩波書店、1999年</ref>。たとえば[[NASA]]では、[[液体酸素]]の代わりに液体酸素-液体フッ素の混合物（フッ素を70 %含むFLOX-70や、同30 %含むFLOX-30など）を[[アトラスロケット]]のエンジンを用いて試験しており<ref>J. D. Clark, Ignition!: An informal history of liquid rocket propellants, Rutgers University Press, 1972.</ref>、[[ソビエト連邦]]でも同様の実験が行われていた<ref>F. J. Krieger, "The Russian Literature on Rocket Propellant", The Rand Corporation, 1960.</ref>。これはフッ素を[[酸化剤]]として使用した場合の[[比推力]]が酸素を用いた場合を上回るためであったが、性能向上がわずかであったのに対し、フッ素の[[毒性]]や[[腐食性]]に伴う危険性ゆえに取り扱い上の困難が非常に大きく、結局ロケット燃料としての利用に関しては断念されることとなった<ref>G. P. Sutton and "O. Biblarz, Rocket Propulsion Elements 8th Ed.", Wiley, 2011.</ref>。

=== クリーニング ===
[[半導体]]や[[液晶]]の製造装置の反応管、ボート、石英ノズルなどに発生する副生成物を除去するためのクリーニングガスとしてフッ素ガスが使われている。

== フッ素の化合物 ==
{{main|フッ化物}}
フッ素の化合物は'''フッ化物'''と呼ばれる。

=== 金属のフッ化物 ===
* [[フッ化アルミニウム]]（AlF<sub>3</sub>）
* [[フッ化カルシウム]]（CaF<sub>2</sub>）
**[[蛍石]] - フッ化カルシウムの鉱石<ref>{{Cite web|和書|url=https://www.sbj.or.jp/wp-content/uploads/file/sbj/8903/8903_biomedia_1.pdf |title=フッ素と環境 |accessdate=2022-06-14 |author=岩井 伯隆}}</ref>
* [[フッ化ナトリウム]]（NaF）
* [[氷晶石]] - 六フッ化アルミニウムナトリウム（Na<sub>3</sub>AlF<sub>6</sub>）の鉱石
* [[六フッ化ウラン]]（UF<sub>6</sub>）

=== 非金属のフッ化物 ===
* [[フッ化水素]]（HF）
* [[四フッ化炭素]]（CF<sub>4</sub>）
* [[フッ化硫黄]]
**[[四フッ化硫黄]]（SF<sub>4</sub>）
** [[六フッ化硫黄]]（SF<sub>6</sub>）
* フッ化キセノン
**[[二フッ化キセノン]]（XeF<sub>2</sub>）
** [[四フッ化キセノン]]（XeF<sub>4</sub>）
** [[六フッ化キセノン]]（XeF<sub>6</sub>）
* [[フッ化ケイ素酸]]
* [[ヘキサフルオロ白金酸キセノン]]（XePtF<sub>6</sub>）
* [[アルゴンフッ素水素化物]]（HArF）

=== フッ素のオキソ酸 ===
フッ素の[[オキソ酸]]は慣用名をもつ。次にそれらを挙げる。
{| class="wikitable"
|-
! オキソ酸の名称 !! 化学式<br />（酸化数） !! オキソ酸塩の名称 !! 備考
|-
| [[次亜フッ素酸]]<br />（hypofluorous acid）|| '''HFO'''<br/>（−I）|| 次亜フッ素酸塩<br />（ - hypofluorite）||&nbsp;
|-
|}
* オキソ酸塩名称の「-」には[[カチオン]]種の名称が入る。
===存在しにくい(できない)化合物===
フッ素は[[ヘリウム]]や[[ネオン]]とは結合しない。また、[[アルゴン]]や[[ラザホージウム]]はフッ素と反応しにくいことがわかっている。それ以降の元素については、あまりよくわかっていない。

=== その他 ===
* [[モノフルオロ酢酸]]（<chem>CH2FCOOH</chem>）
* [[テフロン]]
* [[ポリフッ化ビニル]]
* [[マジック酸]]（<chem>FSO2OH</chem>•<chem>SbF5</chem>）
* [[ヘキサフルオロリン酸リチウム]]（<chem>LiPF6</chem>）
* [[シアン酸フッ素]]（<chem>FOCN</chem>）

== 同位体 ==
{{main|フッ素の同位体}}数多くの[[同位体]]がある中で、安定同位体は<sup>19</sup>Fのみである。

==出典==
{{脚注ヘルプ}}
<references />

== 関連項目 ==
{{Commons|Fluorine}}
* [[フッ化物]]
* [[水道水フッ化物添加]]
* [[八王子市歯科医師フッ化水素酸誤塗布事故]]

== 外部リンク ==
{{Wiktionary}}
*{{PaulingInstitute|mic/minerals/fluoride Fluoride}}
* {{Hfnet|588|フッ素}}
* {{ICSC|0046}}
* {{Kotobank}}
* {{YouTube|mG6EG_igTGw|fluorine reaction}}{{en icon}} - フッ素と他の元素との反応動画

{{元素周期表}}{{二原子分子}}

{{ハロゲン間化合物}}
{{Normdaten}}
{{DEFAULTSORT:ふつそ}}
[[Category:フッ素|*]]
[[Category:元素]]
[[Category:ハロゲン]]
[[Category:第2周期元素]]
[[Category:酸化剤]]
[[Category:有毒ガス]]