[a] 銅百科事典 - anoword | アノワード : 検索 - 動画、画像からブログまで

周期表では金、銀と同じく11族に属する遷移金属である。元素記号の Cu は、ラテン語の cuprum から。この語はさらに cyprium aes（キプロス島の真鍮）に由来し、キプロスにフェニキアの銅採掘場があったことに由来する^[1]。日本語では、その色から赤金、銅（あかがね）または、素銅（すあか）と呼ばれた。赤銅（しゃくどう）は康煕字典に見える^[2]。

歴史

銅は先史時代から使われてきた金属である。紀元前8800年頃作られたとされる銅製の小玉がイラクから出土しており、これが確認される最古の銅だと言われている^[3]。銅とスズの鉱石は混在することから、メソポタミアでは紀元前3500年頃から銅にスズを混ぜた青銅で道具を作るようになった。青銅器はエジプト、中国（殷王朝）などでも使われるようになり、世界各地で青銅器文明が花開いた。

耐食性の高さなどから、古来より貨幣の材料としても利用されている（銅貨）。日本の硬貨では5円硬貨が黄銅、10円硬貨が青銅、50円硬貨、100円硬貨、旧500円硬貨が白銅、新500円玉がニッケル黄銅という銅の合金である。なお、昔の100円硬貨にはさらに銀が入っていたが、現在は入っていない。

西洋占星術など神秘主義哲学では、金星を象徴する金属とされた。これは、銅の産地として知られていたキプロスが、金星の守護神とされるアプロディテの聖地でもあったことに由来する。

産地

詳細は「銅山」を参照

銅鉱石の生産は世界全体で1510万トン（2005年現在）である。その内訳はチリが35.2 %と大半を占め、以下米国7.5 %、インドネシア7.1 %、ペルー6.7 %、オーストラリア6.1 %、中国5.0 %、ロシア4.6 %と続く。かつて日本は日本三大銅山とされる足尾銅山、別子銅山、日立銅山等、多くの鉱山をかかえた輸出国であったが、現在は全て廃鉱となり100 %輸入に頼っている状態である。

銅鉱石

銅鉱石を構成する鉱石鉱物には、次のようなものがある。

自然銅、米国ミシガン州

自然銅 (Cu)
輝銅鉱 (Cu₂S)
斑銅鉱 (Cu₅FeS₄)
銅藍（コベリン）(CuS)
黄銅鉱 (CuFeS₂)
硫砒銅鉱 (Cu₃AsS₄)
安四面銅鉱 ((Cu,Fe,Zn)₁₂Sb₄S₁₃)
赤銅鉱 (Cu₂O)
黒銅鉱 (CuO)
藍銅鉱 (Cu₃(CO₃)₂(OH)₂)
孔雀石 (Cu₂(CO₃)(OH)₂)

製錬

銅鉱山で得られた黄銅鉱（主成分 CuFeS₂）にコークスのほか融剤として石灰石とケイ砂を加えて溶錬炉で溶融し、鉄分を除く。銅分は銅マットや銅鈹（どうかわ。銅精製への中間製品。硫化銅と硫化鉄の化合物から成る）の形で濃縮される。同時に生じる鉄分はケイ砂によって取り除かれる。また、ケイ砂と石灰石からケイ酸カルシウムが生成し、これが融剤として銅の融点を下げる。

$\rm 4CuFeS_2 + 9O_2 \longrightarrow 2Cu_2S + 2Fe_2O_3 + 6SO_2$

$\rm 2Fe_2O_3 + C + 4SiO_2 \longrightarrow 4FeSiO_3 + CO_2$

$\rm SiO_2 + CaCO_3 \longrightarrow CaSiO_3 + CO_2$

そして、銅マットを転炉に入れて、空気を吹き込んで不純物（硫黄、鉄など）を酸化除去し、粗銅（銅含有率は約98 %）を精錬する。このとき2000 °Cを越える高温になり、還元される。

$\rm Cu_2S + O_2 \longrightarrow 2Cu + SO_2$

その後、粗銅は電解精錬によって、99.99 %以上の純銅に精製される。電解精錬によって得られた銅は電気銅とも呼ばれる。精錬方法により、純銅はタフピッチ銅・脱酸銅・無酸素銅などと分類される。高真空中で溶融すると、含まれる酸化銅(I)が揮発して除かれ酸素含有量の少ない地金が得られる。

用途

銅は古代から人類とのかかわりが深く、重要な金属として扱われていた。日本でも、銅塊が発見され朝廷に献上されたことを祝い、年号が慶雲から和銅に改められた事例がある。銅は、金属製品としては勿論、貨幣の材料としても古今東西を問わず、多くの文化で使用された。現代でも様々な場で使用されており、鉄に次いで重要な金属材料といえる。

銅は工業をはじめあらゆる用途に広く用いられるが、特に電気器具の配線、部品、回路、ケーブルの材料としてよく使われる。これは銅が銀に次いで電気伝導性に優れ、室温における伝導率が銀の94 %と遜色がない一方で、銀よりコストが格段に安いことが理由である。また、比較的高い熱伝導率を持ちながらも加工しやすく前述のようにコストが安いので熱運搬部品やヒートシンクのような廃熱・放熱部分にも用いられる。あるいは他の金属の電気伝導性をはかる国際基準としても使われる。銅は、銅線や銅版などの形で身近に見ることができる数少ない単体金属である。帆船の船底をフナクイムシから保護する銅包板として使われた時期もある。建築材料としては腐食に強く外観に優れていることから屋根葺に用いられてきたが、他の屋根材と比べると高価なため近年の日本ではは高級住宅や寺社建築などに限られる。尚、現在では酸性雨の影響もあり、「半永久的な」耐腐食性の建材というわけではない。

半導体分野では希少金属の価格高騰や伝導性の改善のために、Au や Ag、Al 配線の代替としての Cu 配線採用が進んでいるが、Ni や Co と比較しても他のプロセスへの汚染度が激しいため、同一のチャンバーやラインを使用することによる Cu 汚染が問題となる。また、Cu 装置に触れた器具や工具はもとより、エンジニアやオペレーターを介した汚染もある。そのため、半導体製造工程上は、Cu が他のプロセスへの影響が出ないように隔離した状態で製造するため若干のコストがかかる。

銅は化合物または触媒としても用途が広く、代表的な銅の化合物としては塩化銅(II)・酸化銅(II)・硫酸銅(II)などがあり、各種触媒や、防腐剤、殺虫剤、顔料などに用いられている。

殺菌作用と導電性を活かした物として絨毯、マットなどに使用されている。特に細い導線を容易に作成できるため、絨毯に織り込んで使用する。これにより、静電気の発生しにくい絨毯として、ホテルなどのロビーで使用されている。

銅の炎色反応の様子

銅は花火の着色料としても用いられる。これは銅の化合物が炎色反応を示すことを利用したもので、青色を得るのに用いられる。炎色反応は青緑色である。ちなみに、銅は遷移元素では唯一、炎色反応を示す。

銅イオンは殺菌作用を持つことから、抗菌仕様の靴下や靴の中敷などによく使われている。

オリンピックをはじめ、様々な大会やコンクールなどで、金、銀に次ぐ3位の色として使われることでも知られている。

2006年、中国の北京オリンピックに向けたインフラ整備に伴う需要増により、国際的な価格高騰を起こした。

銅合金

銅はいろいろな用途に向いている面も多いが、反面、さびやすさ、柔らかさ、粘り気の強さなどで機械加工部品材料としては使用しにくい。そのため銅の欠点を補い、利点を伸ばすため合金の用途も広い。銅と亜鉛を合金させたものを一般に黄銅とよび、亜鉛の含有率を変化させることで、連続的に色彩が変化し融点が低下する。金管楽器や仏具などに使われる真鍮は黄銅の1つである。真鍮は錆びにくく、色が黄金色で美しいことから模造金や装飾具などとしてもよく見かける金属である。古代から武器や通貨などとして用いられた青銅はスズと銅の合金であり、現在でもブロンズ像など、彫刻の材料である。しかし、最近では「青銅」という呼び名は変化してきており、一定以上のスズを含んでいるその他の銅合金や青銅と似たような色や結晶構造をもつような鋳造用合金の総称としても用いられる。また、工芸材料として用いられる赤銅、貨幣に使われる白銅（キュプロニッケル）はニッケルとの合金であり、アルミニウムとの合金であるアルミニウム青銅は延性に富んだ黄金色であるため金箔の代わりとして使われるなどされている。

青銅や黄銅と呼ばれる銅合金で代表的なものには、光輝黄銅・工業用青銅・赤色黄銅・ジュエリー青銅・低濃度黄銅・カートリッジ黄銅・黄色黄銅・ムンツメタル・鉛黄銅・リン青銅・シリコン青銅・アルミニウム青銅・洋銀（洋白）などがあり、その性質は様々で利用分野においても簡単に分別できないほど多岐にわたっている。

また、主な工業用の合金として、高純度銅合金や純銅と呼ばれる極めて高い純度の銅にごくわずかな添加物を加えた合金がある。代表的な高純度銅合金にはカドミウム銅・クロム銅・テリウム銅・ベリリウム銅などがあり、工業的には機械工業を初めとした分野で銀含有銅・ヒ素銅・快削銅などが利用される。

主な銅の化合物

硫化銅 (CuS)
塩化銅(I) (CuCl)
塩化銅(II) (CuCl₂)
酸化銅(I) (Cu₂O)
酸化銅(II) (CuO)
硫酸銅 (CuSO₄)

同位体

詳細は「銅の同位体」を参照

銅の反応

銅はイオン化傾向が小さいため塩酸や希硫酸といった酸とは反応しないが、硝酸や熱濃硫酸のような酸化力の強い酸とは反応する。

希硝酸との反応

3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 4H₂O + 2NO↑

濃硝酸との反応

Cu + 4HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2H₂O + 2NO₂↑

熱濃硫酸との反応

Cu + 2H₂SO₄ → CuSO₄ + 2H₂O + SO₂

空気中では表面が酸化され、湿った条件化では二酸化炭素の作用により緑青を生じる。赤熱下では酸化銅(II)を生成し、更なる加熱により酸化銅(I)となる^[4]。

溶融銅は酸素および水素ガスを吸収し、これらの気体を吸蔵した銅は脆性が高い。そこでリチウム、リン、ケイ素が脱酸剤として用いられ、このような処理をした銅を脱酸銅と呼ぶ^[5]。

生体内での働きと毒性

植物における銅の役割としては、生体内における数種類の酸化還元反応にかかわる酵素を活性化する働きや、光合成に必要なクロロフィルに銅が結合しており、クロロフィルの合成に銅が不可欠であるということが分かっている。しかし、クロロフィルの合成段階において銅がどのような役割を担っているのかなど詳しいことについてはまだわかっていない。

植物において銅が不足すると、黄白化、光合成能力の低下、種子の形成異常あるいは枯死などが起こる。しかし、銅が過剰に存在する場合にも同様に毒性を示すため注意が必要である。下等植物の生育や増殖に少量の銅が不可欠であることが知られている。

動物においても、前項にもあるが、銅は必須微量元素の1つであり、ヒト一人当たり100-150 mgの銅が含まれ主に骨や肝臓に存在する。銅の役割としては、ヘモグロビンを合成するために不可欠である元素であることが知られている。しかし、ヘモグロビンそのものには銅は存在しない。一方、節足動物や軟体動物において、ほ乳類のヘモグロビンに相当する酸素結合タンパク質であるヘモシアニンの活性中心は銅である。さらには、スーパーオキシドアニオンを消去するスーパーオキシドディスムターゼ、ミトコンドリアにおける呼吸鎖関連酵素のシトクロムcオキシダーゼ、コラーゲン合成に必須なモノアミンオキシダーゼやリジルオキシダーゼの活性中心である。

銅が不足することでは、鉄の吸収量が低下し貧血となることや骨異常などが起こりうる。鉄吸収量減少の少なくとも一部は、トランスポーターが鉄を細胞に取り込む際に、銅による還元が必須であることに起因する。しかし、銅は要求量がそれほど多くなく、食品中に豊富に存在するためそのようなことはまれである。ただし、特に反芻動物は銅に対して敏感な性質を持つため、家畜などにおいては銅の不足により神経障害や貧血、下痢などが発生することがある。これは飼料に銅を含んだミネラル分を添加することで改善される。また、亜鉛の過剰摂取は小腸細胞において金属結合性タンパク質であるメタロチオネインが誘導され、銅がこのタンパク質にトラップされる結果、銅の摂取が阻害される。

このように、銅は生物の代謝が正常に行われるうえで必須の元素であるが、過剰摂取すれば金属中毒を引き起こす。例えば多くの動物にとって慢性的に過剰な銅の摂取は毒性であり、反芻動物では銅の過多により肝硬変や発育不全、黄疸、などが起こりうる。また無脊椎動物の多くは過剰供給となって代謝異常を起こす閾値が脊椎動物よりも低い。例えば水槽内で海産魚を飼育するときに魚病薬として硫酸銅の水溶液を少量飼育水に添加することがあるが、この処置をいったん行った水槽は、飼育水中に微量の銅イオンが溶け出すため、もはや海産無脊椎動物の飼育には不適当といわれている。植物にとっても銅イオンの過剰供給が毒性を示すことは同様であり、そのような環境下では銅イオン耐性の強い特殊な植物が繁茂する。例えば、寺社の銅屋根を伝った水が滴るような場所には銅イオン耐性の強いホンモンジゴケが優占することがよく知られている。

一日の所要量

成人男性 1.8 mg
成人女性 1.6 mg
許容上限摂取量 9 mg

欠乏、過剰症はまれ。貧血・骨異常・脳障害等が欠乏症として知られている、過剰症は遺伝病であるウィルソン病等極少数。

枯渇問題

銅は2040年頃に枯渇すると言われる事がある^[6]。ただしこれは、現在の銅価格において、採掘コストに見合った採掘が可能な銅鉱山が枯渇するという意味であり、地球の銅埋蔵量はまだ十分にあると考えられている。当然ながらそのような事態になれば、銅価格は高騰し、現在では採算コストがあわない鉱山でも利益が確保でき、採掘が行われはずである。採掘技術の進歩や、採掘が容易な銅鉱山の発見によって、銅価格高騰が回避される可能性もある。

生産量

2007年

チリ - 約556万トン
アメリカ - 約120万トン
ペルー - 約100万トン
中国 - 約89万トン
オーストラリア - 約86トン
インドネシア - 約80万トン
ロシア - 約73万トン
カナダ - 約60万トン
ポーランド - 約51万トン
ザンビア - 約48万トン
メキシコ - 約32万トン
ブラジル - 約20万トン
パプアニューギニア - 約17万トン
モンゴル国 - 約13万トン

脚注

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^ 桜井弘「元素111の新知識」（講談社ブルーバックス）160ページ
^ 康煕字典 - 金 : 金者五色，黃金、白銀、赤銅、靑鉛、黑鐵。
^ 桜井弘「元素111の新知識」（講談社ブルーバックス）159ページ
^ F.A. コットン, G. ウィルキンソン著, 中原勝儼訳　『コットン・ウィルキンソン無機化学』　培風館、1987年
^ 西川精一　『新版金属工学入門』　アグネ技術センター、2001年
^ 物質・材料研究機構材料ラボによるレポート

外部リンク

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表・話・編・歴

周期表　（未発見元素を含む）

その他の金属

ハロゲン、
希ガス以外の
非金属

不明

表・話・編・歴銅の化合物

二元化合物	CuBr · CuBr₂ · CuC₂ · Cu₂C₂ · CuCl · CuCl₂ · CuF · CuF₂ · CuH · CuI · CuI₂ · CuN₃ · Cu(N₃)₂ · CuO · CuO₂ · Cu₂O · Cu₃P · CuP₂ · CuS · Cu₂S

三元化合物	Cu₃(AsO₄)₂ · Cu(BF₄)₂ · Cu(ClO₃)₂ · Cu(ClO₄)₂ · CuCN · Cu(CN)₂ · CuCrO₄ · Cu(IO₃)₂ · Cu(IO₄)₂ · Cu(NO₃)₂ · Cu(OH)₂ · Cu₃(PO₄)₂ · CuSO₄ · Cu₂SO₄

四元・五元化合物	Cu(CH₃COO) · Cu(CH₃COO)₂ · CuCO₃•Cu(OH)₂ · CuSCN · Cu(SCN)₂

銅 | 百科事典

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目次

歴史

産地

銅鉱石

製錬

用途

銅合金