ホウ素（読み）ほうそ（英語表記）boron

改訂新版　世界大百科事典

ホウ（硼）素 (ほうそ)
boron

第ⅢB族に属する非金属元素。ホウ酸ナトリウム（ホウ砂borax）の形で太古から知られており，前2000年ころのバビロニアでは極東地域から輸入して金細工や溶接に利用していたらしく，またエジプトおよびローマなどではホウケイ酸ガラスの原料としても用いられていた。16世紀ころには加熱時に金属酸化物を融解する性質を利用し，融剤として用いられた。アルコールと混ぜて点火すると緑色炎を生ずる反応はホウ酸の定性分析に使われるが，これは1741年ポットJ.H.Pottによって見いだされたものである。しかし18世紀には，この現象は銅（緑の炎色反応を示す）がホウ酸ナトリウムの主要成分であると誤って解釈されていた。単体のホウ素を不純ながら単離したのは，1808年イギリスのH.デービー，フランスのJ.L.ゲイ・リュサックおよびテナーL.J.Thenard（1777-1857）であった。炭素に性質が類似しているという理由で，デービーがboraxとcarbonからboronと命名した。1912年ストックA.Stockがホウ素と水素のみの化合物ボランを初めて合成したが，40年代になってこの種の化合物の理論的・構造的根拠づけが行われるようになり，その後ホウ素の化学は急速にまた膨大なものに発展し，炭素の化学である有機化学にも匹敵する分野が確立した。20世紀中葉の化学で最も画期的であり，さらに今後の広範な進展が期待される。
→ホウ素化学
　天然には単体としては存在しないが，四ホウ酸ナトリウムNa₂B₄O₇の水和物，灰ホウ石colemanite Ca₂B₆O₁₁・5H₂O，ソウ灰ホウ鉱ulexite Na₂B₄O₇・Ca₂B₆O₁₁・16H₂Oなど，多種の鉱物として広く分布している。最大の産地はカリフォルニアである。

性質

ホウ素は，600～1000℃では非晶質（アモルファス）ホウ素，1000℃付近ではα菱面体晶，1100～1200℃でβ菱面体晶，1150～1300℃で正方晶I，1280～1500℃で正方晶Ⅲと，多種の変態が存在する。結晶構造は，ホウ素原子12個を頂点にもつ二十面体が基礎となっている。α菱面体晶ではB－B原子間距離が1.73～1.79ÅのB₁₂二十面体が配列し，各ホウ素原子は図のような五角錐六配位構造をとっている。その他のβ菱面体晶，正方晶も二十面体構造の異なるパッキングによって構成されている。ホウ素の物理的性質は，その多形現象および高純度単体が得にくいことを反映して，以前には信頼しうるデータが少なかった。電気抵抗はとくに不純物の存在に敏感であるが，常温でだいたい10⁶Ωcmときわめて高く，また高純度ホウ素は通常p型半導体である。空気中常温では安定であるが，450℃くらいになると酸化物を生じはじめる。水素とは反応しない。二酸化炭素と暗赤色に加熱すると，ホウ酸と炭素を生ずる。塩酸に溶けない。濃硫酸と濃硝酸の2:1混合溶液は，ホウ素を溶かすのに最も有効である。また炭酸ナトリウム，または炭酸ナトリウム・硝酸ナトリウム混合物と融解することができる。

　化合物としては次の五つの型がある。（1）ホウ素化物（Zn，Cd，Hg，Ga，In，Tl，Biのホウ素化物は得られていない），（2）水素化物およびその誘導体，（3）三ハロゲン化物とその付加化合物，（4）ホウ酸塩，ホウケイ酸塩などのオキソ酸塩，（5）有機ホウ素化合物およびB－N化合物。

　ホウ素の安定同位体は¹⁰Bと¹¹Bであるが，これらは質量に10%もの差があり，天然では化学作用における同位体効果が著しく，存在比が試料によって異なる。¹¹B/¹⁰Bの値は3.92から4.31まで変動があり，ホウ素の原子量自体これを反映して高精度で決定しえない。また熱中性子に対する反応断面積は¹⁰Bが3837バーン，¹¹Bが0.005バーンで大いに異なる。

　ホウ素は高等植物における必須元素である。したがって動物中にも微量（1ppm以下）存在するが，動物栄養にも必要かどうかはわかっていない。不揮発性ホウ素化合物を粉塵（ふんじん）として吸入しても毒性はあまり高くなく，一時的炎症を起こす程度である。これに反して揮発性ホウ素化合物の吸入はきわめて危険で，中枢神経に障害を与える。

製法

単体のホウ素は無水ホウ酸をマグネシウムによって還元してつくる。またホウフッ化カリウムKBF₄の溶融塩電解，三ハロゲン化ホウ素の水素還元によってつくられる。無水ホウ酸はマグネシウムで800℃付近の温度により，発熱反応で激しく還元されるが，生成されるホウ素にマグネシウムがホウ化物として含まれ，純度の高いホウ素が得られず，これを除く工程が必要となる。電解法は，KBF₄18%，KCl70%，KF12%の混合塩を750～800℃で，炭素を陽極，モネルメタルを陰極として行われる。三ハロゲン化ホウ素（とくにBBr₃）の水素還元による方法では純度の高いものが得られる。とくに熱フィラメント法と称して，タンタル，炭素またはホウ素のフィラメントの上で水素ガスと1300～1850℃に加熱すると，純度99.9%のホウ素が得られる。このとき，温度が高く，三ハロゲン化ホウ素の濃度が低いほど，生成物の結晶性がよい。

用途

ホウ素は鉄鋼の添加剤とされ，少量の添加で鋼の脱酸とともに結晶の微細化などが起こり，鋼の性質改善に有効である。モリブデン線またはタングステン線上にホウ素を気相から析出させてつくったホウ素繊維の強化型合金は，強力軽量の構造材として航空機工業で用いられている。鉄-コバルト-ホウ素，鉄-ニッケル-ホウ素合金は非晶質となりやすく，その特性を生かした用途が開発されつつある。熱中性子反応はと表されるが，これは中性子検出用ボロンカウンターに利用されている。またこの反応において2.4MeVのエネルギーをもつγ線が放出される。脳腫瘍患者にホウ素化合物を注射して癌細胞に集め，中性子を照射し，そのγ線によって癌細胞を破壊する治療法が行われている。

　ホウ酸塩としての用途も多く，洗剤，ハンドクリーム，ローションなどに使われる。またホウケイ酸ガラスは熱膨張係数が小さいので耐熱性が強く，たとえばパイレックスなどの商品名で広く使用されている。
執筆者：水町 邦彦＋後藤 佐吉

原子炉材料としてのホウ素

中性子吸収断面積が大きいことから，中性子吸収材として原子炉の制御に利用されている。ホウ素の同位体のうち¹¹Bはほとんど中性子を吸収せず，存在比が約19%の¹⁰Bがきわめて大きな熱中性子吸収断面積をもっている。実際の使用形態としては，炭化物B₄Cの粉末をステンレス鋼管の中に封入して沸騰水型軽水炉の制御棒に，また，加圧水型軽水炉の冷却水にホウ酸を溶かし，その濃度を調節することによって出力の調整に，あるいは，ホウ素を含む鋼としてガス冷却炉の出力調整に使用する例などがある。
執筆者：大久保 忠恒

周期表

図－ホウ素のα菱面体晶の原子配列

出典　株式会社平凡社「改訂新版　世界大百科事典」

化学辞典 第2版

ホウ素
ホウソ
boron

B．原子番号5の元素．電子配置[He]2s²2pの周期表13族非金属元素．原子量10.811(7)．天然には遊離の状態では存在しない．安定同位体は質量数10(19.9(7)％)，11(80.1(7)％)で，ほかに質量数6～9，12～19の放射性同位体がある．数千年前からホウ酸，あるいはホウ砂の形で知られていた．1808年6月，10日足らずの差で，まずフランスのL-J. Gay-Lussac(ゲイ-リュサック)とL-J. Thénard，ついでイギリスのH. Davy(デイビー)がホウ酸から元素の分離成功を発表した．ホウ砂borax(英・フランス語とも)から，フランス側はbore，イギリス側はboraciumを提案，元素名は英語ではこの元素の周期表上の位置が炭素(carbon)に近いことからboronとなり，フランス語はそのままbore，ドイツ語ではBorとなった．宇田川榕菴は天保8年(1837年)に出版した「舎密開宗」で，勃母(ボリュウム)，ボラキス・ストフとしている．ホウ酸またはホウ砂などのホウ酸塩の形で昔から知られていた．
天然に広く分布しており，おもにアルカリ金属またはアルカリ土類金属のホウ酸塩の形で存在している．地殻中の存在度は10 ppm．資源として利用される鉱物はおもにコールマン石(コレマナイト)Ca₂B₆O₁₁･5H₂O．埋蔵量は1位トルコ(35％)，ついでアメリカ(24％)，ほかロシア，中国など．わが国にはホウ素資源がないため，原料鉱石および中間製品ホウ砂，ホウ酸は全量輸入に頼り，鉱石は8割がトルコから，ホウ砂・ホウ酸は合わせて7割がアメリカからである．製法は，
(1)三酸化二ホウ素を金属マグネシウムで還元する方法で，1895年にH. Moissanが開発し，今日も使用されている．量産に適しているが，純度の高いものは得られない．99％ 以上の純度のものは，
(2)水素気流中で三塩化ホウ素を，タングステンフィラメント上で，約1000 ℃ で熱分解する，
(3)ジボランをヘリウムと混合して，700 ℃ のシリカ管中で分解する，
(4)ホウフッ化カリウムと三酸化二ホウ素を融解した塩化カリウムに溶かして約1000 ℃ で電解する，
などの方法がある．(3)は商業的に利用されている．(2)は結晶体を得るには最適な方法で，ほかの方法で得られるものは無定形ホウ素である．(3)で得られたものを帯溶融法で精製して99.9999％ 純度の単体が得られる．多数の同素体があるが，確立されているものは赤色のα相三方晶と熱力学的に安定な黒色金属光沢をもつβ相三方晶である．いずれも B₁₂ 二十面体を含む．β相は融点2300 ℃，沸点3658 ℃．密度2.34 g cm^－3(20 ℃)．無定形ホウ素は2550 ℃ で昇華する．第一イオン化エネルギー8.298 eV．イオン半径(四配位)0.025 nm(B^3＋)．α相正方晶はダイヤモンドについで硬い(モース硬さ9.3)光沢のある結晶．少量の不純物を含む結晶とみられている．無定形ホウ素を高真空で1700～1900 ℃ に加熱すると微結晶になる．常温では真性半導体であるが，高温では導体となる．¹⁰B の熱中性子断面積は非常に大きい(4×10³ バーン)．化学的にはケイ素に似て不活発，空気中では常温で安定で，700 ℃ 以上では酸化される．水とは常温で反応しない．高温度の水蒸気とは反応してホウ酸と水素になる．水素とは直接反応しない．フッ素とは常温で，塩素とは400 ℃ 以上で，臭素とは700 ℃ 以上で反応して三ハロゲン化物を生じる．ヨウ素とは1000 ℃ でないと反応しない．酸化性の硝酸，熱濃硫酸とは反応してホウ酸を生じる．融解過酸化ナトリウムや炭酸ナトリウム-硝酸カリウム混合物と反応してホウ酸塩を生じる．銅，鉄，アルミニウムなど多くの融解金属に可溶．これは金属ホウ化物の固溶体と考えられている．炭素，ケイ素とは1350～1850 ℃ で炭化ホウ素，ホウ化ケイ素を生じる．炭化ホウ素は人工品中最高の硬さをもつ．窒素，アンモニアとは1200 ℃ 以上で反応して窒化ホウ素BNを生じる．グラファイト構造をもち，平滑性など性質もよく似ているが，電気の不導体である．ナノチューブ構造のものもある．アルカリ金属，アルカリ金属窒素化物などを触媒として4～7×10⁹ GPa，1500 ℃ でダイヤモンド型構造に変化する．ボラゾン(商品名)とよばれダイヤモンドについで硬いといわれる．
最大の用途は，ガラス繊維用でFRPなどの補強材，電気絶縁体，断熱材などとして使われる．ホウケイ酸ガラス(硬質ガラス)製造用がこれにつぎ，そのほかうわぐすり，医薬品(目薬，消毒薬)などに用いられる．フェロボロンはホウ素を10～20％ 程度含み，焼入れ硬化性，溶接性向上用として特殊鋼に添加される．最強の永久磁石Nd-Fe-B磁石製造用にも使われる．グラファイト型窒化ホウ素は高温用電気絶縁材や，潤滑剤として，ダイヤモンド型窒化ホウ素は切削工具に使われる．仕事関数の低い六ホウ化ランタンLaB₆は，熱電子放射用に電子銃に利用，炭化ボロンB₄Cは研磨剤，原子炉用制御材．高純度ホウ素は半導体用のドーパントとして重要である．LiB₄O₇は，携帯電話では必要な信号を取り出すためのフィルタ用弾性表面波素子として使われている．Fe-Si-B系アモルファス合金はコイル化されて柱上用トランスの鉄心として，従来のケイ素鋼板からの置き換えが進んでいる．2001年にわが国で発見された二ホウ化マグネシウムMgB₂の超伝導臨界温度は39 K で，セラミックス系高温超伝導に比べて低いが，金属系であるため，線材形成が容易と予想され開発が進められている．「ホウ素及びその化合物」として，PRTR法・第一種化学物質でホウ素　経口クラス4，化合物のうち，たとえばホウ酸は生態クラス3．水道法水質基準「ホウ酸の量に関して1.0 mg/L 以下であること」．「ほう素」は土壌汚染対策法特定有害物質で含有量基準は「土壌1キログラムにつきほう素4000ミリグラム以下であること」と規定されている．[CAS 7440-42-8]

出典　森北出版「化学辞典（第2版）」

日本大百科全書(ニッポニカ)

ホウ素
ほうそ
boron

周期表第13族に属し、ホウ素族元素の一つ。ホウ砂(しゃ)、ホウケイ酸ガラスなどホウ素化合物は、古くからよく知られていた。1702年オランダのホンベルクWilhelm Homberg（1652―1715）がホウ砂と緑礬(りょくばん)の水溶液を加熱して揮発性の物質を得たが、その後ホウ砂と酸からも同じものが得られることがわかった。これがホウ酸であるが、1808年フランスのL・ゲイ・リュサックとL・J・テナールおよびイギリスのH・デービーらがホウ酸をカリウムで還元して単体として取り出した。彼は初めホウ酸boric acidにちなんでboraciumという名を提案したが、その性質が炭素carbonによく似ていることからboronと改められた。地殻中にはホウ酸塩として広く分布し、天然にはホウ酸またはホウ酸塩として産出する。おもな鉱石は、ホウ砂Na₂B₄O₇・10H₂O、カーン石Na₂B₄O₇・4H₂Oなどである。単体を得るには、酸化物をマグネシウムなどで還元する方法、テトラフルオロホウ酸カリウムKBF₄の溶融塩電解法などで95～98％の純度のものが得られる。純度の高いものを得るのには酸化ホウ素に炭素を加え、塩素を反応させて塩化ホウ素とし、これを蒸留して精製し、水素とともに1000℃以上に加熱したタングステンなどのフィラメント上に通すと、99％以上のものが得られる。単体には結晶性のものと無定形のものがある。無定形粉末を約1000℃に熱するとα(アルファ)菱面(りょうめん)体晶となり、さらに熱すると1100～1200℃でβ(ベータ)菱面体晶となる。その他正方晶系変態があるとされたが、これはB₅₀C₂あるいはB₅₀N₂などであることが示されている。金属光沢のある黒色結晶は、ダイヤモンドに次いで硬く（モース硬さ9.3）、半導体の性質を示す。金属と非金属の境界領域にある半金属の一つ。化学的性質はケイ素に似ている。熱すると酸素、窒素、ハロゲンなどと直接化合してそれぞれ酸化物B₂O₃、窒化物BN、ハロゲン化物をつくる。熱濃硝酸によりホウ酸、水酸化アルカリと溶融するとホウ酸アルカリとなる。純ホウ素はシリコン半導体のドープ剤として用いられ、また中性子吸収断面積が大きいので原子炉の制御棒、遮蔽材(しゃへいざい)に利用される。そのほか、ホウ酸としてホウケイ酸ガラスの原料、医薬、防腐剤などの用途がある。

［守永健一・中原勝儼］

[補完資料] | ホウ素（データノート）

周期表

ホウ素（データノート）
ほうそでーたのーと

ホウ素
　元素記号　　B
　原子番号　　5
　原子量　　　10.81
　融点　　　　2080℃
　沸点　　　　2550℃（昇華）
　比重　　　　2.37（β），2.46（α）
　結晶系　　　三方，正方
　元素存在度　宇宙　6.2（第39位）
　　　　　　　　　　（Si10⁶個当りの原子数）
　　　　　　　地殻　10ppm（第36位）
　　　　　　　海水　4.44mg/dm³

[参照項目] | ホウ素

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)

百科事典マイペディア

ホウ(硼)素【ほうそ】

元素記号はB。原子番号５，原子量10.806〜10.821。融点2077℃，沸点3870℃。元素の一つ。ホウ砂やホウ酸は古くから知られていたが，単体のホウ素は1807年デービーらが初めて分離。普通は黒色無定形粉末，結晶は無色透明。硬度はダイヤモンドに次ぎ，酸などにも侵されにくい。濃塩酸やフッ化水素と作用せず，熱濃硝酸や硫酸とわずかに反応してホウ酸となる。ハロゲンとは反応する。鋼に添加し焼入れ性を改善，また熱中性子吸収断面積がきわめて大きいため原子炉用制御材として用いられる。天然には単体として存在せず，ホウ砂などを酸で処理してホウ酸とし，これを電解還元してホウ素をつくる。

出典　株式会社平凡社

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

ホウ素
ホウそ
boron

元素記号B，原子番号5，原子量 10.811。周期表 13族に属する。主要鉱石はホウ砂，カーン石，コールマン石などがある。火成岩中に広く分布し，地殻の平均含有量 10ppm，海水中の平均濃度 4.6 mg/l 。単体は黒灰色，金属光沢のある半金属固体で，比重 2.33 (無定形ホウ素は 1.73) ，融点 2000～2500℃。化学的性質はケイ素に類似し，不活発。塩酸，フッ化水素酸におかされないが，アルカリ溶融により分解される。還元性があり，銅の脱酸剤ともなる。単体としての用途はあまりないが，化合物はガラスなどの原料として重要である。

出典　ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

知恵蔵

ホウ素

ホウ素化合物では、ホウフッ化水素酸が半導体工場で、ホウフッ酸塩がアルミニウム製造工場で、ホウ酸がメッキ工場、ガラス工場、医薬品(目薬)工場などで使われる。ホウフッ化水素酸やホウフッ酸塩が、人体に摂取されると、皮膚、目、粘膜などに激しいやけどを引き起こす。ホウ酸を大量に内服すると、ショックを起こし、中枢神経に障害を与える。 人体への健康被害を防ぐために、排水基準は1リットルにつき10ミリグラム、水質環境基準は、1リットルにつき1ミリグラムと定められたが、近年、土壌・地下水や廃棄物処分場周辺で検出されている。

(畑明郎 大阪市立大学大学院経営学研究科教授 ／ 2008年)

出典　(株)朝日新聞出版発行「知恵蔵」

栄養・生化学辞典

ホウ素

　原子番号5，原子量10.811，元素記号B，13族（旧IIIa族）の元素．植物では微量必須元素．

出典　朝倉書店