臭素の名前と元素としての性質
こんにちは、かねまるです。
プラントライフは、化学プラントの技術者が、化学を軸に、皆さんの視野を広げていく番組です。
今回は、「化学系ポッドキャストの日」という企画に参加しています。
化学系の番組も、そうでない番組も含めて、毎月共通テーマに沿って話す企画です。
毎月のホスト番組が決まっておりまして、10月はこのプラントライフがホストを務めます。
共通テーマは、匂いにしました。
秋って、自然や食べ物など、匂いっていっぱいありますよね。
それに加えて、実験室みたいな、化学に関連するような匂いもありますので、
今回は匂いの話。
プラントライフでは、臭素という元素を取り上げてみようと思います。
匂いの元と書いて臭素。
中でも、悪臭の方の匂いの元って書かれておりまして、
名前の由来からして、匂いがすごそうですね。
今回はそんな臭い匂いの元と名前をつけられてしまった臭素の紹介をしていきます。
たまにある元素回です。
それでは行きましょう。
臭素という元素の名前を漢字で書いたら、臭い元。
英語だとブロミンと言いますけど、語源はギリシャ語のブロモスですね。
意味は、悪臭。
日本語の臭素も文字通り、匂いの元。
名前からして臭い元素なんですよね。
今回はそんな臭素の話をしていくんですけど、
実はプラントライフの過去のエピソードで臭素が出てきた回があります。
覚えてますでしょうか。
シャープ126番、白川秀樹さんの回。
電気を通すプラスチックの時に、ポリアセチレンというプラスチックに臭素を加えたら、
電気の通りやすさが4桁も5桁も上がったっていう話をしました。
その臭素が今回は主役です。
周期表で言うと、上から4段目、右から2列目です。
一番右の列っていうのはヘリウムとかネオンという元素がいる希ガスと呼ばれるグループなんですけど、
その希ガスのもう1個左側、右から2番目の列の17族というところに該当します。
17族、同じ族だと似たような性質を持つということで、
上から順番に見ていきますと、
フッ素、塩素、臭素、ヨウ素と並んでいます。
これがハロゲンという仲間になります。
意外と聞いたことある名前多いんじゃないでしょうか。
フッ素とか塩素とか。
そのあたりと臭素が似ています。
臭素の元素記号はBR、ブロミンから取られていると思います。
そして原子番号は35番。
だいたい周期表で言うと、右端の真ん中ぐらいにありますね。
常温の状態を今度は見てみますと、臭素は常温で液体です。
この液体って全然なくてですね。
元素の中で2つだけ。
もう一つわかりますか。水銀です。
元素の中で常温で液体なのは臭素と水銀、この2つだけです。
縦の列で似た特性を持つハロゲンのところを見ていくと、
フッ素と塩素は常温で液体です。
そして臭素が液体。
もう一個下のヨウ素になると固体です。
同じハロゲンという仲間なんですけど、
気体、液体、固体が揃うんですね。
下に行くほど分子が大きくなって、分子同士が引き合う力が強くなるんですけど、
それの関係で沸点がどんどん上がっていきます。
塩素で言うとマイナス34度で沸騰するので、基本的に常温では気体になっちゃいます。
そして臭素は普段液体なんですけど、沸点が59度。
少し加熱したら気化するような感じですね。
そして固体のヨウ素で行くと、沸点が184度まで上がって、結構加熱しないと飛ばないです。
色についても塩素の黄緑から臭素は赤茶色みたいな感じ。
そしてヨウ素が黒っぽい結晶っていう感じで、下に行くほど濃くなってきます。
ハロゲンに共通する話なんですけど、周期表の配置的に電子が1個足りなくなりがちです。
だから他のところから電子を奪う力、専門的に言うと酸化する力っていうのが強くなります。
こうして電子を奪うっていう機能を使っていろんな化学反応を行っています。
だから私も学生の時はハロゲンっていうのにたくさんお世話になりました。
これが化学構造の中に入っているとすごく反応しやすくなるんですよね。
反応関係は後ほど話していきます。
臭素の発見と海水からの製造
ここからは臭素の発見について話していきます。
フランスで見つかりました。
塩を作った後に残る液、いわゆるニガリみたいな液に塩素を通してみると赤い液体が出てきました。
これが臭素でした。
発表されたのが1826年の7月。
実は臭素の発見が発表されて今年で200年なんです。
臭素を発見したのは無名の23歳の青年だったそうです。
発見の時に関わっていたのがニガリ、そして塩素でしたね。
では臭素を実際に量産していく企業が作っていくときどの会社が関わっていったのか。
それがアメリカの大手化学メーカーDAO Chemicalです。
地下から汲み上げた塩水に入ってある臭素を取り出していました。
臭素は塩が絡んでいるところ、つまり海水から取れるんです。
海水に入ってある臭素は重さで言うとわずか0.0065%くらい、ものすごく少ないです。
海水1トンに対して65グラムほどです。
100万グラムに対して65グラムですね。少ないです。
そんな微量な臭素を海水から取り出していました。
実際にどうやるかっていうと海水の中に硫酸を入れて酸性にします。
そこに塩素を吹き込みます。
すると海水に溶けていた臭化物イオンが臭素の分子に変わります。
海水の中で臭素がイオンとして存在していたものから臭素分子に変わる。
つまり一般的に言う臭素に変わるっていうことです。
海水と塩素を反応させてできた臭素をここからどうやって手に入れるかっていうと空気を使います。
長い塔の上から海水を流してその下から空気をどんどん吹き込んでいきます。
すると海水側にあった臭素が空気の方へ追い出されていきます。
化学工学的には放散という操作になります。
逆の操作で言うとガスを液に溶かし込むガス吸収って言うんですけどその逆が放散です。
放つに散ると書きます。
空気によって追い出された臭素は苛性ソーダのようなアルカリ水に吸収させて回収します。
化成ソーダっていうと水酸化ナトリウムのことですね。
1940年くらいまではこの海水法と呼ばれる方法が主流でした。
世界の臭素の6割から7割が海水から作られていたそうです。
最初に海水に含まれる臭素の量ってものすごく少ないって話をしましたね。
臭素を1キロを手に入れるために海水を17トン使っていたそうです。
とんでもない量の水をひたすら塔に流し続けるプラントだったんです。
量が増えるっていうのはいいことではあるんですけど
これだけ山のように海水を使っていると
その海水を送るためのポンプもものすごく消費電力を使って大きいものになりますし
その海水を通す配管、パイプもものすごく太くなってきます。
上から海水を落とす塔自体もでっかく太くなってきます。
要はお金がめちゃめちゃかかるんです。
ちなみにですね、化学プラントで嫌われる元素って塩素なんですよ。
ステンレスの天敵でして割れやすくします。
だから意外と海水って使いづらいっていうところもありますし
そもそも塩素を吹き込むっていうのも嫌です。
もっと言うと反応に硫酸を使うっていうのもそもそも錆びやすいので嫌です。
危ないですね。
ということで、当時の海水法で塩素を手に入れる方法。
自分の目からしたらものすごく嫌な設備、嫌なプロセスなんです。
多分めちゃめちゃお金がかかって運転してても維持管理が大変で
なんなら漏れたり壊れたりって結構あるんじゃないかなと思っています。
では日本はどこの会社が最初に始めたかっていうと
当時の東洋相打。
今の名前で言うと東相という会社です。
ダウケミカルの文献を参考に山口県で量産が始められました。
1940年頃の東洋相打が使った設備っていうのが面白くてですね。
だいたい空気を吹き込む塔の高さが20メートルくらい。
その中に直径6センチ長さ2メートルくらいの竹を入れてたらしいです。
一つの塔につき約10万本敷き詰めていました。
塔の中に竹を敷き詰めて流れ落ちる海水を広げて空気と触れ合う面積を増やしています。
この構造すごく理にかなっていて表面積を増やしてるんですけど
今でも充填塔という名前で竹の代わりに金属を使って
こういう充填塔の設備はいろいろ使われています。
酸に強くて軽くて形が崩れなくて
なおかつすぐに大量に手に入るものっていうことで
竹が選ばれたそうです。
当時は半年くらい持てばいいかなって言われてたところが
10年以上使えたらしいです。
竹ってすごいですね。
竹はとにかく伸びるのが早くて強くて大量に発生するので
竹害って言われるほど放置された竹林が問題になっています。
当時はまだマシだったと思いますけど
こうして竹に目をつけるっていうのは面白い視点でしたね。
死海由来の臭素と難燃剤
では今の臭素ってどうやって作っているのかと言いますと
当時は普及していた海水から作る方法は今は少ないんです。
やっぱり海水の中に含まれている臭素の量が少なすぎて
効率的じゃなかったんですよね。
ということで臭素がたっぷり溶けた塩水を使いたいってことで
死海が選ばれます。
海水の80倍ぐらいの臭素が溶けているらしいです。
その死海ももともとカリウムの肥料を作るために使われたりするんですけど
カリウムの肥料を取った後の残りの塩水で見るともっと濃くなっていて
海水の100倍以上臭素が溶けているみたいです。
死海は中東のイスラエルとヨルダンに挟まれた場所にあります。
だいたい世界の臭素の半分ほどがこの死海から来ているそうです。
せっかくなので海水から塩素を使って臭素を手に入れる原理について紹介していきます。
収素っていうのは周期表で言うと塩素の1個下に位置します。
上の方が電子を奪う力が強くてですね。
塩素の方が収素より電子を奪う力が強いんです。
海水の中に溶けている収素っていうのは
臭素イオン、臭化物イオンという名前で
電子を一つ多めに持っているような状態で存在しています。
そこから電子を奪う力が強い塩素がやってきて
収素から電子を奪っていきます。
これで収素のイオンになっていたものから電子が奪われて
収素を分子として出てくるようになります。
塩水から手に入れた収素は何に使われているんでしょうか。
一番多いのは物を燃えにくくする難燃剤というものです。
燃えるのが難しい薬剤と書いて難燃剤です。
2025年のデータでいうと世界の収素の約46%が難燃剤だそうです。
なんでそんな収素を燃えにくくなるのかっていうと
そもそも燃えるっていうのは炎の中でものすごく反応が連鎖して続いていくような状態です。
収素系の難燃剤を使うと熱くなると臭化水素っていうものが出てきまして
この臭化水素が代わりに反応して反応の連鎖っていうのを止めてしまいます。
これによって火が広がりにくくなるんです。
臭素の工業・化学用途
例えばパソコンの中の電子回路の基板。
電子の基板なんて燃えたら大変ですね。
その基板で使われる樹脂に収素を含む難燃剤を組み込みます。
ただですね、収素っていうのがあまり環境によろしくなくてですね
現在は少しずつ減らしていきましょうっていう動きになっていますので
今がどれくらい使われているかっていうのは正直わからないです。
ストックホルム条約で環境に残りやすい一部の収素系の難燃剤っていうのはなくしていく対象になっています。
難燃剤以外の収素の用途で言うともしかしたら知ってるかもしれないです。
写真のフィルムには臭化銀と呼ばれるものが使われています。
収素と銀の化合物ですね。
臭化銀を塗ったフィルムに光を当てることで銀の核を生み出してフィルム状に画像のパターンを作り出します。
フィルムカメラが銀塩カメラって呼ばれるのはこのためです。
その他にも私の職場では冷凍機と呼ばれる冷やす装置で臭化リチウムというものが使われています。
収素とリチウムの化合物ですね。
吸収式冷凍機って言うんですけど、
真空に近い容器の中で水を5度ぐらいで蒸発させて冷水を作って、その水蒸気を臭化リチウムの液に吸収させます。
真空で水を低い温度で蒸発させてその時の気化熱を使って冷やしてるんですけど、
そのまま気化した水を放置していくと湿度が上がってしまって気化が続かなくなってしまうんですけど、
気化した水を臭化リチウムに吸収させて湿度を下げてあげることで常に気化を続けることができます。
こういう原理を使ってずーっと冷やし続ける冷凍機を吸収式冷凍機と言います。
この冷凍機のいいところはフロンを使っていないことです。
こうして難燃剤をはじめとして冷凍設備とか写真とかいろんなところで臭素が使われています。
でも臭素それだけじゃないんです。
有機合成の分野でものすごく使われます。
様々な化学反応で臭素って使うんですよね。
正確に言うと化学構造の中に臭素があるとすごく便利っていう話です。
化学構造の中に臭素の原子がくっついている部分って極性って言うんですけど、
電気的にプラスとマイナスに偏りやすくなるんですよね。
そういう偏りが大きい化合物っていうのは反応がしやすいです。
反対に極性があんまりないものって反応がしにくいので、
あえて臭素とか塩素のようなハロゲンをつけてあげて反応性を上げたりします。
臭素みたいなハロゲンと呼ばれる分類の元素を使った反応で有名なのがグリニャール試薬というものです。
大学で化学を勉強した人は100%知っている反応です。
それぐらい有名な反応なんですけど。
もともと臭素がついてある分子にマグネシウムを反応させると、
別の分子と反応しやすい構造になるんです。
それも炭素と炭素の結合を作れるっていう特徴がありまして、
これあんまりないんですよ。炭素炭素結合を作る反応って。
だからこそこれを見つけたフランスのグリニャールさんは1912年にノーベル化学賞を受けています。
そしてもう一つ有名なのがクロスカップリング。
もしかしたらこの音声を聞いている方でも記憶にあるかもしれません。
2010年のノーベル化学賞で日本の鈴木さん・根岸さん、
そしてアメリカのヘックさんが受賞しました。
根岸カップリングとか鈴木・宮浦カップリングって名前はもしかしたら聞いたかもしれません。
パラジウムという元素を使った反応でして、
臭素などのハロゲンがついた分子と別の分子の炭素同士をつなぐ反応で、
こちらも先ほどのグリニャール試薬と同じように炭素炭素結合を作る反応です。
また炭素炭素結合を作ってノーベル化学賞を受賞されてるんですよね。
もちろん炭素炭素結合を作ったらノーベル化学賞ってわけではないんですけど、
それぐらい作るのっていうのが難しくて、
汎用性があって作りやすいものが出てくるとやっぱりノーベル化学賞に値すると判断されるっていうことです。
グリニャール試薬もクロスカップリングもやっぱり臭素を使っているんです。
単純に研究用途だけじゃなくて、
薬とか電子材料の分子を工業的に作るのにも活用されています。
ちなみにですけど、分子の構造の中に臭素原子を入れようと思ったら、
必ず臭素の液体を使うわけでもないんです。
やっぱり取り扱いが難しいので、
どちらかというと粉末状で液体の収素よりも取り扱いしやすい臭素化剤というものが使われます。
教科書にも出てくるNBS、N-ブロモスクシンイミドというのが有名ですかね。
そういえば、臭素が入った分子、もう一つ用途がありました。
ポケモンにも臭素が出てきまして、
防御の基礎ポイント、努力値を上げるドーピングアイテム、ブロムヘキシンも分子構造の中に臭素が入っています。
私たちの世界では、ブロムヘキシン塩酸塩という形で、
タンの粘り気を下げて出しやすくするような薬として使われています。
ポケモンな豆知識も覚えましたね。
今回は科学系ポッドキャストの日のテーマ、匂いに合わせて、
臭い匂いの元と名付けられてしまった臭素について話してきました。
臭いのは臭いんですけど、現代の医薬・電子の分野でもかなり重宝されている元素です。
臭素すごいって思ったら、ぜひXでハッシュタグプラントライフをつけてコメントしてみてください。
番組企画とビデオポッドキャストのお知らせ
そしてここから、もともと言うはずじゃなかった謝罪のところから、
前回前々回って、水曜日と日曜日の定期配信を飛ばしてしまいました。
途中で2026年のノーベル化学賞の話はしたんですけど、定期配信できなかったです。
単純に忙しかったんで許してください。
そしてホストを務めておきながら、1日から10日の配信ルールを守れなくてですね、遅れて出させてもらっています。
今回は許してください。
そして皆様、科学系ポッドキャストの日、匂いのエピソードを投稿いただいてありがとうございます。
私としてもホストを担当して参加者がたくさんいらっしゃったことが嬉しいです。
そして次は、科学系ポッドキャストの日、4周年を迎えます。
次回11月のホストは、科学系ポッドキャストの日主催のサイエントークさん。
共通テーマはサプライズです。
ぜひ皆様参加していただきたいのと、この周年に合わせてトリビアアワードという企画も行われます。
1分で最も耳を奪う話を決めるトリビアアワード2026。
自分の声で1分でトリビアを話すもよし、声を出したくないなって方は300文字以内で文章を投稿すればサイエントークさんが代読してくれます。
こうして投稿されたトリビアの中から耳を奪うような話として受賞したら、
クラシエさんとのコラボでチーク菓子をプレゼントしてもらえるそうです。
なんと豪華な話。
科学系ポッドキャストの日の共通テーマサプライズ。
そしてもう一つの企画トリビアアワード。
ぜひ2つとも参加ください。
私も参加予定です。
あともう一つお知らせを忘れてました。
この度、技術者かねまるのプラントライフ、ビデオポッドキャスト化しました。
しかも過去のエピソード、これも含めて133回すべてビデオ化しています。
顔出ししたんですかって、そういうわけではなくて、
もともと作っていた完成音源に解説の動画を追加しました。
イメージはパワーポイントでスライド作って解説しているような感じですね。
だから特に皆さんの音声だけの体験はこれからも変わらないですし、
もし補足情報を見ながら聞きたいなって思ったら動画で見てみてください。
理解の助けになると思います。
ビデオ化したのは、リッスン、スポーティファイ、アップルポッドキャスト、そしてYouTubeです。
ほぼ全部ビデオ化してますのでお楽しみください。
こちらの感想もお待ちしております。
今回はここまでです。
プラントライフでは化学や工場に関するトピックを扱っています。
配信は毎週水曜日と日曜日の朝6時を予定しています。
番組への質問やご感想は概要欄のお便りフォームからぜひともお願いします。
そしてプラントライフ初めて聞く方のためにスポーティファイですとかアップルポッドキャストに星マークつけてください。
5段階で評価できるのでぜひともお願いします。
星いくつかっていうのも大事ですけど、どれだけの人に評価されているかっていうのも大事なんです。
まだ評価していない方いらっしゃいますよね。
よろしければご協力をお願いします。
それではお聞きいただきありがとうございました。
