Zincとは？ わかりやすく解説

銅 ← 亜鉛 → ガリウム - ↑ Zn ↓ Cd 30Zn 周期表
外見
銀白色
一般特性
名称, 記号, 番号	亜鉛, Zn, 30
分類	貧金属
族, 周期, ブロック	12, 4, d
原子量	65.38(2)(4)
電子配置	[Ar] 3d10 4s2
電子殻	2, 8, 18, 2（画像）
物理特性
相	固体
密度（室温付近）	7.14 g/cm3
融点での液体密度	6.57 g/cm3
融点	692.68 K, 419.53 °C, 787.15 °F
沸点	1180 K, 907 °C, 1665 °F
融解熱	7.32 kJ/mol
蒸発熱	123.6 kJ/mol
熱容量	(25 °C) 25.470 J/(mol·K)
蒸気圧
圧力 (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k 温度 (K) 610 670 750 852 990 1179
原子特性
酸化数	2, 1, 0 (両性酸化物)
電気陰性度	1.65（ポーリングの値）
イオン化エネルギー	第1： 906.4 kJ/mol
	第2： 1733.3 kJ/mol
	第3： 3833 kJ/mol
原子半径	134 pm
共有結合半径	122±4 pm
ファンデルワールス半径	139 pm
その他
結晶構造	六方晶系
磁性	反磁性
電気抵抗率	(20 °C) 59.0 nΩ⋅m
熱伝導率	(300 K) 116 W/(m⋅K)
熱膨張率	(25 °C) 30.2 μm/(m⋅K)
音の伝わる速さ （微細ロッド）	(r.t.) (rolled) 3850 m/s
ヤング率	108 GPa
剛性率	43 GPa
体積弾性率	70 GPa
ポアソン比	0.25
モース硬度	2.5
ブリネル硬度	412 MPa
CAS登録番号	7440-66-6
主な同位体
詳細は亜鉛の同位体を参照
同位体 NA 半減期 DM DE (MeV) DP 64Zn 48.6 % 中性子34個で安定 65Zn syn 243.8 d ε 1.3519 65Cu γ 1.1155 - 66Zn 27.9 % 中性子36個で安定 67Zn 4.1 % 中性子37個で安定 68Zn 18.8 % 中性子38個で安定 70Zn 0.6 % 中性子40個で安定 72Zn syn 46.5 h β− 0.458 72Ga
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亜鉛（あえん、英: zinc、羅: zincum）は、原子番号30の金属元素。元素記号は Zn。亜鉛族元素の一つ。安定な結晶構造は、六方最密充填構造 (HCP) の金属。必須ミネラル（無機質）16種の一つ。

名称

鉛製造工業の副産物として得られていた亜鉛の表面は平滑ではなく、櫛の歯 (Zinken) のような筋状になっていたので、Zinkと呼ばれるようになった^[1]。

日本では真鍮を意味する鍮石という言葉は天平年間から記録があり、文禄年間には真鍮という名称に変化している。その当時すなわち16世紀終わり頃、亜鉛は中国名で倭鉛と呼ばれ、ポルトガルではツタンナガ (Tutanaga) といったが、これを日本ではトタン（吐丹）と呼んだ^[2]。

亜鉛という言葉は1713年（正徳3年）に『和漢三才図会』に記録されたのが最初であるとされる^[2]。

性質

物理的性質

亜鉛は光沢を有し、反磁性を示す青味を帯びた銀白色の金属である^[3]。融点は419.5 °C、沸点は907 °Cと金属としては比較的低い^[4]。比重は鉄よりも小さく7.14^[5]。常温では脆いが、約100 〜150 °Cの範囲のみで展性、延性に富むようになる^[3][6]。210 °Cを超えると、再び脆性を示すようになる^[7]。亜鉛は良好な電気伝導体である^[3]。

単体金属の格子定数はa = 265.9 pm、c = 493.7 pm (25 °C) で、理想的な六方最密充填構造よりもやや c 軸方向に伸びている。c 軸方向の熱膨張率は a 軸方向の約3.5倍と異方性が強く現れ、線膨張率は a 軸方向（c 軸と垂直）は1.50×10⁻⁵ K⁻¹、c 軸方向では5.30×10⁻⁵ K⁻¹である^[8]。亜鉛を曲げると双晶変化によるスズ鳴きが起こる^[9]。

亜鉛を含む合金は多く、銅との合金である真鍮がよく知られている。その他の亜鉛と二元合金を形成する金属としては、アルミニウム、アンチモン、ビスマス、金、鉄、鉛、水銀、銀、スズ、マグネシウム、コバルト、ニッケル、テルル、ナトリウムが知られている^[10]。亜鉛とジルコニウムは共に強磁性ではないが、その合金ZrZn₂は35 K以下の温度で強磁性を示す^[3]。

化学的性質

亜鉛は周期表の第12族元素に属し、[Ar]3d¹⁰4s²の電子配置を取る。単体亜鉛は中程度の反応性を持つ金属であり、強還元剤として働く^[11]。純粋な金属の表面は湿った空気中で錆びて変色（英語版）しやすく、最終的には空気中の二酸化炭素との反応によって塩基性炭酸亜鉛からなる灰白色の不動態皮膜が形成される^[12]。

亜鉛は空気中で燃焼して明るい青緑色の炎色を発しながら酸化亜鉛のフュームとなる^[13]。

${\displaystyle {\ce {2 Zn + O2 -> 2ZnO}}}$

亜鉛鉱としては閃亜鉛鉱 (ZnS) や菱亜鉛鉱 (ZnCO₃) が主要であり、日本の亜鉛鉱山は閃亜鉛鉱が主である。細かく破砕された鉱石から浮遊選鉱などで脈石・銅鉱物・鉛鉱物などを分離したものは亜鉛精鉱と呼ばれる（亜鉛含量 50-58 %）。亜鉛精鉱は焼結により団塊とされることが多い。亜鉛精鉱は焙焼により酸化亜鉛（亜鉛焼鉱）とされた後に、乾式製錬法もしくは湿式製錬法（電解精錬）により金属亜鉛に製錬される。

${\displaystyle {\ce {2ZnS + 3O2 -> 2ZnO + 2SO2}}}$

この節には独自研究が含まれているおそれがあります。問題箇所を検証し出典を追加して、記事の改善にご協力ください。議論はノートを参照してください。（2013年3月）

生体では鉄の次に多い必須微量元素で、体重70 kgのヒトに平均2.3 g含まれる。生物学的半減期は280日とする報告がある^[50]。100種類を超える酵素の活性に関与し、主に酵素の構造形成および維持に必須である。それらの酵素の生理的役割は、免疫機構の補助、創傷治癒、精子形成、味覚感知、胎発生、小児の成長など多岐にわたる。炭酸脱水酵素が最も重要だと思われる。そのほか、加水分解酵素の活性に関わり、DNA や RNA のリン酸エステルを加水分解によって切断するので細胞分裂に大きく関わる。

人体に入る亜鉛はすべて食品に由来する。人体中では骨に多く、次いで体組織である。最も少ないのが血液であり、7 ppmに過ぎない。体組織中では、眼球、肝臓、筋肉、腎臓、前立腺、脾臓である。体液としては精液に多い。このうち、亜鉛の貯蔵器官は骨と脾臓である。亜鉛の排出経路は消化器が9割を占め、残りが尿と汗である。男性の場合、適度な亜鉛摂取は精子形成の増加および性欲増進の効果が見られる。^[要出典]毛髪の原料であるため、AGA・薄毛治療においても重要とされる。

なお、必須ミネラル16種の一つであるが、高濃度の亜鉛は人体に有害である。蒸気を吸入すると呼吸器に障害を起こし、全身、特に四肢の痙攣に至る。また工業的に作られた製品は不純物が有害な場合がある。

所要量

2020年版の「日本人の食事摂取基準」では、推定平均必要量：成人男性 9 mg/日、推奨量：11 mg/日、上限量：40～45 mg/日。推定平均必要量：成人女性 7 mg/日、推奨量：8 mg/日、上限量：30～35 mg/日。（成人とは18歳以上、妊婦は更に1～2 mgの付加量、授乳婦は3～4 mgの付加量 ）である。

１日の平均摂取推奨量（mg）^[51]

ライフステージ	摂取推奨量
生後6カ月	2 mg
幼児7-12カ月	3 mg
小児1-3歳	3 mg
小児4-8歳	5 mg
小児9-13歳	8 mg
10歳代14-18歳：（男子）	11 mg
10歳代14-18歳：（女子）	9 mg
成人（男性）	11 mg
成人（女性）	8 mg
10代の妊婦	12 mg
妊婦	11 mg
10代の授乳婦	13 mg
授乳婦	12 mg

欠乏症

詳細は「亜鉛欠乏症」を参照

亜鉛の欠乏は、亜鉛含量の少ない食事の摂取、亜鉛と結合し小腸での吸収を妨げる食物繊維の取りすぎ、さらに鉄や銅の過剰摂取などが原因となって起こることがある。亜鉛を最も含む食材は入手の容易さを考慮に入れるとレバーである。食物中にフィチン酸が含まれていると亜鉛の吸収が妨げられる。フィチン酸は穀物や豆類に多い。したがって、赤身の肉が少なく、穀物や豆類の摂取が多い国、例えば、FAO の統計によると、メキシコやペルーなどに欠乏症の素地を満たす国民が多い。

症状は細胞分裂の頻繁な箇所に影響が現れる。

• 味蕾の減少による味覚障害^[52]
• 精子形成の減少
• 無月経
• 貧血
• 皮膚炎
• 免疫機能の減弱
• 甲状腺機能の減弱
• 創傷治癒の遅延

亜鉛欠乏時には、胃腸機能の減衰および免疫機能低下による下痢が見られ、亜鉛を含む栄養素の摂取不良を招き、欠乏がさらに悪化することがある。亜鉛はインスリンの構造維持に必須でもあり、糖代謝にも関与する。さらに、ビタミンAの活性化にも関与するため、亜鉛の欠乏により、ビタミンA欠乏症が現れることがある。また、動物実験レベルでは、亜鉛欠乏により、活動性の低下、記憶や注意力の低下、味覚指向の変化^[53]が見られる。医師による治療の際は、亜鉛含有製剤としてポラプレジンクなどが処方される^[54]。

過剰症

亜鉛は過剰に摂取されると、膵液を通して過剰分が排泄される。また毒性も低いとされているため、通常の食生活では亜鉛の過剰症が問題となることはない^[52][55]。しかし、急性中毒や、サプリメントの摂取などにより継続的に過剰摂取した場合には以下のような問題を引き起こす^[55]。

急性亜鉛中毒^[55]

• 胃障害、めまい、吐き気の症状。

継続的な過剰摂取^[55][56]

• 直接的には症状を引き起こさないが、銅や鉄の吸収阻害を起こすため、銅欠乏症や鉄欠乏症を引き起こす。これらの欠乏症が貧血、免疫障害、神経症、下痢、HDL（いわゆる「善玉コレステロール」）の血液中濃度の低下といった諸症状を引き起こす。
• 吐き気、嘔吐、食欲不振、胃痙攣、頭痛などの徴候がみられる。長期にわたり亜鉛を過剰摂取すると、銅の減少、免疫の低下、およびHDLコレステロールの減少などの問題が生じる場合がある^[51]。

摂取源

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100 g中に含まれる亜鉛の量 (mg) の比較。^[57]

• カキ - 7
• レバー - 6
• カシューナッツ - 5
• 牛肉 - 4
• 小麦 - 4 - ただし土壌により、1/10にまで下がる場合がある^{[要検証 – ノート]}
• チーズ - 3
• 納豆 - 3^{[要検証 – ノート]}
• たらこ - 3
• エビ - 2
• 卵 - 1
• 牛乳 - 0.4

外用薬

酸化亜鉛は、紫外線防止のために日焼け止めに一般的に使われ、規制限度内での使用は安全だと考えられている^[58]。ジンクピリチオンはフケや脂漏性皮膚炎に有効で^[59]、シャンプーなどに配合される。

皮膚科領域では亜鉛の殺菌と抗炎症作用から多様に研究されているが小規模試験が多く、低価格な亜鉛の有効性を判断するには、適切なランダム化比較試験が必要である^[60]。中でもニキビに対しては研究が多く、第一選択肢を置き換える治療法になるとまではいかないが、実際の臨床に反映されていない^[60]。

亜鉛の化合物

1価

化合物中の1価の亜鉛イオンは二原子イオン ([Zn₂]²⁺)の形を取るが、極めて不安定であり不均化しやすい。融解状態の塩化亜鉛に金属亜鉛を加え、冷却させることで得られる黄色のガラス状物質中において[Zn₂]²⁺の存在が確認されている^[61]。Zn2+
2という1価イオンの形は1価の水銀の二原子イオンであるHg2+
2に類似しており、その二量体構造を反映して反磁性を有している。初めて合成された1価の亜鉛化合物はデカメチルジジンコセン（英語版）((η⁵-C₅Me₅)₂Zn₂)であり、これは初めて合成されたジメタロセンでもある^[62]。

2価

亜鉛は、貴ガス元素を除く全ての非金属元素および半金属元素との間で二元化合物を形成することが知られている。酸化亜鉛は水に難溶な白色粉末であるが、両性酸化物であり酸にも塩基にも溶解する^[13]。他の第16族元素との化合物（硫化亜鉛、セレン化亜鉛、テルル化亜鉛（英語版））は電子材料や光学材料に用いられる^[63]。第15族元素との化合物（窒化亜鉛、リン化亜鉛、ヒ化亜鉛（英語版）、アンチモン化亜鉛（英語版））^[64][65]や水素化物（水素化亜鉛（英語版））、炭化物（炭化亜鉛）なども知られている^[66]。フッ化亜鉛はイオン性が強く高融点（872度）であるが、他のハロゲン化亜鉛（塩化亜鉛、臭化亜鉛、ヨウ化亜鉛）は共有結合性がより強いため比較的低融点を示す^[67]。

2価の水和イオン Zn²⁺(aq) は無色であり、多少加水分解して弱酸性を示し、その酸解離定数はpK_a = 9.0である。Zn²⁺を含んだ溶液を弱塩基性にすると、水酸化亜鉛の白色沈殿が生成する。より塩基性が強くなると、この水酸化物は亜鉛酸イオン（[Zn(OH)₄]²⁻）として再び溶解する^[13]。亜鉛はオキソ酸イオンとも化合物を形成し、それらの例として硝酸亜鉛や硫酸亜鉛、リン酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、亜ヒ酸亜鉛、ヒ酸亜鉛などがある。黄色を呈するクロム酸亜鉛は、無色であることが多い2価の亜鉛化合物の中で数少ない有色の化合物である^[68][69]。最も単純な亜鉛の有機酸塩の一例として酢酸亜鉛がある。

亜鉛-炭素結合を持つ有機亜鉛化合物として、合成化学において試薬として用いられるジエチル亜鉛がある。ジエチル亜鉛は1848年に報告された初めての有機亜鉛化合物であり、亜鉛とヨウ化エチルの反応によって合成される。それはまた金属-炭素間にσ結合を有する化合物としても初のものであった^[70]。

主な化合物

• 塩化亜鉛 (ZnCl₂)
• 酸化亜鉛 (ZnO)
• 硫化亜鉛 (ZnS) - 白色
• 硫酸亜鉛 (ZnSO₄)
• クロム酸亜鉛 (ZnCrO₄) - 黄色顔料・ジンククロメート（ジンクイエロー）として使われる。
• ステアリン酸亜鉛(Zn(C₁₈H₃₅O₂)₂) - 製薬助剤
• スズ酸亜鉛 (ZnSnO₃) - プラスチック難燃剤
• グルコン酸亜鉛 (C₁₂H₂₂O₁₄Zn) - 医薬（亜鉛補充剤）
• リン化亜鉛(Zn₃P₂) - 殺鼠殺虫剤

同位体

詳細は「亜鉛の同位体」を参照

亜鉛の同位体は自然界に5種類が存在している。天然存在比の最も高い同位体は ⁶⁴Zn の 48.63%^[71]。⁶⁴Zn の半減期は4.3 × 10¹⁸ 年であるが^[72]、その放射能は無視できる程度である^[73]。同様に、0.6%含まれる ⁷⁰ Zn も1.3 × 10¹⁶ 年の半減期を持つが、こちらも通常は放射性ではないとみなされている。他の同位体の天然存在比は ⁶⁶Zn が 28%、⁶⁷Zn が 4%、⁶⁸Zn が 9%である。

天然に存在するもの以外にも数十種の放射性同位体が同定されている。その中で最も安定なものは、半減期243.93日の⁶⁵Zn であり、次いで安定なのが半減期46.5時間の⁷²Zn である。また、亜鉛には10種の核異性体が存在している。最も安定な核異性体は^69mZnであり、その半減期は13.76時間である^[71]。

質量数66未満の放射性同位体の崩壊モードは電子捕獲であり、娘核種として銅の同位体が生成される^[71]。

n
30Zn + e−
  → n
29Cu

一方で、質量数66以上の放射性同位体の崩壊モードはβ⁻崩壊であり、娘核種としてガリウムの同位体が生成される^[71]。

n
30Zn → n
31Ga + e−
  + ν 
e

出典

注釈

1. ^ 酸化亜鉛の生成熱は-348kJ/mol亜鉛の原子量は65なので、亜鉛の発熱量は348÷65=5.36kJ/g=1.49kWh/kg=1490kWh/t

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参考文献

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関連項目

ウィキメディア・コモンズには、亜鉛に関連するメディアがあります。

• 味覚
• ジンクホワイト（酸化亜鉛）
• 微量元素
• マトリックスメタロプロテアーゼ
• 亜鉛欠乏症
• 亜鉛イオノフォア

外部リンク

• 金属資源情報 - 石油天然ガス・金属鉱物資源機構
• 亜鉛 - （オレゴン州大学・ライナス・ポーリング研究所）
• 亜鉛解説 - 素材情報データベース＜有効性情報＞（国立健康・栄養研究所）
• 亜鉛 - 同
• 栄養素「亜鉛」は免疫のシグナル（独立行政法人 理化学研究所）
• 亜鉛の地球化学図
• 『亜鉛』 - コトバンク
• 亜鉛 (試薬)JISK8012:2006

表 話 編 歴 周期表
	1	2															3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1	H																															He
2	Li	Be																									B	C	N	O	F	Ne
3	Na	Mg																									Al	Si	P	S	Cl	Ar
4	K	Ca															Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
5	Rb	Sr															Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Cd	In	Sn	Sb	Te	I	Xe
6	Cs	Ba	La	Ce	Pr	Nd	Pm	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At	Rn
7	Fr	Ra	Ac	Th	Pa	U	Np	Pu	Am	Cm	Bk	Cf	Es	Fm	Md	No	Lr	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Nh	Fl	Mc	Lv	Ts	Og
アルカリ金属   アルカリ土類金属   ランタノイド   アクチノイド   遷移金属   その他の金属   半金属元素（半導体元素）   その他の非金属   ハロゲン   貴ガス（希ガス）   不明

表 話 編 歴 亜鉛の化合物
Zn(I)	Zn2Cl2 有機亜鉛(I)化合物 Zn2(C5(CH3)5)2
Zn(II)	Zn3As2 ZnBr2 ZnCl2 Zn(ClO3)2 Zn(ClO4)2 Zn(CN)2 ZnCO3 ZnCrO4 ZnF2 ZnH2 ZnI2 Zn(MnO4)2 ZnMoO4 Zn3N2 Zn(NH2)2 Zn(NO3)2 ZnO ZnO2 Zn(OH)2 Zn3P2 Zn2P2O7 Zn3(PO4)2 ZnS ZnSeO4 ZnSO4 ZnSb ZnSe ZnTe ZnTiO3 有機亜鉛(II)化合物 Zn(CH3)2 Zn(C2H5)2 ジフェニル亜鉛（英語: Diphenylzinc）
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