塩素

塩素
危険性
GHSピクトグラム
GHSシグナルワード	危険(DANGER)
Hフレーズ	H270, H315, H319, H331, H335, H400
Pフレーズ	P220, P244, P261, P304, P340, P312, P403, P233, P410
EU分類	O T N
EU Index	Danger
NFPA 704	0 3 0
	特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。

外見
	黄緑色気体;
一般特性
名称, 記号, 番号	塩素, Cl, 17
分類	ハロゲン
族, 周期, ブロック	17, 3, p
原子量	35.453(2)
電子配置	[Ne] 3s2 3p5
電子殻	2, 8, 7（画像）
物理特性
相	気体
密度	(0 °C, 101.325 kPa); 3.2 g/L
融点	171.6 K, −101.5 °C, −150.7 °F
沸点	239.11 K, −34.04 °C, −29.27 °F
臨界点	416.9 K, 7.991 MPa
融解熱	(Cl2) 6.406 kJ/mol
蒸発熱	(Cl2) 20.41 kJ/mol
熱容量	(25 °C) (Cl2) 33.949 J/(mol·K)
蒸気圧
原子特性
酸化数	7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, −1（強酸性酸化物）
電気陰性度	3.16（ポーリングの値）
イオン化エネルギー	第1： 1251.2 kJ/mol
	第2： 2298 kJ/mol
	第3： 3822 kJ/mol
共有結合半径	102±4 pm
ファンデルワールス半径	175 pm
その他
結晶構造	斜方晶系
磁性	反磁性
電気抵抗率	(20 °C) > 10 Ω⋅m
熱伝導率	(300 K) 8.9×10−3 W/(m⋅K)
音の伝わる速さ	（気体、0 °C）206 m/s
CAS登録番号	7782-50-5
主な同位体
	詳細は塩素の同位体を参照
	表示;

塩素（えんそ、英: chlorine）は原子番号17の元素。元素記号はCl。原子量は35.45。ハロゲン元素のひとつ。

一般に「塩素」という場合は、塩素の単体である塩素分子（Cl₂、二塩素、塩素ガス）を示すことが多い。ここでも合わせて述べる。塩素分子は常温常圧では特有の刺激臭を持つ黄緑色の気体で、腐食性と強い毒を持つ。

名称

1774年にスウェーデンのカール・ヴィルヘルム・シェーレが「脱フロギストン海塩酸気^{[注釈 1]}」と命名した。

1810年にハンフリー・デービーが、気体が黄緑色である点から、ギリシャ語で「黄緑色」を意味する χλωρος (Chloros) を取って chlorine と命名した。日本語では原義から緑気（りょっき）とも呼ばれた^[3]。

日本語の「塩素」（鹽素）は江戸時代後期に宇田川榕菴が著書「遠西医方名物考補遺」で用いたのが最初である^[4]。オランダ語 zoutstof の訳語であり、食塩の主成分である点による命名である。

性質

塩素原子の電子親和力は非常に大きく、通常イオン化する際は1価の陰イオンとなる（EA=3.617 eV^[5]）。

単体（塩素ガス）は、常温常圧では特有の臭いを有する黄緑色の気体。分子量70.90。融点−101 °C、沸点−34.1 °C、比重2.49。非常に反応性が高く、多くの金属や有機物と反応し塩化物を形成する。

強い漂白・殺菌作用を持つため、パルプや衣類の漂白剤や、水道水やプールの殺菌剤として使用される。ただし、気体を扱うのは困難であり、また保存性の点から水酸化ナトリウム (NaOH) 水溶液と反応させた次亜塩素酸ナトリウムの形で利用されることが多い^[6]。

地球上の塩素の存在

地球上において、92ある天然元素のうち18番目に多く存在し、鉱物やイオン、気体などとしてマントルに99.6パーセント、地殻に0.3パーセント、海水に0.1パーセントが保有されている^[7]。

マントル - アルステア・キャメロンによる隕石の分析で、ケイ素原子10000個に対し塩素原子190個が含まれていると考えられていることから、地球の質量約6000 Y gに対し22 Yg (22×10²⁴ g)の塩素が存在すると推測される。
地殻 - 塩素が地殻の総重量の0.19パーセントを占めると考えられていることから、約60 Zg（60×10²¹ g）の塩素が地殻に存在すると推測される。火山噴火により毎年0.4–11 Tg（(0.4–11)×10¹² g）の塩素がおもに塩化水素の形で対流圏に放出され、その大部分が地表や海洋に降下する。
海水 - 約1.36×10⁸ km³の海水の総量のうち、平均塩素濃度19.354 g/kgであることから、26 Zgがおもに塩化ナトリウム (NaCl)として存在すると推測される。海面上で生じる波により、年間6–18 Pg（(6–18)×10¹⁵ g）が大気中に放出される。大部分が海洋に戻るが、一部は揮発性塩素となる。
河川水・湖水 - 河川・湖の水の総量は約1×10⁵ km³であり、河川水には約5.8 mg/L含まれていることから、河川・湖水総量に対し580 Tgが含まれていると推測される。
地下水 - 帯水層および土壌中の地下水は地球の水量のおよそ8パーセントであり、標準的塩素濃度が40 mg/Lであることから、地下水中の塩素含有総量は320 Pgと推測される。
雪氷圏 - 極地や大陸の氷原には、0.5 Gg（0.5×10⁹ g）の塩素が存在すると推測される。
対流圏 - 大気中では主に塩化水素やクロロメタンの状態で存在し、塩化水素は地表近くでは体積濃度(100–300)×10⁻¹² m³/m³、都市部の高濃度域では3000×10⁻¹² m³/m³が測定される。クロロメタンや、より高層の塩化水素、海水からのエアロゾルなどを含めると、5.3 Tgが存在していると推測される。対流圏から成層圏へは年間約0.03 Tgが放出され、成層圏から対流圏へもほぼ同量が移動する。
成層圏 - 成層圏には約3×10⁻¹² m³/m³の塩素が含まれ、約0.4 Tgの塩素が存在すると推測される。

生産

現在では一般的に、塩化ナトリウム水溶液からイオン交換と電気分解とを併用するイオン交換膜法によって、水酸化ナトリウムとともに生産される^[8]。さらに、水素を副生せずイオン交換膜法より消費電力の少ないガス拡散電極法も、2013年より東亞合成徳島工場を皮きりに商業運転が始まっている^[9]。塩素ガスの2016年度日本国内生産量は343万9341トン、消費量は296万9305トン、液体塩素の2016年度日本国内生産量は47万3016トン、消費量は30万909トンである^[10]。高圧ガス保安法に基づく容器保安規則により、黄色いボンベに保管するように決められている^[11]。また液化塩素専用タンク車のタキ5450形も塗装は黄色である。

塩酸やクロロホルムなど各種塩化物の原料、ポリ塩化ビニルやポリ塩化ビニリデンなどの合成樹脂原料として多方面で使用されるほか、合成中間体としてシリコーンやポリウレタン、各種ポリマーなど塩素を含まない製品の製造にも用いられる^[12]。

人体・環境への影響

単体の毒性

塩素は強い毒性を持つため、人類初の本格的な化学兵器としても使われた。第一次世界大戦中の1915年 4月22日、イープル戦線でのことである。このときにドイツ軍の化学兵器部隊の司令官を務めていたのは、後年（1918年）ノーベル化学賞を受賞するフリッツ・ハーバーである。塩素ガスは、色がついていて重いためすぐにばれ、周りへの被害が少ない。支給されたマスクは中和液を含ませたガーゼマスクだった。

塩素を吸引すると、まず呼吸器に損傷を与える。空気中である程度以上の濃度では、皮膚の粘膜を強く刺激する。目や呼吸器の粘膜を刺激して咳や嘔吐を催し、重大な場合には呼吸不全で死に至る場合もある。液体塩素の場合には、塩素に直接触れた部分が炎症を起こす。

塩素を浴びてしまった場合、ただちにその場から離れ、着ていた衣服を脱ぎ、毛布に包まるなどして体を温めなければならない。ただちに医療機関での処置を要する。呼吸が停止している場合には一刻も早く人工呼吸による蘇生を行わなければならない。呼吸が苦しい場合には酸素マスクの着用を要する。

毒物および劇物取締法により劇物に指定されている^[13]。また、労働安全衛生法の第2類特定化学物質に指定されている。

塩素ガス発生事故等

特に塩素を含む漂白剤（次亜塩素酸ナトリウム）と酸性の物質（おもにトイレ用の洗剤）を混合すると、有毒な単体の塩素ガスが遊離し危険な状態となる。このため、漂白剤や酸性のトイレ用の洗剤には「混ぜるな危険」との大きく目立つ表示がある。このような表示がされる前（当時も小さな注意書き自体は存在した）には1986年には徳島県で、1989年には長野県で、実際に塩素系漂白剤と酸性洗浄剤を混ぜたことにより、塩素ガスが発生し死亡した事故が起こっている。

工場レベルでもミスがあると類似の事故が発生する。1976年 3月26日、東大阪市のメッキ廃液処理場では、清掃業者が塩素酸ソーダのタンクに誤って硫酸を投入、大量の塩素ガスが発生して周辺住民約100人が入院する騒ぎとなった^[14]。

オゾン層への影響

塩素はオゾンホールの原因物質としても指摘されている。フロンなどの塩素原子を含む化合物が紫外線に当たると、結合が切断され塩素ラジカルが生じる。塩素ラジカルは周囲のオゾンと反応して触媒的にオゾンを酸素分子へと分解するため、オゾン層の破壊効果が大きい。

歴史

1774年にスウェーデンのカール・ヴィルヘルム・シェーレが、海塩酸（塩酸）と二酸化マンガンを加熱させることによって単体を分離。

1810年にハンフリー・デービーが元素であると認めた。

塩素の化合物

塩化物イオンあるいは置換基として塩素を含む化合物は塩化物あるいは塩素化合物と呼ばれる。塩素はほとんどすべての元素と安定な化合物を形成し、また有機化合物にも塩素を含むものが多く知られている（記事塩化物に詳しい）。個々の化合物については、「塩化物のカテゴリ」および「有機ハロゲン化合物のカテゴリ」を参照されたい。

有機塩素化合物は、安定で、かつ安価に合成できるために、クロロホルムやジクロロメタンのような代表的な有機溶媒として、あるいはポリ塩化ビニルなどのプラスチックとして、大量に生産・使用されている。

反面、多くは毒性を持ち、環境中に放出された際に化学分解されにくい点、さらに焼却時にはダイオキシンを発生する点から、法令などで規制されている物質も多い。

塩素のオキソ酸

塩素のオキソ酸は慣用名を持つ。次にそれらを挙げる。

オキソ酸の名称	化学式（酸化数）	オキソ酸塩の名称	備考
次亜塩素酸（hypochlorous acid）	${\ce {HClO}}$ (+I)	次亜塩素酸塩（ - hypochlorite）	次亜塩素酸塩は塩基性を示し、遊離酸よりも安定で漂白剤、殺菌剤として使用される。
亜塩素酸（chlorous acid）	${\ce {HClO2}}$ (+III)	亜塩素酸塩（ - chlorite）	亜塩素酸は中程度の酸（pKa2.31）。亜塩素酸塩は危険物第1類。
塩素酸（chloric acid）	${\ce {HClO3}}$ (+V)	塩素酸塩（ - chlorate）	塩素酸は強酸。塩素酸塩は危険物第1類でマッチや火薬などの酸化剤として用いられる。
過塩素酸（perchloric acid）	${\ce {HClO4}}$ (+VII)	過塩素酸塩（ - perchlorate）	過塩素酸は強酸で危険物第6類。過塩素酸塩は危険物第1類。

※オキソ酸塩名称の '-' にはカチオン種の名称が入る。

塩素のオキソ酸はいずれも酸化力が強い。代表的な化合物に次のようなものがある。

次亜塩素酸ナトリウム（ ${\ce {NaClO}}$ ）
次亜塩素酸カルシウム（さらし粉（ ${\ce {CaCl(ClO).H2O}}$ ） - 不純物として原料の ${\ce {Ca(OH)2}}$ を含む

同位体

脚注

[脚注の使い方]

注釈

^ Dephlogisticated muriatic acid air.^[2]

出典

^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds (PDF) （2004年3月24日時点のアーカイブ）, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
^ Robert T. Baldwin (1927). “History of the chlorine industry”. J. Chem. Educ. 4 (3): 313–319. doi:10.1021/ed004p313.
^ 沖久也「グリフィス講述『化学筆記』について」『化学史研究』第39巻第4号、2012年、13–20頁。
^ 宇田川榕菴 (1834). “元素編第二”. 遠西医方名物考補遺. 8
^ 日本化学会（編）『化学便覧基礎編』（改訂4版）丸善、1993年。
^ 『化学大辞典』共立出版、1993年。
^ 『塩素白書』p10-21
^ F.A. コットン、G. ウィルキンソン、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。
^ 『ガス拡散電極法を使用した電解槽設備の導入について』（pdf）（プレスリリース）東亞合成、2013年8月6日。2013年8月6日閲覧。
^ 経済産業省生産動態統計年報　化学工業統計編
^ 容器保安規則 - e-Gov法令検索
^ 『塩素白書』p45
^ 毒物及び劇物指定令昭和四十年一月四日政令第二号第二条十七の三
^ 塩素ガス漏れ住民バタバタ東大阪約百人が入院『朝日新聞』1976年（昭和51年）3月26日夕刊、3版、11面

参考文献

IUPAC編、宮本純之監訳『塩素白書』化学工業日報社、2000年。ISBN 4-87326-346-8。

外部リンク

塩素 - 素材情報データベース＜有効性情報＞（国立健康・栄養研究所）
国際化学物質安全性カード塩素 (ICSC:0126) 日本語版(国立医薬品食品衛生研究所による), 英語版
『塩素』 - コトバンク

ハロゲン間化合物
	フッ素	塩素	臭素	ヨウ素	アスタチン
フッ素	F₂
塩素	ClF　ClF₃　ClF₅	Cl₂
臭素	BrF　BrF₃　BrF₅	BrCl　BrCl₃	Br₂
ヨウ素	IF　IF₃　IF₅　IF₇	ICl　I₂Cl₆	IBr　IBr₃	I₂
アスタチン		AtCl	AtBr	AtI	At₂?

[3] Dephlogisticated muriatic acid air.^[2]

[1] Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds (PDF) （2004年3月24日時点のアーカイブ）, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.

[2] Robert T. Baldwin (1927). “History of the chlorine industry”. J. Chem. Educ. 4 (3): 313–319. doi:10.1021/ed004p313.

[4] 沖久也「グリフィス講述『化学筆記』について」『化学史研究』第39巻第4号、2012年、13–20頁。

[5] 宇田川榕菴 (1834). “元素編第二”. 遠西医方名物考補遺. 8

[binran-6] 日本化学会（編）『化学便覧基礎編』（改訂4版）丸善、1993年。

[daijiten-7] 『化学大辞典』共立出版、1993年。

[8] 『塩素白書』p10-21

[Cotton-9] F.A. コットン、G. ウィルキンソン、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。

[10] 『ガス拡散電極法を使用した電解槽設備の導入について』（pdf）（プレスリリース）東亞合成、2013年8月6日。2013年8月6日閲覧。

[11] 経済産業省生産動態統計年報　化学工業統計編

[12] 容器保安規則 - e-Gov法令検索

[13] 『塩素白書』p45

[14] 毒物及び劇物指定令昭和四十年一月四日政令第二号第二条十七の三

[15] 塩素ガス漏れ住民バタバタ東大阪約百人が入院『朝日新聞』1976年（昭和51年）3月26日夕刊、3版、11面

[1]

[注釈 1]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[2]

表話編歴塩素の化合物
Cl(I)	ClF ClNO₃ Cl₂O Cl₂O₂（英語版） HClO
Cl(I,VII)	Cl₂O₄（英語版）
Cl(II)	ClO
Cl(III)	ClF₃ HClO₂
Cl(IV)	ClO₂
Cl(V)	ClF₅ Cl₂O₅ ClOF₃（英語版） ClO₂F HClO₃
Cl(V,VII)	Cl₂O₆（英語版）
Cl(VII)	Cl₂O₇ ClO₂F₃ ClO₃F HClO₄
カテゴリ

表話編歴二原子分子
一般的	水素 H₂ 窒素 N₂ 酸素 O₂ フッ素 F₂ 塩素 Cl₂ 臭素 Br₂ ヨウ素 I₂
まれ	ヘリウム二量体 He₂ リチウム Li₂ 二原子炭素 C₂ ナトリウム Na₂ リン P₂ 二硫黄 S₂ クロム Cr₂ モリブデン Mo₂ タングステン W₂ アスタチン At₂ ウラン U₂