サルファーとは？わかりやすく解説

外見
	黄色; ; ; 硫黄のスペクトル線
一般特性
名称, 記号, 番号	硫黄, S, 16
分類	非金属
族, 周期, ブロック	16, 3, p
原子量	32.065(5)
電子配置	[Ne] 3s2 3p4
電子殻	2, 8, 6（画像）
物理特性
相	固体
密度（室温付近）	(α) 2.07 g/cm3
密度（室温付近）	(β) 1.96 g/cm3
密度（室温付近）	(γ) 1.92 g/cm3
融点での液体密度	1.819 g/cm3
融点	388.36 K, 115.21 °C, 239.38 °F
沸点	717.8 K, 444.6 °C, 832.3 °F
臨界点	1314 K, 20.7 MPa
融解熱	(mono) 1.727 kJ/mol
蒸発熱	(mono) 45 kJ/mol
熱容量	(25 °C) 22.75 J/(mol·K)
蒸気圧
原子特性
酸化数	6, 5, 4, 3, 2, 1, −1, −2; (強酸性酸化物)
電気陰性度	2.58（ポーリングの値）
イオン化エネルギー	第1： 999.6 kJ/mol
	第2： 2252 kJ/mol
	第3： 3357 kJ/mol
共有結合半径	105±3 pm
ファンデルワールス半径	180 pm
その他
結晶構造	斜方晶系
磁性	反磁性
電気抵抗率	(20 °C) （無定形）2×1015Ω⋅m
熱伝導率	(300 K) （無定形）0.205 W/(m⋅K)
体積弾性率	7.7 GPa
モース硬度	2.0
CAS登録番号	7704-34-9
主な同位体
	詳細は硫黄の同位体を参照
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硫黄（いおう、英: sulfur）は原子番号16番の元素である。元素記号はS。原子量は32.1。酸素族元素のひとつ。固形時は淡黄色で無味無臭。点火すると青色の炎を出し、二酸化硫黄の特異臭を発する^[2]。

名称

硫黄の日本名の読みの「いおう」は、音読みの「リュウオウ」が訛ったもので、古代には「ゆわ」や「ゆわう」、「ゆうわう」という読みが使われたこともある^[要出典]。英名「sulfur」は、ラテン語で「燃える石」を意味する語に由来する（brimstone）^[3]。

用途

硫黄から製造される硫酸は化学工業上、もっとも重要な酸である。一般的に酸として用いられるのは希硫酸で、脱水剤や乾燥剤に用いられるのは濃硫酸である。また、種々の硫黄を含んだ化合物が合成されている。

硫黄は古来、漂白剤、儀式用の香料、殺虫剤、接着剤など多様に用いられていた。また黒色火薬の原料であり、ローマ人は硫黄を花火や武器の製造に使用した。

現代では合成繊維、医薬品や農薬、また抜染剤などの重要な原料であり、さまざまな分野で硫化物や各種の化合物が構成されている。農家における干し柿、干しイチジクなどの漂白剤には、硫黄を燃やして得る二酸化硫黄が用いられる（燻蒸して行われる）。また、ワインの酸化防止剤としても二酸化硫黄は使われている。ゴムに数パーセントの硫黄を加えて加熱（加硫）すると（架橋により）弾性が増し、さらに添加量を増やすと硬さを増す加工が可能となり、最終的にはエボナイトとなる。この硫黄添加はゴム製タイヤの性質の決定において重要な要素である。

また、金属の硫化鉱物は半導体の性質を示すものが多く、シリコン鉱石検波器やゲルマニウムダイオードが実用化される以前は、鉱石検波器の主要部品として重用された。

硫黄は高い電位を示す為、二次電池の正極活物質としても利用されている。代表的な例としてナトリウム・硫黄電池が風力発電所などで広く利用されている。近年は全固体電池の固体電解質にも硫化物が利用されている。この硫化物系固体電解質は高いイオン伝導度を示し、今後は全固体電池がリチウムイオン電池の座を取り大きな需要が見込まれている。

同素体

硫黄はカテネーションを生じやすく、30以上の同素体を形成する。この数はほかの元素に比べてもかなり多い^[4]。通常、天然に見られる同素体は環状のS₈硫黄である^[5]。

常温、常圧で固体であるS₈硫黄は3つの結晶形を持つ。

α硫黄（斜方硫黄） - 融点112.8 °C、比重2.07、淡黄色斜方晶
β硫黄（単斜硫黄） - 融点119.6 °C、比重1.96、淡黄色単斜晶
γ硫黄（単斜硫黄） - 融点106.8 °C、比重1.955、淡黄針状晶

いずれも、S₈硫黄を単位構造とする結晶であるが、95.6 °C以下では斜方硫黄が安定であり、それ以上の温度では単斜硫黄系が安定である。また、250 °Cまで加熱すると50万個以上の硫黄原子がつながった直鎖状硫黄（S_n）となる。これはゴム状硫黄またはプラスチック硫黄とも呼ばれる。ゴム状硫黄は黄色を示す。純度の高い特級試薬を用いて実験を行うと黄色いゴム状硫黄が得られるが、実際は黒褐色のゴム状硫黄が得られることも多い^[6]^[7]。

特徴

熱・電気を伝えにくい。融点（112.8 °C）より少し高温では黄色だが160 °C以上になると暗色になる^[2]。

多くの同素体や結晶多形が存在し、融点、密度はそれぞれ異なる。沸点444.674 °C。大昔から自然界において存在が知られている。

S₈硫黄は融点直上の温度では黄色をしており、粘性も低いが、温度が上昇するにつれて直鎖状硫黄へと変化が進み、159.4 °C以上では暗赤色（暗色）となり粘性が増大しほとんど流動性を失う。この温度以上ではS₈硫黄の環が解裂し、直鎖状のビラジカルが発生し、直鎖状S₁₆、S₂₄などのオリゴマー化が進行し、直鎖状硫黄（S_n）が形成され粘性が急速に増大する。さらに加温すると、直鎖状の分子が切れて再び流動性を取り戻し、沸点の444.674 °Cにいたる。暗赤色の150–195 °Cの硫黄を冷水に投入すると、褐色を帯びたゴム状硫黄が得られる。鉄分など不純物を含む場合は黒褐色、不純物が微量である（純度が99 %を超える）場合は黄色のゴム状硫黄となるという報告もされているが^[8]、実際の硫黄の研究においては純度99.9999 %以上の原料などが用いられており、褐色を帯びるのを単に不純物に帰するのは不正確であると言える。そもそもゴム状硫黄（amorphous sulfur）と呼ばれる物質は高温でS₈の環状構造が開裂、さまざまな長さの鎖状構造や、濃い色を示すS₃などの小さな分子の混合体となったものであり、その生成時の加熱温度や冷却速度などにより異なる組成を示す。このため色や粘度、ヤング率などの物理特性は合成条件に大きく依存する。たとえば急速圧縮法^[9]を利用すると黄色透明なゴム状硫黄が得られるが^[10]、これは通常の手法で得られる褐色のゴム状硫黄とは熱力学的な特性が大きく異なるアモルファス相である。つまり、不純物により着色するというよりは、「ゴム状硫黄」としてまとめられている不定形化合物にはさまざまなものが存在し、作り方によっては黄色透明な種類のゴム状硫黄も作成可能であったり、不純物の存在によりS₈環の開裂や鎖状構造の伸張・再開裂速度が異なり同じ加熱時間でも異なる組成のものが生成されたりするととらえた方がよい^[要出典]。なお、準安定状態であるゴム状硫黄は放置すると斜方硫黄に徐々に変化していく。

他の同素体として、硫黄蒸気の分子量測定から S₂、S₄、S₆、S₇などが存在することが判明している。また、ハッブル宇宙望遠鏡での木星の衛星「イオ」のスペクトル観測では、S₂、S₃、S₄の存在が観測されている。2200 °C以上、低圧下では原子状硫黄が主となる^[11]。

また、硫黄の同素体は環状硫黄分子として人為的に合成されてきており、シクロ-S₆を筆頭に、シクロ-S₇、シクロ-S₉、シクロ-S₁₀、シクロ-S₁₁、シクロ-S₁₂、シクロ-S₁₈、シクロ-S₂₀などが合成され、X線結晶構造解析でその構造が確認されている。

水には溶けにくいが、二硫化炭素に溶解しやすく、ベンゼンおよびトルエンにも少量溶解する。アルカリ水溶液と加熱すると多硫化物およびチオ硫酸塩を生じて溶解する。金、白金以外の多くの金属と反応して硫化物を形成する。銀や銅とは接触により室温でも反応して黒色の硫化銀や硫化銅を生成する。

シクロ-S₆はアルケンの硫化に用いる際の反応性がS₈硫黄より高いことが知られている。

硫黄自体には臭いがないが、噴火口や硫黄泉の周囲など、天然の硫黄が存在する場所で多く発生する硫黄化合物の硫化水素には腐卵臭が、二酸化硫黄には刺激臭がある。俗に「硫黄の臭い」、「硫黄のような臭い」などと言うことがあるが、これはこのような硫黄化合物の臭いであって、単体の硫黄の臭いではない^[12]。

所在・製法

天然には数多くの硫黄鉱物（硫化鉱物、硫酸塩鉱物）として産出する。単体でも産出する（自然硫黄）。深海では熱水噴出口付近で鉄などの金属と結合した硫化物や温泉（硫黄泉）では硫黄が昇華した硫黄華や、湯の花としてコロイド状硫黄が見られ、白く濁って見える。そして人体では硫黄を含むシステインや必須アミノ酸のメチオニンとして存在する。

火山性ガスには硫化水素、二酸化硫黄が含まれ、それが冷えると硫黄が析出する。これを応用したのが昇華硫黄（火口硫黄ともいう）であり、噴気孔から石で煙道を造り、内部に適宜石を入れて、この石に昇華した硫黄を付着させる採取法であった。ガスから分離し、煙道内に溜まった硫黄は最初のうちは液状であるが、温度の低下にともない次第に粘度を増していき、採取口に近づくころにはほぼ固化した状態で純度の高い硫黄が得られた。硫黄山、那須岳、雌阿寒岳、九重山などの活火山ではこのような方法で硫黄採掘に従事する鉱山が点在していた。19世紀の生産方式はシチリア法（英語版）が圧倒的な主流であったが^[13]、深刻な環境汚染などの問題もあった。

これとは別に、鉱床から得られる硫黄も存在しており、こちらは採掘・選鉱したあと、製錬所において焼き釜に鉱石を入れて硫黄分を溶出させていた。釜から抽出された硫黄は液体であり、これを型に流し込み冷却して円柱状の固体にして出荷した。焼き窯方式は亜硫酸ガスなどが発生するため、のちにオートクレーブを用いて高圧水蒸気に硫黄を溶け出させてこれを回収する方法に切り替わっていった。

{\ce {2 H2S + SO2 -> 3 S + 2 H2O}}

[14] シチリア産硫黄の輸出先を巡って大英帝国と両シチリア王国とのあいだで1840年の硫黄紛争（英語版）が勃発したとおり、19世紀中頃は世界で生産される硫黄の4分の3はシチリア産であった。

[17] 産業革命のなかで紡績、織物など繊維業の仕上げ加工 (繊維業)（英語版）に硫酸が使用され始めたことで硫黄の需要は高まり^[14]、1832年から 1836年までの5年間で世界の硫黄の産出量は倍増した^[15]。硫黄の主な生産国は、アメリカ、カナダ、ポーランド、フランス、ロシア、メキシコ、日本である。

[21] 島津久籌（又七）は口永良部党移住と同時に事業を始めたため、どう事前準備をしたかについては疑問が持たれている^[18]。

[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.

[:0-2] “硫黄”. www.kagakukan.sendai-c.ed.jp. 2022年2月14日閲覧。

[3] ロナルド・ルイス・ボネウィッツ著、青木正博訳『ROCK and GEM 岩石と宝石の大図鑑』誠文堂新光社 2007年 120ページ

[4] Ralf Steudel, Bodo Eckert (2003). “Solid Sulfur Allotropes Sulfur Allotropes”. Topics in Current Chemistry 230: 1–80. doi:10.1007/b12110.

[5] Steudel, R. (1982). “Homocyclic Sulfur Molecules”. Topics Curr. Chem. 102: 149.

[6] 久保田港「硫黄の同素体」(「化学と教育」日本化学会 2016 年 64 巻 12 号 p.611)

[7] 辰巳敬「化学」数研出版 2016年1月10日 p.205

[8] “ゴム状硫黄「黄色」です―17歳が実験、教科書変えた”. 朝日新聞. (2009年1月5日). オリジナルの2009年5月6日時点におけるアーカイブ。 2009年1月5日閲覧。

[RapidCompression-9] S. M. Hong, L. Y. Chen, X. R. Liu, X. H. Wu and L. Su, Rev. Sci. Instrum., 76, 053905 (2005).

[10] P. Yu, W. H. Wang, R. J. Wang, S. X. Lin, X. R. Liu, S. M. Hong and H. Y. Bai, App. Phys. Lett., 94, 011910 (2009).

[Cotton-11] 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

[12] “温泉などの「硫黄の臭い」は，本当は何のにおいなのか？”. Ｑ＆Ａで学ぶ/第１章　物質の構成 - 化学図表ウェブ. 浜島書店. 2019年1月6日閲覧。

[13] Kogel, Jessica Elzea; Trivedi, Nikhil C.; Barker, James M.; Krukowski, Stanley T. (2006) (英語). Industrial Minerals & Rocks: Commodities, Markets, and Uses. SME. pp. 942. ISBN 978-0-87335-233-8 Ingraham, John L. (2012-05-07) (英語). March of the Microbes. Harvard University Press. pp. 131. ISBN 978-0-674-05403-5

[FOOTNOTECunha2019279-15] Cunha 2019, p. 279.

[FOOTNOTEThomson1995164-16] Thomson 1995, p. 164.

[18] 川戸貴史『戦国大名の経済学』講談社現代新書　2020年

[FOOTNOTE石原正明1808-19] 石原正明 1808.

[FOOTNOTE野元新市2021-20] 野元新市 2021.

[22] 『島津久籌』 - コトバンク

[23] 「硫黄無税輸出差許ス件」（明治14年太政官布告第27号）。

[24] 政治よ追いつけ１エネルギー革命進歩の陰に犠牲続出『朝日新聞』1969年（昭和44年）12月15日夕刊 3版 10面

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[8]

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[11]

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[16]

[17]

[注釈 3]

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[20]

[21]

[14]

[15]

[18]

表話編歴硫黄の化合物
二元化合物	SBr₂ SBr₄ S₂Br₂ SCl₂ SCl₄ S₂Cl₂ SF₂ SF₄ SF₆ S₂F₂ S₂F₄ S₂F₁₀ SO SO₂ SO₃ S₂O
三元化合物	H₂SO₃ H₂SO₄ H₂SO₅ H₂S₂O₃ H₂S₂O₄ H₂S₂O₅ H₂S₂O₆ H₂S₂O₇ H₂S₂O₈ NSF NSF₃ SOBr₂ SOCl₂ SOF₂ SOF₄ SO₂Cl₂ SO₂F₂
四元・五元化合物	HSCN HSO₃Cl HSO₃F HSO₃NH₂ SO₂ClF SO₂(NH₂)₂
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サルファーとは？わかりやすく解説

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硫黄

名称

用途

同素体

特徴

所在・製法

硫黄の化合物

硫黄のオキソ酸

その他の硫黄化合物

塩

生物における硫黄化合物

地球上の硫黄循環

脚注

参考文献

関連項目

外部リンク