硫黄（S）
硫黄とは、周期表の16族に属する非金属元素であり、自然界に広く存在する物質である。独特の黄褐色を示し、燃焼すると刺激的なにおいを伴う亜硫酸ガスを発生させる性質を持つ。火山地帯などでは古くから容易に採取され、医薬や硫黄泉など多方面で利用されてきた。現在では化学工業から農業、そして生命活動における必須元素として多彩な役割を担っている。
性質
硫黄は常温常圧下で固体として存在し、黄色い結晶を形成する性質を持つ。同素体が複数存在し、代表的な斜方硫黄や単斜硫黄はいずれも分子式S8を基本とするが、結晶構造により性質が微妙に変化する点が特徴的である。融点は約115℃前後であり、溶融すると粘度が変化しやすいという性質を示す。この変化はポリサルファン鎖の形成と切断に関係しており、化学結合が連続・断続する過程で流動性が大きく変わることが知られている。燃焼時には青白い炎を上げて燃え、亜硫酸ガスを発生させるため、室内や密閉空間での取り扱いには注意が必要である。
生成と用途
硫黄の主な産出源は、火山周辺や天然ガスに含まれる硫化水素などのガス中から回収されるものである。工業的にはクラウス法などを用いて硫化水素を二段階酸化し、最終的に元素状の硫黄を取り出すプロセスが確立されている。得られた硫黄は硫酸生産の原料として重宝され、硫酸は化学工業の基盤を支える重要化合物として肥料や洗剤の製造に多用される。またゴム工業では加硫と呼ばれる工程に利用され、ゴムに弾力性や耐久性を付与するのに不可欠とされる。その他、殺菌剤や農薬、医療分野でも皮膚病治療や殺虫剤として応用が進んできた。
歴史
硫黄の利用は古代までさかのぼり、メソポタミアや古代エジプト文明の時代から医療や祭儀に活用されてきた記録がある。古代ギリシアでは神殿の清めに用いられ、火山地帯が多い地域では自然に堆積する硫黄の塊が比較的容易に採取できたと考えられている。錬金術が盛んだった時代には、硫黄は水銀、塩と並ぶ重要な「賢者の火」として扱われ、多くの文献にその性質や化合物に関する記載が残されている。中国や中東地域などでも火薬の原料として早期に利用され、戦術や運搬技術の発達にも貢献したと考えられている。
生物と硫黄
硫黄は生物にとって不可欠な必須元素の一つであり、アミノ酸のメチオニンやシステインに含まれることでタンパク質の構造を安定させている。とりわけジスルフィド結合はタンパク質の高次構造形成に関与し、酵素やホルモンなどの機能にも影響を及ぼす。光合成を行う硫黄細菌や嫌気的条件下で硫化水素をエネルギー源とする微生物群は、生態系の循環においてユニークな位置を占めている。これらの生物は硫化物を酸化してエネルギーを得る機構を持ち、海底の熱水噴出孔や硫黄分を多く含む土壌など、過酷な環境下でも生息可能となっている。
取り扱い上の注意
強い毒性を示すわけではないが、硫黄は粉末状になると可燃性の粉じん爆発を起こすリスクがあるため、火花や静電気の発生を防ぐ必要がある。燃焼時に発生する亜硫酸ガスは有害であり、粘膜を刺激して呼吸困難や咳を引き起こすことがあるので、換気の確保や防護マスクの着用が推奨される。また保管の際には湿気や水分を避け、密閉容器に入れて直射日光の当たらない冷暗所に保管することが望ましい。実験室や工場では安全データシート（SDS）の指針に従って適切に取り扱うことが求められる。