ウェブドラマの伝説の「氷族の神石」は、科学者によって新しい世界を創造するために使用されました

最近、オンラインドラマ「夢が帰ってきた」が終了しました。劇中でとても目を引く石があります。 「ビンイ族が代々受け継いできた神聖な物」であり、「女媧が天を修復するために使った最後の石」でもあると言われています。

「雲光剣を修復し、封印と抑制の器でもある。」色鮮やかで、たとえ粉々に砕けたとしても、その独特な内部構造が人々に違和感を与えています。

これが「五色石」と呼ばれる不思議な石です。この色鮮やかでユニークな形をした石はいったい何なのでしょうか？何がそんなに魔法なのですか?

歴史的起源

「五色石」の破片の構造から判断すると、天然ビスマスと呼ばれる金属物質である可能性がある。周期表では、金属元素ビスマスの元素記号はBi、原子番号は83、英語名はBismuthです。名前はギリシャ語の「Bismuthos」に由来し、**「異なる金属」**を意味します。

他の金属と比較すると、ビスマスは確かにユニークです。奇妙な色彩と螺旋階段の構造で、見た目も奇妙です。異星文明の雰囲気があり、テクノロジーが満載です。

出典: 地質学ページ

実際、古代ギリシャやローマの時代から、古代人はビスマス鉱からビスマス金属を抽出することができました。当時の鉱山労働者はビスマス鉱石を銀鉱石と間違えて、「製造中の銀」を意味するテクトゥマレンティと名付けました。彼らはビスマス鉱石が鉛を銀に変える際の中間物質であるという不合理な考えを信じており、箱や箪笥の土台を作るのによく使用していました。

15 世紀のドイツの修道士バジル・バレンタインの著作では、この元素は「白い物質」を意味する「ウィスムート」と呼ばれていました。その後、鉱物学者ゲオルギウス・アグリコラがビスマスのユニークな特性を認識し、ラテン語で「bisemutum」と名付け、鉱石からビスマスを抽出する方法を記述しました。

18 世紀半ばまでに、ビスマスは独自の金属として認識されました。 1739 年にドイツの化学者ヨハン・ハインリッヒ・ポットが、1753 年にフランス人のクロード・フランソワ・ジョフロワがビスマスの化学的性質に関する研究論文を発表しました。

出典：参考文献[6]

色と構造の謎

自然界では、新鮮な天然ビスマスは銀白色ですが、空気にさらされると徐々に酸化します。酸化膜（Bi2O3）の厚さが不均一なため、光の照射下で干渉が起こり、カラフルな効果が現れ、通常は淡い赤色の虹彩（虹彩色）として現れます。

酸化後の天然ビスマス |出典：参考文献[7]

自然界では、ビスマスは一般に熱水鉱脈で発見され、石英やコバルト、銀、鉄、鉛などの金属から形成された鉱物と関連して、または花崗岩の貫入岩と石灰岩の接触帯で発見されます。一般的な化合物には、ビスマスナイト（Bi₂S₃）や硫化ビスマス（Bi₂O₃）などがあります。

出典：参考文献[8]

一般にビスマス元素が単独で自由な状態で存在することは難しく、ビスマス結晶も非常に稀です。ビスマス結晶の最もよく知られた特徴は、複雑な漏斗状の構造で、階段状の中空のピラミッドの形をしています。よく見ると、中国の伝統的な模様と非常によく合っていることがわかります。

恵子模様のエナメル |出典：参考文献[9]

この形態は、ビスマスを溶かしてゆっくり冷却することで実験室で人工的に生成されます。このプロセスの間、結晶の端と角は結晶面よりも速く成長し、独特の中空の幾何学的形状、つまり螺旋階段形状を形成します。このタイプのビスマス結晶は最も一般的な人工結晶です。

人工的に栽培された天然ビスマスの冷却と結晶化のプロセス出典：Bステーション@15月29ラウンド

塩よりも安全な多用途金属

ビスマスの原子係数は 83 です。周期表では鉛 (原子係数 82) の隣にあります。重金属ではありますが、毒性が低いか無毒である場合が多いです。その毒性は食塩 NaCl よりもさらに低いです。そのため、ビスマスは緑色の金属元素として認識されるようになりました。ビスマスは昔から胃潰瘍などの胃の病気の治療に使われてきました。私たちがよく知っている薬としては、酸化アルミニウムビスマス、ペクチンビスマス、クエン酸ビスマスなどがあります。

ほとんどの金属は放射性ですが、ビスマスはどうでしょうか?ビスマス金属の最も一般的な同位体であるビスマス 209 は、半減期が 1.9×1019 年と最も安定した原子核であると考えられています。これは 190 兆年以上であり、宇宙の推定年齢 (138 億年) よりもはるかに長いです。これは、太陽放射がビスマス金属よりもはるかに強いことを意味し、ビスマス金属は非常に安全であることを示しています。

ビスマス元素の原子量と電子配置 出典：文献[10]

医療用途に加えて、ビスマスは私たちの生活の多くの分野にも関わっています。

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ペイントとメイク

医療分野での幅広い応用に加えて、ビスマス金属は魔法のような色をしているため、宝飾品、手工芸品、化粧品、顔料の製造にもよく使用されます。アイシャドウ、フレンチグルー、マニキュアなどの化粧品の真珠光沢効果は、オキシ塩化ビスマス (BiOCl) によってもたらされる効果です。

ビスマスオキシ塩化物（BiOCl）を含む化粧品 出典：参考文献[11]

2017年のカラー・オブ・ザ・イヤー「プリムローズイエロー」顔料の主成分はバナジン酸ビスマス（BiVO4）です。さらに、ビスマスは密度が高く毒性が低いという特徴があり、鉛の優れた代替品として使用できます。たとえば、散弾銃の弾丸を作るのに、有毒な鉛の代わりに緑色のビスマスが使われます。

「プリムローズイエロー」顔料 - バナジン酸ビスマス（BiVO4） 出典：文献[12]

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移動式小型原子力発電所

鉛ビスマス合金炉は、液体鉛ビスマス合金を冷却材として使用する高速中性子原子炉であり、100万キロワットの大規模発電所だけでなく、メガワットの小型モジュール型原子力電源としても設計されています。ファミリーカーでも移動可能な小型原子力電源を搭載できるようになると予想されています。将来、原子力エネルギーを自動車に搭載するという夢は、「ビスマス」によって実現されるでしょう。

出典：参考文献[13]

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フレキシブルなウェアラブルデバイス

**テルル化ビスマスとその誘導体は、優れた熱電特性とフレキシブル熱電デバイスにおける大きな可能性を備えた、室温付近の熱電材料として現在広く使用されています。 **ビスマス製の超薄型で柔軟なビスマスベースのホールセンサーは、磁気特性や電気特性を失うことなく、指や手首に曲げることができます。このウェアラブルデバイスは、電子皮膚、ウェアラブル生理学的モニタリングおよび治療デバイスなどへの応用が期待されています。

出典: eScience

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磁気浮上列車

金属ビスマス自体は磁性をもちませんが、磁場に対する耐性が高く、強力な反磁性材料です。ビスマスは安定した磁場内にある限り、魔法のように浮遊させることができるため、磁気浮上列車の製造に使用されます。

出典: YouTube @ Nighthawkinlight

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その他の機能とアプリケーション

ドイツのマックス・プランク固体物理・材料研究所はかつてネイチャー誌で次のように紹介した。「ビスマスは周期表の中で最も奇妙で過小評価されている元素の1つかもしれない。」ビスマスの科学的研究は世界中で多くの分野で研究のホットスポットとなっており、このグリーンメタルの潜在力は絶えず現れています。

ビスマス金属は、融点が非常に低く (271.4°C)、沸点が非常に高い (1564°C) ため、低融点合金の製造によく使用されます。たとえば、ウッドの合金の標準組成には 50% のビスマスが含まれており、融点はわずか 70°C です。ヒューズや自動消火装置の温度センサーなどを作るのに使えます。

ビスマス金属は、寒いときに膨張し、暑いときに収縮する数少ない材料の 1 つです。凝固時に体積が約3.3%膨張し、要求度の高い精密鋳造にも使用可能です。

出典：参考文献[14]

ビスマスとその化合物および錯体は光電応答性に優れており、発光材料、光電検出、太陽エネルギー、電磁気学に使用されます。例えば、鉛ペロブスカイト太陽電池の代替として、ビスマスベースのペロブスカイト太陽電池は「太陽光発電分野における新たな希望」として歓迎されています。

出典：参考文献[15]

ビスマスには他にも多くの用途があります...

ビスマス金属は、映画やテレビドラマに登場する伝説の「五色の石」です。現実世界では、初期には「製造上の銀」と誤解されていましたが、後に「別の金属」として認識されました。

人工ビスマス結晶は見た目が奇妙でSF的な雰囲気があり、多くの愛好家を魅了しています。そのユニークな物理的・化学的特性により、日常生活や工業生産に広く利用されており、多くの新興分野でも大きな活力を示しています...

このように、ビスマスはまさに「代々受け継がれてきた神物」と言えるでしょう。

参考文献

[1] 天音。周期表の中で最も奇妙で過小評価されている元素 - ビスマス。ストーンサイエンススタジオ。 2024.9.14.

[2] ビスマス：自然界の虹色の金属。自然を探検する。 2023.6.15.

[3] 希少金属人類はビスマスを必要としているのでしょうか?希少金属ビスマスに迫る。2023.9.4.

[4] 苗玉清戦略金属ビスマスの華々しいデビュー。ビスマス科学研究センターチーム。 2023.5.11.

[5] Cao Tianyi、Shi Xiao-Lei、Li Meng、他。 2023. ビスマステルル化物ベースの熱電デバイスの進歩：進歩と課題。 eScience.3(3), 100122.

[6]https://www.chemistrylearner.com

[7]https://www.dreamstime.com/

[8] https://rockseeker.com

[9] http://www.yidianchina.com/

[10]https://www.vectorstock.com/

[11] http://pleinvanity.com

[12]https://shop.kremerpigments.com

[13] https://www.sensaweb.com

[14]https://www.easiahome.com/

[15] https://nula.bg/

企画・制作

出典: 上海自然史博物館 (ID: snhm01)

著者: 劉正華

編集者：何童

校正：Xu Lai、Lin Lin

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