元素や原子って何？

今回は最も人気のある金とプラチナについて。まずその根本的な違いから説明すると、この2つはそもそも異なる「元素」。ご存じの方も多いかと思うが、異なる元素ということは、全く異なる物質ということです。

元素についてもう少し説明すると、理科の授業で習った「元素周期表」にのっている水素や酸素といった物質の種類。これまでに知られているのは118種類で、それで地球上のすべての物質を構成しています。それぞれの「元素」には「原子番号」が付けられていて、その番号によってどのような元素なのかが分かるでしょう。

原子モデル

この「元素」を構成する物質が「原子」。水素で言えば「水素」というのが元素の名前で、実際には「水素原子」が様々な物質を構成している。例えば水（H2O）は、2つの水素原子と1つの酸素原子で構成されています。金は金原子の集まりで、プラチナはプラチナ原子の集まりである。 そしてその「原子」は原子核とその周りを回る電子からできています。

まず原子核について説明すると、原子核は陽子と中性子から出来ている。陽子や中性子の性質まで説明すると大変なので、ここでは、陽子の数が「原子番号」を決め、陽子と電子の数は同じだということをまず説明しておきましょう。

元素の物理的・科学的な性質を決める大きな要因が「電子配置」です。原子では原子核の周りを電子が回っているわけですが、回っている電子の数は一番少ない水素で1個、酸素で8個、銀なら47個、プラチナは78個、金は79個というようになっていて、電子は電子殻という層を形成し、どのように回っているのか示すのが「電子配置」です。

「電子配置」がどうやって元素の性質を決めるのか

電子が回っている電子殻は内側から、K殻、L殻、M殻、N殻、O殻、P殻、Q殻とあって、それぞれ回ることができる電子の最大数が2個、8個、18個、32個、32個、18個、8個と決まっている。さらにその殻の中にs、p、d、fという最大で4種類の軌道があって、電子はその軌道上を回っている。円を描いて回っているものもあれば、8の字を描いて回っているものもあるというようなイメージである。

（※実際の電子は、ぐるぐる回っているのではなく雲のように３次元的な空間に存在する「確率密度」で示す。）

そして、その電子配置の中でも、一番重要なのが「最外殻」つまり、原子核から一番離れたところを回っている電子の軌道である。なぜかというと、一番外の軌道を回っている電子は外部の影響を受けやすく、電子が出たり入ったりしやすくなるからである。電子の軌道には「安定数」があり、決まった数より電子が多かったり少なかったりすると、電子を放出したり受け取ったりして安定数になろうとする性質がある。

ナトリウムと塩素の電子配置

例えばナトリウム（Na）という元素があるが、この元素はM殻の電子が1つしかないので、電子が原子から離れやすくなっている。これに対して、塩素（Cl）は、M殻の電子が7つで、もう1つ電子が増えるとM殻のp軌道が安定するので、電子を受け取りやすくなります。

ナトリウムは電子を放出すると陽イオン（ナトリウムイオン）というものになり、塩素は電子を受け取ると陰イオン（塩化物イオン）です。陽イオンは＋の電荷、陰イオンは－の電荷を帯びているので、磁石のように引きつけられて結合し、食塩（NaCl）という化合物になり、これをイオン結合といいます。

金とプラチナの電子配置

金やプラチナの場合はどうなのでしょうか。金もプラチナも実は、最外殻のP殻に電子を1つ持っている。ということは、電子を放出して陽イオンになりやすいわけだが、金属が結合する場合はイオン結合ではなく、金属結合という方法で結合する。これは、陽イオン同士が結びつき、放出された電子（たち）をたくさんのイオンで共有するという結合方法です。

イオン同士がしっかり結びつき、その間を電子（自由電子という）が飛び回っているというイメージです。この自由電子がマイナスの電荷を帯びて動きまわることで、金属に電気や熱を伝えやすいなどの特徴を生んでいます。

そして、もう1つこの自由電子が生み出す金属の特徴が「光沢」だ。金やプラチナが光り輝いているのもこの自由電子のおかげなのです。

金とプラチナの色の違いは？

自由電子が光を反射するメカニズムは、光が金属に入ってくると、自由電子は光のエネルギーを使ってプラズマ振動という振動を起こし、光を反射するというものである。それで金属は光る。ただ、金属によってこの自由電子の密度が異なり、一部の光が吸収されるため、輝きに違いが生まれると言われています。

例えば、鉄がプラチナや銀よりも暗い色をしているのも、この要因によるものでしょう。

さらに、金属の「色」の違いにはもう1つの要因があります。それは、自由電子ではないもともと原子に含まれている電子を、原子核が引っ張る力の違いです。金もプラチナも最外殻に電子を1つ持っています。金とプラチナの違いは、その1つ内側のO殻の電子の数が金は18個、プラチナは17個というところにあります。

そして、O殻は電子18個で安定するのですが、この違いが原子核の引っ張る力の違いを生み、色の違いを生み出しているのです。

色が異なる理由は、反射する光の違いです。光にはさまざまな波長があります。身近なところでは、波長が短いのが紫外線で、波長が長いのが赤外線、その間に可視光線があります。波長が短いということは、振動数が多いということになり、さらに言うと高エネルギーだということになるのです。

金属は全体的に高エネルギーの光ほど反射しづらいが、プラチナの場合はその変化が緩やかなのに対し、金は「青」より波長が短い光の反射率が急激に落ちるという特徴があります。それによって金は黄色く見えるのです。

同じような特徴を持つ金属に銅がある。銅は「黄色」より波長が短い光を反射しないので、赤っぽく見える。そして、銀はすべての可視光を反射するが、実は紫外線の波長で反射率が急激に落ちるという特徴を持っています。 これが金や銅が他の金属と違う色をしている理由です。

また、この金、銅、銀に共通するのは、最外殻の1つ内側の殻が安定しているということで、元素周期表では縦に並んでいる。電子配置において最外殻（とその1つ内側の角）の電子の数が同じなので3つはとても似た性質を持っています。

金色以外にも金とプラチナには、色々な違いがある。例えば、プラチナは物質の反応を助ける「触媒」としての役割があり、現在も燃料電池などさまざまな先端技術で欠かせないものとなっている。これに対して、金は触媒としての働きはほとんどしない。実はこれも、金とプラチナの電子配置の違いによるものなのです。

華やかに輝く山吹色の金に対し、プラチナは上品な白色です。イメージとしては、“ゴージャスな金”と”気品高いプラチナ”といったところです。どちらも古くより人々を魅了し続けてきた美しい金属です。

比重を比較

続いては比重を比較してみましょう。金はとても比重が重い金属として知られている。水の比重を1とした場合、金は19.4である。同じくアクセサリーに使われることが多い銀の比重は10.5ですので、いかに比重の重い金属であるかがわかるはずです。

一方、プラチナの比重は金を上回る21.4。金も非常に重い金属である事が分かるが、プラチナはそれ以上重い金属という事になります。

なお、それぞれの金属をアクセサリーに使用する場合、純金・純プラチナは柔らかすぎるという欠点があります。そのため他の金属を入れて、どちらも純度を落として使用することが多いのは、両者の共通しているポイントです。

金とプラチナの買取価格を比較！どちらが高価なの？

金とプラチナの買取価格は毎日のように変動し続けている。明確な買取金額の比較は難しいが、２０２２年現在は金の方が高価である。金は産出量が少なく希少性が高いが、プラチナの産出量はその1/50程度。約1トンの鉱石からでも、プラチナはわずか3gしかとれないのです。希少性という観点では、プラチナの方が優れていると言えます。

なお、金とプラチナはそれぞれに相場が存在する。価格が変動する要因も異なっており、金は国際情勢・金融不安によって高騰することが多い金属です。

一方のプラチナは、自動車の排ガス触媒に多く使用されるため、世界的に景気が上向きで新車販売台数が伸びると上がりやすくなる。「資産価値が高いのはどちらか？」という点では、比較的相場が安定している金に軍配が上がります。

プラチナとは

そもそもプラチナとはどんな金属なのでしょうか。

日本語では白金（はっきん）と呼ばれることもある。単体では、白い光沢（銀色）を持つ金属として存在する。化学的に非常に安定であるため、装飾品に多く利用される一方、触媒としても自動車の排気ガスの浄化をはじめ多方面で使用されている。酸に対して強い耐食性を示し、金と同じく王水以外には溶けないことで知られています。

なお、同じく装飾品として使われるホワイトゴールド（白色金）は金をベースとした合金であり、単体である白金（プラチナ）とは異なります。

ピント川の小さな銀と呼んだことがはじまり

スペイン人達は、白金を「ピント川の小さな銀 (西: platina del Pinto)」と呼んだ。これが元素名 platinum の語源です。

白金という言葉は、オランダ語の witgoud（wit = 白、goud = 金）の日本語訳である。江戸時代の蘭学者、宇田川榕菴が著した化学書「遠西医方名物考補遺巻八」（えんせいいほうみょうぶつこうほい まきのはち）に、白金（一種銀色の金属、原名プラチナ）の訳語があり、榕庵が命名し日本で最初に使われた用語と言われています。

尚、現代中国語ではこの元素に一文字の「鉑」という文字が当てられています。

これまでに人類によって産出された白金の総量は約4,000トン、体積にして約200立方メートル（一辺が6メートル弱の立方体）ほどである。稀少な貴金属なため、「プラチナチケット」などのように、入手し難い貴重な物の比喩として使われることもありました。

白金＝ホワイトゴールドは間違い

「白金」の表記は「白い金」と解釈されてしまう事、また英語に逐字訳すると「ホワイトゴールド」 (white gold) となることなどから、白金＝ホワイトゴールドとされる事がよくあるが、これは誤りである。ホワイトゴールドは金をベースに割金としてパラジウム、銀、ニッケルといった白い金属を混ぜた合金です。

本コラムで言及している白金とは全く異なる金属なのです。一方、「白金」を逐字訓読みしたかの様な「しろがね」は、漢字「銀」の訓読みでです。このことから判る様に、元素Agの大和言葉であり、やはり異なる金属です。

プラチナの歴史、用途

歴史

古くは古代エジプト第18王朝時代にファラオの装身具としてわずかながら利用されていました。現存する最古の白金製品は、ルーブル美術館収蔵の、通称「テーベの小箱」です。これはエジプトのテーベにある女性神官シェペヌペットの墓から出土した小箱で、紀元前720年から紀元前659年頃のものと思われます。また、10世紀頃には、南米でも装身具として利用されていました。

これは純度80%以上もあるもので、当時すでに高度な精錬技術があったことを示します。ただ合金状のものでも融点まで加熱するのは当時の技術水準では不可能であったが、貴金属ゆえに酸素では参加されない性質を利用し粉末状・粒状のものを現在の粉末納金などと呼ばれる方法で成型していたものと考えられています。

スペイン人による南米への侵略の際に、当時ヨーロッパで珍重されていた銀と勘違いされて略奪され持ち帰られた。しかし、銀よりも融点が高い白金は銀用の加工設備では溶かすことができず、大量に廃棄されました。

スペインの軍人、探検家、天文学者であるアントニオ・デ・ウジョーアが、フランス科学アカデミーよる子午線弧長の測量隊の一員として1735年にホルヘ・フワン (Jorge Juan y Santacilia) とともにペルーに渡り、1736年から1744年まで南米に留まっています。

この間に、コロンビアのピント川河畔で銀に似た白い金属を発見し、本国に帰国後、1748年にフワンとの共著として『南米諸王国紀行』を出版した際に、白金鉱石について記述している。これが白金の「再発見」となりました。

用途

純度を高めたものは金と同様に宝飾、通貨、投資対象としての利用がされる。また、触媒合金材料として利用されるほか、白金ナノ粒子に加工される事もある。

触媒

触媒として高い活性を持ち、自動車には排気ガスの浄化触媒として多くの量が使用されており、さらにはその高い耐久性により同じく自動車の点火プラグや排気センサーなど過酷な環境に晒される部品にも多用される。その他では化学くでも水素化反応の触媒などとして利用されるほか、燃料電池への利用も盛んに行われています。

なじみ深い所では ハクキンカイロの発熱装置としても利用されている。過酸化水素を水と酸素に還元させる触媒作用もあり、これを応用してソフトコンタクトレンズ用過酸化水素消毒システム（商品名エーオーセプト）の中和用ディスクにも用いられています。

化学的安定性を要する分野

化学的に極めて安定しており酸化されにくいこと、融点が1,769 °C（理化学辞典）と高いことなどから、電極、るつぼ、白金耳などに利用されている。キログラム原器やメートル原器も、白金90%とイリジウム10%からなる合金です。

温度計

電気抵抗と温度との関係を利用し、白金抵抗温度計に使われている。13.81 - 1234.93 Kまでの範囲で標準温度計として利用されています。

磁性体

白金磁石など磁性体の材料としても有名です。マンガンとの合金はGMR（巨大磁気抵抗効果）が磁気記録ヘッドに用いられているほか、鉄やコバルトとの合金は、L1₀ 規則相において非常に強い結晶磁気異方性を示します。

通貨

カナダ王室造幣局からメイプルリーフプラチナ貨が発行されています。

医療分野

アンモニアおよび塩化物イオンとの化合物であるcis-ジクロロジアンミン白金 (cis-[Pt(NH₃)₂Cl₂]) がシスブラチンの名で抗がん剤として広く用いられている。また、血管内治療では白金製のコイルが塞栓に用いられています。

各業界での評価

白金は貴金属商品であり、その地金には"XPT"というISO通貨コードが設定されている。これは「1トロイオンスの白金」を意味する。コイン、バー、インゴットの形態で取引されたり、収集されたりしています。白金は宝飾品にも使用されており、その場合、通常は90～95%の合金として使用しています。

宝飾業界では、白金製品の価値を高めるために、経年使用による表面の微細な傷（これをパティナという）を好ましい特徴として提示することが推奨されています。

時計メーカー（英語版）では、ヴァシュロン・コンスタンタン、パテック・フィリップ、ロレックス、ブライトリングなどが白金を使用した限定モデルを製造。時計メーカーは、（金には劣るものの）白金が持つ独特の特性を高く評価しています。

経済が安定して成長が続く時期には、白金の価格は金よりも高くなる傾向があり、2倍程度にもなることもある。一方、経済が不安定な時期には、産業需要の減少により白金の価格が下がり、金の価格を下回る傾向がある。金は景気の変動の影響を受けないと考えられており、景気が低迷している時でも金の価格は安定しています。

金は工業用途、特に導電体として電子機器に使用されているが、その需要は白金ほどは工業用途の影響を受けません。18世紀には、その場合希少性から、フランス国王ルイ15世は「白金は王にふさわしい唯一の金属」と宣言されました。

プラチナの産出、その他

主な産出国は南アフリカ共和国、ロシアである。南アフリカに偏在している。レアメタルのなかでも特に稀少で、地殻1トンあたり0.001 gの産出である。1 kgあたりの価格は4.2万ドル（2022年）。

白金はパラジウム (Pd) やロジウム (Rh) といった白金と化学的な性質の似た元素と一緒に鉱石に含まれている。これらの元素は白金を含めた6元素で「白金族元素」と呼ばれる。（白金 Pt、パラジウム Pd、ロジウム Rh、ルテニウム Ru、イリジウム Ir、オスミウム Os）。

南アフリカのブッシュフェルトには、東西400 km、南北300 kmの広大な岩体がある。その中に、白金族を多く含む厚さ数十cmの地層が見つかっている。この地層には、白金族元素の中でも白金とロジウムが多く含まれています。

日本でも僅かであるが埋蔵されていることが確認されている。北海道の甘塩川、石狩川の川砂中で認められた（砂白金の項を参照）他、新潟県で発見されています。

2004年の白金産出国ランキング上位6か国

（世界産出計 214,000 kg）

鉱山

ブッシュフェルト（南アフリカ）

ウラル（ロシア）

ノリルスク・タルナフ（ロシア）

スティルウォーター（アメリカ）

サドベリー（カナダ）

グレートダイク（ジンバブエ）

マムート（マレーシア）

オケテディ（パプアニューギニア）

ポルティモ（フィンランド）

クッファーシーファ（ポーランド）ブ

レグイビベス（アルバニア）

チョコ（コロンビア）

カショエイラ鉱山（ブラジル）

その他

純度（品位）

ISO 9202, JIS H 6309により、金、銀、パラジウム同様、ジュエリー用白金合金の純度（品位）は、千分率‰（パーミル）で表記する。この規格には Pt950, Pt900, Pt850 の3区分がある。日本国内では、宝飾品として販売される白金（合金）の品位は、上記のほか、Pt999（最低値をあらわすので999が正しいでしょう。

2012年４月から造幣局も1000を999に変更）を加えた4区分が一般的である。ISOおよび一般社団法人日本ジュエリー協会は、プラチナジュエリーと呼称できるのは、Pt850 以上とさだめています。また、造幣局の品位証明区分もこの4区分を採用しています。

しかし、地金価格高騰の影響を受け、実際には、K18 の品位にあたる Pt750、K14 にあたる Pt585、さらに Pt505 製品が市場に供給され、議論を巻き起こしている。これは、海外でも同じ傾向である。物品税（貴金属製品とされる Pt700 以上は15%課税）撤廃までは、少ないが Pt700 以下の製品も製造されていました。

白金合金の品位の定義は千分率だが、他の金属などの百分率と混同されることがあり、この錯誤を意図的に誘発させる詐欺的な Pt100 製品もあるので注意が必要です。白金単体では柔らくて強度不足なので、割金にパラジウムやルテニウムを使う事がある。特にルテニウムを使用した合金をハードプラチナと呼ばれています。

宝飾品の刻印

宝飾品へ打刻される、素材などを表す略号に関しては、現在では元素記号と共通の Pt という表記が使われるが、以前は Pm という表示が用いられることがあった。一説に Platinum metal の略であったという。「プラチナを使用しています」というほどの意味で、Pm900 のように純度を表す数字を添えるケースが多い。ただし信憑性には欠けるとされています。

東南アジアなどでは「白金」と打刻されることもあります。なお、「Pm」「白金」ともにパラジウムの意味でも使われ、パラジウムが主体のジュエリー類にそのように打刻されることもあるので、注意が必要です。

まとめ

ご覧のように金とプラチナでは明確な違いがある事が分かり、お互いに魅力がある金属です。プラチナはアクセアサリー以外にも、様々な物に使用されているというのが、とても興味深いです。産出国も日本では全く取れず、大変貴重なものであることがわかるでしょう。