金属：歴史、特性、種類、用途、例 - 化学 - 2025

金属は、周期律表の非金属水素を除いて、左側に配置されている要素のグループによって形成されています。金属は化学元素の約75％を占めるため、自然界の大部分は金属であると言えます。

人間が先史時代に最初に処理した金属は、金、銀、銅、スズ、鉛、鉄でした。これは、彼らが彼らのネイティブの状態にあったという事実、または彼らが有用なオブジェクトを作るために処理するのが簡単だったためです。

青色の金属元素。緑の半金属と茶色の非金属

岩や鉱物の山から、光沢のある銀色のボディを抽出できるのは魔法のようです（特定の重要で傑出した例外はあります）。これはボーキサイトとアルミニウムの場合で、その粘土が岩石から還元された金属はシートまたは銀紙で得られます。

金属は産業の枠組みです。そのケーブル、リアクター、ユニット、コンテナは、すべて何らかの形で金属とその合金で構成されています。

最初の硬貨、武器、道具、鎧は金属で作られており、後に現代の生活に欠かせないものの中でも特に、自動車、自転車、ボート、飛行機、コンピューターの製造に使用されました。

歴史

銅器時代

冶金学的拡張-出典：Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 Internationalライセンスに基づくMetallurgical diffuse.svg

紀元前9000年に、最初の鍛造銅金属オブジェクトが近東で作られました。その時、人が銅をハンマーで打つと、ナイフを作るために銅の強度と抵抗が増加することがわかりました。これが銅器時代です。

銅は、コーベライトやマラカイト（紀元前4000〜3000年）などの青い鉱物を加熱することで得られることが発見されました。

石灰岩時代は、紀元前5,000年から3,000年に相当する青銅器時代に先立つ期間です。人間は、酸化銅から鍛造された銅を得るために、銅の溶融と精錬の実験を始めました。

青銅器時代（紀元前3,000-1,500年）

青銅器時代の資料-出典：Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 Internationalライセンスに基づくGaguilella。

おそらく中東で青銅を得るために、おそらく偶然に最初は銅とヒ素で、後に銅とスズで合金を作り始めました。

この時期に対応する青銅の記事には、銅が87％、スズが11％、少量の鉄、ヒ素、ニッケル、鉛、アンチモンが含まれていました。

鉄器時代（紀元前700年）

その男は、近東での錬鉄の生産に、錬銅の生産における彼の経験を利用しました。同じ時期に、イタリアのエトルリア粉末の造粒が起こりました。

鉄と炭素の合金である鋼の最も初期の既知の生産は、アナトリアの遺跡で紀元前1800年に金属片として現れました。

AD 1122の周りで、未知の日付と場所で、鋳鉄が導入されました。1440年に中国の北京の大鐘が生産されました。およそ3世紀後の1709年に、コークスを燃料として溶鉄が製造されます。

1779年、鋳鉄は建築材料としてイギリスで使用されました。1855年、ヘンリーベセニールは銑鉄を原料として軟鋼を得ました。イギリスのクラークとウッド（1872）は、現在ステンレス鋼と見なされている合金の特許を取得しています。

金属の物性

これらの古代の鐘の青銅は、装飾または宗教的な目的のための金属の有用性を示しています。出典：Pxhere。

私たちが持っている金属のいくつかの物理的性質の中で：

-金属の外観は光沢があり、光を反射できます。

-一般的に、それらは電気と熱の優れた伝導体です。

-融点が高く、沸点が高い。

-可鍛性があります。つまり、ハンマーで叩いて薄いシートを作成できます。

-それらは延性があり、非常に小さい直径のワイヤーまたはファイバーを製造できます。

-それらは、室温で液体である水銀と、手で握るだけで溶けるガリウムを除いて、固体状態で提供されます。次の画像では、水銀のコンテナを確認できます。

-それらは不透明なボディであり、それらの薄いシートは光が交差しません。

-それらは、ナイフで切ることができるナトリウムとカリウムを除いて、非常に硬いです。

-密度が高く、オスミウムとイリジウムが最も密度が高く、リチウムが最も密度が低い。

金属の化学的性質

私たちが持っているいくつかの金属の化学的性質の中で：

-それらは電子を失い、金属カチオンM ^{n +}を形成する傾向があります。ここで、nは酸化数を示し、アルカリ金属とアルカリ土類金属の場合のみ、それらは価数と一致します。

-その電気陰性度は低いです。

-それらは腐食し、酸化による損傷を受けます。

-酸素と反応すると塩基性酸化物を形成します。これらの酸化物は、水と結合すると金属水酸化物を形成します。金属酸化物は酸と反応して塩と水を形成します。

-それらは電子を放棄するため、優れた還元剤です。

金属タイプ

金属は、アルカリ、アルカリ土類、遷移後、遷移、およびいわゆるレアアースに分類されます。

アルカリ金属

それらは容易に酸化するため、通常、自然界では遊離していない。それらの外側軌道シェルには準軌道s ¹があるため、+ 1の酸化状態になります。それらは水と発熱反応し、強力に還元する金属です。

アルカリ土類金属

それらは可鍛性で延性のある金属です。このグループの要素の原子はs ²構成を持っているため、2つの電子を放棄することができ、酸化状態は+2です。ベリリウムを除いて、それらは空気に触れると酸化されます。

遷移金属

それらは、周期表の遷移金属と半金属の間にある、いわゆるpブロックの金属です。

アルミニウムの酸化状態は+3のみですが、グループ3の元素の酸化状態は最も一般的な+1および+3です。また、遷移後の金属の一部は、グループ14および15にあるものもあります。

遷移金属d

それらは、塩基形成元素と酸形成元素の間にあるグループを形成します。dとfの原子軌道は不完全で満たされたものです。遷移金属という用語は遷移金属を指しますが、d。

遷移金属には複数の酸化状態があります。それらは他の金属グループよりも高い融点と沸点を持っています。遷移金属は、とりわけ、鉄、クロム、銀などを含む、非常に不均一な金属のグループです。

レアアース

希土類鉱石

この金属グループは、スカンジウムとイットリウムの元素と、ランタニドとアクチニドのシリーズの元素で構成されています。「レアアース」という用語は、純粋な状態では自然界には見られず、酸に侵されやすいという事実を指します。

用途

アルカリ金属

一部の原子炉では、熱伝達媒体としてリチウムが使用されています。一部の乾電池や蓄電池に使用されています。塩化リチウムと臭化リチウムは、工業用乾燥および空調プロセスで使用される吸湿性化合物です。

ナトリウムは、チタンやジルコニウムなどの金属の冶金に使用されます。ナトリウムアークランプの公共照明に使用されています。塩化ナトリウム（NaCl）は、食品の風味付けや肉の保存に使用されます。

アルカリ土類金属

マグネシウムは、フラッシュライトとしての写真や花火に使用されました。バリウムは、元素が電子を放出しやすいため、スパークプラグで使用される合金の成分です。バリウム塩は、消化管内のプレートへのX線損傷を制限するために使用されます。

カルシウムは、溶湯中の溶存不純物の除去や真空管内の廃ガスの除去に使用されます。それはプラスターの一部であり、建設や骨折の治療に使用される材料です。

遷移金属

アルミニウムは軽量金属であるため、航空機や船舶の建造に使用されています。また、多くの調理器具の製造にも使用されます。発汗を抑える消臭剤の原料として使用されています。

ガリウムは、高温のトランジスタや温度計で使用されます。⁶⁷ Ga 同位体は、一部の黒色腫の治療に使用されます。鉛は、電池の構造や電離放射線からの保護に使用されます。

遷移金属

銅は、給水管、冷蔵庫、空調システムに使用されています。コンピュータの放熱機構の一部としても使用されています。電流の伝導、電磁石、ガラスの着色に使用されます。

ニッケルは、ステンレス鋼の製造に使用されるほか、ギターの弦や充電式電池にも使用されます。金属の保護における電気めっきにも使用されます。バルブ、ベアリング、ブレーキなどの自動車部品に使用されている合金に使用されています。

ニッケルは長い間、コインの製造に使用されてきました。

真鍮の製造において、亜鉛は金属を腐食から保護するために使用されます。酸化亜鉛と硫酸亜鉛は、屋根、雨どい、縦樋に使用されるシートの製造に使用されます。

クロムは、金属を腐食から保護し、輝きを与えるために使用されます。アンモニア（NH ₃）の合成反応の触媒として使用されます。酸化クロムは木材を保護するために使用されます。

レアアース

スカンジウムは航空宇宙コンポーネント用のアルミニウムとの合金で使用されます。水銀灯の添加剤です。

ランタンは、耐アルカリ性の高屈折率ガラスに使用されています。さらに、カメラのレンズの製造や石油精製の接触分解触媒として使用されます。

セリウムは化学酸化剤として使用されます。さらに、ガラスやセラミックの黄色の着色や、セルフクリーニングオーブンの触媒として使用されます。

金属元素の例

アルカリ性

ナトリウム（Na）、カリウム（K）、セシウム（Cs）、リチウム（Li）、ルビジウム（Ru）。

アルカリ土

ベリリウム（Be）、マグネシウム（Mg）、カルシウム（Ca）、ストロンチウム（Sr）、バリウム（Ba）、ラジウム（Ra）。

移行後

アルミニウム（Al）、ガリウム（Ga）、インジウム（In）、タリウム（Tl）、スズ（Sn）、鉛（Pb）。

過渡的

チタン（Ti）、バナジウム（V）、クロム（Cr）、マンガン（Mn）、鉄（Fe）、コバルト（Co）、ニッケル（Ni）、銅（Cu）、亜鉛（Zn）、ジルコニウム（Zr）、ニオブ（Nb）、モリブデン（Mo）、パラジウム（Pd）、銀（Ag）、タングステン（W）、レニウム（Re）、オスミウム（Os）、イリジウム（Ir）、

プラチナ（Pt）、ゴールド（Au）、水銀（Hg）。

レアアース

スカンジウム（Sc）、イットリウム（Y）、ランタン（La）、セリウム（Ce）、プラセオジム（Pr）、ネオジム（Nd）、サマリウム（Sm）、ユーロピウム（Eu）、ガドリニウム（Gd）、ホルミウム（Ho）、エルビウム（Er）、ツリウム（Tm）、イッテルビウム（Yb）、ルテチウム（Lu）。

参考文献

1. ウィッテン、デイビス、ペック、スタンレー。（2008）。化学 （第8版）。CENGAGEラーニング。
2. 震えとアトキンス。（2008）。無機化学。（第4版）。Mc Graw Hill。
3. ヘルメンスティン、アンマリー、Ph.D。（2019年10月5日）。金属対非金属。から回復：thoughtco.com
4. 金属とその特性-物理的および化学的。。回復元：csun.edu
5. ジョナサン・メイス。 （2019）。 18種類の金属（事実と用途）。から回復：makeitfrommetal.com