金属と酸素の反応の例。 金属

金属原子の構造は特性を決定するだけではありません 物理的特性単純な物質 - 金属だけでなく、その一般的な化学的特性も含みます。

多様性に富んだ金属の化学反応はすべて酸化還元であり、結合と置換の 2 種類のみです。 金属には次のような能力があります 化学反応電子を与える物質、つまり還元剤は、得られる化合物において正の酸化状態のみを示します。

で 一般的な見解これは次の図で表すことができます。
私0 – ね → 私+n、
ここで、Me は金属 (単体)、Me 0+n は金属、化合物の化学元素です。

金属は価電子を非金属原子、水素イオン、他の金属のイオンに与えることができるため、非金属（単体、水、酸、塩）と反応します。 ただし、金属の還元能力は異なります。 金属との反応生成物の組成 さまざまな物質物質の酸化能力と反応が起こる条件によって異なります。

で 高温ほとんどの金属は酸素中で燃焼します。

2Mg + O2 = 2MgO

このような条件下では、金、銀、プラチナ、およびその他の一部の金属のみが酸化しません。

多くの金属は加熱せずにハロゲンと反応します。 たとえば、アルミニウム粉末は臭素と混合すると発火します。

2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3

金属が水と反応すると、場合によっては水酸化物が形成されます。 通常の状態では、水と非常に活発に反応します。 アルカリ金属、カルシウム、ストロンチウム、バリウムだけでなく。 この反応の一般的なスキームは次のようになります。

Me + HOH → Me(OH) n + H 2

他の金属は加熱すると水と反応します。マグネシウムは沸騰すると、水蒸気中の鉄は赤く沸騰します。 これらの場合、金属酸化物が得られる。

金属が酸と反応すると、それは結果として生じる塩の一部になります。 金属が酸性溶液と相互作用すると、溶液中に存在する水素イオンによって酸化される可能性があります。 短縮されたイオン方程式は、次のように一般形式で書くことができます。

Me + nH + → Me n + + H 2

濃硫酸や濃硝酸などの酸素含有酸の陰イオンは、水素イオンよりも強い酸化特性を持っています。 したがって、銅や銀などの水素イオンによって酸化できない金属は、これらの酸と反応します。

金属が塩と相互作用すると、置換反応が発生します。置換される、より活性の高い金属の原子からの電子が、置換される、より活性の低い金属のイオンに渡されます。 次に、ネットワークは金属を塩中の金属に置き換えます。 これらの反応は可逆的ではありません。金属 A が塩溶液から金属 B を置き換えても、金属 B は塩溶液から金属 A を置き換えません。

金属は、その塩の水溶液からの金属相互の置換反応で現れる化学活性の降順に、金属の電気化学的一連の電圧 (活性) に位置します。

Li→Rb→K→Ba→Sr→Ca→Na→Mg→Al→Mn→Zn→Cr→→Fe→Cd→Co→Ni→Sn→Pb→H→Sb→Bi→Cu→Hg→Ag→Pd →Pt→Au

この列の左側にある金属はより活性が高く、塩溶液から次の金属を置き換えることができます。

水素は、金属と共通の唯一の非金属として、金属の電気化学的電圧系列に含まれます。 一般財産- 正に荷電したイオンを形成します。 したがって、水素は塩中の一部の金属を置き換えるだけでなく、それ自体も酸中の多くの金属に置き換えることができます。たとえば、次のとおりです。

Zn + 2 HCl = ZnCl 2 + H 2 + Q

電気化学的電圧系列で水素の前にある金属は、多くの酸 (塩酸、硫酸など) の溶液から水素を置き換えますが、その後に続くすべての金属 (たとえば、銅) は水素を置き換えません。

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金属の一般的な性質。

原子核に弱く結合した価電子の存在によって、金属の一般的な化学的性質が決まります。 化学反応において、それらは常に還元剤として作用し、単体の物質、金属は決して反応しません。 酸化特性.

金属の入手:
- 炭素（C）、一酸化炭素（CO）、水素（H2）、またはより活性な金属（Al、Ca、Mg）による酸化物からの還元。
- より活性な金属を用いた塩溶液からの還元。
- 金属化合物の溶液または溶融物の電気分解 - 電流を使用した最も活性な金属 (アルカリ、アルカリ土類金属、アルミニウム) の還元。

自然界では、金属は主に化合物の形で存在し、活性の低い金属のみが単体（自然金属）の形で存在します。

化学的特性金属
1. 単体物質、非金属との相互作用:
ほとんどの金属は、ハロゲン、酸素、硫黄、窒素などの非金属によって酸化される可能性があります。 ただし、これらの反応のほとんどは開始する前に予熱が必要です。 その後、反応が進行して放出されます。 大量熱が発生し、金属が発火します。
室温では、最も活性な金属 (アルカリおよびアルカリ土類) と最も活性な非金属 (ハロゲン、酸素) の間でのみ反応が可能です。 アルカリ金属 (Na、K) は酸素と反応して、過酸化物および超酸化物 (Na2O2、KO2) を形成します。

a) 金属と水の相互作用。
室温ではアルカリ性であり、 アルカリ土類金属。 置換反応の結果、アルカリ (可溶性塩基) と水素が生成されます: 金属 + H2O = Me(OH) + H2
加熱すると、一連の活動において水素の左側にある他の金属が水と相互作用します。 マグネシウムは沸騰水と反応し、特別な表面処理後のアルミニウムは不溶性塩基（水酸化マグネシウムまたは水酸化アルミニウム）を形成し、水素が放出されます。 亜鉛 (含む) から鉛 (含む) までの一連の活性の金属は、水蒸気 (つまり 100 ℃ 以上) と相互作用し、対応する金属の酸化物と水素が形成されます。
水素の右側の活性系列に位置する金属は、水と相互作用しません。
b) 酸化物との相互作用:
活性金属は他の金属や非金属の酸化物と置換反応し、単体に還元します。
c) 酸との相互作用:
水素の左側の活性系列に位置する金属は、酸と反応して水素を放出し、対応する塩を形成します。 水素の右側の活性系列に位置する金属は、酸性溶液と相互作用しません。
特別な場所は、金属と硝酸および濃硫酸との反応によって占められます。 貴金属（金、プラチナ）を除くすべての金属は、これらの酸化性酸によって酸化されます。 これらの反応では常に、それぞれ対応する塩、水、および窒素または硫黄の還元生成物が生成されます。
d) アルカリを含む
両性化合物を形成する金属（アルミニウム、ベリリウム、亜鉛）は、溶融物（この場合、中程度の塩であるアルミン酸塩、ベリレートまたは亜鉛酸塩が形成される）またはアルカリ溶液（この場合、対応する錯塩が形成される）と反応することができます。 すべての反応で水素が生成されます。
e) 活性系列における金属の位置に応じて、活性の低い金属をその塩の溶液から活性の高い別の金属によって還元（置換）する反応が可能です。 反応の結果、より活性の高い金属と単体の活性の低い金属の塩が形成されます。

非金属の一般的な性質。

非金属の数は金属 (22 元素) よりもはるかに少ないです。 ただし、非金属の化学は、原子の外部エネルギー準位の占有率が大きいため、はるかに複雑です。
非金属の物性はさらに多様で、その中には気体（フッ素、塩素、酸素、窒素、水素）、液体（臭素）、固体などがあり、融点が大きく異なります。 ほとんどの非金属は電気を通しませんが、シリコン、グラファイト、ゲルマニウムは半導体の性質を持っています。
気体、液体、および一部の固体の非金属 (ヨウ素) は結晶格子の分子構造を持ち、他の非金属は原子結晶格子を持ちます。
フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、酸素、窒素、水素は、通常の状態では二原子分子の形で存在します。
多くの非金属元素は、単体物質のいくつかの同素体修飾を形成します。 したがって、酸素には 2 つの同素体修飾 - 酸素 O2 とオゾン O3 があり、硫黄には 3 つの同素体修飾 - - 斜方晶系、塑性硫黄、および単斜晶系硫黄があり、リンには 3 つの同素体修飾 - - 赤、白、および黒のリン、炭素 - 6 つの同素体修飾 - すす、黒鉛、ダイヤモンド、カービン、フラーレン、グラフェン。

還元特性のみを示す金属とは異なり、非金属は、単純な物質および複雑な物質との反応において、還元剤としても酸化剤としても作用します。 非金属は、その活動に応じて、電気陰性度系列の特定の位置を占めます。 フッ素は非金属の中で最も活性が高いと考えられています。 酸化特性のみを示します。 活性の第 2 位は酸素、第 3 位は窒素、その次がハロゲンおよびその他の非金属です。 水素は非金属の中で電気陰性度が最も低くなります。

非金属の化学的性質。

1. 単体物質との相互作用:
非金属は金属と相互作用します。 このような反応では、金属は還元剤として作用し、非金属は酸化剤として作用します。 化合物反応の結果として、酸化物、過酸化物、窒化物、水素化物、無酸素酸の塩などの二元化合物が形成されます。
非金属同士の反応では、電気陰性度の高い非金属は酸化剤の性質を示し、電気陰性度の低い非金属は還元剤の性質を示します。 化合物反応により二元化合物が生成されます。 非金属は、その化合物内でさまざまな酸化状態を示す可能性があることを覚えておく必要があります。
2. 複雑な物質との相互作用:
a) 水の場合:
通常の条件下では、ハロゲンのみが水と相互作用します。
b) 金属および非金属の酸化物:
多くの非金属は、高温で他の非金属の酸化物と反応し、単一の物質に還元されます。 電気陰性度系列で硫黄の左側にある非金属も金属酸化物と相互作用し、金属を単体の物質に還元する可能性があります。
c) 酸の場合:
一部の非金属は濃硫酸または濃硝酸で酸化できます。
d) アルカリの場合:
アルカリの影響下で、一部の非金属は不均化を起こし、酸化剤と還元剤の両方になることがあります。
たとえば、ハロゲンとアルカリ溶液の反応では、加熱なし: Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O、または加熱あり: 3Cl2 + 6NaOH = 5NaCl + NaClO3 + 3H2O。
d) 塩を使用する場合:
相互作用すると、これらは強力な酸化剤となり、還元特性を示します。
ハロゲン（フッ素を除く）は、ハロゲン化水素酸の塩溶液と置換反応を起こします。より活性なハロゲンが、塩溶液から活性の低いハロゲンと置き換わります。

金属と単純な酸化剤との相互作用。 金属と水、酸、アルカリ、塩の水溶液の比率。 酸化皮膜と酸化生成物の役割。 金属と硝酸および濃硫酸との相互作用。

金属には、すべての s-、d-、f-元素と、下部に位置する p-元素が含まれます。 周期表ホウ素からアスタチンまで引いた対角線から。 これらの元素単体では金属結合が成立します。 金属原子の外側の電子殻には電子がほとんどなく、その量は 1、2、または 3 です。金属は、電気陽性の特性を示し、電気陰性度が 2 未満と低いです。

金属は固有のものです 特性。 これらは水より重く、金属光沢のある固体物質です。 金属は高い熱伝導率と電気伝導率を持っています。 それらは、光の照射、加熱、破壊などのさまざまな外部影響の影響下で電子を放出することを特徴としています（エキソ電子放出）。

金属の主な特徴は、他の物質の原子やイオンに電子を与える能力です。 ほとんどの場合、金属は還元剤です。 そして、これがそれらの特徴的な化学的性質です。 非金属、水、酸などの単体物質を含む典型的な酸化剤に対する金属の比率を考えてみましょう。 表 1 は、金属と単純な酸化剤の比率に関する情報を示しています。

表1

金属と単純な酸化剤の比率

すべての金属はフッ素と反応します。 例外は、水分が存在しない場合のアルミニウム、鉄、ニッケル、銅、亜鉛です。 これらの元素は、最初の瞬間にフッ素と反応すると、金属をさらなる反応から保護するフッ化物膜を形成します。

同じ条件と理由で、鉄は塩素と反応して不動態化されます。 酸素に関しては、すべてではありませんが、一部の金属のみが酸化物の緻密な保護膜を形成します。 フッ素から窒素に移行すると (表 1)、酸化活性が低下するため、酸化されない金属の数が増加します。 たとえば、リチウムとアルカリ土類金属のみが窒素と反応します。

金属と水および酸化剤の水溶液の比率。

で 水溶液金属の還元活性は、その標準酸化還元電位の値によって特徴付けられます。 一連の標準酸化還元電位全体から、一連の金属電圧が区別されます。これを表 2 に示します。

表2

電圧金属の範囲

この一連の電圧は、酸性 (pH = 0)、中性 (pH = 7)、アルカリ性 (pH = 14) 環境における水素電極の電極電位の値も示しています。 応力系列における特定の金属の位置は、標準条件下で水溶液中で酸化還元相互作用を受ける能力を特徴付けます。 金属イオンは酸化剤であり、金属は還元剤です。 金属が電圧系列内で遠くに位置するほど、そのイオンは水溶液中で酸化剤としてより強力になります。 金属がシリーズの先頭に近づくほど、還元剤が強くなります。

金属は塩溶液から互いに置き換えることができます。 反応の方向は、一連の応力における相対的な位置によって決まります。 活性金属は水だけでなく、あらゆる水溶液からも水素を置換することに留意する必要があります。 したがって、それらの塩の溶液からの金属の相互変位は、マグネシウムの後の応力系列に位置する金属の場合にのみ発生します。

次の表に示すように、すべての金属は 3 つの条件グループに分類されます。

表3

従来の金属の分割

水との相互作用。水中の酸化剤は水素イオンです。 したがって、標準電極電位が水中の水素イオンの電位よりも低い金属のみが水によって酸化されます。 それは環境の pH に依存し、次と等しくなります。

φ = -0.059рН。

中性環境 (pH=7) では、φ = -0.41 V。金属と水の相互作用の性質を表 4 に示します。

シリーズの最初の金属は、-0.41 V よりも大幅に負の電位を持ち、水から水素を置き換えます。 しかし、マグネシウムはすでに水素を置き換えるだけです お湯。 通常、マグネシウムと鉛の間にある金属は水から水素を置き換えません。 これらの金属の表面には酸化皮膜が形成され、保護効果があります。

表4

中性環境における金属と水の相互作用

金属と塩酸の相互作用。

酸化剤入り 塩酸 eは水素イオンです。 水素イオンの標準電極電位はゼロです。 したがって、すべての活性金属および中間活性金属は酸と反応する必要があります。 不動態化は鉛に対してのみ発生します。

表5

金属と塩酸の相互作用

銅は活性の低い金属であるにもかかわらず、高濃度の塩酸に溶解します。

金属と硫酸の相互作用はその濃度に応じて異なります。

金属と希硫酸との相互作用。希硫酸との相互作用は塩酸と同様に行われます。

表6

金属と希硫酸の反応

希釈した 硫酸水素イオンで酸化します。 それは、電極電位が水素よりも低い金属と相互作用します。 鉛と硫酸の相互作用中に形成される PbSO 4 塩は不溶性であり、金属表面に保護膜を形成するため、鉛は 80% 未満の濃度では硫酸に溶解しません。

金属と濃硫酸との相互作用。

濃硫酸では、酸化状態 +6 の硫黄が酸化剤として作用します。 これは硫酸イオン SO 4 2- の一部です。 したがって、濃酸は、標準電極電位が酸化剤の標準電極電位より低いすべての金属を酸化します。 酸化剤として硫酸イオンを使用する電極プロセスにおける電極電位の最高値は 0.36 V です。その結果、一部の活性の低い金属も濃硫酸と反応します。

中程度の活性の金属 (Al、Fe) の場合、緻密な酸化膜の形成により不動態化が発生します。 スズは 4 価の状態に酸化されて硫酸スズ(IV) を形成します。

Sn + 4H 2 SO 4 (濃) = Sn(SO 4) 2 + 2SO 2 + 2H 2 O。

表7

金属と濃硫酸の反応

鉛は二価の状態に酸化されて、可溶性硫酸水素鉛を形成します。 水銀は熱濃硫酸に溶解し、硫酸水銀(I)および硫酸水銀(II)を形成します。 銀も沸騰した濃硫酸に溶けます。

金属の活性が高いほど、硫酸の還元の程度が深くなることに留意する必要があります。 活性金属を使用すると、酸は主に硫化水素に還元されますが、他の生成物も存在します。 例えば

Ｚｎ＋２Ｈ２ＳＯ４＝ＺｎＳＯ４＋ＳＯ２＋２Ｈ２Ｏ；

3Zn + 4H 2 SO 4 = 3ZnSO 4 + S↓ +4H 2 O;

4Zn +5H 2 SO 4 = 4ZnSO 4 = 4ZnSO 4 +H 2 S +4H 2 O。

金属と希硝酸との相互作用。

硝酸では、窒素は酸化状態 +5 の酸化剤として機能します。 酸化剤である希酸の硝酸イオンの電極電位の最大値は0.96Vです。この値が大きいため、硝酸は硫酸よりも強い酸化剤となります。 これは、硝酸が銀を酸化することからもわかります。 金属の活性が高く、酸が希薄であればあるほど、酸はより深く還元されます。

表8

金属と希硝酸の反応

金属と濃硝酸との相互作用。

濃硝酸は通常、二酸化窒素に還元されます。 インタラクションが集中 硝酸金属との組み合わせを表 9 に示します。

酸が不足し、撹拌せずに酸を使用すると、活性金属は酸を窒素に還元し、中程度の活性の金属は一酸化炭素に還元します。

表9

濃硝酸と金属の反応

金属とアルカリ溶液との相互作用。

金属はアルカリによって酸化されません。 これはアルカリ金属が強力な還元剤であるためです。 したがって、それらのイオンは最も弱い酸化剤であり、水溶液中では酸化特性を示しません。 しかし、アルカリが存在すると、水の酸化作用はアルカリが存在しない場合よりも顕著に現れます。 このため、アルカリ溶液中では金属が水によって酸化されて水酸化物と水素が形成されます。 酸化物と水酸化物が両性化合物の場合、アルカリ溶液に溶解します。 その結果、純水中で不動態となる金属は、アルカリ溶液と激しく相互作用します。

表10

金属とアルカリ溶液の相互作用

溶解プロセスは、水による金属の酸化と水酸化物の溶解の 2 段階で表されます。

Zn + 2HOH = Zn(OH) 2 ↓ + H 2 ;

Zn(OH) 2 ↓ + 2NaOH = Na 2。

金属は、高い熱伝導率と電気伝導率、正の抵抗温度係数、高い延性、展性、金属光沢などの特徴的な金属特性を持つ単体の元素のグループです。 この記事では、金属のすべての特性を別の表の形式で示します。

コンテンツ

金属の特性は、物理的、化学的、機械的、技術的に分類されます。

金属の物性

物理的特性には、色、比重、可融性、電気伝導率、磁気特性、熱伝導率、熱容量、加熱時の膨張が含まれます。

金属の比重均質な金属体の重量と金属の体積の比です。つまり、 これは kg/m3 または g/cm3 単位の密度です。

金属の可融性金属が特定の温度で溶ける能力であり、融点と呼ばれます。

金属の導電率- これは金属が電流を流す能力であり、電場の影響下で体内での電流の発生を決定する物体または環境の特性です。 電気伝導率とは、主に直流電流を（影響下で）伝導する能力を意味します。 定数フィールド）、誘電体の結合電荷の振動（交流分極）によって交流電場に応答し、交流を作り出す能力とは対照的です。

金属の磁気特性残留誘導、保磁力、透磁率によって特徴付けられます。

金属の熱伝導率より加熱された粒子からそれほど加熱されない粒子に熱を伝達する能力です。 金属の熱伝導率は、断面積1cm 2、長さ1cmの金属棒を1秒間に通過する熱量で決まります。 温度差1℃で。

金属の熱容量- これは、1度加熱されたときに体が吸収する熱量です。 この物質の単位質量の変化（g、kg）に対する、微小な温度変化によって物体が吸収する熱量の割合を比熱容量といい、物質の1モルをモル（モル）といいます。

金属を加熱すると膨張するすべての金属は加熱すると膨張し、冷却すると収縮します。 温度が 1 度変化したときの金属の元のサイズの増加または減少の程度は、線膨張係数によって特徴付けられます。

金属の化学的性質

化学的 - 酸化、溶解性、耐食性。

金属の酸化酸化物（酸化物）の形成を伴う、金属と酸素の結合反応です。 酸化をより広く考えると、原子が電子を失い、塩化物や硫化物などのさまざまな化合物が形成される反応です。 自然界では、金属は主に酸化された状態で鉱石の形で存在するため、その製造はさまざまな化合物の還元プロセスに基づいています。

金属の溶解度- これは、他の物質、つまり金属が個々の原子、イオン、分子、または粒子の形である溶液と均一なシステムを形成する能力です。 金属は強酸や苛性アルカリなどの溶媒に溶解します。 工業的に最も一般的に使用されるものは、硫酸、硝酸、塩酸、硝酸と塩酸の混合物 (王水)、アルカリ、苛性ソーダ、苛性カリウムです。

金属の耐食性腐食に耐える能力です。

金属の機械的性質

機械的 - 強度、硬度、弾性、粘度、可塑性。

金属の強度崩壊することなく外力の作用に抵抗する能力と呼ばれます。

金属の硬さ別のより硬い物体の侵入に抵抗する物体の能力です。

金属の弾性- 形状の変化（変形）を引き起こした外力の作用が停止した後にその形状を復元する金属の特性。

金属の粘度- これは、急速に増大する（衝撃）外力に抵抗する金属の能力です。 粘度は脆さと反対の性質です。

金属の可塑性- これは、外力の影響下で破壊することなく変形し、力がなくなった後も新しい形状を保持する金属の特性です。 可塑性は弾性の逆特性です。

金属の技術的性質

技術的なものには、焼入れ性、流動性、展性、溶接性、機械加工性などがあります。

金属の焼入れ性– これは、一定の深さの硬化層を得る能力です。

金属の流動性- これは、液体状態の金属が鋳型に充填され、鋳物でその輪郭を再現する性質です。

金属の展性破壊することなく、鍛造、圧延、スタンピングなどの変形によって加工できる能力を特徴付ける技術的特性です。

金属の溶接性- これは、製造される製品の設計と操作によって決定される要件を満たす、溶接プロセス中に永久的な接続を形成する特性です。

金属の切削加工性- これは、切削工具による被削材の機械的切削により、幾何学的形状、寸法、および表面品質を変化させる能力です。 金属の機械加工性は、その機械的特性、主に強度と硬度に依存します。

金属を試験する最新の方法には、機械的試験、化学分析、スペクトル分析、金属組織学的分析および放射線写真分析、技術的試験、探傷があります。 これらの試験は、金属の性質、構造、組成、特性について洞察を得るとともに、最終製品の品質を判断する機会を提供します。

金属特性表

表「金属の性質：鋳鉄、鋳鋼、鋼」

1. 極限引張強さ
2. 降伏強度 (または Rp 0.2);
3. 破断時のサンプルの相対伸び。
4. 曲げ強度;
5. 曲げ強度は鋳鋼サンプルに対して与えられています。
6. すべての種類の鋳鉄の疲労限界は、サンプルの質量と断面によって異なります。
7. 弾性率;
8. ねずみ鋳鉄の場合、弾性率は引張応力が増加すると減少し、圧縮応力が増加してもほぼ一定のままです。

表「ばね鋼の性質」

1. 極限の引張強さ、
2. 破断時のサンプルの断面積の相対的な減少、
3. 曲げ強度;
4. N ⩾ 10 7 での交互繰返し荷重下の極限強度、
5. 温度 30°C、相対伸び 1 2% で 10 時間の最大応力。 より高い温度については、「部品の接合方法」のセクションを参照してください。
6. 「部品の接続方法」のセクションを参照してください。
7. 冷間加工ばねの場合は 480 N/mm 2。
8. 冷間加工スプリングの場合は約 40% 増加

表「車体板金の特性」

表「非鉄金属の性質」

1. 弾性率、参考データ;
2. 曲げ強度;
3. 最大値。
4. 個別サンプルの場合

表「軽合金の性質」

1. 極限引張強さ。
2. 0.2%の塑性変形に相当する降伏強度。
3. 曲げ強度;
4. 最大値。
5. 強度指標はサンプルと鋳造品に対して示されています。
6. 極限曲げ強度の指標は、平面荷重の場合に示されています。

表「すべり軸受用メタルセラミックス材料（PM）1）」

1. ベアリングに関しては 10/16 g 10;
2. 炭素は主に遊離黒鉛の形で含まれています。
3. 炭素は遊離黒鉛の形でのみ含まれています

表「構造部品用金属セラミックス材料（PM）1の特性」

1. DIN 30 910、1990 年版に準拠。

磁性材料

表「軟磁性材料の性質」

1. データは磁気リングのみに適用されます。

軟磁性金属

表「磁性板および帯鋼の性質」

コンバーターおよび電気炉用材料

DCリレー用材料

表「DCリレーの材質特性」

1. 標準化された値

軟磁性部品用の金属セラミック材料

表「軟磁性部品用金属セラミック材料の特性」

金属（ラテン語の metallum - 鉱山、鉱山に由来）は、高い熱伝導率と電気伝導率、正の抵抗温度係数、高い延性、金属光沢などの特徴的な金属特性を持つ単体の元素のグループです。

これまでに発見された 118 個の化学元素 (すべてが公式に認識されているわけではありません) のうち、金属には次のものが含まれます。

• アルカリ金属族の6元素、
• アルカリ土類金属のグループの6、
• 遷移金属グループの38、
• 軽金属のグループの11、
• 半金属のグループの7、
• ランタニド + ランタンのグループの 14、
• アクチニド群の 14 (すべての元素の物理的特性が研究されているわけではありません) + アクチニウム、
• 特定のグループの外にあるベリリウムとマグネシウム。

したがって、発見されたすべての元素のうち 96 個は金属である可能性があります。

天体物理学では、「金属」という用語は異なる意味を持ち、すべてを意味する場合があります。 化学元素ヘリウムより重い

金属の特性

1. 金属光沢（金属だけでなく、非金属のヨウ素や黒鉛状の炭素も持つ特徴）
2. 良好な導電性
3. 容易な加工が可能
4. 高密度 (通常、金属は非金属より重い)
5. 高融点（例外：水銀、ガリウム、アルカリ金属）
6. 優れた熱伝導性
7. ほとんどの場合、それらは反応における還元剤です。

金属の物性

すべての金属（水銀と条件付きフランシウムを除く）は通常の条件下では固体状態ですが、硬度は異なります。 以下は、モース硬度でのいくつかの金属の硬度です。

融点純金属の温度範囲は、-39 °C (水銀) から 3410 °C (タングステン) です。 ほとんどの金属（アルカリを除く）は融点が高いですが、スズや鉛などの一部の「通常の」金属は、通常の電気またはガスストーブで溶かすことができます。

状況に応じて、 密度, 金属は軽いもの（密度 0.53 ÷ 5 g/cm3）と重いもの（5 ÷ 22.5 g/cm3）に分けられます。 最も軽い金属はリチウム (密度 0.53 g/cm3) です。 最も重い 2 つの金属であるオスミウムとイリジウムの密度はほぼ等しく (約 22.6 g/cm3 - 鉛の密度のちょうど 2 倍)、最も重い金属に名前を付けることは現時点では不可能であり、正確な密度を計算することは非常に困難です。不純物があると金属の密度が低下するため、金属を完全に洗浄する必要があります。

ほとんどの金属 プラスチックつまり、金属線は切断せずに曲げることができます。 これは、金属原子間の結合を破壊することなく、金属原子の層が移動することによって起こります。 最も延性が高いのは金、銀、銅です。 金を使用すると、金メッキ製品に使用される厚さ0.003 mmの箔を作成できます。 ただし、すべての金属が延性があるわけではありません。 亜鉛や錫でできたワイヤーは曲げるとカクカクと音がします。 マンガンやビスマスは変形するとほとんど曲がりませんが、すぐに折れてしまいます。 可塑性は金属の純度にも依存します。 したがって、非常に純粋なクロムは非常に延性がありますが、わずかな不純物で汚染されてもろくなり、硬くなります。 金、銀、鉛、アルミニウム、オスミウムなどの一部の金属は一緒に成長することができますが、これには数十年かかる場合があります。

金属はどれも良いですよ 電流を流す。これは、電場の影響下で移動する可動電子が結晶格子内に存在するためです。 銀、銅、アルミニウムは最も高い導電率を持っています。 このため、後者の 2 つの金属がワイヤ材料として最もよく使用されます。 ナトリウムは非常に高い電気伝導率も持っており、実験装置では、次のような薄肉のパイプの形でナトリウム導体を使用する試みが知られています。 ステンレス鋼のナトリウムで満たされています。 ナトリウムの比重が低く、抵抗が等しいため、ナトリウム「ワイヤ」は銅よりもはるかに軽く、アルミニウムよりもわずかに軽い場合さえあります。

金属の高い熱伝導率は、自由電子の移動度にも依存します。 したがって、一連の熱伝導率は一連の電気伝導率と類似しており、電気と同様に熱の最良の伝導体は銀です。 ナトリウムは熱の良伝導体としても使用されます。 例えば、自動車エンジンの冷却を改善するためにナトリウムがバルブに使用されていることは広く知られています。

色ほとんどの金属はほぼ同じで、青みがかった明るい灰色です。 金、銅、セシウムはそれぞれ黄色、赤、淡黄色です。

金属の化学的性質

外部電子レベルでは、ほとんどの金属は少数の電子 (1 ～ 3) を持っているため、ほとんどの反応で還元剤として機能します (つまり、電子を「寄付」します)。

単体物質との反応

• 金とプラチナを除くすべての金属は酸素と反応します。 銀との反応は高温で起こりますが、酸化銀(II)は熱的に不安定であるため、実際には形成されません。 金属に応じて、出力には酸化物、過酸化物、および超酸化物が含まれる場合があります。

酸化リチウム

過酸化ナトリウム

超酸化カリウム

過酸化物から酸化物を得るには、過酸化物を金属で還元します。

中活性および低活性の金属では、加熱すると反応が起こります。

• 最も活性な金属のみが窒素と反応し、室温ではリチウムのみが反応して窒化物を形成します。

加熱時：

• 金とプラチナを除くすべての金属は硫黄と反応します。

鉄は加熱すると硫黄と反応して硫化物を形成します。

• 最も活性な金属、つまりBeを除くIA族およびIIA族の金属のみが水素と反応します。 加熱すると反応が起こり、水素化物が形成されます。 反応において、金属は還元剤として作用し、水素の酸化状態は -1 です。

• 最も活性な金属のみが炭素と反応します。 この場合、アセチレニドまたはメタン化物が形成されます。 水と反応すると、アセチレニドはアセチレンを生成し、メタン化物はメタンを生成します。