腐食概論：金属概論
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金属の基礎
金属の化学的分類
金属の分類として，次表の結晶構造による分類に加えて，化学的性質の違いによる分類が一般的に用いられている。
各元素の基本的な特性は，「元素一覧」で紹介する。
| 結晶構造 | 元素の例 |
|---|---|
| 面心立方格子構造 (fcc) |
Al (アルミニウム)，Ca (カルシウム)，Sc (スカンジウム)，Cr (クロム)，
γ-Mn (マンガン)，
γ-Fe (鉄)，Co (コバルト)，Ni (ニッケル)，Cu (銅)，Sr (ストロンチウム)， Pd (パラジウム)，Ag (銀)，La (ランタン)，Ir (イリジウム)，Pt (白金)，Au (金)，Pb (鉛) |
| 体心立方格子構造 (bcc) |
Li (リチウム)，Na (ナトリウム)，K (カリウム)，β-Ti (チタン)，V (バナジウム)，Cr (クロム)，
Mn (マンガン)，α-δ-Fe (鉄)， Sr (ストロンチウム)，Nb (ニオブ)， Mo (モリブデン)，Cs (セシウム)，Ba (バリウム)，Ta (タンタル)，W (タングステン) |
| 六方最密充填構造 (hcp) |
Be (ベリリウム)，Mg (マグネシウム)，Sc (スカンジウム)，α-Ti (チタン)，Co (コバルト)， Zn (亜鉛)，Y (イットリウム)，Tc (テクネチウム)，Ru (ルテニウム)，Cd (カドミウム)， Gd (ガドリウム)，Tb (テルビウム)，Dy (ジスプロシウム)，Ho (ホルミウム)， Er (エルビウム)，Tm (ツリウム)，Lu (ルテチウム)，Os (オスミウム)，Tl (タリウム) |
| 分 類 | 元 素 | 性 質 |
|---|---|---|
| アルカリ金属 (alkali metal) |
Li，Na，K，Rb，Cs, Fr | 周期表第1族の 6元素の総称。軟らかく軽い融点の低い金属で，多くの金属と金属間化合物をつくる。
化学的に活発で，一価の陽イオンになり易く，種々の元素と良く化合し，常温で水を分解して水素を発生させ水酸化物を生じる。金属単体は，アルカリ金属の塩の融解塩電解で製造される。炎色反応はリチウム（Li）真紅，ナトリウム（Na）黄色，カリウム（K）淡紫色，ルビジウム（Rb）深赤色，セシウム（Cs）青色である。 |
| アルカリ土類金属 (alkaline earth metal) |
Ca，Sr，Ba，Ra | 周期表第2族の第4周期以後の 4元素の総称。軟らかい金属で，比較的活性で，2価の陽イオンになり易い。
アルカリ金属ほど激しくないが水，酸素と反応し水酸化物を生じる。金属単体は，アルカリ金属の塩の融解塩電解で製造される。炎色反応はカルシウム（Ca）橙赤色，ストロンチウム（Sr）深赤色，バリウム（Ba）淡緑色，ラジウム（Ra）鮮紅色である。 |
| マグネシウム族元素 (magnesium group element) |
Be，Mg，Zn，Cd，Hg | 周期表第2族第2,3周期のベリリウム（Be），マグネシウム（Mg），第12族（旧分類の第2B族）の亜鉛（Zn），カドミウム（Cd），水銀（Hg）の 5元素nの総称。ベリリウム（Be），マグネシウム（Mg）は第2族の元素であるが，アルカリ土類と異なり，共有結合性が強く，水酸化物のアルカリ性が弱いなど化学的性質が異なる。 |
| 希土類元素 (rare earth element，レア・アース） |
Sc，Y，ランタノイド系 | 周期表第3族のアクチノイド系元素を除く 17元素の総称。比較的稀な鉱物から得られたため命名されたが，存在量は希少ではない。化学的性質は相互によく似ており，相互の分離は非常に困難である。希土類元素（レア・アース）は，レアメタルと混同されやすいが分類が異なる。
スカンジウム（Sc）は，スカンジナビア半島などで産出する希少鉱物から，ランタノイド系のプロメチウム（Pm）は天然には存在しないが，他の希土類元素やイットリウム（Y）は混合物として希土類鉱物（ペグマタイト鉱物など）から比較的多量に得られる。ペグマタイト鉱物は，火成岩の一種でマグマの分化作用の末期に濃縮したリチウム，鉛，ホウ素，ウラン，トリウム，希土類元素などを含む。 |
| 土類金属 (earth metal) |
Al，Ga，In，Tl | ホウ素（B）を除く周期表第13族のアルミニウム（Al），ガリウム（Ga），インジウム（In），タリウム（Tl） 4元素に対する古い総称。岩石などに広く分布するので土類と呼ばれる。アルミニウム族（aluminium group）ともいう。両性金属（酸，アルカリに可溶）で，3価の陽イオンになり易い。なお，タリウム（Tl）については 1価の化合物が多い。 |
| スズ族元素 (tin group element) |
Ge，Sn，Pb | 周期表第4族のうち炭素，ケイ素を除くゲルマニウム（Ge），スズ（Sn），鉛（Pb） 3元素の総称。単体は低融点で，両性を示す。両性物質（amphoteric substance）とは，酸とも塩基とも反応する物質をいう。 |
| チタン族元素 (titanium group element) |
Ti，Zr，Hf | 周期表第14族（遷移元素）に属するチタン（Ti），ジルコニウム（Zr），ハフニウム（Hf） 3元素の総称。チタンは天然に広く分布しているが，ジルコニウムはやや少なく，ハフニウムはさらに少ない。酸化数が4の状態が最も安定。常温では酸化被膜を形成し耐腐食性をもつ。
単体は，融点，沸点とも高い。化合物は，酸化数 4（ +4価）の状態が最も安定である。常温では単体表面が速やかに安定した酸化被膜で覆われ，優れた耐食性を示す。 |
| 鉄族元素 (iron group element) |
Fe，Co，Ni | 周期表第4周期のうちの鉄（Fe），コバルト（Co），ニッケル（Ni） 3元素の総称。有色化合物，錯体をつくり，触媒として働くなどの性質を持つ。 常温，常圧で強磁性を示す。常温で強磁性を示す単体金属は，希土類金属と鉄族元素のみである。 |
| 土酸金属 (earth-acid metal) |
V，Nb，Ta | 周期表第5族のバナジウム（V），ニオブ（Nb），タンタル（Ta） 3元素の総称で，バナジウム族元素（vanadium group element）ともいわれる。硬く強靭で耐食性がある金属で，超硬材料に利用される。酸化物が酸性で，化学的性質が似ている 3元素を土酸族元素（土酸類）ともいう。 |
| クロム族元素 (chromium group element) |
Cr，Mo，W | 周期表第6族のクロム（Cr），モリブデン（Mo），タングステン（W） 3元素の総称。担体は，白色あるいは灰色の金属，空気中では常温で安定，硬く，融点・沸点が非常に高い。酸性が強い。 |
| マンガン族元素 (manganese group element) |
Mn，Tc，Re | 周期表第7族のマンガン（Mn），テクネチウム（Tc），レニウム（Re） 3元素の総称。クロム族より冶金が容易。高原子価ほど強酸性，Mn2+,3+は塩基性。 マンガンは反応性の高い元素で，多くの非金属と化合物を形成する。また，鋼などの鉄合金に含まれ，鉄鋼の重要な添加元素である。 |
| 貴金属 (noble metal，precious metal) |
Cu，Ag，Au Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt |
貴金属 (noble metal)という場合は，「イオン化傾向」が水素より小さい周期表第11属の銅（Cu），銀（Ag），金（Au）3元素を指す。分野によっては第12族の水銀（Hg）を含めた 4元素を指すこともある。
貴金属 (precious metal)という場合は，化学変化を起こし難く，耐食性（空気中で酸化しない）があり，電気伝導性，延性・展性に優れる白金族（platinum group metal），すなわち第8族のルテニウム（Ru），オスミウム（Os），第9族のロジウム（Rh），イリジウム（Ir），第10族のパラジウム（Pd），白金（Pt）を含めた 8元素をいう。 |
レアメタルとレア・アースの違い
レア・アース（rare earth element，希土類元素）と混同され易いレアメタル（rare metal）とは，一般的には，次の条件を満たす金属と定義され，レア・アースを包含した広い範囲の金属元素を指す。
① 存在する量が少ない。
② 鉱床を作らず，広く薄く分布している。
③ 鉱床を作っても，特定の国や地域に限定されている。
④ 鉱物から取り出したり精製したりすることが難しい。
⑤ 現代の産業に欠かせない素材である。
レアメタルに分類される元素は，次に示す典型元素 15種類，希土類以外の遷移元素 15種類，希土類（レア・アース）金属 17種類の合計47種類といわれている。
Li，Be，B，Ti，V，Cr，Mn，Co，Ni，Ga，Ge，Se，Rb，Sr，Zr，Nb，Mo，Pd，In，Sb，Te，Cs，Ba，Hf，Ta，W，Re，Pt，Tl，Bi，希土類（レアアース）
太字は鋼材や防食対策との関わりが強い元素を示す。
【参考資料】
1）大澤直 『金属のおはなし』 日本規格協会，2008年
2) 伊藤尚夫，無機化学シリーズ11「金属元素の化学」培風館，1972年
3) 齋藤勝裕 『金属のふしぎ』 ソフトバンククリエイティブ，2009年
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