金属概論:金属の基礎

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  【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。


金属の結晶構造による分類
結晶構造 元素の例
  面心立方格子構造 (fcc)    Al,Ca,Sc,Cr,γ-Mn,γ-Fe,Co,Ni,Cu,Sr,Pd,Ag,La,Ir,Pt,Au,Pb 
  体心立方格子構造 (bcc)    Li,Na,K,β-Ti,V,Cr,Mn,α-δ-Fe,Sr,Nb,Mo,Cs,Ba,Ta,W 
  六方最密充填構造 (hcp)    Be,Mg,Sc,α-Ti,Co,Zn,Y,Tc,Ru,Cd,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Lu,Os,Tl 


金属の化学的性質による分類
分 類 元 素 性   質
  アルカリ金属      Li,Na,K,Rb,Cs     周期表第1族。軟らかく軽い金属で,化学的に活発で,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る。1価の陽イオンになり易い。
  アルカリ土類金属    Ca,Sr,Ba,Ra    周期表第2族第4周期後の総称。その水酸化物はアルカリ性。2価の陽イオンになり易い。 
  マグネシウム族元素    Be,Mg,Zn,Cd,Hg    周期表第2族第2,3周期,第12属(旧分類の第2B族)で,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    Sc,Y,ランタノイド    周期表第3族のランタノイドまでの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。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。 
  土類元素    Al,Ga,In(Tl)    ホウ素を除く周期表第13族の総称。岩石などに広く分布するので土類と呼ばれる。アルミニウム族ともいう。両性金属(酸,アルカリに可溶),3価の陽イオンになり易い。 
  スズ族元素    Ge,Sn,Pb    周期表第4族のうち炭素,ケイ素を除く元素の総称。単体は低融点。両性を示す。 
  チタン族元素    Ti,Zr,Hf    周期表第14族の総称。単体は融点が高く,耐食性が大きい。硬く冶金が困難。酸化物は塩基性。 
  鉄族元素    Fe,Co,Ni    周期表第4周期のうち3元素をいう,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。 
  土酸元素    V,Nb,Ta    周期表第5族の元素,酸化物が酸性で,化学的性質が似ている3元素をいう。 
  クロム族元素    Cr,Mo,W    周期表第6族の3元素をいう。白色あるいは灰色の金属,空気中では常温で安定,融点・沸点,硬さが高い。酸性が強い。 
  マンガン族元素    Mn,Tc,Re    周期表第7族の3元素をいう。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。 
  貴金属    (Cu),Ag,Au    周期表第11属,化学変化を起こしにくく,空気中で酸化しない。電気伝導性,延性・展性に優れる。白金族(Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt)を含めて貴金属という場合もある。 

 レアアースメタル(希土類元素)と混同され易いレアメタルとは,次の条件を満たす金属(レアアースメタルを包含)と定義されている。
 存在する量が少ない。
 鉱床を作らず,広く薄く分布している。
 鉱床を作っても,特定の国や地域に限定されている。
 鉱物から取り出したり精製したりすることが難しい。
 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,希土類金属 17種類の合計47種類と考えられている。
 Li,Be,B,Ti,V,CrMnCoNi,Ga,Ge,Se,Rb,SrZr,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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