化 学 (無機化学)

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 ここでは,無機化学の基本に関連し,【元素の分類と性質】【金属の分類】【非金属の分類】【特性評価に用いる性質】【クラーク数】に項目を分けて紹介する。

 【元素の分類と性質】

 数多くの物質を構成する元素は,わずか 100 種程度の元素であり,その中で日常生活にかかわりの深い元素は高々 30 種程度に過ぎない。他の元素は,きわめてわずか自然界に存在するか,人為的に作り出されたもので,ごく特殊な用途に使われるに過ぎない。
 
 一般的な無機化合物の分類では,まず,塑性変形が容易で,展延加工ができ,不透明で輝くような光沢(金属光沢)があり,電気および熱をよく伝導する物質を金属,これらの性質を持たない物質を非金属に分けられる。
 
 なお,純物質,混合物,化合物,単体など基本的な物質の分類については,【物質の構成】で紹介しているので,ここでは,一般的な分類について紹介する。

 

 【金属の分類】

 金属の性質は,【金属結合】の特徴である自由電子により発現する。
 金属元素の分類については,【金属結合:化学的分類】,金属物質としての分類は,【金属結合:その他の分類】で詳細に紹介している。
 金属の一般的な分類を要約すると,比重による分類(比重 5 より大きい重金属,小さい軽金属),存在量(又は産出量)による分類(希少なレアメタルと存在量の多いコモンメタル),化学変化の難易や価格による分類(変化し難い又は高価な貴金属,変化し易い又は安価な卑金属)などである。
 他に,工業用材料としての金属は,成分,用途や特性などから,炭素鋼,合金鋼,耐候性鋼,工具鋼,非鉄金属など数多くの分類がある。

 

 【非金属の分類】

 金属の性質を有しない無機化合物はすべて非金属に分類される。このため,物質の状態(気体,液体,固体),技術分野,用途などで様々の分類がある。
 例えば,気体では,理想気体,実在気体,混合ガス,活性ガス,不活性ガス,毒ガス,腐蝕性ガス,可燃性ガス,不燃性ガス,火山ガス,燃焼ガス,排気ガス,プラズマなど,液体では,溶液,溶媒,イオン液体,腐蝕性液体,引火性液体,発火性液体など,固体では,結晶,非結晶(アモルファス),鉱物,セラミックス,ガラス,酸化物,硫化物,水素化物,塩,酸性塩,塩基性塩などなど様々な分類がある。

 

 【特性評価に用いる性質】

 無機物質の特徴を表す際に用いられる主な性質には,例えば, 【元素一覧】では,元素単体の基本的な特性として,融点,沸点,などの熱的特性の他に,物質の基本的な特徴を表す密度,色など光学的性質,結晶系,電気的・磁気的性質,溶媒への溶解性などがある。

 

 【クラーク数】

 クラーク数とは,地表部付近から海水面下10マイルまでの元素の割合
 クラーク数トップ20
   O ; 49.5 , Si ; 25.8 , Al ; 7.56 , Fe ; 4.70 , Ca ; 3.39
   Na ; 2.63 , K ; 2.40 , Mg ; 1.93 , H ; 0.83 , Ti ; 0.46
   Cl ; 0.19 , Mn ; 0.09 , P ; 0.08 , C ; 0.08 , S ; 0.06
   N ; 0.03 , F ; 0.03 , Rb ; 0.03 , Ba ; 0.023 , Zr ; 0.02

 レアメタルのクラーク数比較
 典型元素
  第 1族 Li ; 6×10-3Rb ; 0.03 ,Cs ; 7×10-4
  第 2族 Be ; 6×10-4Sr ; 0.02 ,Ba ; 0.023
  第13族 B ; 1×10-3 ,Ga ; 1×10-3 ,In ; 1×10-5 ,Tl ; 3×10-5
  第14族 Ge ; 6.5×10-4
  第15族 Sb ; 5×10-5 ,Bi ; 2×10-5
  第16族 Se ; 1×10-5 ,Te ; 2×10-7
 希土類以外の遷移元素
  第 4族 Ti ; 0.46 ,Zr ; 0.02 ,Hf ; 4×10-4
  第 5族 V ; 0.015 ,Nb ; 2×10-3 ,Ta ; 1×10-3
  第 6族 Cr ; 0.02 ,Mo ; 1.3×10-3 ,W ; 6×10-3
  第 7族 Mn ; 0.09 ,Re ; 1×10-7
  第 9族 Co ; 4×10-3
  第10族 Ni ; 0.02 ,Pd ; 1×10-6 ,Pt ; 5×10-7
 希土類元素(レアアース)
 周期表第 3族,ランタノイド系
   Sc ; 5×10-4 ,Y ; 3×10-3
   La ; 1.8×10-3 ,Ce ; 4.5×10-3 ,Pr ; 5×10-3 ,Nd ; 2.2×10-3 ,Pm ; ? ,
   Sm ; 6×10-4 ,Eu ; 1×10-4 ,Gd ; 6×10-4 ,Tb ; 8×10-5 ,Dy ; 4×10-4
   Ho ; 1×10-4 ,Er ; 2×10-4 ,Tm ; 2×10-5 ,Yb ; 2.5×10-4 ,Lu ; 7×10-5
 赤字青字の元素は,地殻での存在量が多いにも関わらずレアメタルに分類されている。これは,レアメタルの定義における“産出国,地域が限られる”,“精製が難しい”などの理由による。

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