化 学 (無機化学)金属:遷移元素

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 ここでは,金属元素(遷移元素)の化学的性質に関連し,【はじめに】【実用される遷移元素について】【参考:ミネラル】に項目を分けて紹介する。

 【はじめに】

 遷移元素 ( transition element ) とは,原子の電子配置に基づく元素分類の一種(電子軌道 d 軌道あるいは f 軌道が閉殻でない元素)で,周期表の第 3 族から第 11 族( 12 族を含める学者もいる)までの全ての元素をいう。遷移金属は,全て金属元素に分類される。
 遷移元素は,典型元素とは異なり,各族の縦の類似性はあまり著しくなく,横の類似性が目立つ元素類である。
 なお,鉄,銅,マンガン,モリブデン,及びクロムは,生体にとって必須のミネラルとして,健康増進法(平成 14年法律第 103 号)に基づき「日本人の食事摂取基準(2015年版)」 で基準摂取量が定められている。
 
 金属とは,【金属結合とは】で紹介したように,明確な定義はないが,一般には,固体状態で,次の性質を示すものの総称として用いる。
  塑性変形が容易で,展延加工ができる。
  不透明で輝くような金属光沢がある。
  電気および熱をよく伝導する。
  水溶液中で陽イオン(カチオン)になる。
 なお,水銀のみは,常温・常圧の下で液体である。一般には,比重4~5より重いものを重金属,軽いものを軽金属という。

周期表

周期表

 

 【実用される遷移元素について】

 第 3 族にはランタノイド系,アクチノイド系が含まれるので最多の 32 元素が属し,第 4 族~第 11 族にはそれぞれ 4 元素が属する。その中で,研究目的以外での実用例が認められる元素は,次の通りである。
 第 3 族の元素と主な利用例
 触媒,磁器添加剤などにスカンジウム( Sc ),鉄鋼添加剤,LED,超伝導体などにイットリウム( Y )
 ランタノイド系:光学レンズ,コンデンサなどにランタン( La ),顔料,燃料電池などにセリウム( Ce ),光ファイバーなどにプラセオジム( Pr ),磁石,超伝導体などにネオジム( Nd ),磁石,ガラス添加剤などにサマリウム( Sm ),蛍光体などにユウロビウム( Eu ),磁性材料などにガドリウム( Gd ),磁石,放電ランプなどにジスプロシウム( Dy ),ガラス着色剤,光ファイバーなどにエルビウム( Er ),光ファイバーなどにツリウム( Tm ),ガラス着色剤,レーザー添加剤などにイッテリビウム( Yb )
 アクチノイド系:核燃料などにウラン( U )
 第 4 族の元素と主な利用例
 耐食材料,顔料,光触媒などにチタン( Ti ),顔料,圧電素子などにジルコニウム( Zr ),プラズマ電極などにハフニウム( Hf )
 第 5 族の元素と主な利用例
 合金成分などにバナジウム( V ),圧電素子,鉄鋼添加剤などにニオブ( Nb ),,医療関連,コンデンサなどにタンタル( Ta )
 第 6 族の元素と主な利用例
 めっき材,合金成分などにクロム( Cr ),合金成分などにモリブデン( Mo ),発熱体,合金成分などにタングステン( W )
 第 7 族の元素と主な利用例
 合金成分などにマンガン( Mn ),医療関連などにテクネチウム( Tc ),熱電対,触媒などにレニウム( Re )
 第 8 族の元素と主な利用例
 構造材料,鉄鋼材料などに鉄( Fe ),触媒などにルテニウム( Ru ),ペン先,触媒にオスミウム( Os )
 第 9 族の元素と主な利用例
 合金成分,顔料などにコバルト( Co ),めっき,触媒などにロジウム( Rh ),点火プラグ,ペン先などにイリジウム( Ir )
 第 10 族の元素と主な利用例
 めっき材,合金成分などにニッケル( Ni ),水素吸蔵,医療関連などにパラジウム( Pd ),宝飾品,めっき材などに白金( Pt )
 第 11 族の元素と主な利用例
 電気配線,合金成分などに銅( Cu ),宝飾品,めっき材などに銀( Ag ),金( Au )

 

 【参考】

 必須ミネラル
 健康増進法(平成 14年法律第 103 号)に基づき厚生労働大臣が定める「日本人の食事摂取基準(2015年版)」 に基準摂取量が定められているミネラルをいう。必要所要量の違いで,主要ミネラル 7 種,微量ミネラル 9 種に分けられる。
 主要ミネラル( 100 mg /1日 以上):硫黄 S(骨・軟骨・皮膚・髪の毛・爪など),塩素 Cl(胃液中の胃酸),ナトリウム Na(血液・体液の浸透圧を調整),カリウム K( 血圧の上昇抑制,利尿作用),マグネシウム Mg(骨や歯の強か,酵素の補助),カルシウム Ca(骨・歯の成分,エネルギー代謝),リン P(骨・歯の成分,代謝の補助)
 微量ミネラル( 100 mg /1日 未満): 鉄 Fe(赤血球のヘモグロビン),亜鉛 Zn(生殖機能,ホルモン合成),銅 Cu(ヘモグロビン生成,骨格成分),マンガン Mn(骨や関節),ヨウ素 I(甲状腺ホルモン,代謝),セレン Se(抗酸化力,老化防止),モリブデン Mo(肝臓,腎臓の老廃物分解),クロム Cr(糖の代謝),フッ素 F(虫歯予防)

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