Articles

金属の性質のすべてを学ぶ

  • 共有
  • Facebookで共有
  • Twitterで共有
  • Pinterestで共有
  • メールで共有
  • Google Classroomへ共有

多くの人にとって、金属は、その性質がよくわかります。 金属とは、鉄や鋼、あるいはそれに類する硬くて光沢のある物質を指す言葉です。

しかし、この定義は金属の本当の性質に合っていますか?

はい…そしていいえ。

説明する前に、周期表のほとんどの元素が金属であることを知っておいてください。 さらに、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、塩基性金属に分類されます。

金属の科学レッスン

金属の性質

元素とは、1種類の原子からなる物質で、より単純な部分に分離することはできない。 たとえば、ヘリウム(熱気球を想像してください)は、ヘリウム原子だけからできています。

元素は一般に、金属または非金属に分類されます(ただし、両方の特性を持つ元素もあり、これらはメタロイドと呼ばれます)。 金属は、切ったり、引っ掻いたり、磨いたりすると光沢がある。

  • 可鍛性。
  • 可鍛性:金属は強いが可鍛性であり、簡単に曲げたり成形することができる。 何世紀にもわたり、鍛冶屋は金属を加熱し、ハンマーで叩いて金属を成形することができた。 しかし、非金属でこれを行うと、材料は粉々になってしまう。 ほとんどの金属は延性があり、引き出してワイヤーを作ることができます。
  • 伝導性。 金属は電気と熱の伝導性に優れています。 延性もあるので、電気配線に最適です。 (家庭用品を使ってテストできます。その方法は、このまま読み進めてください)
  • 金属のその他の特性

    高い融点。 ほとんどの金属は融点が高く、水銀以外は室温で固体である。

    音を出す。

    反応性:金属は叩くとよく音が鳴る。 ある種の金属は、それ自身または他の元素と化学変化(反応)を起こし、エネルギーを放出する。 これらの金属は純粋な形で見つかることはなく、それらが含まれている鉱物から分離することは困難です。 カリウムとナトリウムは、最も反応性の高い金属です。 空気や水と激しく反応し、カリウムは水と接触すると発火します!

    その他の金属は他の金属とまったく反応しないのです。 つまり、純粋な形で見つけることができるのです(例:金やプラチナ)。 銅は比較的安価で、反応性が低いので、パイプや配線を作るのに便利です。

    金属の5つのグループ:

    貴金属は反応性がなく、他の元素と結合して化合物を形成しないので、純金属として見つけることができます。 非反応性であるため、容易に腐食することはありません。 そのため、宝飾品や硬貨に最適です。 貴金属には、銅、パラジウム、銀、プラチナ、金などがあります。

    アルカリ金属は、非常に反応性が高い金属です。 融点が低く、ナイフで切れるほどやわらかい。 カリウムとナトリウムは2つのアルカリ金属です。

    アルカリ土類金属は、多くの異なる鉱物との化合物で見つかります。 アルカリ金属よりも反応性が低く、硬く、融点が高いのが特徴です。 このグループには、カルシウム、マグネシウム、バリウムが含まれます。

    遷移金属は、私たちが通常金属を考えるときに思い浮かべるものです。 硬くて光沢があり、強度があり、成形しやすい。 多くの工業用途に使用されています。 このグループには、鉄、金、銀、クロム、ニッケル、銅が含まれ、そのうちのいくつかは貴金属でもあります。 しかし、他の物質に加えると非常に有用になる。 卑金属には、アルミニウム、ガリウム、スズ、タリウム、アンチモン、ビスマスなどがあります。 強い組み合わせ

    これらの異なる金属の特性は、2つ以上の金属を混ぜ合わせることで組み合わせることができます。 出来上がった物質は合金と呼ばれます。 私たちの最も便利な建築材料のいくつかは、実は合金なのです。 例えば、鉄は鉄と少量の炭素や他の元素の混合物で、強度と使いやすさの両方を兼ね備えています。 (クロムを加えれば、ステンレス鋼になります。 あなたの台所の鍋やフライパンがどれだけステンレス鋼でできているか見てみましょう!)

    真鍮(銅と亜鉛)や青銅(銅とスズ)などの他の合金は、成形しやすく、見た目も美しいです。 青銅は海水による腐食に強いので、造船にもよく使われます。

    チタンは鉄よりずっと軽くて密度が低いですが強度は同じで、アルミニウムより重いですが強度も2倍です。 また、腐食にも非常に強いです。 これらすべての要素が、チタンを優れた合金材料にしています。 チタン合金は、航空機、船舶、宇宙船、塗料、自転車、さらにはノートパソコンにも使われています!

    純金属である金は非常に柔らかいので、ジュエリーにするときは必ず他の金属(通常は銀、銅、亜鉛)と混ぜられます。 金の純度はカラットで測られます。 ジュエリーにできる最も純度の高いものは24カラットで、これは約99.7%の純金である。

    鉱石からの金属

    鉱石は、貴重な物質(通常は金属)を抽出することができる岩石または鉱物のことです。 一般的な鉱石には、ガレナ(鉛鉱)、ボルナイトやマラカイト(銅)、辰砂(水銀)、ボーキサイト(アルミニウム)などがあります。 鉄鉱石は磁鉄鉱と赤鉄鉱(鉄と酸素でできた錆びた色の鉱物)が最も一般的で、いずれも鉄分は約70%です。

    鉱石から鉄を精製するにはいくつかのプロセスがあります。 最も古い製法は、鉄鉱石を木炭(炭素)と蛇腹で供給される酸素で燃やすものである。 鉱石中の酸素を含む炭素と酸素が結合し、鉄が残る。 しかし、鉄は完全に溶けるほど熱くならず、鉱石から残った珪酸塩を含んでいる。 これを加熱して打ち出すと錬鉄になる。

    より近代的な製法では、高炉を使って鉄鉱石、石灰石、コークス(石炭の製品、清涼飲料水のことではない)を加熱する。 その結果、鉱石中の酸素と鉄が反応し分離されます。 この「銑鉄」をさらに混ぜて錬鉄にする必要がある。 炭素や他の元素と一緒に加熱すると、鉄と呼ばれるより強い金属になります。

    このようなプロセスを考えると、紀元前1500年頃まで鉄が使われなかったのも不思議ではありません。 しかし、金、銀、銅といった一部の純金属はそれ以前から使われており、青銅という合金も紀元前3500年頃にシュメール人によって発見されたと考えられている。 しかし、現代で使われている最も重要な金属のひとつであるアルミニウムは、AD1825年まで発見されず、20世紀まで一般的に使われなかった!

    Corrosion: プロセス & 予防

    輝きを失った銀や、赤っぽい錆がついた鉄、あるいは腐食による穴を見たことがありますか? これは、酸素(通常は空気中のもの)が金属と反応することで起こります。 反応性の高い金属(マグネシウム、アルミニウム、鉄、亜鉛、スズなど)は、この種の化学的破壊、つまり腐食が起こりやすいのです。 アルミニウムのような一部の金属では、これは良いことです。 酸化物は、金属がさらに腐食するのを防ぐ保護層となります。

    一方、鉄や鋼は、腐食を防ぐための処理を行わないと、深刻な問題が発生します。 鉄や鋼が酸素と反応してできる赤っぽい酸化膜を錆と呼びます。 錆の層は絶えず剥がれ落ち、より多くの金属が腐食にさらされ、最終的には金属が食いちぎられる。

    鉄を保護する一般的な方法の一つは、塗料の下の金属と酸素との反応を抑える特殊な塗料でコーティングすることである。 もう一つの方法は亜鉛メッキです。この方法では、鉄を亜鉛でコーティングします。 空気中の酸素、水分子、二酸化炭素が亜鉛と反応し、炭酸亜鉛の層が形成され、腐食から保護されます。 家、庭、ガレージの周りを見て、腐食の例、亜鉛メッキ、その他の金属を錆から守る方法を探してみてください

    Technology: 花火 & 化学

    7月4日に花火を見ると、色と火花の美しい組み合わせを見ることができます。

    この素晴らしい花火はどのようにして作られるのでしょうか。 短い答えは、化学です。

    爆竹、地上花火、空中花火(空で爆発するもの)の主な原料の1つは、約1000年前に中国人が発明した黒色火薬(black powder)です。 硝酸カリウム(塩硝)、木炭、硫黄を75:15:10の割合で混ぜ合わせたものです。 線香花火では、黒色火薬は金属粉や他の化学物質と混合され、上から下に向かってゆっくりと燃焼するような形で使用されます。 簡易花火は、黒色火薬を導火線の周りに筒状に閉じ込めたものです。 火をつけると、火薬は等しく反対の反応を起こす力を生み出し、花火を地面から押し出し、その中の化合物を空中で爆発させます。

    より複雑な花火は、火をつけると揚火反応を起こす黒い粉を入れた筒、臼から打ち上げられます。

    花火の明るくカラフルな部分は、さまざまな金属や塩の化合物の原子にある「励起」された電子によって引き起こされます。 これらの化合物は星と呼ばれる小さな球の中にあり、線香花火の仕組みと同様の化合物でできています。

    着色剤としての金属

    異なる金属は異なる色で燃え、たとえば、銅化合物に火がつくと、その炎は青緑色となります。 カルシウムは赤い色で、カリウムは紫色で燃えます。 花火では、金属を組み合わせてさまざまな色を作り出しています。

    花火の中の星の化合物を加熱すると、励起された原子が光エネルギーを発します。 この光は、白熱と発光の2つに分類されます。 白熱は熱から発生する光です。花火では、アルミニウムやマグネシウムなどの反応性金属が熱くなると、非常に明るい光のバーストを引き起こします – 時には5000°F以上の温度で!

    反応性の低い化合物は、より暗い火花になる、それほど熱くなりません。 一方、ルミネセンスは、他のソースから生成され、低温でも発生する可能性があります。 化合物中の電子がエネルギーを吸収し、”励起 “された状態になる。

    塩化バリウムは花火の発光色を緑色に、塩化銅は青色にする化合物です。 どちらの光も、他の化合物の痕跡があると色が不明瞭になるので、純粋な成分を使用することが重要です。

    Further Read on Metals:

    • Spinning Wire Sculpture
    • Chemical Science Fair Projects
    • Physics Science Fair Projects

    Circuit Science Projects

    コメントを残す

    メールアドレスが公開されることはありません。