金属

I

プロローグ

金属に分類される元素は、おおむね次のような物理的性質をもつ。

(1)常温では固体。ただし水銀は例外。
(2)たたくことで、のばしたり広げたりできる(→ 展性：延性)。
(3)熱や電気をよくとおす(→ 導体：熱伝導：電気伝導)。
(4)みがくと金属光沢をはなつ。
(5)不透明。ただし、極度にうすい箔(はく)は例外。
(6)固体は結晶構造をもつ(→ 結晶)。

金属と、金属の性質をもたない非金属は、周期表上では、13族元素のホウ素(原子番号5)と17族元素のアスタチン(原子番号85)を線でむすび、その斜めの線上および右側が非金属、左側が金属となる。ただし、原子番号1の水素は非金属である。

原子番号93以降の超ウラン元素をのぞく92種元素のうち、非金属元素は22種、金属元素は70種である。斜めの線上とその周辺に位置するホウ素、ケイ素(原子番号14)、ヒ素(原子番号33)、テルル(原子番号52)、アスタチンおよびゲルマニウム(原子番号32)、アンチモン(原子番号51)、ポロニウム(原子番号84)は金属と非金属の両方の性質をもっている。

II

金属の分類

金属元素は、似た化学的性質をもつものとして、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素(→ ランタノイド)、4族元素(チタン族元素とも。チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ラザホージウム)、5族元素(バナジウム族元素とも。バナジウム、ニオブ、タンタル)、6族元素(クロム族元素とも。クロム、モリブデン、タングステン)、7族元素(マンガン族元素とも。マンガン、テクネチウム、レニウム、ボーリウム)、鉄族元素(鉄、コバルト、ニッケル)、白金族元素(ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金)、11族元素(銅族元素とも。銅、銀、金)、12族元素(亜鉛族元素とも。亜鉛、カドミウム、水銀)、アクチノイドに分類されている。ただし、これらが唯一の分類方法ではない。

金属は、比重(→ 密度)が4または5以下のものを軽金属、それ以外のものを重金属とよぶことがある。また、存在量が少なく、耐腐食性をもつものを貴金属といい、金をはじめ銀、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウムなどである。それに対し、かつては金・銀以外のものを卑金属(ひきんぞく)とよぶことがあった。

III

金属の性質

金属元素は他の金属元素や非金属元素と結合し、化合物や固溶体、あるいは複雑な成分の混合物を形成する。2種類以上の金属、または炭素などの非金属元素と金属との組み合わせによる物質は、合金とよばれる。なかでも、水銀に他の金属をとかした合金はアマルガムとして知られる。

金属と一般に定義される元素だけに範囲をしぼっても、金属の性質には元素ごとに大きな幅がある。大部分の金属は銀白色だが、ビスマスや銅は赤みをおび、金は黄色である。また金属によっては、2種以上の色を呈する多色性の現象がみられる。金属の融点は、最低が水銀の-38.8°Cからはじまり、最高はタングステンの3407°Cまでと、広範囲にわたっている。もっとも密度の高い金属はイリジウムで、22.61g/cm³だが、最低のリチウムでは0.534g/cm³しかない。

金属の結晶構造は体心立方晶、面心立方晶、最密六方晶のうちのいずれかとなる。ただし、インジウムやスズ、タリウム、ビスマスなど、非金属に近い性質のものには正方晶系、斜方晶系などの結晶構造をとるものもある。

電気伝導率は、ビスマスが金属の中でもっとも低い。反対に、常温でもっとも電気伝導率が高いのは、銀である。また、大部分の金属では、電気伝導率は不純物をくわえることで低下する。金属はどれでも加熱すると体積が膨張し、冷却すると収縮するが、白金とイリジウム合金などでは、膨張の度合いが極端に小さい。

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物理的性質

金属は強度が高く、強い圧力や張力にたえる。金属の性質は種類によってさまざまだが、一般に次の性質をそなえている。

(1)硬度が高く、金属表面は歪(ゆが)みや磨滅の影響をうけにくい。
(2)抗張力が大きく、張力による破損がおこりにくい。
(3)弾性があり、変形をうけても元の形に回復する。
(4)可鍛性があり、圧力や衝撃をかけて成形できる。
(5)疲労に対し抵抗力があり、繰り返しの圧力や変形にたえる(→ 金属疲労)。
(6)展延性があり、破壊をうけずにひきのばすことができる。