すべての物質は金属です。金属

金属原子の構造（付録No.1を参照）。

金属グループ。

II。金属の物性。

III。合金の概念。

IV。金属の化学的性質。

V.金属の腐食。

VII。金属の使用。

VIII。金属の生物学的役割。

I.周期表における金属の位置。

金属原子の構造（付録No.1を参照）。

金属グループ。

現在、118の化学元素が知られており、それらのほとんどは金属です。後者は自然界で非常に一般的であり、地球の腸、川、湖、海、海の水、動物、植物の体の組成、さらには大気中にもさまざまな化合物の形で見られます。

D.I.メンデレーエフの周期表では、最初の周期（水素とヘリウムの2つの非金属元素を含む）を除いて、各周期は活性化学元素である金属から始まります。これらの初期元素は、グループIの主要なサブグループを形成し、アルカリ金属と呼ばれます。それらの名前は、水に非常に溶けやすい対応する水酸化物（アルカリ）の名前から付けられました。

アルカリ金属原子は、外部エネルギーレベルで1つの電子しか含まず、最も強力な還元剤であるため、化学相互作用中に容易に供与されます。原子半径の増加に伴い、アルカリ金属の還元性がリチウムからフランシウムに増加することは明らかです。

アルカリ金属に続いて、II族の主要なサブグループを構成する元素も、強力な還元能力を持つ典型的な金属です（それらの原子は外部レベルで2つの電子を含んでいます）。これらの金属のうち、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウムはアルカリ土類金属と呼ばれています。これらの金属は、錬金術師が「地球」と呼んだ酸化物が水に溶解するとアルカリを形成するため、この名前が付けられました。

金属には、ホウ素を除く、III族の主要なサブグループの元素が含まれます。

次のグループの主なサブグループの元素のうち、金属には次のものが含まれます：グループIVのゲルマニウム、スズ、鉛（最初の2つの元素は炭素で、シリコンは非金属）、グループVのアンチモンとビスマス（最初の3つの元素は非金属）、グループVIでは、最後の元素であるポロニウムのみが別個の金属です。グループVIIおよびVIIIの主要なサブグループでは、すべての元素が典型的な非金属です。

二次サブグループの元素はすべて金属です。

したがって、金属元素と非金属元素の間の条件付き境界は、対角線B（ホウ素）-Si（シリコン）-As（ヒ素）-Te（テルル）-At（アスタチン）に沿って走っています。

金属原子は比較的大きなサイズ（半径）を持っているため、それらの外側の電子も原子核から大幅に除去され、原子核に弱く結合します。そして、最も活性の高い金属の原子に固有の2番目の特徴は、外部エネルギーレベルで1〜3個の電子が存在することです。

これから、すべての金属の最も特徴的な特性、つまり、原子が外部電子を容易に放棄して陽イオンに変わる能力を示します。金属は酸化剤になることはできません。つまり、金属原子は電子をそれ自体に付着させることはできません。

II。金属の物性。

それらの特性において、金属は非金属とは大きく異なります。初めて、金属と非金属のこの違いは、M。V.Lomonosovによって決定されました。「金属」と彼は書いた、「しっかりした、可鍛性のある、光沢のある体」。

これまたはその元素を金属として分類することにより、特定の一連の特性を持っていることを意味します。

1）緻密な結晶構造。

2）特徴的な金属光沢。

3）高い熱伝導率および電気伝導率。

4）温度の上昇とともに電気伝導率が低下します。

5）イオン化ポテンシャルの低い値、すなわち電子を簡単に寄付する能力。

6）展性と延性。

7）合金を形成する能力。

現在技術で使用されているすべての金属と合金は、2つの主要なグループに分けることができます。これらの最初のものは鉄金属を含みます-それが主要な部分である鉄とそのすべての合金。これらの合金は鋳鉄と鋼です。工学では、いわゆる合金鋼がよく使用されます。これらには、クロム、ニッケル、タングステン、モリブデン、バナジウム、コバルト、チタン、およびその他の金属を含む鋼が含まれます。合金鋼には5〜6種類の金属が含まれる場合があります。合金化は、さまざまな価値のある鋼を得るために使用されます。これらの鋼は、強度が向上している場合もあれば、耐摩耗性が高い場合もあれば、耐食性が高い場合もあります。外部環境の影響下で破壊されない能力。

2番目のグループには、非鉄金属とその合金が含まれます。色が違うのでこの名前になりました。たとえば、銅は明るい赤です。ニッケル、スズ、銀-白; 鉛は青みがかった白、金は黄色です。合金の中で、それらは実際に大きな用途があります：青銅は銅とスズおよび他の金属の合金、真鍮は銅と亜鉛の合金、バビットはスズとアンチモンおよび銅の合金などです。

この鉄と非鉄の金属への分割は条件付きです。

鉄および非鉄金属に加えて、銀、金、白金、ルテニウムなどの貴金属のグループもあります。それらは、高温でも空気中で実際に酸化せず、それらに対する酸およびアルカリ溶液の作用によって破壊されないため、そのように名付けられました。

ご存知のように、金属は外側から見ると、まず第一に、光線を強く反射する能力があるため、特別な「金属」光沢が特徴です。ただし、この輝きは通常、金属が連続したコンパクトな塊を形成する場合にのみ観察されます。確かにマグネシウムとアルミニウムは粉末にした場合でもその輝きを保ちますが、ほとんどの金属は細かく分割すると黒または濃い灰色になります。次に、典型的な金属は高い熱伝導率と電気伝導率を持ち、熱と電流を伝導する能力の観点から、それらは同じ順序です。最良の導体は銀と銅であり、最悪の導体は鉛と水銀です。温度が上がると電気伝導率が下がり、逆に温度が下がると電気伝導率が上がります。

金属の非常に重要な特性は、比較的簡単な機械的変形です。金属は延性があり、よく鍛造され、ワイヤーに引き込まれ、シートに圧延されます。

金属の特徴的な物理的性質は、それらの内部構造の特性に関連しています。現代の見解によれば、金属結晶は正に帯電したイオンと、対応する原子から分離した自由電子で構成されています。結晶全体は、ノードがイオンで占められている空間格子として想像することができ、イオン間のギャップには容易に移動する電子があります。これらの電子は常にある原子から別の原子に移動し、1つまたは別の原子の原子核を中心に回転します。電子は特定のイオンに結合していないため、すでに小さな電位差の影響下にあるため、特定の方向に移動し始めます。電流が発生します。

自由電子の存在は、金属の高い熱伝導率の原因でもあります。電子は連続的に運動しているため、常にイオンと衝突し、イオンとエネルギーを交換します。したがって、加熱によって金属の特定の部分で強まったイオンの振動は、すぐに隣接するイオンに伝達され、それらから次のイオンへなど、金属の熱状態はすぐに均一になります。金属の塊全体が同じ温度になります。

密度によって、金属は条件付きで2つの大きなグループに分けられます。密度が5 g / cm 3以下の軽金属と、残りのすべての重金属です。一部の金属の密度と融点は、付録No.2に記載されています。

固体と液体の状態にある金属の粒子は、特殊なタイプの化学結合、いわゆる金属結合によって接続されています。これは、中性原子間の通常の共有結合と、イオンと自由電子間のクーロン引力が同時に存在することによって決まります。したがって、金属結合は個々の粒子の特性ではなく、それらの凝集体の特性です。

一部の金属は、2つ以上の結晶形で結晶化します。物質のこの特性（いくつかの結晶修飾で存在する）は、多形性と呼ばれます。単純な物質の多形性は同素体として知られています。

スズには2つの結晶修飾があります。

α-13.2°C未満で安定（ρ\ u003d 5.75 g / cm 3）。これは灰色の錫です。ダイヤモンド（原子）のような結晶格子を持っています。

β-13.2°С以上で安定（ρ= 6.55 g / cm 3）。これは白い錫です。

白い錫は銀白色の非常に柔らかい金属です。 13.2°C未満に冷却すると、βからαに移行するときに比容積が大幅に増加するため、灰色の粉末に砕けます。この現象はスズペストと呼ばれます。

金属は磁場とは異なった相互作用をします。鉄、コバルト、ニッケル、ガドリニウムなどの金属は、磁化されて長期間磁化されたままになる能力で際立っています。それらは強磁性体と呼ばれます。ほとんどの金属（アルカリ金属とアルカリ土類金属、および遷移金属の大部分）は弱く磁化されており、磁場の外ではこの状態を保持しません。これらは常磁性体です。磁場によって押し出される金属は反磁性体（銅、銀、金、ビスマス）です。

III。合金の概念。

金属の特徴は、互いにまたは非金属と合金を形成する能力です。合金を得るために、金属の混合物は通常、溶融にかけられ、次に異なる速度で冷却されます。これは、成分の性質と温度に応じたそれらの相互作用の性質の変化によって決定されます。合金は、溶融に頼らずに薄い金属粉末を焼結することによって得られる場合があります（粉末冶金）。したがって、合金は金属の化学的相互作用の産物です。

合金の結晶構造は、多くの点で純金属に似ており、溶融およびその後の結晶化中に相互作用して、次のように形成されます。

a）金属間化合物と呼ばれる化合物。

b）固溶体;

c）成分結晶の機械的混合物。

このタイプまたはそのタイプの相互作用は、システムの不均一および均一粒子の相互作用エネルギーの比率、つまり、純金属および合金の原子の相互作用エネルギーの比率によって決定されます。

ただし、一部の不純物は金属や合金の品質を低下させます。例えば、鋳鉄（鉄と炭素の合金）は鋼特有の強度や硬さを持たないことが知られています。鋼の特性は、炭素に加えて、硫黄とリンの添加によって影響を受け、脆性が増します。

非鉄合金から、青銅、真ちゅう、白銅、ジュラルミンに注目します。

青銅は、銅をベースにスズを（最大20％）添加した合金です。青銅は鋳造性に優れているため、ベアリング、ピストンリング、バルブ、フィッティングなどを機械工学で使用し、芸術的な鋳造にも使用されます。

真ちゅうも10〜50％の亜鉛を含む銅合金です。エンジン構築で使用されます。

白銅は約80％の銅と20％のニッケルを含む合金で、外観は銀に似ています。比較的安価なカトラリーやアート製品の製造に使用されます。

ジュラルミン（ジュラルミン、ジュラルミン）は、銅、マグネシウム、マンガン、ニッケルを含むアルミニウムベースの合金です。優れた機械的特性を備えており、航空機や機械工学で使用されています。

私たちの周りの金属物体が純粋な金属で構成されていることはめったにありません。アルミ鍋または銅線のみが約99.9％純粋です。他のほとんどの場合、人々は合金を扱っています。したがって、さまざまな種類の鉄鋼には、金属添加剤とともに少量の炭素が含まれており、合金の機械的および熱的挙動に決定的な影響を及ぼします。すべての合金には特別なマーキングがあります。同じ名前の合金（たとえば、真ちゅう）は、他の金属の質量分率が異なる場合があります。

合金の製造にはさまざまな金属が使用されます。すべての合金の中で、さまざまな組成の鋼が最も重要です。単純な構造用鋼は、炭素が少量（0.07〜0.5％）添加された比較的高純度の鉄で構成されています。したがって、高炉で製造される鋳鉄には、他の金属が約10％含まれており、そのうち約3％が炭素で、残りはシリコン、マンガン、硫黄、リンです。また、合金鋼は、シリコン、銅、マンガン、ニッケル、クロム、タングステン、バナジウム、およびモリブデンを鉄に添加することによって得られます。

ニッケルは、クロムとともに、多くの合金の必須成分です。それは鋼に高い耐薬品性と機械的強度を与えます。したがって、既知のステンレス鋼には、平均18％のクロムと8％のニッケルが含まれています。化学機器、航空機のノズル、宇宙ロケット、衛星の製造には、1000°Cを超える温度で安定している、つまり酸素や可燃性ガスによって破壊されないと同時に、最高の鋼。これらの条件は、ニッケル含有量の高い合金によって満たされます。大規模なグループは、銅ニッケル合金で構成されています。

古くから知られている銅の合金-青銅には4-30％のスズ（通常は8-10％）が含まれています。古代エジプト、ギリシャ、中国の巨匠のブロンズ製品は今日まで生き残っています。中世には、道具や他の多くの製品が青銅から鋳造されていました。モスクワのクレムリンにある有名なツァーリキャノンとツァーリベルも、銅とスズの合金から鋳造されています。現在、青銅では、スズが他の金属に置き換わることが多く、その結果、その特性が変化します。 5〜10％のアルミニウムを含むアルミニウム青銅は、強度が向上しています。銅貨はそのような青銅から鋳造されます。非常に強く、硬く、弾力性のあるベリリウム銅には、約2％のベリリウムが含まれています。ベリリウム銅で作られたばねはほとんど永遠です。鉛、マンガン、アンチモン、鉄、シリコンなどの他の金属をベースに作られた青銅は、国民経済で広く使用されています。

白銅合金には18〜33％のニッケルが含まれています（残りは銅です）。白銅の融点は1170°Cです。見た目も綺麗です。白銅は、皿や宝石、造幣局の硬貨（「銀」）の製造に使用されます。白銅に似た合金である洋白には、15％のニッケルに加えて、最大20％の亜鉛が含まれています。この合金は、芸術製品、医療機器の製造に使用されます。銅-ニッケル合金コンスタンタン（40％ニッケル）とマンガニン（銅、ニッケル、マンガンの合金）は非常に高い電気抵抗を持っています。それらは電気測定器の製造に使用されます。すべての銅ニッケル合金の特徴は、腐食プロセスに対する耐性が高いことです。海水中でもほとんど破壊されません。亜鉛含有量が最大50％の銅と亜鉛の合金は真ちゅうと呼ばれます。真ちゅう「６０」は、例えば、６０重量部の銅および４０重量部の亜鉛を含む。亜鉛ダイカストは、約94％の亜鉛、4％のアルミニウム、2％の銅を含む合金を使用しています。これらは安価な合金であり、優れた機械的特性を備えており、加工が容易です。真ちゅうは、その品質により、機械工学、化学工業、および家庭用品の製造に幅広く使用されています。真ちゅうに特別な特性を与えるために、アルミニウム、ニッケル、シリコン、マンガン、その他の金属が真ちゅうに追加されることがよくあります。車用ラジエーター用のパイプ、パイプライン、薬莢、記念メダル、そしてさまざまな物質を入手するための技術装置の部品は真ちゅうで作られています。

以下のレシピにより、低融点合金が得られます。ニュートンの合金：鉛31質量部、スズ19部、ビスマス50部。融点95°C。木材の合金：鉛25部、スズ12.5部、ビスマス50部、カドミウム12.5部。融点60°C。そのような合金で作られたスプーンは、ホットコーヒーを一緒にかき混ぜると溶けます。以前は、これは遊び心のある体験として示されていました。しかし、このように混合された飲み物は、鉛とビスマスの塩のために有毒です！

工業用銅ニッケル合金は、条件付きで2つのグループに分類できます。構造（または耐食性）と電気（熱電極合金と抵抗合金）です。

構造用合金には、クニアル、キュプロニッケル、洋白などがあります。キュプロニッケルは、二重でより複雑な銅ベースの合金と呼ばれ、その主成分はニッケルです。海水中の耐食性を高めるために、鉄やマンガンとの合金化が進んでいます。白銅と比較した洋白は、亜鉛との追加の合金化による高強度が特徴です。 Cunialsは、Cu-Ni-Al三元系の合金です。高温のニッケルやアルミニウムは銅に大量に溶解しますが、温度が下がると溶解度が急激に低下します。このため、Cu-Ni-Al系の合金は焼入れと時効により効果的に硬化します。焼入れ用合金は900〜1000℃に加熱され、500〜600℃で時効されます。時効中の強化は、Ni3AlおよびNiAl相の分散析出によって提供されます。白銅、洋白、クニアルは、高い機械的特性と腐食特性が特徴であり、海洋造船所の熱交換器（コンデンサーパイプとサーモスタット）、医療機器、精密機械および化学工業部品、電気工学の機器部品の製造に使用されます。ラジオ工学および皿の製造のため。白銅グレードのMN19と洋白グレードのMNTs15-20が抵抗合金として使用されます。

電気技術用合金には、抵抗合金（マンガニン（MNMts3-12）とコンスタンタン（MNMts40-1b5））、および熱電極と補償ワイヤー用の合金（kopel（MNMts43-0.5））が含まれます。

ニュートンの合金：鉛31質量部、スズ19部、ビスマス50部。融点95°C。

木材の合金：鉛25部、スズ12.5部、ビスマス50部、カドミウム12.5部（カドミウムは電気めっき工場から入手するのが最適です）。融点60°C。そのような合金で作られたスプーンは、ホットコーヒーを一緒にかき混ぜると溶けます。以前は、これは遊び心のある体験として示されていました。このように混ぜられた飲み物は、鉛とビスマスの塩のために有毒です！

私たちの小さなオーブンで真鍮を手に入れることができます。これを行うには、Bunsen、またはより適切にはガラスブロワーで銅を溶かしてから、亜鉛片を追加します。すぐに両方の金属片をるつぼに入れることができます。真ちゅう60には、たとえば、粉砕物が60重量部、亜鉛が40重量部含まれています（ソ連では、いわゆる二重真ちゅうも銅含有量でマークされています。たとえば、ブランドL80は、真ちゅうに79-が含まれていることを意味します。 81％が銅で、残りは亜鉛です。-約transl。）。

亜鉛ダイカストは、約94％の亜鉛、4％のアルミニウム、2％の銅を含む合金を使用しています。

IV。金属の化学的性質。

金属の主な化学的性質は、原子が価電子を容易に供与し、正に帯電したイオンに変換する能力です。典型的な金属は決して電子を受け入れません。それらのイオンは常に正に帯電しています。

化学反応中に価電子を簡単に提供する典型的な金属は、エネルギーのある還元剤です。

電子を提供する能力は、決して同じ程度ではなく、個々の金属に現れます。金属が電子を放出しやすいほど、金属はより活発になり、他の物質とより精力的に相互作用します。

亜鉛片を鉛塩の溶液に浸します。亜鉛が溶解し始め、鉛が溶液から放出されます。反応は次の式で表されます。

Zn + Pb（NO 3）2 = Pb + Zn（NO 3）2

この式から、この反応は典型的なレドックス反応であることがわかります。その本質は、亜鉛原子がその価電子を二価の鉛イオンに供与し、それによって亜鉛イオンに変わり、鉛イオンが還元されて金属鉛の形で放出されるという事実に要約されます。逆の場合、つまり鉛を亜鉛塩の溶液に浸すと、反応は起こりません。これは、亜鉛が鉛よりも活性が高く、その原子がより容易に供与し、イオンが鉛の原子やイオンよりも電子を受け入れるのが難しいことを示しています。

他の金属によるそれらの化合物からのいくつかの金属の変位は、ロシアの科学者ベケトフによって最初に詳細に研究されました。ベケトフは、いわゆる「変位系列」で化学活性の低下に従って金属を配置しました。現在、ベケトフの変位系列は応力系列と呼ばれています。

付録No.3は、いくつかの金属の標準電極電位の値を示しています。記号Me+/ Me-は、その塩の溶液に浸された金属Meを示します。水素に関して還元剤として作用する電極の標準電位には「-」記号があり、「+」記号は酸化剤である電極の標準電位を示しています。

標準電極電位の昇順で配置された金属は、電気化学的一連の金属電圧を形成します。

Li Rb K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Pd Pt Au

多くの応力が金属の化学的性質を特徴づけます。

1）金属の電極電位が低いほど、その還元能力は高くなります。

2）各金属は、塩溶液から、その後の一連の電圧にある金属を置換（復元）することができます。

Fe 0 + Cu +2 SO 4 = Fe +2 SO 4 + Cu 0

Cu 0 + Hg +2 Cl 2 = Hg 0 + Cu +2 Cl 2

3）負の標準電極電位を持つすべての金属、つまり水素の左側に一連の電圧がある金属は、酸性溶液からそれを置き換えることができます。

Zn 0 + 2H +1 Cl \ u003d Zn +2 Cl 2 + H 2 0

しかし、銅は塩酸と反応しません。この規則にはいくつかの修正があることを覚えておく必要があります。

a）金属と酸の反応で可溶性塩が形成される場合、規則が守られます。

b）任意の濃度の濃硫酸および硝酸は、水素が生成されない間、特別な方法で金属と反応します。

c）アルカリ金属は水と容易に相互作用するため、この規則は適用されません（この規則は、酸の水溶液と金属との反応に適用されます）。

提示されたシリーズは、水溶液中および室温でのみ金属とその塩の挙動を特徴づけることに注意する必要があります。さらに、金属の高い電気化学的活性は、必ずしもその高い化学的活性を意味するわけではないことに留意する必要があります。たとえば、一連の電圧はリチウムで始まりますが、より化学的に活性な金属であるルビジウムとカリウムはリチウムの右側にあります。これは、他のアルカリ金属イオンと比較して、リチウムイオン水和プロセスのエネルギーが非常に高いためです。

アルカリおよびアルカリ土類金属は、大気中の酸素と容易に相互作用します。

4Li 0 + O 2 0 = 2Li 2 +1 O -2（4e-）

2Ca 0 + O 2 0 \ u003d 2Ca +2 O -2（4e-）

酸素では、ナトリウムとカリウムは酸化物ではなく過酸化物を形成します。

2Na 0 + O 2 0 \ u003d Na 2 +1 O 2 -1（2e-）

2K 0 + O 2 0 \ u003d K 2 +1 O 2 -1（2e-）

鉄、亜鉛、銅、およびその他の活性の低い金属は、加熱された場合にのみ酸素によって激しく酸化されます。

2Zn 0 + O 2 0 \ u003d 2Zn +2 O -2（4e-）

2Cu 0 + O 2 0 \ u003d 2Cu +2 O -2（4e-）

金と白金の金属は、どのような状況でも大気中の酸素によって酸化されません。

常温の空気中では、ベリリウムとマグネシウムの表面が保護酸化膜で覆われています。アルカリ土類金属は大気中の酸素とより活発に相互作用するため、アルカリ金属のように灯油の層の下または密閉容器に保管されます。

空気中で加熱すると、検討中のすべての金属が激しく燃焼して酸化物を形成します。

2Be 0 + O 2 0 \ u003d 2Be +2 O -2（4e-）

2Mg 0 + O 2 0 \ u003d 2Mg +2 O -2（4e-）

マグネシウムの燃焼反応は、まばゆいばかりの閃光を伴います。これは、以前は暗い部屋で物体を撮影するときに使用されていました。現在、電動フラッシュを使用しています。

アルカリ金属は、ほとんどすべての非金属と積極的に相互作用します。金属Meの一般的な表記法を使用して、アルカリ金属と非金属（水素、塩素、硫黄）との反応の式を一般的な形式で記述します。

2Me 0 + H 2 0 \ u003d 2Me +1 H -1（2e-）

2Me 0 + Cl 2 0 \ u003d 2Me +1 Cl -1（2e-）

2Me 0 + S 0 \ u003d Me 2 +1 S -2（2e-）

高温のアルカリ土類金属は、水素によって水素化物に酸化されます。

Me 0 + H 2 0 \ u003d Me +2 H 2 -1（2e-）

ベリリウム、マグネシウム、およびすべてのアルカリ土類金属は、非金属（塩素、硫黄、窒素など）と加熱されると相互作用し、それぞれ塩化物、硫化物、窒化物を形成します。

Me 0 + Cl 2 0 \ u003d Me +2 Cl 2 -1（2e-）

Me 0 + S 0 \ u003d Me +2 S -2（2e-）

3Me 0 + N 2 0 \ u003d Me 3 +2 N 2 -3（6e）

すべてのアルカリ金属は水と活発に相互作用し、アルカリを形成し、水を水素に還元します（右の図）。アルカリ金属と水との相互作用の速度は、リチウムからセシウムに増加します。

2Me 0 + 2H +1 OH \ u003d 2Me +1 OH + + H 2 0（2e-）

グループIIの主要なサブグループのすべての金属のうち、ベリリウムだけが実際には水と相互作用せず、マグネシウムはゆっくりと反応し、残りの金属は通常の条件下で水と激しく相互作用します。

Me 0 + 2H +1 OH \ u003d Me +2（OH）2 + H 2 0（2e-）

水素までの一連の電圧にある他の金属も、特定の条件下で水から水素を置き換えることができます。しかし、アルミニウムは、酸化膜がその表面から除去された場合にのみ、水と激しく相互作用します。

2Al 0 + 6H 2 +1 0 = 2Al +3（OH）3 + 3H 2 0

鉄は熱い形でのみ水と相互作用します：

3Fe 0 + 4H 2 +1 O =（Fe +2 Fe 2 +3）O 4 + 4H 2 0

溶液中の酸（HCl、H 2 SO 4（希釈）、CH 3 COOHなど、HNO 3を除く）では、金属は水素までの一連の電圧で相互作用します。これは塩と水素を生成します。

2Al 0 + 6H +1 Cl \ u003d 2Al +3 Cl 3 + 3H 2 0

2CH 3 COOH +1 + Mg 0 \ u003d Mg +2（CH 3 COO）2 + H 2 0

溶液中の活性の低い金属の塩を使用。このような反応の結果として、より活性の高い金属の可溶性塩が形成され、より活性の低い金属が遊離の形で放出されます。

Fe 0 + Cu +2 SO 4 = Fe +2 SO 4 + Cu 0

V.金属の腐食。

ほとんどすべての金属は、周囲の気体または液体の媒体と接触し、多かれ少なかれ表面から急速に破壊されます。その理由は、金属と空気中のガス、およびそれに溶解している水と物質との化学的相互作用にあります。

環境の影響下で金属を化学的破壊するプロセスは、腐食と呼ばれます。

金属がガスと接触すると、腐食が最も起こりやすくなります。対応する化合物が金属の表面に形成されます：酸化物、硫黄化合物、炭酸の塩基性塩。これらはしばしば、同じガスへのさらなる暴露から金属を保護する高密度の層で表面を覆います。

金属が液体媒体（水とそれに溶解した物質）と接触すると、状況は異なります。得られた化合物は溶解する可能性があるため、腐食が金属にさらに広がります。さらに、溶解した物質を含む水は電流の伝導体であり、その結果、電気化学的プロセスが絶えず発生します。これは、腐食を引き起こし加速する主な要因の1つです。

ほとんどの場合、鉄製品は腐食にさらされます。特に湿気の多い空気や水で金属を強く腐食します。簡略化すると、このプロセスは次の化学反応式を使用して表すことができます。

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O \ u003d 4Fe（OH）3

腐食と戦う方法はたくさんあります。それらのいくつかに名前を付けます。

1）腐食から保護された金属の表面に保護コーティングを施す。このために、油絵の具、エナメル、ワニスがよく使われます。これらの非金属コーティングは安価ですが、通常は短命です。 2年に1回、場合によってはそれ以上の頻度で更新する必要があります。たとえば、パリのエッフェル塔をペイントします。

保護された金属は、金、銀、クロム、ニッケル、スズ、亜鉛などの別の金属の層でコーティングできます。最も古い方法の1つは、スズの層で鉄板をコーティングすることです。このような鉄はブリキと呼ばれます。

2）特殊添加剤を含むステンレス鋼の使用。たとえば、刃物を作る「ステンレス鋼」には、最大12％のクロムと最大10％のニッケルが含まれています。軽量ステンレス合金には、アルミニウムまたはチタンが含まれます。全ロシア博覧センターにいた全員が、入り口の前に「宇宙征服者へ」というチタン合金板が並ぶオベリスクを見ました（左の写真）。つや消しの光沢のある表面にさびの斑点は1つもありません。

3）金属部品が配置されている作業環境への導入。環境の攻撃性を数十倍から数百倍も低下させる物質。このような物質は腐食防止剤と呼ばれます。

腐食防止剤は、密閉冷却システムや石油製品に導入され、ガスパイプラインに噴霧されて内部からのパイプ腐食を低減します。硫酸中の鉄の腐食を防ぐために、抑制剤として硝酸が添加されています。

4）より活性の高い金属-プロテクターとの接触の作成。たとえば、亜鉛は一般的に船舶の鋼製船体を保護するために使用されます。はい。陸上では、金属構造物（パイプ、電力線など）がより活性の高い金属のシートまたはピースに接続されています。同じ目的で、亜鉛片が橋の構造の細部に溶接されます。

ほとんどの場合、純金属はほとんど腐食しません。完全に純粋な形の鉄のような金属でさえ、ほとんど錆びません。しかし、通常の工業用金属には常にさまざまな不純物が含まれているため、腐食に適した条件が作成されます。

金属の腐食による被害は甚大です。たとえば、腐食の結果として、そのような量の鋼は毎年消滅すると計算されます。これは、年間の全世界の生産量の約4分の1に相当します。したがって、腐食プロセスの研究とそれを防ぐための最良の手段の探索に多くの注意が払われています。

腐食防止方法は非常に多様です。これらの最も簡単な方法は、油絵の具、ワニス、エナメル、または最後に別の金属の薄層で金属表面をコーティングすることにより、環境との直接接触から金属表面を保護することです。理論的な観点から特に興味深いのは、ある金属を別の金属でコーティングすることです。

これらには以下が含まれます：保護金属が保護金属の右側の一連の電圧にある場合の陰極コーティング（典型的な例は錫メッキ、つまり錫メッキ、鋼）。コーティング、鋼亜鉛などの陽極コーティング。

腐食から保護するために、金属表面を、活性の低い金属の層よりも活性の高い金属の層で覆うことをお勧めします。ただし、他の考慮事項では、活性の低い金属のコーティングも使用せざるを得ないことがよくあります。

実際には、ほとんどの場合、特に腐食しやすい金属として鋼を保護するための対策を講じる必要があります。亜鉛に加えて、より活性の高い金属の中で、カドミウムがこの目的で使用されることがあり、亜鉛のように機能します。鋼をコーティングするための活性の低い金属のうち、スズ、銅、およびニッケルが最も頻繁に使用されます。

ニッケルメッキ鋼製品は見た目が美しく、ニッケルメッキが広く使われていることを説明しています。ニッケルと鉄のペアの電位差は銅と鉄のペアの電位差よりもはるかに小さいため、ニッケル層が損傷した場合、腐食は銅（またはスズ）層が損傷した場合よりも弱くなります。

腐食に対抗する他の方法の中には、保護された金属物体がより活性な金属の大きな表面と接触するという事実からなる保護装置の別の方法があります。したがって、亜鉛シートは、ボイラーの壁と接触し、それらとガルバニックカップルを形成する蒸気ボイラーに導入されます。

VI。金属の入手方法。

金属の大部分は、他の元素との化合物の形で自然界に見られます。

遊離状態で見つかった金属はごくわずかであり、ネイティブと呼ばれます。金とプラチナはほぼ独占的に天然の形で、銀と銅は部分的に天然の形で見られます。時には、天然の水銀、スズ、その他の金属もあります。

金と白金の抽出は、それらが封入されている岩石からそれらを機械的に分離することによって、例えば水で洗浄することによって、またはそれらを様々な試薬で岩石から抽出し、続いて金属を解決。他のすべての金属は、それらの天然化合物の化学処理によって採掘されます。

金属化合物を含み、これらの金属を工場で生産するのに適した鉱物や岩石は、鉱石と呼ばれます。主な鉱石は、金属の酸化物、硫化物、炭酸塩です。

鉱石から金属を得る最も重要な方法は、石炭による酸化物の還元に基づいています。

たとえば、赤銅鉱（赤銅鉱）Cu 2 Oが石炭と混合され、強い白熱光にさらされると、銅を還元する石炭が一酸化炭素（II）に変わり、銅が溶融状態で放出されます。

Cu 2 O + C \ u003d 2Cu + CO

同様に、鋳鉄は鉄鉱石から製錬され、スズはスズ石SnO 2から得られ、他の金属は酸化物から還元されます。

硫黄鉱石を処理する場合、硫黄化合物は最初に特殊な炉で焼成することによって酸素化合物に変換され、次に得られた酸化物が石炭で還元されます。例えば：

2ZnS + 3O 2 = 2ZnO + 2SO 2

ZnO + C = Zn + CO

鉱石が炭酸の塩である場合、加熱すると炭酸塩が金属酸化物と二酸化炭素に分解するため、石炭や酸化物によって直接還元することができます。例えば：

ZnCO 3 \ u003d ZnO + CO 2

通常、鉱石には、この金属の化合物に加えて、砂、粘土、石灰岩の形でさらに多くの不純物が含まれていますが、これらは非常に溶けにくいものです。金属の製錬を容易にするために、さまざまな物質が鉱石に添加され、不純物（スラグ）と低融点の化合物を形成します。このような物質はフラックスと呼ばれます。混合物が石灰石で構成されている場合、砂がフラックスとして使用され、石灰石とケイ酸カルシウムを形成します。逆に、砂が多い場合は石灰岩がフラックスになります。

多くの鉱石では、不純物（廃石）の量が非常に多いため、これらの鉱石から金属を直接製錬することは経済的に不採算です。このような鉱石は事前に濃縮されています。つまり、不純物の一部が鉱石から除去されます。特に普及しているのは、純粋な鉱石と廃石の異なる湿潤性に基づく、鉱石ドレッシングの浮選法（浮選）です。

浮選法の手法は非常に単純で、基本的には次のようになります。たとえば、硫黄金属と空のケイ酸塩岩からなる鉱石は、細かく粉砕され、大きな大桶の水に注がれます。水に低極性の有機物を加えると、水をかき混ぜると安定した泡が形成され、少量の特殊な試薬、いわゆる「コレクター」が水によく吸着されます。浮かぶミネラルの表面で、水に濡れないようにします。その後、強い空気の流れが下から混合物を通過し、鉱石を水と添加された物質と混合し、気泡は薄い油膜に囲まれて泡を形成します。混合の過程で、浮遊鉱物の粒子は吸着されたコレクター分子の層で覆われ、吹き付けられた空気の泡に付着し、それらとともに上向きに上昇し、泡の中に残ります。水に濡れた廃石の粒子が底に沈みます。泡が集められて絞り出され、金属含有量が非常に高い鉱石が得られます。

一部の金属を酸化物から復元するために、石炭の代わりに水素、シリコン、アルミニウム、マグネシウムなどの元素が使用されます。

別の金属の助けを借りてその酸化物から金属を還元するプロセスは、金属熱と呼ばれます。特に、アルミニウムが還元剤として使用される場合、そのプロセスはアルミノテルミットと呼ばれます。

電気分解も金属を得るための非常に重要な方法です。他のすべての手段はそれらのイオンを還元するのに十分なエネルギーを持っていないので、最も活性な金属のいくつかは電気分解によってのみ得られます。

不溶性アノードでの硫酸銅（II）溶液の電気分解を考えてみましょう。

CuSO 4 \ u003d Cu 2+ + SO 42-

カソード（–）：Cu 2+ + 2e-= Cu 0アノード（+）：2H 2 O-4e-= O 2 + 4H +

Cu 2+ + 2e-= Cu 0 2

2H 2 O-4e-\ u003d O 2 + 4H + 1

全体的なイオン方程式：2Cu 2+ + 2H 2 O = 2Cu 0 + O 2 + 4H +

溶液中のSO42-アニオンの存在を考慮した全体的な分子方程式：2CuSO 4 + 2H 2 O \ u003d（電気分解）\ u003d 2Cu 0 + O 2 + 4H 2 SO 4

VII。金属の使用。

合金の特性の中で、実用上最も重要なのは耐熱性、耐食性、機械的強度などです。航空では、マグネシウム、チタン、またはアルミニウムをベースにした軽合金が金属加工業界にとって非常に重要です。タングステンを含む特殊合金です。、コバルト、ニッケル。電子技術では、合金が使用され、その主成分は銅です。頑丈な磁石は、コバルト、サマリウム、その他の希土類元素の相互作用の生成物、および低温で超伝導する合金を使用して得られました-ニオブとスズなどによって形成される金属間化合物に基づいています。

現代の技術は膨大な数の合金を使用しており、ほとんどの場合、それらは2つではなく、3つ、4つ、またはそれ以上の金属で構成されています。興味深いことに、合金の特性は、それらが形成される個々の金属の特性とは大きく異なることがよくあります。したがって、ビスマス50％、鉛25％、スズ12.5％、カドミウム12.5％を含む合金は、摂氏60.5度でしか溶けませんが、合金成分の融点は、それぞれ摂氏271、327、232度です。。錫青銅（90％銅と10％錫）の硬度は純銅の3倍であり、鉄とニッケル合金の線膨張係数は純部品の10分の1です。

Na 2 CO 3-炭酸ナトリウムは、結晶性ソーダとして知られる結晶性Na 2 CO 3 * 10H 2 Oを形成し、ガラス、紙、石鹸の製造に使用されます。これは中塩です。

日常生活では、酸性塩がよく知られています-重曹NaHCO3は、食品業界（重曹）や医学（重曹）で使用されています。

K 2 CO 3-炭酸カリウム、技術名-カリ。液体石鹸の製造、耐火ガラスの製造、および肥料として使用されます。

マグネシウムとカルシウムは、希土類金属と軽合金の製造に使用されます。たとえば、マグネシウムはジュラルミンの一部であり、カルシウムはベアリングやケーブルシースの製造に必要な鉛合金の成分の1つです。

工学では、酸化カルシウムCaOは生石灰と呼ばれ、MgOは焼けマグネシアと呼ばれます。これらの酸化物は両方とも建築材料の製造に使用されます。

アルミニウム粉末または薄いアルミホイルを強く加熱すると、それらは発火し、目がくらむような炎で燃えます。

4Al 0 + 3O 2 0 = 2Al 2 +3 O 3 -2

この反応は、線香花火や花火を作るために使用されます。

アルミニウムは冶金学で広く使用されており、酸化物からクロム、マンガン、バナジウム、チタン、ジルコニウムなどの金属を取得します。この方法はアルミノテルミットと呼ばれます。実際には、テルミットがよく使用されます-Fe 3O4とアルミニウム粉末の混合物。この混合物に、たとえばマグネシウムテープを使用して火をつけると、大量の熱が放出されてエネルギー反応が発生します。

8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe

鉄は、現代の技術と農業工学、輸送と通信、宇宙船、そして一般的にはすべての現代の産業と文明の基盤です。縫い針から宇宙船まで、ほとんどの製品は鉄を使わずに作ることはできません。

少量の重金属不純物を含むアルカリ土類金属硫化物は、予備照明の後、さまざまな色（赤、オレンジ、青、緑）で輝き始めます。それらは、リン光物質と呼ばれる特殊な発光塗料の一部です。それらは、明るい道路標識、文字盤などを作るために使用されます。

CaCO3-炭酸カルシウム-地球上で最も一般的な化合物の1つ。私たちは、チョーク、大理石、石灰岩など、それを含む鉱物を広く認識しています。また、しっくいを作るために使用されます。

これらの鉱物の中で最も重要なものは石灰岩であり、それなしでは建物はできません。第一に、彼自身が優れた建築用石材であり（有名なオデッサカタコンベ-都市の建設のために石が採掘された元の採石場を思い出してください）、第二に、セメント、スレーク、クイックライムなどの他の材料を入手するための原料です。ガラスなど

道路は石灰岩の砂利で強化され、土壌の酸性度は粉末で減少します。

天然チョークは古代の動物の殻の残骸です（15ページの写真（左））。チョークの使用例の1つとして、私たちがよく知っているのは、学校のクレヨン、歯磨き粉です。チョークは紙やゴムの製造に使用されます。

大理石は、彫刻家、建築家、瓦職人の鉱物です。ミケランジェロは大理石から美しい作品を作成しました（15ページの写真（右））。世界的に有名なインドの霊廟タージマハルの壁は大理石でできており、モスクワメトロの多くの駅には大理石が並んでいます。

MgCO 3-炭酸マグネシウムは、ガラス、セメント、レンガの製造、および廃石の変換のための冶金学で広く使用されています。スラグに金属化合物を含まない。

CaSO 4-硫酸カルシウムは、結晶性水和物である石膏鉱物CaSO 4 * 2H2Oの形で自然界に存在します。それは、建設、固定石膏包帯を課すための医学、ギプスを作るために使用されます。このために、半水和石膏2CaSO 4 * H 2 Oが使用されます-アラバスターは、水と相互作用すると、二水和石膏を形成します：

2CaSO 4 * H 2 O + H 2 O \ u003d 2CaSO 4 * H 2 O

この反応は熱の放出とともに進行します。

MgSO 4-苦味またはエプソム塩として知られている硫酸マグネシウムは、下剤として医学で使用されます。海水に含まれ、苦味があります。

BaSO 4-硫酸バリウムは、その不溶性とX線を遅らせる能力があるため、消化管の病気のX線診断（「重晶石のお粥」）に使用されます。

Ca 3（PO 4）2-リン酸カルシウムは、リン鉱石（岩石）とアパタイト（ミネラル）の一部であり、成人の体内の1kgを超える骨と歯です。 Ca 3（PO 4）2化合物の形のカルシウム。

コランダムは、Al 2 O 3の組成の鉱物であり、硬度が非常に高く、不純物を含む細粒の品種であるエメリーは、研磨（粉砕）材料として使用されます。

よく知られているのは、不純物で着色された透明なコランダム結晶です。赤-ルビーと青-サファイアは、宝石として使用されます。現在、これらは人工的に入手されており、宝飾品だけでなく、時計部品やその他の精密機器の製造などの技術的な目的にも使用されています。ルビーの結晶はレーザーに使用されます。

FeS 2-金属の生産のための鉄鉱石としては機能しませんが、硫酸の生産に使用されます。

硫酸鉄（II）結晶水和物FeSO * 7H 2 Oは、鉄ビトリオールとして知られ、植物の害虫を防除したり、ミネラルペイントを調製したり、その他の目的で使用されます。

塩化鉄（III）FeCl 3は、布地を染色する際の媒染剤として使用されます。

硫酸鉄（III）Fe 2（SO 4）3 * 9H 2 Oは、水の浄化やその他の目的に使用されます。

硝酸銀AgNO3、ラピスラズリとも呼ばれます。水によく溶ける無色透明の結晶を形成します。それは写真材料の製造、鏡の製造、電気めっきおよび医学で使用されます。

VIII。金属の生物学的役割。

重金属（鉛、銅、亜鉛、ヒ素、水銀、カドミウム、クロム、アルミニウムなど）は、微量で体に必要であり、主に補酵素の活性中心に存在します（L.R. Nozdryukhina、1977、J.R。Glaister、1986 ）。

許容濃度を超えると、細胞膜をはじめとする体内の多くのプロセスが混乱します。多価金属イオンは、リン脂質極性部分の特定の領域に結合できます（V.A. Tutelyan et al。、1987、F.W. Oehme、1978、L.J. Casaret et al。、1975）。この相互作用の結果として、膜表面は膨張または収縮し、その結果、その通常の特性が変化します（V. Kalous、Z。Pavlicek、1985）。有機金属化合物は特に危険です。彼らは体の中の障壁をはるかによく通過します。鉛、ストロンチウム、イットリウム、カドミウムなどの一部の金属は、体内のカルシウムに取って代わり、これが骨の脆弱性につながります。

動物の生物や組織に含まれる生物学的に活性な化学元素の量は、主にそれらの生息地と飼料消費の特性に依存します（SF Tyutikov et al。、1997）。ほとんどの場合、家畜は微量元素の欠乏と不均衡に苦しんでいます（K.K. Zanevsky、1992）。土壌中の重金属の含有量が許容基準を超えると、これらの金属の食事、ひいては畜産物への摂取量の増加、および農産物の品質の低下が見られます。たとえば、郊外の農場では、食事中の重金属（鉛、ニッケル、クロム、フッ素）の含有量がMPCの2〜7倍である場合、牛乳の含有量は許容量の1.25〜2倍であることが判明しました。それら（N.I. Morozova、1998）。ヴォログダ地域では、鉄、マンガン、カドミウムが過剰なセレンが不足しているため、滴定可能な酸性度の低い乳製品にミルクが供給されていました（V.I. Ivanov、1995）。主な理由は、チェレポベツ工業地帯の企業からの排出です。重金属の存在はチーズの品質に影響を及ぼし、製造技術に違反します。特に、味が悪くなり、臭いが不純になり、チーズが崩れやすくなり、カードがにじむようになります（O.F. Sorokina et al。、1995）。イラクの工業地帯で飼育されている羊は、体内に水銀、カドミウム、鉛の堆積物を持っています（Abbas、1991）。 5歳の羊では、筋肉中の水銀とカドミウムの含有量がMRL（最大許容レベル）よりも高くなっています。これらの重金属の吸入摂取量は、肺のカドミウムと鉛のレベルの上昇によって示されました。同じ著者は、イラクの農業地域で飼育されている羊では、組織や臓器の重金属の含有量が工業地帯で飼育されている動物の2〜7分の1であることが判明したと指摘しています。

著者らは、土壌から植物への重金属の流入は、土壌の酸性度の増加と並行して増加することを指摘しています。これは、それらの化合物が酸性環境でよりよく溶解するためです（Ge Y.、Murray P.、Hendershot W.H、2000、Planquart P.、Bonin G.、Prone A.、Massiani C.、1999）。小腸からの重金属の吸収は、それらの水溶性に依存することが証明されています（C.A. Kan、1994）。高用量の窒素肥料を長期間使用すると、食事中の微量元素が減少することが知られています（V.T. Samokhin et al。、1996）。重金属による土壌の技術的汚染により、それらの移動形態の割合が同時に増加します（V.A. Vostroknutov et al。、1998）。しかし、土壌中の窒素肥料の投与量の増加に伴い、Hg、Mn、Znの濃度のわずかな増加が認められました（A.A. Grigoriev、V.V。Okorokov、1995）。土壌微生物は、不溶性の塩を可溶性の塩に変換することができます。

したがって、何年もの間、人類は金属を使用します。金属は、その生活のすべての分野の発展において主導的な役割を果たし続けます。

約100年前に始まった科学技術革命は、産業と社会の両方に影響を及ぼし、金属の生産とも密接に関係しています。タングステン、モリブデン、チタン、その他の金属をベースに、耐食性、超硬、耐火性の合金を作り始め、その使用により機械工学の可能性が大幅に広がりました。核および宇宙技術では、3000°Cまでの温度で動作する部品はタングステンおよびレニウム合金で作られています。医学では、外科用器具はタンタルおよびプラチナ合金、チタンおよびジルコニウム酸化物をベースにした独自のセラミックで使用されます。

IX。使用済み文献のリスト。

1.「一般化学」; N.L. グリンカ; 出版社「Integral-Press」; 2007年

2.「普通の金属の異常な性質」; V.A. ザイモフスキー、T.L。コルパエフ; ライブラリ「クォンタム」; 1997年

3.「希土類金属とコバルトの合金からの磁石」;
R.S.による翻訳 Torchinova、E.M。ラザレフ; モスクワ出版社;1995年。

4.「学童と志願者のための化学に関する普遍的なリファレンスブック」; A.A. ペトロフ; 出版社「ListNew」; 2003年

5.「化学の世界を発見してください。パート1"; R.M. ゴルベバ、E.A。アルフェロワ、E.Yu。 Ratkevich、V。Schaefer、P。Benesh、G.N。マンスロフ; 出版社「エコミール」; モスクワ; 2004年

6.「化学の世界を発見してください。パート3"; R.M. ゴルベバ、E.A。アルフェロワ、E.Yu。 Ratkevich、V。Schaefer、P。Benesh、G.N。マンスロフ; 出版社「エコミール」; モスクワ; 2004年

7.「化学。グレード10"; O.S. Gabrielyan; F.M.マスカエフ; 出版社「ドロファ」; モスクワ; 2005年。

8.「化学。グレード11"; O.S. Gabrielyan; G. G. Lysova; 出版社「ドロファ」; モスクワ; 2006年

9.「化学の教師のためのデスクブック。グレード9"; O.S. Gabrielyan、
I.G. オストロモフ; 出版社「ドロファ」; モスクワ; 2005年。

10.「化学の教師のためのデスクブック。グレード11（パートII） "; O.S. Gabrielyan、G.G. リソバ; 出版社「ドロファ」; モスクワ; 2006年

11.「一般および無機化学」; N.S. アフメトフ; 出版社「高校」; モスクワ; 2005年。

ゲルマニウムはまた、金属と非金属の中間の位置を占める、いくつかの非金属特性を示します。

ナトリウムと水との相互作用。

表面の保護膜を防ぎます。

オベリスク「宇宙征服者へ」（チタンライニング）。

顕微鏡下でチョークします。

ミケランジェロの彫刻（大理石）：「絆を引き裂く奴隷」（右）、「デビッド」（左）。

目次：I。周期系における金属の位置。金属原子の構造（付録No.1を参照）。金属グループ。 II。金属の物性。 III。合金の概念。 IV。私の化学的性質

金属-これらは、化合物、および金属結合を持つ単純な物質で正の酸化状態のみを示す元素です。 金属結晶格子-中性原子と金属イオンが自由電子で結合して形成された格子。金属は、結晶格子のノードに原子と陽イオンを持っています。原子から提供された電子は、原子と陽イオンを共有しています。このような接続はと呼ばれます メタリック。金属の場合、次の物理的特性が最も特徴的です：金属の光沢、硬度、延性、延性、および熱と電気の良好な伝導性。一連の金属では、熱伝導率と電気伝導率が低下します。 Ag Cu Au Al Mg Zn Fe Pb Hg .

多くの金属は自然界に広く分布しています。したがって、地球の地殻に含まれるいくつかの金属の含有量は次のとおりです。アルミニウム-8.2％。鉄-4.1％; カルシウム-4.1％; ナトリウム-2.3％; マグネシウム-2.3％; カリウム-2.1％; チタン-0.56％。

ご存知のように、金属は外側から見ると、主に特殊な「金属」光沢が特徴です。これは、光線を強く反射する能力があるためです。ただし、この輝きは通常、金属が連続したコンパクトな塊を形成する場合にのみ観察されます。確かにマグネシウムとアルミニウムは粉砕しても輝きを保ちますが、ほとんどの金属は細かく分割すると黒または濃い灰色になります。次に、典型的な金属は高い熱伝導率と電気伝導率を持ち、熱と電流を伝導する能力の観点から、それらは同じ順序です。最良の導体は銀と銅であり、最悪の導体は鉛と水銀です。温度が上がると電気伝導率が下がり、逆に温度が下がると電気伝導率が上がります。

金属の非常に重要な特性は、比較的容易な機械的変形能です。金属は延性があり、よく鍛造され、ワイヤーに引き込まれ、シートに圧延されます。

密度によって、金属は条件付きで2つの大きなグループに分けられます。密度が5 g / cm3以下の軽金属と、残りのすべての重金属です。

金属の化学的性質

単純な物質との相互作用：

1.ハロゲンを使用：

Na + Cl2？ 2NaCl

2.酸素あり：

4Al + 3O2？ 2Al2O3

ハロゲンおよび酸素との反応において、金属は最も激しく還元能力を示します。

3.硫黄を含む：

4.窒素を使用：

3Mg + N2？ Mg3N2

5.リンを使用：

3Ca + 2P？ Ca3P2

6.水素を使用：

主なサブグループの中で最も活性の高い金属は強力な還元剤であるため、水素を-1の酸化状態に還元し、水素化物を形成します。

複雑な物質との相互作用：

1.酸を使用：

2Al + 3H2SO4？ Al2（SO4）3 + 3H2

2Al + 6H + 3SO4？ 2Al + 3SO4 + 3H2

2Al + 6H？ 2Al + 3H2

水素の前に金属の電気化学的な一連の電圧にある金属は、希酸から水素イオンを復元し、水素の後にある金属は、この酸を形成する主要元素の原子を復元します。

2.塩水溶液を使用する場合：

Zn + Pb（NO3）2？ Zn（NO3）2 + Pb

Zn + Pb + 2NO3 = Zn + 2NO3 + Pb

Zn + Pb = Zn + Pb

塩の水溶液と相互作用するとき、左側の電気化学的一連の金属電圧にある金属は、それらの右側のこの列にある金属を復元します。ただし、これらの条件下で強い還元特性を持つ金属（Li、Na、K、Ca）は、対応する塩の金属ではなく、水の水素を還元します。

3.水で：

最も活性の高い金属は通常の条件下で水と反応し、これらの反応の結果として水溶性の塩基が形成され、水素が放出されます。

2Na + 2HOH？ 2NaOH + H2

活性の低い金属は高温で水と反応して水素を放出し、対応する金属の酸化物を形成します。

Zn + H2O？ ZnO + H2

主なサブグループの金属の特性私グループ.

周期表のグループIの主なサブグループは、リチウムLi、ナトリウムNa、カリウムK、ルビジウムRb、セシウムCs、フランシウムFrです。

すべてのアルカリ金属は、外側の電子層に1つのs電子を持っています。これは、化学反応中に簡単に失われ、+1の酸化状態を示します。したがって、アルカリ金属は強力な還元剤です。それらの原子の半径はリチウムからフランシウムに増加します。原子の半径が大きくなる外層の電子は、原子核からどんどん遠ざかり、引力が弱まり、その結果、この電子を戻す能力が高まります。化学活性。金属の電気化学的一連の電圧では、すべてのアルカリ金属は水素の左側にあります。固体状態のすべてのアルカリ金属は、優れた電気伝導体です。それらは可融性であり、空気中で急速に酸化するので、空気や湿気なしで、ほとんどの場合灯油の下で保管されます。アルカリ金属は、主にイオン結合を持つ化合物を形成します。アルカリ金属酸化物は、水と容易に相互作用する固体の吸湿性物質です。この場合、水酸化物が形成されます-水に非常に溶ける固体。アルカリ金属塩も、原則として水によく溶けます。

すべてのアルカリ金属は非常に強力な還元剤です。化合物では、+1の単一酸化状態を示します。還元能力は、シリーズ--Li-Na-K-Rb-Csで増加します。
すべてのアルカリ金属化合物は本質的にイオン性です。
ほとんどすべての塩は水溶性です。

1.水と積極的に相互作用します。

2Na + 2H2O？ 2NaOH + H2-
2Li + 2H2O？ 2LiOH + H2-

2.酸との反応：

2Na + 2HCl？ 2NaCl + H2

3.酸素との反応：

4Li + O2？ 2Li2O（酸化リチウム）
2Na + O2？ Na2O2（過酸化ナトリウム）
K + O2？ KO2（超酸化カリウム）

空気中では、アルカリ金属は瞬時に酸化します。したがって、それらは有機溶媒（灯油など）の層の下に保管されます。

4.他の非金属との反応では、二元化合物が形成されます。

2Li + Cl2> 2LiCl（ハロゲン化物）
2Na + S？ Na2S（硫化物）
2Na + H2> 2NaH（水素化物）
6Li + N2？ 2Li3N（窒化物）
2Li + 2C> 2Li2C2（炭化物）

アルコールおよび炭化水素のハロゲン誘導体と反応します（有機化学を参照）

5.アルカリ金属カチオンに対する定性的反応-次の色での炎の着色：

Li+-カーマインレッド
Na+-黄色
K +、Rb +、Cs+-紫

IIグループ。

ベリリウムBe、マグネシウムMg、カルシウムCa、ストロンチウムSr、バリウムBa、およびラジウムRaは、元素周期表のグループIIの主要なサブグループを形成します。

これらの元素の原子は、外側の電子レベルに2つのs電子を持っています：ns2。化学で。反応では、サブグループの元素の原子は、外部エネルギーレベルの両方の電子を容易に放棄し、元素の酸化状態が+2である化合物を形成します。

このサブグループのすべての要素は金属に属しています。カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウムはアルカリ土類金属と呼ばれます。

これらの金属は、自然界では自由な状態では見つかりません。最も一般的な元素には、カルシウムとマグネシウムが含まれます。主なカルシウム含有鉱物は、方解石CaCO3（その種類は石灰岩、チョーク、大理石）、無水物CaSO4、石膏CaSO4 2H2O、フルオライトCaF2、およびフルオラパタイトCa5（PO4）3Fです。マグネシウムは、鉱物のマグネサイトMgCO3、ドロマイトMgCO3 CaCo3、カーナライトKClMgCl26H2Oの一部です。マグネシウム化合物は海水中に大量に含まれています。

プロパティ。ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ラジウムは銀色の白い金属です。ストロンチウムは金色です。これらの金属は軽質で、カルシウム、マグネシウム、ベリリウムは特に密度が低くなっています。

ラジウムは放射性化学元素です。

ベリリウム、マグネシウム、特にアルカリ土類元素は反応性金属です。それらは強力な還元剤です。このサブグループの金属のうち、ベリリウムはやや活性が低く、これはこの金属の表面に保護酸化膜が形成されているためです。

1.単純な物質との相互作用。すべてが酸素や硫黄と簡単に相互作用し、酸化物や硫酸塩を形成します。

ベリリウムとマグネシウムは、加熱されると酸素と硫黄と反応し、残りの金属は通常の条件下で反応します。

このグループのすべての金属は、ハロゲンと簡単に反応します。

Mg + Cl2 = MgCl2

加熱すると、すべてが水素、窒素、炭素、シリコン、その他の非金属と反応します。

Ca + H2 = CaH2（水素化カルシウム）

3Mg + N2 = Mg3N2（窒化マグネシウム）

Ca + 2C = CaC2（炭化カルシウム）

カリバイトカルシウムは無色の結晶性物質です。さまざまな不純物を含むテクニカルカーバイトは、灰色、茶色、さらには黒色になります。炭化カルシウムは水と分解して、重要な化学生成物であるC2H2アセチレンガスを生成します。業界：

CaC2 + 2H2O = CaOH）2 + C2H2

溶融金属は他の金属と結合して、CaSn3、Ca2Snなどの金属間化合物を形成する可能性があります。

2.水と相互作用します。ベリリウムは水と相互作用しません。金属表面の保護酸化皮膜により反応を防止します。マグネシウムは加熱すると水と反応します：

Mg + 2H2O = Mg（OH）2 + H2

残りの金属は、通常の条件下で水と活発に相互作用します。

Ca + 2H2O = Ca（OH）2 + H2

3.酸との相互作用。すべてが塩酸および希硫酸と相互作用し、水素を放出します。

Be + 2HCl = BeCl2 + H2

希硝酸は、金属によって主にアンモニアまたは硝酸アンモニウムに還元されます。

2Ca + 10HNO3（diff。）= 4Ca（NO3）2 + NH4NO3 + 3H2O

濃硝酸および濃硫酸（加熱なし）では、ベリリウムが不動態化し、残りの金属がこれらの酸と反応します。

4.アルカリとの相互作用。ベリリウムはアルカリの水溶液と相互作用して錯塩を形成し、水素を放出します。

Be + 2NaOH + 2H2O = Na2 + H2

マグネシウムおよびアルカリ土類金属はアルカリと反応しません。

5.金属酸化物および金属塩との相互作用。マグネシウムおよびアルカリ土類金属は、酸化物および塩から多くの金属を還元することができます。

TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2

V2O5 + 5Ca = 2V + 5CaO

ベリリウム、マグネシウム、およびアルカリ土類金属は、それらの塩化物の溶融物の電気分解によって、またはそれらの化合物の熱還元によって得られます。

BeF2 + Mg = Be + MgF2

MgO + C = Mg + CO

3CaO + 2Al = 2Ca + Al2O3

3BaO + 2Al = 3Ba + Al2O3

ラジウムは、水銀陰極でRaCl2の水溶液を電気分解することにより、水銀と合金の形で得られます。

レシート：

1）金属の酸化（過酸化物を形成するBaを除く）

2）硝酸塩または炭酸塩の熱分解

CaCO3-t°？ CaO + CO2-

2Mg（NO3）2-t°？ 2MgO + 4NO2- + O2-

メインサブグループの要素の特徴IIIグループ。アルミニウム。

アルミニウムは周期表のグループIIIの主要なサブグループにあります。アルミニウム原子の外部エネルギーレベルには、自由なp軌道があり、励起状態になります。励起状態では、アルミニウム原子は3つの共有結合を形成するか、3つの価電子を完全に放棄し、+3の酸化状態を示します。

アルミニウムは地球上で最も一般的な金属です。地球の地殻でのその質量分率は8.8％です。天然アルミニウムの大部分はアルミノケイ酸塩の一部であり、その主成分はシリコンとアルミニウムの酸化物です。

アルミニウムは薄い銀白色の金属で、600°Cで溶け、非常に延性があり、ワイヤーに簡単に引き込まれ、シートやホイルに圧延されます。電気伝導率の点では、アルミニウムは銀と銅に次ぐものです。

単純な物質との相互作用：

1.ハロゲンを使用：

2Al + 3Cl2？ 2AlCl3

2.酸素あり：

4Al + 3O2？ 2Al2O3

3.硫黄を含む：

2Al + 3S？ Al2S3

4.窒素を使用：

アルミニウムは水素と直接反応しませんが、そのAlH3水素化物は間接的に得られました。

複雑な物質との相互作用：

1.酸を使用：

2Al + 6HCl？ 2AlCl3 + 3H2

2.アルカリを使用：

2Al + 2NaOH + 6H2O？ 2Na + 3H2

NaOHが固体状態の場合：

2Al + 2NaOH + 6H2O？ 2NaAlO2 + 3H2

3.水で：

2Al + 6H2O？ 2Al（OH）3 + 3H2

酸化アルミニウムと水酸化物の特性 :

酸化アルミニウム、またはアルミナ、Al2O3は白い粉です。酸化アルミニウムは、金属を燃焼させるか、水酸化アルミニウムを煆焼することによって得ることができます。

2Al（OH）3？ Al2O3 + 3H2O

酸化アルミニウムは水にほとんど溶けません。この酸化物に対応する水酸化物Al（OH）3は、アルミニウム塩の溶液に対する、不足している水酸化アンモニウムまたはアルカリ溶液の作用によって得られます。

AlCl3 + 3NH3 H2O？ Al（OH）3？ + 3NH4Cl

この金属の酸化物と水酸化物は両性です。塩基性と酸性の両方の特性を示します。

基本的なプロパティ：

Al2O3 + 6HCl？ 2AlCl3 + 3H2O

2Al（OH）3 + 3H2SO4？ Al2（SO4）3 + 6H2O

酸性 プロパティ:

Al2O3 + 6KOH + 3H2O？ 2K3

2Al（OH）3 + 6KOH？ K3

Al2O3 + 2NaOH？ 2NaAlO2 + H2O

アルミニウムは電解法で製造されています。塩の水溶液から分離することはできません。非常に活性な金属です。したがって、金属アルミニウムを得るための主な工業的方法は、酸化アルミニウムと氷晶石を含む溶融物の電気分解です。

金属アルミニウムは産業界で広く使用されており、生産量では鉄に次ぐ第2位です。アルミニウムの大部分は合金の製造に使われます。

ジュラルミンは、銅と少量のマグネシウム、マンガン、その他の成分を含むアルミニウム合金です。デュラルミンは、軽くて丈夫で耐食性のある合金です。航空機および機械工学で使用されます。

マグナリンはアルミニウムとマグネシウムの合金です。航空機および機械工学、建設で使用されます。海水中の腐食に強いため、造船に使用されています。シルミンはシリコンを含むアルミニウム合金です。キャスティングに適しています。この合金は、自動車、航空機、機械工学、精密機器の製造に使用されています。アルミニウムは延性のある金属であるため、ラジオエンジニアリング製品の製造や商品の包装に使用される薄い箔の製造に使用されます。ワイヤーはアルミニウム、銀のペンキでできています。

遷移金属。

鉄。

周期表では、鉄はグループVIIIの2番目のサブグループの4番目の周期にあります。

シリアル番号は26、電子式は1s2 2s2 2p63d64s2です。

鉄原子の価電子は、最後の電子層（4s2）と最後から2番目の電子層（3d6）にあります。化学反応では、鉄はこれらの電子を提供し、+ 2、+ 3、場合によっては+6の酸化状態を示すことがあります。

鉄は自然界で2番目に一般的な金属です（アルミニウムに次ぐ）。最も重要な天然化合物は次のとおりです。Fe2O33H2O-茶色の鉄鉱石;Fe2O3-赤い鉄鉱石;Fe3O4（FeO Fe2O3）-磁性鉄鉱石; FeS2-鉄パイライト（パイライト）鉄化合物は生物の組成に含まれています。

鉄は銀色の灰色の金属であり、優れた展性、延性、および強力な磁気特性を備えています。鉄の密度は7.87g/ cm3で、融点は1539Cです。

工業では、鉄は高炉で鉄鉱石から炭素（コークス）と一酸化炭素（II）で還元することによって得られます。ドメインプロセスの化学的性質は次のとおりです。

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2、

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2、

FeO + CO = Fe+CO2。

反応では、鉄は還元剤です。ただし、常温では最も活性の高い酸化剤（ハロゲン、酸素、硫黄）とも相互作用しませんが、加熱すると活性になり、次のように反応します。

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3塩化鉄（III）

3Fe + 2O2 = Fe3O4（FeO Fe2O3）酸化鉄（II、III）

Fe + S = FeS硫化鉄（II）

非常に高温では、鉄は炭素、シリコン、リンと反応します。

3Fe + C = Fe3C炭化鉄（セメンタイト）

3Fe + Si=Fe3Siケイ化鉄

3Fe + 2P = Fe3P2リン化鉄（II）

湿気のある空気中で、鉄はすぐに酸化（腐食）します：

4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe（OH）3、

鉄は一連の電気化学的金属電圧の真ん中にあるため、中程度の活性の金属です。鉄の還元能力は、アルカリ、アルカリ土類金属、アルミニウムの還元能力よりも劣ります。高温でのみ、熱い鉄は水と反応します：

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2

鉄は希硫酸および塩酸と反応し、酸から水素を置き換えます。

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2

常温では、鉄は不動態化されるため、濃硫酸と相互作用しません。加熱すると、濃H2SO4は鉄を亜硫酸鉄（III）に酸化します。

2Fe + 6H2SO4 = Fe2（SO4）3 + 3SO2+6H2O。

希硝酸は鉄を硝酸鉄（III）に酸化します：

Fe + 4HNO3 = Fe（NO3）3 + NO+2H2O。

濃硝酸は鉄を不動態化します。

塩溶液から、鉄は電気化学的一連の電圧でその右側にある金属を置き換えます。

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu、Fe0 + Cu2 + = Fe2 ++Cu0。

酸化鉄（II）FeO -黒色の結晶性物質、水に不溶。酸化鉄（II）は、酸化鉄（II、III）を一酸化炭素（II）で還元することによって得られます。

Fe3O4 + CO = 3FeO+CO2。

酸化鉄（II）-主酸化物は酸と容易に反応し、鉄（II）塩を形成します：

FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O、FeO + 2H + = Fe2 ++H2O。

水酸化物鉄（II）Fe（OH）2 -白い粉、水に溶けない。それはアルカリと相互作用することによって鉄（II）塩から得られます：

FeSO4 + 2NaOH = Fe（OH）2 + Na2SO4、

Fe2 + + 2OH- = Fe（OH）2。

水酸化物鉄（II）Fe（OH）2は塩基の特性を示し、酸と容易に反応します。

Fe（OH）2 + 2HCl = FeCl2 + 2H2O、

Fe（OH）2 + 2H + = Fe2 ++2H2O。

加熱すると、水酸化鉄（II）が分解します。

Fe（OH）2 = FeO+H2O。

鉄の酸化状態が+2の化合物は、Fe2+がFe+ 3に容易に酸化されるため、還元特性を示します。

Fe + 2-1e = Fe + 3

そのため、空気中で得られたばかりのFe（OH）2の緑がかった沈殿物は、非常に急速に色が変わり、茶色に変わります。色の変化は、大気中の酸素によるFe（OH）2からFe（OH）3への酸化によって説明されます。

4Fe + 2（OH）2 + O2 + 2H2O = 4Fe + 3（OH）3。

酸化鉄（III）Fe 2 O 3 -茶色の粉末、水に溶けない。酸化鉄（III）が得られます：

A）水酸化鉄（III）の分解：

2Fe（OH）3 = Fe2O3 + 3H2O

B）黄鉄鉱（FeS2）の酸化：

4Fe + 2S2-1 + 11O20 = 2Fe2 + 3O3 + 8S+4O2-2。

酸化鉄（III）は両性の特性を示します：

A）高温で固体アルカリNaOHおよびKOHと相互作用し、炭酸ナトリウムおよびカリウムと相互作用します。

Fe2O3 + 2NaOH = 2NaFeO2 + H2O、

Fe2O3 + 2OH- = 2FeO2- + H2O、

Fe2O3 + Na2CO3 = 2NaFeO2+CO2。

ナトリウムフェライト

水酸化鉄（III） 鉄（III）塩がアルカリと相互作用するときに得られるもの：

FeCl3 + 3NaOH = Fe（OH）3 + 3NaCl、

Fe3 + + 3OH- = Fe（OH）3。

水酸化鉄（III）は、Fe（OH）2よりも弱い塩基であり、両性の特性を示します（塩基性のものが優勢です）。希酸と相互作用する場合、Fe（OH）3は対応する塩を簡単に形成します。

Fe（OH）3 + 3HCl FeCl3 + H2O

2Fe（OH）3 + 3H2SO4 Fe2（SO4）3 + 6H2O

Fe（OH）3 + 3H + Fe3 + + 3H2O

濃アルカリ溶液との反応は、長時間加熱した場合にのみ進行します。

鉄の酸化状態が+3の化合物は、還元剤の作用によりFe+3がFe+2に変わるため、酸化特性を示します。

Fe + 3 + 1e = Fe+2。

したがって、たとえば、塩化鉄（III）は、ヨウ化カリウムを酸化して遊離ヨウ素にします。

2Fe + 3Cl3 + 2KI = 2Fe + 2Cl2 + 2KCl + I20

クロム。

クロムは、周期表のVIグループのサイドサブグループにあります。クロムの電子殻の構造：Cr3d54s1。

地球の地殻中のクロムの質量分率は0.02％です。クロム鉱石を構成する最も重要な鉱物は、クロマイトまたはクロム鉄鉱石と、鉄が部分的にマグネシウムに置き換えられ、クロムがアルミニウムに置き換えられたその種類です。

クロムは銀色の灰色の金属です。純クロムは非常に延性がありますが、工業用クロムはすべての金属の中で最も硬いものです。

クロムは化学的に不活性です。通常の状態では、フッ素（非金属由来）とのみ反応し、フッ化物の混合物を形成します。高温（600°C以上）では、酸素、ハロゲン、窒素、シリコン、ホウ素、硫黄、リンと相互作用します。

4Cr + 3O2-t°？ 2Cr2O3

2Cr + 3Cl2-t°？ 2CrCl3

2Cr + N2-t°？ 2CrN

2Cr + 3S-t°？ Cr2S3

硝酸および濃硫酸では、不動態化し、保護酸化膜で覆われます。それは塩酸と希硫酸に溶解し、酸が完全に溶存酸素を含まない場合、クロム（II）塩が得られ、反応が空気中で進行する場合、クロム（III）塩は次のようになります。

Cr + 2HCl？ CrCl2 + H2-

2Cr + 6HCl + O2？ 2CrCl3 + 2H2O + H2-

酸化クロム（II）と水酸化クロム（II）はどちらも本質的に塩基性です。

Cr（OH）2 + 2HCl？ CrCl2 + 2H2O

クロム（II）化合物は強力な還元剤です。大気中の酸素の作用下でクロム（III）化合物に移行します。

2CrCl2 + 2HCl？ 2CrCl3 + H2-

4Cr（OH）2 + O2 + 2H2O？ 4Cr（OH）3

三価クロム化合物

酸化クロム（III）Cr2O3は、緑色の水不溶性粉末です。これは、水酸化クロム（III）または重クロム酸カリウムおよびアンモニウムを煆焼することによって得ることができます。

2Cr（OH）3-t°？ Cr2O3 + 3H2O

4K2Cr2O7-t°？ 2Cr2O3 + 4K2CrO4 +3O2-

（NH4）2Cr2O7-t°？ Cr2O3 + N2- + 4H2O-

両性酸化物。 Cr2O3をアルカリ、ソーダ、酸性塩と融合させると、酸化状態（+3）のクロム化合物が得られます。

Cr2O3 + 2NaOH？ 2NaCrO2 + H2O

Cr2O3 + Na2CO3？ 2NaCrO2 + CO2-

Cr2O3 + 6KHSO4？ Cr2（SO4）3 + 3K2SO4 + 3H2O

アルカリと酸化剤の混合物と融合すると、酸化状態（+6）でクロム化合物が得られます。

2Cr2O3 + 4KOH + KClO3？ 2K2Cr2O7（重クロム酸カリウム）+ KCl + 2H2O

水酸化クロム（III）Cr（OH）3は、水に不溶性の緑色の物質です。

Cr2（SO4）3 + 6NaOH？2Cr（OH）3Ї+ 3Na2SO4

それは両性の特性を持っています-それは酸とアルカリの両方に溶解します：

2Cr（OH）3 + 3H2SO4？ Cr2（SO4）3 + 6H2O

Cr（OH）3 + KOH？ K

酸化クロム（VI）CrO3-真っ赤な結晶、水溶性。

クロム酸カリウム（または重クロム酸カリウム）とH2SO4（濃）から調製。

K2CrO4 + H2SO4？ CrO3 + K2SO4 + H2O

K2Cr2O7 + H2SO4？ 2CrO3 + K2SO4 + H2O

CrO3-酸性酸化物、アルカリと黄色のクロム酸塩CrO42-を形成します。

CrO3 + 2KOH？ K2CrO4 + H2O

酸性環境では、クロム酸塩はオレンジ色の二クロム酸塩に変わりますCr2O72-：

2K2CrO4 + H2SO4？ K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O

アルカリ性環境では、この反応は反対方向に進行します。

K2Cr2O7 + 2KOH？ 2K2CrO4 + H2O

すべての六価クロム化合物は強力な酸化剤です。

4CrO3 + 3S？ 3SO2- + 2Cr2O3

銅。

銅は周期表のグループIの二次サブグループにあります。この部分群の元素の原子の電子殻の構造は、式（n-1）d10ns1で表されます。ただし、原子の外部エネルギーレベルでは、化学物質の形成に1つの電子があります。結合、最後から2番目のレベルのdサブレベルからの電子も参加できます。したがって、それらは酸化状態+ 1、+ 2、+ 3を示す可能性があります。銅の場合、酸化状態が+2の化合物が最も安定しています。

銅は、ピンクレッド色の柔らかい延性のある金属です。導電性が高いです。

銅は化学的に不活性な金属です。加熱された場合にのみ酸素と反応します：

水、アルカリ溶液、塩酸、希硫酸とは反応しません。銅は、強力な酸化剤である酸に溶解します。

3Cu + 8HNO3（dec。）= 3Cu（NO3）2 + 2NO + 4H2O

Cu + 2H2SO4（濃度）= CuSO4 + SO2 + 2H2O

二酸化炭素を含む湿気の多い雰囲気では、銅の表面は通常、塩基性炭酸銅の緑がかったコーティングで覆われています。

2Cu + O2 + CO2 + H2O = Cu（OH）2 CuCO3

酸化銅（II）CuO-黒色の物質は、単純な物質から、または水酸化銅（II）を加熱することによって得ることができます。

Cu（OH）2 = CuO + H2O

水酸化銅（II）は青色の化合物で、水にわずかに溶けます。酸に溶けやすく、濃アルカリ溶液で加熱すると、両性水酸化両性の特性を示します：

Cu（OH）2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O

Cu（OH）2 + 2KOH = K2

生産された銅の大部分は、電気産業で使用されます。合金の製造には銅が大量に使用されています。

亜鉛。

亜鉛はグループIIの二次サブグループに属しています。このサブグループの元素の原子には、次の電子殻があります：（n-1）s2p6d10ns2。化合物では、それらは+2の酸化状態を示します。

亜鉛は銀色の白い金属です。電気伝導性と熱伝導性に優れています。空気中では、亜鉛は酸化物と水酸化物の保護膜で覆われているため、金属の光沢が弱まります。

亜鉛は反応性金属です。加熱すると、非金属（硫黄、塩素、酸素）と簡単に相互作用します。

希酸および濃酸HCl、H2SO4、HNO3、およびアルカリ水溶液に可溶：

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

4Zn + 10HNO3 = 4Zn（NO3）2 + NH4NO3 + 3H2O

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2 + H2

酸化亜鉛は白い物質で、水にほとんど溶けません。酸化亜鉛と水酸化物は両性化合物です。それらは酸およびアルカリと反応します：

ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O

ZnO + 2KOH + H2O = K2

水酸化亜鉛はアンモニアの水溶液に溶解し、複雑な化合物を形成します。

Zn（OH）2 + 6NH3 =（OH）2

亜鉛を受け取ると、その鉱石は焙煎されます。

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2

ZnO + C = Zn + CO

より純粋な金属を得るために、酸化亜鉛を硫酸に溶解し、電気分解によって分離します。

亜鉛は合金の製造に使用されます。亜鉛は、鉄鋼製品や鋳鉄製品を腐食から保護するために使用されます。

合金の概念。

合金の結晶構造は、多くの点で純金属に似ており、溶融およびその後の結晶化中に相互作用して、次のように形成されます。a）金属間化合物と呼ばれる化学化合物。 b）固溶体; c）成分結晶の機械的混合物。

ただし、一部の不純物は金属や合金の品質を低下させます。たとえば、鋳鉄（鉄と炭素の合金）には、鋼特有の強度や硬度がないことが知られています。鋼の特性は、炭素に加えて、硫黄とリンの添加によって影響を受け、脆性が増します。

モスクワでの最新の機械による金属製品の高品質な製造。

講義計画

1. 周期表における金属の位置。

2. それらの原子の電子構造の特徴。

3. 金属化学結合。

4. 金属の物性

5. 金属の化学的性質。

6. 金属の入手方法。

1. 金属の電子構造の特徴。

金属は化学元素であり、その原子は外側の（場合によっては外側の前の）電子層から電子を供与し、陽イオンに変わります。金属-還元剤 Me 0-ne \ u003d Me n + 。これは、外層の電子数が少なく（主に1〜3）、原子の半径が大きいためです。その結果、これらの電子は原子核に弱く保持されます。

2. PSCEにおける金属の位置。

PSCE元素の大部分が金属であることが容易にわかります（114のうち92）。

PSCEの左下隅に金属が配置されています。これらはすべて、対角線B-Aの下にある要素です。 t 、外層に4つの電子があるものでも（ Je、Sn、Pb）、5電子（Sb、Di）、6電子（Po ）、半径が大きいため。それらの中にはsとpがあります -元素-主要なサブグループの金属、および dとf 二次サブグループを形成する金属。

周期系で占められている場所に応じて、遷移金属（二次サブグループの元素）と非遷移金属（主サブグループの元素）が区別されます。主なサブグループの金属は、それらの原子に電子のs-およびp-サブレベルが順次充填されているという事実によって特徴付けられます。二次サブグループの金属原子では、d-およびf-サブレベルが完成しています。

元素の特性を変化させるパターン-金属。

比較の兆候

メインサブグループ

期間中

外層の電子数

変わらない

増加します

原子半径

増加します

減少します

電気陰性度

減少します

増加します

修復特性

激化

下降

金属の特性

激化

下降

二次サブグループの金属である元素の場合、特性はわずかに異なります。

サイドサブグループ（ Cu、Ag、Au）-アクティビティ b元素-金属滴。このパターンは、2番目の2次サブグループの要素でも観察されます。 Zn、Cd、Hg 。二次サブグループの要素（これらは4〜7周期の要素です）の場合、通常の要素が増えると、原子の半径はほとんど変化せず、原子核の電荷の値は大幅に増加します。したがって、価電子と原子核との結合が増加し、還元特性が弱まります。

3. 金属化学結合。結晶格子。

（「原子イオン」）を介した金属の通信（原子核に関連しない多数の可動電子）と呼ばれる（金属結合）.

すべての金属は、ある種の結晶格子を持った結晶体であり、移動度の低い正に帯電したイオンで構成され、その間を自由電子が移動します（いわゆる 電子ガス）。このタイプの構造はと呼ばれます 金属結合.

格子のタイプは、基本的な幾何学的物体の形状によって決定され、3つの空間軸に沿ってその複数の繰り返しが、特定の結晶体の格子を形成します。

金属原子によって形成される化学結合の種類と結晶格子の構造に関する情報を要約しましょう。

比較的少数の電子が同時に多くの原子核に結合し、結合は脱塩素化されます。

価電子は、一般に電気的に中性である金属片全体を自由に移動します。

金属結合には方向性と飽和がありません。

4. 金属の物性

この構造に従って、金属は一般的な物理的特性によって特徴付けられます。

しかし）硬度水銀を除くすべての金属は、通常の条件下では固体です。最も穏やかなのはナトリウム、カリウムです。それらはナイフで切ることができます。最も硬いクロム-ガラスに傷を付けます。

B） 密度。金属はソフト（5g /cm³）とヘビー（5g /cm³未満）に分けられます。

で） 可融性。金属は、可融性と耐火性に分けられます。

G） 電気伝導率、熱伝導率金属はその構造によるものです。電圧の影響下で無秩序に動く電子は、方向付けられた動きを獲得し、電流をもたらします。

温度が上がると、結晶格子の節にある原子やイオンの動きの振幅が急激に大きくなり、電子の動きを妨げ、金属の電気伝導率が低下します。

D） 金属光沢-原子間空間を埋める電子は光線を反射し、ガラスのように透過しません。したがって、結晶状態のすべての金属は金属光沢を持っています。ほとんどの金属では、スペクトルの可視部分のすべての光線が均等に散乱されるため、銀白色になります。金と銅だけが短波長を大きく吸収し、光スペクトルの長波長を反射するため、黄色になります。最も輝かしい金属は、水銀、銀、パラジウムです。粉末中のすべての金属 AlとMg 、光沢を失い、色は黒または濃い灰色になります。

E） プラスチック。金属格子を持つ結晶への機械的効果は、原子の層の変位のみを引き起こし、結合の切断を伴わないため、金属は高い可塑性を特徴としています。

鉄、チタン、スズなどの一部の金属は、特定の温度に達すると結晶構造を変化させることができます。この現象は名前が付けられています 同素体または多型、およびある結晶構造から別の結晶構造への遷移自体は、同素体または多形と呼ばれます。

5.
金属の化学的性質。

一連の電圧は、金属の化学的性質を特徴づけます。金属の電極電位が低いほど、その還元能力は高くなります。

A）非金属との相互作用（ 得られた物質の名前で、エンディング

-ides）

2Mg 0 + O 2 0-> 2Mg 2+ O 2-（ox idマグネシウム）

Fe 0 + S 0 -> Fe 2+ S 2- （硫黄 id腺 II)

B）水との相互作用。 多くの 活性金属 通常の状態で水と反応し、これらの反応の結果、水溶性の塩基が形成され、水素が放出されます

2 ナ + 2 HOH = 2 NaOH + H2

2 李 0 +2 H 2 + O 2– -> 2 李 + O 2- H + + H 2 0

活性の低い金属 高温で水と反応して水素を放出し、対応する金属の酸化物を形成します Zn + H 2 O \ u003d ZnO + H 2

C）酸性溶液との相互作用。特定の条件が満たされたときに発生します

· 金属は一連の金属応力の左側にある必要があります。

· アルカリ金属は酸性溶液中で水と反応するため、これらの反応には推奨されません。

· 濃硝酸と硫酸は特別な方法で金属と相互作用します。

2H +Cl-+Zn0→Zn2+Cl 2-+ H 2 0

D）塩溶液との相互作用。この場合、以下の条件が満たされます。

· 金属は、塩を形成する金属の左側にある一連の電圧でなければなりません。

· 反応の結果として、可溶性の塩を形成する必要があります。そうしないと、金属が沈殿物で覆われ、金属への酸のアクセスが停止します。

· アルカリ金属は塩溶液中の水と反応するため、これらの反応には推奨されません。

Fe 0 + Cu 2+Cl2-→Fe2+Cl 2-+ Cu 0

E）アルカリとの相互作用（両性のみ）

Be + 2NaOH + 2H 2 O \ u003d Na 2 + H 2

マグネシウムおよびアルカリ土類金属はアルカリと反応しません。

E）金属酸化物との相互作用（金属熱）。

一部の活性金属は、混合物が発火したときに酸化物から他の金属を置き換えることができます。

2Al 0 +Fe 2 O 3 = アル 2 O 3 +2 Fe 0

G）腐食（別のレッスンで説明します）。

6. 金属の入手方法

金属を入手するには、主にいくつかの方法があります。
a）乾式製錬 -これは、さまざまな還元剤（C、CO、H 2、Al、Mgなど）を使用した高温での化合物からの金属の製造です。

それらの酸化物から、炭素または一酸化炭素（II）
ZnO + C \ u003d Zn + CO
Fe 2 O 3 + ZSO \ u003d 2Fe + ZSO 2
-水素
WO 3 + 3H 2 \ u003d W + 3H 2 O
CoO + H 2 \ u003d Co + H 2 O
-アルミノテルミット
4Al + ZMnO 2 \ u003d 2A1 2 O 3 + ZMn
b） 湿式製錬 -これは金属の製造であり、2つのプロセスで構成されています。1つは、天然の金属化合物（酸化物）を酸に溶解し、その結果、金属塩が得られることです。次に、得られたソリューションから、必要な金属がより活性の高い金属に置き換えられます。例えば：

CuO + H 2 SO 4 \ u003d CuSO 4 + H 2 O、

CuSO 4 + Zn \ u003d ZnSO 4+Cu。

金属硫化物の焙焼とそれに続く形成された酸化物の還元（例えば、石炭による）：
2ZnS + ZO 2 \ u003d 2ZnO + 2SO 2
ZnO + C = CO + Zn
の） 電気冶金 -これは、溶液またはそれらの化合物の溶融物の電気分解による金属の製造です。この場合、還元剤の役割は電流によって果たされます.

CuCl2→Cu2+2Cl-
カソード（回復）：Cu 2+-2e-= Cu 0

アノード（酸化）：2Cl---2e-=Сl°2

テストの質問

1. D.I.メンデレーエフの化学元素の周期表の金属はどこにありますか？

2.金属原子の構造の特徴は何ですか？
3.金属と非金属の外部エネルギー準位の構造の違いは何ですか？
4.主および二次サブグループの金属原子にはいくつの外部電子がありますか？
5.金属はどのような形で自然界に見られますか？
6.金属の結晶格子はどのように配置されていますか？
7.金属の物理的性質は何ですか？

8.金属はどのようにしてそれらの化合物から得ることができますか？
9.金属原子は化学反応でどのように振る舞いますか、そしてその理由は何ですか？
10.金属は化学反応でどのような特性（酸化剤または還元剤）を示しますか？
11.金属の電気化学的一連の電圧について教えてください。
12.金属が入る可能性のある反応をリストします。
13.人間の生活における金属の重要性は何ですか？

現在知られている化学元素の圧倒的多数（117のうち93）は金属です。
さまざまな金属の原子は構造に多くの共通点があり、それらが形成する単純な物質と複雑な物質は同様の特性（物理的および化学的）を持っています。

周期表の位置と金属原子の構造。

周期表では、金属はホウ素からアスタチンに渡る条件付き破線の左側と下にあります（下の表を参照）。金属には、ほぼすべてのs元素（H、Heを除く）、約半分が含まれます R-要素、すべて d- と f-要素（ ランタニドと アクチニド).

ほとんどの金属原子は、外部エネルギーレベルで少数（最大3）の電子を持っていますが、一部のp元素原子（Sn、Pb、Bi、Po）だけがより多くの電子（4から6）を持っています。金属原子の価電子は（非金属原子と比較して）原子核に弱く結合しています。したがって、金属原子はこれらの電子を他の原子に比較的簡単に供与し、化学反応では還元剤としてのみ作用し、同時に正に帯電した陽イオンに変わります。

Me --ne-\ u003d Men+。

非金属とは異なり、金属原子は+1から+8までの正の酸化状態によってのみ特徴付けられます。

金属原子がそれらの価電子を他の原子に供与する容易さは、所与の金属の還元活性を特徴付ける。金属原子が電子を放出しやすいほど、還元剤として強力です。水溶液中での還元能力が低い順に金属を並べると、わかります。 金属の変位シリーズ、これは電気化学的一連の電圧（または 近くの活動）金属（下の表を参照）。

有病率m自然界の金属.

地球の地殻（これは約16 kmの厚さの私たちの惑星の表層です）の上位3つの最も一般的な金属には、アルミニウム、鉄、カルシウムが含まれます。あまり一般的ではないのは、ナトリウム、カリウム、マグネシウムです。下の表は、地球の地殻に含まれるいくつかの金属の質量分率を示しています。

鉄とカルシウム。あまり一般的ではないのは、ナトリウム、カリウム、マグネシウムです。下の表は、地球の地殻に含まれるいくつかの金属の質量分率を示しています。

地球の地殻における金属の普及

金属		金属	地球の地殻の質量分率、％
アル	8,8	Cr	8,3 ∙ 10 -3
Fe	4,65	亜鉛	8,3 ∙ 10 -3
Ca	3,38	Ni	8 ∙ 10 -3
ナ	2,65	Cu	4,7 ∙ 10 -3
K	2,41	Pb	1,6 ∙ 10 -3
mg	2,35	Ag	7 ∙ 10 -6
Ti	0,57	hg	1,35 ∙ 10 -6
Mn	0,10	Au	5 ∙ 10 -8

地球の地殻の質量分率が0.01％未満の元素はレア。希少金属には、たとえば、すべてのランタニドが含まれます。ある元素が地殻に集中できない場合、つまり、それ自体が鉱石を形成せず、他の元素との混合物として発生する場合、その元素は次のように分類されます。 散らばっている要素。たとえば、散在しているのは次の金属です：Sc、Ga、In、Tl、Hf。

20世紀の40年代。ドイツの科学者ウォルターとアイダノラはそれを提案した。舗装上のすべての石畳には、周期表のすべての化学元素が含まれています。当初、これらの言葉は、同僚による満場一致の承認にはほど遠いものでした。しかし、ますます正確な分析方法が登場するにつれて、科学者はこれらの言葉の真実をますます確信しています。

すべての生物は環境と密接に接触しているので、それらのそれぞれは、すべてではないにしても、周期系の化学元素のほとんどを含まなければなりません。たとえば、成人の体では、無機物質の質量分率は6％です。これらの化合物に含まれる金属には、Mg、Ca、Na、Kがあります。体内の多くの酵素やその他の生物学的に活性な有機化合物には、V、Mn、Fe、Cu、Zn、Co、Ni、Mo、Crなどの金属が含まれています。。

成人の体には、平均して約140gのカリウムイオンと約100gのナトリウムイオンが含まれています。食物と一緒に、私たちは毎日1.5gから7gのカリウムイオンと2gから15gのナトリウムイオンを消費します。ナトリウムイオンの必要性は非常に高いため、食品に特別に添加する必要があります。ナトリウムイオンの大幅な損失（尿と汗を伴うNaClの形で）は、人間の健康に悪影響を及ぼします。したがって、暑い時期には、医師はミネラルウォーターを飲むことをお勧めします。しかし、食品中の過剰な塩分は、私たちの内臓（主に心臓と腎臓）の働きに悪影響を及ぼします。

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化学元素の特性により、それらを適切なグループに組み合わせることができます。この原則に基づいて、既存の物質の概念を変更し、新しい、これまで知られていなかった要素の存在を想定することを可能にする周期的なシステムが作成されました。

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メンデレーエフの周期表

化学元素の周期表は、19世紀後半にD.I.Mendeleevによって編集されました。それは何ですか、そしてなぜそれが必要なのですか？原子量の大きい順にすべての化学元素を組み合わせ、周期的に性質が変化するように配置されています。

メンデレーエフの周期表は、以前は単に別個の物質と見なされていたすべての既存の要素を単一のシステムにまとめました。

その研究に基づいて、新しい化学物質が予測され、その後合成されました。 科学にとってのこの発見の重要性は過大評価することはできません。、それはその時代をはるかに超えており、何十年にもわたって化学の発展に弾みをつけました。

最も一般的なテーブルオプションは3つあり、従来は「短い」、「長い」、「非常に長い」と呼ばれていました。 ». メインテーブルは長いテーブルと見なされます、それ 正式に承認されました。それらの違いは、要素のレイアウトと期間の長さです。

生理とは

システムには7つの期間が含まれています。それらは、水平線としてグラフィカルに表されます。この場合、ピリオドには行と呼ばれる1行または2行を含めることができます。後続の各要素は、核電荷（電子の数）を1つ増やすことにより、前の要素とは異なります。

簡単に言えば、周期は周期表の水平方向の行です。それらのそれぞれは、金属で始まり、不活性ガスで終わります。実際、これにより周期性が生まれます。要素のプロパティは1つの期間内で変化し、次の期間で再び繰り返されます。 1番目、2番目、3番目の期間は不完全で、小さいと呼ばれ、それぞれ2、8、8個の要素が含まれています。残りは完全で、それぞれ18個の要素があります。

グループとは

グループは縦の列です、同じ電子構造を持つ要素、またはより簡単に言えば、同じ高い要素を含む。公式に承認された長いテーブルには、アルカリ金属で始まり、不活性ガスで終わる18のグループが含まれています。

各グループには独自の名前があり、要素の検索や分類が容易になります。上から下への方向に関係なく、金属特性が向上します。これは、原子軌道の数が増えるためです。原子軌道が多いほど、電子結合が弱くなり、結晶格子がより顕著になります。

周期表の金属

テーブルの金属メンデレーエフは圧倒的な数を持っており、そのリストは非常に広範囲です。それらは共通の特徴によって特徴付けられ、それらは特性が不均一であり、グループに分けられます。それらのいくつかは、物理的な意味で金属とほとんど共通点がありませんが、他の人はほんの一瞬しか存在できず、より正確に、計算され、確認されたため、自然界では絶対に見つかりません（少なくとも地球上では）実験室の条件で、人工的に。 各グループには独自の特徴があります、名前は他の名前とはかなり異なります。この違いは、最初のグループで特に顕著です。

金属の位置

周期表の金属の位置は何ですか？元素は、原子量、つまり電子と陽子の数を増やすことによって配置されます。それらのプロパティは定期的に変更されるため、テーブルに1対1で適切に配置することはできません。金属を決定する方法、そして周期表に従ってこれを行うことは可能ですか？質問を単純化するために、特別なトリックが発明されました。条件付きで、要素の接合部でBorからPolonius（またはAstatine）に対角線が引かれます。左側は金属、右側は非金属です。それは非常にシンプルで素晴らしいでしょうが、例外があります-ゲルマニウムとアンチモン。

このような「方法」は一種のチートシートであり、暗記プロセスを簡素化するためにのみ考案されました。より正確な表現については、次のことを覚えておいてください。 非金属のリストはわずか22要素です、したがって、周期表に含まれる金属の数の質問に答える

この図では、どの元素が非金属であるか、およびそれらがグループおよび期間ごとに表にどのように配置されているかを明確に確認できます。

一般的な物理的性質

金属には一般的な物理的性質があります。これらには以下が含まれます：

プラスチック。
特徴的な輝き。
電気伝導性。
高い熱伝導率。
水銀以外はすべて固体状態です。

金属の性質は、その化学的または物理的性質に関して非常に異なることを理解する必要があります。それらのいくつかは、通常の用語の意味での金属とはほとんど似ていません。たとえば、水銀は特別な位置を占めています。通常の状態では、それは液体状態にあり、結晶格子を持たず、その存在は他の金属にその特性を負っています。この場合の後者の特性は条件付きであり、水銀は化学的特性によってそれらに大きく関係しています。

面白い！最初のグループの元素であるアルカリ金属は、純粋な形では発生せず、さまざまな化合物の組成になっています。

自然界に存在する最も柔らかい金属であるセシウムは、このグループに属しています。彼は、他のアルカリ性の類似物質と同様に、より典型的な金属とほとんど共通点がありません。いくつかの情報源は、実際、最も柔らかい金属はカリウムであると主張しています。これは、化学反応の結果として放出される一方または他方の元素がそれ自体では存在しないため、論争や確認が困難です。それらは急速に酸化または反応します。

金属の2番目のグループであるアルカリ土類は主なグループにはるかに近いです。「アルカリ土類」という名前は、酸化物がゆるくもろい構造をしていることから「土」と呼ばれていた古代に由来しています。多かれ少なかれ（日常的な意味で）なじみのある特性は、3番目のグループから始まる金属によって所有されています。 グループ数が増えると、金属の量は減少します。、非金属元素に置き換えられています。最後のグループは、不活性（または希）ガスで構成されています。

周期表における金属と非金属の定義。単純な物質と複雑な物質。

単純な物質（金属および非金属）

結論

周期表の金属と非金属の比率は明らかに前者を支持して上回っています。この状況は、金属のグループがあまりにも広範に組み合わされており、科学界によって認識されているより詳細な分類が必要であることを示しています。

比較の兆候	メインサブグループ	期間中
外層の電子数	変わらない	増加します
原子半径	増加します	減少します
電気陰性度	減少します	増加します
修復特性	激化	下降
金属の特性	激化	下降