
その他の重要な遷移元素, 合金と試薬の保存方法まとめ
貴金属 空気中で酸化されず, 美しい金属光沢を保つ. 産出量が少なく, 高価.
金Au, 白金Pt, 銀Agなど8種類.
卑金属 空気中で容易に酸化され, 金属光沢が失われる.
アルカリ金属, アルカリ土類金属, アルミニウムAl, 亜鉛Znなど.
レアメタル 地球上での存在が稀であるか, 技術的・経済的な理由で流通量が少ない金属.
タングステンW(第6周期6族)
金属単体中で最も融点が高い(約3400℃). 白熱電球のフィラメント.
WC(炭化タングステン)は非常に硬い. 切削工具やボールペンの芯.
白金(プラチナ)Pt(第6周期10族)
① 天然では単体または合金として産出する.
銀白色の金属光沢をもち, 展性・延性が大きい.
装飾品, 硝酸製造(オストワルト法)の触媒, 燃料電池の電極.
② イオン化傾向が非常に小さく, 空気酸化されない.
酸化力の強い硝酸や熱濃硫酸にも溶けない.
しかし, 王水(濃塩酸:濃硝酸=3:1)には溶ける.
〔補足〕
ガソリン自動車の排ガスには, 3種の有害物質(炭化水素, 一酸化炭素, 窒素酸化物NOx)が含まれる.
白金-パラジウム-ロジウム触媒は, 3種の有害物質を同時に浄化できるため三元触媒と呼ばれる.
炭化水素は酸化されてCO₂とH₂Oに, COは酸化されてCO₂に, NOxは還元されてN₂になる.
レアメタル 地球上の存在が稀であるか, 技術的・経済的な理由で抽出困難で, 流通量・使用量が少ない希少な金属. 安定供給の確保が政策的に重要な金属. 鉄と貴金属は除く.
水銀Hg(第6周期12族, +1, +2)
① Hg単体は, 辰砂HgSを加熱して得られる. HgS + O₂ →(加熱) Hg + SO₂
唯一の常温・常圧で液体の金属で, 強い毒性がある.
② Fe, Co, Ni以外の他の金属との合金(アマルガム)を作りやすい.
③ Hg(OH)₂は常温でも容易に脱水し, HgOの黄色沈殿が生じる.
Hg(OH)₂ → HgO↓(黄色) + H₂O
④
塩化水銀(I) Hg₂Cl₂ 水に溶けにくい白色粉末. 毒性なし.
塩化水銀(II) HgCl₂ 水に溶けやすい無色結晶. 強い毒性.
〔補足〕
12族Zn, Cd, Hgは性質が典型元素に近いため, 遷移元素に含めない場合がある(以前の高校化学).
① 水銀Hgや同じ12族のカドミウムCdの単体や化合物は毒性をもつものが多い.
四大公害病の水俣病(熊本県)はメチル水銀, イタイイタイ病(富山県)はCdが原因である.
蛍光灯や体温計などに使われていたが, 2020年以降水銀製品の製造と輸出入が禁止(水俣条約).
④ Hg⁺は単独では存在せず, 2つのHg⁺が共有結合して二量体Hg₂²⁺を形成している.
よって, 塩化水銀(I)をHgClとは表さない.
チタンTi(第4周期4族, +3, +4)
① Tiは, 密度が鉄の半分ながら鋼鉄以上の強度を誇る.
Alと同様, 表面に緻密な酸化皮膜を形成するため, ステンレス鋼並に耐食性に優れる.
航空機や建築用の構造材料, 眼鏡フレーム, ゴルフクラブ, 人工骨, 合金用元素.
② 酸化チタン(IV) TiO₂は, 紫外線が当たると有機物の汚れを分解する(光触媒).
外壁, 便器, 白色顔料, 電子部品の原料.
〔補足〕
チタンは天然に酸化物として豊富に存在するが, 精錬が困難であった.
1930年代にクロール法により精錬が行われるようになり, 1950年代の軍用機から実用化が始まった.
高耐食性ゆえの安定性(イオン化しにくい)で金属アレルギーを引き起こしにくく, 生体適合性も高い.
比較的安価で高性能かつ安全な素材だが, 精錬・加工の難しさから大量普及には至っていない.
合金(赤字は主成分)
名前|主な成分|特徴|用途
ステンレス鋼|Fe–Cr|錆びにくい|台所用品, 鉄道車両
無鉛はんだ|Sn–Ag–Cu|融点が低い|金属の接合
ジュラルミン|Al–Cu|軽量, 高強度|飛行機の機体
黄銅(真鍮)|Cu–Zn|黄色光沢|5円玉, 金管楽器
青銅(ブロンズ)|Cu–Sn|鋳物にしやすく, 硬い|10円玉, 鐘, 美術品
白銅|Cu–Ni|白色光沢, 錆びにくい|50円玉, 100円玉
洋銀(洋白)|Cu–Zn–Ni|銀白色光沢, 耐食性|洋食器, 装飾品
ニクロム|Ni–Cr|電気抵抗が大きい|電熱線(ニクロム線)
チタン合金|Ti–Al–V|軽量, 高強度, 耐食性, 耐熱性, 生体適合性|戦闘機, 眼鏡フレーム, ゴルフクラブ, 人工骨
水素吸蔵合金|La–Ni, Ti–Feなど|水素の吸収と放出|ニッケル水素電池
形状記憶合金|Ni–Ti|加熱で元の形に戻る|温度センサー, 生活用品
超伝導合金|Nb–Ti, Nb–Snなど|低温で電気抵抗が0|強力磁石, 医療機器(MRI)
〔補足〕
以前はスズSnと鉛Pbの合金だったが, 有害な鉛を含まない無鉛はんだへの移行が進んでいる.
チタン合金から下のもの以外は組成も覚えておく必要がある.
La:ランタン, Nb:ニオブ
試薬の保存方法
試薬|保存方法
黄リン(自然発火)|水中
アルカリ金属(空気や水と反応)|石油中
エーテル(揮発性で引火しやすい)|火気なし冷所
濃硝酸HNO₃, KMnO₄, ハロゲン化銀, 硝酸銀AgNO₃(光で分解・感光性)|褐色びん
フッ化水素HF(ガラスを溶かす)|ポリエチレン容器
NaOH(潮解性・ガラスを侵す)|ゴム栓かシリコン栓で密栓(ガラス瓶に保存), 長期はポリエチレン容器
〔補足〕
NaOHをガラス栓で保存すると, すりあわせ部分で空気中のCO₂と反応し, Na₂CO₃が生成する.
固着してガラス栓が抜けなくなるため, 変形しやすいゴム栓かシリコン栓で密栓して保存する.
また, NaOHはガラス(主成分SiO₂)と反応するため, 長期的にはポリエチレン容器に保存する.
CO₂やSiO₂とNaOHとの反応は「酸性酸化物 + 塩基 → 塩 + 水」である.
CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O
SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O
