「高校化学 金属と合金」の版間の差分
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一部推敲 |
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== 鉄(てつ)と鋼(はがね)の
純度の高い鉄(てつ)の単体は、灰白色であり、比較的やわらかい。
構造材などに使われる「ステンレス」や「スチール」などは、鉄を母材としてクロムなどを
「鋼」(はがね、こう)とは、鉄(てつ)を母材とした合金のことである。
=== 鉄の製法 ===
鉄鉱石からの鉄の精錬では、赤鉄鉱 Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> や磁鉄鉱 Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> などの鉄鉱石を溶鉱炉で
:Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 3CO → 2Fe + 3CO<sub>2</sub>
また、不純物を
このようにして高炉で得られた鉄を'''銑鉄'''(せんてつ、pig iron)という。
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なお、高炉の内側には、耐火性のレンガが内貼り(うちばり)してある。このレンガによって、高炉は、溶けた熱の高温に耐えられるようになっている。
石灰石は、鉱石中のケイ酸塩と反応し'''スラグ''' CaSiO<sub>3</sub> を形成
また、炭素や石灰石などの添加は、融点を下げる役割も有る。凝固点降下と同じ原理である。一般に混合物は融点が下がる。
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鉄鉱石の還元反応は以下の反応である。
:<math>
溶鉱炉内では段階的に還元し、
:<math>
と還元していく。
:<math>
:<math>\mathrm{ Fe_3O_4 + CO \rightarrow 3FeO + CO_2 } </math> [800℃]
:<math>\mathrm{ FeO + CO \rightarrow Fe + CO_2 } </math> [1200℃]
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鉄の赤さびは、 酸化鉄(III)Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> である。
鉄は希硫酸に
いっぽう、濃硝酸では、不動態となり、鉄の表面に皮膜ができて、それ以上は反応が進行しない。
=== 鉄(II)イオン水溶液の性質 ===
硫酸鉄(II) FeSO<sub>4</sub> などが、鉄(II)イオン Fe<sup>2+</sup> を
鉄(II)イオン Fe<sup>2+</sup> を
:Fe<sup>2+</sup> + 2OH<sup>-</sup> → Fe(OH)<sub>2</sub> ↓
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* ヘキサシアニド鉄カリウム K[Fe(CH)<sub>6</sub>] との反応
また、鉄(II)イオン Fe<sup>2+</sup> を
=== 鉄(III)イオン水溶液の性質 ===
鉄に塩酸を
この塩化鉄(III)の水溶液が、鉄(III)イオン Fe<sup>3+</sup> を
さて、塩化鉄の水溶液に、塩基を
:Fe<sup>3+</sup> + 3OH<sup>-</sup> → Fe(OH)<sub>3</sub> ↓
* ヘキサシアニド鉄カリウム K[Fe(CH)<sub>6</sub>] との反応
また、鉄(III)イオン Fe<sup>3+</sup> をふくむ溶液に、ヘキサシアニド鉄カリウム K[Fe(CH)<sub>6</sub>] の水溶液を
* チオシアン酸カリウムKSCNとの反応
Fe<sup>3+</sup> をふくむ溶液に、チオシアン酸カリウム KSCN を
== 強磁性体 ==
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鉄 Fe 、ニッケル Ni 、コバルト Co は、単体で磁性を帯びることができる金属である。
鉄、ニッケル、コバルトのように、磁石になることができる物質を'''強磁性体'''(きょう じせいたい)という。
銅の特徴として、銅は電気の伝導性が
== 銅 ==
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銅はイオン化傾向が水より小さいため、酸には侵されにくいが、硝酸など酸化力の強い酸には侵される。酸化作用の強い酸には、硝酸のほか、熱濃硫酸がある。
銅は、
=== 銅の精錬 ===
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亜鉛との合金である黄銅、スズとの合金である青銅、ニッケルとの合金である白銅など、銅は合金としても、よく用いられる。
なお、一般に、金属は合金化によって硬さを増し、その
銅の合金も同様に、単体よりも硬いが、展性・延性などは減っている。
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アルミニウムやマグネシウムなどのように酸化物からの精錬に手間が掛かる材料は、裏を返せば、アルミナやマグネシアのように酸化物はセラミックスとして安定した性質を持っているということでもある。
== 合金 ==
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:組成:Cu=60%~70%,Zn=10%~40%
:銅Cuが60%程度で亜鉛Znが40%程度の黄銅を六四黄銅(ろくよんおうどう)という。銅Cuが70%程度で、亜鉛Znが30%程度の黄銅を七
:合金化により硬くなり、強度が高まる。色は黄色い。[[w:ブラスバンド]]の「ブラス」とは黄銅(brass)のことである。真鍮(しんちゅう)ともいう。
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== その他の合金 ==
=== 水素吸蔵合金 ===
ランタン-ニッケル合金やチタン-鉄合金などは、常温で合金結晶間に水素を吸蔵する性質をもち、加熱などによって水素を掃き出す性質
自己の体積の1000倍以上もの水素を吸蔵できる合金もある。
ランタン-ニッケル合金を母材にした、ニッケル水素電池が実用化されており、ハイブリッド自動車で実用化
このほか、チタン鉄合金系もある。
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眼鏡フレームなどに利用されている。
=== 超伝導合金 ===
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:(※ 東京書籍とチャート式で紹介。)
アモルファス合金とは、結晶構造を
おおまかな製法は、高温状態で柔くなった金属を急冷すると、原子が通常の結晶構造での位置に配置される前に、冷却によって金属全体が固化してしまい、通常の位置に原子が配置されない。
そのため、急冷した金属・合金のいくつかは結晶構造をもたず、通常の金属とは違った特性をもつ。
磁力的な性質が、異なっている場合が多い。このように、結晶をもたない金属を、アモルファス金属(amorphous metal)といい、そのような、結晶を
応用は、すでに磁気記録用ヘッドとして、(コバルトなどを含む)アモルファス合金が応用されている。
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