「高校化学 金属と合金」の版間の差分
削除された内容 追加された内容
M すじにくシチュー がページ「高等学校化学Ⅱ/金属材料」を「高等学校化学Ⅱ/金属と合金」に移動しました: 合金も扱う単元である事を明示したい |
いろいろと加筆 |
||
1 行
== 鉄（てつ）と鋼（はがね）のちがい ==
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。
=== 銑鉄 ===▼
鉄鉱石からの鉄の精錬では、赤鉄鉱 Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> などの鉄鉱石を溶鉱炉でとかし、炭素などを加えて還元し、また不純物をとりのぞくため'''石灰石''' CaCO<sub>3</sub> を加える。石灰石によりシリカSiO<sub>2</sub>やアルミナAl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>などの脈石（岩石を構成する成分のこと。）が分離される。▼
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ふくんだ合金であり、けっして鉄の単体ではない。
このようにして得た鉄を'''銑鉄'''（せんてつ）という。▼
「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とかし、コークスなどの炭素を加えて発生する一酸化炭素 CO で還元して、鉄をつくる。
:Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> ＋ 3CO → 2Fe ＋ 3CO<sub>2</sub>
▲
[[File:Hochofenprozess.PNG|thumb|400px|高炉プロセスの概略図。<br>
22 ⟶ 32行目:
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。
▲炭素を4%以上より多く含む鉄など、鉄中の炭素が多いと、粘りが無くなり、衝撃などに対して脆く、硬いが割れやすくなる。
このような鉄は、割れやすいが混合物のため融点が低く、また流動性も良いため鋳造（ちゅうぞう）に用いられる。そのため、このように炭素含有量の多い鉄は鋳鉄（ちゅうてつ）と呼ばれる。
30 ⟶ 39行目:
炭素含有量を減らして炭素Cを0.02%～2%ほど含む鉄を鉄を'''鋼'''（こう
建築材などの構造材に用いられるのは、このようにして、じゅうぶんな硬さと強さをもたせた鋼（こう）である。
51 ⟶ 59行目:
なお、1200℃での反応の式について、温度が高くなりすぎると、逆方向に反応が進んでしまいCO<sub>2</sub>によるFeの酸化が起きるので、1200℃程度を保つ必要がある。
鉄の化学的性質として、鉄の単体および銑鉄や鋳鉄は、湿った空気中で酸化されやすく、さびやすい。
さびを防ぐため、合金として、鋼にクロム Cr やニッケル Ni などを混ぜた合金が'''ステンレス鋼'''（ステンレスこう）である。このステンレス鋼は化学的な耐食性が高く、さびにくい
=== 鉄の化学的性質 ===
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。
鉄には酸化数＋2または酸化数＋3の化合物がある。
鉄の酸化物には、黒色の酸化鉄（II） FeO 、赤褐色の酸化鉄（III）Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 、黒色の四酸化三鉄 Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> などがある。
鉄は、湿った空気中で酸化されやすい、よって鉄は、さびやすい。
鉄の赤さびは、 酸化鉄（III）Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> である。
鉄は希硫酸にくわえると、水素を発生して溶け、淡緑色の溶液になる。この水溶液を蒸発させて濃縮すると、硫酸鉄（II）七水和物FeSO<sub>4</sub>・7H<sub>2</sub>Oが得られる。
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> をふくむ溶液である。
鉄(II)イオン Fe<sup>2+</sup> をふくむ溶液に、水酸化ナトリウムなどの塩基を加えると、緑白色の水酸化鉄(II) Fe(OH)<sub>2</sub> が沈殿する。
:Fe<sup>2+</sup> ＋ 2OH<sup>-</sup> → Fe(OH)<sub>2</sub> ↓
なお、この水酸化鉄は空気中で酸化され、赤褐色の水酸化鉄(III) Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> に変化する。
:4Fe(OH)<sub>2</sub> ＋ O<sup>2+</sup> ＋ 2H<sub>2</sub>O → 4Fe(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(II)イオン Fe<sup>2+</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>］ の水溶液をくわえると、濃青色の沈殿が生じる。このときの濃青色の沈殿は、「ターンブル ブルー」（「ターンブル青」ともいう、Turnbull's blue）と呼ばれる。
=== 鉄(III)イオン水溶液の性質 ===
鉄に塩酸をくわえると、黄褐色の塩化鉄（II） FeCl<sub>2</sub> の水溶液になる。さらに、この塩化鉄（II）溶液に、塩素を通じて酸化すると塩化鉄（III） FeCl<sub>3</sub> の溶液になる。
この塩化鉄（III）の水溶液が、鉄（III）イオン Fe<sup>3+</sup> をふくんでいる。なお、塩化鉄（III） FeCl<sub>3</sub> の水溶液を蒸発させて濃縮すると、塩化鉄・六水和物 FeCl<sub>3</sub>・6H<sub>2</sub>O の結晶が得られる。
さて、塩化鉄の水溶液に、塩基をくわえると、赤褐色の水酸化鉄(III) Fe(OH)<sub>3</sub> の沈殿が生じる。
: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>］ の水溶液をくわえると、「紺青」（こんじょう）と呼ばれる濃青色の沈殿が生じる。
* 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 をふくむ溶液をくわえると、血赤色の沈殿を生じる。
== 銅 ==
| |||