元素周期表

元素周期表(the periodic table of the elements)

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元素は、宇宙のすべてのものに対して、性質を与える最小要素として、現在までののところ118元素が確認されています。もちろん元素も電子や陽子、中性子、さらにはこれらの粒子も、さらにいくつかの構成要素からなっていますが、実用上は元素の組合せによって、あらゆるものができているといえます。

地球上で自然界で発見された89元素と、人工合成により発見された29元素の合計118個の元素が確認されています。2017年には113番目の元素として日本人が発見者として認定され、命名権を獲得しました。

材料、特に金属材料では、その性質を考える上で、成分元素の種類や量の情報はとても重要です。化合物としての性能はもちろん、元素単体の性質も考慮して置く必要があります。

ここでは、生産財特に機械関係の生産財にとって重要な元素からピックアップして、少しだけですが詳しい情報をまとめていきたいと考えます。

 

 

水素:
融点:-259.19 ℃  沸点:-252.76 ℃  密度:0.08988×10-3 gr/cm3(室温付近)
/ 元素名の由来:ギリシャ語の「水を生じるもの」。発見者は、イギリスのキャヴェンディッシュ(Henry Cavendish)です。ただ彼は、発見したものが水素とは認識せず、燃焼という現象がフロギストン(燃素)という物質を失うものと考え、水素はフロギストンと信じていました。これを元素として水素の命名したのは、フランスのラヴォアジエ(Antoine-Laurent de Lavoisier)で1783年のことです。
/ 水素には、同位体が現在のところ8種類あります。同位体というのは、同一の元素で中性子の数が異なり、質量数が異なる原子のことを言います。同位体は質量は異なりますが、元素の化学的性質は、通常はほとんど異なりませんが、水素の場合質量数が大きく異なるので、化学反応速度などに影響が出て来ます。これを同位体効果といいます。水素の同位体は、現在8種類が知られています。これについては下記のリンク先を参照して下さい。
   リンク先:水素の同位体
/ 全ての元素の中で最も軽い元素です。2つの元素が結合して、水素分子H2になります。水素分子は、常温、常圧では、無色、無味、無臭の気体です。
/ 水素の基礎的な物性について別コンテンツで示します。下記のリンクを御参照下さい。
   リンク先:水素の基礎物性
/ 金属学的には、水素ぜい性の問題が重要です。
/ 近年、究極のクリーンエネルギーとして、水素の実用化への開発研究が政府主導で各国で進められています。
    Add:2023/09/27

 

ヘリウム:
融点:-272.2 ℃  沸点:-268.9 ℃  密度:気体;0.1786×10-3 gr/cm3 液体;0.1248 gr/cm3(融点)
/水素の次に軽い気体で、無味・無臭の不燃性気体。
/用途は、気球用ガス(水素の92.64%の浮揚力)やTIG溶接のシールドガス(日本では、Heが高価なため、Arガスが用いられます)、MRIに使われる超電導磁石の冷却に用いられます。
/製造方法:天然ガスの井戸には、0.5~1%程度のHeガスを含むものがあります。これを分離・精製する方法が一般的な商業ベースで行われています。ヘリウムの生産国は、アメリカや、カタール、アルジェリア、ポーランド、ロシアです。なかでもアメリカは世界最⼤の⽣産量を誇っています。しかし近年需給バランスが極めてタイトになっているといわれています。

 

リチウム:
融点:180.5 ℃  沸点:134 ℃  密度:0.534 gr/cm3(室温付近)
/元素名の由来:ギリシャ語で「石」を意味する「リチオスλιθoς(lithos)」。リチウムが鉱石(リシア輝石と葉長石)から見つけられたことによります。
/白銀色の軟らかい金属で、すべての金属元素の中で最も軽く、比熱容量は全固体元素中で最も高いです。
アルカリ金属に属しますが、化学的な性質は、アルカリ土類金属に類似しています。天然に存在するリチウムは、安定同位体の6Liと7Liからなっていますが、これらは中性子の衝突などによる核分裂反応を起こしやすいため恒星中で消費されやすいため、原子番号の近い他の元素と比較して存在量は著しく少ないです。
/リチウムの用途は、2011年の推定(USGS)によると、陶器およびガラス;29%、電池;27%、潤滑グリース;12%、以下鋳造や空調用途が続いています。
/窯業の分野では、耐熱陶器に使われたり、釉薬の融点を下げた流動性を高めるための媒溶剤として用いられます。また、耐熱ガラスや光学ガラスの配合剤にも使われます。例えばパイロセラムとしてガラスセラミックスが耐熱容器として知られています。
/最近、急激の伸びてきたのが電池の分野です。一次電池にも使用されますが、特に二次電池としてリチウムイオン(Li-ion)電池が、他の二次電池、例えばニッケルカドミウム(Ni-Cd)電池やニッケル水素(Ni-H)電池に置き換わっています。その理由はリチウムはイオン化傾向が大きく、金属中では最も密度が小さいです。リチウムイオン電池はニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池と比較すると同じ重さでおおよそ3倍の電圧3.7Vを発生させます。また、従来の電池では完全に使い切らないで充電すると電池容量が小さくなるメモリー効果がありますが、リチウムイオン電池ではそれがほとんどありません。さらに-20~60℃の幅広い範囲で使用できます。
リチウムイオン電池の構造は、陽極と陰極その間にセパレータの3層構造になっています。陽極にはコバルト酸リチウム、陰極には黒鉛系の材料を使用し、リチウムが水と激しく反応することより電解液には有機溶媒を使用しています。
充放電の仕組みは以下のようになります。充電時は陽極のリチウムが電子を放出してリチウムイオンとなって溶出して、陰極の炭素の層間に潜り込みます。逆に放電時は、リチウムイオンが陽極に戻るだけで、充放電ではリチウムイオンが移動するだけです。

ベリリウム:
融点:1278℃  沸点:2970℃  密度:1.848 gr/cm3
・特徴
/ ベリリウムは緑柱⽯などの鉱物から産出されます。緑柱⽯は不純物に由来する⾊の違いによってアクアマリンやエメラルドなどと呼ばれ、宝⽯として⽤いられます。
/ 常温常圧で安定した結晶構造は六⽅最密充填構造(HCP)です。ベリリウム単体は、銀⽩⾊の⾦属で、空気中では表⾯に酸化被膜が⽣成され安定に存在できます。
/ モース硬度は6から7を⽰します。第2族元素の中で硬いが、常温では粉砕により粉末にできるほど脆いですが、⾼温になると展延性が増すため、核融合炉のような高温条件で利用する用途で優れた機械的特性が得られます。
/ 酸にもアルカリにも溶解します。
/ ベリリウムの安定同位体は恒星の元素合成においては⽣成されず、宇宙線による核破砕によって炭素や窒素などより重い元素から⽣成されます。

・物理的性質
/ ベリリウムの同位体は3つあります。7Be、9Be、10Beの3つで、これらのうち安定な同位体は9Beでほぼ100%の組成率です。
/ 常温、常圧(標準状態)における安定した結晶構造は、六⽅最密充填構造(HCP)であり、その格⼦定数はa=226.8 pm、b=359.4 pmです。⾼温になると、体⼼⽴⽅格⼦の結晶構造が最も安定となります。
/ ベリリウムの縦弾性係数は287 GPaで、鉄の縦弾性係数より50 %も⾼く、⾮常に強い曲げ強さを有しています。このように⾼い縦弾性係数によりベリリウムの剛性は⾮常に優れており、熱負荷の⼤きい環境における安定性により、宇宙船や航空機などの構造部材に利⽤されています。
/ 縦弾性係数が大きいこと、ベリリウムが⽐較的低密度であるという物性が組み合わさることにより、周囲の状況に応じて変化しますが、約12.9 km/sという著しく⾼い⾳の伝導性を⽰します。この性質を利⽤して⾳響材料におけるスピーカーの振動板などに⽤いられています。
/ ベリリウムの他の重要な特性としては、1925 J/(kg·K)という⾼い⽐熱と、216 W/(m·K)という⾼い熱伝導率が挙げられます。これらの物性によりベリリウムは単位重量当たりの放熱物性にもっとも優れた⾦属です。この放熱物性を利⽤した⽤途としてヒートシンク材料が挙げられ、電⼦材料などにおいて活⽤されています。またこれらの物性は、11.4 × 10−6 K−1という⽐較的低い線形熱膨張率や1284 °Cという⾼い融点も相まって、熱負荷の⼤きい状況下においても非常に⾼い安定性をもたらしています。

・化学的性質
/ ベリリウムは通常、表⾯に酸化被膜を形成して不働態化します。そのため酸に対しての強い耐性を⽰すが、酸化被膜を除去した純粋なベリリウムでは、塩酸や希硫酸のような酸化⼒を持たない酸に対しては容易に溶解する一方、硝酸のような酸化⼒を有する酸に対してはゆっくりとしか溶解しません。また、強アルカリに対してはオキソ酸イオンであるベリリウム酸イオン(Be(OH)42−)を形成して⽔素ガスを発⽣させながら溶解します。このように、酸やアルカリに対する性質はアルミニウムと類似しています。
/ ベリリウムは⽔と、⽔素を発⽣させながら反応します。⽔との反応によって⽣じる⽔酸化ベリリウムは⽔に対する溶解度が低く⾦属表⾯に被膜を形成するため、⾦属表⾯のベリリウムが反応しきればそれ以上反応は進⾏しません。

・製造方法
/ ベリリウムは⾼温状態で酸素と⾼い親和性を⽰すため、ベリリウム化合物から⾦属ベリリウムを精製することは⾮常です。
/ 金属ベリリウムを製造するために方法として、19世紀の間はフッ化ベリリウムとフッ化ナトリウムの混合物を電気分解する⽅法が⽤いられていました。しかしこのような⽅法は、ベリリウムの融点が⾼いため、類似の製造方法を用いるアルカリ⾦属の製造方法と⽐較して多くのエネルギーが必要でした。20世紀初頭には、ヨウ化ベリリウムの熱分解によるベリリウムの⽣産法が研究され、ジルコニウムの⽣産法に類似した⽅法が成功を収めたが、⼤量⽣産において経済的に採算が取れないことが判明しました。2007年時点では、ベリリウム鉱⽯中の酸化ベリリウムを処理することによってフッ化ベリリウムとし、それをマグネシウムを⽤いて還元させることで⽣産されています。
/ フッ化ベリリウムは、おもにベリリウム鉱物である緑柱⽯を原料として⽣産されます。
/ ⼯業規模でのベリリウムを産出しているのは、アメリカ、中国、カザフスタンの3国のみです。
/ 1998年から2008年までの間、ベリリウムの世界の⽣産量は343トンからおよそ200トンにまで減少しています。200トンのうち176トン(88 %)がアメリカで⽣産されています。

・用途
/ ベリリウムの⽤途には、そのX線や電離放射線を透過する性質を利⽤したX線装置や、比較的密度が小さい性質を利用した構造材、鏡(ベリリウムミラー)、合⾦材料、⾳響材料としての⽤途、磁気的性質を利⽤した⼯具製造、電⼦物性を利⽤した電⼦材料、核的性質を利⽤した中性⼦源や、ベリリウム鉱⽯の外観の美しさを利⽤した宝⽯などが⽤途が挙げられます。
/ 特性から、軍事的な用途への展開も多く、その分野の詳細な情報は入手が困難です。
/ ベリリウムは毒性が強く、過去には用いられていた傾向材料としての用途は既に代替材料に置換えが進んでおり、ベリリウム銅合金なども代替材料の開発が進められています。
/ 主な用途を列挙すると
・X線透過窓:
ベリリウムは原⼦番号が⼩さく電⼦の数が少ないため、X線に対する透過率が⾮常に⾼いため、X線源やビームライン、X線望遠鏡などの検出器⽤の窓に⽤いられます。この⽤途においては、X線像に不要な像が写り込むことを回避するためにベリリウムの純度と清潔さが要求されます。
・機械的⽤途:
ベリリウムは剛性が⼤きく、軽く、広い温度範囲における⼨法安定性を有しているため、防衛産業や航空宇宙産業において軽量な構造部材として、ジェット戦闘機やミサイル、宇宙船、通信衛星などに⽤いられます。
ベリリウムは⾮常に優れたヒートシンク性能を有しているため、軍⽤機やレース⾞両のブレーキディスクに⽤いられていたが、環境への配慮のため現在では代替材料が⽤いられています。
ベリリウムは優れた弾性剛性を有しているため、ジャイロスコープによる慣性航法装置や光学系のための⽀持構造物などの精密機器に利⽤されています。
ベリリウム銅合金で製作されるばねは、200億回以上の衝撃に耐えることができます。
・ベリリウムミラー:
ベリリウムミラーは、気象衛星のような低重量および⻑期間の⼨法安定性が重要とされる⽤途に対する、⼤⾯積の鏡(しばしばハニカムミラー)に⽤いられます。
また、より⼩さなベリリウムミラーは光学的な制御システムや射撃管制装置に⽤いられます。たとえば、ドイツの主⼒戦⾞であるレオパルト1やレオパルト2に⽤いられています。これは迅速な動きが要求されるためには、ベリリウムの低重量かつ⾼剛性な性質が必要とされためです。
・磁気的用途:
機雷などの爆発物は磁気に反応して爆発する磁気信管を⼀般的に備えているため、機雷の除去作業では磁性を持たないベリリウムやその合⾦から作られる器具が⽤いられます。
・電⼦材料:
電⼦材料におけるベリリウムの重要な⽤途は、構造⽀持体およびヒートシンク素材です。
電気絶縁性および優れた熱伝導率、⾼い耐久性、硬さ、⾮常に⾼い融点という複数の特性が要求されるような多くの⽤途において、酸化ベリリウムが利⽤されます。酸化ベリリウムは、電気通信のための無線周波送信機におけるパワートランジスタの絶縁基盤として多⽤されます。
・宝石:
ベリリウム鉱物である緑柱⽯のうち、状態のいいものは宝⽯として利⽤されます。
緑柱⽯由来の宝⽯としては、不純物としてクロムを含み濃い緑⾊を呈するエメラルド、2価の鉄を含み⽔⾊を呈するアクアマリン、3価の鉄を含み⻩⾊を呈するゴールデンベリル、マンガンを含むレッドベリルやモルガナイトなどがあります。
同じ様なベリリウム鉱物である⾦緑⽯からなる宝⽯には、宝⽯の表⾯に猫の⽬のような細い光の筋が猫⽬⽯や、光源の種類によって⾒える⾊が変化する変⾊効果を⽰すアレキサンドライトがあります。

 

参考文献
ベリリウム  Wikipedia   2023/12/07閲覧
元素   富永裕久  ナツメ社 2005年

ORG:2023/12/08

 

ホウ素:
融点:2092℃  沸点:4000℃  密度:2.340 gr/cm3
/硬くてもろい黒色の固体元素です。金属元素と非金属元素のお中間の性質を示す半金属といいます。
/用途は、硼砂が釉薬として古くから用いられてきました。また、ホウケイ酸ガラスが耐熱ガラス(代表的な商品名;パイレックスガラス)として用いられます。さらに工業的には、立方晶窒化ホウ素(c-BN)は、鉄と反応しないことから、ダイヤモンド工具の代わりに鋼材の切削加工等の刃具材料として用いられます。また、ホウ化鉄(フェロボロン)が微量添加された鋼材は焼入れ性が著しく向上します。

 

炭素:
融点:4800℃(ダイヤモンド) 沸点:- 密度:3.513 gr/cm3(ダイヤモンド) 2.265 gr/cm3(グラファイト)

 

 

窒素:
融点:-209.9℃  沸点:-195.8℃  密度:気体;1.2506×10-3 gr/cm3 固体;1.026 gr/cm3
/元素名の由来:窒素;窒素のみでは息するから(本当?)。Nitrogen;ギリシャ語で「硝石を生じるもの」の意味
/大気中に窒素は約78 vol%が含まれています。人は直接窒素を利用することはできませんが、人体に必要不可欠な元素です。からだの構成要素であるタンパク質を形成するアミノ酸は窒素が重要な構成要素です。
/空気中の窒素分子を原子状にして生物に取り込める化合物に変えることを窒素固定といいます。自然の状態では、マメ科植物の根粒に共生するバクテリアがその役目を担います。バクテリアは空気中の窒素を固定してアンモニアを生成します。このアンモニアを酸化させて亜硝酸、亜硝酸イオンに変換され、植物に取り込まれます。植物の中でタンパク質などの材料になります。これが動物に捕食されることになります。
/20世紀初頭にハーバーおよびボッシュにより人工的にアンモニアを生成させることに成功しました。これにより植物の成長に必要な窒素肥料が空気から生産されるようになり、農産物の収量が飛躍的に向上しました。
/光化学スモッグの原因となる一酸化窒素(NO)は、血管の拡張作用があります。そのためからだの循環器系や脳神経系、消化器系、生殖器系、免疫系など隅々に作用します。
/鋼への影響については、Cと同様に侵入型固溶体として固溶します。過剰の窒素は歪時効の原因になります。しかし、適量な窒素はAl,Nb,Tiと窒化物を生成し、結晶粒を微細化して靭性を向上します。

 

酸素:
融点:-218.8℃  沸点:-183.0℃  密度:気体;1.429×10-3 gr/cm3 固体;1.53 gr/cm3

 

 

フッ素:
融点:-218.6℃  沸点:-186.1℃  密度:気体;1.696×10-3 gr/cm3 
/フッ素は電気陰性度が最も大きい元素です。そのため、フッ素の反応性は非常に高くて、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)以外のすべての元素と反応します。
/電気陰性度は元素により決まっています。目安として2より大きいものは非金属元素(陰性元素)、2より小さいものは金属元素(陽性元素)になります。非金属元素同士の結合で、原子の電気陰性度の差が0ならば100%の共有結合となります。酸素分子や窒素分子のように、同じ原子同士の結合では分子の偏りが無く無極性分子と呼ばれます。一方、フッ化水素(HF)は共有される電子がフッ素側に引き付けられ分子内に電気的な偏りができます。この偏りを極性といい、このような分子を有極性分子と呼ばれます。
/有極性分子は電気的な偏りがあり分子間引力が生まれます。同じ分子量の無極性分子と比較すると、沸点や融点が高い場合が多いです。

 

ネオン:
融点:-248.61℃  沸点:-246.06℃
密度:気体;0.89994×10-3 gr/cm3  液体;1.2073 gr/cm3  固体;1.444 gr/cm3

 

 

ナトリウム:
融点:97.81℃  沸点:882.9℃  密度:0.971 gr/cm3 

 

 

マグネシウム:
融点:648.8℃  沸点:1090℃  密度:1.738 gr/cm3 
/最大の特徴は軽量であることです。同じ体積で比較すると、アルミニウム(Al)の2/3、鉄(Fe)の2/9の質量です。強度的にも優れており、鉄鋼と同じ強さをマグネシウム合金では1/4の質量で実現します。
/マグネシウムは比熱も小さいです。電子機器には発熱するものが多数あり、放熱性の良さからノートPCの筐体に多く使われます。さらに電磁シールド性に優れている点、リサイクルの容易さもよく使われるゆえんです。
/弱点は非常に錆びやすいことです。したがって、ノートPCなどのモバイル機器の筐体はマグネシウム合金にコーティング剤が塗布されています。

 

アルミニウム:
融点:660.4℃  沸点:2470℃  密度:2.698 gr/cm3 
/アルミニウムは、地表では酸素(O)、ケイ素(Si)に次いで3番目に多く存在する元素です。しかし、自然界で産出する酸化アルミニウム(Al2O3)は極めて安定な物質ですので、金属として単離されるのは近代になってからです。
/アルミニウムを最初に単離したのは、エルステッドで1825年のことです。しかし純度は極めて低いものだったとされています。1827年にはウェーラーがナトリウム(Na)を用いてかなり純度の高いアルミニウムを得ましたが、当時はナトリウムの価格が高いためアルミニウムも非常に高価で、1860年代ごろは金食器より高価な食器として用いられたとのことです。
/アルミニウムの工業的な生産は、1825年ホールとエールとがそれぞれ独自に電解法といわれる製造方法を発明したときにはじまりました。このホール・エール法は、溶融させた氷晶石(フッ化アルミニウムナトリウム)中でアルミナ(酸化アルミニウム)を電気分解することで金属アルミニウムを析出させる方法です。この方法は、非常に電力を使用するので、アルミニウムは”電気の缶詰”といわれることもあります。
/アルミニウムは純アルミニウムとしての使用より、合金として使用されることが多いです。アルミニウム自身は軟らかい金属ですが、さまざまな元素を添加することにより強度や、硬さ、じん性、耐食性が高まります。
/アルミニウム合金で有名なものは、ジュラルミンがあります。ジュラルミンはアルミニウム95%に銅(Cu)4%、マグネシウム(Mg)0.5%、マンガン(Mn)0.5%を添加した合金です。さらにこのジュラルミンにケイ素(Si)を添加し、マグネシウムの比率を高めた超ジュラルミン、さらに超ジュラルミンに亜鉛(Zn)やクロム(Cr)を添加した超々ジュラルミンは1940年に日本で開発され、ゼロ戦の翼に使用されました。

 

ケイ素:
融点:1410℃  沸点:3280℃  密度:2.329 gr/cm3 

 

 

 

リン:
融点:44.1℃  沸点:280℃  密度:1.820 gr/cm3 

 

 

 

硫黄:
融点:112.8℃(α)119.0℃(β) 沸点:444.7℃  密度:2.070 gr/cm3(α)1.957 gr/cm3(β)

 

 

 

塩素:
融点:-101℃  沸点:-34℃  密度:3.214 gr/cm3(0℃) 

 

 

 

アルゴン:
融点:-189.37℃  沸点:-185.86℃  密度:1.784 gr/cm3(気体) 1.380 gr/cm3(液体)1.656 gr/cm3(固体,-233℃)

 

 

カリウム:
融点:63.7℃  沸点:774℃  密度:0.862 gr/cm3 

 

 

 

カルシウム:
融点:839℃  沸点:1484℃  密度:1.550 gr/cm3 

 

 

 

スカンジウム:
融点:1539℃  沸点:2832℃  密度:2.989 gr/cm3 

 

 

 

チタン:
銀灰色の金属。融点 1668℃ 沸点 3287℃、密度 4.51gr/cm3
/チタンの質量は鉄とアルミニウムの中間で、強度は炭素鋼と同じ程度。質量当たりの強度は、鉄の約2倍、アルミニウムの約6倍です。
/酸に対しては鉄よりも安定。海水中では白金に次いで耐食性に優れます。ほかの主要金属と比較して耐食性に優れ、軽くて強くバランスに優れた金属です。また、熱伝導率は銅の4.4%、電気抵抗は鉄の5倍以上あります(表1)。

/クラーク数は10番目、金属元素の中では、アルミニウム、鉄、マグネシウムに次いで4番目の埋蔵量です。金属として有用ですが、地表では二酸化チタン(TiO2)という酸化物の状態で存在するため、金属として純粋にチタンとして抽出するのは、複雑な処理が必要となります(クロール法)。

/用途
・金属材料:航空機のエンジンや気体など、軽量化が必要でしかも強度が必要な用途に使用されます。また、化学プラントでは耐食性に優れる性質から機器や配管部品に使用されます。管理者の個人的な経験ですが、ポンプの接液部品(ケーシングやインペラ)にチタンを使用したポンプを何度か設計しました。補助配管をケーシングに現場溶接で取り付けることは、炭化物や窒化物を生成してしまうことより、真空チャンバを持った専門業者に、溶接を依頼する必要がありました。
また、チタンとニッケルとを同量、配合した合金は形状記憶合金になります。形状記憶合金というのは、通常の金属は変形する際に、結合していた原子が、別の原子と結合するのに対して、原子の結合を保持して周りの原子とともに位置をずらします。変形したものがある温度以上に加熱すると、元の状態に戻ります。微少量、コバルトや銅を添加すると記憶合金温度を変更させることができます。
・顔料:二酸化、チタンはチタンホワイトとも呼ばれ化粧品や印刷インクに用いられます。

  ORG:2020/04/01

 

バナジウム:
融点:1890℃  沸点:3380℃  密度:6.110 gr/cm3 

 

 

 

クロム:
融点:1587℃  沸点:2672℃  密度:7.190 gr/cm3 

 

 

 

鉄:
融点:1535℃  沸点:2862℃  密度:7.874 gr/cm3 
/主な用途は、
・鉄鋼材料:特に産業革命以降は、産業に欠かせない元素です。
・合金材料:
 ・磁性材料:
・体内の必須元素:赤血球に含まれるヘモグロビン中の鉄イオンを利用して、酸素を運搬しています。
・顔料:赤色のベンガラは有名ですが、青色のプルッシャンブルーの色も鉄イオンによります。

 

コバルト:
融点:1495℃  沸点:2870℃  密度:8.900 gr/cm3 
/ コバルトは、1735年に、スウェーデンのブラント(イェオリ・ブラント:Georg Brandt)により発見されました。1780年には、スウェーデンのベリマン(トルビョルン・ベリマン:Torbern Olof Bergman)により、純粋なコバルトが生成されて金属元素であることが確認されました。
/ コバルトの純粋なものは、鉄やニッケルと同じで銀白色をしています(Wikipedia を参照して下さい)。常温で安定な結晶構造は、六⽅最密充填構造 (hcp) ですが、420 °C以上で⾯⼼⽴⽅構造 (fcc) に転移します。鉄族元素のひとつであり、強磁性体です。1388K(1115℃)以上で常磁性体になります(キュリー温度)。鉄より酸化されにくく、酸や塩基にも腐食されにくい性質があります。
/ コバルトは、産業的には銅やニッケルの精錬時の副産物の形で得られます。主要な産出国はコンゴ民主共和国です、大分離れてロシア、オーストラリアが続きます。埋蔵量はコンゴが最も多く、オーストラリアが続きます。コンゴの鉱山は中国企業が買収して、児童労働などなどにより、国際的に批判されています。日本国内では、1960年に山口県の長登、金ヶ峠の休廃山を最後に産出していません。
/ 現在最も消費が大きいのはリチウムイオン電池向けです。リチウムイオン電池は現在実用化されている二次電池で最も高性能の電池です。ただ供給の不安定さ、偏在性を避ける見地から、ニッケル系への置き換えが出来ないか、研究開発がすすめられています。
管理人は、機械系の技術者なので、耐熱鋼や高速度鋼などの特殊鋼や、超硬合金、磁石などの用途がなじみ深いです。この他、石油精製の触媒や、いわゆるコバルトブルーとしてガラスや陶磁器の着色顔料への用途も、昔からあります。
なじみ深いものとして、お菓子などに乾燥剤として入っているシリカゲルに、青く着色されたものがありますが、これはシリカゲルに塩化コバルトを含侵させたもので、吸湿時に黄褐色に変色することで、湿気の程度を知ることができます。
この他放射性同位元素のコバルト60は、非破壊検査の放射線源として用いられています。
ORG:2022/11/29

 

ニッケル:
融点:1453℃  沸点:2732℃  密度:8.920 gr/cm3 

 

 

 

銅:
融点:1084℃  沸点:2567℃  密度:8.960 gr/cm3 

 

 

 

亜鉛:
融点:419.58℃  沸点:907℃  密度:7.133 gr/cm3 

/ 亜鉛は、少なくとも紀元前4000年から、亜鉛と銅との合金である黄銅(真鍮)として用いられて来ました。古代ギリシア人はキプロス産の亜鉛化合物について記述しています。
単体である金属亜鉛は、ローマ征服前に、現在のルーマニアに住んでいたダキア人精錬技術に通じていたのですが絶えてしまいました。またこれとは独立して、インドでは12世紀に金属亜鉛を得ており、12世紀から16世紀までに100万トン以上の亜鉛を製造されているといわれています。インドの技術は16世紀までには中国に伝搬され、中国でも亜鉛の生産が始まりました。
ヨーロッパには、アジアから持ち込まれ、1620年には金属亜鉛の販売が始まりました。1737年には、中国から亜鉛精錬技術がイギリスに伝わりました。
日本では、平安時代には真鍮が使われていたようです。金属亜鉛の精錬は1889年から始まりました。
現在亜鉛の製造方法として用いられる、電解精錬法は1881年にフランスで発明されました。1910年代には世界各地で亜鉛の電解精錬が始まりました。

/ 金属が陽イオンになりやすい順をイオン化傾向といいます。
 K>Ca>Na>Mg>Al>Zn>Fe>Ni>Sn>Pb>(H)>Cu>Hg>Pt>Au
右側に行くほど、陽イオンになりにくくなります。そして、イオンになりやすい金属ほど、酸化しやすくさびやすい傾向があります。
この性質を利用したものとしてトタンがあります。トタンは鉄板(Fe)に亜鉛をめっきしたものです。亜鉛と鉄とでは、亜鉛の方が陽イオンになり易いので、トタンの板に傷がつき、そこに水が溜まると、鉄が錆びるより前に亜鉛が溶出して鉄を守ります。亜鉛自体は、イオン化傾向が大きいですが、酸化被膜を作るため、トタンとしては錆びにくくなります。
トタンと似た鉄の表面処理として、ブリキがあります。ブリキは、鉄板にスズを(Sn)をめっきしたものです。トタンと比較しても外観が美しいものが得られます。しかし、ブリキ板では表面に小さな傷がつくと、表面のスズよりも内部の鉄が先に錆びることになります。

/ 酸化亜鉛は亜鉛華と呼ばれる白色の顔料です。昔のおしろいが毒性が強い鉛白(鉛の酸化物)で作られていましたが、その代用として用いられています。亜鉛華は顔料の他皮膚病の軟膏にも用いられています。昔あせもがひどいときに白い塗り薬を塗られた記憶がある方もおられると思います。

ORG:2023/10/19

 

ガリウム:
融点:29.78℃  沸点:2200℃  密度:5.907 gr/cm3 

 

 

 

ゲルマニウム:
融点:937.6℃  沸点:2830℃  密度:5.323 gr/cm3 

 

 

 

ヒ素:
融点:817℃  沸点:613℃  密度:5.780 gr/cm3 

 

 

 

セレン:
融点:217℃  沸点:685℃  密度:4.820 gr/cm3 

 

 

 

臭素:
融点:-7.3℃  沸点:58.8℃  密度:3.120 gr/cm3 

 

 

 

クリプトン:
融点:-157.2℃  沸点:-153.3℃  密度:2.413 gr/cm3(液体) 3.7493×10-3 gr/cm3(気体,0℃)

 

 

 

ルビジウム:
融点:38.9℃  沸点:686℃  密度:1.532 gr/cm3 

 

 

 

ストロンチウム:
融点:777℃  沸点:1382℃  密度:2.640 gr/cm3 
・特徴
/ ストロンチウムは、アルカリ土類金属の中では最も軽い元素です。
/ 常温常圧では、軟らかく、銀白色の金属です。
/ 化学反応性が高いため、空気に触れると、表面が酸化されて黄色く変色します。
/ 水とは激しく反応して、水酸化ストロンチウムと水素を発生します。
/ 生理的には、カルシウムに似た挙動を示し、骨格に含まれます。
/ 天然には天青石やストロンチアン石などの鉱物中に存在します。

・用途:
/ ガラス製造:
ストロンチウムは、X線の放射を防止するため、カラーテレビのブラウン管用のガラスに使われていましたが、表示方法が液晶等に変化したため、この用途での消費は大きく減少しています。
/ フェライト磁石:
フェライト磁石は、酸化鉄を主原料として炭酸ストロンチウムや炭酸バリウムを添加して焼結させたセラミック磁石です。
/ 医療:
ストロンチウムが骨に吸収しやすい性質を生かして、放射性同位体であるストロンチウム89が、骨肉腫の治療に用いられます。ストロンチウム89の半減期は50.52日で比較的短時間で崩壊するため、短期間に強力な放射線を患部に直接照射することが可能です。

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ORG:2023/12/08

 

イットリウム:
融点:1523℃  沸点:3337℃  密度:4.469 gr/cm3 

 

 

 

ジルコニウム:
融点:1852℃  沸点:4377℃  密度:6.506 gr/cm3 
/銀白色の外観。チタン族元素、遷移金属。
/常温で酸、アルカリに対して安定。耐食性有り。
/空気中で酸化被膜を形成して耐食性があります。高温では、酸素、窒素、水素、ハロゲンなどと反応して、多様な化合物を形成します。

 

ニオブ:
融点:2468℃  沸点:4742℃  密度:8.570 gr/cm3 

 

 

 

モリブデン:
融点:2617℃  沸点:4612℃  密度:10.220 gr/cm3 

 

 

 

テクネチウム:
融点:2172℃  沸点:4877℃  密度:11.500 gr/cm3 

 

 

 

ルテニウム:
融点:2310℃  沸点:3900℃  密度:12.370 gr/cm3 

 

 

 

ロジウム:
融点:1966℃  沸点:3727℃  密度:12.410 gr/cm3 

 

 

 

パラジウム:
融点:1554℃  沸点:3140℃  密度:12.020 gr/cm3 

 

 

銀:
融点:961.93℃  沸点:2163℃  密度:10.500 gr/cm3

 

 

カドミウム:
融点:320.9℃  沸点:765℃  密度:8.650 gr/cm3

 

 

インジウム:
融点:156.61℃  沸点:2080℃  密度:7.310 gr/cm3

 

 

 

錫:
融点:231.97℃  沸点:2270℃  密度:5.750 gr/cm3(α)7.310 gr/cm3(β)

 

 

アンチモン:
融点:630.74℃  沸点:1750℃  密度:6.691 gr/cm3

 

 

 

テルル:
融点:449.5℃  沸点:989.8℃  密度:6.240 gr/cm3

 

 

ヨウ素:

 

 

 

キセノン:

 

 

 

セシウム:

 

 

 

バリウム:

 

 

 

ランタン:

 

 

 

セリウム:

 

 

 

プラセオジム:

 

 

 

ネオジム:

 

 

 

プロメチウム:

 

 

 

サマリウム:

 

 

 

ユウロピウム:

 

 

 

ガドリニウム:

 

 

 

テルビウム:

 

 

 

ジスプロシウム:

 

 

 

ホルミウム:

 

 

 

エルビウム:

 

 

 

ツリウム:

 

 

 

イッテルビウム:

 

 

 

ルテチウム:

 

 

 

ハフニウム:

 

 

 

タンタル:
融点:2996℃  沸点:5425℃  密度:16.645 gr/cm3
/タンタルは人体に最もなじむ金属ともいわれており、頭蓋骨を骨折したときにふさぐ板や、骨通しを締結するボルト、切れた人体を縫い合わせる糸などに用いられます。
/炭化タンタル(TaC)は、融点が約4000℃と高く、電気や熱の伝導性を持っています。また、炭化タンタルが変態すると、ダイヤモンドより硬い物質が得られます。
/タンタルの酸化物である、五酸化タンタルは絶縁性が高いため、これを利用してタンタル電解コンデンサが製作されています。タンタル電解コンデンサは、小型化が可能でアルミ電解コンデンサの約60分の1の大きさで同じ程度の性能のものが得られます。この他、周波数特性や温度特性に優れており、スマートフォンの小型化に寄与しています。
/個人的な思い出ですが、一番最初に所属していた会社で、タンタル製のポンプを製作した際に設計に関与した思い出があります。

 

タングステン:
融点:3410℃ 沸点:5660℃  密度:19.300 gr/cm3
/タングステンは、すべての金属の中で最も融点が高いです。また最も熱膨張もしにくく、最も蒸気圧が小さい物質です。白熱電球のフィラメントに使われているのが有名です。タングステン製のフィラメントは、ゼネラルエレクトリック(GE)社の研究者、クーリッジにより発明されました(1908年)。このランプは”MAZDA LAMP”と名付けられました。この”Mazda” はゾロアスター教の光の神”Ahura Mazda”に由来しています。
/炭素との化合物の炭化タングステン(WC)は、非常に硬く工具に使われます。

 

レニウム:

 

 

 

オスミウム:

 

 

 

イリジウム:

 

 

 

白金:

 

 

 

金:

 

 

 

水銀:

 

 

 

タリウム:

 

 

 

鉛:

 

 

 

ビスマス:

 

 

 

ポロニウム:

 

 

 

アスタチン:

 

 

 

ラドン:

 

 

 

フランシウム:

 

 

 

ラジウム:

 

 

 

アクチニウム:

 

 

 

トリウム:

 

 

 

プロトアクチニウム:

 

 

 

ウラン:

 

 

 

ネプッニウム:

 

 

 

プルトニウム:

 

 

 

アメリシウム:

 

 

 

キュリウム:

 

 

 

バークリウム:

 

 

 

カルホニウム:

 

 

 

アインスタイニウム:

 

 

 

フェルミウム:

 

 

 

メンデレビウム:

 

 

 

ノーベリウム:

 

 

 

ローレンシウム:

 

 

 

ラザホージウム:

 

 

 

ドブニウム:

 

 

 

シーボーギウム:

 

 

 

ボーリウム:

 

 

 

ハッシウム:

 

 

 

マイトネリウム:

 

 

 

ダームスタチウム:

 

 

 

レントゲニウム:

 

 

 

コペルニシウム:

 

 

 

ニホニウム:

 

 

 

フレロビウム:

 

 

 

モスコビウム:

 

 

 

リバモリウム:

 

 

 

テネシン:

 

 

 

オガネソン:

 

 

 

 

 

 

参考文献
アイメディア社HPねとらぼ:http://nlab.itmedia.co.jp/nl/articles/1601/02/news012.html  他

引用図表
⾼知県⽴⼤学 化学研究室製 元素周期表を元に追加

 

ORG:2018/3/1