金属結合と金属結晶(金属の性質・利用例と合金など)

この記事で学ぶこと

金属結合と金属結晶

金属元素の原子が互いに結合する際、電気陰性度が小さいため価電子は自由に動き回ることができます。このように動き回る電子を自由電子とよび、自由電子による金属元素どうしの結合を金属結合とよびます。

また、金属元素の原子が金属結合によって結びつき、規則正しく配列してできる結晶を金属結晶と呼びます。

金属には、以下の性質があります。

これらの性質は、全て自由電子によって説明できます。
順に見ていきましょう。

金属には、展性(たたくと薄く広がる性質)と延性(引っ張ると細長く延びる性質)があります。
イオン結晶と同様に、金属結晶も外部から力を受けるとイオン(金属イオン)の位置がずれます。

しかし金属結晶の場合、自由電子が結晶全体を移動しているので、多少位置がずれても金属結合が切れることはありません。そのため、叩いたり引っ張ったりしても金属は簡単に切れません。

金属の表面は輝いており、このことを金属光沢があるといいます。

そもそも光沢とは、光が反射することにより生じる現象です。
光沢がある物質に光が入ると、同じ光が返ってきます。

金属の場合、反射を行っているのは自由電子です。
金属に入ってきた光を自由電子が反射しています。

金属は、電気と熱をよく通す性質(電気伝導性・熱伝導性)があります。
これらの性質は、自由電子が結晶中を移動して電気・熱を伝えるため存在します。

電気伝導性がある非金属の黒鉛と比べると、金属元素の電気伝導性が高い事がわかります。

ここでは、銅・鉄・アルミニウム・金・銀・水銀についてまとめます。

名称	性質	利用例
銅	・銀に次いで2番目に電気・熱伝導性が高い・赤色の光沢がある・空気中で放置すると緑青と呼ばれるサビが生じる	・導線・調理器具
鉄	・加工しやすい・融点が高い(1535℃) ・さび(赤さび)が生じやすい	・建築材料・鉄道のレール・酸化防止剤
アルミニウム	・加工しやすい・軽い	・飲料の容器・新幹線や自転車の車体
金	・展性・延性が最大・化学的に安定で反応性に乏しい	・装飾品・集積回路
銀	・電気・熱伝導性が最大	・食器・装飾品
水銀	・常温で液体(金属で唯一) ・毒性が高い	・めっき・体温計(古いもの)

1つの金属元素からなる純金属に、1種類以上の他元素を混ぜたものを合金と呼びます。
この記事では、6種類の合金の名称・成分・性質・利用例についてまとめます(教科書よりも細かめに書いています)。