Transcript 金属は

金属使用の歴史
●優れた材料： 強度が高くて、一定の形を作るのが容易
●有史以前の単体金属： 金、銀、銅、鉄、錫、鉛、水銀
●古代の武器： 青銅製が一般的
●鉄： 優れた武器材料； 精錬が難しい； 鍛造で成型
●ヒッタイト族→アッシリア帝国
●現在の使用量： 鉄が90% ；アルミニウムが３％； 銅
●軽金属：比重が4.5g/cm3以下のもの；
アルミニウム（2.69） 、マグネシウム(1.74) ； チタン（4.5）
展性、延性が高い
●金属： 金属陽イオン＋自由電子
●自由電子： 束縛が弱い電子
●金属結合： 金属陽イオンと自由電子との間の静電引力
●結合に方向性がない → 結晶面に沿って滑りやすい
→展性、延性が高い
●金： １cm3 → 10 ㎡位の箔
１ｇ → ３千ｍの線
●鉄の圧延 → 薄板： 自動車や家電製品など
●金属の長所： 強度大、展性、延性大 → 加工しやすい
金属結合
＋に帯電している金属イオンがーに帯電している電子
と静電引力で引き合っている。
静電
引力
引力
自由電子
金属イオン
金属結晶とイオン結晶に力を加えた場合
金属結晶
イオン結晶
結合の種類結合エネルギー
（方向性あり）
（方向性あり）
結合エネルギーが大きいことは、強度が高いことの必要条件； 少しずれたら？
金属の電気伝導性：自由電子移動による
● 自由電子が動きやすいほど電気抵抗が小さい
● 金属イオンの熱運動が激しいと電子に衝突しやすい
→ 金属は、高温ほど電気抵抗が大きい →
→ 電熱器具（電熱器、白熱電燈など）が安定して使える
●超伝導
電気伝導率と熱伝導率
金属： 主として自由電子の振動で熱を伝える →
電子が動き易い金属（電気をよく通す金属）ほど熱もよく伝
える
熱伝導の模式図
ダイヤモンド
●ダイヤモンド： 原子の振動で熱を伝える
錆びるとは
● 錆びる： M → Mn+ + n e- 安定な酸化物に帰る
●冶金：
Mn+ + n e- → M
金属は高エネルギー物質
●金属の表面： 金属酸化物の膜で覆われている（例外：金、白金）
酸化物の薄膜（ 2-5 nm ）：酸素を遮断、可視光線に対し透明（アルミニウム
やクロム）
●イオン化傾向が大きいほど錆びやすい：
Mg＞Al＞Zn＞Fe＞Ni＞Sn＞Pb＞H ＞Cu＞Hg＞Ag＞Pt＞Au
●錆びるには、酸素、水（特に、酸性雨や塩分を含んだ水）が必要
●防錆技術の基本： 水分、空気の遮断
防錆技術
●塗装をする（ペンキで水と空気を遮断する）
●メッキをする（他の金属で表面を覆う）
●防錆鋼板： 亜鉛メッキ鉄板
(1) 亜鉛の密着錆
(2) 亜鉛がある限り、鉄は錆びない（イオン化傾向：Zn > Fe）
● ブリキ：錫メッキ
●錆で錆を防ぐ（丈夫で緻密な密着錆； 隙間の多い浮き錆はダメ）
●黒金、アルミニウム（アルマイト：酸化皮膜を強化したもの）、
クロム、ニッケル
●密着錆（不動態膜）は Cl- で破壊されやすい
●耐食合金（２種類のステンレス； 酸化クロムの薄膜で酸化を防ぐ）
● 金属は錆びて土に帰る
電気泳動（電着）塗装
アルミニウムとチタン
●アルミニウムの長所
●軽くて丈夫（重量当たりの強度は鋼の２倍）：
●金属光沢を失わない：
●リサイクルしやすい
●アルミニウムの短所
● 精錬に多量の電力が必要
●溶接が困難
● チタン
軽い、強い、耐食性が高い、高価
置換型合金と侵入型合金
置換型合金
（金銀合金、真鍮等）
侵入型合金
（ 炭素鋼）
格子欠陥での転位
金属は、なぜ小さな力で圧延できるのか
ｐ型半導体とｎ型半導体
●電気伝導性よる分類：
絶縁体、半導体、導体
半導体： 真性半導体、不純物半導体
●元素
価電子数
Si
４
P, As
５
B、Al
３
●ｎ型半導体： Si に微量の P, As →
電子過剰 → negative な電子が電気を運ぶ
●ｐ型半導体： Si に微量の B、Al →
電子欠乏→正孔（ positive hole)が電気を運ぶ
●ｎ型半導体とｐ型半導体の接合で様々な機能
半導体のＰＮ接合
電流、電圧
バンド構造
伝導帯
充満帯
電気伝導性
重なっている
エネルギー差が
大きい
エネルギー差が小さい
不純物半導体
P, As
B, Al
充満帯
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