DS930810のブログ

筆者は自然や自然現象に関心が相当あるので自然に関する記事(天文, 地理, 生物)を書いていきたいと思います。かつては1日2記事を適当な時間に投稿していましたが今のところは午後6時に1記事投稿する形にしています。

金属の融点と密度 高いところは原子番号7X番

今回は金属(合金を含まない)のランキングについて書いていきたいと思います。

 

1. 金属原子とは 

金属元素は単体が金属の性質を示す元素のことであり、周期表にある元素の内、半分以上は金属元素であります。

そして、最も原子番号の小さい金属元素はリチウム(Lithium, 3)であり、最も原子番号の大きい金属は原子番号116番のリヴァモリウム(Livermorium)だと考えられています。

しかし、リヴァモリウムはあまりにも原子番号が大きいため、存在期間が極めて短いです。

 

また、元素の中には金属と非金属の間の性質を示す元素も存在しており、最も原子番号が小さい元素はホウ素の5番であります。

ホウ素は周期表では13族に位置しているがすぐ下はアルミニウムとなっており、これは完全な金属であるためホウ素は金属に近いと言えます。

一般に周期表は左に(水素は除く)、または下に行くほど金属としての性質が強くなり、13族のすぐ横にある14族(炭素, ケイ素, ゲルマニウム, 錫, 鉛, フレオヴィウム)では炭素は金属ではないがケイ素の時点で半金属となり、ゲルマニウム以降は完全な金属となります。

そして、13族の左側である12族は全ての元素が金属であり、12族より左側に位置している元素は水素を除いて全て金属原子であります。

※水素は便宜上1族に置かれていますが実際は1族の原子とは性質があまり似ておらず、何族にも当てはまらないといっても過言ではありません。

 

ちなみに17族, 18族の原子はそれぞれハロゲン、希ガス(Noble gasとも言うためNobleの日本語訳である「貴」が使われることもある)と呼ばれ、これらの元素の中には金属元素はありません。

 

このように金属元素には様々な種類があり、原子番号が大きくなればなるほど金属元素の割合が増えてきます、

当然これほどの金属があるため、性質も様々であり、融点や密度も金属によっては大きく異なります。

 

 

 

2. 金属の融点

融点とはある物質が固体から液体になる温度のことであり、物体の温度が融点である時は熱を加えても物質が液体になるために使われ、物質が全て液体になるまでは温度は上がりません。

そして、金属の中で一番融点が低い物質は言うまでも無く水銀であり、水銀は融点が唯一常温を下回っております。

また、二番目に低い金属はガリウムと言われるホウ素族(13族)の金属であり、融点は30℃程しかありません。

 

では、ここからは融点の高い金属について書いていきたいと思います。

例えば鉄なべを熱しても鉄なべの温度が上がるだけであり、鉄が溶けることはありません。

その理由は鉄の融点が熱した時の温度を軽々と上回っており、鉄の融点は大体1,535℃程と言われております。

この温度は赤熱する(物体が可視光を放つ最も低い温度)を上回っており、鉄の融点の高さがうかがえます。

けれどもこの世の中には鉄の融点を軽々と上回っている金属も当然存在しており、6周期元素(セシウム~ラドン, 原子番号55~86)の遷移金属(3~11周期, ハフニウム~金)の当たりが特に高いです。

しかし、金の融点はそこまで高くなく、鉄を下回っており、左隣の白金も鉄よりは高いものの極端ではありません。

そして、実をいうと金の右隣りは最も融点の低い水銀であり、上記とはかなり矛盾しているように見えますがハフニウム(72)~イリジウム(77)の融点は全元素の中でも際立って高く、この中で融点が一番高い元素はタングステン(74)であります。

タングステンの融点は3,400℃を若干超えるほどであり、アセチレンバーナーでも融解しないほどの温度であります。

そして、これほど融点が高いため、電球のフィラメントに用いられています。

また、タングステンは沸点も高く、その温度は太陽の表面温度とほぼ同等であり、厳密にはできないが(太陽の熱は放射によって伝えられているため)太陽の表面に持って行ってもギリギリ液体でいられるといっても過言ではありません。

 

ちなみにタングステン周辺部の金属の融点は下記のようになっております。

72. Hf 2,233 ℃

73. Ta 3,017℃

74. W 3,422 ℃

75. Re 3,186 ℃

76. Os 3,033 ℃

77. Ir 2,466 ℃

78. Pt 1,768 ℃

79. Au 1,064 ℃

80. Hg -38.83 ℃

 

Wikipedia参照

タングステンの周辺部が特に融点が高く、タンタル(Ta)~オスミウム(Os)までの4元素は融点が全元素の中でもトップクラスであります。

 

 

 

3. 金属の密度

金属には軽い金属と重い金属があり、一般的には1族、原子番号の小さい金属ほど密度は小さくなっております。

例えば全金属中で最も低密度の金属であるリチウムは密度が水の半分ほどしか無く、リチウムを水に落とすと水に浮きます(すぐ水と反応してイオン化しますが)。

そして、水よりも密度の小さい金属は全て1族元素であり、ナトリウムとカリウムがそれに属し、カリウムが二番目、ナトリウムが三番目に密度が小さいです。

 

また、水よりも密度は大きいがアルミニウムも密度が小さい金属として有名であり、大体密度は水の2.7倍ほどであります。

しかし、原子番号がより大きい鉄(アルミニウムの倍の26)の密度は水の8倍近くとなり、安定同位体が存在する原子の中で最も原子番号の大きい鉛(82)ともなると密度は水の11倍以上となります。

 

けれども原子番号が増えれば増えるほど密度が大きくなるかと言うとそうではなく、鉛の密度は同族(6族)の遷移金属(72~79)と比較すると密度はかなり小さいです。

その遷移金属とは先ほど挙げた融点の極めて高い金属のことであり、全金属元素中最も密度が高い金属は原子番号76番のオスミウムであり、その密度は鉛のほぼ倍である

22.6 g/㎤にも及びます。

 

特にオスミウム周辺部は密度が極めて高く、レニウム(75)~白金(78)までの金属の密度は水の20倍以上もあります。

そして、オスミウムに次ぐ密度を誇るイリジウム(77)の密度はオスミウムとほぼ同等であり、特にこの2つの密度は際立って高いです。

また、密度が水の20倍を若干下回るが金の密度も相当高く、また、融点のほうでは一番低い水銀の密度も非常に高い値を示しております。

 

余談ではあるが金や白金は価格が非常に高く、金は1g当たり5,000円程度で取引されているがもしこれが1㎤当たりともなると10万円近くにまで跳ね上がります。

 

以上、金属の融点と密度についてでした。

 

 

 

参照記事ですwww.rigelultragiant.com