金属元素の性質；


*　基礎実験；

　*　イオン化傾向の違いを見る：
　リチウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛、鉄、ニッケル、スズ、銅などを、各少量を試験管に取り、水を注いでみる。すると、リチウムとカルシウムは激しく水素を発生して溶解してそれぞれの水酸化物を生じる。（加熱すると、マグネシウムは水と反応して水素を発生し、水酸化マグネシウムの沈殿を生じる。）

　次に、それぞれに塩酸を注ぐと、マグネシウムは非常に激しく反応し、また、アルミニウム、亜鉛、鉄が反応し水素を発生し、それぞれの塩化物になって溶ける。スズはわずかに水素を発生して溶けるが非常に遅い。銅、（銀、白金、金）は、加熱しても全く反応しない。（銅の酸化皮膜のみ溶解する。）
　銅、銀、水銀など、Ｈよりも貴な金属は、硝酸のような酸化性の酸に溶ける。この場合、水素は発生せず窒素の酸化物（希硝酸のときＮＯ、濃硝酸のときＮＯ2）が生じる。白金や金などは王水（濃塩酸3：濃硝酸1）を使って初めて溶解する。鉄、ニッケルは濃硝酸には、表面に化学的に不活性な酸化皮膜ができて（不働体）溶けない。）
　金属のイオン化傾向は、
　　Ｃｓ＞Ｒｂ＞Ｋ＞Ｎａ＞Ｂａ＞Ｃａ＞Ｌｉ＞Ｍｇ＞Ａｌ＞Ｚｎ＞Ｆｅ＞Ｎｉ＞Ｓｎ＞Ｐｂ＞（Ｈ）＞Ｈｇ＞Ｃｕ＞Ａｇ＞Ｐｔ＞Ａｕ
　のようになる。
　アルミニウムは水酸化ナトリウムにも溶けて水素を発生しアルミン酸ナトリウムを生じる。
　アルミニウム、ガリウム、亜鉛、錫などのように酸にもアルカリにも溶ける金属を両性金属という。

*　金属の実験室的製法；

　*　アルカリ金属；
　・　Ｌｉ（リチウム）：塩化リチウムをピリジンに溶解させ電解すると、陰極に析出するので、そのまま実験に用いる。
　・　Ｎａ（ナトリウム）、Ｋ（カリウム）：実験室的には簡単に作ることは出来ない。（塩化物や水酸化物（危険）の溶融電解、ただし、生成した金属の小片はその場ですぐに燃焼してしまう。水溶液からは水銀（毒）を陰極としてアマルガム（水銀との合金）が生じるので、そのまま実験に用いる事が可能。いずれにしても危険なのでお勧めできない。）

　*　アルカリ土類金属；
　・　Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）：（工業的には無水塩化物の溶融電解によって作られている。ただし、塩化マグネシウム六水塩は熱するとＨＣｌを放って分解するので、塩化アンモニウムとの複塩を加熱分解して無水塩を得る。）

　*　土類金属；
　・　Ａｌ（アルミニウム）：（弗化物塩（螢石と氷晶石の混合物）を溶剤としたアルミナ（Al2O3）の溶融電解による。アルミナはボーキサイトを精製して作られる。初期には無水塩化物のナトリウムによる還元によって作られていた。）
　・　Ｇａ（ガリウム）：ガリウム酸ナトリウムＮａ2ＧａＯ3水溶液を鉄の針金を陰極として電解すると容易に生成する。出来たガリウムは電解中の発熱で溶融しフラスコの下に溜まる（融点29.78°Ｃ）。
　・　Ｉｎ（インジウム）：（ガリウムに同じ、ただし、溶融しない）
　・　Ｂ（ホウ素）：ホウ酸をるつぼ中で加熱（発泡するので注意して加熱）により脱水して三酸化ホウ素にする。次に、マグネシウム粉末とよく混ぜ強熱すると還元されてホウ素が生じる。生成物を酸洗・煮沸すると灰〜褐色のホウ素が残る。

　*　希土類金属；
　・　La（ランタン）、Ce（セリウム）、Nd（ネオジム）、Y（イットリウム）、Gd（ガドリニウム）など、すべて工業的に無水塩化物の溶融電解によって作られる。性質が同じような元素群なので電解前の時点でそれぞれの分離精製が難しい。

　*　炭素族（第四族Ａ）；
　・　Ｓｉ（ケイ素）：無水珪酸ＳｉＯ2をマグネシウムで還元して得られる。（精製には、酸洗およびアルカリ溶融（危険）により行う。工業的には無水珪酸とコークスの混合物を加熱して塩素ガスを通じ四塩化珪素（SiCl4）を作り、これを精留してからマグネシウムで還元する。）
　・　Ｓｎ（スズ）：塩化第一スズＳｎＣｌ2水溶液の電解、あるいはマグネシウムや亜鉛などの浸漬による置換（還元析出）による。
　・　Ｐｂ（鉛）：硝酸鉛Ｐｂ（ＮＯ3）2水溶液の電解、あるいは還元析出。または、一酸化鉛ＰｂＯをボ−トに乗せガラス管中にセットし、都市ガスやプロパンガスを流しつつ加熱すると還元されて出来る（水素還元は危険）。
　または、一酸化鉛ＰｂＯに木炭粉を混ぜて強熱すると容易に還元される。ＰｂＯは方鉛鉱ＰｂＳを空気中で煤焼して得られる。（工業的には硫化鉱をある条件下で燃焼させることにより、直接的に粗メタルを得ている。（Ｐｂ、Ｃｕ、Ｎｉなど（マット溶錬）））

　*　銅族（第一族Ｂ）；
　・　Ｃｕ（銅）：硫酸銅、塩化銅などの水溶液の電解。または、加熱した酸化銅ＣｕＯをアルコ−ル蒸気で還元。工業的には、マット溶錬によって作られた粗銅（銀、金、ヒ素などを含む）を硫酸銅浴にて電解精錬し（電気銅）、それを脱酸素処理すると電線などへの加工に使用できる無酸素銅になる。電解時に陽極の下に生成する陽極泥からは銀などの貴金属が回収される。
　・　Ａｇ（銀）：硝酸銀水溶液へのマグネシウムや亜鉛などの浸漬、または電解（電気銀）。

　*　亜鉛族（第二族Ｂ）；
　・　Ｚｎ（亜鉛）：硫酸亜鉛ＺｎＳＯ4または亜鉛酸(あえんさん）ナトリウムの水溶液の電解（亜鉛メッキに同じ）によって作られる（電解亜鉛）。また、亜鉛の蒸気圧が高い事を利用して、酸化亜鉛にコ−クスを混合して蒸留して作られている。

　*　鉄族（第八族）；
　・　Ｆｅ（鉄）：第一鉄塩の水溶液を電解すると生成する。（電解鉄）　または、酸化第二鉄をアルミニウム粉末で還元すると激しく発熱して溶融し、スラグと分離した形で塊状に生成する。（テルミット反応）
　・　Ｎｉ（ニッケル）：硫酸ニッケル水溶液の電解。（メッキと同様）
　・　Ｃｏ（コバルト）：塩化コバルト水溶液の電解。

　・　Ｐｔ（白金）：塩化白金酸アンモニウムを加熱すると海綿状白金が得られる。また、この水溶液を石綿やゼオライトなどにしみ込ませ強熱すると、酸化触媒として有効な白金石綿などが出来る。
　　　　　

　【　参考　】

　　　　　　　　　　　　酸化還元電位表

　　　　　　　　　　還元剤
　　２.７１４Ｖ 　　Ｎａ 　　　　　←→ Ｎａ+　　　　　＋ ｅ-
　　２.３６３ 　　　Ｍｇ 　　　　　←→ Ｍｇ2+ 　　　　＋ ２ｅ-
　　１.６６２ 　　　Ａｌ 　　　　　←→ Ａｌ3+ 　　　　＋ ３ｅ-
　　０.８２８ 　　　Ｈ2 ＋ ２ＯＨ- ←→ ２Ｈ2Ｏ 　　　 ＋ ２ｅ-
　　０.７６３ 　　　Ｚｎ 　 　　　 ←→ Ｚｎ2+ 　　　　＋ ２ｅ-
　　０.４４７ 　　　Ｓ2- 　 　　　 ←→ Ｓ　　　　　　 ＋ ２ｅ-
　　０.４４０ 　　　Ｆｅ 　 　　　 ←→ Ｆｅ2+ 　　　　＋ ２ｅ-
　　１.２５０ 　　　Ｎｉ 　 　　　 ←→ Ｎｉ2+ 　　　　＋ ２ｅ-
　　０.１２６ 　　　Ｐｂ　　　　　 ←→ Ｐｂ2+ 　　　　＋ ２ｅ-
　　０.０００ 　　　Ｈ2　　　　　　←→ ２Ｈ+　　　　　＋ ２ｅ-
　−０.３３７ 　　　Ｃｕ 　 　　　 ←→ Ｃｕ2+ 　　　　＋ ２ｅ-
　−０.４０１ 　　　４ＯＨ- 　　　 ←→ ２Ｈ2Ｏ ＋ Ｏ2 ＋ ４ｅ-
　−０.５３６ 　　　２Ｉ- 　　　　 ←→ Ｉ2　 　　　　 ＋ ２ｅ-
　−０.７７１ 　　　Ｆｅ2+　　　　 ←→ Ｆｅ3+　　　　 ＋ ｅ-
　−０.７９９ 　　　Ａｇ 　 　　　 ←→ Ａｇ+　　　　　＋ ｅ-
　−１.０８７ 　　　２Ｂｒ- 　　　 ←→ Ｂｒ2 　　　　 ＋ ２ｅ-
　−１.２２９ 　　　２Ｈ2Ｏ 　　　 ←→ ４Ｈ+ ＋ Ｏ2 　＋ ４ｅ-
　−１.３６０ 　　　２Ｃｌ- 　　　 ←→ Ｃｌ2 　　　　 ＋ ２ｅ-
　−１.４９８ 　　　Ａｕ　　　　　 ←→ Ａｕ3+ 　　　　＋ ３ｅ-
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　酸化剤

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　戻る