化学と本の巻~nao blog~

様々な本(小説や実用書)または化学(高校生向け)に関するトピックを紹介していきます。

元素集 化学の巻↓

バナジウム クロム マンガン 鉄について(第4周期)

投稿日:6月 2, 2021 更新日:

・バナジウム(V)について

バナジウムは金属で銀灰色の固体である。腐食や摩耗に強くやわらかくて加工がしやすいのが特徴である。バナジウムを鉄鋼に加えると硬度、耐摩耗性、耐食性を強化することができる。バナジウム鋼にさらに添加剤(種類による)を加えるとクロムバナジウム鋼、ニッケルクロムバナジウム鋼などができる。こうしてできたものが刃物やバネ、工具、切削ドリルなどに使われている。バナジウムの他の特徴として濃硝酸、濃硫酸といった強力な酸にとけることによって+2から+5の電荷になることができる。なので劣化がすくなく寿命の長い電池の開発が期待されている。

分類遷移金属
原子量50.9415
地殻濃度160ppm
色 / 形状銀灰色 / 固体
融点 / 沸点1917℃ / 3420℃
密度 / 硬度6110 kg/m³ / 7
酸化数―3,―1, 0 ,+1 ,+2 ,+3 ,+4 ,+5
存在場所カルノー石、ロスコーライトなど

・クロム(Cr)について

クロムは銀白色の硬い金属である。クロムの最大の特徴は酸素と結びつき強い酸化皮膜をつくることである。実はステンレス(鉄とクロムの合金)はこの作用を活かしているのでさびに強いのである。酸素と結びつくということは実はこれもさびだが、私たちが認識しているさびは茶色く変色したものである。一方でステンレスがさびにくいのはもう既に薄い皮膜=さびができているからである。よってクロムのさびが、ステンレスがさびつくことを防いでいる。

 クロムはさびに強いことを紹介したがメッキとしてインテリア、照明器具、自動車の装飾部分など幅広い製品に使われている。クロムは三価クロム(Cr3+)と六価クロム(Cr6+)の二つに大別されるが六価クロムは非常に毒性があり危険なので注意が必要である。

分類遷移金属
原子量51.9961
地殻濃度100ppm
色 / 形状銀白色 / 固体
融点 / 沸点1857℃ / 2682℃
密度 / 硬度7200 kg/m³ / 8.5
酸化数―2,―1, 0 ,+1 ,+2 ,+3 ,+4 ,+6
存在場所クロム鉄鉱、紅鉛鉱など

六価クロムはメッキ液に含まれていることが多いけど最近は三価クロムで処理する方向に変わっているにゃ。

・マンガン(Mn)について

マンガンは銀白色の金属である。昔は日本の鉱山で取れていたが今はすべて輸入である。しかし近年、深海にマンガン酸化物を主成分の鉄マンガンクラストといったマンガンの団塊が豊富に眠っていることがわかった。これからは資源を取り出す開発が急がれる。

 マンガンは単体ではなく何かの合金の形で利用される。鉄にマンガンを加えると強度が高まるので電車のレールなどに活用される。また私たちの生活の中ではマンガン乾電池またはアルカリ乾電池がよく使われているがどちらも二酸化マンガンが必要である。いまリチウムイオン電池でもマンガンを活用する研究があり実用化すれば安く大容量の電池ができることが期待されている。

分類遷移金属
原子量54.938044
地殻濃度950ppm
色 / 形状銀白色 / 固体
融点 / 沸点1246℃ / 2062℃
密度 / 硬度7440 kg/m³ /6
酸化数0 ,+1 ,+2 ,+3 ,+4 ,+5,+6,+7
存在場所軟マンガン鉱

・鉄(Fe)について

 純粋な鉄は実は銀白色であり純度が高い鉄はさびず酸にも溶けにくくなる。よって鉄はさびやすいイメージがあるが合金がまじっている鉄が身の回りに多いからである。そんな鉄は実は地球に多く存在していて地球の殻はほとんど鉄である。そんな鉄は一番生産されている金属であり世界の95%のも及ぶ。鉄は強度あり加工がしやすい。また鉄鉱石が多くあるので広まった。そんな鉄はもちろん人体にも大事である。鉄は赤血球のヘモグロビンに使われていてこれが酸素を運搬するやくめを果たしてくれる。いわゆる貧血はこの鉄が不足し赤血球が生産できないのが原因である。

分類遷移金属
原子量55.845
地殻濃度41000ppm
色 / 形状銀白色 / 固体
融点 / 沸点1536℃ / 2863℃
密度 / 硬度7874 kg/m³ /4
酸化数0, +2 ,+3
存在場所赤鉄鉱、褐鉄鉱など

鉄と炭素の合金は炭素の含有量によってちがうにゃ。炭素が0.02%以下→純鉄、
0.02%~2%→鋼、2~4.5%→鋳鉄、3%以上 鉄鉱石から直接製造された鉄→銑鉄だにゃ!

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