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 (p. 58)