『金属元素の性質・特徴』ーなぜ光る?伸びる?電気を通す?炎色反応(花火)の原因は?

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周期表に記載されている118種類の元素のうち、およそ5分の4は「金属」です

 

金属という単語自体はよく聞きますが、

どういった性質の物質を「金属」というグループで分類しているのでしょうか?

 

今回は『金属元素の性質・特徴ーなぜ光る?伸びる?電気を通す?炎色反応(花火)の原因は?』として、

「金属とは?ー性質・特徴まとめ」、「光沢・変形・導電性の原因」、「炎色反応はなぜ起こる?ー(花火)の原因」の3つを解説します

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『金属元素の性質・特徴』ーなぜ光る?伸びる?電気を通す?炎色反応(花火)の原因は?

金属元素:金属とは?ー性質・特徴まとめ

 

金属とは、複数の原子が「自由電子」によって結びついた(金属結合)ことにより、

特有の性質・特徴をもつようになった物質のことです。

 

そのため、ざっくりといえば、自由電子をもつ金属結合のできる原子が「金属元素」と言い換えられます。

自由電子というのは、名前の通り金属原子間を自由に動き回れる電子のことです。

 

基本的に金属原子同士が結合すると、電子が運動する軌道が重なり合います

つまり、電子が別の原子へと自由に移動できるようになります

 

イメージしにくいかもしれませんが、

私たちが目にしている「金属」という物質の中では、自由電子があっちへこっちへと原子間を絶え間なく動き回っているのです。

 

そしてこの自由電子こそが、金属特有の光沢や壊れにくさ、電気を通すなどの性質。特徴をもたらしています。

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金属元素:金属光沢の原因ーなぜ光る?

 

金属の光沢と変形性、さらに導電性の原因はすべて「自由電子」です。

 

まずは「金属光沢」、つまり「なぜ光るのか」から説明しましょう。

 

光(色)は、可視光の波長によって決まります

 

太陽光などの光源にはいろいろな光の波長が混ざっているのですが、

何か物質に当たると特定の波長だけ吸収されたり、反射されたりします。

 

こうして私たちの視覚に届いた可視光が「色」として認識されているわけです。

トータルの波長が長ければ「赤」、短ければ「紫」といった具合です

 

では「金属」と「光の波長」に話を移します。

 

金属の中では、自由電子が動き回っていると説明しましたが、このときさまざまな波長の光を吸収しています

 

吸収するだけなら暗く見えるのですが、

その後すぐに再放出するため、結果的には光をそのまま反射しているように映ります

 

つまり、自由電子が光を反射しているように映るため、

感覚的にはまばゆい「光沢」をしているように感じるわけですね。

 

 

金属元素:金属の変形性の原因ーなぜ伸びる?

 

2つ目金属の ”特徴・性質” は「変形性」、「なぜ伸びるのか」です

 

金属に対するイメージの1つに「壊れにくい」という性質があると思います。

鉄や銀などの金属の板を壊してやろうと思っても、曲がるだけだったり、

つぶれる(=伸びる)だけでなかなか分解できないと思います。

 

この ”壊れにくい” という「変形性」は自由電子が力を避けるように動くことができるためで、

原子がスライドしてずれているため、強い力を加えない限りは金属結合を切ることが難しいのです。

 

特にこの特徴は「金」に顕著で、金であれば10-7m程度まで薄く伸ばすことができます。

 

 

金属元素:金属の導電性の原因ーなぜ電気を通す?

 

3つ目の金属の ”特徴・性質” は「電気を通す性質(導電性)」、つまり「なぜ電気を通すのか?」のかです。

 

こちらの原因も「変形性(なぜ伸びるのか)」と同じで、原因は自由電子です

 

電気とは「電荷の流れ」のことですが、自由電子は負の電荷で かつ自由に動き回れるので、

陰極から陽極へ容易に電荷を運ぶことができ、これが固体でも電気を通す「導電性」の原因です。

 

最後は、炎がいろいろな色に変わる「炎色反応」の原因です。

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金属元素:炎色反応はなぜ起こる?ー花火の原因

 

炎色反応とは、金属元素を炎に投入した際に元素特有の光を放つ現象のことです。

炎に色がつく原因は、原子が移動する際に放つ発光です。

 

まず、元素が炎に投入されると強い熱エネルギーを受けます

 

すると、決まった軌道上を運動していた電子に力が加わり、別の外側の軌道に飛ばされます

 

しかし、その移動先の軌道では電子が不足している(上限いっぱいではない)ため、

不安定な状態となり、すぐにもとの内側の軌道に戻ってこようとします

 

この「電子が戻る」ときに、エネルギーを「光」として放出し、

さらにその光の波長が元素ごとに異なるので「炎色反応」として金属を分類できるのです。

 

この発光色は、ストロンチウムなら赤、銅なら青、ナトリウムなら黄色と非常にカラフルなので、彩り豊かな花火に利用されていますね。

 

 

 

以上、『金属元素の性質・特徴ーなぜ光る?伸びる?電気を通す?炎色反応(花火)の原因は?』でした!

 

いかがだったでしょうか?

知っているようで知らない「金属」の一面を紹介できたのなら光栄です。

次章では、こちらも聞き馴染みのある『レアアースとレアメタル』についてご紹介します。

 

ご朗読ありがとうございました<(_ _)>

 

 

「金属元素の性質・特徴ーなぜ光る?伸びる?電気を通す?炎色反応(花火)の原因は?」まとめ

金属とは?ー性質・特徴まとめ

・ 金属とは、複数の原子が自由電子によって結びつき、特有の性質をもつようになった物質のこと

・ 自由電子は、金属原子間を自由に動き回れる電子のこと

金属の光沢(なぜ光る?)・変形性(なぜ伸びる?)・導電性(なぜ電気を通す?)の原因

・ 金属の光沢・変形性・導電性の原因はすべて「自由電子」

・ 金属の光沢は、自由電子が光を吸収・再放出することでみかけ上は「光を反射」しているように見えることに起因する

・ 金属の変形性は、自由電子が力を避けるように動くことができるために、原子が金属結合を壊さず移動できることに起因する

・ 金属の導電性は、自由電子が自由に動き回れ、陰極から陽極へ電荷を運ぶことができることに起因する

炎色反応はなぜ起こる?ー花火の原因は?

・ 炎色反応とは、金属元素を炎に投入した際に元素特有の光を放つ現象のこと

・ 炎色の原因は、原子が内側の軌道に戻ろうとする際に放つ発光色に起因する

・ その発光色の波長が元素ごとに異なるため、炎色反応として金属を分類できる

 

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