はじめに

ここでは、銅と鉄以外の遷移元素について説明していく。銅や鉄・遷移元素全体に関する事項については、以下のページを参照しよう。

  • 遷移元素に共通する性質まとめ
  • 銅の単体・酸化物・銅原子を含む塩の性質や製法について完全解説!
  • 銅の工業的製法「粗銅の精製・電解精錬」について完全解説!〜仕組みから陽極泥の詳細まで〜
  • 鉄の単体・化合物の性質や特徴・製法・イオンの色など完全まとめ!!
  • 鉄の工業的製法(手順・反応式・銑鉄・スラグ・鋼など)
  • 【鉄メッキ】ブリキとトタンの違い・イオン化傾向に基づく錆びやすさの理由などについて完全解説!

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    銀Ag

    単体

    電気陰性度が最大
    Point!

    銀の単体は数ある金属元素の中で電気陰性度が最大である。

    また当然、展性や延性など金属としての基本的な性質も持っている。

    酸化物

    銀Agの酸化物に過剰のNH3aqを反応させると、錯イオンが生成する。

    \[
    2Ag_{2}O(褐色)\overset{過剰のNH_{3}aq}{→} [Ag(NH_{3})_{2}]^{+}
    \]

    (錯イオンについて詳しいことは【錯イオン】色・配位数・形・価数・命名法を総まとめを参照)

    また、酸化物が生成するときの反応も確認しておこう。

    \[
    Ag^{+} \underset{少量のNH_{3}aq}{\overset{NaOHaq}{\longrightarrow}} Ag_{2}O(褐色)
    \]

    銀イオンAg+に少量の塩基を加えると、褐色の酸化銀Ag2Oの沈殿が生成する。

    例として、硝酸銀AgNO3と水酸化ナトリウムNaOHの反応をチェックしておこう。

    \[
    2AgNO_{3} + 2NaOH → Ag_{2}O + 2NaNO_{3} + H_{2}O
    \]

    硝酸銀AgNO3, 臭化銀AgBr
    Point!

    銀を含む塩の中で覚えてほしいのは硝酸銀AgNO3と臭化銀AgBr(を含めたハロゲン化銀)である。

    AgNO3水溶液は光で分解してしまうため褐色ビンに入れて保存する。

    AgBrやAgClなどのハロゲン化銀は感光性を持っており写真のフィルムなどに用いられる。(ハロゲン化銀が絡んだ写真の原理については写真の現像(ハロゲン化銀の利用)を参照。)

    金Au

    化学的性質

    溶かすには王水が必要
    Point!

    金の単体は、イオン化傾向が非常に小さく化学的に安定である。

    従って、王水(濃HNO3:濃HCl=1:3)でしか溶かすことができない。

    物理的性質

    金の単体は、展性と延性が極めて大きい。従って、加工しやすく多くの装飾品に使われている。(展性・延性について詳しくは「金属結合とは?特徴や強さ、自由電子の役割などを例を用いて解説!」を参照)

    白金Pt

    溶かすには王水が必要
    Point!

    白金は金と同様、イオン化傾向が小さく安定している。従って、白金の単体を溶かすときにも王水が必要となる。

    また、白金は工業用の触媒として使われるケースが多い。特にオストワルト法の第一段階で利用させていることは頻出なのでしっかり押さえておこう。

    クロムCr

    単体

    不動態を作りやすい
    Point!

    クロムの単体は、不動態を作りやすく濃硝酸で溶かすことができない。(不動態に関して詳しいことは【暗記法】不動態とは?定義から一覧、覚え方まで大公開!をチェック!)

    また、クロムを含む合金として「ステンレス鋼」というものが知られている。この合金は、鉄FeとクロムCrとニッケルNiからできており非常にさびにくく、キッチンなどに利用されている。

    合金について詳しくは化学・化学基礎で頻出の「めっき・合金」の一覧とその特徴完全まとめ!!を確認しよう。

    イオン・化合物

    クロム酸カリウム K2CrO4
    二クロム酸カリウム K2Cr2O7
    Point!

    クロムの化合物で覚えておかなければいけないのはクロム酸カリウムK2CrO4と二クロム酸カリウムK2Cr2O7の2つ。

    クロム酸カリウムK2CrO4

    ・黄色の結晶
    ・水溶液の色(CrO42-の色)も黄色
    Point!

    クロム酸カリウムK2CrO4に関して、上のポイントを押さえておこう。
    K2CrO4は黄色の結晶で、水溶液の色(=K2CrO4が電離して発生したCrO4の色)も黄色である。

    二クロム酸カリウムK2Cr2O7

    ・赤橙色の結晶
    ・水溶液の色(Cr2O72-の色)も赤橙色
    Point!

    K2Cr2O7は赤橙色の結晶で、水溶液の色(=K2Cr2O7が電離して発生したCr2O72-の色)も赤橙色である。

    また、K2Cr2O7は強力な酸化剤として働く、ということも知っておく必要がある。

    \[
    Cr_{2}O_{7}^{2-} + 14H^{+} + 6e^{-} → 2Cr^{3+} + 7H_{2}O
    \]

    先ほど説明したようにCr2O72-は赤橙色であるのに対し、この時生成するCr3+の色は緑であるということ覚えておこう。

    ちなみにこのイオン反応式は半反応式と呼ばれるもので高校化学「半反応式・酸化還元反応式の作り方」完全マスター講座!!のページにある手順に従って作ることができる。まだ知らなかったら確認しておこう。

    CrO4とCr2O72-の平衡反応

    Point!

    水溶液がの液性が酸性に傾くと、CrO4がCr2O72-に、塩基性に傾くとCr2O72-がCrO4になる。

    これは、ルシャトリエの原理によって説明することができる。

    \[
    CrO_{4}^{-}(黄)+ H^{+} ⇄ Cr_{2}O_{7}^{2-}(赤橙) + OH^{-}
    \]

    水溶液を酸性にするということは上の式のH+が増えるということ。
    H+が増えると(ルシャトリエの原理により)H+を減らす方向に平衡が移動するので…

    \[
    CrO_{4}^{-}(黄)+ H^{+} → Cr_{2}O_{7}^{2-}(赤橙) + OH^{-}
    \]

    結果的にCr2O72-が増えることになる。
    また、Cr2O72-の色は赤橙色なので水溶液の色も当然赤橙色に変化する。

    反対に、水溶液の液性を塩基性にしていくとOHが増えるので平衡は左側に移動する。

    \[
    CrO_{4}^{-}(黄)+ H^{+} ← Cr_{2}O_{7}^{2-}(赤橙) + OH^{-}
    \]

    結果として、 CrO4が増えるので水溶液の色は黄色となる。

    マンガンMn

    過マンガン酸カリウム KMnO4
    酸化マンガン(Ⅳ)MnO2
    Point!

    マンガンに関しては過マンガン酸カリウムKMnO4と酸化マンガン(Ⅳ)MnO2の性質を知っておけば問題ない。

    過マンガン酸カリウムKMnO4

    過マンガン酸カリウムKMnO4の水溶液は赤紫色で、強力な酸化剤として働く。

    ただし、酸性下では淡桃色(薄ピンク色)のMn2+になるのに対して、中性・塩基性下では黒色のMnO2が生成する。

    \[
    酸性下:MnO_{4}^{-} + 8H^{+} + 5e^{-} → Mn^{2+} + 4H_{2}O\\
    塩基性下:MnO_{4}^{-} + 4H^{+} + 3e^{-} → MnO_{2} + 2H_{2}O
    \]

    酸化マンガン(Ⅳ)MnO2

    酸化マンガン(Ⅳ)MnO2は酸化剤として働く場合と触媒として働く場合がある。

    酸化剤

    酸性下では、酸化マンガンは酸化剤として働く。

    例として、MnO2とHClによるCl2の発生反応を見てみよう。

    \[
    MnO_{2} + 4HCl → MnCl_{2} + Cl_{2} + 2H_{2}O
    \]

    触媒

    酸化マンガンは、”触媒”として過酸化水素H2O2や塩素酸カリウムKClO3の分解を促進し、O2を発生させる。

    \[
    2H_{2}O_{2} → O_{2} + 2H_{2}O\\
    2KClO_{3} → 3O_{2} + 2KCl
    \]

    これらの反応含め気体の製法については覚えておく必要がある。気体の製法(反応式・原理・注意事項など)を参考にしよう。

    コバルトCo

    塩化コバルト(Ⅱ)CoCl無水物は水分を吸収すると青色から淡赤色に変化する。

    \[
    CoCl_{2}(青色)\overset{水}{→}CoCl_{2}・6H_{2}O(淡赤色)
    \]

    したがって、硫酸銅と同様に水分の検出に用いられる。

    チタンTi

    光を吸収して触媒作用を示す物質を光触媒という。白色顔料として用いられるチタンの酸化物酸化チタン(Ⅳ)TiO2は有名な光触媒である。

    TiO2は紫外線を吸収すると表面に付着した水分子を酸化し、反応性の高いヒドロキシラジカルと呼ばれる粒子が生じる。

    ヒドロキシラジカルは汚れの原因となる有機化合物から電子を奪い酸化分解するのでTiO2の表面は綺麗な状態に保たれる。

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