KIMIKA!|基礎から学ぶ高校化学

化学と金属

約 5 分
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地殻の中で…

鉄は、みんなにとって一番身近な金属なんじゃないかな。家電製品や自転車、自動車などにも使われているからね。

今回はその「鉄」に関することを、化学に絡めて説明していこうと思う。

 
鉄についてまず知っておいてほしいのは、地殻中に含まれる金属の中で2番目に多い金属であるという点だ。

ちなみに、1位はアルミニウム、3位はカルシウム。

地殻に含まれる順位に関しては、定期テスト等でも聞かれる恐れがあるからきちんと押さえておこう。

鉄の製法

次は、鉄がどのように作られているかということについて説明していこう。

鉄は、最初からボクたちが普段見ているような状態で存在しているわけではない。

はじめは基本的に、鉄鉱石という状態で発見される。(鉄鉱石の主成分は赤鉄鉱

鉄鉱石って言葉は聞いたことがあるんじゃないかな。ゲームや漫画の中でよく出てくるね。

この鉄鉱石にいろいろ加工をしていくことによって、普段よく見るような「鉄」を作っていくんだ。

鉄の製法についてまとめてみよう。

【STEP1】
溶鉱炉内で赤鉄鉱に、石灰石(CaCO3)とコークス(C)を加える。
銑鉄が生成。
【STEP2】
銑鉄を転炉に入れて、酸素を吹き込む。
が生成。

【STEP1】で銑鉄(せんてつ)が生成されたが、炭素が非常に多く含まれているため実際利用するにはもろすぎる(弱い)んだ。
そこで、【STEP2】に書いたように、酸素を吹き込む。
そうすることで炭素の含有量を減少させることができ、結果的に硬くて丈夫な(こう)が得られる。

鉄についてこれ以上詳しいことは「無機化学」で扱われているので、ここではこの辺にしておこう。

銅の性質

銅も、鉄同様見慣れた金属だよね。

銅の性質で最も大切なのは、電気や熱を通し易いということだ。

この性質は非常に多くのところで利用されているね。
例えば、銅線とか電池とか。

また、銅は非常に柔らかく加工し易い性質展性延性という)も持っているんだ。
よって、アクセサリーや、十円玉等の硬貨の原料にもなっている。

銅の製法

鉄もそうだったけど、銅も最初からいつもの状態で存在してるわけじゃない。
その製法についてまとめてみよう。

【STEP1】
溶鉱炉内で鉱石の一種である黄銅鉱に、石灰石(CaCO3)とコークス(C)を加えて加熱
硫化銅(Cu2S)が生成
【STEP2】
硫化銅を転炉に入れて、酸素を吹き込む。
粗銅が生成。
【STEP3】
粗銅を電解精錬
純銅を生成。

粗銅というのは不純物を含んだ銅のこと。純銅というのは不純物をほとんど含まない銅。
電解精錬について、その詳しい反応などは「無機化学」の方で学ぶ。

アルミニウム

地殻中で…

鉄のところで紹介したように、アルミニウムは地殻中に最も多く含まれる元素だ。
そのため手に入れ易く、人々の生活の中にもかなり浸透している。

アルミニウムの性質

アルミニウムの一番の特徴は、非常に軽いということだ。

これを生かして、新幹線や飛行機の車体などあまり重量を増やしたくないところに利用されている。
また、銅と同様電気伝導性も高いため、送電線としても使われることも多い。

アルミニウムの製法

【STEP1】
ボーキサイトから、アルミナを生成。
【STEP2】
アルミナを溶解塩電解する。

ボーキサイトは、多くの不純物を含んでいるため、これをより純粋なアルミナ(不純物の少ない酸化アルミニウム)に変える。
それに溶解塩電解という操作を行うことにより、純粋なアルミニウムが得られる。

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