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 ●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
＋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。 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 自由電子 引力 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 → 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 ● 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 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） ● 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 (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） クロム、ニッケル ●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 軽い、強い、耐食性が高い、高価 ●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 侵入型合金 （金銀合金、真鍮等） （ 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 Si P, As B、Al 絶縁体、半導体、導体 半導体： 真性半導体、不純物半導体 ●元素 Si P, As B、Al 価電子数 ４ ５ 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 エネルギー差が小さい エネルギー差が大きい
不純物半導体 (p. 58) P, As B, Al 充満帯