Materials Science and Engineering

Presentation on theme: "Materials Science and Engineering"— Presentation transcript:

1 Materials Science and Engineering
電気電子材料 Materials Science and Engineering 電気電子工学科　２年次 鮫島俊之、飯村靖文

2 Introduction 1．講義ノートはホームページからダウンロードする
　１） 　２）講義ノートのメニューバーをクリック 　３）2015年電気電子材料 (2年次前期)のコーナーの電気電子材料 (ppt) をクリック

3 Introduction ２．概要・目標 エレクトロニクス機器を構成する多くの材料の知識特徴を習得することを目標とする。単元素材料のみならず数多く開発されている化合物材料の特性を系統的に学ぶ

4 Introduction ３．授業内容 教員の講義のみならず学生自身の参加型授業を行う。
学生独自の材料調査を行いレポートとプレゼンテーションを行う。 ４．必修科目 ５．成績評価：レポート、発表

5 MOTIVATION 電気電子機器には実にさまざまな材料が利用されている。 それらは単体元素であり、化合物である。
それらは主たる構成物質であり、添加物である。 そして最良最適の材料の開発の歴史がある。

6 MOTIVATION 電気電子機器に強くなるために材料に強くなろう。 世の中にはどんな材料があるのかを勉強しよう。
そして将来の技術開発ための知恵知識を身につけよう。

7 授 業 内 容 ・周期律表のさまざまな元素を解説する。 ・絶縁体、金属、有機物、半導体の特徴について 解説する。
授　業　内　容 ・周期律表のさまざまな元素を解説する。 ・絶縁体、金属、有機物、半導体の特徴について 　解説する。 ・宿題を課す。→各自レポート提出。 ・グループを組み材料探査調査を行う。 ・調査した材料のレポートを作成する。 ・調査内容を発表する。

8 授 業 内 容 回月日 内 容 講師 １回4/9 イントロダクション 鮫島 及び周期律表の元素の解説
授　業　内　容 回月日　　　　　　内　　　　容　　　　　　　　　　講師 １回4/9　　　イントロダクション 鮫島 　　　　　及び周期律表の元素の解説 2回4/16 　　　周期律表の元素の解説　　　　鮫島　 3回4/23 　　　絶縁体についての解説 飯村 ４回4/30 　 金属体についての解説　 飯村 5回5/7　 半導体についての解説　　　　 鮫島 6回5/14 　　 有機物体についての解説　　　 飯村 7回5/21　　 半導体についての解説　　 上野・蓮見

9 授 業 内 容 8回5/28 学生の材料調査 飯村（鮫島）&TA 9回6/4 有機物体についての解説 飯村
授　業　内　容 8回5/28 　　　 学生の材料調査　　　　　　　飯村（鮫島）&TA 9回6/4　 有機物体についての解説　　　 飯村 10回6/ 学生の材料調査　　　　　　　鮫島（飯村）&TA 11回6/18 　　磁性体についての解説　　　　　清水大 12回6/25　　半導体についての解説　　　　 　鮫島 13回7/2 学生の材料調査結果発表会　　飯村・鮫島&TA 14回7/9 学生の材料調査結果発表会　　飯村・鮫島&TA 15回7/16 学生の材料調査結果発表会　　飯村・鮫島&TA

10 学生諸君材料探査調査 電気電子材料事典 ・身近なデバイスに使われている材料を調査する。
・どのような材料、材料のどのような作用が利用されているか解説する。図面データ付。 ・構造・特性：構造的特徴、主な重要な諸特性を詳しく分かりやすく解説する。図面データ付。 ・歴史：当該材料がいかにして発見あるいは開発されたかを調査し解説する。 ・分量に制限無し 電気電子材料事典 東京農工大学電気電子工学科

11 学生諸君材料探査調査 電気電子材料事典 ・5-10人程度のＧｐでの調査 ・先輩学生諸君がTAを務める。 ・期間：5月28日～7月2日
・１Ｇｐ15個の材料調査を目標とする。 電気電子材料事典 東京農工大学電気電子工学科

12 調査対象材料群 IV半導体、II-VI化合物半導体、III-V化合物半導体
絶縁体（半導体デバイス用（誘電体））,絶縁体（電力用）、絶縁体（光学デバイス用） アルカリ金属、アルカリ土類、遷移金属、レアメタル、 磁性体、強誘電体、超伝導体 有機物

13 元素の周期表 L A 1 2 3 4 5 6 7 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 8 H
典型金属元素 半金属元素 非金属元素 遷移金属元素 希ガス L A 1 2 3 4 5 6 7 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 8 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Co Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Rh Cs Ba Hf Ta W Re Os Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Ir Fr Ra La Ce Pr Nd Pm Sm Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Eu Ac Th Pa U Np Pu Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Am

14 元素の周期表の歴史 19世紀中頃までにすでに多数の化学元素が発見されていた． 当然疑問が起こった
これらの元素は何か相互に関連があるのだろうか？ それともそれらがもっている性質は全く偶然的なものであり， 相互に関係はないのだろうか？ 部分的法則性は早くから発見されていた D.I.メンデレエフに至ってはじめて，あらゆる元素を単一の体系に結び付ける一般的な法則の確立がなされた。

15 元素の周期表 D.I.メンデレエフ元素の体系の基本的な事実：
元素を原子量の増していく順序にならべると類似の性質をもった元素が周期的にあらわれる。 そして著しい事実 平均的原子量と原子番号とのあいだには簡単な単調増加の関係がある。

16 元素の周期表の特徴 L A ！第1行目はたった2つの元素から成っている．それは1価の元素の水素で始まり，稀ガスのヘリウムで終る． 1 2 3
4 5 6 7 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 8 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Co Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Rh Cs Ba Hf Ta W Re Os Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Ir Fr Ra La Ce Pr Nd Pm Sm Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Eu Ac Th Pa U Np Pu Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Am

17 Hと太陽

18 Hと太陽 半径 6.96×108 m 質量 1.99×1030 kg 平均密度 1.41 g/cm3 表面重力 274 m/s2
光球の組成 水素 % ヘリウム % 酸素 % 炭素 % 鉄 % ネオン % その他 % 窒素 　　0.09 % ケイ素 % マグネシウム 0.05 % 硫黄 %

19 Hと太陽 太陽中心部：熱核融合によって水素がヘリウムに変わる。1秒間に430万トンの水素質量が3.8 ×1026 Jのエネルギー に変換されている。 (1) p + p → 2H + e+ + νe (2) 2H + p → 3He + γ (3) 3He + 3He → 4He + p + p 太陽黒体放射

20 Hと太陽 太陽中心部：熱核融合によって水素がヘリウムに変わる。1秒間に430万トンの水素質量が3.8 ×1026 Jのエネルギー に変換されている。

21 元素の周期表の特徴 L A ！3番の元素－リチウム－は再び1価である．それは典型的な金属であり，きわだった塩基性をもっている．
！右の方へ行くにつれてこれら2つの性質は著しく弱くなり，しだいに反対の性質があらわれてくる． ！最後に9番の元素－弗素－はリチウムと正反対である．それは典型的な非金属であり，きわだった酸性をもっている． ！それから稀ガスのネオンが続く L A 1 2 3 4 5 6 7 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 8 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Co Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Rh Cs Ba Hf Ta W Re Os Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Ir Fr Ra

22 元素の周期表の特徴 L A ！そのあとにアルカリ金属のナトリウム（11番）がくる． ！そしてすぐ前の周期のすべての様相が繰り返され，
！8つの元素（ナトリウムも含めて）を経て再びアルカリ金属 のカリウムに出会う． ！これの1つ前は稀ガスのアルゴン（18番）である． ！典型的な金属から典型的な非金属への移行は，－珪素（14番）－を経て行なわれる．この元素は金属的および非金属的形態を呈する． L A 1 2 3 4 5 6 7 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 8 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Co Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Rh Cs Ba Hf Ta W Re Os Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Ir Fr Ra

23 元素の周期表の特徴 L A ！その次の，第4の，カリウムで始まる周期は，今度は8つではなく18の元素で完結する．
！カリウムの次のアルカリ金属－ルビジウム－は37番目の場所にある． ！ルビジウムのあとには，やはり18の元素から成り，54番，稀ガスのキセノンで終る新たな周期が続く． L A 1 2 3 4 5 6 7 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 8 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Co Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Rh Cs Ba Hf Ta W Re Os Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Ir Fr Ra

24 元素の周期表の特徴 L A ！その次にまたアルカリ金属のセシウム（55番）がくる。
これは32の元素を含む最も長い周期の始まりをなすものである． ！これらの32の元素の中で，ランタンに続く58番から71番までの14元素は特殊な組を形作っている． ！これらの元素は希土類あるいは「ランタニド」とよばれるものであって，極めて近い化学的性質をもっている。 ！化学的性質の近縁性のゆえに，それらに対しては周期表の1こまが与えられ，そしてその1組全体が別個にかかげられている． L A 1 2 3 4 5 6 7 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 8 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Co Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Rh Cs Ba Hf Ta W Re Os Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Ir Fr Ra La Ce Pr Nd Pm Sm Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Eu Ac Th Pa U Np Pu Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Am

25 元素の周期表の特徴 L A ！87番の元素で始まる最後の周期は，不安定な自然放射性元素から成っている．
！自然界で出会う元素の中で最も重い元素－ウラン（92番）－は最近まで周期系の最後の元素でもあった． ！しかし近年，より重い元素－「超ウラン」元素が人工的につくられるようになった． ！それらの元素の化学的性質の研究と，それらより前の方にある諸元素の化学的性質の再検討の結果，希土類金属－「ラタンニド」－の組に類似の，化学的性質の近い元素―「アクチニド」―の組をなす． L A 1 2 3 4 5 6 7 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 8 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Co Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Rh Cs Ba Hf Ta W Re Os Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Ir Fr Ra La Ce Pr Nd Pm Sm Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Eu Ac Th Pa U Np Pu Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Am

26 電子配置 ・元素は原子核と電子からなる。 ・原子核は陽子と中性子からなる。 ・陽子は正電荷、 ・中性子は中性、 ・電子は負電荷である。
・電子と陽子は同じ数である。 ・よって原子は中性である。 ・原子核は小さく、その周りに、 非常に強い電気引力を電子に及ぼす。 ・電子は原子核のポテンシャルの中で 分布する。

27 電子配置 ・電子は同じ状態を只一つしか 占める事ができない性質をもつ。 （光はいくつも占められる） ・電子はそのエネルギーにより
Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎと違う状態になり ・その角運動量により、 s, p, d, fと違う状態を持つ。 （エネルギーと角運動量は 1年力学で勉強した量に似た ものである） ・電子はスピン自由度2を持つので 上記状態を2個占めて安定となる。

28 電子配置 ・元素の化学的性質は最外殻の 電子の状態によって決まる。 ・d, f電子は角運動量が大きく 異方的空間分布により、
部分的により外側の殻のs電子 よりも外にはみ出す。 よって最外殻の電子数が多く なることがある。そして様々な 化学的性質を発現する。 遷移金属が典型的である。

29 電子配置 H 水素

30 電子配置 He ヘリウム

31 電子配置 Li リチウム s

32 電子配置 Be ベリリウム s s

33 電子配置 B ホウ素 s s p

34 電子配置 C 炭素 s s p p

35 電子配置 N 窒素 p s s p p

36 電子配置 O 酸素 p p s s p p

37 電子配置 F フッ素 p p s s p p p

38 電子配置 Ne ネオン p p p s s p p p

39 １－３周期目

40 ４周期目

41 元素の周期表 L A アルカリ金属 ハロゲン 半金属 半導体 遷移金属 希ガス アルカリ土類金属 1 2 3 4 5 6 7 1A 2A
典型金属元素 半金属元素 非金属元素 遷移金属元素 希ガス L A 1 2 3 4 5 6 7 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 8 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Co Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Rh Cs Ba Hf Ta W Re Os Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Ir Fr Ra La Ce Pr Nd Pm Sm Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Eu Ac Th Pa U Np Pu Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Am アルカリ金属 ハロゲン 半金属 　　半導体 遷移金属 希ガス アルカリ土類金属

42 元素の周期表 L A アルカリ金属 アルカリ土類金属 1 2 3 4 5 6 7 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B
典型金属元素 半金属元素 非金属元素 遷移金属元素 希ガス L A 1 2 3 4 5 6 7 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 8 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Co Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Rh Cs Ba Hf Ta W Re Os Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Ir Fr Ra La Ce Pr Nd Pm Sm Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Eu Ac Th Pa U Np Pu Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Am アルカリ金属 アルカリ土類金属

43 元素の周期表 Alkaline and earth Alkaline earth metals：
The elements of the first column, not counting hydrogen, are called the alkali metals, and they are all fun to throw into a lake. Alkali metals react with water to release hydrogen gas, which is highly flammable. When you throw a large enough lump of sodium into a lake, the result is a huge explosion a few seconds later. Chemistry is a bit like that: powerful enough to do great things in the world, but also dangerous enough to do terrible things just as easily. The elements of the second column are called the alkali earth metals. Like the alkali metals, these are relatively soft metals that react with water to liberate hydrogen gas. But where the alkali metals react explosively, the alkali earths are tamer-they react slowly enough that the hydrogen does not spontaneously ignite, allowing calcium(20), for example, to be used in portable hydrogen generators.

44 元素の周期表 アルカリ金属(alkali metals)： ・第1族元素のうち水素を除いた元素。 ・単体では最外殻s軌道を１電子が占める。
・イオン化エネルギー小さい。重たい元素ほど小さい。 ・周期が大きいほど金属性強い ・空気中の酸素と激しく反応して酸化物M2Oを形成する。 ・イオン型水素化物ＭＨを形成する。 ・ハロゲン化物を形成する。

45 元素の周期表 アルカリ土類金属 (alkaline earth metals)：
・周期表の第2族に属する典型元素でのうち、カルシウム・ストロンチウム・バリウム・ラジウム ・核電荷が同一周期の1族元素より大きい為、アルカリ金属よりも原子間の結合が強く、単体の融点はアルカリ金属よりも高い。 ・1族元素よりもイオン半径が小さい。それ故、2族元素塩の結晶格子は小さい。 ・結合は強く結びついており、1族元素塩に比べ2族元素塩の溶解性は小さい

46 元素の周期表 L A 遷移金属 1 2 3 4 5 6 7 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B
典型金属元素 半金属元素 非金属元素 遷移金属元素 希ガス L A 1 2 3 4 5 6 7 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 8 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Co Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Rh Cs Ba Hf Ta W Re Os Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Ir Fr Ra La Ce Pr Nd Pm Sm Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Eu Ac Th Pa U Np Pu Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Am 遷移金属

47 元素の周期表 Transition metals：THE WIDE CENTRAL block of the periodic table is known as the transition metals. These are the workhorse metals of industry. All the transition metals are fairly hard, structurally sound metals. Even technetium (43), the lone radioactive element in this block, is a sturdy metal. The transition metals as a whole are relatively stable in air, but some do oxidize slowly. The most notable example is iron(26), whose tendency to rust is by far our most destructive unwanted chemical reaction. Others, such as gold (79) and platinum (78), are prized for their extreme resistance to corrosion. The two empty spots in the lower left corner are reserved for the lanthanide and actinide series of elements. According to the logic of the periodic table, a fourteen-element-wide gap should appear between the second and third columns, with the elements of the lanthanide and actinide groups inserted in that gap. But because this would make the periodic table impractically wide, the convention is to close up that gap and display the rare earths in two rows at the bottom.

48 元素の周期表 遷移金属(transition metals):
d軌道あるいはf軌道が閉殻になっていない。そして原子番号の増加によって変化するのは主に、d軌道ないしはf軌道電子である.これらはより主量子数が大きいs軌道、p軌道の内側にも外側にも分布する。d軌道ないしはf軌道電子が, より主量子数の大きいs軌道の外側にも分布するということは、そのs軌道電子に対する核電荷遮蔽の効果が弱いことを意味している。d軌道ないしはf軌道の外部にも広く分布する電子が多数存在するという性質は、金属結合に関与しうる電子が多いということも意味する。その多数の電子が結合力を増大させるため、遷移金属では典型元素金属に比べて融点が高いものが多く、とりうる酸化数も多数存在することになる。

49 元素の周期表 遷移金属(transition metals):
内殻のd軌道に安定な電子対を持つことが可能なため、遷移金属の多くは常磁性である。そして複数の酸化数をとることが容易である。またd軌道はさまざまな配位子と結合して、同じ元素でも多様な錯体を形成する。遷移元素は単体では良導体であるが、酸化物になると配位数や格子間距離などに応じて、様々な電気的特性を示す。遷移元素において安定な不対電子が存在しやすい性質は、磁性を持つ。すなわち、遷移金属では不対電子を持つ単体やイオンが安定である為に典型元素に比べて磁気的性質を発現するものがある。また電子配置の面だけでなく、結晶構造や錯体構造も密接に関連して遷移金属化合物は多様な磁気的性質を発現する。

50 元素の周期表 L A 半金属 半導体 1 2 3 4 5 6 7 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B
典型金属元素 半金属元素 非金属元素 遷移金属元素 希ガス L A 1 2 3 4 5 6 7 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 8 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Co Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Rh Cs Ba Hf Ta W Re Os Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Ir Fr Ra La Ce Pr Nd Pm Sm Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Eu Ac Th Pa U Np Pu Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Am 半金属 　　半導体

51 元素の周期表 Ordinary metals and nonmetals:
There are ordinary metals, though in reality most of the metals that people think of as ordinary are in fact transition metals in the previous group. By now you may have noticed that the great majority of elements are metals. The upper right triangle is known as the nonmetals. The nonmetals are electrical insulators. Between the metals and nonmetals is a diagonal line of fence-sitters known as the metalloids. The metalloids include the semiconductors that have become so important to modern life. The elements in a given vertical column share common characteristics. Well, it’s only a general rule-chemistry. In the case of the metal-to-nonmetal boundary, several factors compete with each other to determine whether an element falls into one camp or the other, and the balance drifts toward the right as you move down the table.

52 元素の周期表 L A ハロゲン 1 2 3 4 5 6 7 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B
典型金属元素 半金属元素 非金属元素 遷移金属元素 希ガス L A 1 2 3 4 5 6 7 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 8 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Co Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Rh Cs Ba Hf Ta W Re Os Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Ir Fr Ra La Ce Pr Nd Pm Sm Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Eu Ac Th Pa U Np Pu Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Am ハロゲン

53 元素の周期表 Halogens: All the elements of this column are highly reactive, violently smelly substances. Pure fluorine (9) is legendary for its ability to attack nearly anything; chlorine (17) was used as a poison gas in World War I. But in the form of compounds such as fluoridated toothpaste and table salt (sodium chloride), the halogens are tamed for domestic use.

54 元素の周期表 ハロゲン (halogen):
第17族に属する元素の総称。フッ素・塩素・臭素・ヨウ素・アスタチンフッ素、塩素、臭素、ヨウ素は性質がよく似ており、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属と典型的な塩を形成する。 原子番号が若いものは非常に反応性に富む。 フッ素は第一イオン化エネルギーが大きく、最も強い酸化剤。 地殻中の存在比ではフッ素>塩素>臭素>ヨウ素 アスタチンは放射性物質であり、半減期短く、自然環境中にはほとんど存在しない。 ハロゲン化水素HF,HCl,HBr,HIを作る。 HFは水素結合を形成する極性物質

55 元素の周期表 L A 希ガス 1 2 3 4 5 6 7 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B
典型金属元素 半金属元素 非金属元素 遷移金属元素 希ガス L A 1 2 3 4 5 6 7 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 8 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Co Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Rh Cs Ba Hf Ta W Re Os Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Ir Fr Ra La Ce Pr Nd Pm Sm Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Eu Ac Th Pa U Np Pu Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Am 希ガス

56 元素の周期表 Noble gases: Noble is used here in the sense of “above the business of the common riffraff.” Noble gases almost never form compounds with each other or with any other elements. Because they are so inert, the noble gases are often used to shield reactive elements, since under a blanket of noble gas there’s nothing for the reactive element to react with. If you buy sodium from a chemical supplier, it will come in a sealed container filled with argon (18).

57 元素の周期表 希ガス (noble gases)： ・長周期表第18族の、ヘリウム・ネオン・アルゴン・クリプトン・キセノン・ラドン
・原子における最外殻電子が閉殻となっているため、化学的に非常に不活性。よって不活性ガス (inert gas) とも呼ばれる。 ・ヘリウムを除いて、常圧かつ凝固点以下で弱いファンデルワールス結合による結晶（単原子分子による分子性結晶）を形成する。 ・化合物は XeF2 、KrF2、XeCl2,不安定→レーザ

58 レアメタル L A 1 2 3 4 5 6 7 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 8 H
典型金属元素 半金属元素 非金属元素 遷移金属元素 希ガス L A 1 2 3 4 5 6 7 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 8 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Co Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Rh Cs Ba Hf Ta W Re Os Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Ir Fr Ra La Ce Pr Nd Pm Sm Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Eu Ac Th Pa U Np Pu Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Am

59 レアメタル インジウム リチウム コバルト コバルト ネオジウム プラチナ 液晶デジタルTVの表示パネル 携帯電話、ＥＶ、ＰＣなどの２次電池
ＰＳＰ、ＰＣ、ＤＶＤ内蔵の小型モーター 携帯電話、ＥＶ、ＰＣなどの２次電池 インジウム コバルト ネオジウム リチウム プラチナ コバルト

60 レアメタル

61 レアメタル

62 レアメタル

63 レアメタル

64 レアメタル

65 レアメタル

66 最も安定な元素は？ 核分裂 核融合

67 原子力発電 ・ウランを燃やし（核分裂をさせる）熱エネルギーを取り出す ・その熱で水を水蒸気化させる
・水蒸気によって蒸気タービンを回して発電する ・蒸気を海水で冷やし再利用する

68 核分裂反応 ウランの代表的な核分裂反応 右辺の質量は左辺より軽い →減った質量は光エネルギーとなる。E=mC2
→光は物質に吸収されて熱に代わる。 1gのウラン235から8.2×1010Jのエネルギーが得られる。 問　 1gのウラン235の核分裂反応を用いて、何トンの水を0℃から100℃まで加熱できるか？水の熱容量は4.2J/gK 　　　195トン 中性子

69 原子力発電に使われる材料 しかしウラン235は少ない。 天然ウランに0.72%、
よって原子炉で使用するために濃縮過程を経てウラン235濃度を3% - 5%に高める。これを核燃料という。 核燃料棒の被覆にはジルコニウムが用いられる さまざまな核分裂生成物ができる セシウム133、ヨウ素135、キセノン135、ジルコニウム93、セシウム137、テクネチウム99、ストロンチウム90、ヨウ素131、プロメチウム147、サマリウム149、ヨウ素129 　青は安定、セシウム137は半減期30.2Ｙ

70 原子力発電に使われる材料 原子炉：核分裂反応を暴発することなく制御し、かつ反応を持続させるための装置。 ・中性子エネルギー制御のための減速材
　黒鉛、重水、軽水 ・原子炉から熱を取り出す冷却材 　炭酸ガスや窒素ガス、重水、軽水 ・軽水炉（加圧水型原子炉 - 沸騰水型原子炉） ・重水炉 ・黒鉛炉 ・高速増殖炉　Ｎａ 福島原発

71 大変気になる事 発電：タービンを回す蒸気温度と圧力 原子力発電所では約284度、6.8MPa 石炭火力発電所では約600度、25MPa
原子力発電所蒸気が低温度、低圧力の理由： 核燃料棒の被覆に使われているジルコニウムが高温に耐えられないため。 原子力発電における熱効率は約30% ＜火力発電所の熱効率は約47%程度