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

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1 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）

2 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

3 ＋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

4 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

5 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？

6 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

7 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

8 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

9 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

10 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 　　　　　　　　　　　　

11 電気泳動（電着）塗装

12 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

13 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）　　　

14

15 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

16 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

17 半導体のＰＮ接合 電流、電圧

18 バンド構造 伝導帯 充満帯

19 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

20 不純物半導体　(p. 58) P, As B, Al 充満帯