金属きんぞくmetal単体であって,展性,延性に富み,電気,熱の良導体であり,金属光沢をもつ。金属結合によって金属性の単体をつくる元素を金属元素という。周期表では,ホウ素とアスタチンを結ぶ線の左側にある元素は金属元素である。単体ではないが,各種の合金も金属性を保有し,広い意味で金属である。一般に金属元素はイオン化エネルギー,電気陰性度が小さく陽性で,電子親和力,電気陰性度の大きな陰性元素とイオン結晶性の塩をつくりやすい。周期表の左下方に位置する元素ほど典型的な金属となる。金属光沢を持ち、熱や電気をよく通し、固体状態で展性、延性に富み、加工が容易な物質の総称。化学的には自由電子に由来する金属結合を持つ物質を意味し、半導体、セラミックス、高分子とは区別される。2種類以上の元素を混ぜて合金の形で利用する場合がほとんど。一般に、金属光沢をもち、熱や電気をよく伝え、強度が大きくて折れにくく、展性・延性をもち、常温で固体の物質の総称。重金属と軽金属、貴金属と卑金属、遷移金属と非遷移金属などに分類される。reserved.それぞれの用語は執筆時点での最新のもので、常に最新の内容であることを保証するものではありません。古代からの文明史が石器時代,青銅器時代,鉄器時代と材料素材で区分されていることからもわかるように,人類の文明は金属技術の発展を土台としてつくりあげられてきたといってもよいであろう。われわれは青銅器6000年,鉄器4000年の歴史をもっている。鉄器を使用する時代になって金属の真価が発揮されるようになった。ソロモンの壮大な石造の宮殿の建造は鉄製の道具の使用ではじめて可能となったのである。ローマ時代には7種の金属が知られ,七つの天体に擬せられてそれぞれローマの神格を与えられていた。単体のうち、金属光沢をもち、熱や電気をよく伝え、展性や延性に富む物質の総称。これらにイオン化傾向が水素より小さい銅・水銀なども加えて貴金属といい、イオン化傾向が大きい金属を卑金属という。さまざまな異種金属間の固溶体や金属間化合物を合金といい、広義にはこれも金属に含める。図表・付録は収録させておりません。それぞれの用語は執筆時点での最新のもので、常に最新の内容であることを保証するものではありません。日本大百科全書(ニッポニカ)金属きんぞくmetal一般に、特有の光沢をもち、電気と熱をよく伝え、展性・延性をもつ常温で固体の物質の総称(ただし水銀は常温で液体)。元素の4分の3は金属である。2016年の時点で118の元素が知られている。104番以降の元素は信頼性の高いデータはほとんど得られていないが、2014年106番元素のシーボーギウムは第6族元素に特徴的な化学的性質をもつことが高い信頼度で実証された。原子番号93番以上の元素はすべて人工的につくられたものであるが、それ以外でも43番のテクネチウム、61番のプロメチウム、85番のアスタチンと87番のフランシウムの4種は天然には存在しない。これらの元素のうち約3分の2が金属元素であるが、金属的な性質をもつ元素までを含めると4分の3にもなる。これらの金属元素が形づくる固体は(以下とくに断らないときは、金属とは金属固体を意味する)、塩や砂糖、あるいは岩石などとは異なり、さまざまな際だった性質をもっている。金属は熱や電気をよく伝え、たたいたり伸ばしたりすることによって、線にしたり板にすることができる。光に対して不透明で特有の金属光沢をもっている。アルカリ金属のように酸素と反応しやすい金属もあれば、金や白金のようにほとんど酸化されない金属もある。スズのように室温では金属であるが、冷やすと灰白色の非金属状態に変化するものもある。黄鉄鉱(硫化第二鉄)のように黄金色の外観をもつ物質ではあるが金属でないものもある。物理的には「金属とは一つのフェルミ面をもつ物質である」と定義づけられるが、これはあまりに専門的な表現である。化学的には、酸と反応して塩(えん)をつくる元素を金属元素というと定義することができるが、これは原子としての性質であり、金属結晶の特性ではない。眞]金属の特質は何によるか金属の特質の多くは、金属の原子が凝集して結晶になるとき、原子核の周りの最外核を形成する電子(価電子という)が伝導電子となって結晶の中を自由に動き回れる状態になることに起因している。ナトリウムのような1価の金属(価電子が原子当り1個のもの)を例にとると、正イオン当り1個の価電子が結晶格子内の空間に雲のようにたなびいているようすに例えられる。正イオンの格子と負の電荷をもつ電子の雲が静電気的な力(クーロン引力)を及ぼし合って凝集しているのが金属である。電子雲というのは、価電子のそれぞれが波動として結晶全体に広がっているもので、それらを粒子としてみれば、伝導電子が自由に動き回っていることに相当する。金属に展延性があり、圧延して薄板に成形したり、線引きして針金にしたりできるのは、イオンの格子が外力によってずれても、全体に広がった電子雲との凝集力があまり変化しないからと考えられる。これに反して岩塩やダイヤモンドのような結晶では、外力で変形させることは結合を断ち切ることになる。金属が容易に変形できるのは、一つは金属結合によっているが、さらには金属結晶の中にある種々の欠陥を仲立ちとして金属原子が外力をかけたとき容易に動けること、結晶の面が互いにずれ合えることによっている。したがって、実在の金属の結晶面を滑らすために必要な力は、理論的に欠陥がないとして計算した値に比べて1桁(けた)も2桁も小さい。容易に変形させやすい金でいえば、途中なましたりしないで1グラムの金で2000メートル以上に引き伸ばして金糸をつくれる。金箔(きんぱく)としては0.07マイクロメートルもの薄さにすることができる。金属の多くの性質は、特定の処理を行うことによって、しばしば著しく変化する。各種の金属元素を添加して合金をつくったり、適当な熱処理を施したり、機械的な変形を加えたり、中性子で照射したりすると、著しく性質が変化することがある。金属が塑性変形を開始するときの機械的応力を降伏点というが、高純鉄では1平方ミリメートル当り約1キログラムなのに対して、炭素を数原子%加え、適当な熱処理を施すと(鋼がこれである)1平方ミリメートル当り200キログラムもの値にまで上昇する。前述のような処理によってもあまり変化しない。いう比較的簡単な結晶格子を形づくっている。通常われわれが見ているのは、細かい結晶が集まったもの(多結晶という)である。球を密に積み重ねる方法には2通りあるが、一つは面心立方格子になり、一つは最密六方格子になる。平面に球を密に並べる。次にこの上に球を密に積む方法も1通りである。3層目に球を積む方法には、1層目と同じ位置に積む場合と、2層目のあいたところに積み、4層目はまた1層目と同じになる場合との2通りがある。前者の積み方を六方の積み方といい、最密六方格子がこれにあたる。後者の積み方を立方の積み方といい、面心立方格子はこれである。体心立方格子は、立方体の八つの隅に球があり、立方体の中心に球が1個の形である。これには各隅8個、面の中心にある6個、計14個の球(原子)があるように見えるが、実は4個だけがこの単位胞に属している。隅の8個は隣り合う8個の単位胞により共有され、面の中心の球は隣り合う2個の単位胞により共有されているからである。ニッケル、アルミニウム、鉛などが面心立方構造をとり、鉄、タングステン、クロム、ナトリウム、カリウムなどが体心立方構造を、マグネシウム、チタン、ジルコニウムなどが最密六方構造をとる。カドミウムと亜鉛は、ラグビーのボールのように縦に伸ばした球を積んだ形の最密六方構造である。この3通りの結晶構造以外のものは、ウラン、マンガン、スズ、インジウム、ガリウム、水銀など、例外的で少数派のものである。鉄は室温では体心立方構造であるが、約910°Cで面心立方構造に変わり、さらに約1400°Cでふたたび体心立方構造に変わり、1538°Cで溶ける。高圧下では最密六方構造の鉄に変わる。ウランは約1133°Cで溶けるが、それまでにα(アルファ)、β(ベータ)、γ(ガンマ)と3回も結晶構造が変わる。マンガンはα、β、γ、δ(デルタ)と4回も変わる。チタンとジルコニウムはそれぞれ880°Cと870°Cで最密六方構造から体心立方構造へと変態する。このような変態現象は純金属だけではなく合金にもみられ、実用上からは、鉄のようにこれを利用して、さまざまな性質が得られるものもあるが、ウランのように、純金属のままでは使用中に変態により異常に変形したりするので、合金や化合物としてこの変態を阻止し、原子炉燃料に用いる。スズは低温になると金属的な形から半導体の灰色スズに変わる。この変態は、日常の使用温度では変態の速度が遅いのでおこらないが、1868年1月のロシアのペテルブルグでは零下38°Cに達し、多数の美術品やパイプ・オルガンのパイプがこの変態のためぼろぼろになった。この現象をスズペストあるいはスズ病という。変態現象の機構の理論的解明は、その実用化とともに金属学における重要で興味深いテーマである。金属は、ダイヤモンドのような透明な輝きではなく、光を通さない不透明な輝きを特徴とする。アルミニウムや銀の表面はよく光を反射するので鏡として用いられる。装飾用のめっきはクロムの輝きである。これらは白色光をそのまま反射するので無色の輝きを示すが、その源は金属がよく電気を通す性質による。光は電磁波であるが、電磁波も周波数が非常に大きくなると表皮効果により、金属のごく表面にしか入らない。この表皮の厚さは10メガヘルツのラジオ波では約0.3ミリメートル、可視光線に対しては数百オングストロームであるので、光は表皮厚さより中へは入れずに反射され、これが金属光沢をもたらす。多くの金属は無色の金属光沢をもつが、金は黄色く、銅は赤い。銅は入射白色光のうち橙(だいだい)色から短波長側がすべて吸収されるので反射光は赤く、金は緑から短波長側がすべて吸収されるので反射光は黄色く見える。銀の場合は、吸収されるのは約3200オングストロームの紫外線より短波長であるから、可視光線はすべて反射されて色がつかない。金箔のように厚さが数百オングストロームになると、吸収光の一部は吸収しきれず透過してしまう。金箔を陽(ひ)に透かすと緑色に見えるのは、緑の波長よりも長波長の光は反射され、吸収係数がそれほど大きくない緑付近の光が透過するからである。これらを適当な方法で還元して金属を取り出す(製錬)技術を冶金(やきん)という。炭素で還元するものには鉄、亜鉛などのほかにマグネシウム、銅、スズ、ニッケル、チタン、コバルト、銀などがある。水素還元により種々の金属が得られるが、実用されているのは酸化物の還元による金属タングステン、モリブデンの製造である。鉄やニッケルも特殊な目的のために水素還元することがある。還元力の強い金属で他の金属を還元することができる。テルミット(ゴルトシュミット)法もその一つである。チタンはマグネシウムまたはナトリウムで行う。アルミニウムも現在の溶融塩電解法が行われる前には塩化アルミニウムをナトリウムで還元して製造された。不安定な金属化合物をつくり、これを熱分解する方法により高純度の金属をつくれるが、工業的に大量にはむずかしい(四ヨウ化チタンまたは四臭化チタンの分解によるチタン、ニッケルカルボニルの分解によるニッケルの製造)。ナトリウム、マグネシウム、カルシウム、アルミニウムなどは、これらの金属の塩類を高温で融解し、これを電気分解して得られる。銅は乾式法でも製錬できるが、酸化銅を希硫酸に溶かして硫酸銅水溶液として電解して得られる。同様にニッケル、亜鉛、銀なども製錬可能である。加え、いっそう高めている。金属を溶かして型に流し込み、固めて形状物をつくる鋳造は数千年前の殷(いん)・周の時代から行われているが、近年はきわめて精密かつ機構的にも特殊な性能を備えたものがつくられるようになり、ますます重要な技術になっている。金属の塊をたたいたり伸ばしたりして板、棒、線、管などをつくる塑性加工技術は、金属の特性をもっともよく生かした加工技術である。人間の髪の毛の数分の1の太さの針金や、細いパイプから径数メートルに及ぶ油送管や、厚さ1メートルの板から1マイクロメートルよりはるかに薄い箔(調理用のアルミニウムフォイルは約20マイクロメートル)までその製品はきわめて多様である。溶接、ろう付けも金属の使用には欠かせない技術である。微細な金属の粉末を固め、高温(融点以下)で加熱すると、粉どうしが融着して固形化する(焼結という)。この技術は古くから白金の加工に使われていたものであり、今日ではタングステンやモリブデンなどの高融点金属の素材や、各種精密部品の製造、通常の方法では合金化しない金属どうしを混ぜて複合材料をつくるなど、さまざまに利用されている。最近では液体状態の金属を毎秒何万°Cともいわれる速さで急冷して結晶化を阻止することにより非晶質(アモルファス)状態が得られる。この状態の金属には耐食性、機械的強さ、物理的性質などにおいて一般の材料ではみられない特性があり、新しい利用の道が開かれつつある。工業用材料のなかで金属ほど純粋なものが使われているものはない。トランジスタが成功したのも、高純度のゲルマニウムやシリコンが得られたからである。金属には原鉱石や製錬の過程で入ってくる不純物がいろいろある。不純物の性状に応じて、蒸留、再電解(アルミニウム)、高真空中での溶融などの方法で精製されている。半導体材料関係でよく使われるのは帯(たい)精製といわれる方法で、棒状試料を一端からごく狭い幅の溶融領域をつくり、これを順次他端に向かって溶かしていき、ちょうどごみを掃き寄せるように、溶解度の差を使って不純物を掃き寄せていく。いう操作を繰り返すと不純物は一端に集まる。シリコンやゲルマニウムなどは抵抗の値で純度を表す。一般にはスリーナインとかフォアナインのアルミニウムといった表現をするが、これはアルミニウムそのものが99.9%とか99.99%あるという意味ではない。アルミニウムの場合、用途のうえから問題になる不純物、銅、鉄、ケイ素を分析してそれを100から引いたものをもってアルミニウムの純度とする。必要があればその他の元素も分析し、これらの合計を100から引く。したがって、このほかにもいろいろな元素がわずかではあるが入っている。正味のアルミニウムは99.9といっても、99.7とか99.8しかないことになる。このように純度というのは、それぞれの目的に応じて約束事として決まっている。各国で規格を決めているが、日本では日本工業規格(JIS(ジス))で何と何とを分析して純度はどう表現するかを決めてある。非常な高純度になると、化学分析では純度を規定しにくくなるので、シリコンやゲルマニウムのような半導体では電気抵抗の値で規定し、また物理的研究では液体ヘリウム温度(絶対温度4.2K)での電気抵抗は純度にきわめて敏感なので、その値と純度にあまり依存しない室温での値との比を残留抵抗比(RRR)といい、これを目安とする。この値が大きいほど純度が高く、金、銀、銅などでは数万、モリブデンやタングステンでは数十万といった値が得られている。純度という場合は、不純物の量だけでなく、金属格子中の欠陥(格子欠陥)の多少のような物理的純粋さを問題とすることもある。自然界では金、白金などの貴金属以外の金属は酸化物、硫化物、あるいは水酸化物、炭酸塩などの形で存在しているが、これはとりもなおさず、これが安定な形であるからである。膨大なエネルギーを使って酸素やイオンから切り離して単体とする操作、つまり製錬をした結果得られた金属は不安定な形であるから、置かれた環境によって、いずれは元の安定な形へ変わっていく。この腐食といわれる現象は、置かれた環境が大気中であるか、水中であるか、あるいは高温の雰囲気にあったか否かなどにより形態は異なるが、金属材料を使用するうえでもっとも重要な問題である。これを防ぐために、表面にできる酸化皮膜を大きな、亀裂(きれつ)がない一様なものにするなども一方法である。このために純粋化する、あるいは他の金属を加えてステンレス鋼のようにじょうぶな皮膜(酸化クロムの)をつくる。アルミニウムのように故意にじょうぶな酸化物の皮膜をつくる。めっきはより錆(さ)びにくい、じょうぶな金属の皮膜をつけることである(クロムめっき、金めっき、銀製品の上のロジウムめっきなど)。塗料を塗るのも一方法である。錆びることは金属の宿命であり、また、それあるがゆえに金属を再生することも可能であり、地球上が使えなくなった金属構造物で覆い尽くされることもないのである。微細な変化に応じて性質が著しく変わることがあり、これらを測定する機器が金属の研究、利用に対して果たしている役割は大きい。金属は可視光に対して不透明であるから、一般の光透過型の光学顕微鏡では組織を見られない。鏡のように平滑に磨いた金属試料の表面を酸などの薬品でわずかに腐食し、組織、相などによるその腐食され方の違いを利用し、反射光によって金属を調べる金属顕微鏡法が開発されたのはいまから約200年前のことである。この方法は現在でも金属の組織、加工のされ方、不純物の存在などを調べるためのもっとも基本的な手段である。光を使うために倍率は1000倍どまりであることと、表面のみの観察という限界はある。試料の物性の変化を温度の関数としてとらえる方法である熱分析は19世紀末に開発され、金属、合金の融点、変態などを研究する手段として現在でも重要な技術の一つである。金属の結晶構造を調べる手段であるX線回折法が確立したのは1910年代のなかばで、以後数多くの金属、合金の構造が明らかにされてきた。電子顕微鏡の発達によって、金属中における結晶格子の食い違い、各種の欠陥の存在、不純物の形態などが原子的な段階でわかるようになった。走査型の電子顕微鏡が1970年代に実用化され、破壊、腐食などに伴う金属材料の表面組織の変化を数十倍から数万倍の拡大率で観察することができるようになった。組成、表面の酸化物の形態などが知られるようになった。成分分析の手段も格段に進歩し、ppm、ppbの桁(けた)で不純物や成分が知られるようになり、金属の研究は格段の発展を遂げるようになった。青銅時代から鉄の時代へ、そして20世紀に入ってからアルミニウムが、また最近ではチタンが登場した。しては不動の立場を保っているものの、一般用品ではアルミニウムやプラスチックに相当の分野を明け渡した。してはいまだ確固とした立場を保っているが、航空機では耐熱性の点でチタンにかなりとってかわられている。胴体などでは最近の炭素系の新素材にかわっている。最近は希土類金属をはじめとする新しい金属が製錬技術の進歩により比較的容易に単体として得られるようになり、各種の合金元素用としてもてはやされている。マンガンはけっして新しい金属ではないが、深海底に無限に近い埋蔵量があるといわれ、その利用が論議されている。マンガンはその加工性、変態の複雑さなどからみて単独の金属材料として使われる可能性はなく、せいぜい合金元素の一つとして、またその酸化物は電池材料として、そのほか無機薬品としての用途があるにすぎない。特殊な用途に有用であって、アルミニウムや鉄などにとってかわる構造用材ではない。鉄、銅、アルミニウムなど、いわゆるコモンメタル(普通金属)は、それぞれの使用量、使われ方に多少の変動はあっても、将来にわたってわれわれの技術文明を支える金属材料としての重要性を失うことはないであろう。資源は有限であり、鉄のように非常に豊富に思えるものでも、品位の高いものは少なくなり、また、製錬のために必要な強粘結炭は乏しくなってきている。多くの金属材料は循環再生使用が可能であるから、有効なリサイクルが必要である。コモンメタルと対照的に「レアメタル(希金属)」または「レスコモンメタル」という金属の分類がある。同じ視点からグループ化して扱うもので、コモンメタル、ベースメタル(通常金属)、レアメタル、マイナーメタル、貴金属などの仕分けがあるが、これらの分類には地球化学的視点と実用的視点が混合しているので厳密な定義は不可能である。それでも新材料開発の分野ではレアメタルのもつ特異な物性を活用したさまざまな機能素材がつくられている。