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第５・６回物質科学
無機化合物
• 有機化合物以外の化合物。具体的には単純な
一部の炭素化合物（下に示す）と、炭素以外の
元素で構成される化合物。
●無機化合物（典型元素と遷移元素）
●レアメタルとは
– 炭素化合物のうち無機化合物に分類されるもの
• グラファイトやダイヤモンドなど炭素の同素体、一酸化炭素や二酸化
炭素、二硫化炭素など陰性の元素と作る化合物、あるいは炭酸カル
シウムなどの金属炭酸塩、青酸と金属青酸塩、金属シアン酸塩、金
属チオシアン酸塩、金属化物などの塩
• 無機”には「生命力を有さない」と言う意味があ
り、“機”には「生活機能」と言う意味がある。
周期表
族
周期
第１
第２
第３
第４
第５
第６
第７
族
名
１
Ｈ
Ｌｉ
Ｎａ
Ｋ
Ｒｂ
Ｃｓ
Ｆｒ
ア
ル
カ
リ
金
属
２
Ｂｅ
Ｍｇ
Ｃａ
Ｓｒ
Ｂａ
Ｒａ
ア
ル
カ
リ
土
類
金
属
金属元素と非金属元素
10 11 12 13 14 15 16 17 18
Ｈｅ
非金属元素→ Ｂ Ｃ Ｎ Ｏ Ｆ Ｎｅ
←金属元素
Ａｌ Ｓｉ Ｐ Ｓ Ｃｌ Ａｒ
Ｓｃ Ｔｉ Ｖ Ｃｒ Ｍｎ Ｆｅ Ｃｏ Ｎｉ Ｃｕ Ｚｎ Ｇａ Ｇｅ Ａｓ Ｓｅ Ｂｒ Ｋｒ
Ｙ Ｚｒ Ｎｂ Ｍｏ Ｔｃ Ｒｕ Ｒｈ Ｐｄ Ａｇ Ｃｄ Ｉｎ Ｓｎ Ｓｂ Ｔｅ Ｉ Ｘｅ
● Ｈｆ Ｔａ Ｗ Ｒｅ Ｏｓ Ｉｒ Ｐｔ Ａｕ Ｈｇ Ｔｌ Ｐｂ Ｂｉ Ｐｏ Ａｔ Ｒｎ
◎ ●はランタノイド、◎はアクチノイド
３
４
５
６
７
８
９
アルカリ金属････Ｈを除いた１族の元素
アルカリ土類金属････Ｂｅ、Ｍｇを除いた２族の元素
ハロゲン････17族の元素
希ガス････18族の元素
典型元素：1族、2族、12～18族
ハ
希
ロ
ガ
ゲ
ス
ン
• 金属元素
• 非金属元素
金属光沢があり、展性・延性
に富み、電気と熱の伝導性が
極めて大きい元素。単体は金
属結合によって金属結晶をつ
くる。密度が大きく、融点が高
いものが多い。
化合物をつくるときには、価
電子を放出して陽イオンにな
る。
金属の特性である光沢や電
気や熱の良伝導性をもたない
元素。一般的に単体は共有結
合によって分子をつくり、分子
は分子間力によって分子結晶
をつくる。
金属元素との反応では、金
属元素から電子を受け取って
陰イオンになる。
遷移元素：3～11族
典型元素と遷移元素
• 典型元素
• 遷移元素
1族、2族、12～18族の元素。
原子番号が増えるに従って原
子の価電子の数が規則的に変
化する。周期律がはっきりして
いて、周期表の上下（同族）の
元素どうしの性質が類似してい
る。
3～11族の元素。原子番号
が増加しても、最外殻より内
側の電子殻の数が増えていく
ため、最外殻電子の数は殆ど
変わらない。そのため、元素
の性質は周期表の上下（同族
）の元素どうしよりも、左右（同
周期）の元素どうしが類似して
いることが多い。
周期表
1
希ガス
He （ヘリウム）飛行船、臨床用NMR
Ne（ネオン）ネオンサイン、レーザー
Ar（アルゴン）白熱電球、溶接
Kr（クリプトン）クリプトンランプ、長さの基準
Xe（キセノン）キセノン封入ランプ（ヘッドライト）
Rn（ラドン）ラドン温泉
• 希ガスの原子は安定で、他の原子と結合しに
くい。反応しにくく、ほとんどの化合物をつくら
ない。
Ne（ネオン）
ネオンサイン、レーザー
Kr（クリプトン）
クリプトンランプ
He （ヘリウム）
飛行船、臨床用NMR
Ar（アルゴン）
白熱電球、溶接
Xe（キセノン）
キセノン封入ランプ（ヘッドライト、サーチライト）
2
Rn（ラドン）
ラドン温泉
H2（水素）
•すべての気体の中で密度がもっとも小さい
•水素自動車、ロケット燃料
ハロゲン
単体はいずれも二原子分子であり、有毒である
• フッ素（蛍石CaF2, 氷晶石Na3AlF6）
• 塩素（岩塩、NaCl）
• 臭素（海水）
• ヨウ素（コンブ）
フッ化水素と塩化水素と塩素の化
合物
• フッ化水素HFの水溶液はガラスSiO2を侵す
SiO2 + 6HF →H2SiF6 +2H2O
• 塩化水素HClの水溶液を塩酸という。
フッ素
歯磨き粉の添加物(NaF)
フッ素樹脂
フッ素ゴム
塩素
• 酸性洗剤（塩酸HCl）と塩素系漂白剤（次亜塩
素酸ナトリウムNaClO）
• ポリ塩化ビニル
• ポリ塩化ビニリデン
3
ヨウ素(I2)
臭素
• 写真のフィルム（臭化銀AgBr）
• ハロゲン化ガラス（臭化銀AgBrのコロイド粒
子をガラス中に分散し、光をあてる）
2AgBr → 2Ag + Br2
• うがい薬
• ヨード卵
• 医療（放射性同位体：甲状腺ガン治療）
• ハロゲンランプ（自動車やプロジェクター）
酸素とオゾン
• 酸素O2 大気の20.9%
• オゾンO3 繊維の漂白、空気や水の殺菌、工
場排水中の有害物質の処理
硫黄と硫黄の化合物
•
•
•
•
窒素
• 窒素N2は大気中の78.1%を占める
• 液体窒素 －196℃の液体
硫黄S 火山の噴気孔などに天然に存在
硫化水素H2S
二酸化硫黄 SO2
硫酸 H2SO4
窒素を含む化合物
•
•
•
•
一酸化窒素 NO
二酸化窒素 NO2
アンモニア NH3 虫さされの薬
硝酸 HNO3
4
窒素を含む化合物
•
•
•
•
一酸化二窒素N2O 麻酔ガス
硝酸アンモニウム NH4NO3 即冷パック
塩化アンモニウム NH4Cl （塩安）窒素肥料
硫酸アンモニウム (NH4)2SO4 （硫安）窒素
肥料
• 硝酸カリウムKNO3 花火、黒色火薬 マッチ
リンとその化合物
•
•
•
•
•
黄リン（猛毒）、赤リン （同素体）
リンの存在：骨、歯、リン灰石
ハイドロキシアパタイトCa10(PO4)6(OH)2
リン酸カルシウムCa3(PO4)2
リン酸H3PO4
リンとその化合物の利用
炭素
• マッチ（赤リン） P
• リン酸二水素カルシウム一水和物
Ca(H2PO4)2・H2O 肥料
• リン酸ナトリウム十二水和物Na3PO4・12H2O
硬水軟化剤
• 炭素（ダイヤモンド、黒鉛（グラファイト）、無定
形炭素（フラーレン）といった同位体がある
炭素の利用
炭素を含む化合物
•
•
•
•
ガラスカッター
電極
半導体基板
活性炭
• 一酸化炭素CO（猛毒）
• 二酸化炭素CO2：大気中に約0.04%存在し、
水に少し溶けて炭酸H2CO3となる
5
ケイ素
•
•
•
•
地殻に27.7%含有
ソーラーパネル
半導体
IC基板
ケイ素の化合物
• 二酸化ケイ素SiO2 石英、水晶、メノウ、ケイ
砂
• 水ガラスNa2SiO3
• ケイ酸H2SiO3
ケイ酸塩の利用
ガラス、ほうろう、光ファイバー、陶磁器、ファインセラミ
ックス
シリコーン
• 口紅（油状シリコーン）
• シリコーン樹脂、電気材料、耐熱接着剤
アルカリ金属
• 1族元素のうち、水素を除いたものをアルカリ
金属という。
• 単体は空気や水と反応しやすいので、石油（
灯油）中に保存する
• リチウムLi、ナトリウムNa、カリウムK、ルビジ
ウムRb、セシウムCs
• 炎色反応
アルカリ金属の利用
•
•
•
•
•
リチウム電池 Li
ナトリウムランプ Na
原子炉（炉心冷却剤） NaとKの合金
光電管 Csの光電効果
花火（炎色反応）
6
ナトリウムの化合物
• 塩化ナトリウム NaCl 食塩
• 水酸化ナトリウム NaOH 石けんの製造
• 炭酸水素ナトリウム NaHCO3 ベーキングパ
ウダー、胃酸過多症の胃酸の中和剤
• 炭酸ナトリウム Na2CO3 ソーダ灰
• 硫酸ナトリウム Na2SO4 ガラス、パルプ、洗
剤の製造
• 亜硫酸水素ナトリウム NaHSO3 漂白剤、
殺菌剤、ビールやワインの酸化防止剤
2族元素の化合物
•
•
•
•
塩化マグネシウムMgCl2 豆腐 凝固剤
塩化水酸化マグネシウム MgCl(OH) 焼塩
水酸化バリウムBa(OH)2
硫酸バリウムBaSO4 内臓のX線撮影の造
影剤
２族元素
• ベリリウムBe
• マグネシウム Mg カメラやノートパソコンの
ボディ
• アルカリ土類金属
– カルシウム Ca
– ストロンチウム Sr
– バリウム Ba
– ラジウム Ra
カルシウムとその化合物
• カルシウムCaは海水中に0.0412%、地殻中に
4.66%存在する
• リン酸塩として動物の殻および骨の重要な成分
• 酸化カルシウムCaO 生石灰 乾燥剤
水と反応熱は防虫剤の蒸散や食品の加熱に
利用される。（バルサンや弁当の加熱）
• さらし粉 CaCl(ClO)・H2O 殺菌、消毒、漂白
• 水素化カルシウムCaH2 携帯用水素発生剤
カルシウムとその化合物
セメント
• 水酸化カルシウムCa(OH)2 しっくい（建築材
料）Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
• 塩化カルシウムCaCl2 乾燥剤
• 硫酸カルシウムCaSO4
硫酸カルシウム二水和物 CaSO4・2H2O
セッコウ
CaSO4・0.5H2O +1.5H2O → CaSO4・2H2O
• 炭酸カルシウムCaCO3
石灰石、大理石、方解石、貝殻
• 石灰石と粘土の混合物を約1500℃に強熱し
、硫酸カルシウムを加えて粉末にしたものが
セメントである。
• セメントに砂と水を混ぜて放置すると、ケイ酸
カルシウムCaSiO3・nH2Oなどができて固ま
る。
7
アルミニウムAlとその化合物
アルミニウムを含む化合物
• 13族元素、単体はボーキサイトを原料にアル
ミナAl2O3をつくり、氷晶石を混ぜて融解塩電
解でつくる（大電力必要）
• 酸化アルミニウム
• 硫酸アルミニウムAl2(SO4)3 紙のサイジング、
媒染剤、水の浄化、潰瘍の薬
• 塩化アルミニウム AlCl3 触媒
• 硫酸カリウムアルミニウム十二水和物
• AlK(SO4)2・12H2O ミョウバン
– サファイア（鉄、チタン含有）
– ルビー（クロム含有）
アルミニウムの利用
アルミニウムの利用
• アルミホイル、鍋、アルミ建材、アルミ缶
• アルマイト（アルミニウムの表面に5～100μm
の耐食性の酸化被膜Al2O3をつけた製品
• アルミニウムの蒸着（製菓の包装、CD-ROM）
• ファインセラミックス Al2O3
• ジュラルミン（Al-Mg-Cu-Mn合金）航空機、自
動車
• 媒染剤 酢酸アルミニウムやミョウバン
亜鉛とその化合物
亜鉛とその化合物
• 酸化亜鉛 ZnO 白色顔料、絵具、化粧品、医
薬品
• 塩化亜鉛 ZnCl2 乾電池
• 硫化亜鉛 ZnS 蛍光塗料（時計の文字盤）
• 亜鉛 Zn 乾電池
• 亜鉛 Zn 乾電池、トタン、黄銅（Zn-Cu合金）
8
カドミウムとその化合物
• カドミウムの蒸気、カドミウム塩は有毒
• 硫化カドミウム CdS 光センサ、絵具
• Cd ニッケル-カドミウム電池
水銀とその化合物
• 水銀Hg 水銀灯、歯科医療用アマルガム
• 硫化水銀(II) HgS 朱、辰砂
• 塩化水銀(II) HgCl2 消毒薬 昇コウ 致死量
0.2～0.4 g
• 塩化水銀(I) Hg2Cl2 甘コウ 下剤
スズとその化合物
• スズSn
– ブリキ（鋼板にスズをメッキしたもの）
– ブロンズ（銅にスズを混ぜた合金）
– はんだ（スズと鉛の合金）
スズ・鉛とその化合物
• 鉛 Pb 鉛蓄電池
• 酸化鉛(IV) PbO2 鉛蓄電池
• 四酸化三鉛 Pb3O4 さび止め塗料、鉛ガラ
スの成分
• 硫酸鉛 PbSO4
• パイプオルガン（スズと鉛の合金）
遷移元素
鉄とその化合物
• すべて金属、典型元素の陽性から陰性へと「う
つり変わる」間にあると意味で命名されている
• 硫酸鉄(II)七水和物FeSO4・7H2O
青色顔料、黒インク、医薬品の原料
• ヘキサシアノ鉄(III)酸カリウムK3[Fe(CN)6]
有毒、感光剤材料、鉄(II)の検出試薬
• ヘキサシアノ鉄(II)酸カリウムK4[Fe(CN)6]
感光剤材料、青色顔料、鉄(III)の検出試薬
• 鉄の利用
• ステンレス鋼、磁気テープ、ビデオテープ、フロ
ッピーディスク、インスタントカイロ、脱酸素剤
9
コバルトとその化合物
• 塩化コバルト(II) CoCl2 青色シリカゲル
銅の単体
• 銅の利用 工芸品、電線
• 合金
– 青銅（Cu-Sn)、黄銅(Cu-Zn)、白銅(Cu-Ni)
銅、銀、金
• いずれも美しい金属光沢をもち、密度が大き
い。展性・延性に富み、熱・電気伝導性がよ
い。
銅の化合物
• 酸化銅(II) CuO ガラス工業、窯業で緑色、青
色顔料
• 硫化銅(II) CuS
• 硫酸銅(II) 五水和物 CuSO4・5H2O 水分の
検出
• 緑青（ロクショウ）神社の屋根
– CuCO3・Cu(OH)2
– CuSO4・3Cu(OH)2
銀とその化合物
• 銀 Ag 銀食器
• 硫化銀 Ag2S 銀製品の黒色化
• 硝酸銀 AgNO3 消毒薬、写真感光剤、銀
鏡
• 臭化銀AgBr ブロマイド写真
2AgBr → 2Ag + Br2
• 酸化銀Ag2O 腕時計電池
金
• 電子機器の金めっき
• 金の装飾品
• ホワイトゴールド Au75% Ni18% Zn 5% Cu
2%
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クロムとその化合物
• Cr クロムめっき製品、ステンレスの流し
マンガンとその化合物
• マンガン Mn マンガン鋼（Fe-Mn合金）鉄道レ
ール、ポイント
• 過マンガン酸カリウム KMnO4
• 酸化マンガン(IV) MnO2 乾電池の正極
• 硫酸マンガン MnSO4
• 酸化クロム(III) Cr2O3 緑色顔料
• 二クロム酸カリウム
• クロム酸鉛(II) 黄色顔料（クロムイエロー）
•
•
•
•
•
•
•
•
その他遷移金属の利用
レアメタル
水素吸蔵合金 La-Ni, Ti-Fe, Mg-Ni
アモルファス合金 Fe-B-Si, Fe-B-Si-C
防震合金 Fe-Cr-Al, Mn-Cu
超塑性合金 Zr-Al, Pb-Sn, Al-Zn, Al-Cu
フェライト MO-Fe2O3 M=Ni, Cu, Zn, Mg, Cd
チタン酸ジルコン鉛 PbTiO3-PbZrO3
酸化ジルコニウム(IV) ZrO2
形状記憶合金
• 希少金属、４７種類
• 金属のうち、次の３つの条件のどれか１つでも
合致するもの
周期表でみるレアメタル
日常生活で目にするレアメタル
– 地殻中での存在量が少ない
– 産出箇所が特定の地域に集中している
– 分離・精製が困難である
• レアメタルの対義語：コモンメタル（汎用金属）
コモンメタル：Fe, Cu, Ag, Au, Zn, Hg, Al, Sn, Pb
•
•
•
•
•
•
•
•
Ti 眼鏡のツル
Zr ジルコニウム 模造ダイヤモンド
Cr 水道の蛇口のメッキ
W 白熱電灯の芯
Ni 白色の硬貨（50, 100, 500円）
Pd 歯の治療
Pt 宝飾品
他、MRI, 超伝導磁石、各種電子機器、電池、
触媒など
11
携帯電話中のレアメタル
レアメタル埋蔵量(%)
12
第５・６回物質科学
1. 下図は周期表の概略図である。次の各問に答えよ
a , ○
b , ○
(1) ○
c, ○
f, ○
g に適する名称を記せ。
(2) 金属元素を記号で記せ。
(3) 非金属元素を記号で記せ。
(4) 典型元素を記号で記せ。
(5) 遷移元素を記号で記せ。
解答
(1)
a アルカリ金属
○
b アルカリ土類金属
○
○
c 遷移元素
○
f ハロゲン元素
○
g 希ガス元素
(2) 金属元素を記号で記せ。a,b,c,d
(3) 非金属元素を記号で記せ。e,f,g
(4) 典型元素を記号で記せ。a,b,d,e,f,g
(5) 遷移元素を記号で記せ。c
2. 次の物質の化学式を記せ
物質名
化学式
物質名
化学式
ヘリウム
He
ネオン
Ne
アルゴン
Ar
クリプトン
Kr
キセノン
Xe
ラドン
Rn
水素
H2
フッ化カルシウム
CaF2
ヘキサフルオロアル
Na3AlF6
塩化ナトリウム
NaCl
二酸化ケイ素
SiO2
フッ化水素
HF
ヘキサフルオロケイ
H2SiF6
塩化水素
HCl
NaF
次亜塩素酸ナトリウ
NaClO
ミン酸ナトリウム
酸
フッ化ナトリウム
ム
一酸化二窒素
N2O
硝酸アンモニウム
NH4NO3
塩化アンモニウム
NH4Cl
硫酸アンモニウム
(NH4)2SO4
硝酸カリウム
KNO3
ハイドロキシアパタ
Ca10(PO4)6(OH)2
イト
リン酸カルシウム
Ca3(PO4)2
リン酸
H3PO4
リン酸二水素カルシ
Ca(H2PO4)2
リン酸ナトリウム
Na3PO4
一酸化炭素
CO
二酸化炭素
CO2
炭酸
H2CO3
ケイ酸ナトリウム
Na2SiO3
ウム
（水ガラス）
ケイ酸
H2SiO3
リチウム
Li
ナトリウム
Na
カリウム
K
ルビジウム
Rb
セシウム
Cs
塩化ナトリウム
NaCl
水酸化ナトリウム
NaOH
炭酸水素ナトリウム
NaHCO3
炭酸ナトリウム
Na2CO3
硫酸ナトリウム
Na2SO4
亜硫酸水素ナトリウ
NaHSO3
ム
ベリリウム
Be
マグネシウム
Mg
カルシウム
Ca
ストロンチウム
Sr
バリウム
Ba
ラジウム
Ra
塩化マグネシウム
MgCl2
塩化水酸化マグネシ
MgCl(OH)
ウム
水酸化バリウム
Ba(OH)2
硫酸バリウム
BaSO4
酸化カルシウム
CaO
さらし粉
CaCl(ClO)•H2O
（塩化次亜塩素酸カ
ルシウム一水和物）
Ca(ClO)2
水酸化カルシウム
Ca(OH)2
炭酸カルシウム
CaCO3
塩化カルシウム
CaCl2
硫酸カルシウム
CaSO4
ケイ酸カルシウム
CaSiO3
酸化アルミニウム（ア
Al2O3
硫酸アルミニウム
Al2(SO4)3
AlCl3
硫酸カリウムアルミ
AlK(SO4)2•12H2O
さらし粉（次亜塩素酸
カルシウム）
ルミナ）
塩化アルミニウム
ニウム十二水和物
（ミョウバン）
酸化亜鉛
ZnO
塩化亜鉛
ZnCl2
硫化亜鉛
ZnS
硫化カドミウム
CdS
水銀
Hg
硫化水銀(II)
HgS
塩化水銀(II)
HgCl2
塩化水銀(I)
Hg2Cl2
スズ
Sn
鉛
Pb
酸化鉛(IV)
PbO2
四酸化三鉛
Pb3O4
硫酸鉛(II)
PbSO4
硫酸鉄(II)
FeSO4
ヘ キ サ シ ア ノ 鉄 (III)
K3Fe(CN)3
ヘ キ サ シ ア ノ 鉄 (II)
K4Fe(CN)6
酸カリウム
酸カリウム
塩化コバルト(II)
CoCl2
酸化銅(II)
CuO
硫化銅(II)
CuS
硫酸銅(II)
CuSO4
炭酸銅(II)
CuCO3
水酸化銅(II)
Cu(OH)2
銀
Ag
硫化銀
Ag2S
硝酸銀
AgNO3
臭化銀
AgBr
酸化銀
Ag2O
金
Au
クロム
Cr
ニクロム酸カリウム
K2CrO7
クロム酸鉛(II)
PbCrO4
マンガン
Mn
過マンガン酸カリウ
KMnO4
酸化マンガン(IV)
MnO2
硫酸マンガン
MnSO4
チタン
Ti
ジルコニウム
Zr
タングステン
W
ニッケル
Ni
パラジウム
Pd
白金
Pt
ム
3. 金属のうち、次の 3 つの条件のどれか一つでも合致するものをレアメタルという。この 3 つの条件
を記せ。
–
地殻中での存在量が少ない
–
産出箇所が特定の地域に集中している
–
分離・精製が困難である