周期表における金属とは？

金属は、独特の物理的および化学的特性によって定義される元素の基本的なクラスです。周期表の左側と中央に主に存在し、既知の118元素のうち92が金属に分類されており、元素の最大のグループを構成しています。金や銀のなじみのある光沢から、鉄やアルミニウムの産業基盤まで、金属は私たちの日常生活と技術の進歩に不可欠です。その共通の特性は、程度は異なりますが、非金属やメタロイドとは区別されます。

金属の最も決定的な特性の1つは、その優れた電気伝導性と熱伝導性です。この特性は、その原子構造の直接的な結果です。金属結合では、各原子の価電子は単一の原子核に結合していません。代わりに、それらは、非局在化され、金属格子全体を自由に移動できる「電子の海」を形成します。この電子の自由な動きにより、電荷と熱エネルギーを容易に伝達できます。これが、金属が電線から鍋まであらゆるものに使用される理由です。この非局在化電子モデルは、金属が熱の良導体である理由も説明しています。金属の一端が加熱されると、電子の運動エネルギーが増加し、それらはすぐにこのエネルギーを材料全体の他の電子と原子に伝達し、急速な熱分布につながります。

金属のもう1つの重要な物理的特性は、その光沢または輝きです。これも、非局在化電子の海の結果です。光が金属の表面に当たると、これらの自由電子は光子を吸収し、すぐにそれらを再放出します。これが、金属に特徴的な反射性と光沢のある外観を与えるものです。これは、通常、非金属には見られない特性であり、非金属はくすんで不透明になる傾向があります。

金属は、延性と展性でも知られています。展性とは、壊れることなく薄いシートに叩いたりプレスしたりできる能力です。延性とは、細いワイヤーに引き伸ばすことができる能力です。これらの特性も、金属結合の性質によって説明されます。金属格子の原子は、高度に秩序化された結晶構造に配置されています。力が加えられると、原子の層は、非局在化電子が原子の新しい位置に対応するために容易に移動できるため、金属結合を妨げることなく互いにスライドできます。これは、原子層のずれが同電荷イオンを反発させ、結晶を粉砕させるため、脆いイオン性化合物とは対照的です。

化学的に、金属は電気陽性になる傾向があり、これはイオン化エネルギーが低く、電気陰性度が低いことを意味します。これにより、価電子を失って陽イオンまたはカチオンを形成しやすくなります。これが、金属が非金属、特にハロゲンと酸素と容易に反応してイオン性化合物を形成する理由です。たとえば、ナトリウム（金属）は塩素（非金属）と激しく反応して塩化ナトリウムまたは食塩を形成します。金属の低いイオン化エネルギーは、その反応性も説明しています。元素が電子をより簡単に手放すほど、反応性が高くなります。これが、ナトリウムやカリウムのような1族のアルカリ金属が非常に反応性が高い理由です。それらは、失うことを熱望している価電子を1つしか持っていません。

周期表は、金属をその特性に基づいていくつかのグループに分類しています。アルカリ金属（1族）とアルカリ土類金属（2族）は、価電子の数が少ないため、反応性が高くなっています。遷移金属（3〜12族）は、複数の酸化状態を形成する能力で知られており、さまざまなカラフルな化合物を生み出します。また、一般的に強く、硬く、融点が高くなっています。ランタノイドとアクチノイドは、しばしば内遷移金属と呼ばれ、表の下部にあります。多くのアクチノイドは放射性です。ポスト遷移金属、アルミニウム、ガリウム、スズなど、は遷移金属の右側に位置し、遷移金属よりも柔らかく、融点が低い傾向があります。

結論として、金属は、その独特の物理的および化学的特性を特徴とする元素です。非局在化された電子の海を持つ金属結合の独特の構造は、その優れた導電性、光沢のある外観、および作業性の根底にある理由です。陽イオンを形成するために電子を失う傾向は、その化学的反応性を定義します。ジュエリーに使用される希少で貴重な金属から、私たちのインフラストラクチャの基礎を形成する豊富で不可欠な金属まで、これらの元素はまさに私たちの現代世界の構成要素です。周期表で金属を定義するものを理解することは、私たちの技術と日常生活を形作る材料を理解するための鍵です。