カテゴリー: 化学元素

原子は「物質の構成要素」です。質量があり、（体積があることで）空間を占めるものはすべて、これらの小さな小さな単位で構成されています。それは、あなたが呼吸する空気、あなたが飲む水、そしてあなたの体自体にも当てはまります。

同位体は原子の研究において重要な概念です。化学者、物理学者、地質学者は、私たちの世界を理解するためにそれらを使用します。しかし、同位体とは何か、あるいはなぜ同位体がそれほど重要なのかを説明する前に、一歩下がって原子を全体として見る必要があります。

私たちの原子世界

おそらくご存知のとおり、原子には 3 つの主要な原子があり、そのうちの 2 つは原子核に存在します。原子核は原子の中心に位置し、粒子が密に詰まったクラスターです。これらの粒子の一部は陽子であり、正の電荷を持っています。

反対の電荷が引き寄せられることは十分に証明されています。一方、同様に帯電した物体は互いに反発する傾向があります。そこで質問です。正電荷を持つ 2 つ以上の陽子は、どのようにして同じ原子核内に共存できるのでしょうか?彼らはお互いを押しのけるべきではないでしょうか？

そこで中性子が登場します。中性子は、陽子と原子核を共有する素粒子です。しかし、中性子は電荷を持っていません。その名の通り、中性子は中性であり、正にも負にも帯電していません。それは重要な属性です。中性子はその中性のおかげで、陽子が互いに原子核から追い出されるのを防ぐことができます。

「小学生、親愛なるワトソン君」

原子核の周りを回っているのは、マイナスの電荷を持った超軽量粒子である電子です。電子は促進し、その動きは と呼ばれる小さなものを生み出すことができます。陽子も同様に重要です。まず、科学者が元素を区別するのに役立ちます。

周期表のほとんどのバージョンでは、各正方形の右上隅の元素記号の上に小さな数字が印刷されていることに気づいたかもしれません。この数字は原子番号として知られています。これは、特定の元素の原子核に陽子が何個あるかを読者に示します。たとえば、酸素の原子番号は 8 です。宇宙のすべての酸素原子には、ちょうど 8 個の陽子を持つ原子核があります。それ以上でもそれ以下でもありません。

この非常に特殊な粒子の配置がなければ、酸素は酸素ではありません。酸素を含む各元素の原子番号は完全に固有です。 2 つの元素が同じ原子番号を持つことはできません。原子核あたり 8 個の陽子を持つ元素は他にありません。陽子の数を数えることで原子を特定できます。酸素原子には常に 8 つの陽子が含まれるのと同様に、窒素原子には常に 7 つの陽子が含まれます。それはとても簡単です。

中性子はこれに従わない。酸素原子の核には 8 個の陽子が確実に含まれています (これまでに証明されているように)。ただし、 からの任意の場所が含まれる場合もあります。同位体は、異なる数の中性子を持つ (したがって潜在的に異なる物理的特性を持つ) 同じ元素の変異体です。ただし、それらは同じ化学的特性を持つ傾向があります。

現在、各同位体は、原子内の中性子と陽子の合計数である質量数に基づいて名前が付けられています。たとえば、よく知られている酸素同位体の 1 つは酸素 18 (O-18) と呼ばれます。標準的な陽子 8 個と中性子 10 個を備えています。

したがって、O-18 の質量数は、ご想像のとおり 18 です。関連同位体である酸素 17 (O-17) は、原子核内の中性子が 1 個少ないです。つまり、O-16 には陽子と中性子の数が同じ 8 個あります。このトリオの中で、O-16 と O-17 はより軽い同位体であり、O-16 は 3 つの中で最も豊富な同位体でもあります。

気分が不安定になる

一部の組み合わせは他の組み合わせよりも強力です。科学者は、O-16、O-17、O-18 を安定同位体として分類しています。安定同位体では、陽子と中性子によって発揮される力が互いに保持し、原子核を永久に無傷に保ちます。

反対に、「放射性同位体」とも呼ばれる放射性同位体の原子核は不安定で、時間の経過とともに崩壊します。放射性同位体は、長期的には根本的に持続不可能な陽子対中性子比を持っています。誰もその苦境に留まりたくありません。したがって、放射性同位体は、適切な安定した同位体に変換されるまで、特定の素粒子を放出します（そしてエネルギーを放出します）。

O-18 は安定ですが、酸素-19 (O-19) は安定ではありません。後者は必然的に故障します – すぐに！ O-19 のサンプルは、その作成中に、放射性崩壊の破壊によってその原子の半分が失われることが保証されています。

つまり、O-19の半減期は26.88秒ということになります。半減期は、同位体サンプルの 50 パーセントが崩壊するまでにかかる量です。この概念を思い出してください。次のセクションでは、それを古生物学に結び付けます。

しかし、化石科学について話す前に、確認する必要がある重要な点があります。酸素とは異なり、元素の中には何も持たないものもあります。最もよく知られている放射性元素の 1 つであるウランについて考えてみましょう。自然界にはこの重金属の同位体が 3 つあり、それらはすべて であり、原子核は一定の崩壊状態にあります。最終的には、ウランの塊は周期表上でまったく異なる元素に変わります。

リアルタイムで遷移を観察しようとする必要はありません。このプロセスは非常にゆっくりと進行します。

デートをする（そして健康を維持する）

元素の最も一般的な同位体であるウラン 238 (U-238) の半減期は約 です。徐々に、これは安定した鉛 206 (Pb-206) になります。同様に、7 億 400 万年の半減期を持つウラン 235 (U-235) は、別の安定同位体である鉛 207 (Pb-207) に変化します。 (U-238 と U-235 は両方とも天然同位体の例です。)

地質学者にとって、これは非常に有益な情報です。誰かが、ジルコン結晶に U-235 と Pb-207 の混合物が含まれている岩の板を見つけたとします。これら 2 つの原子の比率は、科学者が岩石の年代を判断するのに役立ちます。

その方法は次のとおりです。鉛原子がウランの対応物であるとします。その場合、かなり古い石を見ていることがわかります。結局のところ、ウランには鉛に変化し始める十分な時間があったのです。一方、その逆が真実であり、ウラン原子がより一般的である場合、岩石は若い側にあるはずです。

私たちが今説明した技術は、放射年代測定と呼ばれます。それは、十分に文書化されている不安定同位体を使用して、岩石サンプルや地層の年代を推定する行為です。古生物学者はこの戦略を利用して、特定の化石が堆積してからどれくらいの時間が経過したかを判断します。 (ただし、標本の年代を特定できるとは限りません。)

同位体を理解するのに先史時代の愛好家である必要はありません。放射性物質のいくつかは、血流の監視、骨の成長の研究、さらには癌との闘いにも使用されています。放射性同位体は、農家に に関する洞察を与えるためにも使用されています。

これで完了です。中性子の変動のような一見抽象的なものは、がん治療から深い時間の謎に至るまで、あらゆるものに影響を与えます。科学ってすごいですね。

装甲を貫通する弾丸、ロケット エンジンのノズル、固い岩石を切断するためのドリルビットは、宇宙で最も硬く、最も耐熱性の高い元素の 1 つであるタングステンで作られた製品のほんの一部です。

タングステンは、他のほとんどの金属元素と同様、光沢のある金属の塊として自然界には存在しません。他の化合物、この場合は天然鉱物の鉄マンガン石から化学的に分離する必要があります。周期表上のタングステンの記号が T ではなく、「ウルフラム」の略称である W であるのはそのためです。タングステンという名前はスウェーデン語で「重い石」を意味し、この元素の驚異的な密度と重さを表しています。その原子番号 (原子核内の陽子の数) は 74、原子量 (天然に存在する同位体の加重平均) は 183.84 です。

スペインの化学者 2 人 (および兄弟) であるフアン ホセとファウスト エルフヤルは、1783 年に初めて灰白色の金属を鉄マンガン石から単離したとされています。

すべての金属の中で最も高い融点

タングステンの最も印象的で有用な特性の 1 つは、すべての金属元素の中で最も高い融点である高い融点です。純粋なタングステン (摂氏 3,422 度) で、太陽の光球と同じ温度である華氏 10,030 度 (摂氏 5,555 度) に達するまで沸騰しません。

、融点は2,800°F（1,538°C）で、わずか1,947.52°F（1,064.18°C）です。

私たちが を通じて連絡を取った化学者で材料科学者のジョン・ニューサム氏は、原子が緊密な金属結合で結合しているため、すべての金属は比較的高い融点を持っていると述べています。金属結合は原子の三次元配列全体にわたって電子を共有するため、非常に強力です。ニューサム氏は、タングステンはその金属結合の異常な強度と方向性により、他の金属よりも長持ちすると述べています。

「なぜそれが重要なのですか？」ニューサムが尋ねる。 「エジソンが白熱電球のフィラメントを開発していたことを思い出してください。彼は光を発するだけでなく、熱で溶けない材料を必要としていました。」

エジソンは、を含むさまざまなフィラメント材料を実験しましたが、20 世紀を通じてほとんどの電球に使用されたタングステン フィラメントを製造したのは、もう一人のアメリカ人発明家ウィリアム クーリッジでした。

タングステンの融点が高いことには、合金として鋼などの材料と混合する場合など、他の利点もあります。タングステン合金は、ロケット燃料の爆発的な流れを噴射するエンジン ノズルを含む、ロケットやミサイルの高熱に耐える必要がある部分にメッキされています。

タングステンはなぜ重いのか

さまざまな元素の密度は、その構成原子のサイズを反映しています。周期表の下に行くほど、原子は大きくなり、重くなります。

「タングステンのような重い元素は、原子核内に多くの陽子と中性子を持ち、原子核の周りの軌道に多くの電子を持っています」とニューサム氏は言う。 「つまり、周期表の下に行くにつれて、1 つの原子の重さが大幅に増加するということです。」

実際には、片手にタングステンの塊を持ち、もう一方の手で同じ体積の銀または鉄を持った場合、タングステンの方がずっと重く感じられます。具体的には、タングステンの密度は 19.3 グラム/立方センチメートルです。比較すると、銀の密度はタングステンの約半分 (10.5 g/cm ³ )、鉄の密度はほぼ 3 分の 1 (7.9 g/cm ³ ) です。

タングステンの高密度の重量は、特定の用途では利点となる場合があります。密度と硬度により、例えば徹甲弾によく使用されます。軍はまた、タングステンを使用して、空挺破城槌のようにタングステンの棒を発射して壁や戦車の装甲を打ち破る、いわゆる「動的爆撃」兵器を製造しています。

冷戦時代、空軍は、軌道上から敵目標に長さ 6 メートルのタングステン棒の束を投下するというアイデアを実験したとされている。これらのいわゆる「神からの棒」は、核の放射性降下物がなければ、核兵器の破壊力で衝撃を与えたでしょう。重い棒をロケットで宇宙に打ち上げる費用は法外に高額だったことが判明した。

タングステンカーバイドより硬いのはダイヤモンドだけです

純粋なタングステンはそれほど硬くありません — — しかし、タングステンが少量の炭素と結合すると、地球上で最も硬くて最も丈夫な物質の 1 つである炭化タングステンになります。

「タングステンに少量の炭素やその他の金属を入れると、構造が固定され、簡単に変形するのを防ぎます」とニューサム氏は言います。

炭化タングステンは非常に硬いため、ダイヤモンドは炭化タングステンが完全に硬化していないと機能しません。炭化タングステンは鋼鉄の最大 3 倍の剛性があり、摩耗性の高い条件下でも鋼鉄よりも最大 100 倍長持ちし、すべての鍛造金属の中で最大の圧縮強度を備えています。つまり、巨大な力がかかってもへこんだり変形したりしません。 。

炭化タングステンの最も一般的な用途、そして地球上で採掘されたタングステンのほとんどの最終目的地は、特殊工具、特にドリルビットです。金属や固い岩を切断するためのあらゆる種類のドリルビットは、鈍くなったり折れたりすることなく、過酷なレベルの摩擦に耐える必要があります。タングステンカーバイドよりも硬いのはダイヤモンドドリルだけですが、価格もはるかに高くなります。

タングステンのその他の優れた用途

タングステンの硬度、密度、耐熱性により、多くのニッチな用途に最適です。

もしかしたら、あなたは化学を専攻しており、平均的な成人は 7 個のオクティリオン (7,000,000,000,000,000,000,000,000,000、つまり 27 個のゼロ) の原子で構成されていることを頭から知っているかもしれません。あるいは、あなたはふさふさした尾の英語専攻で、周期表の時代の漠然とした苦悩の記憶の大きな科学の匂いが、ちょっとした化学結合のようなものをやってみたいと思うかもしれません。

実際のところ、体内の 7 オクティリオンのほとんどは水素元素で構成されており、数学、コンピュータ サイエンス、宇宙航行学、宇宙工学のバックグラウンドを持つ、受賞歴のある詩人であり SF/ファンタジー作家であるある人にとって、それが次のような俳句です。から作られています。

最初の元素に関するこの短い 3 行のライナーをチェックしてください。この元素は宇宙のすべての元素の 75 パーセントを占めています。

英国の推理小説作家であり、インタラクティブな のクリエイターである Meet は、Science 誌の 2017 年 8 月 4 日号に初めてオンラインで掲載されました。

彼女の輝かしい逸品は、周期表の各元素に対応する 118 の科学詩と、元素 119 (まだ合成されていない) の結びの俳句で構成されています。天文学、生物学、化学、材料科学、歴史、医学、物理学の分野から得たリー氏は、水素から始めて、原子番号の増加順に周期表を調べていきます。

「私は他の詩人による科学詩に出会ったことがあり、科学者と非科学者の両方に語りかけることができる、科学についての独自の視点を提供できる詩が気に入った」とリーは電子メールで述べている。

『エレメンタル俳句』という本

ロンドンで生まれ育ったリーは、ケンブリッジ大学で数学とコンピューター サイエンスの学位を取得し、クランフィールド大学で宇宙航行学と宇宙工学の修士号を取得しています。彼女は米国に20年間住んでいます。彼女の著書「」は、Ten Speed Press からペーパーバック版と電子書籍版の両方で入手可能です。この本には、周期表の各元素のページに続く序文が含まれています。各要素の俳句には解説が付いています。

「新しい詩がいくつかあります。導入部に長い詩が 1 つあり、さらにいくつかの要素に新しい俳句が含まれています。いくつかの例では、元の俳句と新しい俳句の両方が 1 つの要素に含まれています。」

各見開きページには、カバーする 2 つの要素のうち 1 つの図が含まれています。 「それが、俳句が本の形で掲載されることの最大の利点かもしれません。私は素晴らしい挿絵が大好きなのです」とリーは言う。

いくつかのサンプル

の各元素には、その物理的および化学的特性に関連する独自のエネルギー パターンがあり、リーの詩の多くは、各元素が自然界でどのように動作するかについての賢明な暗示です。

ナトリウムが私たちの神経系でどのように機能するかについての、このちょっと甘い解釈のように:

この双極性障害はリチウムへの賛歌です。

この足の悪い人は炭素を取り入れています:

そして、私たちの場合は、なぜ私たちの英語専攻の一部がかろうじて化学に合格したかについての洞察が、次のとおりです。

「私は俳句を詩として考えていました。要素への一連の小さな賛辞です。各要素の本質の何かをその俳句に凝縮しようとしました。」とリーは言います。

日本の古典的な俳句は、季節の言及とアイデアの並列を含む 5-7-5 の音節パターンに従う簡潔な 3 行の詩です。 「私は 5-7-5 の音節構成に従おうとしましたが、」とリーは説明します。「私の俳句にはいくつかのアイデアが並列して含まれていますが、私の 119 句の中に季節に関する言及は 1 つもないと思います。 」

Lee が書くのが最も楽しいと感じた個人的なお気に入りをいくつか教えてください。

リーさんは近刊の著書について「『エレメンタル俳句』を楽しんでいただけたら嬉しいです」と語る。私にとって、科学は、それ自体の本質的な目的と、その無数の応用の両方において、最も偉大な取り組みの 1 つです。」

彼女は、俳句を書くことは「周期表を巡る冒険、旅のように感じました。各元素を順番に観察しながら時間を過ごすのが好きでした」と語ります。

ここから要素 118 に移ります。

そして最終的には、謎の 119 番に:

「さまざまな気分で、さまざまな元素に共鳴します」とリーは言います。「しかし、私はいつも元素 119 に魅了されます。これはまだ発見されていない、周期表の次の行の始まりとなる元素です。」

金ほど人間の想像力を魅了するものはありません。エジプト人は、この明るい黄色の金属は神聖で破壊不可能であり、太陽そのものの物理的な現れであると考えていました。

エジプト語で金を表す語はnubで、この名前はヌビアという名前に残っています。ヌビアは、貴金属の主要な供給者となった北東アフリカの古代地域です。アステカ人は金を表すのにテオクイトラトル（神の排泄物）という言葉を使いました。そして周期表では、金は「輝く夜明け」を意味するラテン語のaurumに由来する記号 Au で表されます。どのような名前であっても、金は常に富と権力と結びついています。

金への貪欲さがスペインによるアメリカ大陸の植民地化を促進しました。そして、カリフォルニアとオーストラリアの両方で 19 世紀のゴールドラッシュが金への渇望を引き起こし、今日でもほとんど満たされていません。

絶え間なく探索、採掘、砂採取を行えば、オズのあらゆる道路を埋めるのに十分な金が産出されるだろうと思うかもしれませんが、それは間違いです。歴史上、採掘された金は 161,000 トン (146,057 トン) のみです 。これを、米国が単年で生産するアルミニウム560 万トン (510 万トン) と比較してください 。

しかし、金の希少性は、人々がその金属を高く評価する理由の 1 つにすぎません。その独特の物理的および化学的特性も有用です。 1 オンスの金は、厚さ 500 万分の 1 インチのシートに打ち込むことも、50 マイル (80 キロメートル) のワイヤーに引き抜くこともできます 。また、化学的に不活性なので、他の化学物質と簡単には反応しません。

もちろん、シェイクスピアがかつて言ったように、「輝くものすべてが金ではない」。花嫁の指にはめられた輝く結婚指輪の裏側は暗い。金の採掘は環境に悪影響を及ぼし、他のどの金属よりもオンス当たりの廃棄物が多く発生します。さらに厄介なことに、世界中で雇用されている低賃金労働者が地球から金属を掘り出すことは危険です。毎年、何百人もの鉱山労働者が落石や爆発によって命を落としています。さらに数百人が生きたまま地下に埋められている。

これらすべての問題を理解することは、金がどのように機能するかを理解するために重要です。次の数ページでは、周期表の元素番号 79 を研究し、それが私たちの想像力に及ぼす力を理解しようとします。まず、文明の黎明期から 19 世紀後半の大ゴールド ラッシュに至るまでの、金の長い歴史について考えてみましょう。

金の歴史: 派手な棺と古代エジプト

ほとんどの人は、石器時代から青銅器時代に移行する先史時代の人類について考えるとき、石器から銅、または銅と錫を組み合わせて作られた道具への移行を想像します。しかし、世界の一部の地域では、初期の人類は他の金属よりも先に金を加工した可能性があります。たとえば、ブルガリアでは、考古学者が紀元前約4000年に遡る金の装飾品を発見している。北アフリカ、アジア、ヨーロッパのほとんどの文明は紀元前6000年から紀元前2500年の間に石器時代から脱却したため、金は発展の初期段階で人類に確実に受け入れられた。 。

古代エジプト人が金に対する貪欲な欲求を持っていたことは疑いの余地がありません。この金属の説明は紀元前 2600 年には象形文字に現れ、紀元前 1500 年までに、金は国際貿易の交換媒体として認められるようになりました。この金の供給源は、エジプトの南、ナイル川沿いに位置するサハラ以南の帝国、ヌビア、またはクシュでした。ファラオはヌビアに遠征隊を派遣して金の石英鉱脈を採掘し、エジプトの金細工師はそれを器、家具、葬送用具、洗練された宝飾品に加工しました。

紀元前 550 年までに、ギリシャ人は地中海と中東で金の採掘を開始しました。ローマ人はこの慣行を継続し、大量の水を使って岩石を取り除き、瓦礫を除去する水圧採掘やハッシュなどの高度な技術を導入しました。彼らはまた、西暦 200 年から 400 年の間に、これまでにない規模で硬貨を鋳造し、それぞれに皇帝の頭が刻印されたオーレウス金貨を何百万枚も生産しました。

ほぼ同じ頃、南アメリカの文明は金の金属加工で大きく進歩していました。現在のペルーに住んでいたシカン中期 (西暦 900 年から 1100 年) の人々は、膨大な量の貴金属工芸品を生産しました。彼らの金細工師は、石の金床で金のインゴットを石のハンマーで叩いて作成した板金の使用を専門としていました。その結果、金の装飾品、マスク、頭飾り、その他の品物の驚くべき配列が誕生しました。

これらは、ヨーロッパ人が西の世界を探検し始めたときに見つけたいと切望していた種類の宝物です。次に、金への欲望が帝国と一般人の運命を形作るのにどのように役立ったかを見ていきます。

神々の肉体

エジプトのファラオは、金が「神の肉」であると信じて、金で埋葬されることを主張しました。ツタンカーメンの墓を考えてみましょう。少年王は3つの金の棺に納められました。 3 番目で最後の棺は 243 ポンド (110 キログラム) の純金で作られました 。内部では、ラピスラズリと色ガラスがはめ込まれた金の葬式マスクが彼の装飾品として続きました。

金の探査と採掘

世界の金の 90 パーセント以上は、1800 年代半ばから後半の黄金ラッシュの後に生産されました 。金採掘の全プロセスは、探鉱、採掘、抽出、精製の 4 つのステップに大別できます。

初期の金の発見は、誰かが川や岩の隙間に黄色い輝きを見つけるという盲目の幸運に依存していました。しかし、今日の検索はより体系的かつ正確です。まず、地質学者は金がどのように形成されるかについて詳しく知っています。たとえば、金属はほとんどすべての岩石や土壌に存在するが、粒子は非常に小さいため目に見えないことはわかっています。採掘して収益を上げられるほど金が集中している地域は限られています。探鉱者または探検家として知られる科学者は、これらの鉱床を探します。これは探鉱として知られています。場合によっては、これらの鉱床には純金が含まれていることがあります。しかし、ほとんどの鉱床では、金は銀または別の金属と結合しています。金の痕跡を発見した後、科学者は掘削して地表の下からサンプルを採取し、金の含有量を分析します。鉱床に十分な金があれば、鉱山会社は大規模な採掘事業を開始する可能性があります。

金の採掘方法は鉱床によって異なります。鉱床鉱床は、固体の岩石中に見つかる金の濃縮物です。金を含む岩石が地表にある場合、鉱山会社は露天掘り技術を使用します。まず、鉱山労働者がドリルで穴のパターンを掘り、次に爆発物で穴を埋めます。次に、爆発物を爆発させて地面を砕き、運搬トラックに積み込めるようにします。

鉱床が地表の下にある場合は、地下採掘が必要です。この場合、鉱夫は鉱床にアクセスするために地面に立坑、つまり坑道を掘削します。次に、ストップと呼ばれる、鉱石ブロックの上部から下部まで伸びる長い垂直トンネルを掘ります。鉱山労働者は、掘削して鉱石ブロックに爆薬を積み込んだ後、その爆薬を爆発させ、砕けた鉱石がストープの底に落ちます。そこで鉱石はトラックに積み込まれて地表に運ばれます。

砂鉱床（川床や海岸の堆積物に蓄積された遊離金）は、別の方法で採掘されます。鉱山労働者は砂、砂利、岩石をすくい、たっぷりの水と混ぜます。金は密度が高いため、他の素材よりも早く沈み、底に集まります。多くの鉱山労働者は、金属またはプラスチックのパンを使用して、沈殿物から金を分離します。このプロセスは、パンニングとして知られています。

金の抽出

金を含む岩を地面から取り除くことは最初のステップにすぎません。純金を分離するために、鉱山会社は複雑な抽出プロセスを使用します。このプロセスの最初のステップは、大きな岩の塊を小さな断片に分解することです。工場では、クラッシャーとして知られる大型機械が鉱石を道路の砂利ほどの大きさにまで粉砕します。次に、砂利状の物質は鋼球が充填された回転ドラムに入ります。これらのドラムの中で、鉱石は細かいスラリーまたは粉末に粉砕されます。

次に、工場のオペレーターはスラリーを水で濃くしてパルプを形成し、そのパルプを一連の浸出タンクに通します。浸出では、化学溶剤を使用して鉱石から金を溶解します。最も一般的な溶媒はシアン化物で、カーボンインパルプとして知られるプロセスで酸素と結合する必要があります。シアン化物と酸素が化学反応すると、パルプ中の金が溶解します。作業員が小さな炭素粒子をタンクに導入すると、金が炭素に付着します。パルプをスクリーンで濾過すると、金を含む炭素が分離されます。

炭素は剥離容器に移動し、そこで高温の苛性溶液が金を炭素から分離します。別のスクリーン セットで炭素粒子がろ過され、将来の処理にリサイクルできます。最後に、金を含む溶液は電解採取の準備が整い、浸出化学物質から金が回収されます。電解採取では、オペレーターは金を含む溶液をセルと呼ばれる特別な容器に注ぎます。セル内のプラスとマイナスの端子は、溶液に強力な電流を供給します。これにより、マイナス端子に金が集まります。

ほぼ純度の高い金を得る精錬では、約 2,100 度 (摂氏 1,149 度) の炉でマイナス端子を溶かします。作業者がフラックスとして知られる化学混合物を溶融した材料に加えると、端子の製造に使用された金属から金が分離します。作業員はフラックスを流し、次に金を流し出します。液体の金をドーレバーと呼ばれる固体の棒に変えるために型が使用されます。これらの低純度バーはその後、さらなる処理のために世界中の製油所に送られます。

世界の金生産量

主な金産出国には、南アフリカ、米国、オーストラリア、メキシコ、ペルー、カナダ、中国、インド、ロシアなどがあります。南アフリカが最大の金産出国であり、米国、オーストラリアがそれに続く。米国では、ネバダ州が最大の金生産国です。

金の精錬

金製造の最終段階である精製には、製錬プロセス後に残る不純物の除去が含まれます。精錬会社は、金スクラップだけでなくドレ棒も受け取り、炉で金属を再液化します。作業員は溶融金属にホウ砂とソーダ灰を加え、純金を他の貴金属や貴金属から分離します。その後、サンプルは研究室に運ばれ、金の含有量を測定するテストまたはアッセイが行われます。ほとんどの場合、金の純度は 99.9% です。作業員は精錬中に生じた金を棒状に鋳造します。

次に何が起こるかは、金がどのように使用されるかによって決まります。純金は通常、ほとんどの実用的な用途には柔らかすぎるため、ほとんどの場合、純金に他の金属が添加されます。このように金が結合すると、合金が形成されます。科学者や金細工師は、使用可能なさまざまな金合金を指定するために色を使用することがよくあります。たとえば、ホワイトゴールドは、金とニッケル、銀、またはパラジウムを組み合わせて作られます。レッドゴールドまたはピンクゴールドは、金と銅の合金です。そして、ブルーゴールドは金と鉄を混ぜたものです。

カラテージとは、他の合金と比較して、物体にどれだけの金が存在するかを指します。カラット数が高いほど、サンプル中の金の割合が高いことを示します。つまり、24金は100パーセントの金ですが、12金はちょうど半分の金です。一般的なカラタージュは、付随のサイドバーに示されています。

興味深いことに、文化が異なれば好む空手技も異なります。たとえば、インドの人々は 22 カラットの金を好みますが、ヨーロッパ人は 18 カラットの金を好みます。米国では、金の含有量、硬度、手頃な価格のバランスが取れた 14 カラット ゴールドが断然最も人気があります 。

ほとんどの人は、宝飾品に適用される空細工に精通しており、宝飾品は世界の金需要のほぼ 3 分の 2 を占めています 。次のセクションでは、金の他の用途を検討します。

あなたの金の純度はどのくらいですか?

24 カラット = 100 パーセントの金

22 カラット = 91.75 パーセントの金

21 カラット = 87.5 パーセントの金

18 カラット = 75 パーセントが金

14 カラット = 58.5 パーセントの金

12 カラット = 50.25 パーセントの金

10 カラット = 42 パーセントの金

9 カラット = 37.8 パーセントの金

8 カラット = 33.75 パーセントの金

金の用途: ジュエリー、ヘルスケア、テクノロジー

歴史を通じて、宝石商や金細工師は、その独特の特性により金を貴金属として選択してきました。金は本来美しく、腐食や変色に強いです。また、柔らかく展性があるため、アーティストは金属をほぼあらゆるデザインに成形することができます。ほとんどのジュエリーは今でもこの方法で作られており、何世紀にもわたって使われてきた工芸スキルとシンプルなツールを使用して個人によって作られています。しかし、ゴールドジュエリーの工場生産はより一般的になりつつあります。

電子機器メーカーも、その高い導電性を利用するために金を広く使用しています。金は、銀と銅を除く他のすべての金属よりも電気をよく伝えます。そして腐食しにくいのです。このため、この金属は接点、端子、プリント回路、半導体のメッキに理想的な選択肢となります。たとえば、一般的なコンピュータでは、ディスプレイと回路基板の両方に金が使用されています。各コンピュータが保持できる量はわずかで、27 キログラム (60 ポンド) のマシンの 0.1 キログラム (3.5 オンス) 未満です が、その数を合計すると増加します。米国地質調査所によると、1 トン (1.1 トン) の回路基板には、米国で採掘される金鉱石に含まれる金の 40 ～ 800 倍の量の金が含まれている可能性があります 。

航空宇宙など、コンピューターやマイクロエレクトロニクスに依存する他の産業では、大量の金が使用されています。によると、 NASA はコロンビア号スペースシャトルの製造に 40.8 キログラム (90 ポンド) 以上の金を使用しました。その多くは電気接点や回路基板に使用されましたが、多くは薄膜用途に使用されました。厚さ 0.15 ミリメートル (0.006 インチ) の金のシートは反射率が高く、効果的な放射線シールドとなります。同様の金フィルムは現在、大規模なオフィスビルの窓をコーティングするために使用されており、太陽光線をそらし、受動的な暖房を制御しています。

他の業界も金を活用する方法を見つけています。

• ヘルスケア: 歯科医は歯冠に金を使用しており、関節リウマチの治療薬であるウリ塩化ナトリウムなどの特定の医薬品にも金が含まれています。
• 食品と飲料: 少量の金は、ゼリーやゴルトシュレーガーのようなリキュールなどの食品を明るくすることがあります。
• 化学物質: 金は、他の有毒な触媒よりも効率的に特定の化学反応を触媒したり、加速したりできます。
• 環境: 金は汚染を軽減する役割を果たします。たとえば、科学者たちは最近、太陽によってエネルギーを与えられた金粒子が揮発性有機化学物質を破壊できることを発見しました。

ゴールドとお金

前のセクションでは触れなかった大きな用途の 1 つは、通貨の形態としての金の役割です。詳細は「通貨のしくみ」で読むことができますが、金とお金は実質的に同義であるため、ここで言及する価値があります。金貨は、おそらく古代リディアの統治者であるクロイソス王が紀元前 640 年に大規模に純金貨を発行して以来、何世紀にもわたって存在しています。前述したように、ギリシャ人やローマ人も、広く普及したローマのアウレウス貨のような金貨を鋳造しました。別のコインがこれほど人気になるには何年もかかるでしょう。そのコインは、1284 年にヴェネツィアに導入されたドゥカットです。イギリスは同年、最初の主要な金貨であるフロリンを発行しました。金細工師エフライム・ブラッシャーは、1784 年に米国初の金貨を鋳造しました。

金からコインを作ることに加えて、政府は国際債務の支払いが必要になった場合に備えて金を予備として保有しています。実際、世界の中央銀行は地上の金供給量の約 20 パーセントを保有しています。

金本位制の終焉により、これらの準備ポートフォリオのリバランスが行われました。ゴールドスタンダードについて詳しくは、ニューディールに関する 知恵袋ブログ の記事をご覧ください。ここでは基本的なことをいくつか紹介します。金本位制の国は紙幣を金に交換し、固定価格で金を売買します。 1900 年に金本位法が可決され、米国は金本位制を正式に採用しましたが、1971 年に金本位制を放棄しました。

1800年のクリスマスイブ、英国の科学者はほぼ純粋なプラチナ鉱石をスペインの植民地ヌエバグラナダ（現在のコロンビア）から795ポンド（1800年当時は1,051.99ドル、現在は23,206.23ドル）で密かに購入し密輸した。

彼は、固体鉱石を展性のあるプラチナに変える新しい化学プロセスを開発できると信じ、大きな期待を抱いていました。このサンプルには、これまで科学では知られていなかった新しいレアメタルという独自の秘密がありました。

今日、それは地球上で最も価値のある貴金属です。ロジウムは、記号 Rh と原子番号 45 を持つ化学元素です。

ロジウム金属: 予期せぬ発見

ウォラストンは、密輸したプラチナ鉱石の塊を使って、初期の科学者ができなかったことを数年で成し遂げました。彼は、プラチナを単離し、可鍛性を与える化学プロセスを達成しました。

科学者が裏庭の実験室でプラチナ鉱石を溶解すると、可溶性残留物と不溶性残留物の両方が生成されました。可溶性溶液を沈殿させた後、彼は赤みがかった塩が残っていることに気づきました。

赤い塩はプラチナに特有のものではないため、ウォラストン氏はサンプル中に何か他のものが存在するのではないかと疑った。 1803 年と 1804 年に、ウォラストンはプラチナ鉱石のサンプルから他の 2 つの貴金属を発見したと発表しました。彼は一方をパラジウムと呼び、もう一方をロジウムと呼びました。

ロジウムとは何ですか?

ロジウムは非常に光沢のある耐食性の金属で、自動車、宝飾品、化学、電気業界を含む多くの産業で有用になりました。宝飾品製造技術研究開発のスーパーバイザー（GIA）であるショーン・ピーターソン氏によると、ロジウムの希少性と用途こそがロジウムの価値を高めているそうです。

「ロジウムの希少性と自動車製造での使用による世界的な需要の多さにより、ロジウムの価格は大幅に上昇しています」とピーターソン氏は言います。自動車産業、特に中国とヨーロッパにおける排出ガスをクリーンにするための新しい規制が、ロジウム価格の上昇の原因である可能性が最も高いです。

現在、ロジウムの価格はオンスあたり 14,000 ドルです。これを、1オンスあたり959ドルのプラチナ、1オンスあたり1,866ドルのパラジウム、または1オンスあたり1,783ドルの金と比較してください。

ロジウムは、最も純粋な形で見つかることはありません。むしろ、ほとんどの場合、プラチナ、銅、ニッケルの精製の微量な副産物として収集されます。

ロジウムを探しに行きたい場合は、国内の大規模なプラチナ採掘事業によるロジウム最大の生産者である 行きの飛行機に乗ったほうがよいでしょう。北アメリカと南アメリカの川の砂や、アメリカの硫化銅ニッケル鉱石でも見つかります。

別の名前のバラ (メタル)

ウォラストンは、王水に溶けていた赤みがかった塩にちなんで、新しい金属の一つをロジウムと呼んだ。その語源はバラを意味するギリシャ語の「ロドン」に由来する。 (黄オレンジ色の発煙性液体で、貴金属の金やプラチナを溶かすことができるため、錬金術師によってそう名付けられました。)

「ロジウムは、貴金属の 1 つと考えられるプラチナ金属グループの一部です」とピーターソン氏は言います。

その他の白金金属

白金族金属は 6 種類あります ():

それらは似たような特徴を持っており、自然界ではほとんどの場合一緒に見られます。金や銀と同じように、それらも貴金属です。 「貴金属に共通する重要な特徴には、魅力、加工性、耐久性、希少性などがあります」とピーターソン氏は述べています。

ロジウムは通常は有害ではありません（宝石商でない限り）

南アフリカのトランスバール川で大量のプラチナ鉱石の堆積物が発見されて以来、人々はプラチナの副産物としてロジウムを採掘しています。それ以来、特に人間が大量のロジウムに直接接触する可能性は非常に低いため、人間への害を示す具体的な証拠はありません。

植物に対する試験では、ロジウムが PGM の中で最も毒性が低いことが示されていますが、天然に存在するロジウムの供給量が非常に少ないため、人間に対する試験は行われていません。

しかし、ロジウムを吸い込むと、特に宝飾品の製造においては危険になる可能性がある、とピーターソン氏は言います。 「[ロジウム]メッキのプロセス中には、有害な煙が発生します。この健康上のリスクがあるため、ジュエリーをメッキする際には吸入を避けるための安全方法が採用されています。」

ロジウムは空気をきれいにし、ジュエリーを明るく保ちます

車、宝石、ガムの共通点は何ですか?少しロジウムが入っていることが分かりました。

入手可能なロジウムのうち、80% は自動車の排気ガスを浄化する触媒コンバーターに使用されています。ロジウムは、亜酸化窒素分子、別名 NOx 排出物、化石燃料を動力とする自動車、トラック、ボート、発電所、タービン、その他多くの違反物質から放出される茶色がかった有毒ガスの分解において、他に例を見ない優れた性質を持っています。

排出物は私たちの体とオゾンに取り返しのつかないダメージを与えますが、ロジウムがなければさらにひどい状態になるでしょう。

ロジウムは、硝酸、酢酸、または水素反応を生成するための必須の触媒であるだけでなく、チューインガムのミント風味であるメントールを生成するための触媒でもあります。ロジウムは耐食性があり、電流を通しやすいため、光ファイバーや光学ミラー、ヘッドライトの反射板、電気材料のコーティングとして使用されます。

人間がロジウムに直接遭遇する可能性が最も高いのは、光沢のあるジュエリーです。 「宝石商は、ジュエリーの製造工程で使用するロジウムを求めています。ロジウムは色が明るく銀白色で、非常に硬いため、ジュエリーの傷や腐食に対する耐性が高まるからです」とピーターソン氏は言います。 「また、低アレルギー性なので、特定のジュエリー金属合金にアレルギーのある人にも役立ちます。」

ロジウムにはニッケルがまったく含まれていないため、最も敏感なジュエリー着用者でも、ロジウムメッキのブレスレットなら手首を安全に保つことができます。

加工が最も簡単な金属ではない

ロジウムは非常に硬く、融点が 3,565 度 (摂氏 1,963 度) と非常に高くなります。融点が高いため、宝石商が他の金属よりも加工するのがより困難です。

「ロジウム自体は、一般的な宝飾品の製造目的には硬すぎます」とピーターソン氏は言います。 「ロジウムの最も一般的な用途は、アレルギーを防ぐため、または宝飾品の色を改善するために、他の金属合金の上にメッキとして使用することです。」

このレアメタルは光沢、輝き、耐久性に優れていますが、加工が非常に難しいため、メッキが薄く、すぐに摩耗してしまいます。

「欠点は、ロジウムメッキがジュエリーを薄い層でコーティングしているだけということです。これは、時間の経過とともに磨耗によりロジウムが減少することを意味します。」とピーターソンは言います。宝飾品メーカーは、イヤリングやネックレスなど、摩擦や摩耗が少ない部品にロジウムを使用し、1 ～ 2 年ごとに部品を再メッキすることを推奨しています。

ジュエリーのメッキに必要なロジウムはごく少量なので、比較的手頃な価格です。ロジウムメッキのジュエリーはオンラインで 300 ドルから 5,000 ドルの範囲で見つけることができますが、価格の違いはロジウムそのものよりも、デザイナー、地金、宝石の含有量に大きく関係しています。

200 年以上前にウォラストンがロジウムを発見したおかげで、私たちは地球上で最も貴重で高価な金属を身につけたり、運転したりできるようになりました。

二原子要素は単独でいることを嫌います。そのため、それらは単一の原子として存在しません。

代わりに、それらは常に同じ純粋な元素の 2 つの原子が結合したものです。それは名前のとおりです。Di – は「2」を意味し、 atomicは「原子の」を意味します。そして元素は宇宙の基本的な構成要素です。

7 つの珪素原子とは何ですか?

118 個の元素を含む周期表には、2 原子元素は 7 個だけあります。

周期表の左上にある水素を除いて、二原子元素は接触して逆L字型を形成しています。したがって、1 つ見つければ、すべてを簡単に見つけることができるはずです。

7 つの二原子要素の覚え方

これら 7 つを簡単に覚える方法が必要ですか?このニーモニックを試してみてください: H ave N o Fear Of Ice Cold Beer 。各単語の最初の文字は、各二原子要素を思い出させます。

二原子元素はどこにでも存在します

この二重結合をデフォルトとする二原子要素は 7 つだけです。そのうちの 5 つ (水素、窒素、フッ素、酸素、塩素) は、室温および常圧では気体です。 「」という名前でも呼ばれます。

臭素は常に液体ですが、ヨウ素は室温ではいくつかの要因に応じて液体または固体になります。 7 つすべてが非金属です。

二原子元素は珍しいものではありません、それどころか！窒素と酸素は、二原子形態の N ₂と O ₂で、地球の大気を構成しています。それは珍しいの反対です。

二原子分子

他の元素は、二原子元素を形成して二原子分子を​​形成することができます。こうして 食塩（ナトリウム + 塩素 = NaCl、塩化ナトリウム）が得られます。

二原子分子はどこにでも見つかります。他の元素の中には二原子分子を​​形成できるものもありますが、その結合は非常に弱く不安定です。それらは長くは二原子のままではありません。 7 つの二原子要素だけが強い結合を形成し、ほぼ常にこの形で現れます。