金属とは｜定義・性質・主な種類と代表例（合金・用途・冶金学）
金属の定義・性質（電気・熱伝導、光沢、融点）、主要元素と代表合金、用途や冶金学まで図解でやさしく解説する総合ガイド。
化学元素の中には、金属と呼ばれるものがあります。周期表の元素の中では大部分を占める。これらの元素は、通常、次のような性質を持っています。
- 電気や熱を伝えることができます。
- 簡単に形成することができます。
- 光沢のある外観です。
- 融点が高いのです。
- 一般に密度が大きく、機械的強度や硬さを示すものが多い。
- 結晶性を持ち、金属結合（自由電子が結晶格子内を移動するモデル）によって特有の性質が説明されます。
- 多くは酸化などの化学反応を受けやすく、腐食（さび）対策が必要になることがある。
- 延性・展性があり、引き伸ばしたり叩いて薄く延ばしたりできるものが多い。
ただし例外もあります。ほとんどの金属は常温では固体ですが、必ずしもそうである必要はありません。水銀は液体ですし、ガリウムやセシウムは手の温度で溶けることがあります。合金とは、混合物のうち、少なくとも1つの部分が金属であるものを指します。合金にすることで強度や耐食性、加工性、電気的性質などを調整できます。
金属の代表例としては、アルミニウム、銅、鉄、錫、金、鉛、銀、チタン、ウラン、亜鉛などがあります。これらに加え、ニッケル、マンガン、クロム、マグネシウムなども工業的に重要です。分類としては、
- 鉄系（金属）：鉄や鋼（鋼は合金）。構造材として最も広く使われる。
- 非鉄金属：アルミニウム、銅、亜鉛、チタンなど。軽量・耐食性・電気伝導性などの用途で使われる。
- 貴金属：金・銀・白金など。化学的に安定で装飾品や触媒、電子部品に使用。
- 希土類・レアメタル：ネオジムやコバルトなど、磁性材料や高機能材料に重要。
- 放射性金属：ウランなど、原子力・核関連に用いられる。
よく知られている合金には、青銅と鋼があります。他にも真鍮（銅＋亜鉛）、ステンレス鋼（鉄＋クロム＋ニッケル等）、ジュラルミン（アルミニウム合金）など、用途に応じて多様な合金が設計されています。
用途は非常に幅広く、建築・土木（鉄骨、橋梁）、輸送（自動車・航空機の構造材料）、電気・電子（配線、接点、ヒートシンク）、機械部品（軸受、歯車）、装飾品・貨幣、触媒や電極、医療用インプラント（チタン等）、電池材料（リチウム、ナトリウムなどの金属）など多岐にわたります。金属ごとに得意分野があり、例えば銅は電気伝導性が高く配線に、アルミニウムは軽さと耐食性で輸送分野に、鉄はコストと強度で建築・機械に適しています。
金属の製造・加工は次のような工程を含みます：鉱石の採掘 → 製錬（溶融還元、電解精錬など）→ 鋳造・圧延・鍛造などの塑性加工 → 熱処理（焼入れ、焼戻し、焼なまし）による組織制御 → 表面処理（めっき、陽極酸化、塗装）。これらを体系的に研究・応用する学問が、扱う学問を「冶金学」といいます。冶金学は原料から最終製品までのプロセス、材料の微細構造と機械的性質の関係、腐食や疲労に関する対策などを扱います。
腐食（酸化）や疲労破壊は金属材料の寿命を制限する重要な問題です。防食には塗装、めっき（亜鉛めっきなど）、犠牲陽極法、カソード防食、合金化による耐食性向上などが用いられます。またリサイクル性が高い点も金属の重要な特長で、鋼やアルミニウムはリサイクル材の利用が広く進んでいます。
まとめると、金属は自由電子に由来する特有の物理化学的性質（電気・熱の良導体、延性・展性、光沢など）を持ち、用途と必要特性に応じて元素や合金の組成、製造・熱処理を設計することで幅広い産業分野で利用されています。金属材料の選定には、機械的性質、耐食性、加工性、コスト、リサイクル性など複数の要因を総合的に考慮する必要があります。
金属が似ている点（金属の性質）
ほとんどの金属は硬く、光沢があり、重く感じられ、非常に高い温度で加熱されたときにのみ溶けます。金属の塊は、重いもので叩くと鈴のような音がします（音性）。金属は、熱や電気を通しやすい（伝導性がある）。金属の塊は、叩いて薄い板にしたり（可鍛性）、引っ張って細い線にすることができます（延性）。金属は、引きちぎったり（引っ張り強度が強い）、壊したり（圧縮強度が強い）するのが難しい。細長い金属を押しても、折れずに曲がります（弾性）。セシウム、銅、金を除く金属は、中性の銀色をしている。
すべての金属がこのような性質を持っているわけではありません。例えば、水銀は常温では液体ですし、鉛は非常に柔らかく、鉄は銅に比べて熱や電気が通りにくいです。
金属の使用
金属は人間にとって非常に便利なものです。丈夫で形を整えやすいので、道具を作るのにも使われています。鉄や鋼は、橋や建物、船などに使われています。
金属の中には、硬くてすぐには磨り減らないものがあり、コインなどに使われています。例えば、銅（赤色で光沢がある）、アルミニウム（白色で光沢がある）、金（黄色で光沢がある）、銀やニッケル（同じく白色で光沢がある）などがあります。
金属の中には、鉄のように鋭くしても切れ味が落ちないものがあり、包丁や斧、カミソリなどに使われています。
金、銀、プラチナなどの価値の高いレアメタルは、宝飾品に使われることが多い。また、金属はファスナーやネジの材料としても使われます。調理用の鍋には、銅、アルミニウム、スチール、鉄が使われます。鉛は非常に重く、密度が高いため、船の回転を止めるバラストとして、また電離放射線から人を守るために使用されます。
ロシアにある、鉄や鋼などの金属でできた橋。
金属の合金
金属でできている多くのものは、実際には、少なくとも1つの金属と他の金属、または非金属との混合物でできていることがあります。このような混合物を「合金」と呼びます。一般的な合金には次のようなものがあります。
人が金属を使って物を作るようになったのは、今から9000年以上前のことです。そして、銅に錫を加えることで、より硬い合金である青銅を作る方法を学んだ。約3000年前には鉄が発見された。鉄に少量の炭素を加えると、特に有用な合金である「鋼」ができることがわかった。
化学における金属
化学の世界では、金属は特定の性質を持つ化学元素のグループを表す言葉である。金属の原子は、簡単に電子を失い、正イオン（陽イオン）になることができる。このように、金属は他の2種類の元素である非金属や金属化合物とは異なります。周期表のほとんどの元素は金属である。
周期表を見ると、ホウ素（記号B）からポロニウム（記号Po）までジグザグの線が引かれている。この線が通っている元素が金属族です。この線の上と右にある元素は非金属です。残りの元素は金属である。
金属の特性のほとんどは、金属中の原子が電子をあまり強く保持していないことに起因する。それぞれの原子は、価電子の薄い層によって他の原子から分離されています。
しかし、一部の金属は違います。例えば、ナトリウムという金属があります。ナトリウムは柔らかく、低温で溶け、とても軽いので水に浮くことができます。ナトリウムのもう一つの性質は、水に触れると爆発することだからである。
ほとんどの金属は化学的に安定していて、簡単には反応しませんが、中には反応するものもあります。反応するのは、ナトリウム（記号Na）のようなアルカリ金属や、カルシウム（記号Ca）のようなアルカリ土類金属です。金属が反応するときは、多くの場合、酸素と反応します。金属の酸化物は塩基性です。非金属の酸化物は酸性です。
金属原子が他の原子と結合して分子を作っている化合物は、地球上で最も一般的な物質であろう。例えば、一般的な食塩はナトリウムの化合物である。
歴史の中の金属
人間が動物と違うのは、金属を使うことだと言われています。金属を使う前は、石や木、動物の骨などで道具を作っていました。これを今、石器時代と呼んでいます。
最初の金属がいつ発見され、使用されたのかは誰も知らない。それはおそらく、地中に大きな塊として存在している「原生銅」と呼ばれるものだったのだろう。金属としては非常に柔らかいのですが、人々はこれを銅製の道具などに加工することを学びました。一般的な鉱石から銅を得るためには、製錬を学びました。銅を火で溶かすと、銅よりもはるかに硬くて強い青銅という合金ができることを知ったのです。銅からナイフや武器が作られた。この紀元前3300年以降の時代を「青銅器時代」と呼んでいますが、これは青銅製の道具や武器の時代です。
紀元前1200年頃、鉄製の道具や武器を作ることを学んだ人々がいた。鉄の道具や武器は、青銅よりも硬くて強く、戦争では有利に働きました。鉄製の道具や武器が使われていた時代は、今では「鉄器時代」と呼ばれています。金属は、人類の歴史や文明にとって非常に重要なものです。鉄や鋼は機械を作るのに重要な役割を果たしました。金や銀は、人々が長い距離を移動して物やサービスを交換するために、お金として使われました。
純銅の塊で、原生銅として発見されたもの。
天文学における金属
天文学において金属とは、水素やヘリウム以外の元素のことを指す。というのも、星の外で形成されるのはこの2つの元素（時にはリチウムも）だけだからである。天空では、分光器が金属の兆候を見て、天文学者に星の中の金属を見せてくれる。
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質問と回答
Q:金属に分類される元素の特徴にはどのようなものがありますか?
A: 金属に分類される元素の特徴として、電気や熱を通す、形が作りやすい、光沢がある、融点が高い、雄性であるなどが挙げられます。
Q: 周期表の中で、金属に分類される元素は何種類ありますか?
A: 周期表のほとんどの元素が金属に分類されます。
Q: 金属はすべて常温で固体ですか?
A: いいえ、すべての金属が室温で固体であるわけではありません。例えば、水銀は液体です。
Q: 合金とは何ですか?
A: 合金とは、混合物の少なくとも一部分が金属である混合物のことです。
Q: 金属の例をいくつか挙げてください。
A: アルミニウム、銅、鉄、スズ、金、鉛、銀、チタン、ウラン、亜鉛などが挙げられます。
Q: 冶金学とは何ですか?
A:冶金学とは、金属を研究する学問です。
Q: 有名な合金は何ですか?
A: 青銅や鋼鉄などが有名です。
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