クイズ問題: 磁石にくっつく金属といえば、鉄、コバルトと何でしょう?
答え: ニッケル

関連するWikipedia記事の抜粋:
title: 佐川眞人
text: 佐川が富士通時代に磁石の研究に取り組んでいたときには、鉄が主成分の磁石では強い磁石は作れず、強い磁石はコバルトを主成分としたものであることが常識とされていた。しかしコバルトは希少で高価であり、資源も偏っていた。そこで佐川は鉄とレアアースの組み合わせで強い磁石を作ることができれば安く安定した磁石が提供できるものと考えた。鉄を主成分にした磁石が強い磁性を持つことができないのは鉄の原子と原子の距離が近すぎるためと知った佐川は「ならばホウ素など原子半径の小さい元素を加えれば、鉄の原子間距離を広げられるのではないか」と考え、この考えをもとに試行錯誤のすえネオジム磁石を完成させた。
title: 磁石
text: 希土類磁石は希土類元素とコバルトや鉄の金属間化合物からなる磁石。最大エネルギー積ではフェライト磁石の10倍以上の磁力を持つ。ただし、合金磁石に比べて硬いが脆い。
title: 永久磁石
text: 永久磁石の原料として、3d遷移元素の鉄、コバルト、ニッケルが挙げられる。単体が室温で強磁性を示すのは、これら3つの元素のみである。さらにランタノイドのサマリウム、ネオジムも磁石の原料として挙げられる。単体では強磁性を示さないが、4f軌道に余ったスピンが存在するため、これらを原料とすることで強力な磁石が実現できる。なお、4f軌道電子はスピンと共に軌道運動も磁性に寄与している。
title: 永久磁石
text: 原子はそれ自身の陽子と同じ数の電子を持っている。例えば鉄原子は26個の陽子を持ち、26個の電子を持つ。これらの電子のスピン同士はお互いを打ち消しあおうとする性質を持つが(フントの規則)、打ち消しきれずに余ったスピンがあると、原子そのものが磁石としての性質を帯びる。例えば、永久磁石を作る上で重要な物質である鉄、ニッケル、コバルトでは3d軌道と呼ばれる電子軌道に余ったスピンが存在している。
title: 半金属
text: バンド理論における半金属(Semi-metal、以下本節においてセミメタルという)はフェルミエネルギーが、価電子帯の最上部と、伝導帯の最下部を横切っている状態(価電子帯と伝導帯が僅かに重なっている)、またはその状態を示す物質。この場合、価電子帯最上部にホールができ、伝導帯最下部は電子が占有している。金属より電気伝導度(電気伝導率)は低い。セミメタルとしては、グラファイト、ヒ素、アンチモン、ビスマスなどがある。
title: 半金属
text: いくつかの元素では、同じ元素の同素体であっても異なる性質(金属的、半金属的もしくは非金属的)を示すことがある。例えば、炭素の同素体のうち、ダイヤモンドは明らかに非金属であるが、グラファイトは半金属に特有の限定的な電気伝導度を示す。リン、セレン、スズおよびビスマスも金属もしくは半金属もしくは非金属的なふるまいを示す同素体を有している。そのため櫻井らは、半金属性は元素に固有のものではなく単体に固有の性質であると注記した。
title: 磁石
text: しかし、鉄に永久磁石(磁極の向きを変えないような構造にした磁石)を近づけると磁極は整列して磁石となり、反対に遠ざけると再び磁石ではなくなる。このような性質は鉄だけでなくニッケルやコバルトにもみられる。
title: 永久磁石
text: 実例としてはアルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石などが永久磁石である。これに対して、電磁石や外部磁場による磁化を受けた時にしか磁石としての性質を持たない軟鉄などは一時磁石と呼ばれる。
title: 金属
text: レアメタルは、典型元素15種類+希土類以外の遷移元素15種類+希土類金属(レアアースメタル)17種類の合計47種類があり、この中には半金属のホウ素、セレン、テルルも含まれる。これらレアメタルはクラーク数の少なさとは必ずしも一致せず、例えば銅は、地殻に含まれる量は少ないが古来青銅器が作られたように鉱石が発掘しやすく精錬も容易だった。
title: 希土類磁石
text: 希土類磁石(きどるいじしゃく)は、希土類元素(アクチニウムを除く第3族元素やランタノイド)を用いて作られる永久磁石のこと。レアアース磁石ともいう。
title: 炭素
text: 炭素は4本の共有結合ができ、結合の状態によって数種類の同素体を形成する。炭素同士がsp混成軌道を形成し、正六角形の平面構造を取った膜が重なったものがグラファイトになる。2009年、グラファイトの基本構造である薄いグラフェンは非常に高い硬度を持つことが判明した。しかし、グラファイトから薄いグラフェンを経済的に剥ぎ取る技術は確立されておらず、事業性の確立は今後の開発を待つ必要がある。また、炭素がsp混成軌道を形成して正四面体の立体結晶構造を取った巨大分子となったものがダイヤモンドとなる。同じ炭素の同素体であるが、前者は電気伝導性が高く軟らかい、後者は絶縁体で硬いなど、まったく異なる性質を示す。ダイヤモンドが炭素の同素体であることを示したのはラヴォアジエである。実験内容は、密閉容器に納めたダイヤモンドを虫眼鏡により燃焼させると二酸化炭素だけが生成されるというものである。
title: 近藤効果
text: 主に「磁性不純物」によって構成されている合金についても理論を拡張し、それらの合金でみられる重いフェルミ粒子は近藤効果が元となって生じていると考えられている。これは特にセリウム、プラセオジム、イッテルビウムのような希土類元素(レアアース)や、ウランのようなアクチノイドを基本とした金属間化合物で起きる。これらの物質では、非摂動的な相互作用が強いため、自由電子の有効質量が1000倍にも増加したようにみえる。言い換えると、自由電子は相互作用により劇的に運動速度が遅くなっている。その結果として、これらの物質の中には超伝導を起こすものがある。
title: 非金属元素
text: 非金属には「金属ではない」という定義上、それを特徴づける性質は金属の厳密な定義と金属と非金属の境界をどこにおくか(英語版)に関わってくる。一般には非金属元素は金属元素に比べて電子親和力が高い。このため自由電子を放出する金属結合ではなく共有結合に性質が漸近的に移り、金属結晶ができない。ところが金属と非金属の中間の性質をもつものがあり、半金属、半導体(単体で半導体の性質を示すIV族半導体)などと分類され、ヨウ素やアスタチンはハロゲン族だが常温の固体では金属光沢を持つ。これらの分類は単純に元素の族や元素の周期だけで決めることはできない。
title: 分子
text: 例えば共有結合性単体であっても分子の形態はさまざまである。たとえば炭素はグラファイト、ダイヤモンド、カーボンナノチューブは原子数不定の巨大分子を形成する一方、フラーレン分子の原子数は一定である。窒素、フッ素は二原子分子で安定であるが、酸素は二原子あるいは三原子で安定な分子を形成する。硫黄は八原子分子が安定であり巨大分子(ゴム状硫黄)も形成する。このように分子の構成は成分の原子の性質によりさまざまに変化する。
title: 炭素
text: 炭素原子同士の共有結合は非常に堅牢であり、それがつくる単体において、自然物としてはもっとも硬いことで知られるダイヤモンドからもっとも柔らかい部類に入るグラファイトまで、幅広い形態や同素体を持つ。
title: 第10族元素
text: パラジウムおよび白金は互いに似た性質を示すが、鉄族元素と呼ばれるようにニッケルは鉄に類似の性質を示す。例えば、一酸化炭素と反応して鉄の場合と同様にニッケルカルボニル化合物を生成するのに対して、パラジウムおよび白金は二成分金属カルボニルを形成しない点が異なる。また、単体のニッケルは強磁性を示すのに対してパラジウムおよび白金はそうではない。
title: 第14族元素
text: 第14族元素は共有結合性最多価の炭素と金属である鉛の間の元素は両者の性質を兼ね備えつつ周期が大きくなるにつれて金属的な性質が増大してゆく。そして、ケイ素、ゲルマニウム、スズは電気伝導性からは半導体に分類され、特にケイ素とゲルマニウムとは真性半導体としてエレクトロニクスの基盤となる素材でもある。
title: MK鋼
text: MK鋼は、鉄とニッケル、アルミニウムを主成分とする磁石。アルニコ磁石とよく似ている。
title: ネオジム磁石
text: ネオジム磁石(ネオジムじしゃく、英語: Neodymium magnet)とは、ネオジム、鉄、ホウ素を主成分とする希土類磁石(レアアース磁石)の一つ。永久磁石のうちでは最も強力とされている。1984年にアメリカのゼネラルモーターズ及び日本の住友特殊金属(現、日立金属)の佐川眞人らによって発明された。主相はNd2Fe14B。「ネオジウム磁石」と表記されることもあるが間違いである。
title: アルニコ磁石
text: アルニコ磁石(アルニコじしゃく、Al-Ni-Co)は、鉄に加えアルミニウム (Al)、ニッケル (Ni)、コバルト (Co) などを原料として鋳造された磁石(鋳造磁石)である。「アルニコ」の名前の由来は、各元素記号を単純に並べたものである。銅などを添加物として加えることがあり、強い永久磁石として利用される。
title: アルニコ磁石
text: 一般的に利用可能な磁石として、ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石などの希土類磁石(レアアース磁石)と同じくらいに強い磁力を持つ。アルニコ磁石は地球磁場の約3,000倍に相当する1,500ガウス程の磁束密度を持つ。また、アルニコ合金は、約800度の高いキュリー点を持つ。
title: カルビン
text: 主な炭素の同素体には、sp炭素が平面的に結合したシートからなる層状のグラファイト、sp炭素が正四面体型に結合した3次元構造のダイヤモンド、および一定の結晶構造を有しない無定形炭素が挙げられる。フラーレンやカーボンナノチューブといったナノカーボン類が発見されるまでは、これら3つが炭素の同素体として知られていた。 これらの同素体とは異なり、カルビンはきわめて不安定で、詳しい性質はわかっていない。不安定さを活かして、カーボンナノチューブや超多孔質の活性炭などの原材料として注目されている。
title: 磁石
text: 永久磁石は物質の構造により合金磁石・フェライト磁石・希土類磁石に分類される。
title: 半導体
text: n型半導体(negative semiconductor)とは、電圧がかけられると伝導電子や自由電子、ほとんど自由な電子とも呼ばれる電子の移動によって電荷が運ばれる半導体である。価数の多い元素をドーピングすることで作られる。例えばシリコンやゲルマニウム(4価の元素)の結晶に、ヒ素などの5価の原子を混ぜることでn型となる。
title: 第14族元素
text: また、スズや鉛は精錬しやすい鉱石として産出することから有史以前より金属資源として人類に活用されてきた。一方、ゲルマニウムは地殻に広く分布し、有用な鉱石もないことから利用されるようになったのは20世紀に入ってからである。実際、ゲルマニウムとスズは半金属であり、特にβスズは金属結合性を示すのに対し、αスズは共有結合性を示すなど、状況に応じて二面性を示すことが特徴的である。鉛および鉛化合物は共有結合的性質をほとんど示さない。
title: 半金属
text: 一般的にはホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルルの6元素が半金属とされ、セレン、ポロニウム、アスタチンの3元素がしばしば加えられる。炭素やリンなどは通常半金属とはされないものの、その同素体にはグラファイトや黒リンのような半金属性を有しているものが存在する。これらの半金属元素は周期表上において、おおよそホウ素からポロニウムまでを繋ぐライン上に現れるが、その境界線の引き方にもまた多くの議論がある。
title: マンガンアルミカーボン磁石
text: 一般的なマンガンアルミカーボン磁石の構成は、マンガン29%、アルミニウム70%、炭素1%。マンガンとアルミニウムと炭素という非磁性元素で構成されるが時効処理と呼ばれる熱処理を施す事により、異なる金属相からなる規則格子が分離・生成され、準安定状態ながら交換相互作用と呼ばれる原子間の量子力学的な協力作用によって強磁性が発現する。
title: 磁石
text: 磁石(じしゃく、英語: magnet、マグネット)は、2つの極(磁極)を持ち、双極性の磁場を発生させる源となる物体。鉄などの強磁性体を引き寄せる性質を持つ。磁石同士を近づけると、異なる極は引き合い、同じ極は反発しあう。
title: ホウ素
text: 単体のホウ素は金属元素と非金属元素の中間の性質を示す半金属元素であり、安定した共有結合を形成するという点では、同じ第13族元素であるアルミニウムやガリウムなどの金属元素よりもむしろ炭素やケイ素と類似した性質を示す。これはホウ素の第一イオン化エネルギーが8.296eVと非常に高いためイオン化しにくく、2s2pの最外殻電子がsp混成軌道を形成する方がエネルギー的に有利であることに起因する。単体ホウ素におけるホウ素同士の結合もまた共有結合性が強いため、自由電子として導電性に寄与できる電子が少なく、導電性を示すものの導電性は低いという半金属に特有な性質が現れる原因となる。また、このような電気的特性を有するため単体ホウ素は半導体としての性質を示す。
title: レアメタル
text: 実はレアメタルは、レアアースを除けば地殻中の存在量は、鉄や銅の例外を除くベースメタル(コモンメタル)の存在量よりむしろ多い。レアアースが希少であるのは、採鉱される鉱石に含まれる割合が非常に少ないために、精錬による濃縮に大きな手間がかかるためである。金、銀、鉛、錫のようなベースメタル(コモンメタル)では特定の鉱石中に高い割合で目的の金属元素が含まれているので、昔から簡単な精錬方法で利用されてきたが、レアメタルはクロム、マンガン、ニッケルのように鉱石として採掘されるものは少数派で、ほとんどは他の金属鉱石中に微量が、構成金属を置換して存在している。
title: 周期律
text: カリウムとカルシウムは4s軌道の電子が価電子となるため、前の周期のナトリウムとマグネシウムに対応する。しかし、スカンジウムでは3d軌道に電子が入る。価電子の数としては3つであり、これはアルミニウムと対応し、性質の類似する部分もある(例えば酸化数として+III価をとるなど)。だがアルミニウムの価電子はp軌道のものであるので、価電子の配置としては相似ではなく、性質の異なる部分も多い。このため以前はスカンジウムとアルミニウムは同じ3族とし、その中でアルミニウムは3A亜族、スカンジウムは3B亜族とする扱いがなされていた。しかし、現在では別の族として扱うことになっている(スカンジウムは3族、アルミニウムは13族)。
title: 半金属 (バンド理論)
text: 半金属はその特殊なバンド構造から様々な研究に用いられており、その典型例であるビスマスは半導体の典型例であるケイ素と同じようにその物性について詳細に研究されてきたものの、学術的な研究の活発さに反してその物性が実社会へ応用されることは少なかった。2007年、半金属であるテルル化水銀が物質のバルク部分は絶縁体であるが物質界面は導電性を示すトポロジカル絶縁体となることが明らかとされて以降、ホットトピックスとして研究が盛んに行われている。ビスマス薄膜やビスマス-アンチモン合金などの様々な半金属がトポロジカル絶縁体として研究されており、このようなトポロジカル絶縁体は超高速コンピューター用途への応用が期待されている。また、半金属は半導体と格子定数が近いためヘテロ接合を形成しやすく、半金属/半導体接合素材をデバイス材料として利用するための研究なども行われている。
title: 遷移元素
text: 一方、内殻軌道が閉殻の亜鉛、カドミウム、水銀(亜鉛族元素)は電子配置も化学的性質も典型元素の金属に近いので遷移元素とはされない。
title: 磁石
text: 主に鉄、ネオジム、サマリウム、コバルトなどが高性能磁石の原材料となっており、一般に流通する磁石の多くは金属磁性粉末を成形して焼き固めた「焼結磁石」である。
title: ダイヤモンド
text: ダイヤモンド(英: diamond [ˈdaɪəmənd])は、炭素(英: Carbon すなわち C)の同素体の1つであり、実験で確かめられている中では天然で最も硬い物質である。
title: 比較方法 (言語学)
text: サマリウムコバルト磁石(サマリウムコバルトじしゃく、samarium-cobalt magnet)は、サマリウムとコバルトで構成されている希土類磁石(レアアース磁石)である。サマコバ磁石と略されることもある。組成比の異なる SmCo5(1-5系)とSm2Co17(2-17系)がある。「1-5系」は高価なサマリウムの比率が高いため、「2-17系」の登場以降あまり用いられなくなってきた。硬度が低いためにもろい。1970年代前半に開発された。
title: 半金属 (バンド理論)
text: 半金属の典型例としてはビスマス、ヒ素、アンチモン、グラファイトなどが挙げられ、特にビスマスにおいて詳細な研究がおこなわれている。バンド理論における半金属は物質の特性に関する分類であるため、元素の分類における半金属とは異なり、テルル化水銀やグラファイト状窒化炭素(英語版)(γ-C3N4)、CsSnBr3のような化合物も含まれる。また、ニトロメタンのように極限状態において一時的に半金属性を示す物質も報告されている。
title: 第13族元素
text: 第13族元素のうちホウ素のみが安定な陽イオンを形成せず、もっぱら共有結合化合物を形成する。他のアルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムは金属としての性質を示し、岩石に広く分布することからこれらの4元素は土類金属と呼ばれる。原子半径、イオン半径は周期が大になるにつれ大きくなるが、ホウ素が頭抜けて小さいのに対し、土類金属は他の典型元素と同程度である。
title: フェリ磁性
text: フェリ磁性を持つ物質の代表は、マグネタイト(Fe3O4)のようなフェライトと呼ばれるFe系の磁性材料である。 希土類-遷移金属間合金にもフェリ磁性を持つ物質がある。
title: 半金属 (バンド理論)
text: バンド理論における半金属(英語: semimetal)とは、伝導帯の下部と価電子帯の上部がフェルミ準位をまたいでわずかに重なり合ったバンド構造を有する物質のことである。このエネルギーバンドの重なりは、結晶構造の歪みや結晶の層の間にはたらく相互作用などによって形成される。代表的な半金属としてビスマスが挙げられ、テルル化水銀のような化合物も含まれる。半金属は電荷のキャリアーが少なく、その有効質量は小さく移動度は大きい。また、熱伝導率が低い、状態密度を有する、誘電率が大きい、g因子が高い、反磁性磁化率が高いなどの特性を有している。元素の分類における半金属とは同じ名称であるが異なる概念である。
title: 臨界磁場
text: チタンや鉛などの超伝導になる金属元素のうち、ニオブ(Nb)とバナジウム (V)以外が第一種超伝導体に含まれる。2種類以上の金属元素からなる合金はすべて第二種超伝導体に含まれる。
title: チタン合金
text: 前述のとおり、純チタンは常温では α 相を持ち、同素変態温度 885 °C 以上では β 相を持つ。ここに合金元素を加えると、変態温度が変化したり、α 相と β 相が同居する α+β 相が現れたりするようになる。アルミニウム、酸素、窒素、炭素を添加すると、α 相を安定させるように働く。変態温度を上昇させて、α 相の存在領域を広げる。そのため、これらの合金元素は α 相安定化元素と呼ばれる。一方、モリブデン、バナジウム、ニオブ、鉄、クロム、ニッケルを添加すると β 相を安定させるように働き、これらの合金元素は β 相安定化元素と呼ばれる。β 相安定化元素は変態温度を低下させて、β 相の存在領域を広げる。スズ、ハフニウム、ジルコニウムは中性的元素と呼ばれ、変態温度にあまり影響を与えない。
title: 長瀬川 (福島県)
text: プラセオジム磁石 (PrCo5) は、プラセオジムを主成分とする磁石。希土類磁石。物理的な強度が非常に大きく、白金磁石と同様に割れや欠けがない。穴を開けたり一部を切り取るなど複雑な加工が可能で、高温に熱することによって曲げることも可能である。錆びにくいのも特徴。
title: 鉄-クロム-コバルト磁石
text: 鉄-クロム-コバルト磁石(てつ-クロム-コバルトじしゃく、Fe-Cr-Co磁石)は、鉄、クロム、コバルトを主成分として鋳造した磁石(鋳造磁石)である。
title: 第10族元素
text: 天然におけるニッケルは主にヒ素、アンチモン、硫黄などと結合した鉱石として見出される。また、単体のニッケルは隕鉄中に鉄との合金として見出され、地球内部の核も同様に、鉄とニッケルが主成分と考えられている(岩石圏では0.016%を占める)。パラジウムおよび白金は白金族元素と呼ばれるルテニウム、ロジウム、オスミウム、イリジウムと共に産出し、白金族元素は合わせて岩石圏の2×10%を占める。
title: 半金属 (バンド理論)
text: ビスマスやヒ素、アンチモンはヒ素型結晶構造と呼ばれる、わずかに歪んだ菱面体の単位胞を持つ層状構造の結晶を形成する。この結晶構造のわずかな歪みに起因して、これらの金属結晶のブリュアンゾーンは、歪みのない体心立方格子を取る金属結晶のブリュアンゾーンと比較して、z軸方向に圧縮された形を取る。このブリュアンゾーンの歪みに起因して、z軸方向の面上に位置する価電子帯はフェルミ準位より高い準位を取り、一方でy軸方向の面上に位置する伝導帯はフェルミ準位より低い準位を取るため、フェルミ準位をまたいで価電子帯と伝導帯のわずかな重なりが生じる。半金属の価電子帯と伝導帯の重なりはわずかであり、例えばビスマスにおける価電子帯と伝導帯の重なりの実測値は38.5 meVという値が得られている。
title: 超硬度材料
text: 超硬度材料の物質としてダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素などが挙げられる。ナノテクノロジーの進歩によりダイヤモンド以上の硬さの物質も発見されている。また、立方晶窒化炭素(β-C3N4)も理論上はダイヤモンドより硬い物質と考えられている(合成が難しく、安定して存在していられない為、実測されていない)。 それぞれの物質の硬さは以下の通り。
title: 炭化物
text: 炭化ケイ素 (SiC)、炭化ホウ素 (B4C) など、元素同士が共有結合で結びついた炭化物。共有結合結晶を作り、ダイヤモンドと同様に高い硬度を示す。
title: ケイ素生物
text: 地球上の生命は炭素を中心として構成されている(肉類や魚介類を焼きすぎると黒焦げになるのも、炭素を中心に構成されているため)。これは炭素の持つ原子価が4つであり、多様な結合が可能であるからだ。SF世界においては、炭素と同族で原子価が4つであり、『生命のようなもの』ができうるのではないかという観点から、ケイ素が注目された。実際には地球上のケイ素のほとんどは二酸化ケイ素の形で鉱物質だが、人工的にはシリコンゴムのような有機物的な高分子も作られている。ケイ素生物に対し、地球上の生物のような炭素を中心に構成された生物を「炭素生物」と呼ぶ。
title: フェライト (磁性材料)
text: コバルトフェライトはスピネルフェライトの中では例外的に保磁力が大きく、かつては磁石(商品名:OP磁石)として用いられた。これがフェライトの最初の実用例である。現在ではより高性能な六方晶フェライトに取って代わられている。また、磁鉄鉱(マグネタイト、Fe3O4)もスピネルフェライトの一種で、Aサイトの元素がFeとなったものである。
title: 不純物
text: シリコンのような半導体においては、不純物を人工的に混ぜることにより、p型半導体、n型半導体を作ることができる。鉄がより強度の高い鋼になるのも不純物の効果による。また、不純物は物質の色(あるいは発光)に影響を及ぼすことがある。たとえば宝石において、主成分は同じ酸化アルミニウム(Al2O3, コランダム)だが、不純物の違いにより、サファイア(不純物:鉄、チタン)やルビー(不純物:クロム)となるのがこの場合である。
title: サマリウム
text: サマリウムの最も重要な用途の一つはサマリウムコバルト磁石であり、それはSmCo5もしくはSm2Co17の組成を持つ金属間化合物である。フェライト磁石の1000倍の磁力を有しネオジム磁石に次いで強力な磁石として利用される。ネオジム磁石の方が価格が安く性能もよいが、ネオジム磁石のキュリー温度(磁性がなくなる温度)が300から400 °Cであるのに対してサマリウムコバルト磁石のキュリー温度は約700 °Cと高いため、高温で使用する用途などで使われている。またサマリウムコバルト磁石は、コンピューターのハードディスク、電気自動車やコンプレッサー用のモーター、永久磁石同期電動機、音響機器のスピーカーやヘッドホン、携帯電話、スマートフォン、風力発電等の幅広い用途でも使用されている。
title: 半金属
text: 非金属に含まれる金属のうち、炭素、リン、セレン、ヨウ素は、それらの環境条件が熱力学的に最も安定した形状(炭素ではグラファイト、リンでは黒リン、セレンでは灰色セレンなど)において、金属光沢、半導体性(例えば中程度の電気伝導度、比較的狭いバンドギャップ、光感受性)、伝導体もしくは価電子帯の非局在性を示す。これらの元素は半金属的、半金属性を示す、半金属のような、いくらか半金属(的)、金属的性質を有している、などと評される。
title: 周期律
text: 未発見の元素が発見されていき、周期表の空欄が埋まってくると、原子量順に並べるのでは不具合があることが分かってきた。例えばアルゴン(原子量 40.0)はその性質から明らかに希ガスに分類され、カリウム(原子量 39.1)はアルカリ金属に分類される。しかし、単純に原子量順に並べるとカリウムが希ガスに、アルゴンがアルカリ金属になってしまう。また、コバルト(原子量 58.9)とニッケル(原子量 58.7)では原子量の差がほとんど無く、遷移金属であるため性質も似ており周期表上の位置がはっきりと確定できない。
title: 遷移元素
text: 遷移元素の単体は一般に高い融点と硬さを有する金属である。常磁性を示すものも多く、鉄、コバルト、ニッケルのように強磁性を示すものも存在する。
title: 金属
text: 単体で金属の性質を持つ元素を「金属元素」と呼び、金属内部の原子同士は金属結合という陽イオンが自由電子を媒介とする金属結晶状態にある。周期表において、ホウ素、ケイ素、ヒ素、テルル、アスタチン(これらは半金属と呼ばれる)を結ぶ斜めの線より左に位置する元素が金属元素に当たる。異なる金属同士の混合物である合金、ある種の非金属を含む相でも金属様性質を示すものは金属に含まれる。
title: 骨炭
text: 通常、骨炭は活性炭より表面積が少ないが、特に第12族元素(カドミウム、亜鉛)や銅などの特定金属などに対して、高い吸着力を持っている。その他のヒ素や鉛のような高い毒性を持つ金属イオンにも有効である。
title: 塩化チタン(III)
text: 塩化チタン(III) 中のチタン原子は1個のd電子を持つため常磁性を示す。すなわち、この化合物は磁石に引き寄せられる。一方、同族元素類縁体である塩化ハフニウム(III) と塩化ジルコニウム(III) は反磁性(磁石に反発する性質)を持つ。それらの重金属は金属−金属結合を形成するのに対し、チタン(III) イオンは普通そのような性質を持たないため、このような違いが現れる。
title: 資源
text: また、鉄や銅・アルミニウムなどの、大量に生産・消費される、基礎となる金属は、ベースメタルと呼ばれ、金や銀などは貴金属、ニッケルやクロムなどはレアメタルと呼ばれる。
title: 希土類元素
text: レアアースは蓄電池や発光ダイオード、磁石などのエレクトロニクス製品の性能向上に必要不可欠な材料である。希土類元素、特にランタノイドは電子配置が通常の元素とは異なるために物理的に特異な性質を示す。水素吸蔵合金、二次電池原料、光学ガラス、強力な希土類磁石、蛍光体、研磨材などの材料となる。マグネシウム合金に微量添加することで機械的特性を向上する。
title: 二原子炭素
text: ダイヤモンドやグラファイトのような炭素の結晶では、結合部位の電荷密度に鞍点が生じる。三重項状態の二原子炭素は同じ傾向を持つ。しかし、一重項状態の二原子炭素は、ケイ素やゲルマニウムにより近い振る舞いを見せ、つまり電荷密度は、結合部位で最も高くなる。
title: 四酸化三鉄
text: 四酸化三鉄(しさんかさんてつ、英: triiron tetraoxide)、四三酸化鉄(しさんさんかてつ)、または酸化鉄(III)鉄(II)(さんかてつ さん てつ に、英: iron(II) iron(III) oxide)は、組成式 Fe3O4 で表される鉄の酸化物の一種であり、自然界では鉱物の磁鉄鉱(マグネタイト)として見出される。いわゆる「黒錆」のこと。
title: 鉄系超伝導物質
text: 水銀などとは異なり、鉄自体はいくら冷却しても超伝導を示さない。また、「鉄は磁性の象徴であるので、その化合物が超伝導を示すはずがない」という考えが以前は一般的であったが、鉄系超伝導物質の発見によりこれらの常識が覆され、新たな超伝導物質の可能性が広がった。
title: 第9族元素
text: 単体コバルトは他の鉄族元素同様、高温で発火し酸化物を形成し、同じく高温で炭素、リン、硫黄と反応する。また鉄族元素の単体に共通して強磁性体である。一方、貴金属に属するロジウムあるいはイリジウムの単体はコバルトに比べて非常に空気酸化されにくい。
title: 磁石
text: 鉄を主成分とする最も古い歴史をもつ永久磁石。
title: カーボンナノチューブ
text: カーボンナノチューブ以外にも、他の物質によって作られたナノチューブが多数発見されている。代表的な物質には、炭素と性質が似た元素であるケイ素 (Si) や、グラファイトと同様の層状構造を取るBN、BC2N、MS2(MはMo、W、Nbなどの金属)がある。また、合成化学的にカーボンナノチューブに類似した分子性のナノチューブを合成した例もある。
title: ウィドマンシュテッテン構造
text: オクタヘドライト型隕鉄(八面体晶隕鉄)は6-14%程度のニッケルを含む。隕鉄の生成過程で冷却時間が超長期間かかると、ニッケルが結晶化し分離する。そのため隕鉄の起源が大きな母体天体の内部にあると予想する材料となる。
title: エムロード (原子力潜水艦)
text: この結晶の硬さはその構造に由来する。 窒素原子(N)は共有結合をする際に孤立電子対が1対余り、ホウ素原子(B)は共有結合の際に電子対が1対足りない。 このためNとBの間には配位結合が形成され、この結合は共有結合と同等である。 するとNもBも共有結合(と同等な結合)を4本ずつ持つことになり、炭素と同じくダイヤモンド構造をとることができるのである。 この構造をとったものがまさにCBNである。
title: レアメタル
text: レアメタルは1~3の理由のほか、用途が限られているため特定の産業でしか用いられなかったり、他の金属に代替できたり、価格高騰時には国家レベルで抑制策が打たれたりといった様々な制約から価格の高騰が抑制され、取引量が拡大しない点で希少性を保ってきた。 こうした状況の中で、レアメタルと呼ばれる各種元素で絶対的な枯渇が起きるという情報はないが、BRICsの経済発展と特殊な電子機器の部品開発に伴う急激な需要の増加に対して供給量が少ないために急激な価格の高騰が起こっており、2002年から2007年の5年間でニッケルの価格が8倍になったほか、モリブデンやレアアースなど多くの物質で価格が数倍に上がっている。
title: アンチモン
text: アンチモン(独: Antimon [antiˈmoːn]、英: antimony [ˈæntɨmɵni]、羅: stibium)は原子番号51の元素。元素記号は Sb。常温、常圧で安定なのは灰色アンチモンで、銀白色の金属光沢のある硬くて脆い半金属の固体。炎色反応は淡青色(淡紫色)である。レアメタルの一種。
title: クラーク数
text: 上位2つの元素である酸素とケイ素は主にケイ酸塩として岩石中に大量に存在する。第3位のアルミニウムはイオン化傾向が大きいため、天然では単体では存在せず、長石などのケイ酸塩、酸化物、粘土鉱物などの化合物として存在している。第4位の鉄は地表付近にも2価および3価の原子価の状態で輝石などのケイ酸塩および磁鉄鉱のような酸化物などとして多く存在しているが、多くは金属または硫化物などとして地球中心部の核に存在している。
title: フェラーリ・テスタロッサ
text: 酸素 (O2) とオゾン (O3)、あるいは赤リンと白リンのように、同じ元素からできた単体であっても、異なる性質を示す場合がある。 このような単体同士の関係を同素体という。 たとえば、ダイヤモンドとグラファイトを混ぜ合わせた物質は、単一の炭素原子からできているが、密度・融点・沸点などの物理的性質が一定にさだまらないので純物質ではなく(したがって単体でもなく)、2種類の単体(炭素の同素体)の混合物である。
title: チャイナ・クライシス
text: 有機金属化学の歴史において、19世紀のツァイゼ塩の発見とルードウィッヒ・モンドによるテトラカルボニルニッケルの発見は、当時理解されていた化学結合モデルへの修正を迫った。ロドセンの鉄のアナログで初めてのメタロセンとなるフェロセンが発見されると、このモデルはさらに修正を迫られた。ロドセンの1価の陽イオンであるロドセニウムやそのコバルトやイリジウムのアナログ等のアナログ化合物と同様に、フェロセンは化学的に異常に安定であることが発見された。このような有機金属化学種の研究によって、これらの形成と安定性の両方を説明できる新しい結合モデルが発展した。ロドセニウム/ロドセン系を含むサンドイッチ化合物の研究により、ジェフリー・ウィルキンソンとエルンスト・フィッシャーは、1973年のノーベル化学賞を受賞した。
title: 第1族元素
text: リチウムとその他のアルカリ金属元素の違いは、リチウムのイオン半径に起因している。リチウムはイオン半径が小さいため、電荷/イオン半径比が他のアルカリ金属元素と比較して著しく大きい。そのため、反応性や化合物の性質において、1価のアルカリ金属イオンよりもむしろ、同様に電荷/イオン半径比の大きい2価のアルカリ土類金属元素であるマグネシウムイオンに類似した性質を示す。例えば、リチウムはマグネシウムと同様、窒素と直接反応して窒化物を形成するが、他のアルカリ金属元素は窒素に対して反応しない。また、リチウムの硫酸塩は、他のアルカリ金属の硫酸塩がミョウバンを形成するのと対照的に、ミョウバンを形成しない。
title: 六価クロム
text: 六価クロム(ろっかクロム、英: hexavalent chromium)は、クロムの化合物のうち、酸化数が +6 の Cr(VI) を含むものの総称である。
title: D軌道
text: d軌道にどのように電子が配置されるかが銅や鉄などのDブロック元素の物性を決定している(周期表参照)。 特にマンガンやコバルトといった強磁性体の性質、遷移金属酸化物に代表される 強相関電子系の性質、そして高温超伝導体の物性、にはd軌道の電子が重要な役割を果している。
title: 第15族元素
text: 第15族元素単体のうち、窒素のみが常温で気体であり、ほかは固体である。また窒素とリンの価電子は混成軌道を形成し、共有結合物質として振舞う。一方、第4周期のヒ素より周期の大きい単体は、共有結合性と金属との性質を併せ持つ物性を示し半金属と呼ばれる。これらのヒ素、アンチモン、ビスマスは混成軌道を形成するよりは、2つの電子が占有したs軌道と、3つの1つずつ電子が存在するp軌道として振舞うので、酸化数は+3と+5が安定である。
title: 磁性
text: 磁石などにも使われる強磁性物質としては、ニッケル、鉄、コバルト、ガドリニウム、およびそれらの合金がある。
title: スズ
text: 一般に流通している金属スズの純度は99.8%であり、不純物として少量のビスマス、アンチモン、鉛および銀が含まれている。これらの不純物元素はβスズがαスズへと転移するのを抑制する働きがある。また、銅、アンチモン、ビスマス、カドミウム、銀などと合金を形成し、スズの硬度を向上させる。スズは硬く脆い金属間化合物相を容易に形成する傾向があり、それらはしばしば望ましくないものとされる。スズは一般的な金属と比べて固溶体を形成する範囲が狭く、スズに対して高い固溶度を示す元素はほとんど無い。一方でビスマス、ガリウム、鉛、タリウム、亜鉛との間では単純共晶系を示す。
title: レアメタル
text: レアメタルは非鉄金属全体を呼ぶ場合もあるが、狭義では、鉄、銅、亜鉛、アルミニウム等のベースメタル(コモンメタルやメジャーメタルとも呼ばれる)や金、銀などの貴金属以外で、産業に利用されている非鉄金属を指す。この意味での「レアメタル」は、日本独自の用語(和製英語での用法)であり、英語圏では \"minor metal\" といい、日本語にもこの語を音写した外来語「マイナーメタル」がある。英語における \"rare metal\" は希土類元素 (rare earth) と同義である。
title: コバルト
text: 以上に加え、コバルト合金はほかにも磁気材料として鉄とともにもっとも重要な役割を果たしてきた。コバルトを添加することによって磁性やキュリー値が上昇するなど、磁気材料としての性能が高まる。コバルトを使った合金のひとつであるアルニコ合金は、かつてもっとも幅広く用いられていた永久磁気材料であった。サマリウムコバルト磁石はコバルトとサマリウムの金属間化合物で、強い保磁力がある。
title: マンガン
text: 単体マンガン自体は常磁性であるが、合金にはホイスラー合金など強磁性を示すものがあり、さらに化合物にはさまざまな磁気的性質を示すものがある。ビスマスとの合金は強磁性体として知られるほか、フェライトに添加することでさまざまな特性を付加する。
title: 常磁性
text: 一般的に、固体中では近接する電子の軌道を重ね合わせ、エネルギーがフェルミエネルギーとなるため、電子は強く非局在化する。これは、この軌道の電子の数ではバンドのエネルギー遷移にあまり敏感には反応せず、弱い磁性しか持たないことを意味している。これが、最外殻電子がs軌道やp軌道にある金属がパウリの常磁性を持ったり、遷移元素の金が反磁性を持つ理由である。金の場合、反磁性は閉殻となっている内側の電子殻が自由電子の弱い常磁性に勝っていることによる。
title: ニオブ
text: ニオブは光沢のある灰色で、展延性があり、常磁性を持った周期表の第5族に属する金属であり、最外殻電子の配置は第5族としては変則的なものである(これは周期表上近傍にあるルテニウム (44)、ロジウム (45)、パラジウム (46) などに共通である)。
title: ブライアン・ダウニー
text: 軽合金(けいごうきん、英: light alloy)は、鋼より軽い合金のことである。アルミニウム、マグネシウム、チタニウム(チタン)、ベリリウムなどの軽金属と、その他の元素との合金がこれにあたる。これらは密度あたりの引張強さをあらわす比強度が大きいことから、軽さと丈夫さを同時に求める用途に利用される。
title: 強磁性
text: 強磁性 (きょうじせい、英: ferromagnetism) とは、隣り合うスピンが同一の方向を向いて整列し、全体として大きな磁気モーメントを持つ物質の磁性を指す。そのため、物質は外部磁場が無くても自発磁化を持つことが出来る。室温で強磁性を示す単体の物質は少なく、鉄、コバルト、ニッケル、ガドリニウム(18°C以下)である。また、ミネソタ大学で正方晶のルテニウムが常温で強磁性を示すことを実験的に確認している(ルテニウムは通常は六方最密充填構造を取る)。
title: フラーレン
text: フラーレン生成時にある種の金属元素をグラファイト中に加えておくと、中空の骨格内に金属原子を包み込んだフラーレンが得られる。これを内包フラーレンと呼び、M@C60 などと書き表す。これまでスカンジウム、ランタン、セリウム、チタンなどを内包したフラーレンが得られているが、アルミニウムや鉄、金などを内包したものは得られておらず、こうした選択性の理由ははっきりしていない。
title: 第12族元素
text: 水銀は亜鉛・カドミウムとは異なり、金属としては唯一常温で液体であること、亜鉛とカドミウムが卑金属であるのに対し水銀はイオン化傾向が水素より小さい金属という定義に従い貴金属に分類されることもあるといった特徴をもつ。
title: 同素体
text: 典型的な例としてよく取り上げられるものに、ダイヤモンドと黒鉛(グラファイト)がある。 炭素の同素体である両者は硬度以外にも、透明度や電気伝導性が大きく異なるが、これはダイヤモンドの分子(正四面体の格子) とグラファイトの分子(平面的な六方格子の層)の構造に大きな違いがあるためで、物性における分子構造の重要性を示す例となっている。
title: マンガンアルミカーボン磁石
text: マンガンアルミカーボン磁石(マンガンアルミカーボンじしゃく)は、マンガンとアルミニウムを主原料に、炭素を少量添加した磁石。MA磁石とも。
title: 酸化アルミニウム
text: 酸化アルミニウム(さんかアルミニウム、英: aluminium oxide)は、化学式がAl2O3で表されるアルミニウムの両性酸化物である。通称はアルミナ(α-アルミナ)、礬土(ばんど)。天然にはコランダム、ルビー、サファイアとして産出する。おもに金属アルミニウムの原料として使われるほか、硬度を生かして研磨剤、高融点を生かして耐火物としての用途もある。立方晶系のγ-アルミナは高比表面積を持つことから触媒として重要である。
title: ティーターン
text: 元素のチタン(titanium)は非常に優れた強靭さと耐久性により名付けられた。土星の衛星の多くにティーターンに由来する名が付けられ、うち1つは単純に「タイタン」(Titan)と名付けられている。
title: リチウムイオン二次電池
text: リチウムイオン二次電池のコストは正極材料に使われる希少元素のコバルトがその7割を占めているが、近年、大幅な低コストを目指して正極材料にマンガン、ニッケル、リン酸鉄などを使うものが開発されつつある。(ニッケルは希少元素だがコバルトより安い、マンガンは商業的にレアメタルとされているが厳密には希少元素ではない。)。
title: ダイヤモンドライクカーボン
text: DLCは構成する炭素の混成軌道の割合と水素含有の有無が性質に影響する。 また新たな特性を持たせるためにケイ素やニッケル、クローム、タングステンなどの元素を含有させる事もある。
title: ニオブ
text: ニオブは、原子番号が1つ小さいジルコニウムに比べるとわずかに陽性度が小さくよりコンパクトであるが、一方重いタンタルと比べると、ランタノイド収縮の結果ほとんど同じ大きさである。結果として、ニオブの化学的特性は、周期表上でニオブの直下にあるタンタルととてもよく似ている。ニオブの腐食耐性はタンタルほど優れているわけではないが、価格が安く豊富に入手可能であることから、化学工場におけるタンクの内張りなど、あまり厳しい要求ではない用途にはニオブが向いている。
title: 第2族元素
text: 2族元素の中でもベリリウムは化合物中において共有結合性が強く表れ、カルシウム以下の2族元素(アルカリ土類金属)とはいささか化学的性質が異なる。マグネシウムはベリリウムとアルカリ土類金属の中間的な性質を持ち、ひいてはグリニャール試薬など有機金属試薬として有用な性質を有している。マグネシウムは海水中に多く含まれ、特にカルシウムなどアルカリ土類金属は鉱石などの主要成分のひとつとして地殻中に普遍的に見出される。
title: ゼオライト
text: ゼオライトは二酸化ケイ素 (SiO2) からなる骨格を基本とし、一部のケイ素がアルミニウムに置き換わることによって骨格の一部が負に帯電している。そのため細孔内にナトリウムなどのカチオンを含むことで電荷のバランスを取っている。粉末状にしたゼオライトを別の種類のカチオンを含んだ水溶液中に入れると、細孔内と水溶液中でイオン交換・吸着が起こる。この交換反応は可逆的であり、時間が経つと平衡状態となる。カリウムやセシウムもカチオンなので、ゼオライトによってイオン交換・吸着される。
title: 久我常通
text: しかしそれぞれの元素のs電子のイオン化エネルギー(最高酸化数のイオンを形成するためのエネルギー)と最高酸化数の化合物の安定性には必ずしも相関がないことが分かっている。 例えば15族の5価の陽イオンを形成するイオン化エネルギーの総計はヒ素>アンチモン>ビスマスの順であり、これらの中では5価の化合物が安定なのはアンチモンであるという事実に反する。 そのため、この不活性電子対効果は単純にs軌道のエネルギー準位が低いために起こっているわけではないと考えられている。
title: 元素
text: 地球全体の元素構成は、コアやマントルを直接調査できないため、隕石(コアとしての隕鉄、マントルとしてのアコンドライト)の分析や地震波から各層の弾性率・密度等の解析を組み合わせて推計される。これによると存在比で酸素が最も多く、宇宙に多い水素やヘリウムの比率は低い。金属類も多く、ケイ素、マグネシウム、鉄などが上位を占める。なお、硫黄は硫化鉄状で広範囲に分散しているため、存在比がはっきり分かっていない。
title: ステンレス鋼
text: フェライト生成元素とは逆に、濃度を増やすとオーステナイトが生成する方に寄与する元素を「オーステナイト生成元素」「オーステナイト形成元素」「オーステナイト安定化元素」などと呼ぶ。ステンレス鋼に加えられるオーステナイト生成元素の代表例がニッケルである。鉄・ニッケル2元系の状態図を見ると、ニッケル濃度が高いほどオーステナイトの領域が広がっていく。鉄・クロム・ニッケルの3元系で考えると、γ ループの領域が大きくなっておく。このようなオーステナイト生成元素を利用し、ステンレス鋼の特定の種類では常温でもオーステナイト組織のままとすることができる。オーステナイトの組織は、高い延性、非磁性などの特徴を持つ。ニッケルの他には、炭素、窒素、コバルト、マンガン、銅などがオーステナイト生成元素である。