基礎編 vol.1歴史と材料/周期表

半導体的性質など、新しい現象の発見、金属アルミニウム、金属チタンなどの新しい物質の誕生は、世界を大きく動かしました。これらがなければ、コンピューターも、航空宇宙産業の発展もなかったでしょう。また、窒化ガリウム半導体の青色発光ダイオード開発は、大型ディスプレイやイルミネーション、信号機など身の周りの製品を一気に変えています。豊かな未来のカギは、材料開発が担っているといっても過言ではないでしょう

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周期表

【元素周期表：文科省HP科学技術週間】

半透明になっている部分は半金属/ 半導体です。金属の特徴は、金属元素の電子状態(最外殻電子の状態) とこれに由来する金属結合が大きな要因です。

金属結合とは？

原子のいろいろな結合様式

■ 結合様式と材料の強さ

金属は力を加えても力を抜くと最初は元の形に戻ります(弾性変形) が、力を加え続けると元に戻らないほど変形します(塑性変形) 。さらに変形が進むと、粘りを見せながらも、やがて破壊に至ります。

イオン結合のセラミックスでは、力を加えるとほとんど変形せずに破壊に至ります。お皿などの陶器はセラミックスの一つであり、落としたりしたときにパリンと割れた経験があるでしょう。

高分子の中で原子は強い共有結合で結びついていますが、その高分子同士は弱いvan der Waals 力で結合しているため、全体としての強度は高くありません。

金属では、原子の一番外側(最外殻) の電子は自由に動き回ることができます(自由電子)。電子の海の中に、原子核が浮かんでいるようなイメージです。電子が自由に動き回れるので、電気伝導や熱伝導特性に優れています。原子の結合様式には図に示したようにいろいろなものがあり、それによって様々な物質の特徴を示すようになります。