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| 周期表の第6族 | |||||||||
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| ↓ 期間 | |||||||||
| 4 |  24 遷移金属 | ||||||||
| 5 |  42 遷移金属 | ||||||||
| 6 |  74 遷移金属 | ||||||||
| 7 | シーボーギウム(Sg) 106 遷移金属 | ||||||||
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伝説
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IUPACスタイルで番号が付けられた第 6 族は、周期表の元素のグループです。このグループのメンバーは、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、およびシーボーギウム(Sg) です。これらはすべて遷移金属であり、クロム、モリブデン、タングステンは高融点金属です。
これらの元素の電子配置は統一された傾向には従いませんが、最外殻は化学的挙動の傾向と相関しています。
「グループ 6」は、このグループの新しい IUPAC 名です。旧スタイルの名前は、旧米国システム (CAS) では「グループ VIB 」、欧州システム (旧 IUPAC) では「グループ VIA」でした。グループ 6 は、旧スタイルのグループ交差名であるVIA (米国システム、CAS) またはVIB (欧州システム、旧 IUPAC) のグループと混同しないでください。このグループは現在、グループ 16と呼ばれています。
歴史
発見
クロムが初めて報告されたのは1761年7月26日で、ヨハン・ゴットロープ・レーマンがロシアのウラル山脈のベリョーゾフスコエ鉱山で橙赤色の鉱物を発見し、それを「シベリア鉛丹」と名付けた。10年も経たないうちに、この鉱物は明るい黄色の顔料であることが判明した。 [1]セレンと鉄の成分を含む鉛化合物と誤認されたが、この鉱物はクロコアイトであり、化学式はPbCrO 4であった。[1] 1797年にこの鉱物を研究していたルイ・ニコラ・ヴォークランは、クロコアイトを塩酸と混ぜて三酸化クロムを生成し、1年後にはこの酸化物を木炭オーブンで加熱して金属クロムを生成した。[2]彼はまた、ルビーやエメラルドなどの貴重な宝石にクロムの痕跡を検出することに成功した。[1] [3]
モリブデンが現在抽出される主な鉱石である輝水鉛鉱は、以前はモリブデナと呼ばれていましたが、黒鉛と混同され、しばしば黒鉛のように使用されていました。黒鉛と同様に、モリブデナイトは表面を黒くしたり、固体潤滑剤として使用できます。[4]モリブデナが黒鉛と区別できた後も、方鉛鉱（一般的な鉛鉱石）と混同されていました。方鉛鉱の名前は、鉛を意味する古代ギリシャ語の Μόλυβδος molybdosに由来しています。[5]スウェーデンの化学者カール・ヴィルヘルム・シェーレは、1778年になって初めて、モリブデナが黒鉛でも鉛でもないことに気付きました。[6] [7]彼と他の化学者は、それが発見された鉱物にちなんでモリブデンと名付けられた、まったく新しい元素の鉱石であると正しく推測しました。ピーター・ヤコブ・イェルムは1781年に炭素と亜麻仁油を使ってモリブデンを単離することに成功した。 [5] [8]
タングステンに関しては、1781年にカール・ヴィルヘルム・シェーレが灰重石（当時はタングステンと呼ばれていた）から新しい酸であるタングステン酸を作れることを発見した。シェーレとトルベルン・ベルグマンは、この酸を還元することで新しい金属が得られるかもしれないと示唆した。[9] 1783年、ホセとファウスト・エルフヤールは、タングステン酸と同一のウルフラマイトから作られた酸を発見した。その年の後半、スペインで、兄弟はこの酸を木炭で還元することでタングステンの単離に成功し、この元素の発見者として認められている。[10] [11]
シーボーギウムは、1974年にカリフォルニア州バークレーのローレンス・バークレー研究所で働いていたアルバート・ギオルソ率いる科学者チームによって初めて生成されました。彼らは、カリホルニウム249の原子に酸素18のイオンを衝突させてシーボーギウム263を生成することでシーボーギウムを生成しました。
歴史的発展と用途
1800年代、クロムは主に塗料やなめし塩の成分として使われていました。最初はロシア産のクロコイトが主な産地でしたが、1827年に米国ボルチモア近郊でより大きなクロム鉱床が発見されました。これにより米国はクロム製品の最大の生産国となり、1848年にトルコのブルサ近郊でクロム鉱床が発見されました。[12]クロムは1848年には早くも電気メッキに使用されていましたが、この用途が普及したのは1924年に改良されたプロセスが開発されてからでした。[13]
モリブデンは、単離されてから約1世紀の間、その相対的な希少性、純粋な金属の抽出の難しさ、および冶金分野が未成熟であったため、工業用途に使用されていなかった。 [14] [15] [16]初期のモリブデン鋼合金は硬度の向上に大きな期待が寄せられていたが、結果が一貫しておらず、脆く再結晶する傾向があったため、努力は妨げられた。1906年、ウィリアム・D・クーリッジはモリブデンを延性にする特許を申請し、高温炉の加熱要素やタングステンフィラメント電球の支持体として使用されるようになった。酸化物の形成と劣化のため、モリブデンは物理的に密封するか不活性ガス中に保持する必要がある。1913年、フランク・E・エルモアは鉱石から輝水鉛鉱を回収する浮選法を開発した。浮選法は現在でも主要な単離法である。第一次世界大戦中、モリブデンの需要が急増した。モリブデンは装甲板にも、高速度鋼のタングステンの代替品としても使われた。イギリスの戦車の中には75mm（3インチ）のマンガン鋼板で防御されていたものもあったが、これは効果がなかった。マンガン鋼板は25mm（1インチ）のモリブデン鋼板に置き換えられ、より高速で機動性が高く、防御力も向上した。[5]戦後、需要は急落したが、冶金学の進歩により平時の用途で広範囲に開発が可能になった。第二次世界大戦では、モリブデンは再び鋼合金におけるタングステンの代替品として戦略的に重要視された。[17]
第二次世界大戦では、タングステンは政治的裏取引で重要な役割を果たした。タングステンのヨーロッパにおける主要供給源であるポルトガルは、パナスケイラの鉄マンガン重石鉱床のせいで、両陣営から圧力を受けた。タングステンは耐熱性があり、合金を強化するため、軍需産業にとって重要な原材料となった。[18]
化学
他のグループとは異なり、このファミリーのメンバーは電子配置にパターンを示さず、グループの2つの軽いメンバーはアウフバウ原理の例外です。
化学反応のほとんどは、このグループの最初の 3 つのメンバーについてのみ観察されています。シーボーギウムの化学反応はあまり確立されていないため、このセクションの残りの部分では、周期表の上位の元素についてのみ扱います。このグループの元素は、7 族から 11 族の元素と同様に、高い融点を持ち、より高い酸化状態で揮発性化合物を形成します。このグループのすべての元素は、比較的反応性の低い金属で、高い融点 (1907 °C、2477 °C、3422 °C) を持ちます。タングステンの融点は、すべての金属の中で最も高いです。金属は異なる酸化状態で化合物を形成する。クロムは -2 から +6 までのすべての状態で化合物を形成する。[19]ペンタカルボニルクロム酸二ナトリウム、デカカルボニル二クロム酸二ナトリウム、ビス(ベンゼン)クロム、ペンタニトロシアノクロム酸三カリウム、塩化クロム(II) 、酸化クロム(III) 、塩化クロム(IV) 、テトラペルオキソクロム(V)酸カリウム、および二塩化クロム(VI)二酸化クロム。モリブデンとタングステンについても同様であるが、+6 状態の安定性はグループが下がるほど高くなる。[19]酸化状態に応じて、化合物は塩基性、両性、または酸性であり、酸性度は金属の酸化状態とともに高くなる。
発生と生成
クロムはごく一般的な天然元素です。地殻に21番目に多く存在する元素で、平均濃度は100 ppmです。クロムの最も一般的な酸化状態は、ゼロ、三価、六価です。天然に存在するクロムのほとんどは六価です。[20]世界のクロムの約5分の2は南アフリカで生産されており、カザフスタン、インド、ロシア、トルコがそれに続きます。クロムはクロム鉄鉱石として採掘されます。
モリブデンは主にモリブデン輝水鉛鉱から精製されます。主に米国、中国、チリ、ペルーで採掘されており、生産量は年間20万トンです。[21]
タングステンは地球上で一般的な元素ではなく、地殻中の平均濃度は 1.5 ppm です。タングステンは主に鉱物のウルム重石と灰重石に含まれており、自然界で自由元素として発生することは通常ありません。世界最大のタングステン生産国は中国、ロシア、ポルトガルです。
シーボーギウムは、カリホルニウム-249に酸素-18の原子核を衝突させることで人工的に生成される超ウラン元素である。人工物であるため、自然界には存在しない。[22]
予防
六価クロム化合物は遺伝毒性の ある発がん物質である。[23]シーボーギウムは自然界には存在しない放射性合成元素であり、最も安定した既知の同位体の半減期は約14分である。
アプリケーション
- 合金[24]
- 触媒
- 溶接電極や窯の部品などの高温および耐火用途。
- 冶金学。ジェットエンジンやガスタービンにも使用されることがある。[25]
- 染料と顔料
- 日焼け
- 硬い材料
生物学的現象
第6族は、第5周期および第6周期で生物の生化学で役割が知られている数少ない元素を含むという点で注目に値する。モリブデンは多くの生物の酵素で一般的であり、タングステンはピロコッカス・フリオサスなどの一部の古細菌の酵素で類似の役割が確認されている。対照的に、第一列dブロック遷移金属としては珍しく、クロムは生物学的役割がほとんどないと思われるが、一部の哺乳類のグルコース代謝酵素の一部を形成していると考えられている。
参考文献
- ^ abc ゲルタン、ジャック;ジェイコブス、ジェームズ・アラン。アバキアン、シンシア P. (2005)。クロム (VI) ハンドブック。 CRCプレス。 7–11ページ。ISBN 978-1-56670-608-7。
- ^ヴォークラン、ルイ・ニコラ （ 1798年）。「シベリアの鉛鉛に含まれる新しい金属酸に関する記録」自然哲学、化学、芸術ジャーナル。3 ：146。
- ^ ファン・デル・クログト、ピーター。 「クロム」。2008 年 8 月 24 日に取得。
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{{cite book}}:|work=無視されました (ヘルプ) - ^ abc エムズリー、ジョン（2001）。自然の構成要素。オックスフォード：オックスフォード大学出版局。pp. 262–266。ISBN 0-19-850341-5。
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- ^ ヒェルム、PJ (1788)。 「Versuche mit Molybdäna, und Reduction der selben Erde」。スヴェンスカ・ヴェテンスク。アカデミー。取り扱い。49：268。
- ^ サンダース、ナイジェル（2004年2月）。タングステンと第3族から第7族の元素（周期表）。イリノイ州シカゴ：ハイネマン図書館。ISBN 1-4034-3518-9。
- ^ 「ITIA ニュースレター」(PDF)。国際タングステン産業協会。2005 年 6 月。2011 年 7 月 21 日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2008年 6 月 18 日に閲覧。
- ^ 「ITIA ニュースレター」(PDF)。国際タングステン産業協会。2005 年 12 月。2011 年 7 月 21 日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2008年 6 月 18 日に閲覧。
- ^ 米国国立研究会議（米国）。大気汚染物質の生物学的影響に関する委員会（1974年）。クロム。米国科学アカデミー。p. 155。ISBN 978-0-309-02217-0。
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- ^ 「モリブデン」。AZoM.com Pty. Limited。2007年。 2007年5月6日閲覧。
- ^ Bhadeshia, HKDH「ニッケル系超合金」。ケンブリッジ大学。2006年8月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年2月17日閲覧。