鉄の硬さとアルミの柔らかさを電子の配列で理解すると

質問

同じ金属でも鉄とアルミではずいぶん硬さが違いますが、硬さを決めているのは自由電子でないと想像します。周期律表を見てもよくわからないのですが、何か勉強の糸口はあるでしょうか。

回答No.2

ORUKA1951 · ベストアンサー

純鉄は確かに柔らかいですが、ヤング率や体積弾性係数はアルミのほうが柔らかいです。
金属の性質は学ばれたと思いますが、
・熱や電気の良導体
・展性・延性がある。
・酸と反応して陽イオンになる
　など。化学では最も金属らしい金属はアルカリ金属（後周期のほうがより金属らしい）でした。なぜ、そうなるかは電子軌道との関連で学ばれていると思います。
　さて、アルミニウムは十三族ですから、その結合には共有結合性が加わるためにアルカリ金属に比較すると硬いです。
　典型元素の金属に関しては、それで説明できますが、そうでない遷移元素には極めて硬いものがあります。ペン先に使われるオスミウムとか、イリジウム、タングステンなどは硬い金属です。

＞周期律表を見てもよくわからないのですが、何か勉強の糸口はあるでしょうか。
　★周期律表ではありません!!!。重要なところなので即減点、バツにしますよ!!(^^)
　　元素を表にしたもので、それによって周期律が見えてくるのですから・・・
　周期表で、アルカリ金属が金属結合であり、ダイヤモンドや分子を作る結晶が共有結合であり、その元素と結合の性質の差と電子軌道の関係は学ばれたと思います。・・・これが基本です。
　　典型元素を学ぶ時に最外殻の電子の挙動やそれに由来する結合は学びましたね。

　元素を見ると
アルミニウム [Ne]3s²3p¹( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A2%E3%83%AB%E3%83%9F )
鉄 [Ar] [Ar] 3d⁶4s²( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%89%84 )
ナトリウム [Ne] 3s¹
　と書かれているはずです。
　KLMでなく電子軌道spdfgで現した周期表があります。
　⇒拡張周期表( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%8B%A1%E5%BC%B5%E5%91%A8%E6%9C%9F%E8%A1%A8 )

　鉄がアルミニウムより硬い理由は、遷移元素はd電子、f電子を持ち、それが共有結合性を示すからです。

お礼

勉強させていただきます。鉄に囲まれて生活しているのに、何も知らないでいられるのはいけないことと思っております。ご教示ありがとうございました。

回答No.1

Saturn5

本当の鉄はアルミニウムよりもやわらかいです。
高炉で生産される鉄を銑鉄といい４％の炭素を含み、固くてもろいです。
身の回りにある鉄は鋼といい、銑鉄の炭素分を減らして０．０２～１％くらい
にしたものです。鋼はやや粘り強く、強度もアルミニウムよりも強いです。

この鋼の炭素分を減らしていくとだんだん強度が下がり、純粋な鉄は
アルミニウムよりもやわらかくなります。

http://www.toishi.info/metal/pureiron.html

お礼

そういうものなのですね。不純物で硬くなるのはまた不思議な感じがします。できれば電子の配列との関係も知りたいと思っていますが、純粋の金属はみな柔らかいものなのかと思いました。水銀など液体のようですね。ご教示ありがとうございました。