遷移金属

遷移金属とは何か

遷移金属は周期表の中央に広がる第3族から第12族を占める。周期に沿って右へ進むと、各元素は最外殻ではなく内側のd副殻に電子を加えていく。この内側の殻が満たされていくことが名前の由来で、左側の反応性の高いsブロック金属と右側のpブロックとのあいだの「遷移」を表している。

d電子は外側の電子とエネルギーが近いため、多くの遷移金属は失う電子の数を変えることができる。鉄は2価と3価の両方のイオンをつくり、マンガンには+2から+7までの安定な酸化状態がある。この柔軟さが、その化学の多くを支えている。

化合物がカラフルな理由

遷移金属イオンにほかの原子が結合すると、d軌道のエネルギーが分裂する。すると電子は特定の色の可視光を吸収して軌道間を移ることができ、私たちには残りの色が見える。硫酸銅が青く、過マンガン酸カリウムが濃い紫色で、クロムの化合物が黄色や橙色、緑色を示すのはこのためである。ルビー、エメラルド、サファイアの色も、すべて微量の遷移金属に由来する。

産業を動かす触媒

酸化状態を変えられること、そして表面にほかの分子を結合できることから、遷移金属は優れた触媒になる。自らは消費されずに反応を速めるのである。

• 鉄：肥料用のアンモニアをつくるハーバー法。世界の人口のおよそ半分を養っている
• 白金、パラジウム、ロジウム：自動車の排ガスを浄化する触媒コンバーター
• ニッケル：植物油の水素化
• バナジウム：硫酸を製造する接触法

記録保持者たち

遷移金属には金属の世界の両極端がそろっている。タングステンは金属のなかで最も融点が高く、3,422 °Cに達する。オスミウムは天然に存在する元素のなかで最も密度が大きく、イリジウムがそれに迫る。銀はほかのどの元素よりもよく電気と熱を伝える。その反対側にあるのが水銀で、常温で液体である唯一の金属である。

文明を支えた金属

金、銀、銅は人類が最初に使った金属の仲間であり、青銅器時代や鉄器時代は遷移金属の技術にちなんで名づけられている。鉄に少量の炭素、さらにしばしばクロムやニッケル、バナジウムを加えた合金である鋼は、今も建物や橋、機械の骨格である。チタンは航空機や医療用インプラントを軽く丈夫にし、亜鉛はめっき（亜鉛めっき）によって鋼をさびから守っている。