プロが教えるわが家の防犯対策術!

金属はなぜ自由電子をもっているか?
金属は自由電子があるから電気を通すなどとききますが、
なぜ金属が自由電子をもっているかがわかりません。
回答よろしくお願いします。

A 回答 (3件)

> 結晶が自由電子を持って電気を通すような物質のことを金属と呼ぶからです。



これが回答だと私も思います。

> 金属原子の電気陰性度が低いからです。
という説明も、ある程度簡単化した場合にはもっともなわけです。
しかし、例えば酸素は金属ではありません。
普段すっている酸素は金属じゃないですよね。

でも、酸素は実は金属になります。
ちょっと温度冷やして、ちょっと圧力をかけてあげると。

という訳で、金属かどうかは原子の持つ特徴だけでは説明できないわけですね。

という訳で、金属だから自由電子を持つというよりは、自由電子を持つから金属と呼ぶのだと思います。
また、組成が複雑になってくると電気陰性度の考えは使い物にならないので、そういう意味でも、電気が流れるものが金属、ゆえに自由電子があるものが金属、と考えたほうが良いと思います。


逆に、金属と思ったときの金属らしい性質(ピカピカ光る.etc
は自由電子を持っていることから説明することが出来ます。
(電磁気学などから

なので、適当な物質が金属らしさを持っている事と、自由電子を持っている事は同じことです。
自由電子を持っていれば、ピカピカすることは示せます。

参考URL:http://www.mext.go.jp/b_menu/houdou/10/06/980621 …
    • good
    • 0
この回答へのお礼

回答ありがとうございます!
これでやっと解決することができました。
酸素が金属になるんですか!?これにはびっくりしました。
とても参考になりました。ありがとうございます。

お礼日時:2007/09/12 23:29

どのようにして、ならば#1さんのとおりです。



しかしもっと単純に、そして物事の根本を考えましょう。
結晶が自由電子を持って電気を通すような物質のことを金属と呼ぶからです。
    • good
    • 0
この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
わかりやすくて参考になりました。

お礼日時:2007/09/12 23:33

金属が自由電子をもつのは、金属原子の電気陰性度が低いからです。



原子の電気陰性度が低いということは、その原子が価電子を引きつける力が弱いということですので、価電子が原子の束縛から逃れやすくなります。金属結晶のように、原子の束縛から逃れた価電子を強く引きつける原子がない物質では、この価電子はかなり自由に物質の中を動き回れますので、この価電子のことを自由電子と呼びます。
塩化ナトリウムのように、物質の中に電気陰性度の高い原子があれば、金属原子から逃れた価電子はこの電気陰性度の高い原子に束縛されてしまいますので、物質の中を自由に動くことが出来なくなります。これがイオン結晶です。
もし物質の中に電気陰性度の高い原子しかないときには、これらの原子の間で価電子の奪い合いが起こります。この場合は、二つの原子でその価電子を共有することになります。これが共有結合で、この場合も価電子は物質の中を自由に動くことはできません。

電気陰性度の高い金属元素(例えば金)や、電気陰性度の低い非金属元素(例えばケイ素)もありますので、電気陰性度だけでは説明しきれない面もあるのですけど、大雑把には「電気陰性度が低い→自由電子を出しやすい」と考えてよいと思います。
    • good
    • 0
この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
詳しくて自分でも理解できました。
イオン結晶などもわかりやすく説明していただいて、
とても参考になりました。

お礼日時:2007/09/12 23:37

お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!

このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています

このQ&Aを見た人が検索しているワード

このQ&Aと関連する良く見られている質問

Q金属結合とは、自由電子が金属内を自由に動き回ってる結合との事ですが、 同じ金属同士をくっつけても、磁

金属結合とは、自由電子が金属内を自由に動き回ってる結合との事ですが、
同じ金属同士をくっつけても、磁石のプラスとマイナスの様に、くっつかないのは何故ですか?

Aベストアンサー

ミクロ的にみると顕微鏡レベルですが金属同士を接合する場合、金属の表面にデコボコがあり実は密着していないです。
更に、もっと微小の領域をみると金属と金属の間に何かの原子が存在しています。気体の分子であることが多いですね。
また、例えば、多くの金属は酸化皮膜を表面に形成していることが多いので、金属同士の接合にはなりません。
単純に金属と金属だと思っていても、実はその間に非金属の原子・分子や他の結合様式のものが存在しているので、接合することは出来ないですね。

古典的な手段ですが、金属の表面を平坦に仕上げて、ある程度の加熱と加圧を与えて拡散接合することはできます。
これは電子ではなく、原子が固体内で拡散する現象を利用したものですが、やはり気体分子は邪魔になるので真空が必要になってきます。

更に、高真空中で表面の酸化皮膜を除去して接合すると、仰るような接合(イメージは少し違いますが…)が可能になってきます。
20年程前に自分で調べて文献で読んだことがありますが、必要な高真空が宇宙空間並みだった記憶がありますね。

Q電気は、なぜ流れるのでしょうか?

私の回答は、「物質は電子という電気を持った粒のようなものを持っており、その粒が一定方向に動くと電流が導体を流れる。」
なのですが、会社の上司に違っていると叱られました。
上記の回答は手段であって、原理や仕組みではないと言われました。
「なぜ流れるのか?」という答えは、小学生の理科でやったし、小学生なら回答できるとまで言われました。
小職が、いろいろ調べたのですが、やはり上記の回答以上のものが出ませんでした。
仕組み、原理に理に叶う回答があれば
お教えいただけませんでしょうか。
皆様、お忙しいところ、恐縮ですが、宜しくお願い申し上げます。

Aベストアンサー

電気=電流は何故流れるのか?
小学生レベルでは、「電源(電池)の+-に負荷(電球)を電線で接続(回路)すると電流が+から-方向に流れる」程度だったような気がしますが。。。
電流は電源があっても、導体(電線など)で閉回路を構成しないと流れません。これは小学生で習います。

電流の正体は電子です。全ての物質は原子で構成されており、さらに原子は原子核と電子で構成されています。原子核には陽子と中性子があり、陽子が正電荷(+)、電子が負電荷(-)であるためお互い引き合います。(クーロン力)
金属原子の最外殻電子は陽子とのクーロン力が弱いため原子間を自由に移動することができます。これを自由電子といい、金属でできた導体に電池などの電位差がある電源を接続すれば自由電子が電位が高い方(正電荷)へ引っ張られ、電位が低い方(負電荷)からは電子が導体に供給され電子が回路を循環し電流となります。(電流と電子の流れ方向は逆であることに注意)

Q自由電子は原子に属していないのですか?

自由電子とは、原子に属していない単体の電子なのでしょうか?それとも原子間を自由に渡り歩ける(次々に属する原子を変えていくことが出来る)電子なのでしょうか?

Aベストアンサー

金属は電気伝導性とか延展性、金属光沢の性質を示します。金属という性質は原子の集合体の示す性質です。原子1つでは金属の特徴は出てきません。
鉄でも銅でも原子1つでは金属ではありません。電子は原子に所属しています。銅の原子が多数集まったときに初めて金属の銅としての性質が出てきます。自由電子も生じます。その時は渡り歩く電子というイメージでいいことになります。

QPCの冷却、家庭のアイディア

PCの冷却の家庭のアイディアを募集~♪

HHDクーラーを使うわけでもなく、CPUクーラーを買い換えるのもなく、あくまで家庭にあるものを使って、もしくはPCショップに売っていないアイテムを使って冷却するアイディアを募集でーす♪

ペットボトルを使って、煙突効果で冷却効果はあるかな~?とか思ってたしします。科学的なアイディアから、経験的なアイディアまで奇抜な方法も書いてちょ♪

Aベストアンサー

自分のPCは、5インチx1、3.5インチx1…フロントベイの蓋してない。
ホコリ対策にネットだけ付けてるけど、24時間稼動
時々エンコもやってるから、そこそこハードな環境かな。

あ、5インチベイは一番上の段ね(熱は上から逃げるから)

そう言えば一時期は、筐体横のパネルさえも外してやってたよ。w
必ずしもそう出来るタイプの筐体ばかりじゃないけどね。

Q電子はどこから来て、どこへ行く?

子供のような質問で申し訳ないです。

電気の素である電子はどこから来てどこへ行っているのでしょうか。

質問1
発電所では火力や原子力のエネルギーを使ってタービンを回し、発電しているのは
分かるのですが、発電された電気を作っている電子はどこから調達しているのですか?

質問2
家庭の電子機器を流れた電子は、どこから来てどこへ行くのですか?
私の予想では、電子はGND端子から流れてきているように思うのですが、
GND端子はどこにつながっているのでしょうか?

Aベストアンサー

>発電された電気を作っている電子はどこから調達しているのですか?

>家庭の電子機器を流れた電子は、どこから来てどこへ行くのですか?

 金属原子の電子の内、原子の一番外側を回っていた一部の電子は、金属の内部では、(電気を流さなくとも)元々自然に原子との結び付きから離れた状態になっていて、金属の中であれば自由に飛び回っています。
 これを自由電子と言います。
 金属中の原子は、電子の一部が自由電子となって原子から離れてしまっているため、金属イオンになっています。
 つまり、金属は金属イオンと自由電子の塊なのです。
 電流を流した場合、金属中の金属イオンの位置は余り変わりませんが、自由電子が金属中を移動します。
 例えば、電池にモーターを繋いだ場合には、電池のマイナス極を出た電子は、導線を通ってモーターに入り、モーターを回してから、プラス極に繋がる導線を通って、電池のプラス極に戻ります。
 モーターを水車に置き換え、電池をポンプに置き換えて考えると、ポンプから送り出された水は、配管を通って水車に送られ、水車を回した水は、別の配管を通ってポンプに戻る、という具合に、水がどこからか供給されるのではなく、ポンプと水車を繋ぐ配管の中を循環している様なものです。
 尚、交流の場合には、電子が行ったり来たりを繰り返している事は、ANo.1様の仰る通りです。

 次に、電流が金属以外の物質を流れる場合に関して説明します。
 水の場合等には、水自体は電流をあまり流しませんが、普通の水には塩類や、酸、塩基(アルカリ性の物質)等の、電解質が不純物として溶けています。
 電解質は水に溶けると、陽イオンと陰イオンに分解した状態になりますから、水中の陽イオンと陰イオン(の両方)が、金属中の自由電子の代わりに、電気を伝える役割を果たします。
 電子部品中の半導体の場合、半導体にはN型とP型があります。
 N型半導体には、原子の最も外側を回る電子の数が、半導体の原子よりも1つ多い別の種類の物質が、極微量だけ混ぜられていて、その混ぜものの原子が半導体材料の結晶の中に組み込まれると、混ぜものの原子1個あたり、電子が1個余りますから、その余った電子が自由電子になります。
 P型半導体は、N型とは逆に、最も外側を回る電子の数が1つ少ない物質が混ぜられ、それによって電子が不足している所は、正孔と呼ばれるプラスの電荷を帯びた穴として振る舞います。
 半導体に電流が流れるのは、余った電子や正孔が、自由電子やイオンの様に、電荷を運ぶからです。


>GND端子はどこにつながっているのでしょうか?

 大地、即ち地球に繋がっています。
 又、コンセントの片方の電極(壁のコンセントの穴が長い方)も、電柱に設置されている変圧器の所で地球に繋がっています。(但し、漏電対策用のアースには使えません)
 そして、発電所の発電機の電極の1つもまた、アースされて地球に繋がっています。
 土や岩盤には水分が含まれていますから、電流を流す事が出来ます。
 つまり、地球自体を電気回路の中に組み込んで、地球を電線の代わりとして使用しているのです。
 電流を流すためには、発電機と電気製品との間を、最低でも2本の電線で繋ぐ必要がありますが、地球を電線の代わりにする事で、送電線の本数を減らす事が出来るため、電気を供給するのに必要となるコストが安上がりになるのです。

>発電された電気を作っている電子はどこから調達しているのですか?

>家庭の電子機器を流れた電子は、どこから来てどこへ行くのですか?

 金属原子の電子の内、原子の一番外側を回っていた一部の電子は、金属の内部では、(電気を流さなくとも)元々自然に原子との結び付きから離れた状態になっていて、金属の中であれば自由に飛び回っています。
 これを自由電子と言います。
 金属中の原子は、電子の一部が自由電子となって原子から離れてしまっているため、金属イオンになっています。
 つまり、...続きを読む

Q最外殻電子の数と自由電子と電流

電場などでエネルギーを与える事によって原子周りの最外殻電子が自由電子となって電流が流れますよね。K殻には2個、L殻には4個、M殻には8個...と電子は配置されていき、例えば最外殻のM殻に8個の電子が綺麗に配置されている状態を安定している、みたいな表現をだいぶ昔に先生が言っていた記憶があります。
ここで質問なのですが、最外殻がその規定の定員数きっちり埋まっている種類の原子で出来た物質は原子の状態が安定しているので、最外殻電子が自由電子となって電流を流すという事は無くなるという事ですか?また、例えば最外殻L殻に1個だけ電子が配置された原子で出来た物質Aは自由電子になるのが1個で、最外殻M殻に4個埋まってる原子で出来た物質Bは自由電子になりうる価電子が4個なので、物質Bの方が導電性が良いという事になりますか?

化学の知識が乏しいので変な事を言ってるかもしれませんが、どなたか解説を頂けないでしょうか。

Aベストアンサー

「K殻には2個、L殻には4個、M殻には8個...」が間違いであることには目をつむっても, 単に電子の数だけを考えても意味はありません.

例えば「最外殻L殻に1個だけ電子が配置された原子で出来た物質」は
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%AA%E3%83%81%E3%82%A6%E3%83%A0
だし「最外殻M殻に4個埋まってる原子で出来た物質B」は (同素体がいくつかあるけど)
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B1%E3%82%A4%E7%B4%A0

さらに言えば純物質で導電性のもっともよいのは
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%8A%80
と.

Q金属の融点について

金属の融点について、
アルカリ金属などの金属は融点が低いのに、
他の金属は融点が高いのはなぜですか?
また、金属結合のイメージ的に、そんなに融点が高いのが分かりません。
共有結合のシリカとかよりも高いのがあるのが、よくわかりません・・
宜しくお願い致します。

Aベストアンサー

まず、金属の融点はざっくり言えば結合を構成する電子の数で決まります。

アルカリ金属は完全に閉殻したアルカリ金属イオンを原子1個あたり1個の電子で
繋いでいるような形になっています。これに対して、その隣のアルカリ土類金属では
原子1個あたり2個の電子が繋いでいます。そのため、アルカリ土類金属はアルカリ金属より
融点が高くなっています。また、金属原子の半径が大きくなると最外殻の電子軌道の
電子密度が下がり、結合が弱くなるために融点が下がる傾向があります。(例外有り)

融点が高い金属は遷移金属元素に多く見られますが、これは遷移金属のd軌道の
電子が多いために結合が強くなりやすいという理由が挙げられます。もうひとつの理由として、
このd軌道というのは電子が密集した部分とまばらな部分があり、隣接する原子の
電子が密集した部分同士で結合を作ることによって、結合の電子密度が上がります。
これによって遷移金属の中でも、特に6族元素の周辺は高い融点を示します。
d軌道の電子が増えて閉殻に近づく(11族周辺)と、今度はd軌道内で電子対を作れるように
なるので金属結合に使われる電子が減少し、融点が低くなってくる傾向にあります。

13~15族の典型金属元素も同様に、p軌道の電子が増えて閉殻に近づくために
結合に使われる電子の数が減って融点が下がる傾向があります。

ただし、例外が2つあります。
ガリウム(融点30 ℃)と水銀(融点-38 ℃)です。

ガリウムの固体は複数の結晶構造が入り混じった構造をしており、
原子間の距離(=結合距離)が短いものと長いものが混ざっています。
長い結合は切れやすいため、低い融点を示す原因になっています。

水銀や原子番号が1小さい金は、相対論効果という現象によって特殊な性質を示します。
原子中の電子は、エネルギーが低い(=内側にある)軌道から満たされていきますが、
原子番号が大きくなるにしたがって原子核の電荷が大きくなるために
原子核周辺の存在確率が特に大きいs軌道の電子は軌道が収縮し、
電子が光速と比較できるくらいの速さで運動するようになります。
光速に近い速さで運動する物体の質量は相対論によって増大するため、
電子の質量は増大します。質量の増大によって、本来電荷のみによって収縮する以上に
軌道が収縮し、s軌道の電子は原子の内側に隠れてしまうことになります。

さて、水銀の電子配置は [Xe] 4f14 5d10 6s2 ですが、このうち最も外側にあるはずの
6s軌道の電子が内側に隠れてしまうため、水銀の最も外側にある電子軌道は
4f軌道と5d軌道になります。そしてこの軌道は両方とも閉殻しているために、
自由電子を出すことができず、原子間の引力が極めて弱い(希ガスに近い)ために
水銀は常温で液体、しかも沸点も異常に低いという非常に珍しい性質を示します。

余談ですが、水銀よりも原子番号が1小さい金は、希ガスに似た性質である水銀から
電子を1個剥ぎ取った電子構造をしています。そのため、ハロゲンに似た性質を示します。
金が酸化されにくい(=電子を剥ぎ取られにくい)という性質はこれに由来しています。
さらに電子を放出しやすい金属であるセシウムを金と1:1で混ぜて融解すると
合金ではなく、金化セシウムというイオン性の化合物を生じます。

まず、金属の融点はざっくり言えば結合を構成する電子の数で決まります。

アルカリ金属は完全に閉殻したアルカリ金属イオンを原子1個あたり1個の電子で
繋いでいるような形になっています。これに対して、その隣のアルカリ土類金属では
原子1個あたり2個の電子が繋いでいます。そのため、アルカリ土類金属はアルカリ金属より
融点が高くなっています。また、金属原子の半径が大きくなると最外殻の電子軌道の
電子密度が下がり、結合が弱くなるために融点が下がる傾向があります。(例外有り)

融点が高い...続きを読む


人気Q&Aランキング