高校化学
Unit 13
典型金属元素
Na の炎が黄色で Ca が橙赤なのはなぜ？典型金属の炎色反応・水との反応・両性金属 Al の特性を整理しよう。
🔥 炎色反応⚗️ アルカリ金属🔩 Al の両性
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アルカリ金属・アルカリ土類金属
アルカリ金属（1族：Li, Na, K…）は最も反応性が高い金属群で、水や酸素と激しく反応する。アルカリ土類金属（2族：Ca, Mg, Ba…）も反応性が高いが、アルカリ金属ほどではない。炎色反応の色でイオンを識別できる。
🔥 炎色反応と主な性質
| 元素 | 炎色反応 | 水との反応 | 特徴・用途 |
|---|---|---|---|
| Na（ナトリウム） | 黄色 | 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ | 食塩（NaCl）・NaOH（苛性ソーダ）・Na₂CO₃（炭酸ナトリウム） |
| K（カリウム） | 赤紫色 | 激しく反応（Na より速い） | 肥料・KOH（水酸化カリウム） |
| Ca（カルシウム） | 橙赤色 | Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑ | 石灰石 CaCO₃・消石灰 Ca(OH)₂・セメント・硫酸カルシウム（石膏） |
| Mg（マグネシウム） | 白色（光が強い） | 熱水と反応（常温の水とはほぼ反応せず） | 合金材料・花火・写真のフラッシュ |
| Li（リチウム） | 赤色 | 穏やかに反応 | リチウムイオン電池・医薬品 |
| Ba（バリウム） | 黄緑色 | Ca より速く反応 | BaSO₄：胃のX線造影剤（水に不溶） |
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アルミニウム・スズ・鉛と両性金属
アルミニウム（Al）は両性金属で、酸にも強塩基にも溶ける。Al₂O₃（アルミナ）は融解塩電解でアルミニウムに精製される。スズ（Sn）と鉛（Pb）はイオン化傾向が低めの典型金属で、はんだ（Sn-Pb 合金）などに使われる。
⚗️ アルミニウムの重要反応
| 反応相手 | 反応式 |
|---|---|
| 希塩酸・希硫酸（酸） | 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑ |
| 水酸化ナトリウム（強塩基） | 2Al + 2NaOH + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂↑ |
| 濃硝酸・濃硫酸 | 不動態（反応しない） |
| 酸化鉄との反応（テルミット反応） | 2Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + 2Fe（高温・高エネルギー） |
✅ この単元のまとめ
- アルカリ金属（1族）：水と反応して H₂ と MOH を生成；炎色反応で識別
- アルカリ土類金属（2族）：炎色反応あり；Ca → Ca(OH)₂（石灰水）
- 炎色反応：Li赤 / Na黄 / K赤紫 / Ca橙赤 / Sr深紅 / Ba黄緑 / Cu青緑
- Al は両性金属：希酸（HCl）にも強塩基（NaOH）にも溶ける
- Al の不動態：濃硝酸・濃硫酸で保護膜形成
- Al の工業的製錬：ボーキサイト → Al₂O₃（アルミナ）→ 溶融塩電解
- テルミット反応：2Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + 2Fe（溶接に利用）
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