高校化学
Unit 14
遷移金属と工業的製法
鉄・銅・マンガン…遷移金属はなぜ色が多彩で触媒として優秀なの？錯イオンと工業プロセスで全体像を把握しよう。
🔩 遷移金属🏭 製鉄・高炉🧪 錯イオン
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遷移金属の性質と主な元素
遷移金属（3〜12族）は d 軌道に電子が入る金属群。複数の酸化数をとりやすく、有色のイオンや錯イオンを形成し、触媒として活躍する元素が多い。Fe, Cu, Zn, Cr, Mn, Ag, Au など身近な金属が並ぶ。
🔩 主な遷移金属の性質
| 元素 | 代表イオン・酸化数 | イオンの色 | 特徴・用途 |
|---|---|---|---|
| Fe（鉄） | Fe²⁺, Fe³⁺ | 淡緑色・黄褐色 | 製鉄（高炉）・ステンレス・磁性材料 |
| Cu（銅） | Cu²⁺（+2） | 青色 | 電線・電気メッキ・黄銅（Cu-Zn）・青銅（Cu-Sn） |
| Zn（亜鉛） | Zn²⁺（+2） | 無色 | めっき（トタン）・マンガン電池・両性金属 |
| Ag（銀） | Ag⁺（+1） | 無色 | 写真（AgBr の感光性）・鏡・殺菌 |
| Cr（クロム） | Cr³⁺, Cr₂O₇²⁻（+6） | 緑・橙赤色 | ステンレス（Fe-Ni-Cr）・メッキ・酸化剤 |
| Mn（マンガン） | Mn²⁺ 〜 Mn⁷⁺（多様） | 淡ピンク〜紫 | MnO₂（乾電池）・KMnO₄（酸化剤） |
🏭 製鉄（高炉）のプロセス
| 工程 | 反応 |
|---|---|
| コークスの燃焼 | C + O₂ → CO₂ → 2CO（C + CO₂ → 2CO） |
| 鉄鉱石の還元 | Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ |
| 銑鉄から鋼へ | 銑鉄（C 3〜4%）を転炉で精錬 → 鋼（C 0.1〜1.7%） |
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錯イオンと錯塩
錯イオンは金属イオンに配位子（孤立電子対をもつ分子・イオン）が配位結合した複合イオン。配位子の数（配位数）と形（正四面体・正八面体など）が重要。命名は「配位子名 + 金属名 + 酸（または酸塩の場合）」。
🧪 代表的な錯イオン
| 錯イオン式 | 名称 | 配位子 | 色 |
|---|---|---|---|
| [Cu(NH₃)₄]²⁺ | テトラアンミン銅(II)イオン | NH₃（アンミン）× 4 | 深青色 |
| [Ag(NH₃)₂]⁺ | ジアンミン銀(I)イオン | NH₃ × 2 | 無色 |
| [Fe(CN)₆]³⁻ | ヘキサシアニド鉄(III)酸イオン | CN⁻（シアニド）× 6 | 黄色 |
| [Zn(OH)₄]²⁻ | テトラヒドロキシド亜鉛(II)酸イオン | OH⁻ × 4 | 無色 |
| [Ag(S₂O₃)₂]³⁻ | ジチオスルファト銀(I)酸イオン | S₂O₃²⁻ × 2 | 無色 |
✅ この単元のまとめ
- 遷移金属：複数の酸化数・有色イオン・錯イオン形成・触媒作用
- Fe²⁺：淡緑色；Fe³⁺：黄褐色；Cu²⁺：青色；Ag⁺：無色
- 製鉄：高炉で Fe₂O₃ を CO で還元 → 銑鉄 → 転炉で鋼
- 銅の精錬：電解精錬（粗銅→純銅）
- 錯イオン：金属イオン + 配位子（NH₃, CN⁻, OH⁻, Cl⁻ など）
- [Cu(NH₃)₄]²⁺ 深青；[Ag(NH₃)₂]⁺ 銀イオンの溶解;[Zn(OH)₄]²⁻ 過剰 NaOH で Zn 溶解
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