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金元素の性質と用途
元素の紹介
歴史上、金はその希少性、魅力、耐久性から、芸術品、貨幣、儀式用品の中心的存在として望まれてきた。しかし、その本質的な特質は、現代の工業、技術、医療用途においても代替不可能なものとなっており、文化的・美的意義よりもその有用性が保証され続けている。
金の物理的性質
金の物理的特性もまた、驚くべき珍しいものである：
- 密度：金の密度は19.32g/cm³で、最も密度の高い金属のひとつです。非常に小さなナゲットの重さは驚くほど重く、体積に対する質量の割合を示しています。
- 可鍛性と延性：金は最も展性と延性のある金属です。1オンスの金を300平方フィートのシートにしたり、50マイル以上の長さのワイヤーにすることも可能です。芸術作品の金箔や電子機器の反射コーティングのように、薄い層が理想的な用途に適している。
- 光沢：豊かな金属光沢を持ち、魅力的で長持ちし、何世紀にもわたって腐食することなく輝き続けます。
- 柔らかさ: 24金や純金は柔らかいので、銅、銀、パラジウムと合金にしてジュエリーや機能的な品物を作ります。
- 導電性：金は電気と熱をよく通すので、高信頼性の電子コネクターや回路に使われる。
金の化学的性質
金の化学的性質もまた、優れたものである：
- 不活性：貴金属である金は酸化したり腐食したりしないため、何千年も経った古代の遺物が理想的な状態で発見される。
- 耐酸性：しかし、アクアレジア（硝酸と塩酸の組み合わせ）には溶ける。
- 酸化状態：金は主に+1（オーロックス）と+3（オーリック）の酸化状態で存在するが、-1、+2、+5の酸化状態もわずかに存在する。これらはすべて、触媒作用、電気めっき、化学合成において重要である。
材料の基本特性
|
特性 |
値 |
単位 |
|
原子番号 |
79 |
- |
|
原子量 |
196.97 |
g/mol |
|
融点 |
1064 |
°C |
|
沸点 |
2856 |
°C |
|
密度 |
19.32 |
g/cm³ |
|
導電率 |
非常に高い |
- |
詳細はスタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）をご覧ください。
金の一般的な用途
金の多用途性は、そのユニークな特性の組み合わせに由来する：
1.宝飾品と装飾品
採掘される金の75％は宝飾品に使われる。その可鍛性によって複雑なデザインを作ることができ、その不活性性によって指輪、ネックレス、その他の装飾品が何世紀にもわたって変色するのを防ぐことができる。また、金箔の形で美術品や建築物の装飾、たとえば金箔のドームや宗教的なイコンにも使われている。
2.エレクトロニクス
金の優れた導電性と耐食性は、高信頼性のスイッチ、回路基板、コネクターの中心に置かれている。例えば、スマートフォンのコネクターの金メッキは、繰り返される機械的ストレスにもかかわらず、長時間のシグナルインテグリティを保証する。現代の平均的なスマートフォンには0.03グラムから0.05グラムの金が使われており、ほんのわずかな量がいかに高い効果を発揮するかを示している。
3.投資と金融
金は伝統的な価値貯蔵手段であり、硬貨、地金、中央銀行の準備金として使われてきた。その希少性と安定性により、インフレ、通貨切り下げ、市場変動に対するヘッジとして使用される。
4.歯科
金合金は硬く生体適合性が高いため、クラウン、ブリッジ、詰め物によく利用される。金は他の金属のように口腔内で腐食しないため、耐久性のある歯科修復物を形成することができる。
5.航空宇宙およびハイテク用途
宇宙船は金薄膜を断熱材として利用し、太陽放射を反射して温度制御を行っている。宇宙飛行士のヘルメットには、有害な紫外線から目を保護するために金のコーティングが施されている。
6.医学
Au-198のような放射性同位元素は癌治療に応用されており、金ナノ粒子は標的薬物送達や画像診断のために研究されている。これらは金の不活性と生体分子との機能性を利用したものである。
よくある質問
金の物理的・化学的にユニークな特性は何ですか？
金は高い密度、可鍛性、延性、導電性、化学的不活性を持ち、その組み合わせは芸術的にも工業的にも使用できるほどユニークです。
工業用金はどのように精製されるのですか？
工業用金は採掘され、粉砕され、化学的に分離され、シアン化や電解精錬によって精製されます。
コストがかかるにもかかわらず、なぜ金が電子機器に利用されるのですか？
信頼性、耐腐食性、導電性は、故障が許されないライフクリティカルなシステム（航空や医療など）において、そのコストを正当化する。
金合金は性能を向上させることができるのか？
実際、金合金は銅、銀、パラジウムのような金属に金を加えることで、導電性や耐食性を犠牲にすることなく、強度と硬度を提供します。
金を含む製品はどのように産業を強化するのですか？
エレクトロニクスはより堅牢で信頼性の高いものになり、歯科材料は生体適合性が保証され、航空宇宙製品は熱保護が提供され、金が産業界で多用途であることを示しています。
Chin Trento
