 金属元素は大きく２つに分類することができます。すなわち，典型元素と遷移元素です。今まで学習した１族と２族元素，そして両性元素はいずれも典型元素です。典型元素は，元素の周期律を特によく示すので，同族元素ごとに分類して学習することが効果的です。ところが，典型元素以外の遷移元素は，周期律があまりはっきりしません。また，最外殻の電子数は，一般に１〜２です。今日は遷移元素について，特に鉄について勉強することにしましょう。  今日の学習内容は，次の通りです。 （１）遷移元素の単体 （２）遷移元素の化合物 （３）鉄の単体 （４）鉄の化合物 最初は，遷移元素の単体からです。 |
 １８ 遷移元素と鉄 （１） 遷移元素の単体 元素の周期律がはっきりしない 周期表の中央部に集まっている すべて金属→融点・沸点が高い，硬い，密度が大きい  |
| 複数の酸化数をとることが遷移元素の特徴です。そして，酸化数の高い化合物は酸化剤としてはたらきます。代表的な酸化剤に，過マンガン酸カリウムＫＭｎＯ４と二クロム酸カリウムＫ２Ｃｒ２Ｏ７がありますね。 過マンガン酸カリウムＫＭｎＯ４のマンガン原子の酸化数は＋７です。酸化剤としてはたらくと，マンガン原子の酸化数は＋２になります。 二クロム酸カリウムＫ２Ｃｒ２Ｏ７のクロム原子の酸化数は＋６です。酸化剤としてはたらくと，クロム原子の酸化数は＋３になります。 また，遷移元素の化合物には有色のものが多いです。  錯イオンとは，金属元素の陽イオンに数個の分子やイオンが配位結合したものです。今までに出てきた錯イオンは，テトラヒドロキソアルミン酸イオン［Ａｌ(ＯＨ)４］−，テトラヒドロキソ亜鉛（II）酸イオン［Ｚｎ(ＯＨ)４］２−，テトラアンミン亜鉛（II）イオン［Ｚｎ(ＮＨ３)４］２＋などです。テトラｔｅｔｒａとはギリシャ語の数詞で４を意味します。したがって，テトラヒドロキソとは，水酸化物イオンが４個という意味ですね。この４個の水酸化物イオンが，アルミニウムイオンに配位したものがテトラヒドロキソアルミン酸イオンです。化合物命名法によると，錯陰イオンでは，元素名の語尾に「〜酸」をつけると決められています。 |
（２） 遷移元素の化合物 複数の酸化数をとる （例） Ｆｅ２＋とＦｅ３＋ Ｃｕ＋とＣｕ２＋ 酸化数の高い化合物は酸化剤としてはたらく （例） ＫＭｎＯ４ ： ＭｎＯ４− ＋ ８Ｈ＋ ＋ ５ｅ− → Ｍｎ２＋ ＋ ４Ｈ２Ｏ 酸化数 ＋７ → ＋２ Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７ ： Ｃｒ２Ｏ７２− ＋ １４Ｈ＋ ＋ ６ｅ− → ２Ｃｒ３＋ ＋ ７Ｈ２Ｏ 酸化数 ＋６ → ＋３ 有色のものが多い 錯イオンをつくるものが多い |
鉄と人類の関わりは古くからあります。司馬遼太郎の「この国のかたち五」ｐ．７３〜１０６には，日本のたたら製鉄についてかかれています。どうして山陰地方に鉄文化が発生したか，興味深く書かれています。たとえば，「日本列島はモンスーン地帯にあるために木々が水をふくんだスポンジのようで，中国山脈の山々を順次伐採して三十年でもとの山にもどると，すでにナラやクヌギが成長しているというのである。師匠格の古代朝鮮の場合，気候や地質のせいでそうはいかず，乱伐されてやがて多くが禿山になった。ともかくも日本では樹木の再生力が高かったということが，その後の日本史の展開の基礎的なものになった。」当時は砂鉄を木炭で還元したため，多量の樹木を必要としたようです。 現在の製鉄は，赤鉄鋼や磁鉄鋼を原料とし，溶鉱炉中で高温のコークスから発生する一酸化炭素で還元して製造しています。  |
（３） 鉄の単体 Ｆｅ ｉｒｏｎ ← 鉱石ａｅｓ，かたいｆｉｒｍｕｓ（ラテン語） 酸化数が＋２，＋３の化合物 ＜製法＞ Ｆｅ２Ｏ３ ＋ ３ＣＯ → ２Ｆｅ ＋ ３ＣＯ２ 溶鉱炉で得られる鉄→銑鉄 銑鉄を処理してＣの割合を０．０２〜２％→鋼 ＜酸との反応＞ 濃硝酸には溶けない→不動態 他にＡｌとＮｉなど 他の酸には溶ける Ｆｅ ＋ Ｈ２ＳＯ４ → ＦｅＳＯ４ ＋ Ｈ２ 淡緑色溶液 鉄（ＩＩ）イオンは酸化されやすい ４Ｆｅ２＋ ＋ ４Ｈ＋ ＋ Ｏ２ → ４Ｆｅ３＋ ＋ ２Ｈ２Ｏ 黄色味を帯びる |
| ヘキサｈｅｘａはギリシャ語の数詞で６を意味します。したがって，ヘキサシアノは６個のシアン化物イオンＣＮ−が鉄イオンに配位したものです。 鉄（ＩＩ）イオンに６個のシアン化物イオンが配位すると，＋２＋（−１）×６＝−４になりますね。したがって，ヘキサシアノ鉄（ＩＩ）酸イオンのイオン式は［Ｆｅ(ＣＮ)６］４−となり，カリウムイオンＫ＋４個と化合物をつくります。だから，化学式はＫ４［Ｆｅ(ＣＮ)６］となります。 一方，鉄（ＩＩＩ）イオンに６個のシアン化物イオンが配位すると，＋３＋（−１）×６＝−３になりますね。したがって，ヘキサシアノ鉄（ＩＩＩ）酸イオンのイオン式は［Ｆｅ(ＣＮ)６］３−となり，カリウムイオンＫ＋３個と化合物をつくります。だから，化学式はＫ３［Ｆｅ(ＣＮ)６］となるのです。   鉄イオンと， ヘキサシアノ鉄（ＩＩ）酸カリウムやヘキサシアノ鉄（ＩＩＩ）酸カリウムの反応はややこしいですね。少し整理をしておきましょう。 Ｆｅ２＋とＫ４［Ｆｅ(ＣＮ)６］では青白色沈殿です。Ｋ４［Ｆｅ(ＣＮ)６］に含まれているのは鉄（ＩＩ）イオンＦｅ２＋です。したがって，できた沈殿には鉄（ＩＩ）イオンＦｅ２＋しかないことになります。 Ｆｅ２＋とＫ３［Ｆｅ(ＣＮ)６］では濃青色沈殿です。Ｋ３［Ｆｅ(ＣＮ)６］に含まれているのは鉄（ＩＩＩ）Ｆｅ３＋イオンです。したがって，できた沈殿には鉄（ＩＩ）イオンＦｅ２＋と鉄（ＩＩＩ）イオンＦｅ３＋の両方が含まれていることになります。 Ｆｅ３＋とＫ４［Ｆｅ(ＣＮ)６］でも濃青色沈殿です。Ｋ４［Ｆｅ(ＣＮ)６］に含まれているのは鉄（ＩＩ）イオンＦｅ２＋です。したがって，できた沈殿には鉄（ＩＩ）イオンＦｅ２＋と鉄（ＩＩＩ）イオンＦｅ３＋の両方が含まれていることになります。 Ｆｅ３＋とＫ３［Ｆｅ(ＣＮ)６］では褐色溶液です。Ｋ３［Ｆｅ(ＣＮ)６］に含まれているのは鉄（ＩＩＩ）イオンＦｅ３＋です。したがって，できた溶液には鉄（ＩＩＩ）イオンＦｅ３＋しかないことになります。 |
（４） 鉄の化合物 ＜酸化数＋２＞ 鉄（ＩＩ）イオン 淡緑色 酸化鉄（ＩＩ）ＦｅＯ 黒色 水酸化鉄（ＩＩ）Ｆｅ（ＯＨ)２ 緑白色 硫酸鉄（ＩＩ）七水和物ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ 青緑 ヘキサシアノ鉄（ＩＩ）酸カリウム三水和物Ｋ４［Ｆｅ(ＣＮ)６］・３Ｈ２Ｏ 黄色 ＜酸化数＋３＞ 鉄（ＩＩＩ）イオン 黄褐色 酸化鉄（ＩＩＩ）Ｆｅ２Ｏ３ 赤褐色 水酸化鉄（ＩＩＩ）Ｆｅ(ＯＨ)３ 赤褐色 塩化鉄（ＩＩＩ）六水和物ＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ 黄褐色 ヘキサシアノ鉄（ＩＩＩ）酸カリウムＫ３［Ｆｅ(ＣＮ)６］ 赤色（水溶液は黄褐色） ＜酸化数＋２，＋３＞ 四酸化三鉄Ｆｅ３Ｏ４ 黒色 ターンブルー青 濃青色 紺青 濃青色 （ターンブルー青と紺青は同じ物質） |
複数の酸化数をとる，だから化学は嫌なんだ，といわないで下さい。だから，化学はおもしろいのです。身近な鉄にもいろいろ秘密が隠されていたようです。それを，一つ一つ解明していくのが化学です。少しずつですが，鉄がさらに身近になったような気がしませんか。  次回は，これも身近な金属である銅について調べましょう。 今日の学習内容の確認です。 １．遷移元素は，同一元素でも複数の酸化数をとります。鉄の酸化数はいくらですか？→＋２と＋３ ２．遷移元素の酸化数の高い化合物は，酸化力が強いです。代表的な酸化剤は何ですか？→過マンガン酸カリウム，二クロム酸カリウム ３．遷移元素の化合物やイオンには，有色のものが多いです。水溶液中のＭｎ２＋は何色ですか？→淡赤色 ４．鉄は赤鉄鉱や磁鉄鉱を，溶鉱炉中で還元して鉄の単体を製造します。還元剤は何ですか？→一酸化炭素 ５．水溶液中の２価の鉄イオンは何色ですか？→淡緑色 ６．２価の鉄イオンにヘキサシアノ鉄（ＩＩＩ）酸カリウム水溶液を加えると，何色の沈殿を生じますか？→濃青色 ７．水溶液中の３価の鉄イオンは何色ですか？→黄褐色 ８．３価の鉄イオンにヘキサシアノ鉄（ＩＩ）酸カリウム水溶液を加えると，何色の沈殿を生じますか？→濃青色 |