家 / 足柄症/ 合成および人工高分子化合物。 d元素およびその化合物の応用その他の産業応用

合成および人工の高分子化合物。 d元素およびその化合物の応用その他の産業応用

d 要素とその関係

1. d エレメントの一般的な特徴

d ブロックには、周期表の 32 個の元素が含まれています。 d要素はメジャー第4期～第7期に含まれます。 IIIB 族原子は d 軌道に最初の電子を持っています。後続の B グループでは、d サブ準位が最大 10 個の電子で満たされます (これが d 元素という名前の由来です)。 d ブロック原子の外側電子殻の構造は、一般式 (n-1)d で表されます。ある ns b ここで、a = 1 ～ 10、b = 1 ～ 2。

これらの時代の元素の特徴は、電子数の増加に伴って原子半径が不釣り合いにゆっくりと増加することです。この半径の比較的遅い変化は、d 電子層の下への ns 電子の侵入によるいわゆるランタニド圧縮によって説明されます。その結果、原子番号が増加するにつれて、d 元素の原子的および化学的性質にわずかな変化が生じます。化学的性質の類似性は、さまざまな配位子と複雑な化合物を形成する d 元素の特徴として現れます。

d 元素の重要な特性は価数が変化し、それに応じて酸化状態が変化することです。この特徴は主に、前外側 d 電子層 (IB 族と IIB 族の元素を除く) の不完全性に関連しています。異なる酸化状態の d 元素が存在する可能性により、元素の広範囲の酸化還元特性が決まります。より低い酸化状態では、d 元素は金属の特性を示します。グループ B の原子番号が増加すると、金属特性は自然に低下します。

溶液中では、最も酸化状態が高い d 元素の酸素含有アニオンは、酸性および酸化特性を示します。より低い酸化状態のカチオン型は、塩基性および還元性の特性によって特徴付けられます。

中間酸化状態にある d 元素は両性特性を示します。これらのパターンは、モリブデン化合物の例を使用して考えることができます。

特性の変化により、さまざまな酸化状態 (VI ～ II) のモリブデン錯体の色が変化します。

核電荷が増加する期間では、より高い酸化状態にある元素の化合物の安定性の低下が観察されます。並行して、これらの化合物の酸化還元電位が増加します。最大の酸化能力は鉄酸イオンと過マンガン酸イオンに観察されます。 d 元素では、相対電気陰性度が増加するにつれて、酸性および非金属性が増加することに注意してください。

B グループの上から下に移動すると化合物の安定性が高まるため、酸化特性も同時に低下します。

生物進化の過程で、穏やかな酸化還元特性を特徴とする中間酸化状態にある元素の化合物が選択されたと考えられます。このような選択の利点は明らかであり、生化学反応のスムーズな流れに貢献します。 RH 電位の低下は、生物学的プロセスのより微妙な「調節」のための前提条件を生み出し、エネルギーの増加を確実にします。体の機能はエネルギー消費量が少なくなるため、食事の消費がより経済的になります。

進化の観点からは、より低い酸化状態での d 要素の存在が生物にとって正当化されます。 Mn イオンが存在することが知られています。 2+、鉄 2+、コ 2+生理学的条件下では、それらは強力な還元剤ではなく、Cu イオン 2+と鉄 2+実際には体内の修復特性を示さない。これらのイオンが生体有機リガンドと相互作用すると、反応性がさらに低下します。

上記は、さまざまな生物における生体有機モリブデン(V)および(VI)錯体の重要な役割と矛盾しているように見えるかもしれません。ただし、これは一般的なパターンとも一致します。酸化度が高いにもかかわらず、このような化合物は弱い酸化特性を示します。

d 要素の高い錯体形成能力は通常、s 要素や p 要素よりも大幅に高いことに注意する必要があります。これは主に、d 元素が配位化合物を形成する一対の電子のドナーとアクセプターの両方になる能力によって説明されます。

クロムヒドロキソ錯体[Cr(OH)の場合] 6]3-金属イオンは電子対の受容体です。ハイブリダイゼーション 3D 24sp 3クロムの軌道は、クロム電子がヒドロキソ基の軌道にある場合よりも安定したエネルギー状態を提供します。

化合物 [СrСl] 4]2-逆に、この場合、これらの軌道のエネルギーが低いため、金属の孤立 d 電子が配位子の自由 d 軌道を占有するという事実の結果として形成されます。

Crカチオンの性質 3+d 元素の配位数の変動を示します。ほとんどの場合、これらは 4 から 8 までの偶数ですが、10 と 12 はあまり一般的ではありません。単核錯体だけが存在するわけではないことに注意してください。 d 元素の二核、三核、四核配位化合物が多数知られています。

例としては、二核コバルト錯体 [Co 2(NN 3)10（について 2）]（いいえ 3)5、酸素運搬体のモデルとして機能します。

体内のすべての微量元素の 1/3 以上が d 要素です。生物内では、平均水和シェル交換時間が 10 時間である複雑な化合物または水和イオンの形で存在します。 -110まで -10と。したがって、「遊離」金属イオンは体内に存在せず、それらは水和物または加水分解生成物のいずれかであると主張できます。

生化学反応では、d 元素はほとんどの場合、金属錯体として現れます。この場合のリガンドは生物学的に活性な物質であり、通常は有機性のものまたは無機酸のアニオンです。

タンパク質分子は、d 要素と生体無機複合体、つまりクラスターまたはバイオクラスターを形成します。金属イオン (金属錯体形成剤) はクラスター空洞の内部に位置し、タンパク質の結合基であるヒドロキシル (-OH)、スルフヒドリル (-SH)、カルボキシル (-COOH) およびアミノ基の電気陰性原子と相互作用します。タンパク質の(H 2N -）。金属イオンがクラスターの空洞に侵入するには、イオンの直径が空洞のサイズに見合ったものである必要があります。したがって、自然は、特定のサイズの d 元素のイオンによるバイオクラスターの形成を制御します。

最もよく知られている金属酵素: 炭酸脱水酵素、キサンチンオキシダーゼ、コハク酸デヒドロゲナーゼ、シトクロム、ルブレドキシン。それらはバイオクラスターであり、その空洞が基質と金属イオンを結合するための中心を形成します。

バイオクラスター (タンパク質複合体) はさまざまな機能を果たします。

輸送タンパク質複合体は、酸素と必要な要素を臓器に届けます。金属配位は、タンパク質のカルボキシル基の酸素とアミノ基の窒素を通じて起こります。この場合、安定なキレート化合物が形成される。

D元素（コバルト、ニッケル、鉄）は配位金属として機能します。鉄含有輸送タンパク質複合体の例はトランスフェリンです。

他のバイオクラスターはバッテリー (貯蔵) の役割を果たすことができます - これらは鉄含有タンパク質です: ヘモグロビン、ミオグロビン、フェリチン。これらは、VIIIB 族の特性を説明する際に考慮されます。

Zn、Fe、Co、Mo、Cu という元素は非常に重要であり、金属酵素の一部です。それらは 3 つのグループに分類できる反応を触媒します。

酸塩基相互作用。関与する亜鉛イオンは炭酸脱水酵素の一部であり、CO の可逆的な水和を触媒します。生物系では2位。
酸化還元相互作用。 Fe、Co、Cr、Mo イオンが関与します。鉄はシトクロムの一部であり、その過程で電子伝達が発生します。

鉄 3+→鉄 2++ e -

3.酸素の移動。 Fe、Cuが関与しています。鉄はヘモグロビンの一部であり、銅はヘモシアニンの一部です。これらの元素は酸素と結合しますが、酸素によって酸化されないと考えられています。

D 元素化合物は、異なる波長の光を選択的に吸収します。これが色の出現につながります。量子理論は、配位子の場の影響下で金属イオンの d サブレベルが分裂することによる吸収の選択性を説明します。

d 要素に対する次の発色反応はよく知られています。

ん 2++S 2-=МnS↓（肌色の沈殿物）

Нg 2++2I -=НgI 2↓(黄色または赤色の沈殿物)

に 2Cr 2について 7+N 2それで 4(濃度) = K 2それで 4+N 2O + 2СrО 3↓

(オレンジ色の結晶)

上記の反応は、分析化学において対応するイオンを定性的に決定するために使用されます。重クロム酸塩との反応式は、化学食器を洗浄するための「クロム混合物」を準備するときに何が起こるかを示しています。この混合物は、化学薬品ボトルの表面から無機および有機の両方の堆積物を除去するために必要です。たとえば、指で触れたガラスに必ず残る油汚れ。

体内のd要素が、通常の生活を保証するほとんどの生化学的プロセスの開始を確実にするという事実に注意を払う必要があります。

VIB族のd元素の一般的な特徴

VIB族は、クロム、モリブデン、タングステンなどの元素（遷移金属）で構成されています。これらのレアメタルは自然界に少量存在します。しかし、多くの有用な化学的および物理的特性により、それらは機械工学や化学技術だけでなく医療現場でも広く使用されています（Cr-Co-Mo 合金は外科や歯科で使用され、モリブデンとその合金は医療現場で使用されます）。 X線管の部品として使用されるタングステン、X線管用陽極の製造、タングステン合金 - から保護するためのスクリーンの基礎 γ -光線)。

価電子 Cr と Mo の配置 - (n-1)d 5ns 1、W - 5d 46秒 2。クロム、モリブデン、タングステンの価電子の合計は 6 で、これによって VIB グループ内での位置が決まります。 Cr と Mo では、最後の電子層は 13 個の電子 (W では 12 個) で占められています。ほとんどの d 元素と同様、この層は不安定です。したがって、クロム、モリブデン、タングステンの価数は一定ではありません。同じ理由で、VIB 族金属の化合物は +2 から +6 までの一連の酸化状態によって特徴付けられます。

d 元素のグループでは、原子番号が増加するにつれて、酸化状態が最も高い化合物の安定性が高まるという一般的な傾向が見られます。 E状態の最強の酸化剤 6+クロムです。「ボーダーライン」モー 6+弱い酸化特性を示します。モリブデン酸イオン MoO 42-Moのみに回復 6について 17(「モリブデンブルー」)、モリブデン原子の一部の酸化状態は +5 です。この反応は分析化学で測光測定に使用されます。

価数が低い状態では、同じ傾向に従い、Cr はより強い還元特性を示します。 2+。 Moイオンの場合 2+そしてW 2+イオン化エネルギーの増加は、還元性および金属性の低下につながります。

このグループの元素の複雑な化合物は、ほとんどの場合、配位数が 6 であり、sp タイプのハイブリッド形成を持ちます。 3d 2、空間では八面体によって記述されます。

このグループの化合物の特徴は、VI 族元素の酸素型を重合 (縮合) する傾向があることです。このプロパティは、グループ内を上から下に移動すると強化されます。この場合、タイプ M 化合物が形成されます。 6について 2412-、MoO 八面体で構成されています。 4そしてW.O. 4。これらの八面体はポリマー結晶を形成します。酸化クロム (VI) は重合能力を示しますが、弱いです。したがって、酸化モリブデンや酸化タングステンの方が重合度が高くなります。

満たされていない d 軌道を持つ原子の電子殻の構造、物理的および化学的特性の組み合わせ、および電気陽性イオンと配位化合物を形成する傾向に基づいて、VI 族の元素は遷移金属に属します。

クロム化合物の化学的性質。ほとんどのクロム化合物は、さまざまな色で明るく着色されています。名前はギリシャ語に由来しています。クロモス - 色、着色。

三価クロムの化合物 (モリブデン化合物とは異なり、タングステンの場合、+3 の酸化状態はまったく特徴的ではありません) は化学的に不活性です。

自然界では、クロムは三価の形 (スピネル - 複酸化物 MnСrO) で存在します。 4- マグノクロム酸塩) および六価状態 (PbСrO) 4- クロコアイト）。塩基性、両性、酸性の性質を持つ酸化物を形成します。

酸化クロム (II) CrO - 赤色 (赤褐色) の結晶または黒色の自然発火性粉末、水に不溶。水酸化物Cr(OH)に相当 2。水酸化物は黄色（湿った状態）または茶色です。空気中で加熱するとCrに変化する 2について 3（緑）：

Cr(OH) 2+0.5О 2=Cr 2○ 3+2時間 2について

カチオンCr 2+- 無色、その無水塩は白色、そしてその水性塩は青色です。二価クロム塩はエネルギーのある還元剤です。塩化クロム(II)の水溶液は、酸素を定量的に吸収するためにガス分析に使用されます。

2СrСl 2+ 2НgО + 3Н 2○+0.5○ 2= 2НgСl 2+ 2Cr(OH) 3↓

(汚れた緑色の残留物)

水酸化クロム(III)は両性特性を持っています。コロイド状態になりやすい。酸やアルカリに溶解すると、アクアまたはヒドロキソ錯体を形成します。

Cr(OH) 3+ 3H 3について += [Cr(H 2について） 6]3+(青紫溶液)

Cr(OH) 3+3OH -= [Cr(OH) 6]3-(エメラルドグリーンの溶液)

三価クロムの化合物は、二価クロムと同様に還元特性を示します。

Cr 2（それで 4)z+KSlO 3+ 10KON = 2K 2СrO 4 +3K 2それで 4 + KCl + 5H 2について

クロム(VI)化合物は通常、酸素を含むクロム錯体です。六価クロム酸化物はクロム酸に相当します。

CrOが水に溶解するとクロム酸が生成される 3。これらは、酸化特性を持つ非常に有毒な黄色、オレンジ色、赤色の溶液です。クロ 3組成Hのポリクロム酸を形成する 2Cr n について (3n+1) : nCrО 3+N 2○→Ｎ 2Cr n について (3n+1) 。このような接続がいくつか存在する可能性があります: N 2クロ 4、N 2Cr 2O 7、N 2

科学者に20世紀の発見はどれかと尋ねると、最も重要なことは、化学元素の人工合成の名前を忘れる人はほとんどいないでしょう。 40 年未満という短期間で、既知の化学元素のリストは 18 個の名前が増加しました。そして、18個はすべて合成され、人工的に調製されたものです。

「合成」という言葉は通常、単純な複合体から何かを得るプロセスを指します。たとえば、硫黄と酸素の相互作用は、元素から二酸化硫黄 SO 2 を化学合成することです。

元素の合成は、次のように理解できます。核電荷が低く、原子番号が小さい元素から、原子番号が大きい元素を人工的に生成することです。そして、その生成プロセス自体を核反応と呼びます。その方程式は通常の化学反応方程式と同じように書かれます。左側は反応物、右側は結果として生じる生成物です。核反応における反応物質は、ターゲットと衝突粒子です。

ターゲットは、周期表の任意の元素 (自由な形または化合物の形) にすることができます。

粒子を衝突させる役割は、α粒子、中性子、陽子、重陽子（水素の重同位体の原子核）のほか、ホウ素、炭素、窒素、酸素などのさまざまな元素のいわゆる多重荷電重イオンによって演じられます。ネオン、アルゴン、および周期表の他の元素。

核反応が起こるためには、衝突する粒子がターゲット原子の原子核と衝突する必要があります。粒子が十分に高いエネルギーを持っている場合、粒子は原子核に深く浸透し、原子核と融合することができます。中性子を除く上記のすべての粒子は正の電荷を帯びているため、原子核と結合すると、その電荷が増加します。そして、Z の値の変化は元素の変換、つまり新しい核電荷値を持つ元素の合成を意味します。

衝突する粒子を加速し、原子核と合体するのに十分な高エネルギーを与える方法を見つけるために、特別な粒子加速器であるサイクロトロンが発明され、構築されました。それから彼らは新しい要素のための特別な工場、つまり原子炉を建設しました。その直接の目的は原子力エネルギーを生成することです。しかし、そこには常に強い中性子束が存在するため、人工核融合には使いやすいのです。中性子は電荷を持たないため、加速する必要はありません（また加速することは不可能です）。逆に、遅い中性子は速い中性子よりも有用であることが判明しました。

化学者たちは、標的物質から微量の新元素を分離する方法を開発するために、頭を悩ませ、真の奇跡の創意工夫を見せなければなりませんでした。利用できる原子が数個しかなかったときに、新しい元素の特性を研究する方法を学びましょう...

何百、何千人もの科学者の研究により、18 の新しいセルが周期表に記入されました。

そのうち 4 つは古い境界内にあり、水素とウランの間です。

14 - ウランの場合。

事の顛末はこうだった…

テクネチウム、プロメチウム、アスタチン、フランシウム...周期表の 4 つの位置は長い間空白のままでした。これらは細胞番号43、61、85、および87でした。これらの場所を占めると考えられていた4つの元素のうち、3つはメンデレーエフによって予測されました：エカマンガン - 43、エカイヨード - 85、およびエカカエシウム - 87。 4つ目 - No. 61 -希土類元素に属すると考えられていました。

これら 4 つの要素はわかりにくいものでした。自然界でそれらを探索する科学者の努力は依然として成功しませんでした。周期律の助けにより、水素からウランに至るまで、周期表の他のすべての場所は長い間満たされてきました。

これら 4 つの元素の発見に関する報告は、科学雑誌に何度も掲載されています。エカマンガンは日本で「発見」され、「ニッポニウム」という名前が付けられ、ドイツでは「マスリウム」と呼ばれました。元素番号61は、さまざまな国で少なくとも3回「発見」され、「イリニウム」、「フローレンス」、「オニウムサイクル」という名前が付けられました。エカイヨードも自然界で複数回発見されています。彼には「アラバミウス」、「ヘルヴェティウス」という名前が与えられました。エカセシウムには「バージニア」と「モルドバ」という名前が付けられました。これらの名前の中には、さまざまな参考書に掲載されたり、学校の教科書に掲載されたりするものもあります。しかし、これらの発見すべてが確認されたわけではありません。正確なチェックのたびにエラーが発生し、ランダムで重要でない不純物が新しい元素と間違われたことがわかりました。

長く困難な探索の結果、ついに自然界のとらえどころのない要素の 1 つが発見されました。周期表の87位を占めるはずのエクスカシウムが、天然放射性同位体ウラン235の崩壊連鎖で生じることが判明した。短命の放射性元素です。

要素番号 87 については、さらに詳しく議論する価値があります。

現在、どの百科事典や化学の教科書でも、フランシウム (シリアル番号 87) は 1939 年にフランスの科学者マルガリータペレーによって発見されました。ちなみに、新元素発見の栄誉が女性に与えられるのは今回で3度目となる（以前はキュリー夫人がポロニウムとラジウムを発見、アイダ・ノダックがレニウムを発見）。

ペリーはとらえどころのない要素をどのようにして捉えることができたのでしょうか? 何年も前に戻ってみましょう。 1914 年、3 人のオーストリアの放射化学者、S. マイヤー、W. ヘス、F. パネスは、質量番号 227 のアクチニウム同位体の放射性崩壊の研究を開始しました。アクチニウム同位体はアクチノウラン族に属し、β 粒子を放出することが知られていました。したがって、その分解生成物はトリウムです。しかし、科学者たちは、まれにアクチニウム 227 もα粒子を放出するのではないかという漠然とした疑念を抱いていました。つまり、これは放射性フォークの一例です。理解するのは簡単です。このような変換中に、元素番号 87 の同位体が実際に形成されるはずです。マイヤーと彼の同僚は、アルファ粒子を実際に観察しました。さらなる研究が必要でしたが、第一次世界大戦によって中断されました。

マルガリータ・ペリーも同じ道をたどりました。しかし、彼女はより高感度の機器と、自由に使える新しく改良された分析方法を持っていました。だからこそ彼女は成功したのです。

フランシウムは人工合成元素として分類されます。しかしそれでも、この元素は自然界で最初に発見されました。これはフランシウム 223 の同位体です。その半減期はわずか22分です。なぜ地球上にフランスがこれほど少ないのかが明らかになります。第一に、その脆弱性のため、目立った量を集中させる時間がありません。第二に、その形成プロセス自体は低い確率によって特徴付けられます。アクチニウム 227 核のわずか 1.2% がα-の放出によって崩壊します。粒子。

この点で、フランシウムを人工的に調製する方が有益です。フランシウムの同位体はすでに 20 種類が取得されており、その中で最も寿命が長いのはフランシウム 223 です。化学者たちは、まったく微量のフランシウム塩を使って、その性質がセシウムに非常に似ていることを証明することができました。

要素番号 43、61、および 85 は依然としてとらえどころのないままでした。これらは自然界では見つけることができませんでしたが、科学者たちはすでに新しい元素を見つける方法、つまり周期律を間違いなく示す強力な方法を持っていました。この法則のおかげで、未知の元素のすべての化学的性質は科学者に事前に知られていました。では、なぜ自然界のこれら 3 つの要素の探索は失敗したのでしょうか?

物理学者は原子核の性質を研究することにより、原子番号 43、61、85、87 の元素には安定同位体が存在できないという結論に達しました。それらは放射性のみを持ち、半減期が短く、すぐに消滅する必要があります。したがって、これらすべての要素は人間によって人工的に作成されました。新しい元素の創造の道筋は周期律によって示されました。これを使って、エカマンガンの合成経路を概説してみましょう。この元素No.43は、初めて人工的に作られた元素です。

元素の化学的性質はその電子殻によって決まり、原子核の電荷に依存します。元素番号 43 の原子核には、43 個の正電荷と、原子核の周りを回る 43 個の電子があるはずです。原子核内に 43 個の電荷を持つ元素をどのようにして作成できますか? そのような要素が作成されたことをどうやって証明できますか?

周期表のどの元素が、元素番号 43 の空きスペースの近くに位置しているかを詳しく見てみましょう。それは、第 5 周期のほぼ中央に位置します。第4期の対応する場所にはマンガンがあり、第6期にはレニウムがあります。したがって、元素 43 の化学的性質はマンガンやレニウムの化学的性質と類似しているはずです。この元素を予測したD.I.メンデレーエフがそれをエカマンガンと呼んだのは当然のことです。 43 番目のセルの左側にはモリブデンがあり、セル 42 を占めています。右側の 44 番目はルテニウムです。

したがって、元素番号 43 を作成するには、42 個の電荷を持つ原子の原子核の電荷数をさらに 1 素電荷だけ増やす必要があります。したがって、新元素No.43を合成するには、モリブデンを出発原料とする必要があります。コアにはちょうど 42 個のチャージがあります。最も軽い元素である水素は、1 つの正の電荷を持っています。したがって、元素番号 43 はモリブデンと水素の核反応から得られることが期待できます。

元素番号 43 の特性はマンガンやレニウムの特性と似ているはずであり、この元素の形成を検出して証明するには、化学者が少量の元素の存在を判断するのと同様の化学反応を使用する必要があります。マンガンとレニウム。このようにして、周期表によって人工元素の生成の道筋を示すことができるのです。

今概説したのとまったく同じ方法で、最初の人工化学元素が 1937 年に作成されました。それは技術的に、人工的に作られた最初の元素であるテクネチウムという重要な名前を受け取りました。これがテクネチウムの合成方法です。モリブデン板は、サイクロトロンで非常に高速に加速された水素の重同位体である重水素の原子核による激しい衝撃にさらされました。

非常に高いエネルギーを受けた重水素原子核がモリブデン原子核に侵入しました。サイクロトロンでの照射後、モリブデン板を酸に溶解した。マンガン (元素番号 43 の類似体) の分析測定に必要な反応と同じ反応を使用して、溶液から微量の新しい放射性物質が単離されました。それが新元素テクネチウムでした。すぐにその化学的性質が詳細に研究されました。それらは周期表内の元素の位置に正確に対応します。

現在、テクネチウムは非常に入手しやすくなりました。テクネチウムは原子炉内でかなり大量に形成されます。テクネチウムはよく研究されており、すでに実用化されています。テクネチウムは、金属の腐食プロセスを研究するために使用されます。

元素 61 の作成方法は、テクネチウムの取得方法と非常によく似ています。元素 #61 は希土類元素である必要があります。61 番目のセルはネオジム (#60) とサマリウム (#62) の間にあります。この新しい元素は、1938 年にサイクロトロン内でネオジムに重水素原子核を衝突させることによって初めて得られました。化学的には、元素 61 は、ウランの分裂の結果として原子炉内で形成された断片化元素から 1945 年に初めて分離されました。

この元素にはシンボル名プロメチウムが付けられました。この名前が彼に付けられたのには理由があります。古代ギリシャの神話では、巨人プロメテウスが空から火を盗んで人々に与えたという話があります。このために彼は神々から罰を受けました。彼は岩に鎖でつながれ、毎日巨大な鷲が彼を苦しめました。「プロメチウム」という名前は、自然から核分裂のエネルギーを盗み、このエネルギーを習得するという科学の劇的な道筋を象徴するだけでなく、恐ろしい軍事的危険に対して人々に警告するものでもあります。

プロメチウムは現在、かなりの量で入手されており、原子電池、つまり数年間中断することなく動作できる直流電源に使用されています。

最も重いハロゲン化物元素 No. 85 も同様の方法で合成され、最初はビスマス (No. 83) にヘリウム原子核 (No. 2) を衝突させ、サイクロトロンで高エネルギーに加速して得られました。

周期表の 2 番目の元素であるヘリウムの原子核には 2 つの電荷があります。したがって、85番目の元素を合成するには、83番目の元素であるビスマスが使用されました。新しい元素はアスタチン（不安定）と名付けられました。放射性物質なのですぐに消えてしまいます。その化学的性質も周期律に正確に一致していることが判明しました。ヨウ素っぽいですね。

超ウラン元素。

化学者は、自然界にあるウランより重い元素を探すのに多大な労力を費やしています。ウランよりも大きい原子質量を持つ新しい「重い」元素の「信頼できる」発見について、科学雑誌に何度も勝利を収めた通知が掲載されました。たとえば、元素番号93は自然界で何度も「発見」され、「ボヘミア」と「セクアニウム」という名前が付けられました。しかし、これらの「発見」は間違いの結果だったことが判明しました。これらは、未調査の特性を持つ新しい未知の元素の微小な痕跡を正確に分析的に決定することの難しさを特徴付けています。

これらの検索の結果は否定的でした。なぜなら、周期表の 92 番目のセル以降に位置するはずのセルに対応する元素が地球上に実質的に存在しないからです。

ウランより重い新元素を人工的に入手しようとする最初の試みは、科学の発展の歴史における顕著な間違いの1つと関連しています。中性子束の影響下で、多くの元素が放射性になり、ベータ線を放出し始めることがわかりました。負の電荷を失った原子核は、周期系で 1 セル右に移動し、そのシリアル番号が 1 つ増えます。元素の変換が発生します。したがって、中性子の影響下では、通常、より重い元素が形成されます。

彼らは中性子でウランに影響を与えようとしました。科学者たちは、他の元素と同様に、ウランもβ活動を示し、β崩壊の結果、1つ高い新しい元素が現れることを期待していました。彼はメンデレーエフ星系の93番目のセルを占有することになる。この元素はレニウムに似ていると考えられ、以前はエカレニウムと呼ばれていました。

最初の実験では、この仮定がすぐに確認されたようです。さらに、この場合、新しい要素は 1 つではなく、複数発生することが判明しました。ウランより重い5つの新しい元素が報告されています。エカレニウムに加えて、エカオスミウム、エカイリジウム、エカプラチナ、エカゴールドも「発見」されました。そして、すべての発見は間違いであったことが判明しました。しかし、それは重大な間違いでした。彼女は科学を人類史上最大の物理学の成果、つまりウランの分裂の発見と原子核のエネルギーの習得に導きました。

実際には超ウラン元素は発見されていません。彼らは、この奇妙な新しい元素の中で、エカレニウムとエカゾルドの元素が持つべきと考えられる特性を見つけようとしましたが、無駄でした。そして突然、これらの元素の中から放射性バリウムとランタンが予期せず発見されました。超ウランではなく、最も一般的な元素の放射性同位体で、メンデレーエフの周期表の真ん中に位置します。

この予期せぬ、非常に奇妙な結果が正しく理解されるまでに、それほど時間はかかりませんでした。

元素の周期系の端にあるウランの原子核が、中性子の作用により、その中央に位置する元素の核を形成するのはなぜですか? たとえば、中性子がウランに作用すると、周期表の次のセルに対応する元素が現れます。

中性子を照射されたウラン中で形成された、想像を絶する複雑な放射性同位体の混合物中には、多くの元素が見つかった。これらは化学者にとって古くから知られている古い元素であることが判明しましたが、同時に人間によって最初に作成された新しい物質でもありました。

自然界には、臭素、クリプトン、ストロンチウム、および亜鉛からガドリニウムまでの 34 種類の元素の他の多くの放射性同位体は存在しません。これらはウランが照射されたときに発生します。

これは科学ではよく起こります。最も神秘的で最も複雑なものも、解決され理解されると単純で明白であることがわかります。中性子がウラン原子核に衝突すると、中性子は 2 つの破片、つまりより小さな質量の 2 つの原子核に分裂します。これらの断片はさまざまなサイズになる可能性があるため、一般的な化学元素の非常に多くの異なる放射性同位体が形成されます。

ウラン (92) の原子核は分解して臭素 (35) とランタン (57) の原子核になり、別の原子核の分裂の破片がクリプトン (36) とバリウム (56) の原子核になる可能性があります。結果として得られる断片化要素の原子番号の合計は 92 になります。

これは偉大な発見の連鎖の始まりでした。中性子の衝突により、ウラン 235 原子の核から破片 (より小さな質量の原子核) が発生するだけでなく、2 つまたは 3 つの中性子も飛び出すことがすぐに発見されました。それらはそれぞれ、再びウラン核の分裂を引き起こす可能性があります。そして、そのような分裂のたびに、多くのエネルギーが放出されます。これが人類による原子内エネルギーの習得の始まりでした。

ウラン核に中性子が照射されると生じる多種多様な生成物の中で、長い間気づかれずにいた最初の真の超ウラン元素 No.93 は、その後、中性子がウラン 238 に作用したときに発生することが発見されました。化学的性質の点では、ウランよりも重い元素を合成する最初の試みで予想されていたように、それはウランに非常に似ており、レニウムにはまったく似ていないことが判明しました。したがって、彼らは彼をすぐに見つけることができませんでした。

人間が「化学元素の自然系」の外で作った最初の元素は、惑星海王星にちなんでネプツニウムと名付けられました。その創造物は、私たちにとって自然そのものによって定められた境界を拡張しました。同様に、惑星海王星の予測された発見は、太陽系に関する私たちの知識の限界を拡大しました。

すぐに94番目の元素が合成されました。最後の惑星にちなんで名付けられました。太陽系。

それはプルトニウムと呼ばれていました。メンデレーエフの周期系では、太陽系* の最後の惑星である冥王星と同様に、その軌道が海王星の軌道の後ろにある元素番号 94 が、β 崩壊中にネプツニウムから発生します。

プルトニウムは、現在原子炉で非常に大量に生産されている唯一の超ウラン元素です。ウラン 235 と同様、中性子の影響下で核分裂する可能性があり、原子炉の燃料として使用されます。

元素No.95とNo.96はアメリシウムとキュリウムと呼ばれます。現在では原子炉でも生産されています。どちらの元素も非常に高い放射能を持っており、α線を放出します。これらの元素の放射能は非常に強いので、それらの塩の濃縮溶液は加熱され、沸騰し、暗闇で非常に強く輝きます。

ネプツニウムからアメリシウム、キュリウムに至るまで、すべての超ウラン元素がかなり大量に得られました。純粋な形では、これらは銀色の金属であり、すべて放射性であり、化学的性質は互いに似ており、ある意味では顕著に異なります。

97 番目の元素であるバーケリウムも、純粋な形で分離されました。これを行うには、純粋なプルトニウム製剤を原子炉内に配置し、丸6年間強力な中性子流にさらす必要がありました。この間に、原子炉内に蓄積された数マイクログラムの元素番号 97 のプルトニウムが原子炉から取り出され、酸に溶解され、混合物から最長寿命のバーケリウム 249 が分離されました。放射性物質は非常に多く、1年で半分に減衰します。これまでのところ、バーケリウムは数マイクログラムしか採取されていない。しかし、科学者がその化学的性質を正確に研究するには、この量で十分でした。

非常に興味深い元素は98番、ウランに次ぐ6番目のカリフォルニウムです。カリフォルニウムは、キュリウム標的にアルファ粒子を衝突させることによって最初に作成されました。

次の 2 つの超ウラン元素、99 と 100 の合成の物語は興味深いものです。それらは最初に雲と「泥」の中で発見されました。熱核爆発で何が生成されるかを研究するために、飛行機が爆発雲の中を飛行し、堆積物のサンプルが紙フィルター上に収集されました。この堆積物では 2 つの新元素の痕跡が見つかりました。より正確なデータを取得するために、爆発によって変化した土壌や岩石である大量の「土」が爆発現場で収集されました。この「汚れ」は実験室で処理され、そこから 2 つの新しい元素が分離されました。それらは、人類が原子力を習得する方法の発見に主に貢献した科学者 A. アインシュタインと E. フェルミにちなんで、アインスタイニウムとフェルミウムと名付けられました。アインシュタインは質量とエネルギーの等価の法則を思いつき、フェルミは最初の原子炉を建設しました。現在、アインスタイニウムとフェルミウムも研究室で生産されています。

2 番目の 100 の要素。

少し前までは、100 番目の元素記号が周期表に含まれるとはほとんど誰も信じられませんでした。

元素の人工合成はその役割を果たしました。短期間ではありましたが、フェルミウムは既知の化学元素のリストを閉じました。科学者たちの思考は今や遠く、200番目の元素に向けられていました。

しかし、その途中には簡単には乗り越えられない壁がありました。

これまで、物理学者は主に 2 つの方法で新しい超ウラン元素を合成してきました。あるいは、既に合成されている超ウラン元素とアルファ粒子と重陽子で作られた標的に向けて発砲した。あるいは、ウランやプルトニウムに強力な中性子流を照射しました。その結果、これらの元素の中性子が非常に豊富な同位体が形成され、いくつかの連続したβ崩壊の後、新しい超ウランの同位体に変化した。

しかし、50 年代半ばには、これらの可能性は両方とも枯渇してしまいました。核反応では、無重力量のアインスタイニウムとフェルミウムを得ることが可能であったため、それらからターゲットを作ることはできませんでした。また、中性子合成法では、フェルミウムを超える進歩はできませんでした。なぜなら、この元素の同位体は、ベータ崩壊よりもはるかに高い確率で自然核分裂を起こすからです。このような状況下では、新しい元素の合成について話すのは無意味であることは明らかです。

したがって、物理学者は、ターゲットに必要な最小量の元素番号99を蓄積することができた場合にのみ次のステップに進みました。これは1955年に起こりました。

科学が当然誇るべき最も注目すべき成果の 1 つは、101 番目の元素の作成です。

この元素は、化学元素の周期系の偉大な創造者であるドミトリー・イワノビッチ・メンデレーエフにちなんで命名されました。

メンデレビウムは以下のようにして得た。約10億個のアインスタイニウム原子からなる目に見えないコーティングが、最も薄い金箔に塗布されました。非常に高いエネルギーを持つアルファ粒子は、金箔を裏側から貫通し、アインスタイニウム原子と衝突すると核反応を起こす可能性があります。その結果、101番目の元素の原子が形成されました。このような衝突により、メンデレビウム原子が金箔の表面から飛び出し、近くにある別の薄い金箔に集まりました。この独創的な方法により、アインスタイニウムとその崩壊生成物の複雑な混合物から元素 101 の純粋な原子を単離することができました。目に見えないプラークは酸で洗い流され、放射化学的研究が行われました。

本当にそれは奇跡でした。それぞれの実験で元素 101 を作成するための出発物質は、約 10 億個のアインスタイニウム原子でした。これは1ミリグラムの10億分の1未満であり、これより大量のアインスタイニウムを入手することは不可能でした。アルファ粒子を何時間も照射した場合、10億個のアインスタイニウム原子のうち、反応できるのはアインスタイニウム原子1個だけであり、したがって新しい元素の原子は1個だけしか形成できないことが事前に計算されていた。検出できるだけでなく、たった 1 つの原子からその元素の化学的性質を知ることができるようにする必要がありました。

そしてそれは完了しました。実験の成功は計算と予想を上回りました。 1回の実験で、新しい元素の原子を1つではなく2つさえも検出することができました。最初の一連の実験では、合計 17 個のメンデレビウム原子が得られました。これは、新しい元素の形成の事実、周期表におけるその位置を確立し、その基本的な化学的特性と放射性特性を決定するのに十分であることが判明しました。これは、半減期が約30分のα活性元素であることが判明しました。

200番目の元素の最初の元素であるメンデレビウムは、超ウラン元素の合成への道における一種のマイルストーンであることが判明しました。現在までのところ、古い方法、つまりα粒子の照射を使用して合成された最後の方法のままです。現在、さまざまな元素の多価イオンを加速した、より強力な発射体が登場しました。メンデレビウムのいくつかの原子からその化学的性質を決定したことにより、単一原子の物理化学というまったく新しい科学分野の基礎が築かれました。

周期表の元素番号 102 No - の記号は括弧内に記載されています。そして、これらの括弧内には、この要素の長く複雑な歴史があります。

ノーベリウムの合成は、ノーベル研究所 (ストックホルム) で活動する国際物理学者グループによって 1957 年に報告されました。重加速イオンを初めて新元素の合成に使用した。それらは 13 C イオンであり、その流れはキュリウムターゲットに向けられました。研究者らは、元素102の同位体の合成に成功したと結論づけた。ノーベル研究所の創設者でダイナマイトの発明者であるアルフレッド・ノーベルにちなんで名付けられました。

1年が経過し、ストックホルムの物理学者の実験がソ連とアメリカでほぼ同時に再現された。そして驚くべきことが判明した。ソビエトとアメリカの科学者の研究結果は、ノーベル研究所の研究とも、あるいは相互の研究とも何の共通点もなかった。スウェーデンで行われた実験を繰り返すことができた人は他にいません。この状況は、「残っているのはノーベルだけだ」というかなり悲しいジョークを生み出しました（ノーは英語で「ノー」を意味します）。周期表に急いで載せられた記号は、その元素の実際の発見を反映していませんでした。

元素番号 102 の信頼できる合成は、共同核研究所の核反応研究室の物理学者のグループによって実行されました。 1962 年から 1967 年にかけてソ連の科学者は元素番号 102 のいくつかの同位体を合成し、その特性を研究しました。これらのデータの確認は米国で行われました。ただし、No 記号は、そうする権利を持たないまま、表の 102 番目のセルにあります。

サイクロトロンの発明者 E. ローレンスにちなんで命名された記号 Lw を持つ元素番号 103 のローレンスは、1961 年に米国で合成されました。しかし、ここではソ連の物理学者の功績も同様に重要である。彼らはローレンシウムのいくつかの新しい同位体を入手し、この元素の特性を初めて研究しました。ローレンシウムも重イオンの使用によって誕生しました。カリホルニウムターゲットにはホウ素イオンが照射されました（またはアメリシウムターゲットには酸素イオンが照射されました）。

元素番号 104 は、1964 年にソ連の物理学者によって初めて入手されました。その合成は、プルトニウムにネオンイオンを衝突させることによって達成されました。 104番目の元素は、ソ連の傑出した物理学者イーゴリ・ヴァシリエヴィチ・クルチャトフにちなんでクルチャトビウム（記号Ki）と名付けられた。

105番目と106番目の元素も、1970年と1974年にソ連の科学者によって初めて合成された。そのうちの最初のものは、アメリシウムにネオンイオンを照射して生成したもので、ニールス・ボーアにちなんでニールスボリウム（Ns）と名付けられました。もう一方の合成は次のように実行されました。鉛のターゲットにクロムイオンを衝突させました。元素 105 と 106 の合成も米国で行われました。

これについては次の章で学びます。この章は次の短い話で終わります。

200番目の元素の特性を研究する方法。

実験者たちは非常に困難な課題に直面しています。

その初期条件は次のとおりです。新しい元素の原子が数個 (数十、よくても数百) 存在し、寿命が非常に短い原子 (半減期は数秒、または 1 秒の何分の一で測定される) が与えられているとします。これらの原子が真に新しい元素の原子であることを証明する必要があります（つまり、私たちが話している新しい超ウランの同位体を知るために、Zの値と質量数Aの値を決定する必要があります） )、そしてその最も重要な化学的特性を研究します。

数個の原子、わずかな寿命...

スピードと最高の創意工夫が科学者の助けになります。しかし、新しい元素の合成の専門家である現代の研究者は、単に「ノミを追い払う」ことができなければなりません。彼は理論にも堪能でなければなりません。

新しい要素を識別するための基本的な手順に従ってみましょう。

最も重要な名刺は、主にその放射性特性です。これは、アルファ粒子の放出または自然核分裂である可能性があります。各α活性核は、α粒子の特定のエネルギー値によって特徴付けられます。この状況により、既知の原子核を特定することも、新しい原子核が発見されたと結論付けることもできます。たとえば、科学者はα粒子の特性を研究することで、102番目と103番目の元素の合成の信頼できる証拠を得ることができました。

核分裂によって生じる高エネルギーの破片核は、破片のエネルギーがはるかに高いため、アルファ粒子よりも検出がはるかに簡単です。それらを登録するには、特殊な種類のガラスで作られたプレートが使用されます。破片はレコードの表面にわずかに目立つ跡を残します。その後、プレートは化学処理 (エッチング) を受け、顕微鏡で注意深く検査されます。ガラスはフッ酸に溶けます。

破片が付着したガラス板をフッ化水素酸溶液の中に入れると、破片が当たった場所ではガラスがより早く溶解し、そこに穴が開きます。それらのサイズは、破片によって残された元の痕跡の数百倍も大きくなります。ウェルは、低倍率の顕微鏡で観察できます。他の放射線はガラス表面に与えるダメージが少なく、エッチング後には見えなくなります。

クルチャトフ合成の著者らは、新しい元素を特定するプロセスがどのように行われたかについて次のように述べています。最後に、ガラスプレートは処理のために実験室に移され、その位置から 6 つのトラックが検出されるのを待ちます。 0.1 ～ 0.5 秒の時間間隔で。

そして、同じ研究者がクルチャトビウムとニルスボリウムの化学的性質の評価についてどのように語っているかは次のとおりです。「元素番号 104 の化学的性質を研究するためのスキームは次のとおりです。反跳原子はターゲットから出て窒素の流れに入り、その中で抑制され、その後塩素化されます。104 番目の元素と塩素の化合物は、特殊な原子を容易に通過します。」しかし、104 番目の元素がアクチニド系列に属していれば、フィルターに保持されることになりますが、これが最も重要な化学的類似体であることが研究によって示されています。周期表を新しい元素で埋めるための一歩です。

次に、元素 105 の化学的性質がドゥブナで研究されました。その塩化物は、塩化ハフニウムよりも低いが、塩化ニオブよりも高い温度でターゲットから移動する際に、チューブの表面に吸着されることが判明しました。タンタルと化学的性質が似ている元素の原子だけがこのように振る舞うことができます。周期表を見てください。タンタルの化学的類似体、元素番号 105 です。そこで、105番目の元素の原子表面への吸着実験により、その性質が周期表に基づいて予測されたものと一致することが確認されました。」

d ブロックには、周期表の 32 個の元素が含まれています。 d要素は第4期～第7期に含まれます。 IIIB 族原子は d 軌道に最初の電子を持っています。後続の B グループでは、d サブ準位が最大 10 個の電子で満たされます (これが d 元素という名前の由来です)。 d ブロック原子の外側電子殻の構造は、一般式 (n-1)d a ns b (a = 1 ～ 10、b = 1 ～ 2) で表されます。

中間酸化状態にある d 元素は両性特性を示します。これらのパターンは、モリブデン化合物の例を使用して考えることができます。

特性の変化により、さまざまな酸化状態 (VI ～ II) のモリブデン錯体の色が変化します。

B グループの上から下に移動すると化合物の安定性が高まるため、酸化特性も同時に低下します。

進化の観点からは、より低い酸化状態での d 要素の存在が生物にとって正当化されます。生理学的条件下では、Mn 2+、Fe 2+、Co 2+ イオンは強力な還元剤ではないことが知られており、Cu 2+ および Fe 2+ イオンは生体内では実質的に還元特性を示さない。これらのイオンが生体有機リガンドと相互作用すると、反応性がさらに低下します。

クロムヒドロキソ錯体 [Cr(OH) 6 ] の場合、3 金属イオンは電子対のアクセプターです。クロムの 3d 2 4sp 3 軌道の混成により、クロム電子がヒドロキソ基の軌道に位置する場合よりも安定したエネルギー状態が得られます。

逆に、化合物 [CrCl 4 ] 2- は、金属の非共有 d 電子が配位子の自由 d 軌道を占有するという事実の結果として形成されます。この場合、これらの軌道のエネルギーはより低い。

Cr 3+ カチオンの特性は、d 元素の配位数の変動性を示します。ほとんどの場合、これらは 4 から 8 までの偶数ですが、10 と 12 はあまり一般的ではありません。単核錯体だけが存在するわけではないことに注意してください。 d 元素の二核、三核、四核配位化合物が多数知られています。

一例としては、二核コバルト錯体 [Co 2 (NH 3) 10 (O 2)] (NO 3) 5 があり、酸素キャリアのモデルとして機能します。

体内のすべての微量元素の 1/3 以上が d 要素です。生物内では、それらは複合化合物または水和イオンの形で存在し、平均水和殻交換時間は 10 -1 ～ 10 -10 秒です。したがって、「遊離」金属イオンは体内に存在せず、それらは水和物または加水分解生成物のいずれかであると主張できます。

タンパク質分子は、d 要素と生体無機複合体、つまりクラスターまたはバイオクラスターを形成します。金属イオン（金属錯体形成剤）はクラスター空洞の内部に位置し、タンパク質の結合基の電気陰性原子（ヒドロキシル（-OH）、スルフヒドリル（-SH）、カルボキシル（-COOH））と相互作用します。およびタンパク質のアミノ基（H 2 N - ）。金属イオンがクラスターの空洞に侵入するには、イオンの直径が空洞のサイズに見合ったものである必要があります。したがって、自然は、特定のサイズの d 元素のイオンによるバイオクラスターの形成を制御します。

バイオクラスター (タンパク質複合体) はさまざまな機能を果たします。

D元素（コバルト、ニッケル、鉄）は配位金属として機能します。鉄含有輸送タンパク質複合体の例はトランスフェリンです。

Zn、Fe、Co、Mo、Cu という元素は非常に重要であり、金属酵素の一部です。それらは 3 つのグループに分類できる反応を触媒します。

酸塩基相互作用。関与する亜鉛イオンは炭酸脱水酵素の一部であり、生物系における CO 2 の可逆的な水和を触媒します。

酸化還元相互作用。 Fe、Co、Cr、Mo イオンが関与します。鉄はシトクロムの一部であり、その過程で電子伝達が発生します。

Fe 3+ > Fe 2+ + e -

3. 酸素の移動。 Fe、Cuが関与しています。鉄はヘモグロビンの一部であり、銅はヘモシアニンの一部です。これらの元素は酸素と結合しますが、酸素によって酸化されないと考えられています。

d 要素に対する次の発色反応はよく知られています。

Mn 2+ + S 2- = MnSv (肌色の沈殿物)

Нg 2+ + 2I - = НgI 2 v (黄色または赤色の沈殿物)

K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 (濃) = K 2 SO 4 + H 2 O + 2CrO 3 v

(オレンジ色の結晶)

体内のd要素が、通常の生活を保証するほとんどの生化学的プロセスの開始を確実にするという事実に注意を払う必要があります。

橋の剛接続要素。剛体接続には 3 つのタイプがあります。
キャスト。
従来の溶接またはレーザー溶接。
セラミック。

キャスト接続人工歯とリテーナーは、ブリッジを単一のブロックで鋳造できるように、ワックステンプレート上のワックスから事前に製造されます。これにより、追加の溶接が不要になります。ただし、プロテーゼに含まれるユニットが多いほど、鋳造はより正確になるはずです。溶融金属の冷却中に発生する小さな変形は、1 つのユニットの製造ではまったく許容できる場合もありますが、何度も繰り返されると、満足のいく最終結果が得られません。

キャスト接続溶接のものよりも強度があり、さらに、隠すのが簡単です。このため、長いブリッジは分割線が人工歯を通るように、3～4個のユニットからなるパーツで鋳造されることが多いです。セラミックでベニアリングする前に、人工歯のフレームは高精度溶接によって修復され、すべての接続が鋳造されます。人工歯の溶接は、第一に接続要素と比較して面積が大きいため、第二にセラミックコーティングにより非常に強力です。

人気が高まっている接続方法 橋梁コンポーネントレーザー溶接技術になります。複雑で高価な装置が必要ですが、通常よりも強力で、よりシンプルかつ高速です。

接続従来の溶接を使用し、橋のコンポーネントが個別に製造される場合はレーザー溶接が使用されます。これは、異なる材料で構成されている場合に必要です（たとえば、金製の固定クラウンと金属セラミック製の人工歯）。

セラミックス化合物オールセラミック製の補綴物にのみ使用されます。それらがどのように作られるかについての説明は本書の範囲を超えていますが、衛生的なアクセシビリティの原則はそのような接続にも適用される必要があります。

可動接続要素。可動接続要素は、人工歯が咀嚼負荷の影響を受けないように常に設計されています。これは、小さい方の留め具の凹部には、ジョイントの突出部分が置かれる堅固なベースが常に必要であることを意味します。場合によっては、小さな人工歯と短い義歯では、抵抗する必要がある力がこれだけであり、リテーナーの凹みが非常に浅い場合があります。これは、最小限の準備を必要とする剛体保持プロテーゼの最も一般的な設計です。

ただし、腕が長いと プロテーゼ可動関節は、人工歯に作用する横方向の変位モーメント、および（可動関節の近心位置で）遠位方向に向けられプロテーゼの部品の分離に寄与する力にも抵抗しなければなりません。この場合、接続溝は、ピンがその中でわずかに上下に移動できると同時にベースにしっかりと止まるように、鳩尾状で先細になっている必要があります。

製造方法はいくつかあります。まず、凹部のある小さなリテーナーをワックスで型取りし、次に鋳造して円錐形のバーで仕上げます。その後、できあがった窩洞の形状に合わせて人工歯にワックスを手作業で塗布し、ワックステンプレートを用いて鋳造を行います。フレームを試着する前に、両方の部分が互いに接続されています。

場合によっては ノッチ既製の鋳造フレームで作製することができ、それを口腔内に設置し、準備した支持歯を含む印象を採取します。

使用できます 既製のアクリルテンプレート、人工歯のワックスモデルと小さなリテーナーに組み込まれています。次に、小さい方のリテーナーとプロテーゼの残りの部分を別々に鋳造します。

として 可動接続要素既製の金属ピン溝留め具も使用されますが、接着力が強すぎるため、プロテーゼの部品の可動性が大幅に制限される可能性があります。この場合、小さいリテーナーは支台歯に対して通常よりも高い程度のリテーナーを保持する必要があります。

既製のネジ留め支持歯が平行でない場合に、2 つの部品を接続するための強固な固定を備えたブリッジの一部として使用されます。

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遷移 d 要素とその接続は、実験室の実践、産業、テクノロジーで広く使用されています。それらは生物学的システムにおいても重要な役割を果たします。前のセクションと宗派では。 10.2 鉄、クロム、マンガンなどの d 元素のイオンが酸化還元滴定やその他の実験室技術で重要な役割を果たすことはすでに述べました。ここでは、これらの金属の産業および技術における応用と、生物学的プロセスにおける役割についてのみ触れます。

構造材としての用途。鉄合金

一部の d 元素は、主に合金の形で構造材料に広く使用されています。合金は、金属と 1 つ以上の他の元素の混合物 (または溶液) です。

鉄を主成分とする合金を鋼といいます。すべての鋼は炭素と合金の 2 つのタイプに分類されることはすでに述べました。

炭素鋼。炭素含有量に基づいて、これらの鋼は低炭素鋼、中炭素鋼、高炭素鋼に分類されます。炭素鋼の硬度は、炭素含有量が増加すると増加します。たとえば、低炭素鋼は展性があり、可鍛性があります。機械的負荷が重要ではない場合に使用されます。炭素鋼のさまざまな用途を表に示します。 14.10. 炭素鋼は鉄鋼総生産量の最大 90% を占めます。

合金鋼。このような鋼には、1 つ以上の金属、最も多くの場合アルミニウム、クロム、コバルト、モリブデン、ニッケル、チタン、タングステン、バナジウムの混合物が最大 50% 含まれています。

ステンレス鋼には、鉄の不純物としてクロムとニッケルが含まれています。これらの不純物は鋼の硬度を高め、耐腐食性を高めます。後者の特性は、鋼の表面に酸化クロム (III) の薄い層が形成されることによるものです。

工具鋼はタングステンとマンガンに分けられます。これらの金属を添加すると、硬度、強度、耐衝撃性が向上します。

表14.10。炭素鋼

鋼の高温（耐熱性）。このような鋼は、井戸の掘削、金属加工ツールの刃先、および大きな機械的ストレスを受ける機械部品の製造に使用されます。

ケイ素鋼は、モーター、発電機、変圧器などのさまざまな電気機器の製造に使用されます。

その他の合金

鉄合金に加えて、他の d メタルをベースにした合金もあります。

チタン合金。チタンは、スズ、アルミニウム、ニッケル、コバルトなどの金属と簡単に合金化できます。チタン合金は、軽さ、耐食性、高温での強度が特徴です。これらは航空機産業でターボジェットエンジンのタービンブレードを製造するために使用されます。また、医療業界では、異常な心拍リズムを正常化するために患者の胸壁に埋め込まれる電子デバイスを作成するためにも使用されます。

ニッケル合金。最も重要なニッケル合金の 1 つはモネルです。この合金には、65% のニッケル、32% の銅、および少量の鉄とマンガンが含まれています。冷蔵庫の凝縮器チューブ、プロペラ車軸の製造や、化学、食品、製薬業界で使用されています。もう 1 つの重要なニッケル合金はニクロムです。この合金には、ニッケル 60%、クロム 15%、鉄 25% が含まれています。アルニコと呼ばれるアルミニウム、コバルト、ニッケルの合金は、非常に強力な永久磁石を作るために使用されます。

銅合金。銅はさまざまな合金の製造に使用されます。それらのうち最も重要なものを表に示します。 14.11。

表14.11 銅合金

工業用触媒

d-元素およびその化合物は工業用触媒として広く使用されています。以下の例は、最初の遷移行の d 要素にのみ適用されます。

塩化チタン。この化合物は、チーグラー法を使用したアルケンの重合の触媒として使用されます (第 20 章を参照)。

酸化物。この触媒は、硫酸製造のための接触プロセスの次の段階で使用されます (第 7 章を参照)。

鉄または酸化物。これらの触媒は、アンモニア合成のハーバー法で使用されます (第 7 章を参照)。

ニッケル。この触媒は、マーガリンの製造などの水素添加プロセス中に植物油を硬化するために使用されます。

銅または酸化銅(II)。これらの触媒は、エタノールを脱水素してエタナール (酢酸アルデヒド) を生成するために使用されます。

ロジウム (第 2 遷移系列の元素) および白金 (第 3 遷移系列の元素) も工業用触媒として使用されます。両方とも、例えば硝酸を製造するためのオストワルド法で使用されます (第 15 章を参照)。

顔料

d 元素の最も重要な特徴の 1 つは、色の化合物を形成する能力であることはすでに述べました。たとえば、多くの宝石の色は、少量の d 金属不純物の存在によるものです (表 14.6 を参照)。 d元素の酸化物は色ガラスの製造に使用されます。たとえば、酸化コバルト (II) はガラスに濃い青色を与えます。多くの d-メタル化合物が顔料としてさまざまな産業で使用されています。

酸化チタン。酸化チタンの世界生産量は年間200万トンを超えています。主に塗料業界で白色顔料として使用されるほか、紙、ポリマー、繊維業界でも使用されます。

クロム化合物。クロムミョウバン（硫酸クロム十二水和物）は紫色をしており、繊維産業の染色に使用されます。クロムグリーン、クロムイエロー、クロムレッドなどの顔料はクロム酸鉛（IV）から作られます。。

ヘキサシアノ鉄(III)酸カリウム。この化合物は、染色、エッチング、およびコピー用紙 (「青」) の製造に使用されます。

コバルト化合物。コバルトブルー顔料はアルミン酸コバルトから構成されています。紫および紫のコバルト顔料は、アルカリ土類リン酸塩でコバルト塩を沈殿させることによって生成されます。

その他の産業用途

これまで、構造合金、工業用触媒、顔料としてのα元素の応用について見てきました。これらの要素には他にも多くの用途があります。

クロムは、自動車部品などの鋼物にクロムコーティングを施すために使用されます。

鋳鉄。これは合金ではなく、粗鉄です。フライパンやマンホールの蓋、ガスコンロなどさまざまな製品に使用されています。

コバルト。同位体は、がん治療のためのガンマ線源として使用されます。

銅は、ワイヤ、ケーブル、その他の導体を製造するために電気産業で広く使用されています。銅製の下水道管の製造にも使用されます。

生物学的システムにおける d-元素

d-元素は多くの生物学的システムにおいて重要な役割を果たします。たとえば、成人の体には約 4 g の鉄が含まれています。この量の約 3 分の 2 は、血液中の赤い色素であるヘモグロビンに由来します (図 14.11 を参照)。鉄は筋肉タンパク質ミオグロビンの一部でもあり、さらに肝臓などの臓器に蓄積します。

生物学的システム内に非常に微量に存在する元素は、微量元素と呼ばれます。テーブル内 14.12 はさまざまな鉱物の質量を示します

表14.12 成人の体内のマクロ元素および微量元素の平均含有量

マンガンは家禽の餌の必須成分です。

作物の健全な成長に重要な役割を果たす微量栄養素には、多くの d 金属が含まれています。

成人の体内の元素といくつかの微量元素。これらの元素のうち 5 つは、最初の遷移 rad の d メタルに属していることに注意してください。これらおよび他の d 金属微量元素は、生体系においてさまざまな重要な機能を果たします。

クロムは、人体内でのグルコース吸収のプロセスに関与します。

マンガンはさまざまな酵素の成分です。それは植物にとって必要であり、鳥の餌の必須成分ですが、羊や牛にとってはそれほど重要ではありません。マンガンは人体にも存在しますが、それが私たちにとってどの程度必要なのかはまだ確立されていません。マンガンが多く含まれています。この元素の良い供給源はナッツ、スパイス、シリアルです。

コバルトは羊、牛、人間にとって不可欠です。それは、例えば、ビタミンに含まれています。このビタミンは、悪性貧血の治療に使用されます。 DNA と RNA の形成にも必要です (第 20 章を参照)。

ニッケルは人体の組織で発見されていますが、その役割はまだ確立されていません。

銅は多くの酵素の重要な成分であり、ヘモグロビンの合成に必要です。植物は銅を必要とし、特に羊や牛は食事中の銅欠乏に敏感です。羊の餌に含まれる銅が不足すると、子羊には先天的奇形、特に後肢の麻痺が生じます。人間の食事において、大量の銅を含む唯一の食品はレバーです。少量の銅が魚介類、豆類、ドライフルーツ、シリアルに含まれています。

亜鉛は多くの酵素の一部です。これはインスリンの生成に必要であり、呼吸の過程で重要な役割を果たす酵素アンヒドラーゼの不可欠な部分です。

皮肉欠乏症に関連する病気

1960 年代初頭。 A.S.プラサド博士は、イランとインドで、子供の成長の遅れや貧血として現れる、食物中の亜鉛欠乏に関連する病気を発見しました。それ以来、食事による亜鉛欠乏が、重度の栄養失調に苦しむ子どもたちの発育阻害の主な原因であることが特定されてきました。亜鉛は T リンパ球の作用に不可欠であり、亜鉛がなければ人体の免疫システムは感染症と戦うことができません。

亜鉛サプリメントは、重度の金属中毒や鎌状赤血球貧血などの一部の遺伝性疾患に役立ちます。鎌状赤血球貧血は、アフリカの先住民族に見られる赤血球の先天異常です。鎌状赤血球貧血の人は、赤血球が異常な（鎌状の）形状をしているため、酸素を運ぶことができません。これは、赤血球がカルシウムで過飽和になり、細胞表面の電荷分布が変化するために起こります。食事に亜鉛を加えると、亜鉛がカルシウムと競合し、異常な細胞膜の形状が減少します。

亜鉛サプリメントは、神経系の障害によって引き起こされる食欲不振（食欲不振）の治療にも役立ちます。

それでは、もう一度言ってみましょう！

1. 地球上で最も一般的な元素は鉄で、次にチタンです。

2. d 元素は、植物、動物、宝石に微量元素として含まれています。

3. 鉄の工業生産には、赤鉄鉱と磁鉄鉱の 2 つの鉱石が使用されます。

4. 鉄は、高炉で鉄鉱石を一酸化炭素で還元することによって製造されます。スラグの形で不純物を除去するために、石灰石が鉱石に加えられます。

5. 炭素鋼は、主に酸素コンバータ法（リンツ・ドナウィッツ法）を使用して製造されます。

6. 電気溶解炉を使用して高品質の合金鋼を製造します。

7. チタンは、クロール法を使用してイルメナイト鉱石から得られます。この場合、まず鉱石に含まれる酸化物が次のように変換されます。

8. ニッケルはペントランダイト鉱石から得られます。含まれる硫化ニッケルはまず酸化物に変換され、次に炭素（コークス）で還元されて金属ニッケルになります。

9. 銅を得るには、黄銅鉱（黄銅鉱）が使用されます。空気のアクセスが制限された条件下で加熱することにより、それに含まれる硫化物が還元されます。

10. 合金とは、金属と 1 つ以上の他の元素の混合物 (または溶液) です。

11. 鋼は主成分である鉄の合金です。

12. 炭素含有量が多いほど、炭素鋼の硬度は高くなります。

13. ステンレス鋼、工具鋼、ケイ素鋼は合金鋼の一種です。

14. チタンとニッケルの合金は技術分野で広く使用されています。銅合金は硬貨の製造に使用されます。

15. 塩化酸化物は酸化ニッケルであり、工業用触媒として使用されます。

16. 金属酸化物は色ガラスの製造に使用され、他の金属化合物は顔料として使用されます。

17. d-メタルは生物学的システムにおいて重要な役割を果たします。たとえば、血液中の赤い色素であるヘモグロビンには鉄が含まれています。

合成および人工の高分子化合物。 d元素およびその化合物の応用 その他の産業応用