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「金」はマグネット? 他の金属にくっつく磁性を持つのか?

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本記事は、Is Gold Magnetic? Does It Stick To Anything?
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約5分13秒

「金」は5500年以上も前から、価値の高い魅力的な金属として知られています。自然界で遊離金属として発見されることもありますが、大量の金は方解石、テルル、石英、亜鉛、銅、鉛などと共に発見されます。

 

科学者は何十年もかけて金を研究し、その特性がマクロスケールとナノスケールで異なることを発見しました。説明するにはかなり複雑なのですが、簡潔にお答えするなら、金は非磁性です。

 

純金は磁石に引き寄せられません。しかし、24カラット以下の金には、鉄やニッケルなどの他の物質が含まれており、硬くて傷がつきにくくなっています。そのような不純な金塊は、大きな磁場の下ではわずかに磁気を帯びます。

 

だからといって、お持ちの金のジュエリーを、磁石を用いて正確に検査できるわけではありません。磁石に引き寄せられない場合でも、アルミニウム、銅、銀などの非磁性物体が含まれている可能性があります。そのため、金が磁気を帯びていなくても、それが純金であることを保証するものではないのです。

 

では、金の磁気について詳しく説明しましょう。

 

1. 金の性質

 

金は、純粋な状態では、わずかに赤みがかった黄色をしており、柔らかく、緻密で、可鍛性のある金属です。金の1つの原子は、79個の陽子、79個の電子、118個の中性子で構成されています。電子が多いため、電気の伝導性が高く、特定の高エネルギー用途の電気配線に使用されます。

 

金は標準的な環境下では固体であり、最も反応しにくい金属の一つで、熱や電気の伝導性に優れています。銀や銅のような他の素材とは異なり、金は変色せず、長期間にわたって伝導性を保ちます。

 

金にはものすごい延性があります。非常に細いワイヤーに引き伸ばすことができます。1オンスの金で50マイルの細い金線を作ることができるのです。

 

また、金には可鍛性があり、非常に薄いシートに押し潰すことができます。1オンスの金を、9平方メートル以上の面積をカバーするのに十分な薄さにすることができます。

 

2. 金はなぜ磁気を帯びていないのか?

 

これを理解するためには、物質の磁気の特徴を知る必要があります。物質の磁気の特徴は、電子とその配置に由来します。

 

すべての金属は、その原子量と原子番号に基づいて、一定数の電子を含んでいます。原子の中の電子と陽子は、可能な限り効率的な方法で自分自身を配置します。

 

金の原子の電子配置

 

具体的には、電子は原子核の周りに殻を作って配置されています。電子は、原子の軌道や副殻の中を移動します。原子核に近い電子はエネルギーが低く、遠い電子はエネルギーが高いです。

 

原子の中には、最外殻に不対電子を持つものがあります。この不対電子は自由に回転し、磁性の一因となっています。不対電子の数が多ければ多いほど、磁気を帯びた物質となります。

 

例えば、鉄は通常、一番外側の殻に4つの不対電子を持っています。そのため、磁石に強く引きつけられます。一方、金は不対電子が1個しかないので、正味の磁極を形成しにくいのです。

 

さらに、物質の磁性は大きく3つに分類されます。

 

・反磁性とは、外部から磁場をかけると物質が反発する現象です。

・強磁性は、ある物質が磁石に引き寄せられたり、永久磁石を形成する基本的なメカニズムです。

・常磁性物質は、外部の磁界に弱く引きつけられ、磁場の方向に誘導磁場を形成します。

 

金には反磁性と常磁性の両方の性質があるため、効果が相殺されてしまうことがあります。両方の効果を打ち消したり、どちらか一方の効果だけを強めたりする「特別な」磁石は存在しません。したがって、金は磁石に引き寄せられることも反発することもないのです。

 

3. 金が本物かどうかを見分けるには?

 

18金や22金などの不純物の多い金は、強磁性物質で構成されています。これらの物質は、金をより硬く、摩耗や反りに強くするために添加されます。

 

このような場合、金の磁性は添加された金属に依存します。たとえば、製造業者が金と鉄を混合すると、高磁性の合金が生成されます。 銀と混合すると、非磁性のホワイトゴールドになります。

 

金のジュエリーには様々な物質が含まれているため、磁石を使って金の純度を正確に調べることはできません。金が磁石に引きつけられる場合、それは純金ではないということがわかるだけです。

 

磁石は金貨や金塊を検査するのに便利です。もし売り手がその金貨が99%以上の純度であると主張しているのであれば、磁石の影響を受けることはないはずです。

 

金の純度を判定するその他の有用な方法として、次の3点を紹介しましょう。

 

純度検証極印や商標を探す:米国で購入されたすべての金と銀のジュエリーには、高品質の商標が付いています。

 

酸性試験を行う:金はアクアレジア(塩酸と硝酸の混合液)に溶けてくすんでしまいます。そのため、貴重なコインにむやみにこの方法を使わないように気をつけましょう。

 

X線スペクトロメーターを使う:この検査機は、金やその他の貴金属を傷つけることなく、その含有量を測定します。例えば、Niton DXL貴金属分析装置は、22種類以上の貴金属と微量の合金元素の存在と濃度を測定することができます。

 

4. 金の磁気に関する最近の研究

金は熱を加えることで磁化される

 

2016年、東北大学の研究チームは、金が温度勾配によって発生する熱の下で磁化されることを発見しました。

 

この研究では、スピン注入によって変化する電子輸送特性にも注目しており、それゆえ通常の金属における非平衡磁化の生成と検出のための多様なアプローチを提供しています。

 

最小の金クラスターで磁気を観測

 

マクロスケールでは、金は反磁性に分類されます。つまり、磁場によって反発することはあっても、永久磁石を形成することはできません。

 

しかしながら、それをナノスケールで観察し始めると、事態は実に奇妙なものになります。金の原子の小さなクラスターは常磁性を示し、これは他の磁性金属を引き寄せることができることを意味します。

 

2017年、ブラジルのリオグランデ連邦大学の研究者たちは、わずか2個の原子の粒子である可能性のある最小の金クラスターを分析しました。彼らの計算により、クラスターの中では、2つの不対電子(1つの金原子は最外殻に1つの不対電子を持つ)がペアを形成していないことが明らかになりました。むしろ、単独のほうが安定しているのです。

 

この効果は、クラスターが大きくなるほど弱くなります。つまり、金の粒子が大きくなればなるほど、磁気的な特性は弱くなるのです。

 

5. よくある質問

金属探知機で金を見つけることはできますか?

 

ほとんどすべての金属探知機は、金、プラチナ、銀、ブロンズを探すために設計されています。金属探知機は高い周波数で作動し、サーチコイルから電磁場を地面に送信します。電磁界の範囲内にある金などの対象の金属は、エネルギーを得て、それ自身の電磁周波数を再送信します。

 

最近の金鉱探知機は、0〜75kHzで動作します。複数のコイルを内蔵しており、送信機と受信機として同時に機能します。

 

多目的金属探知機は、異なる地形での貴金属の信号に非常に効果的です。Fisher 22、Garrett Ace 400、Bounty Hunter Legacy 2500は、人気の初心者向きジュエリー検出器の一部です。

 

世界にはどのくらいの金がありますか?

 

岩石のサンプルを化学的に分析した結果、地殻の上部4キロメートルには約1220億トンの金が含まれていることがわかっています。採掘できるほど濃縮されているのは、そのうちのごく一部です。

 

海にも大量の金が眠っています。大西洋や北太平洋では、平均して1億トンの海水に1グラムの金が含まれています。

 

これまでに人類が発見した金の量は24万4,000メートルトン。そのほとんどが中国、オーストラリア、ロシア、そしてアメリカの4カ国からもたらされています。

 

どの産業が金を最も多く使用していますか?

 

ジュエリー業界は、世界の金需要の50%以上を占めています。中国とインドは、量的には圧倒的に大きな市場であり、現在の世界の金需要の半分以上を占めています。

 

何世紀にもわたって、金は資産クラスとして広く利用されてきました。多くの政府、機関、個人が投資目的で金を保有しています。金への適度な配分は、投資ポートフォリオを保護し、パフォーマンスを向上させることが証明されています。

 

世界の金需要の約8%は、電子機器、医療、技術的用途に使用されています。現在、実際、現在の金の利用方法のほとんどは、ここ30年から40年の間に開発されたものばかりです。この傾向は今後も続くでしょう。

 

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