第３章：化学結合と化学式（３）原子からなる物質

こんにちは＜Frank＞です。

今回は共有結晶と金属結晶についてお話をします。面心立方格子と体
心立方格子の半径（r）を求める式は三平方の定理を使い楽しかった
です。

独学なので間違った理解もあるかもしれませんが、図を描いて平面的
や立体的に格子を理解する醍醐味は、文系の私には至福のひと時でし
た。

では今回のテーマの要約文をまとめておきます。

１．共有結合の結晶
共有結合の結晶は、原子同士が共有結合を形成して三次元的に連結し
た構造を持つ物質です。共有結合は、電子を共有することで原子同士
が結びつく結合のことを指します。以下に代表的な共有結合の結晶の
例を挙げます。

１）ダイヤモンド
ダイヤモンドは炭素原子が四面体状に結合しており、非常に硬い物質
です。各炭素原子は他の４つの炭素原子と共有結合を形成しており、
全体的に強い結合力を持っています。このため、ダイヤモンドは硬度
が非常に高く、摩耗しにくい特性を持っています。

２）シリコン結晶
シリコンも共有結合の結晶で、シリコン原子が互いに共有結合を形成
して三次元的に連結しています。シリコンは半導体材料として重要で
あり、電子デバイスの基盤材料として広く利用されています。共有結
合の結晶は非常に高い融点を持ち、電気絶縁性が高い特徴があります。

２．金属結晶
金属結晶は、金属原子が規則的に配列し、金属結合によって形成され
る結晶構造を持ちます。金属結合は、金属原子の価電子が自由に動け
るため、導電性や延性、展性を持つことが特徴です。代表的な金属結
晶の構造には以下の3種類があります。

１）面心立方格子（FCC）
面心立方格子は、各立方体の面の中心にも原子が存在する構造です。
この構造は、金属の中で非常に密なパッキング効率を持ちます。

例: アルミニウム、銅、金
特性: 高い延性と展性、密なパッキング

２）体心立方格子（BCC）
体心立方格子は、立方体の中心に１つの原子が存在する構造です。
この構造は、面心立方格子よりも若干密度が低いですが、強度が高
いことが特徴です。

例: 鉄（α鉄）、クロム、タングステン
特性: 高い強度、硬さ

３）六方最密構造（HCP）
六方最密構造は、六角形の格子構造を持ち、非常に密なパッキング効
率を持つ構造です。各原子は隣接する12個の原子に接触しています。

例: マグネシウム、チタン、ジルコニウム
特性: 高い密度、延性

【補足】
金属結晶においてよく見られる代表的な格子構造：

１．FCC (Face-Centered Cubic)
　　「面心立方格子」各立方体の面の中心に原子が存在する立方体格
　　子構造です。
２．BCC (Body-Centered Cubic)
　　「体心立方格子」立方体の中心に１つの原子が存在する立方体格
　　子構造です。
３．HCP (Hexagonal Close-Packed)
　　「六方最密構造」六角形の格子構造を持ち、非常に密なパッキン
　　グ効率を持つ構造です。

共有結合の結晶と金属結晶は、異なる結合様式によって形成される物
質であり、それぞれ異なる物理的特性を持っています。共有結合の結
晶は高い融点と硬度を持ち、電気絶縁性が高い一方で、金属結晶は高
い導電性や延性、展性を持ち、工業材料として広く利用されています。

如何でしたか？　私も先ずは参考図書をひと通り読んでしまおうと思
っています。細かく理解するのは２回目から。まったりと楽しく学習
しなくちゃね。

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