イオン結晶

イオン結合

金属酸化物などのイオン結晶は、イオン結合しています。 全体に広がった波動関数 （電子軌道） のエネルギー準位がある価電子帯にフェルミ準位があり、電子が原子の近傍に局在化しているからです。 電子が局在化して、バルク全体で移動できないという点で、共有結合結晶や分子結晶でも同じです。

グラファイトなどの 炭素材料やポリチオフェンなどの導電性高分子材料では、電子が非局在化できる状態にあり、導電性を示します。

銅 やアルミニウムの金属は、 抵抗率が小さく、 電線や集電体に使われます。

金属は、金属結合しています。 全体に広がった波動関数のエネルギー準位がある導電帯にフェルミ準位があり、電子がバルク全体に非局在化しているからです。

8086のインテルのゴードンムーアも、Z80の嶋正利も化学を学んでいました。

※1.水分子は共有結合に分類されるが、液体の水はわずかに電離して電気を流す。 このイオン結合的な性質を、極性分子と表現する。

※2.ケイ酸塩のケイ酸はイオン結合に分類されるが、共有結合としての性質が強く、焼成などで成型することができる。

放電管に 水素をわずかに入れ（ガイスラー管程度、低真空＝10−3 atm（100 Pa））放電すると、水素分子は、水素原子（プロトン）と電子に電離したプラズマとなり、 水素原子特有の光を発します。 これを分光器で分光すると、 赤と シアンの 線スペクトルが観察されます。 これは、水素原子の中の電子が、とびとびのエネルギーしか許されないことを表しています。 このとびとびをエネルギー準位と言い、それぞれのエネルギー準位で電子が存在しうる場所を、原子軌道（ＡＯ）と言います。

ふたつの水素原子が結合すると（共有結合）、水素分子となります。原子軌道とは、別の軌道が新たに生まれます。その軌道を分子軌道（ＭＯ）と言います。 たとえば、s軌道から生まれた分子軌道はσ軌道と言い、p軌道から生まれた分子軌道はπ軌道と言います。

たくさんのナトリウム原子が結合すると（ 金属結合）、ナトリウム金属（固体結晶）となります。 原子軌道とは、別に生まれた軌道は、たくさんあり、それらを総称してバンド（帯）と呼びます。 固体全体につながっているバンドにも電子が存在し、それらを自由電子と言います。

たくさんのナトリウムイオンと塩素イオンが結合すると（ イオン結合）、塩化ナトリウム（固体結晶）となります。 原子軌道とは、別に生まれた軌道は、たくさんあり、それらを総称してバンド（帯）と呼びます。 固体全体につながっているバンドには電子がは存在しません。 電子が存在するバンドと固体全体につながっているバンドのエネルギーの差をバンドギャップと言います。

◇ 参考文献