000.  イオン結晶の構造の理解のしかた


無機固体化学 の単元です。

小単元

概要

(右図)イオン結晶の代表例、「NaCl型構造」。

 <注意> NaClのような固体は、塩化ナトリウム(NaCl)という「分子」からできているのではない。無数のNa+イオンとCl−イオンが右図のように規則正しく並んだ「結晶構造」を作っている。

 問: 右の構造を、言葉で表現したらどうなるだろう?
 答: 「陰イオンが面心立方構造を作っており、陽イオンがその6配位サイトのずべてに入っている」
     (陽イオンは6個の陰イオンに囲まれている) 
 
*NaCl型構造では陽イオンと陰イオンを入れ替えても同じことであるが、大抵の場合、「陰イオンの基本構造があり、そのすきまに陽イオンが入っている」と考えた方が便利なことが多い。
*副格子:特定の元素(イオン)だけで作られる構造。上の場合、陰イオンだけに着目すれば面心立方構造が見えてくるが、その面心立方構造を陰イオンの副格子と呼ぶ。

<単位格子または単位胞(unit cell)>:向きを変えずに平行移動で並べるだけで、全体の結晶構造を作り出せるような、「最小の単位」のこと。上の図はNaCl型構造の単位格子を表している。

 *NaCl型構造を取る物質の例(カッコ内はShannon&Prewittのイオン半径、Å):
       Li+(0.88) Na+(1.16) K+(1.52) Rb+(1.63) Cs+(1.84)
F- (1.19) ○ ○   ○  ○ ○
Cl- (1.67) ○  ○      ○   ○ ×
  Br- (1.82) ○ ○ ○ ○ ×
I- (2.06) ○ ○ ○ ○ ×

      Mg2+(0.86) Ca2+(1.14) Sr2+(1.30) Ba2+(1.50)
  O2-(1.26) ○   ○  ○ ○
  S2-(1.70) ○   ○  ○ ○
Se2-(1.84) ○   ○  ○ ○
Te2-(2.07) ×     ○  ○ ○
*これらはすべてNaCl型構造をとるが、これをLiF構造やMgO構造などと呼んではいけない。

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参考文献( 書籍 ・論文 ・URL)