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No.1
- 回答日時:
理由としては、
1)共有結合結晶を造り得る元素によるもの
2)構造的なもの
の2つを挙げることができるかと思います。
1)について:
周期表で見たとき、非金属元素は(左)上の方に多く、より重い下の元素は、全て金属です。
このとき、同族元素で上下の元素で「原子半径(又は共有結合半径)の増加率」と「原子量の
増加率」を比較すると、後者の方が大きくなります。
例えば、硫黄とテルルで比較すると、
硫黄 :共有結合半径=102pm、原子量=32.1
テルル :共有結合半径=135pm、原子量=127.6
で、共有結合半径が約1.3倍でしかないのに対して、原子量は約4倍にもなっています。
つまり、共有結合の結晶は、多くの場合、元素としてより軽い非金属元素からなるため、
重金属のみからなる金属結晶や、重金属を多く含むイオン結晶に比べると比重が小さい、
ということになります。
(もちろん、リチウムなどのように、軽い金属元素の結晶では、共有結合の結晶よりも軽い
という場合もあります)
2)について:
同一元素でも、温度などの違いによって、金属結晶になったり共有結合の結晶になったり
するものがあります(例えば錫など)。
この場合は、元素としては同一なので、上記のような違いはないので、密度の違いは
「より密な構造をとれるかどうか」によって生じます。
金属結合やイオン結合が方向性を持たないため、特に金属結合では最密充填構造を
とりやすいといえます。
(イオン結合の場合は、同電荷同士の反発があるため、必ずしも最密充填になりやすい
とは限りませんが)
一方、共有結合は方向性を持つため、これが制約となって、最密充填にならなくなる
ことが多くなります。
この結果、結晶内に隙間が生じることになるので、密度の低下につながる、ということです。
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