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金属は金属結合をしていると聞きました。同じ結合をしているはずの他の金属は、金のようには延ばせません。なぜ金だけ金箔のように薄く延ばせるのか説明がつきません。又は結合の仕方が、金だけ違うのでしょうか。詳しく知っている方がいれば教えてください。

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A 回答 (4件)

素晴らしい解答が2つ出ていますが、一般的な補足を書きます。


No.2の方の解答にありますように、金属の結合はd軌道が
あると無いとではちょっと硬さが変わります。それから色も
変わります。

全ての金属は展性・延性を持っていて、多かれ少なかれ薄く伸ばす
ことができます。金はその生成が最も顕著なだけです。

他の金属というのは鉄をさしておられるのではないでしょうか?
鉄以外の身の回りの金属であるアルミニウム、銀、銅などは薄く延
ばすことができます。
鉄は鉄鉱石を炭素で還元するという製法ですので、不純物として
炭素を含み、それが鉄原子の結晶格子のすきまに入り込んで、
鉄原子の移動を妨げるのです。従って、炭素の含有率が高いほど
鉄は固く・脆くなっていきます。また、99.99999%以上の
鉄は爪で跡がつくほどやわらかいそうです。
金はイオン化傾向が非常に小さいので、他の元素と反応しにくく、
結晶格子に入り込む原子が少ないのも1つの理由でしょう。

金沢の伝統工芸である金箔細工は、江戸時代の技術では1gの金を
畳1枚くらいの広さに延ばすことができ、その厚さは1万分の3mm
であり、光を通してうす緑色に見えるそうです。

参考URL:http://www.kinpaku.jp/junkinpaku.html
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この回答へのお礼

これもまたすばらしい解答ありがとうございます。
鉄の生成方法が、炭素で還元するものとは、初めて知りました。私もwikiPediaで調べているつもりなのですが、そこまでは載ってませんでした。これだけでも質問したかいがありました。銀も結構延びるのですね。ありがとうございました。

お礼日時:2010/11/21 14:36

金属は一般に塑性変形しやすいのですが、その中で金が特に延性が大きいだけで、「例外的」なのは硬くて加工しにくい遷移金属のほうです。

遷移金属と通常の金属で何が違うのかを考えれば、理由が見えてくると思います。ここ(http://www.tuat.ac.jp/~katsuaki/z2000-3.html)の真ん中あたりに理由が少し書いてあります。
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この回答へのお礼

詳しい論文ありがとうございます。
あまり詳しすぎて理解するのも一苦労でした。やっぱり大学教授の論文は一般人には難しいのかも。でもその中で再質問させてください。「マイナスの電荷の海にプラスの電荷が浮かんでいて、プラスの電荷が等間隔に並ぶと静電エネルギーが低くなるのです。」とありました。ディラックの海ということなのでしょうが、これが私には理解できません。陽子中性子の対を成す原子核の上を、マイナスの電荷の海が有りその上をプラスの電荷が浮かんでいたとしたら、マイナスの電荷は即刻陽子と結合してしまうのではないでしょうか。それとも私の解釈が間違っているのでしょうか。無理にとは言いませんが解答いただければありがたく存じます。でも、教授ともなると大変さがよくわかりました。本当にありがとうございました。

お礼日時:2010/11/21 14:19

こんにちは。



圧迫したり叩いたりしたときに延びる性質を展性、引っ張ったときに延びる性質を延性と言います。
どちらも、金が第1位で銀が第2位です。3位以下は展性と延性で違ってきます。
秋田県の「銀線細工」という工芸品は有名です。

なぜ金が第1位なのかまでは私は説明できないのですが、大まかな説明はできます。

物質の固体における原子同士の結合(化学結合)には色々な種類があります。
共有結合、イオン結合、水素結合、ファンデルワールス結合・・・
その中で、金など一部の金属は「金属結合」という結合で原子同士が結合しています。
どの結合も、結合の「糊」になっているのは電子です。
隣にある原子の電子と重なり合うことによって結合していて、それを全体的に見たときに「固体」というものになっています。

金属結合以外の結合では、原子核と電子はセットになっています。
固体中で1つの原子が引越ししようとするとき、原子核は自分の電子を引き連れて「一家そろって引越し」することになります。

ところが、金属結合では「糊」になっている電子が金属中を自由に動き回っているため、「この電子(でんこ)ちゃんは、どこの家の子?」と言われても、どこの原子の電子なのかがわかりません。
ですから、原子が引越しするときは原子核だけ引越ししても支障がありません。「糊」となる電子はどこにもありますからね。

というわけで、金属結合の固体では、外部から力がかかったときに、ひずみや割れを生じさせずに、原子が容易に移動できるということです。
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この回答へのお礼

詳しい説明ありがとうございます。
第2位が銀だとは私は今まで知りませんでした。そこでwikipediaで調べたところ周期律表で、金の上にあるのが銀でした。その上にあるのが銅でした。ということは、第3位は銅ということになると、何か関連が見えてきそうです。でも金の電子殻軌道には電子が入れる空きが沢山有るのは解りますが、私はその自由電子というのがイメージできないのです。でも解答ありがとうございました。参考になりました。

お礼日時:2010/11/21 13:17

何でと言いましても、それが「金」という金属の性質だとしか・・・・・・


ナトリウムにしてみても、金属だけどカッターで簡単に切れますし、
弱酸で溶ける金属もあれば、強酸でないと溶けない金属もあるワケですし、金にしてみては「王水」という特殊な酸でないと溶けません。
また、電気の通りやすさも、金属1つ1つで違いますね。
非金属にしてみても同様です。
それぞれの物質が固有の性質を持っています。
何で硫黄が腐卵臭するのかと言っても、それは硫黄の性質だからです。
説明としては不十分かもしれませんが、これが事実なのです。
参考までに、
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この回答へのお礼

早速の解答ありがとうございます。
その種の性質と言えばその通りだと思います。しかし、私が知りたかったのは、結合の仕方で性質ではないのです。例えば金属結合とは、電子同士の結合なのかイオン結合なのかとか、共有結合なのかとかです。そのイメージができないので質問しました。説明不足のところが有ったことをお詫びします。本当にありがとうございました

お礼日時:2010/11/21 12:45

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> 斜方晶の関係式は以下のようになります。

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次亜塩素酸が 1価であるのに対しクエン酸は 3価. つまり, まず
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結晶について学んでおります。
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ごめんなさい。。書いてて混乱してきました。。意味がとれない部分もあると思いますが、教えてください。

Aベストアンサー

まず結晶格子とは、空間の三方向に等間隔で並んだ点の集まりのことです。
そしてどんな複雑な結晶構造でも、「結晶格子×単位構造」からできています。
このことを少しずつ説明してみたいと思います。

単純立方格子(primitive cubic; cP)は一番わかりやすいと思いますが、ジャングルジムのように
立方体をたくさん詰め込んだような形をしています。ただし、格子とはあくまでも立方体の頂点の
部分だけの集合なので、フレームの部分は含みません。この頂点一つ一つのことを格子点と言います。
8個の格子点を結んでできる、対面が平行な六面体のことを単位胞または単位格子といいます。
単位胞は繰り返しのユニットとなります。先ほど格子はフレームを含まないと言いましたが、
それはこの結び方(単位胞の決め方)が自由であるということです。星座みたいなものだと思って下さい。
べつに菱餅のような形に結んでもいいんですが、ふつうはもっとわかりやすい(対称性の高い)立方体
などの形になるように結びます。

「単純立方格子の単位胞(立方体)にはいくつの格子点が含まれるか」という問題には
1と答えます。なぜ8ではないかというと、立方体の頂点に全て格子点があると考えると、
繰り返し並べた時に別々の立方体から来た8個の格子点が一カ所にかぶってしまうからです。
ですからそれぞれの立方体について8つの頂点のうちたとえば左下手前のものだけをその立方体に
所属する格子点と考えれば1になるわけです。そこを原点O(0,0,0)にとります。

単純立方格子をとる結晶構造のうちもっともシンプルなのは単純立方構造(simple cubic; sc)です。
これは単位胞の頂点の位置だけに一種類の原子を置いた構造で、ポロニウムのα相がこの構造です。
「格子」と「構造」はどう違うのかと思われるかもしれませんね。実際には同一視されている解説が
ほとんどですが、格子はまだ原子(やイオン)を置く前の、単なる位置の基準点の集合です。
単位胞の中に原子を置いて初めて構造になります。これが「結晶格子×単位構造=結晶構造」の意味です。
scの場合は「単純立方構造の単位胞にはいくつの原子が含まれるか」の答も1となります。

他には塩化セシウム型構造が単純立方格子です。これはセシウムイオン(Cs+)を単純立方格子の
原点(0,0,0)に置いたとき、塩化物イオン(Cl-)が立方体の中央(1/2,1/2,1/2)にくる構造です。
Cs+(0,0,0)とCl-(1/2,1/2,1/2)のペアが単位構造であり、それが各単位胞の中にあるということです。
別の見方をすればCs+だけでできた単純立方構造とCl-だけでできた単純立方構造を(1/2,1/2,1/2)だけ
ずらして重ねたと考えることもできます。しかし、あくまでも塩化セシウム構造としての単位胞は
どちらか片方だけですから、単位胞内の格子点数は1のままで原子数は2となります。

やっとダイアモンド構造に近づいてきました。ダイアモンド格子は面心立方格子(cF)をとります。
単純立方格子と比べると立方体の中にあらかじめ
 O(0,0,0)、A(0,1/2,1/2)、B(1/2,0,1/2)、C(1/2,1/2,0)
の4か所に格子点があります。他の点、たとえば(1/2,1/2,1)の格子点はひとつとなりの立方体
に所属するものと考えます。あらかじめ格子点が4つあるというのはどういう事かと言うと、
うまく単位胞を選ぶと立方体の1/4の体積のものが作れて、その中の格子点数は1になります。
このような単位胞は基本単位胞といい、たとえばOA、OB、OCを三辺とする菱形六面体がそのひとつ
です。しかしそれでは形が分かりにくいのでふつうは体積4倍の立方体の単位胞を考える代わりに
格子点数が4になっているのです。

面心立方構造(fcc)は面心立方格子の格子点にだけ原子を置いたもので、単位胞内の
格子点数は4、原子数も4です。一方、ダイヤモンド構造は炭素原子を
O(0,0,0)、O'(1/4,1/4,1/4)
A(0,1/2,1/2)、A'(1/4,3/4,3/4)
B(1/2,0,1/2)、B'(3/4,1/4,3/4)
C(1/2,1/2,0)、C'(3/4,3/4,1/4)
の8カ所に置いた構造です。これは原点に付随する(0,0,0)(1/4,1/4,1/4)の2つの炭素原子を
単位構造として、A、B、Cの3格子点にもコピーしたものと考えることができます。fccを
(1/4,1/4,1/4)だけ平行移動して重ねたものと捉えても構いませんが、ダイヤモンド構造として
の単位胞はあくまでも(0,0,0)を原点とするものだけですから、格子点数4、原子数8となります。

以上長くなってしまいましたがわからなければまたおっしゃって下さい。

まず結晶格子とは、空間の三方向に等間隔で並んだ点の集まりのことです。
そしてどんな複雑な結晶構造でも、「結晶格子×単位構造」からできています。
このことを少しずつ説明してみたいと思います。

単純立方格子(primitive cubic; cP)は一番わかりやすいと思いますが、ジャングルジムのように
立方体をたくさん詰め込んだような形をしています。ただし、格子とはあくまでも立方体の頂点の
部分だけの集合なので、フレームの部分は含みません。この頂点一つ一つのことを格子点と言います。
8個の格子点を...続きを読む

Q分子結晶と共有結合の結晶の違いは?

分子結晶と共有結合の結晶の違いはなんでしょうか?
参考書を見たところ、共有結合の結晶は原子で出来ている
と書いてあったのですが、二酸化ケイ素も共有結合の
結晶ではないのですか?

Aベストアンサー

●分子結晶
分子からなる物質の結晶。
●共有結合の結晶
結晶をつくっている原子が共有結合で結びつき、
立体的に規則正しく配列した固体。
結晶全体を1つの大きな分子(巨大分子)とみることもできる。

堅苦しい説明で言うと、こうなりますね(^^;
確かにこの2つの違いは文章で説明されても分かりにくいと思います。

>共有結合の結晶は原子で出来ている
先ほども書いたように「原子で出来ている」わけではなく、
「原子が共有結合で結びついて配列」しているのです。
ですから二酸化ケイ素SiO2の場合も
Si原子とO原子が共有結合し、この結合が立体的に繰り返されて
共有結合の物質というものをつくっているのです。
参考書の表現が少しまずかったのですね。
tomasinoさんの言うとおり、二酸化ケイ素も共有結合の結晶の1つです。

下に共有結合の結晶として有名なものを挙げておきます。

●ダイヤモンドC
C原子の4個の価電子が次々に4個の他のC原子と共有結合して
正四面体状に次々と結合した立体構造を持つのです。
●黒鉛C
C原子の4個の価電子のうち3個が次々に他のC原子と共有結合して
正六角形の網目状平面構造をつくり、それが重なり合っています。
共有結合に使われていない残りの価電子は結晶内を動くことが可能なため、
黒鉛は電気伝導性があります。
(多分この2つは教科書にも載っているでしょう。)
●ケイ素Si
●炭化ケイ素SiC
●二酸化ケイ素SiO2

私の先生曰く、これだけ覚えていればいいそうです。
共有結合の結晶は特徴と例を覚えておけば大丈夫ですよ。
頑張って下さいね♪

●分子結晶
分子からなる物質の結晶。
●共有結合の結晶
結晶をつくっている原子が共有結合で結びつき、
立体的に規則正しく配列した固体。
結晶全体を1つの大きな分子(巨大分子)とみることもできる。

堅苦しい説明で言うと、こうなりますね(^^;
確かにこの2つの違いは文章で説明されても分かりにくいと思います。

>共有結合の結晶は原子で出来ている
先ほども書いたように「原子で出来ている」わけではなく、
「原子が共有結合で結びついて配列」しているのです。
ですから二酸化ケイ素Si...続きを読む


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