痔になりやすい生活習慣とは?

金属原子の配列が面心立方格子になるか、体心立方格子になるか、六方最密構造になるかは、どのようにして決まるのですか。
参考書には例が挙げられているのですが、丸暗記ではなく、自分で判断できるようになりたいです。
ご教授よろしくお願いします。高校生レベルの説明をお願いします。

A 回答 (1件)

多分、電子軌道の種類とイオン半径などによって決まっていると思いますが、


あまり明確な理由は無いように思います。アルカリ金属が体心立方が多い
というくらいです。


鉄などは温度が変わると相転移をおこします。
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この回答へのお礼

わかりました。
ありがとうございました。

お礼日時:2013/03/03 03:11

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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

Q体心立方格子は、なぜ存在する?

原子の結合が球対称なら、普通に球を詰めたら、最密充填の面心立方格子か六方格子になると思うのですが、体心立方格子の結晶が存在するのはなぜでしょうか?

例えば、ビー玉を箱に入れて体心立方格子に組んでも、箱を振ったら面心立方になってしまうような気がします…

Aベストアンサー

ご指摘通り、私の前回アドバイスの面心立方の原子間距離は間違ってますし、12ヶの正五角で正12面体が形成されます。前回の回答は撤回します。

懲りずに再び考えました。原子間の結合が重要だと思います。
私も、単一原子から結晶ができるためには、
(1)原子が互いにくっついていることが、
第一条件と思います。しかし、最密充填が出現するのは、原子間の結合力がごく弱い場合ではないでしょうか(例えば、ビー玉同士の間のように)。
原子の結合をバネとして単純化すると、(1)の条件以外に、
(2)特定の原子は最も近い格子点群からバネで接続されて釣り合っていることと、
(3)格子群(結晶)を、(2)の特定の原子が別の格子点の位置を占めるよう平行移動させときに、代わりに(2)の特定原子の位置に来る原子の周りで、移動前の(2)と同じ状況が出現すること、
が必要と思います。
結晶となるためには、原子自体よりも、いわば"バネによる保持組織"が最密に充填する構造であることが必要と考えるわけです。
体心立方格子は、(2)"バネによる保持組織"で、その集合体が(3)の条件を満たす最小単位になってます。
最密充填構造は、(3)の条件を自動的に満たしてますが、面心立方格子は(2)の状況で安定しているとは思えません。バネによって支えられる安定な形態は、線状分子ではバネ2本、膜状分子では3本で安定になると思います。三次元構造では、正多面体の各頂点から同じバネで中点が均等に支えられる状況が安定となる。多面体の中で(3)の条件を満たすものは正六面体で、これが体心立方格子にあたります。
最も安定となりそうな正四面体とその中心点からなる原子群は(3)の条件を満たしませんが、それら4ヶ(多分)を平行移動させつつ連結させた立方形(シリコンとかダイヤモンドの単位格子)は(3)を満たします。シリコンとかダイヤモンドでは、s-p混成軌道で結合できる角度が決まると説明されてますが、まず複雑な混成軌道が存在し、その結合枝の方向に原子が繋がっていくという説明は恣意的で力強さに欠けると思います。これらは(共有)結合力が強いために最も単純な4本の結合構造を取るのであって、s-p混成軌道はその手段のような"気"がします。
シリコンや炭素が正四面体を基本要素とするダイヤモンド構造を取り、金属が正六面体にあたる体心立方構造を取る傾向があるのは、原子間の結合強度の違いが原因と予想します。炭素のように(共有)結合が強いと、単純な4本のバネによる支持構造を取り、結合が弱い金属では、比較的緩いバネでも安定する8本支えとなっているように思えます。

ご指摘通り、私の前回アドバイスの面心立方の原子間距離は間違ってますし、12ヶの正五角で正12面体が形成されます。前回の回答は撤回します。

懲りずに再び考えました。原子間の結合が重要だと思います。
私も、単一原子から結晶ができるためには、
(1)原子が互いにくっついていることが、
第一条件と思います。しかし、最密充填が出現するのは、原子間の結合力がごく弱い場合ではないでしょうか(例えば、ビー玉同士の間のように)。
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Q立方格子ってなんの必要があって勉強するの?

高校の化学で「体心立方格子」と「面心立方格子」が出てきますが、単位格子中に原子が2個、4個というふうに覚えるわけですが、これを覚える必要性がわかりません・・・。

Fe,Cr,Baは体心で2個、Cu,Ag,Au,Alが面心で4個。

だからなんなのでしょうか(汗)

ある単位の体積に何個の原子があるかだから、密度の計算とかで大学とかで将来使うのでしょうか。何に使うのか、知りたいです。

お願いします。

Aベストアンサー

化学の教科書でなぜ結晶構造を扱わなければいけないのか?
これは誰もが思う疑問です。でも誰もその疑問に答えようとはしていないようです。入試に出るから覚えなさいというニュアンスですね。

結晶構造は固体物理で出てきます。
(図書館に「固体物理」という本が置いてあるようなら見てください。キッテルの教科書は大学でよく使われているのであるかもしれませんね。)
そういう本を見てもらうともっと詳しい内容が出てきます。
参考 wiki「結晶構造」
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%B5%90%E6%99%B6%E6%A7%8B%E9%80%A0

「単位格子」「基本結晶格子」という言葉が出てきますがあなたの使っている(教科書で使っている)意味とは異なります。「結晶系」が7つ、「結晶格子(ブラベー格子)」が14あると書いてあります。立方格子は7つの結晶系の1つです。立方晶系に属するブラベー格子は単純立方格子、体心立方格子、面心立方格子の3つです。
>高校の化学で「体心立方格子」と「面心立方格子」が出てきます

中途半端ですね。固体物理の授業をやろうとしているのではないということがわかります。結晶とはどういうものかというイメージだけであれば単純立方格子(というか基本単位格子・・・1つしか格子点を含まない単位格子)だけでいいはずです。繰り返し構造がわかればいいのですから。
なにかの目的があって、それに必要な部分だけを固体物理の内容から拾い出して教科書に入れたということになりそうです。その目的とは何でしょう。
アボガドロ数の算出方法の一つになっているからです。
アボガドロ数はミクロとマクロをつなぐ何かがなければ求めることができません。
結晶構造、格子定数はミクロな情報です。X線回折の方法で調べることができます。密度はマクロな情報です。体積と質量がわかれば出てきます。この2つをつなぐことで1モル当たりの原子の数を求めることができるのです。原子が基本になっている単体は金属です。金属の結晶格子で普通に出てくるのは面心立方格子、六法最密格子、体心立方格子です。でも立方格子に属する面心と体心だけを選び出しています。立方体の体積は簡単に出すことができますが六方晶系の基本構造の体積の計算はややこしいです。結晶構造の勉強が目的ではないので金属の結晶構造として面心立方格子と体心立方格子だけを選び出したのです。立方体1つ当たりの原子の数が異なるということでアボガドロ数を出すときの注意点も示すことができます。
それだけのためです。
ところが受験屋さんは結晶構造が出てくるのであれば立方格子以外の結晶格子も扱ってもいいのではないかとかアボガドロ数はすでに分かっている数字なので問いにしても仕方がない、密度を求める問題に変えてみよう、とか試料に使った金属の種類を問う問題にしようとか、・・・いじくりまわしているのです。X線回折用の試料を用意した段階で金属の種類はわかっています。もしわからなければ化学的な方法で調べます。未知のサンプルの同定をX千回折の方法でやるなんて馬鹿げたことはしません。密度は巨視的にわかる量ですからX線回折など関係がありません。

もし固体物理の勉強をやるのであれば金属の構造になぜ体心立方方格子が存在するのかを問うことから始める必要があるでしょう。金属原子をビー玉のような剛体球で近似するのであれば細密構造になるはずです。六法細密構造、立方細密構造のの2つです。それよりも密度の小さい(空間率の大きい)体心立方格子がなぜ出てくるのかが疑問として浮かび上がってきます。

化学の教科書でなぜ結晶構造を扱わなければいけないのか?
これは誰もが思う疑問です。でも誰もその疑問に答えようとはしていないようです。入試に出るから覚えなさいというニュアンスですね。

結晶構造は固体物理で出てきます。
(図書館に「固体物理」という本が置いてあるようなら見てください。キッテルの教科書は大学でよく使われているのであるかもしれませんね。)
そういう本を見てもらうともっと詳しい内容が出てきます。
参考 wiki「結晶構造」
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%B5%90%E6%99%B6%E6%A...続きを読む

Q蒸気圧ってなに?

高校化学IIの気体の分野で『蒸気圧』というのが出てきました。教科書を何度も読んだのですが漠然とした書き方でよく理解できませんでした。蒸気圧とはどんな圧力なのですか?具体的に教えてください。

Aベストアンサー

蒸気圧というのは、主として常温付近で一部が気体になるような物質について用いられる言葉です。

液体の物質の場合に、よく沸点という言葉を使います。
物質の蒸気圧が大気圧と同じになったときに沸騰が起こります。
つまり、沸点というのは飽和蒸気圧が大気圧と同じになる温度のことを言います。
しかし、沸点以下でも蒸気圧は0ではありません。たとえば、水が蒸発するのは、常温でも水にはある程度の大きさ(おおよそ、0.02気圧程度)の蒸気圧があるためにゆっくりと気化していくためであると説明できます。
また、油が蒸発しにくいのは油の蒸気圧が非常に低いためであると説明できます。

さきほど、常温での水の飽和蒸気圧が0.02気圧であると述べましたが、これはどういう意味かと言えば、大気圧の内の、2%が水蒸気によるものだということになります。
気体の分圧は気体中の分子の数に比例しますので、空気を構成する分子の内の2%が水の分子であることを意味します。残りの98%のうちの約5分の4が窒素で、約5分の1が酸素ということになります。

ただし、上で述べたのは湿度が100%の場合であり、仮に湿度が60%だとすれば、水の蒸気圧は0.2x0.6=0.012気圧ということになります。

蒸気圧というのは、主として常温付近で一部が気体になるような物質について用いられる言葉です。

液体の物質の場合に、よく沸点という言葉を使います。
物質の蒸気圧が大気圧と同じになったときに沸騰が起こります。
つまり、沸点というのは飽和蒸気圧が大気圧と同じになる温度のことを言います。
しかし、沸点以下でも蒸気圧は0ではありません。たとえば、水が蒸発するのは、常温でも水にはある程度の大きさ(おおよそ、0.02気圧程度)の蒸気圧があるためにゆっくりと気化していくためであると説明できま...続きを読む

Qこの問題がわかりません!(化学か物理?が得意な方)

この問題がわかりません!(化学か物理?が得意な方)


格子定数をαとするとき、以下の結晶構造における最近接原子間距離および空間充填率を求めよ。

(1)単純立方格子
(2)体心立方格子

できれば詳しく教えていただけると助かります。

Aベストアンサー

こんにちは。

>>>(化学か物理?が得意な方)

固体物理ですね。

【最近接原子間距離】
(1)一辺がαの立方体で、最も近い頂点どうしの距離はαなのでα。

(2)
この図を見ながら。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%BD%93%E5%BF%83%E7%AB%8B%E6%96%B9%E6%A0%BC%E5%AD%90%E6%A7%8B%E9%80%A0
最近接の候補は、立方体の頂点間距離のαか、1つの頂点と立方体の中心との距離の2つに絞られます。
1つの頂点と立方体の中心との距離を求めてみましょう。
頂点のどれかの座標を(0,0,0)と置けば、中心の座標は(α/2,α/2,α/2)なので、
三平方の定理を2回使えば、
距離 = √((α/2)^2 + (α/2)^2 + (α/2)^2)
 = α/2・√(1+1+1)
 = √3/2・α
√3/2 = 0.866・・ < 1 なので、
体心立方の最近接原子間距離は、0.87α

【空間充填率】
(1)52% (2)68%
2~3ページを参照
http://sstweb.ee.ous.ac.jp/lecture/ee/SoldStatePhisics/sp20081211.pdf

こんにちは。

>>>(化学か物理?が得意な方)

固体物理ですね。

【最近接原子間距離】
(1)一辺がαの立方体で、最も近い頂点どうしの距離はαなのでα。

(2)
この図を見ながら。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%BD%93%E5%BF%83%E7%AB%8B%E6%96%B9%E6%A0%BC%E5%AD%90%E6%A7%8B%E9%80%A0
最近接の候補は、立方体の頂点間距離のαか、1つの頂点と立方体の中心との距離の2つに絞られます。
1つの頂点と立方体の中心との距離を求めてみましょう。
頂点のどれかの座標を(0,0,0)と置けば、中心の座標...続きを読む


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