電子物性第1スライド6-1 電子物性第1 第6回 ー原子の結合と結晶ー 目次 ２ ３ ４ ５ はじめに 原子の結合と分子 イオン結合 共有結合 ６ ７ ８ ９ 原子は規則的に X線回折 X線回折図 結晶格子 10 11 12 13 面心立方格子 ダイアモンド構造 金属の結合と電子 まとめ 電子物性第1 第6回 －原子の結合と結晶－ 原子の結合と分子 希ガス以外は分子を作って、物質になる。 ⇒「どう結合するか」がモノの性質を決める。 原子の性質が違えば（プラスとマイナス）ならイオン結合。 同じ原子なら共有結合。 はじめに 電子物性第1スライド6-2 モノの性質は、 原子の性質よりは、むしろ [1] 原子どうしがどうくっついているか e－原子 分子 [2] 原子がどのように並んでいるか [3] 最後に、（動ける）電子がどこにいるか 結晶 が重要です。 今回は[1]と[2]を学習します。 ① 原子の結合と、配列の結晶について述べます。 イオン結合 はじめに 原子核 が 重なり 反発する。 イオン結合では、 各イオンが モノの性質は、 原子の性質よりは、むしろ [1] 原子どうしがどうくっついているか エネルギー 閉殻構造（安定）のため、 e－ [2] 原子がどのように並んでいるか [3] 最後に、（動ける）電子がどこにいるか が重要です。 今回は[1]と[2]を学習します。 結晶 電子が多く 分布。 電子がほとんどない。 イオン間 には電子 は余りない。 原子の結合と分子 最安定 イオンは決まった 距離でくっつくと 安定になる。 原子間 距離 0 静電気 力で 引き合う 。 電子物性第1スライド6-3 希ガス以外は分子を作って、物質になる。 ⇒「どう結合するか」がモノの性質を決める。 原子の性質が違えば（プラスとマイナス）ならイオン結合。 同じ原子なら共有結合。 ① 分子の結合がモノの性質。 共有結合 原子の結合と分子 エネルギ ー 共有結合では、 原子核が 重な り 反発する 。 希ガス以外は分子を作って、物質になる。 交換相互作用が強く 共有結合は強い。 ⇒「どう結合するか」がモノの性質を決める。 最安定 原子の性質が違えば（プラスとマイナス）ならイオン結合。 0 原子の中間にも 電子が分布。 （左右対称） 同じ原子なら共有結合。 くっついて閉殻になる。 イオン結合 エネルギー 原子核 が 重なり 反発する。 イオン結合では、 各イオンが 閉殻構造（安定）のため、 電子が多く 分布。 電子がほとんどない。 イオン間 には電子 は余りない。 ① イオン結合は間の電子少なく弱い。 原子間距離 最安定 交換エネルギ ー 大き い。 電子物性第1スライド6-4 イオンは決まった 距離でくっつくと 安定になる。 原子間 距離 0 静電気 力で 引き合う 。 イオン結合 原子核 が 重なり 反発する。 イオン結合では、 各イオンが 閉殻構造（安定）のため、 電子が多く 分布。 電子がほとんどない。 イオン間 には電子 は余りない。 原子は規則的に エネルギー 最安定 イオンは決まった 距離でくっつくと 安定になる。 原子間の結合の距離に最適値 ⇒原子は規則的に並ぶと有利。 ⇒きれいな結晶を形成している。 原子間 距離 非常に小さくみえない。 0 光（X線）の干渉（反射）で見よう。 静電気 力で 引き合う 。 共有結合 電子物性第1スライド6-5 エネルギ ー 共有結合では、 原子核が 重な り 反発する 。 最安定 交換相互作用が強く 共有結合は強い。 原子間距離 0 原子の中間にも 電子が分布。 （左右対称） くっついて閉殻になる。 ① 共有結合は間にも電子があって安定。 1 nm以下 交換エネルギ ー 大き い。 共有結合 X線回折 エネルギ ー 共有結合では、 原子核が 重な り 反発する 。 交換相互作用が強く 共有結合は強い。 最安定 原子間距離 0 原子の中間にも 電子が分布。 （左右対称） くっついて閉殻になる。 交換エネルギ ー 大き い。 入射X線 反射X線 規則的に並んだ 結晶に、 X線を θ 当てて反射させると、 特定の角度で 強い反射が起こり、 光路差 2dsin θθ 大きさ、形がわかる。 原子は規則的に ⇒原子は規則的に並ぶと有利。 ⇒きれいな結晶を形成している。 非常に小さくみえない。 ① 原子が規則的に配列し結晶となる。 格子定数 d 電子物性第1スライド6-6 原子間の結合の距離に最適値 光（X線）の干渉（反射）で見よう。 規則正しく 並んだ原子 1 nm以下 原子は規則的に X線回折図 ⇒原子は規則的に並ぶと有利。 X 線 強 度 X 線 強 度 ⇒きれいな結晶を形成している。 非常に小さくみえない。 光（X線）の干渉（反射）で見よう。 単結晶など アモルファス 原子間の結合の距離に最適値 1 nm以下 X線回折 0° 角度 θ 60 ° 90 ° 0° 30 ° 角度 θ 60 ° 90 ° 電子物性第1スライド6-7 入射 X 線 規則的に並んだ 結晶に、 X線を θ 当てて反射させると、 特定の角度で 強い反射が起こり、 光路差 2dsin θθ 大きさ、形がわかる。 ① X線の反射で結晶の形と大きさがわかる。 30 ° 反射 X 線 規則正しく 並んだ原子 格子定数 d X線回折 入射X線 規則的に並んだ 結晶に、 X線を θ 当てて反射させると、 特定の角度で 強い反射が起こり、 光路差 2dsin θθ 大きさ、形がわかる。 結晶格子 反射X線 実は余り多くないが、 NaCl（塩）などでは、 規則正しく 並んだ原子 単純な立方体の積層状 の格子（単純立方格子）。 格子定数 d 赤の立方体が単位格子。 電子物性第1スライド6-8 X線回折図 角度を変えて反射X線の 結晶性のないアモルファス 強度をプロットすると、 の場合には、目立ったピーク X 干渉で強めあう角度で が観測されない。 線 強 強いピークが見られる。 度 これは、きれいな結晶、 0単結晶などの場合で、 30° 60° 90° ° 角度θ ① きれいな結晶は鋭い回折ピークを持つ。 (a) 単純立方格子 単結晶など X 線 強 度 0° 30° 角度θ 60° 90° X線回折図 単結晶など アモルファス X 線 強 度 X 線 強 度 0° 30 ° 角度 θ 60 ° 90 ° 面心立方格子 金属などでは、多くの原子 が高密度で積層される。 これは、6つの各面に1個 ずつの原子が入った構造 0° 30 ° 角度 θ 60 ° 90 ° （金やアルミなど） 電子物性第1スライド6-9 結晶格子 実は余り多くないが、 NaCl（塩）などでは、 単純な立方体の積層状 の格子（単純立方格子）。 赤の立方体が単位格子。 ① 立方体が積もった格子を取る例がある。 (b) 面心立方格子 (a) 単純立方格子 結晶格子 ダイアモンド構造 実は余り多くないが、 ダイアモンドは、 炭素原子どうしが 共有結合で結びつく。結晶構造は NaCl（塩）などでは、 ダイアモンド構造。 単純な立方体の積層状 の格子（単純立方格子）。 赤の立方体が単位格子。 (a) 単純立方格子 面心立方格子 原子密度が小さく、軽い。 原子1個が4つと結合 し、正四面体配位。 共有結合が強く、硬い。 電子物性第1スライド6-10 金属などでは、多くの原子 が高密度で積層される。 これは、6つの各面に1個 ずつの原子が入った構造。 （金やアルミなど） ① 金属は高密度の面心立方格子をとりやすい。 (b) 面心立方格子 面心立方格子 金属の結合と電子 金属などでは、多くの原子 が高密度で積層される。 これは、6つの各面に1個 ずつの原子が入った構造 （金やアルミなど） (b) 面心立方格子 金属中は原子 あるいは、 金属イオンが 高密度存在。 余った価電子は、結晶全体 に分布。 電子は自由に 移動し電流を流す。 ダイアモンド構造 金属イオン 電子 電子 電子 電子 電子の波の広がり 電子 より大きい。 自由電子の海 電子物性第1スライド6-11 ダイアモンドは、 炭素原子どうしが 共有結合で結びつく。結晶構造は ダイアモンド構造。 原子1個が4つと結合 し、正四面体配位。 ① ダイアモンド構造は、正四面体配位が原因。 原子密度が小さく、軽い。 共有結合が強く、硬い。 まとめ ダイアモンド構造 ダイアモンドは、 炭素原子どうしが 共有結合で結びつく。結晶構造は ダイアモンド構造。 原子1個が4つと結合 し、正四面体配位。 原子密度が小さく、軽い。 共有結合が強く、硬い。 金属の結合と電子 分子は、イオン結合や共有結合でできるが、共有結合は 交換相互作用のため強いボンドを形成する。結晶は、 原子が規則正しくならび、光の回折などで検証される。 金属などは、原子が高密度にならぶ格子で、電子が、 その中を自由に動く。共有結合のダイアモンドは、原子の 結合（正四面体配位）から、低密度のダイアモンド構造。 電子物性第1スライド6-12 金属イオン 金属中は原子 あるいは、 電子 金属イオンが 高密度存在。 余った価電子は、結晶全体 電子 に分布。 電子は自由に 電子の波の広がり より大きい。 移動し電流を流す。 ① 金属中には自由電子があり、電流を流す。 電子 電子 電子 自由電子の海 金属の結合と電子 金属中は原子 あるいは、 金属イオンが 高密度存在。 余った価電子は、結晶全体 に分布。 電子は自由に 移動し電流を流す。 金属イオン 電子 電子 スライドを終了します。 電子 電子 電子の波の広がり 電子 より大きい。 自由電子の海 まとめ 電子物性第1スライド6-13 分子は、イオン結合や共有結合でできるが、 共有結合は 交換相互作用のため強いボンドを形成する。 結晶は、 原子が規則正しくならび、 光の回折などで検証される。 金属などは、原子が高密度にならぶ格子で、 電子が、 その中を自由に動く。共有結合のダイアモンドは、 原子の 結合（正四面体配位）から、低密度のダイアモンド構造。 ① 分子の結合と結晶の格子について述べました。
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