イオン結晶

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イオン結晶イオン結合結晶, Ionic crystal)はイオン結合によって形成される結晶のこと。

解説[編集]

この結晶は、異符号のイオン同士が隣り合いクーロン力によって結び付けられ固定されることでできる。イオン結合は強い結合なのでイオン結晶は融点が高く、硬い性質を持つ場合が多いが、脆くて壊れやすい性質も持つ。この性質を壁開という。これは、外力が加わると同符号のイオン同士が接近して、互いに反発しあうためである。

通常、固体では電気伝導性はない(超イオン伝導体は例外)が、融点を超えて液体となった場合や溶質としてなどに溶かすと電気を導く。これは、液体や水溶液になることで電荷を持ったイオンが移動できるようになるためである。水溶液中では電離して水和イオンとして存在する。このように水中で電離する物質を電解質という。

陽イオンを構成する元素と陰イオンを構成する元素の電気陰性度の差が小さい場合、結合は共有性を帯びるようになり、共有結晶的な性質をもつようになる。例えばヨウ化銀および硫化亜鉛などは共有結合性が強くなり、水に対する溶解度も小さい[1]

イオン結晶を構成する物質は組成式で表される。

構造[編集]

塩化ナトリウム型構造

1:1電解質の場合、陽イオンと陰イオンとのイオン半径の比率により周囲を取り囲む相手イオンの配位数が変化する。例えば立方晶系の場合、4配位の場合閃亜鉛鉱型構造、6配位では塩化ナトリウム型構造、8配位では塩化セシウム型構造となる[2]。さらに結晶の種類によっては六方晶系その他の構造を取るものもある。 1:2あるいは2:1電解質電解質では蛍石型構造、ヨウ化カドミウム型構造など様々な構造を取る。

イオン結晶の結合エネルギーの指標の一つとして、格子エネルギーがあり、これはイオンの電荷、イオン半径および結晶構造により決まり、結晶の融点、溶解度などに影響を与える。

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陽イオンと陰イオンとの組み合わせにより数多くのイオン結晶が存在する。

1価の陽イオンと1価の陰イオンからなるイオン結晶[編集]

F Cl Br I NO3
Li+ LiF(フッ化リチウム LiCl(塩化リチウム LiBr(臭化リチウム LiI(ヨウ化リチウム LiNO3硝酸リチウム
Na+ NaF(フッ化ナトリウム NaCl(塩化ナトリウム NaBr(臭化ナトリウム NaI(ヨウ化ナトリウム NaNO3硝酸ナトリウム
K+ KF(フッ化カリウム KCl(塩化カリウム KBr(臭化カリウム KI(ヨウ化カリウム KNO3硝酸カリウム
Rb+ RbF(フッ化ルビジウム RbCl(塩化ルビジウム RbBr(臭化ルビジウム RbI(ヨウ化ルビジウム RbNO3硝酸ルビジウム
Cs+ CsF(フッ化セシウム CsCl(塩化セシウム CsBr(臭化セシウム CsI(ヨウ化セシウム CsNO3硝酸セシウム
NH4+ NH4F(フッ化アンモニウム NH4Cl(塩化アンモニウム NH4Br(臭化アンモニウム NH4I(ヨウ化アンモニウム NH4NO3硝酸アンモニウム



1価の陽イオンと2価の陰イオンからなるイオン結晶[編集]

O2− SO42− CO32−
Li+ Li2O(酸化リチウム Li2SO4硫酸リチウム Li2CO3炭酸リチウム
Na+ Na2O(酸化ナトリウム Na2SO4硫酸ナトリウム Na2CO3炭酸ナトリウム
K+ K2O(酸化カリウム K2SO4硫酸カリウム K2CO3炭酸カリウム
Rb+ Rb2O(酸化ルビジウム Rb2SO4硫酸ルビジウム Rb2CO3炭酸ルビジウム
Cs+ Cs2O(酸化セシウム Cs2SO4硫酸セシウム Cs2CO3炭酸セシウム
NH4+ (NH4)2SO4硫酸アンモニウム (NH4)2CO3炭酸アンモニウム



2価の陽イオンと2価の陰イオンからなるイオン結晶[編集]

O2− S2− SO42− CO32−
Mg2+ MgO(酸化マグネシウム MgS(硫化マグネシウム MgSO4硫酸マグネシウム MgCO3炭酸マグネシウム
Ca2+ CaO(酸化カルシウム CaS(硫化カルシウム CaSO4硫酸カルシウム CaCO3炭酸カルシウム
Sr2+ SrO(酸化ストロンチウム SrS(硫化ストロンチウム SrSO4硫酸ストロンチウム SrCO3炭酸ストロンチウム
Ba2+ BaO(酸化バリウム BaS(硫化バリウム BaSO4硫酸バリウム BaCO3炭酸バリウム



2価の陽イオンと1価の陰イオンからなるイオン結晶[編集]

F Cl NO3
Mg2+ MgF2フッ化マグネシウム MgCl2塩化マグネシウム Mg(NO3)2硝酸マグネシウム
Ca2+ CaF2フッ化カルシウム CaCl2塩化カルシウム Ca(NO3)2硝酸カルシウム
Sr2+ SrF2フッ化ストロンチウム SrCl2塩化ストロンチウム Sr(NO3)2硝酸ストロンチウム
Ba2+ BaF2フッ化バリウム BaCl2塩化バリウム Ba(NO3)2硝酸バリウム



参考文献[編集]

  1. ^ 新村陽一 『無機化学』 朝倉書店、1984年
  2. ^ FA コットン, G. ウィルキンソン著, 中原 勝儼訳 『コットン・ウィルキンソン無機化学』 培風館、1987年

関連項目[編集]