結晶

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結晶(けっしょう、crystal)とは原子分子が空間的に繰り返しパターンを持って配列しているような物質である。より厳密に言えば離散的な空間並進対称性をもつ理想的な物質のことである。現実の物質の大きさは有限であるため、そのような理想的な物質は厳密には存在し得ないが、物質を構成する繰り返し要素(単位胞)の数が十分大きければ(アボガドロ定数個程度になれば)結晶と見なせる。

この原子の並びは、X線程度の波長の光に対して回折格子として働き、X線回折と呼ばれる現象を引き起こす。このため、固体にX線を当てて回折することを確認できれば、それが結晶していると判断できる。現実に存在する結晶には格子欠陥と呼ばれる原子の配列の乱れが存在し、これによって現実の結晶は理想的な性質から外れた状態となる。格子欠陥は、文字通り「欠陥」として物性を損ねる場合もあるが、逆に物質を特徴付けることもあり、例えば、一般的な金属が比較的小さな力で塑性変形する事は、結晶欠陥の存在によって説明される。

準結晶と呼ばれる構造は、並進対称性を欠くにもかかわらず、X線を回折する高度に規則的な構造を持っている。数学的には高次元結晶の空間への射影として記述される。また、液晶は3次元のうちの一つ以上の方向について対称性が失われた状態である。そして、規則正しい構造をもたない物質をアモルファス(非晶質)と呼び、これは結晶の対義語である。

結晶の定義[編集]

国際結晶学連合(IUCr)では1992年に、結晶(Crystal)を「本質的に離散的な回折を与える固体」として、 また非周期的結晶(aperiodic crystal)を「三次元の格子の周期性を持っていない結晶」として定義し直してている。 これにより、3次元の周期性は悪すぎるが非周期的結晶の解析のために開発された結晶学的方法によって 議論ができる化合物、例えば変調された構造体、ポリタイプ、不整合(インコメンシュレート)相、複合結晶、準結晶も結晶と呼ぶこととなった。

結晶の種類[編集]

結合の種類によって結晶は次のように分類される。

結晶において、それを形成する結合は一種類だけとは限らず、複数の結合が混在(共有性とイオン性両方を示す場合はよくある)している場合がある。例として2001年に39K超伝導を示し有名になった MgB2二ホウ化マグネシウム)がある。MgB2金属金属間化合物)でありながら、原子間の結合が主に共有結合による部分(B層のB原子間)と主にイオン結合による部分(Mg層とB層の間)からなる(電子状態は金属なので、金属結合的な部分もある)。

結晶の形状[編集]

結晶構造#結晶格子を参照のこと。

関連項目[編集]

外部リンク[編集]