化学理科

5分でわかる金属結晶!どんな構造になってる?特徴は?理系学生ライターがわかりやすく解説

よぉ、桜木建二だ。今回は「金属結晶」について解説していくぞ。

金属結晶は、結晶の種類の1つだ。主に金属元素がこの結晶構造をとるぞ。「金属光沢がある」、「電気をよく通す」、「熱が伝わりやすい」といった金属の特徴がみられる理由は、金属結晶内の電子にある。ぜひ、この機会に金属結晶について理解を深めてみてくれ。

環境工学、エネルギー工学を専攻している理系学生ライターの通りすがりのぺんぎん船長と一緒に解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

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ライター/通りすがりのペンギン船長

現役理系大学生。環境工学、エネルギー工学を専攻している。これらの学問への興味は人一倍強い。資源材料学、環境化学工学、バイオマスエネルギーなども勉強中。

金属結晶とは?

金属結晶とは?

image by Study-Z編集部

物質を構成する原子は、希ガス原子を除いて、電気的に不安定な存在です多くの原子は、不安定な状態を解消するために、原子同士で集合体を形成し、分子や結晶を構成します。このとき、原子間には結合が生じますね。

金属元素も、原子単独では不安定であることから、金属特有の結晶を作ります。この結晶のことを、金属結晶というのです。そして、金属結晶を構成する原子間の結合のことを金属結合と呼びます。金属結合は、金属原子の価電子が別のエネルギー準位に移り、自由電子になることで生じますよ。自由電子は、金属結晶内の空間を自由に移動することができます

また、金属結晶内の原子は、規則正しい繰り返し構造を成していますよ。金属の特徴である金属光沢展性および延性電気伝導性熱伝導性といった性質は、自由電子の存在と結晶内の繰り返し構造に起因するのです。これらの話題は、記事の後半で詳しく解説します。

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自由電子という言葉を覚えておけ。

金属結晶の構造

金属結晶は、規則正しい繰り返し構造をもつことを先ほど述べました。ここでは、この繰り返し構造の種類について解説していきます。金属結晶の繰り返し構造には、体心立方格子面心立方格子六方最密構造の3種類がありますよ。

体心立方格子は、原子を2つ含む立方体を最小単位とする繰り返し構造です。この構造では、配位数(1つの原子に隣り合う原子の数)は8個なります。ナトリウムや鉄が、この構造をとりますよ。また、面心立方格子は、原子を4つ含む立方体を最小単位とする繰り返し構造です。アルミニウムや銅が、この構造をとります。この構造では、配位数は12個です。そして、六方最密構造は、原子を2つ含む六角柱を最小単位とする繰り返し構造ですよ。マグネシウムや亜鉛が、この構造をとります。この構造では、配位数は12個ですよ。

繰り返し構造の種類は、金属結晶の密度や機械的強度などに結び付く要素の1つです。材料力学といった学問では、このような点をより深く解明していきますよ。興味を持たれた方は、ぜひ学んでみてください。

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金属結晶の構造には、いくつか種類があるぞ。

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