金属結晶の構造について

質問

高校化学で金属結晶は面心立方格子・体心立方格子・六方最密構造をとり、Al,Cu,Agなどが面心、Na,K,Feなどが体心、Mg,Znなどが六方最密の構造であると学習すると思います。
どのような理由（原因）などから、金属の結晶が面心立方格子になったり、体心立方格子あるいは六方最密構造になるのでしょうか？（例えば、なぜAlは面心で、Naは体心で、Mgは六方最密なのか？）
お手数ですが、教えて頂けませんでしょうか？

回答No.4

wata717

No.3です．そうです．Ｘ線回折で調べます．中性子や放射光を利用することもあります．また電子顕微鏡も小さな試料を調べるときに利用します．

お礼

わかりました。
ご回答、ありがとうございます！

回答No.3

wata717

この疑問はもっともですが，高校生には難しすぎますし，大学教授でも殆ど答えられないと思います．むしろ疑問をこんな風にして考えられたら如何でしょうか．何故Alは面心立方格子であると判明し，Naは体心立方格子と判明し，Mgは稠密六方格子と判明したのだろうか．これなら答えられる人はゴマンといると思います．そして，それを理解するためには十分な準備学習が必要です．まだまだ勉強が必要だと感じたら，まずあるがままを受け入れて下さい．またこの疑問が解決しないのに，いきなり何故Alは面心立方格子かと考えても意味は無いでしょう．

お礼

ご回答ありがとうございます。
ごもっともなご意見だと思います。
あるがままを受け入れることも必要と感じました。
なお、結晶構造の判明は漠然とX線回折などによるものと考えておりましたが、どうなのでしょうか？

回答No.2

usokoku

＞原子の振動が激しいということでしょうか？
たいしんりっぽうかどうか記憶が怪しげなのですが、おっしゃる通りです。
＞また、どのようかことから電子雲が大きさや原子の振動の激しさは決まってくるのでしょうか？
振動は、固体の熱膨張を思い出してください。温度が上がると、固体を構成している原子の振動が激しくなる。その結果、温度の上昇によって結晶構造が変化して行く個体があります(アルミで結晶構造の違いがあったような気がしますが、合金と勘違いしている可能性があります)。

電子雲の大きさは、エネルギーバンドを構成する原子の、電子軌道を考えてください。具体的には、シュレジンガー方程式を解くことになるでしょう。実験的には、イオン化エネルギーと結晶構造から電子雲のエネルギー順位を求めて、こんなこうぞうではないかな、と見当つけることになります。

電子雲の大きさ(極端に近似すると配意結合のはいいしの位置に金属原子がよってきて結合する)と、原子同士の反発を考えてください。

お礼

ご回答ありがとうございます。
大変、参考になりました。
また、とても勉強になりました。
とても感謝しております。
改めて、ありがとうございました！

回答No.1

usokoku

極端に簡略化すると、電子雲の大きさと原子の振動の範囲です。
ろっぽうと、(忘却1)は、単位格子あたりの原子数は同じです。ところが、(忘却2)はすくない。これは、原子の振動が激しくて、あるいは、電子雲が大きくて反発して、(忘却1)の構造が取れないので、隙間の多い(忘却2)の構造を取っている。

金属の配意結合が可能な位置が、四角形の平面状になるか、斜め上になるかの違いが(忘却1)とろっぽうの違いです。注意点は、配意結合といっても、現実には金属結合であり、配意しの研究成果がそのままつかえません。金属結合の部位が平面状になるか、斜め上になるかの違いです。

お礼

早速のご回答、大変ありがとうございます。
ご説明の内容からすると、体心立方格子をとるNa,K,Feなどは電子雲が大きいか原子の振動が激しいということでしょうか？
また、どのようかことから電子雲が大きさや原子の振動の激しさは決まってくるのでしょうか？
恐れ入りますが、ご教授願えませんでしょうか？