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構造化学

木村の理論化学小ネタ 体心立方構造 面心立方構造 六方最密構造 剛球の並べ方と最密構造剛球を平面上に の向きに整列させるのに次の 2 つの方法がある 図より,B の方が A より密であることがわかる A B 1

~5 セメナノサイエンス基礎 A 1~ 結晶 結晶と非晶質結晶 : 原子配列が規則的非晶質 : 原子配列が不規則的 単結晶と多結晶単結晶 : 巨視的に見て原子配列が規則的な結晶多結晶 : 単結晶が集まったもの いろいろな操作によって 結晶格子を自分自身に重ね合わすことができる操作をまとめて点群操作と

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0.1 (77 :21-25),,... VSEPR. (1) 2 ( ). (2), ( ). (3),. (4),. (5) 3,. (6),. *1 (7) *2. (8),Li,Be,B. 1:. VSEPR( ). VSEPR. (1),.. (2), >, > (3

解答例 ( 河合塾グループ株式会社 KEI アドバンスが作成しました ) 特別奨学生試験 ( 平成 29 年 12 月 17 日実施 ) 数 学 数学 2= 工 経営情報 国際関係 人文 応用生物 生命健康科 現代教育学部 1 整理して (60 分 100 点 ) (2 3+ 2)(

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2 図微小要素の流体の流入出 方向の断面の流体の流入出の収支断面 Ⅰ から微小要素に流入出する流体の流量 Q 断面 Ⅰ は 以下のように定式化できる Q 断面 Ⅰ 流量 密度 流速 断面 Ⅰ の面積 微小要素の断面 Ⅰ から だけ移動した断面 Ⅱ を流入出する流体の流量 Q 断面 Ⅱ は以下のように

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補足 中学で学習したフレミング左手の法則 ( 電 磁 力 ) と関連付けると覚えやすい 電磁力は電流と磁界の外積で表される 力 F 磁 電磁力 F li 右ねじの回転の向き電 li ( l は導線の長さ ) 補足 有向線分とベクトル有向線分 : 矢印の位

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p tn tn したがって, 点 の 座標は p p tn tn tn また, 直線 l と直線 p の交点 の 座標は p p tn p tn よって, 点 の座標 (, ) は p p, tn tn と表され p 4p p 4p 4p tn tn tn より, 点 は放物線 4 p 上を動くこと

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0 21 カラー反射率 slope aspect 図 2.9: 復元結果例 2.4 画像生成技術としての計算フォトグラフィ 3 次元情報を復元することにより, 画像生成 ( レンダリング ) に応用することが可能である. 近年, コンピュータにより, カメラで直接得られない画像を生成する技術分野が生

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大阪大学物理 8 を解いてみた Ⅱ. 問 ( g cosq a sin q ) m - 台 B 上の観測者から見ると, 小物体は, 斜面からの垂直抗力 N, 小物体の重力 mg, 水平左向きの慣性力 ma を受け, 台 B の斜面と平行な向きに運動する したがって, 小物体は台 B の斜面に垂直な方

代数 幾何 < ベクトル > 1 ベクトルの演算 和 差 実数倍については 文字の計算と同様 2 ベクトルの成分表示 平面ベクトル : a x e y e x, ) ( 1 y1 空間ベクトル : a x e y e z e x, y, ) ( 1 1 z1

点におけるひずみの定義 ( その1)-(ε, ε,γ ) の定義ひずみは 構造物の中で変化しているのが一般的である このために 応力と同様に 構造物内の任意の点で定義できるようにした方がよい また 応力と同様に 一つの点に注目しても ひずみは向きによって値が異なる これらを勘案し あ

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工業材料の用途による分類. 構造材料 (structural materials) 構造物を構成し, 内外から受ける力学的負荷に耐える材料. 一般に, 機械的性質 ( 降伏応力, 破壊強度, き裂伝ぱ, 座屈に対する抵抗等 ) で評価される.. 機能材料 (functional materials)

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平成 25 年度京都数学オリンピック道場 ( 第 1 回 ) H 正三角形 ABC の外接円の,A を含まない弧 BC 上に点 P をとる. このとき, AP = BP + CP となることを示せ. 解説円周角の定理より, 4APC = 4ABC = 60, であるから, 図のよ

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学習指導要領

頻出問題の解法 4. 絶対値を含む関数 4.1 絶対値を含む関数 絶対値を含む関数の扱い方関数 X = { X ( X 0 のとき ) X ( X <0 のとき ) であるから, 絶対値の 中身 の符号の変わり目で変数の範囲を場合分けし, 絶対値記号をはずす 例 y= x 2 2 x = x ( x

Transcription:

無機化学 03 年 4 月 ~03 年 8 月 水曜日 時間目 4M 講義室第 3 回 7 月 0 日ミラー指数面の間隔 X 線回折ブラッグの法則 (0 章材料 : 固体 ) 結晶構造 担当教員 : 福井大学大学院工学研究科生物応用化学専攻教授前田史郎 E-mil:sme@u-fukui.c.jp URL:http://cbio.cbio.u-fukui.c.jp/phychem/me/kougi 教科書 : アトキンス物理化学 ( 第 8 版 ) 東京化学同人 主に 8 9 章を解説するとともに 0 章 章 章を概要する 7 月 3 日 () 底心正方格子は, なぜ4 種類のブラベ格子の中に含まれないのか図を描いて説明せよ. 答格子定数 の長さが の単純正方格子と同じである. c

c b 3 () 自習問題 0 0.8nm,b0.94nm,c0.75nm の斜方単位胞 の (){33} 面と,(b){399} 面の両間隔を計算せよ. 解法 () (0 3) 式に格子定数とミラー指数を代入する. 3 3 + + 7.67 0.8 0.94 0.75 0.036 0.90nm 答. 0.9nm (b) {399} 面のミラー指数は {33} 面の 3 倍である. したがって 面間隔は /3 である. 答. 0.063nm 4

0 格子面の同定 () ミラー指数 75 任意の面の表し方 () 面と各軸との交点座標 (x,y,z) を求める. () 座標 (x,y,z) を各格子定数で割った逆数 (h,k,l) を求める. (3) 座標成分を最小整数比に直し, 括弧にくくって表す. 5 ある平面が X, Y, Z 軸とそれぞれ /h, b/k, c/l で交わる場合, その面は ( h k l ) 面とよばれる. ただし,h k l の値は整数とする. z c 左は,X 軸を,Y 軸を b/,z 軸を c/3 で切っている面 したがって,h,k,l 3 x b y この面は ( 3) 面 6

7 (b) 面の間隔ミラー指数は, 面と面の間隔を表すのに非常に役立つ. 図 0 に示す正方格子における {hkl} 面の間隔は次式で与えられる. ( ) 0 0 k h, k h hk hk + + ( ) l k h, l k h hkl hkl + + + + c l b k h hkl + + 三次元に拡張すると, 一般的な斜方格子では次式になる. 75 8 b/k φ φ /h b k h b k h + + cos sin + φ φ b k k b h h φ φ cos sin であるから c l b k h hkl + + 三次元に拡張する面間隔 と格子定数の関係式

ミラー指数が (hkl) の面間隔 hkl と,n 倍の (nh,nk,nl) である面間隔 nh,nk,nl の関係 ( nh) ( nk) ( nl) h k l n + + n nhnknl b c + + b c hkl nhnknl n hkl 図 0 {0} 面の間隔は, {0} 面の間隔の半分である. 一般に, 面 {nh,nk,nl} の間隔は, {hkl} 面の間隔のn 分のである. 9 ミラー指数 (hkl) と {hkl}, そして [hkl] の違いは? 75 () (hkl) は,つの面を表す. () {hkl} は, 平行な面の 組を表す. 例 :(0) 面に平行になっている面を全て含めて {0} 面という. 立方晶では4 回回転軸によって,(00),(00),(00) は等価であるので, まとめて {00} 面という. (3) [hkl] は, (hkl) 面に垂直な方向を表す.

立方格子のミラー指数 原点から座標 (α,β,γ) へ向かう方向 α:β:γ の最小の整数比 h:k:l [hkl] [] 方向は, 原点から座標 () へ向かう方向, すなわち () 面に垂直な方向を表す. 例 :[] 方向は, 原点から座標 (,,) へ向かう方向 () 面と [] 方向

AH 方向は, 原点から点 (,,) へ向かうベクトルである. したがって,AF 方向は点 (0,0,) へ向かう方向である. BD 方向は, 原点から点 (,-,0) へ向かう方向である, すなわち, 向である. 方 BD 方向は, 原点から点 (,-,0) へ向かう方向である, すなわち, 方向である.

0 3 構造の研究 755 (b) ブラッグの法則隣接する 枚の格子面による同じ波長の 本の平行光線の反射を考えよう. 本の光線の正味の光路長は距離 GE+EHだけ異なる. 光路長が波長の整数倍のとき, 波の位相が揃って強め合う干渉を起こす. A C K D θ B F θ M G H E θ L N X 線回折の原理 BG,BH は,B から DE,EF に下した垂線 GE+EHsinθ 5 Brggの回折条件 (X 線回折におけるBrggの条件 ) 散乱 X 線が強め合う条件は, X 線の行路差 ( 光路差 ) X 線の波長の整数倍 GE+EHsinθ 入射 X 線の波長を λ とすると, 式より sinθnλ (n は正整数, 回折の次数 ) 6

756 例題 0 ブラッグの法則の応用波長が54pmのCuKαX 線を使ったとき, ある立方晶の {} 面からの一次反射が視野角. に観測された. この単位胞の一辺の長さはいくらか. [ 解答 ] ブラッグの法則から面間隔を求めることができる. λ 54 0 0 3. 96 0 m 396pm sinθ sin. 一辺がの立方格子の {} 面の面間隔は (0 ) 式によって, 次のよう に与えられる. 3 したがって, 3 λ 3 54 0 0 3 6. 866 0 m 686. 6pm sinθ sin. である. 答.687pm 自習問題 0 例題 0 と同じ結晶が {3} 面からの反射を与える角度を計算せよ [ 解答 ] ブラッグの法則 (0 5) 式から面間隔を求めることができる. λ 3 sinθ 一辺がの立方格子の {3} 面の面間隔は (0 ) 式によって, 次のように与えられる. 3 ( + + 3 ) 4 したがって, λ 3 sinθ 4 4λ sinθ 4 54 0 θ sin 687 0 o 4.8 答.4.8

結晶構造 0 5 金属性固体 ほとんどの金属元素は, 結晶化して三つの単純な形のうちの一つになり, そのうちの二つは, 剛体球ができるだけ最密な並列になるように充填するという観点から説明できる 767 () 最密充填 () 立方最密充填 (ccp : cubic close-pcke) () 六方最密充填 (hcp : hexgonl close-pcke) (b) 充填率の低い構造 (3) 体心立方 (bcp : boy centere pcke) 768 表 0 元素の結晶構造の例 六方最密充填 アルカリ土類金属 (Be,Mg) 属金属 (Zn,Cなど) 立方最密充填 遷移金属 (Au,Ag,Cuなど) 体心立方 アルカリ金属 (N,Kなど)

768 768

段目までは同じ (A,B,A,B, ) (3 段目の位置は 段目の真上である ) C B A A B C 六方最密充填 (b) と立方最密充填 (c) (A,B,C,A,B,C, ) (3 段目の真下には原子がない ) 3 A 層のとの位置に 段目と,3 段目の原子を積むと,A BCABC の繰り返しである立方最密充填となる. 六方最密充填では,3 段目の原子をA 層のと同じの位置に置くのでABAB の繰り返しとなる. 立方最密充填構造と面心立方格子

充填率

768 充填率の計算に必要な情報は, () 格子定数 () 単位格子中の原子の数 (3) 原子の体積 原子半径 r r と の関係が分かれば良い 充填率 ( 原子の体積 ) ( 単位格子中の原子の数 ) 単位格子の体積

球の詰まり方は面心立方構造と同じなので, 充填率も同じ 74% である. 768

0 6 イオン性固体 769 () 構造球を積み重ねて (NClやMgOなどの) 単原子イオンの化合物の結晶をつくるときは, イオンの半径が異なることと ( 一般にカチオンの方がアニオンより小さい ), 電荷が異なるということを考慮に入れることが不可欠である イオンの配位数とは, 反対の電荷を持つ最近接イオンの数である 構造自体の特徴は,(n+,n-) 配位を持っているとして表される 偶然に両イオンが同じサイズをもっていたとしても, 単位胞が電気的に中性であることが保証されていなければならないために, 配位の最密充填構造を実現することは不可能である この結果, イオン性固体は一般に金属より密度が小さくなる 実現可能な充填率最大の構造は,(8,8) 配位の塩化セシウム構造である 個の電荷をもつイオンが立方単位胞の中心にあり, 頂点に8 個の対イオンがある この構造をとるものには,CsCl 自身や,CS, CsCN,CuZnがある イオンの半径の違いがCsClの場合よりも大きいときは,8 配位の充填でさえ実現できない よく見られる構造は,NClで代表される(6,6) 配位の岩塩構造である 岩塩構造は, カチオンからなる立方 F(fcc) の配列を少し広げて, アニオンからなる同様の配列との二つを互いに貫入し合ったかたちにしたものと見ることができる この構造をとるものには, NClのほか,KBr,AgCl,MgOなどを含むMX 型の化合物がある

769

7 月 0 日学生番号, 氏名 () 格子定数 の体心立方格子を考える. (-) 単位格子を図示せよ. (-) (0) 面および方向を図示せよ. () 結晶内にある一組の面のひとつが軸と 3,b,c で交わる. (-) この面を図示せよ. (-) この組の面のミラー指数は何か. ( 3 ) 本日の授業に対する意見, 感想など. 44

() 結晶内にある一組の面のひとつが軸と 3,b,c で交わる. この組の面のミラー指数は何か. ある平面が X, Y, Z 軸とそれぞれ /h, b/k, c/l で交わる場合, その面は ( h k l ) 面とよばれる. ただし,h k l の値は整数とする. 左は,X 軸を 3,Y 軸を b,z 軸を c で切っている面 c したがって,h /3,k /,l / この面は ( 3 3) 面 b 45