無機化合物の構造と特性 との関係を理解する

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1 無機化合物の構造と特性 との関係を理解する
無機元素化学 無機化合物の構造と特性 との関係を理解する

2 積層コンデンサ 同じサイズで大容量化が可能 構造の概要

3 積層コンデンサ 積層コンデンサの断面図 単層コンデンサの断面図 問題：
p.2の(1)式　C=AS/t 積層コンデンサの断面図 単層コンデンサの断面図 電極面積：S １層の厚さ：ｔ 単層の場合 電極面積：S 厚さ：5 ｔ 問題： 電極面積がS(m2)、単板の厚さが5t(m)である場合の単層コンデンサの容量がC(F)であるとする。この時、同じ材料を用いて作製した積層コンデンサ(5層)の容量(F)は？

4 主なセラミックス (固体の無機化合物) Al2O3（基板） TiO2（光触媒） SiO2（ガラス） SnO2（透明電極） 　　　　・

5 結晶構造(復習) 問１ 立方体を描き、立方最密構造と体心立方構造に おける格子点を記しなさい。
問１　立方体を描き、立方最密構造と体心立方構造に　おける格子点を記しなさい。 問２　問１における２種類の立方体の大きさを比べな　　さい。 問３　問１における２種類の構造の充填率を求めなさ　　い。

6 ミラー指数の意味と表し方 ３次元に広がる結晶中の平面を表す （101）面 (211)面 (100)面

7 状態図 全域固溶体型状態図 B’ L L+S 固溶体： A’ 化学組成が変化しても、結晶構造が元のまま保たれている固相 S A X B A

8 欠陥構造 不定比化合物 NiO(Ni1-O) 一部のNiが欠損 ZnO(Zn1+O) ただし、0 格子間にZnが存在 定比化合物
MgO　 Al2O3 フレンケル欠陥とショットキー欠陥

9 格子欠陥の表示法

10 2種類の格子欠陥と固溶体の例

11 格子欠陥表示の記号

12 欠陥の表記法（Kroger-Vink notation)
電子、正孔：e-、h・ 空孔：V 格子間位置：i 不純物原子（イオン）：M A：原子記号 a a: 相対価電子数　　　　　　　（通常状態からの変位） A b ｂ:位置

13 欠陥表記の練習 塩化ナトリウムのNaイオン、およびClイオン 塩化ナトリウムのNa位置に入っているKイオン
塩化ナトリウム中に生成するショトキー欠陥 塩化ナトリウム中に生成するフレンケル欠陥 NiOのNi位置にあるLi NiOのNi位置にNiがない欠陥

14 欠陥表記の考え方 NiOは酸素過剰：Ni1-δO or NiO1+δ この表記の意味は同じ？
ZnOは酸素不足：Zn1+δO or ZnO1-δ　　　　　　　　　この場合は？ いずれも非化学量論組成　　　　　　　　　　（しかし）電荷の総和はゼロ

15 格子欠陥 点欠陥 点欠陥の例 化学量論組成と非化学量論組成 体積欠陥 （空孔、粒界など） 線欠陥 面欠陥 空孔 格子間原子（イオン）
不純物原子（イオン） 点欠陥の例 ショットキー欠陥 フレンケル欠陥 化学量論組成と非化学量論組成 線欠陥 面欠陥 体積欠陥　　　　　　　（空孔、粒界など）

16 転移（固相の相転移） 温度の上昇につれて結晶構造が変化 ・SiO2の例： 石英（α石英）またはトリジマイト型構造 ↓（温度上昇） β石英
　　石英（α石英）またはトリジマイト型構造 　　　　　　　　　　　　　↓（温度上昇） 　　　　　　　　　　　β石英 変移型転移： α石英→（容易）β石英 再編型転移： α石英→（困難）トリジマイト

17 固溶体の種類 置換型固溶体と侵入型固溶体 課題　侵入型固溶体のひとつである水素吸蔵合金（または水素貯蔵合金）について、その代表的化合物からその用途について調べなさい。

18 固溶体の格子定数 ベガード則 NiO-MgO系固溶体化合物の格子定数は、組成と同様、端成分のそれらと直線的な関係にある。
問題　NiOとMgOは共にNaClと同様の結晶構造である。それぞれの化合物の格子定数を求めなさい。また、Ni1/4Mg3/4O、 Ni1/2Mg1/2O、 およびNi3/4Mg1/4Oなる組成式で表される化合物の格子定数を求めなさい。

19 結晶構造１ 配位数（陽イオンの周りの陰イオンの数）
問　イオン結晶における配位数は、４、６、８などと様々　　である。このように配位数が異なる理由を推察し　　なさい。 　　　　　（ヒント：イオンの大きさを考える）

20 結晶構造２ ペロブスカイト型化合物 問１　2種類のイオンの結合強度を求めなさい。また、これら　　の結合強度と酸素イオンの価数との関係を述べなさい。 問２　立方晶ペロブスカイト型構造を有する金属酸化物（例　　えば、BaTiO3）において、2種類の陽イオンと酸素イオン　　との間になりたつ関係式を導き出しなさい。

21 問１の解答 結合強度について考える 8/12 + 8/6 = 2 黄色（B)の周りには酸素イオンが６個 結合強度：+4/6
青色（A)の周りには酸素イオンが12個 　　　結合強度：+2/12 赤の陰イオンの周りには、青が４個、黄色が２個 結合強度が+2/12の青が４個 結合強度が+4/6の黄色が２個 8/12 + 8/6 = 2 酸素の価数

22 問２の解答 √ 2 ( rB + rO ) = rA + rOを導く 立方体の１辺の長さ：１ √ 面の対角線の長さ： 2
面の対角線の長さ： 2 中心を通る対角線の長さ： 3 √ 赤線の長さ： 2(rB + rO ) 白線の長さ： 2(rA + rO ) 白線の長さ/赤線の長さ= 2/1 √

23 結晶構造３ スピネル型化合物 （教科書p. 29の図1.26から、スピネル構造中の配位について理解する）
問　スピネル型構造を有する金属酸化物（例えば、　　　　　　　ZnFe2O4）の単位格子中に存在する２種類の陽イオン　　　　と酸素イオンの数を求めなさい。 問　逆スピネル型が多い理由を考察しなさい。

24 結晶構造４ ダイヤモンド型構造化合物 （単成分からなる物質もある） 問１ ダイヤモンドの単位格子中に存在する炭素原子の数 を求めなさい。
ダイヤモンド型構造化合物　　　　　　　　　　　　　　　（単成分からなる物質もある） 問１　ダイヤモンドの単位格子中に存在する炭素原子の数　　を求めなさい。 問２　炭素原子の半径が１であるとして、単位格子１辺の長　　さを求めなさい。 問３　ダイヤモンド結晶の空間占有率（約35%）を求めなさい。 問４　教科書の記述から、炭素原子の大きさ（nm）を求めな　　さい。 問５　ダイヤモンド単位格子の１辺の長さを求め、実際の値　　と比べなさい。（文献値：0.3567nm)