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重要問題集の歩き方 '2013 vol.16 第3章(Ⅱ)後編
「重要問題集の歩き方」では、実戦 化学I・II重要問題集 2013年効果的な使い方について解説しています。

 目指せ、重問マスター!!

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 前回は、第3章の化学Ⅱの範囲を2つのテーマに分け、一つ目のテーマについて解説しました。

今回は第3章の第二のテーマ 結晶格子についてお話しようと思います。


 結晶は、原子や分子が規則正しく並んだものです。理科の実験で、食塩水をゆっくり蒸発させて塩化ナトリウムの美しい結晶を見たことがある方は多いと思います。規則を持って並ぶと、あのように綺麗な形になるのですね。

その繰り返す規則性の単位を結晶格子と呼びます。立体(箱の外枠)になっているので格子です。ですので結晶格子がn個(無限個)集まると結晶になります。

言うまでもないことですが、格子点(結晶格子の頂点)にある原子同士は化学結合しています。金属結合イオン結合共有結合が結晶格子を作る主な結合です。

 (1)金属結合

金属結合の作る結晶格子で押さえておくべきは3つ。

  (a)面心立方格子 → 【41】

  (b)体心立方格子 → 【42】

  (c)六方最密構造 → 【50】

 それぞれの粒子の配置については、名前を見れば明らかでしょう。格子点と、格子の"面"の中"心"に配置するのが面心立方格子。格子点と立"体"(格子)の中"心"に配置するから体心立方格子。六方最密構造は、格子が正六角柱で、真ん中の面の1原子から上下に"六方"向へ配位して(加えて同一面で六配位していて合計12配位)、立体的に粒子が"最も密に"詰め込まれるので六方最密構造という名称になります。

 六方最密構造は理解が難しいと思われるので、以下に参考になるページを紹介しておきます。

http://rikanet2.jst.go.jp/contents/cp0200a/contents/30508.html
http://sstweb.ee.ous.ac.jp/lecture/ee/SoldStatePhisics/sp20081211.pdf


 (2)イオン結合

金属結合の作る結晶格子で頻出なのは以下の2つ。

  (a)NaCl型 → 【45】,【51】

  (b)CsCl型 → 【51】

また、重問では取り上げられていませんが難関大を目指す方は、以下の3つも押さえておきたいところです。

  (c)蛍石型
   → http://chemieaula.blog.shinobi.jp/Entry/254/

  (d)閃亜鉛鉱(ウルツ鉱)型
   → http://extreme.phys.sci.kobe-u.ac.jp/extreme/student/2007/tomoo/Crystal_gallery.html

  (e)ペロブスカイト型
   → http://mikecat.org/zome/ionic-crystal.html

イオン結晶は、格子内に2種類の粒子が存在します。それぞれの粒子ごとに分けて見ることができるか、がポイントです。たとえばNaCl型だと、Na+を中心に考えるとCl-は面心立方格子の配置。逆にCl-を中心に考えるとNa+はやはり面心立方格子の形をとっています。ということは、金属結合の結晶格子の知識が流用できるわけですね。

イオン結合の結晶格子の配置は、イオン粒子の半径(イオン半径比)によって決まります。それを題材にしたのが【51】です。


 (3)共有結合

共有結合の作る結晶格子で頻出とされるのは以下の2つですね。

  (a)ダイヤモンド型 → 【48】

  (b)フラーレン型 → 【49】

この2つは(1),(2)と違って粒子の配置が一目で分かりづらいです。しっかり演習しておきましょう。


また、結晶格子のところで導出できるようになっておきたいものは、
 格子定数a[cm]
 粒子半径r[cm]
 イオン半径比r+/r-
 充填率[%]
 配位数
 粒子間結合距離[cm]

です。

これらは、「六方最密構造の充填率が74%」・・・というように数値を丸暗記するのでなく、しっかり導出の過程を理解しておくようにしましょう。でないと、
 密度d[g/cm^3]
 アボガドロ定数N[/mol]
 原子量M[g/mol]

のように、条件が文字で与えられて文字式で答えることになった際に苦労するハメになります。ヘタな丸暗記は大ケガのもとです。


 以上が結晶格子の問題についてのお話でした。

次回は第4章についてお話します。
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