イオン結晶の単位格子
カメレオン先生陽イオンと陰イオンの大きさの比で、配位数6の構造になるか配位数8の構造になるかが決まるよ。
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- 塩化ナトリウム型構造は、Na⁺とCl⁻がそれぞれ面心立方格子（新しいタブで開きます）の位置に交互に配置された構造で、配位数は6、単位格子（新しいタブで開きます）にNa⁺・Cl⁻が4個ずつ含まれる。
- 塩化セシウム型構造は、Cs⁺が単位格子の中心、Cl⁻が8個の頂点に配置された構造で、配位数は8。
- どちらの構造をとるかは、主に陽イオン（新しいタブで開きます）と陰イオンの大きさの比によって決まる。
詳しく
塩化ナトリウム型構造
塩化ナトリウムNaClの結晶では、Cl⁻が面心立方格子と同じ位置（頂点8個と面の中心6個）に並び、そのすき間にNa⁺が入り込んでいる。この配置を塩化ナトリウム型構造という。
単位格子に含まれるCl⁻の数は、面心立方格子の原子数と同じ8×1/8＋6×1/2＝4個。Na⁺は単位格子の12本の辺の中心（12個×1/4個分）と中心の1個を合わせて12×1/4＋1＝4個あり、Na⁺とCl⁻の比はちょうど1：1でNaClの組成式（新しいタブで開きます）と一致する。
この構造では、1個のNa⁺のまわりに最も近い距離で6個のCl⁻が接しており（反対にCl⁻のまわりにも6個のNa⁺）、配位数は6になる。
塩化セシウム型構造
塩化セシウムCsClの結晶では、Cl⁻が単位格子の8個の頂点に、Cs⁺が単位格子の中心に配置されている。この配置を塩化セシウム型構造という。
単位格子に含まれるCl⁻の数は8×1/8＝1個、Cs⁺は中心の1個なので、Cs⁺とCl⁻の比は1：1でCsClの組成式と一致する。
この構造では、中心のCs⁺のまわりに8個のCl⁻が最も近い距離で接しており、配位数は8になる。塩化ナトリウム型構造（配位数6）より多くのイオンに接する、すき間の少ない構造である。
なぜ構造が分かれるのか：イオンの大きさの比
塩化ナトリウム型構造と塩化セシウム型構造のどちらをとるかは、主に陽イオンと陰イオンの大きさの比によって決まる。陽イオンが陰イオンに対して十分に大きいと、陰イオンどうしを接触させずに陽イオンのまわりへ8個の陰イオンを配置できるため、塩化セシウム型構造になりやすい。
陽イオンが陰イオンに対して小さい場合は、8個の陰イオンを陽イオンのまわりに置くとすき間ができすぎてしまうため、配位数6の塩化ナトリウム型構造のほうが安定になる。
Na⁺はCs⁺より小さいイオンなので塩化ナトリウム型構造をとり、Cs⁺はNa⁺より大きいイオンなので塩化セシウム型構造をとる。酸化カルシウムCaOや酸化マグネシウムMgOなど、多くのイオン結晶は塩化ナトリウム型構造をとる。
確認問題
確認問題（解答用紙）
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/ionic-crystal-unit-cells/?from=print#quiz
塩化ナトリウム型構造の単位格子で、頂点に8個・面の中心に6個ある陰イオンCl⁻の合計数は何個か（頂点は1/8個分、面の中心は1/2個分として数える）。
答え：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
正解：4
頂点のCl⁻は8×1/8＝1個、面の中心のCl⁻は6×1/2＝3個で、合計1＋3＝4個になる。塩化ナトリウム型構造で、1個のNa⁺に最も近い距離で接するCl⁻の数（配位数）はいくつか。
- ◯ 4
- ◯ 6
- ◯ 8
- ◯ 12
正解：6
塩化ナトリウム型構造では、1個のNa⁺のまわりに6個のCl⁻が最も近い距離で接している（反対にCl⁻のまわりにも6個のNa⁺）。塩化セシウム型構造で、中心のCs⁺に最も近い距離で接するCl⁻の数（配位数）はいくつか。
- ◯ 4
- ◯ 6
- ◯ 8
- ◯ 12
正解：8
塩化セシウム型構造では、単位格子（新しいタブで開きます）の中心のCs⁺のまわりに8個の頂点のCl⁻が最も近い距離で接している。塩化ナトリウム型構造と塩化セシウム型構造のどちらをとるかは、主に何によって決まるか。
- ◯ 結晶の色
- ◯ 陽イオンと陰イオンの大きさの比
- ◯ イオンの質量の大きさ
- ◯ 結晶ができるときの圧力のみ
正解：陽イオンと陰イオンの大きさの比
陽イオン（新しいタブで開きます）が陰イオンに対して十分に大きいと塩化セシウム型構造（配位数（新しいタブで開きます）8）、陽イオンが小さいと塩化ナトリウム型構造（配位数6）になりやすい。どちらをとるかは主にイオンの大きさの比で決まる。
単元のポイント
- 塩化ナトリウム型構造 Na⁺とCl⁻がそれぞれ面心立方格子の位置に交互に配置された構造。配位数6
- 塩化セシウム型構造 Cs⁺が単位格子の中心、Cl⁻が8個の頂点に配置された構造。配位数8