共有結合結晶【高校化学・化学基礎一問一答】

炭素Cやケイ素Siは原子価が４（＝最大）のため、多数の原子が共有結合だけで結びついて大きな結晶を作ることができる。このように、多数の原子が共有結合によって繋がってできた結晶を【１】という。この結晶は１つの【２】とみなすことができる。

共有結合結晶の代表例としてはダイヤモンドC・黒鉛C・ケイ素Si・二酸化ケイ素SiO₂などがあり、これらの物質は構成元素の種類と割合を最も簡単な整数比で表した【１】で表される。

ダイヤモンドCは、炭素C原子がもつ【１】コの価電子が隣り合うC原子の価電子と【２】結合して、正四面体の構造が繰り返された【３】状構造をしている。

ダイヤモンドは極めて【１（硬or柔らか）】く、融点は非常に【２（高or低）】い。また、（伝導に必要な価電子が全て共有結合を作るために使われているので）電気伝導性は【３（高or低）】く、（光を遮る価電子がなく可視光は全て通過するため）色は【４】である。

黒鉛Cは、炭素原子がもつ【１】コの価電子のうち【２】コのみを使って隣り合う炭素原子の価電子と【３】結合し、正六角形の構造が繰り返された平面層状構造を作っている。また、この平面層状構造同士が【４】によって緩く結合している。

黒鉛はダイヤモンドと比べて【１（硬or柔らか）】く、また層の部分から薄く剥がれやすい。また、（伝導に必要な価電子が１つ残っているので）【２】があり、（光を遮る価電子が１つ残っているので可視光は一部しか透過せず）色は【３】である。

ケイ素Siも炭素同様14族元素なので、【１】コの価電子をもっている。したがって、ダイヤモンドのように正四面体構造が繰り返された共有結合結晶を形成する。

ケイ素のSi-Si結合は、ダイヤモンドのC-C結合に比べて弱く切れやすいのでやや電気を通す。（＝【１】↔︎ダイヤモンドは【２】）
したがって、純度の高いケイ素はパソコン関係の部品や太陽光発電のパネルなどに用いられる。

二酸化ケイ素SiO₂の共有結合結晶は、ケイ素Siの共有結合結晶に【１】原子を組み込んだ構造になっている。

二酸化ケイ素SiO₂は、ダイヤモンド同様、【１（硬or柔らか）】くて融点が【２（高or低）】く、電気伝導性は【３（あるorない）】。天然に水晶や石英として存在し、その多くは光ファイバーや時計の部品などとして利用される。