共有結合結晶（例・特徴・性質・組成式・融点・電気伝導性など）

ダイヤモンド

• ダイヤモンドCは、炭素C原子がもつ4個の価電子が隣り合うC原子の価電子と共有結合して、正四面体の構造が繰り返された立体網目状構造をもつ。

• ダイヤモンドは綿密な立体網目状構造であり、したがって極めて硬く、融点も非常に高い。
• 伝導に必要な価電子が全て共有結合に使われているため、電気伝導性がない。
• 可視光を全て透過するため、色は無色透明である。

ダイヤモンドの単位格子に含まれるC原子の数

• 次の図は、ダイヤモンドの共有結合結晶の単位格子を表す。

• 単位格子の頂点を占めるC原子（1/8）を赤、面上のC原子（1/2）を青、格子内部の丸々1個のC原子を緑で表している。
• 単位格子に含まれるC原子の数は8個である。

\[
\mathrm{\frac{ 1 }{ 8 }×8+\frac{ 1 }{ 2 }×6+1×4=8(個)}
\]

配位数

• C原子は周りの4個のC原子と接している。したがって、ダイヤモンドの単位格子における配位数は4である。

黒鉛

• 黒鉛Cは、C原子がもつ4個の価電子のうち3個のみを使って隣り合う炭素原子の価電子と共有結合し、正六角形の構造が繰り返された平面層状構造をつくっている。また、この平面層状構造同士が分子間力によって緩く結合している。

• 黒鉛は結合が弱いため柔らかく、また層の部分から薄く剥がれやすい。
• 伝導に必要な価電子が1個残っているため、電気伝導性がある。
• 光を遮る価電子が1個残っているため可視光は一部しか透過せず、色は黒色である。

ケイ素

• ケイ素Siも炭素同様14族元素なので、4個の価電子を持っている。
• 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。

• 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、ケイ素はやや電気を通す。（＝半導体↔︎ダイヤモンドは絶縁体）
• 半導体の性質を生かし、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

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

• Si原子の正四面体構造のなかに、SiO₄の正四面体構造が収まっているようなイメージである。
• 二酸化ケイ素SiO₂は、ダイヤモンド同様、硬くて融点が高く、電気も通さない。
  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。