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はじめに
大学入試で頻出のイオン結晶には「塩化ナトリウム型構造(NaCl型構造)」「塩化セシウム型構造(CsCl型構造)」「硫化亜鉛型構造(ZnS型構造)」の3種類がある。このページではそのうち「塩化ナトリウム型構造(NaCl型構造)」のイオン結晶について、単位格子あたりに含まれる陽イオン・陰イオンの数、配位数、イオン半径と単位格子一片の長さの関係、限界半径比などを1つ1つ丁寧に解説していく。ぜひこの機会に塩化ナトリウム型構造(NaCl型構造)のイオン結晶をマスターし、他の受験生と差をつけよう!
塩化ナトリウム型構造とは
下図のような構造を持つイオン結晶を塩化ナトリウム型構造(NaCl型構造)という。
塩化ナトリウム型構造に含まれる陽イオン・陰イオンの数
Na+の数

まずは、塩化ナトリウム型構造(NaCl型構造)に含まれるNa+を数えていこう。
塩化ナトリウム型構造(NaCl型構造)に含まれるNa+のうち、格子の各“辺”にあるものはNa+を4分割した状態になっている。
従って、4分割(1/4)したものが頂点の数分=12コあるので…
\mathtt{ \frac{ 1 }{ 4 }×12=3 }
\]
頂点にあるNa+の数は合わせて3コである。
塩化ナトリウム型構造(NaCl型構造)に含まれるNa+のうち、格子の中心にあるものは丸々1コである。
以上より、塩化ナトリウム型構造(NaCl型構造)に含まれるNa+の数は3+1=4コである。
Cl–の数

次に、塩化ナトリウム型構造(NaCl型構造)に含まれるCl–を数えていこう。
塩化ナトリウム型構造(NaCl型構造)に含まれるCl–のうち、格子の各頂点にあるものはCl–を8分割した状態になっている。
従って、8分割(1/8)したものが頂点の数分=8コあるので…
\mathtt{ \frac{ 1 }{ 8 }×8=1 }
\]
頂点にあるCl–の数は合わせて1コである。
塩化ナトリウム型構造(NaCl型構造)に含まれるCl–のうち、各“面”の中心にあるものは、Cl–を2分割したものになっている。
従って、2分割(1/2)したものが面の数分=6コあるので…
\mathtt{ \frac{ 1 }{ 2 }×6=3 }
\]
面の中心にあるCl–の数は合わせて3コである。
以上より、塩化ナトリウム型構造(NaCl型構造)に含まれるCl–の数は1+3=4コである。
塩化ナトリウム型構造の配位数

塩化ナトリウム型構造(NaCl型構造)では、中心のNa+は周りの6コのCl–と接しており、同様にCl–も周りの6コのNa+と接している。従って、塩化ナトリウム型構造(NaCl型構造)の各イオンの配位数は6となる。
塩化ナトリウム型構造のイオン半径と単位格子一辺の長さとの関係

Na+・Cl–のイオン半径をそれぞれrNa+・rCl–、単位格子一辺の長さをaとし、塩化ナトリウム型構造(NaCl型構造)の面の部分に注目すると…
\mathtt{ a=2(r_{Na^{+} }+r_{Cl^{-}}) }
\]
イオン半径と単位格子一辺の長さの間にこのような関係があることがわかる。
塩化ナトリウム型構造の限界半径比

塩化ナトリウム型構造(NaCl型構造)の限界半径比は0.41〜0.73である。限界半径比について詳しくは「限界イオン半径比とは?定義から求め方、配位数との関係などを大公開!」を参照。
関連:他の結晶も併せて押さえよう。
この世にはイオン結晶(塩化ナトリウム型構造)以外にも数多くの結晶が存在する。いずれも入試頻出なので、各結晶の特徴や違いなどをきちんと押さえておこう。
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