ダイヤモンドの結晶構造

周期性と異方性

 

鉱物の結晶の中で原子は規則正しく並んでいます。

 

ダイヤモンドの炭素原子の並び方は直線で区切った六面体が単位になっています。

 

その単位は前後、左右、上下に動かしたとしても全く同じですから、その部分だけ考えれば良いと言うことになります。

 

炭素原子の間の結びつきが無限に三次元的に広がって、結晶構造ができあがっています。

 

ダイヤモンドの結晶は炭素原子の並び方がが同じ周期で繰り返されていて(周期性)、その周期が方向によって違う(異方性)と言うことです。

 

周期性には回転と並進があります。

 

回転は結晶の中の回りで回転したとき、結晶中の全ての原子が同種の原子位置に移されることです。

 

並進は、結晶をある特定の方向に一定の距離を平行に移動することで、全ての原子が同種の原子位置に移されることです。

 

異方性を持つ物質を異方体とも言います。

 

鉱物の結晶で最も重要な性質は周期性と異方性です。

 

ダイヤモンドの持つ物理的な性質は全て、周期性と異方性の影響を受けています。

 

地球で最も硬いダイヤモンドを、ダイヤモンドの粉末を使って研磨できるのもこの性質を利用した物です。

 

非晶質の鉱物では硬さに異方性は無く等方的になります。等方的な物はどの方向に切っても同じように切れます。

 

結晶質の鉱物であっても多結晶の物は、小さな結晶が集合しているので一つ一つの結晶が持って異方性が相殺されて等方的にのようになります。

 

立方晶系(等軸晶系)

 

ダイヤモンドの結晶は立方晶系と言います。別名は等軸晶系であり、これは7つある結晶形の中で特に対称性が高い物です。

 

三本の結晶軸が互いに直交してさん軸の長さが等しい物です。ダイヤモンドの他に、黄鉄鉱や岩塩、金、鉄、アルミニウムが該当します。

 

サイコロのような立方体が基本ですが、八面体や十二面体もあります。

 

立方晶系のブラベ格子は次の3つがあります。

 

単純立法格子、体心立方格子、面心立法格子

 

ブラベ格子とはフランスの物理学者のオーギュスト・ブラベ(Auguste Bravais)が結晶構造の問題の幾何学的考察から14種類あ留子を証明して、七つの結晶形の存在を説明した物です。

 

ダイヤモンド構造(diamondstructure)

 

ダイヤモンド構造とは共有結合によって作られた単体の結晶に見られる結晶構造のことです。ダイヤモンドの他にはスズ、ケイ素、立方体のゲルマニウムがあります。単位格子に8個の原子を含んで1つの原子に他の四つの原子が正四面体形になっています。

 

これは独立した二組の面心立法格子による構造で、1つの格子はもう一つの方を立体対角線に沿ってその長さの四分の一のみ平行移動した位置を占めます。

 

1918年にイギリスの物理学者のウィリアム・ヘンリー・ブラッグ(William Henry Bragg)と息子のウィリアム・ローレンス・ブラッグ(William Lawrence Bragg)によってこの構造が解明されました。

 

ダイヤモンドの劈開性(cleavage)

 

ダイヤモンドの結晶は方向によって周期が異なります。八面体の結晶面に垂直な方向の周期は、他の方向よりも幅が広い周期になっています。これはこの方向で一番弱い結合であることを示しています。

 

このため外から力がかかると、八面体の面に平行に割れやすいのです。

 

ダイヤモンドは八面体の方向に劈開する性質があります。

 

劈開の種類は「完全」、「明瞭」、「不明瞭」、「なし」がありますが、ダイヤモンドの場合は「完全」になります。

 

この劈開性が地球で一番硬いダイヤモンドの加工を簡単にしています。

 

鉱物によってどのように割れやすいかは違います。また劈開を持たない鉱物もあります。

 

それは結晶構造によって決まります。

 

 

ダイヤモンドの構造
ダイヤモンドがどういう仕組みになっているかを説明します。

 

ダイヤモンドの結晶構造

 

ダイヤモンドの輝きの仕組みと硬さ

 

ダイヤモンドの特徴

 

ダイヤモンドの形成


HOME プロフィール お問い合わせ