結晶について

多くの宝石は、原子が一定のルールに従って規則正しく並び結晶が作られています。
中には、オパールのように、原子がランダムに並ぶ非晶質のものもあります。
原子の配列が一定のルールで並んでいる結晶は、平面で囲まれた規則正しい立体の形をしています。
なぜ立体になるのかは、平面、直線、点が対称になるという、結晶の持つ対称の性質と関係があります。
結晶は対称となる形態をなし、内部中心には相対する面同士を結ぶいくつかの軸(結晶軸)をもっています。 この結晶軸の長さや交差する角度により、7種類の結晶系に分けることができます。
これに4種の格子(単純,底心,面心,体心)の考え方を加え、 14種の空間格子(結晶の構成的粒子の空間的配列)であらわしたものが、ブラベー格子になります。

結晶名 ブラベー格子 鉱物名・物質名 主な用途
三方晶系
(楚面体晶系)
サファイア
ルビー
無色透明(不純物無し)
赤色
基板 時計部品
ワイヤーガイド 眼科メス
科学天秤用ナイフエッジ
正方晶系 ルチル 淡黄色 アイソレーター
立法晶系 ガーネット
LuAG(Lu3A15012)
黒色(赤外透過)
無色~淡黄色・淡緑
アイソレーター
シンチレーター
スピネル 青・緑・黄色など各色 時計部品
ダイアモンド 無色 スクライバー 研磨剤
ケイ素 銀灰色 基板 電極
窒化ホウ素(cBN) 淡黄色 研磨剤
炭化ケイ素(SiC) 淡黄色~黒緑色 研磨剤
三斜晶系 GPS(Gd2Si207) 無色 シンチレーター
単斜晶系 酸化ガリウム 無色 基板
六方晶系 窒化ガリウム 無色~淡黄色 基板
水晶 無色 基板
直方晶系
(斜方晶系)
YAP(YAI03) 無色 シンチレーター

結晶の種類について

結晶には、原子の結び方による結晶の種類が4種類あります。

① 共有結合の結晶(共有結晶):全ての原子が互いの電子を共有して結合した結晶。巨大な分子。

融点・沸点は極めて高い。電気伝導性はなし(但し、黒鉛を除く)
例)ダイヤモンド、黒鉛、二酸化ケイ素など

② イオン結晶:陽イオンと陰イオンが結合した結晶

融点・沸点は、高い。電気伝導性はなし(液体・水溶液はあり)
例)塩化ナトリウム(塩)、塩化セシウムなど

③ 金属結晶:金属イオンが規則正しく結合してできたもの

融点・沸点は、高いものも低いものもある。大きな熱伝導性と電気伝導性をもつ。
例)金、鉄、銅などほとんどの金属はこれらに属している。

④ 分子結晶:分子が規則正しく配列した結晶。分子間に働く結晶によりできたもの。

非金属元素。
例)ヨウ素、ドライアイス、ナフタレンなど

ダイヤモンドが硬いというのは、4つの価電子が強固に全て結びついている共有結合であり、 更に極めて短い距離で4本の手を回して、炭素原子と立体的に結合しているためです。
同じ炭素でできているグラファイトは、4つの価電子を3つしか使用してないため、 1つが自由電子となっています。そのため、電気は通すが、結合力は弱くなってしまいます。

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