共有結合とか。イオン結合とか。セラミックスとは。

セラミックスを勉強していると、共有結合やイオン結合というワードが出てきます。

そういうえば、高校時代に習ったようなワードですが、この共有結合やイオン結合がセラミックスをセラミックスたらしめているゆえんであり、多くの性質において本質的な側面を持っているようです。(たとえば耐熱性!)いろいろ頭が混乱してしまうので、ここでは、まず比較対象として、金属の金属結合と、セラミックスに関する共有結合とイオン結合に着目して勉強したいと思います。

 

金属は、金属原子で作られているのですが、正電荷を持つ陽イオンと負電荷を持った自由電子で成り立っています。自由電子が、こいつはとにかく自由ですから、いろいろ動きまわるわけですが、それゆえに金属は電気が流れたり、熱を運んだりするわけです。電子が自由を奪われると、誰も電気や熱を運びませんからね。(どや。)

じゃ、セラミックスはどうなのかというと、たいてい電気を通しませんから、なんとなく自由が奪われているんじゃないかと予想しつつ、そのあり方について考えてみましょう。

共有結合のセラミックス場合だと、原子同士でお互いの電子を共有して化学結合を結びついているようです。なんて自由のない電子なのだ!共有している分、結合は非常に強い。羽交い絞めにしているイメージ。共有結合は金属原子で生じる場合はほとんどなく、セラミックスの場合だと考えてください。これは私の推測ですが、この結びつきが強い共有結合がなんらかの条件下で電子が開放された時、熱や電子を運べるわけですから、なにかと利用できるのかな?と持ってみたり。

 

次にイオン結合のセラミックスの場合、正電荷を持つ陽イオンと負電荷を持つ陰イオンの間の化学結合です。ここだけ読むと共有結合と同じじゃないの?と思ってしまいます。私にもわかりやすい説明と言えば共有結合が非金属と非金属で、イオン結合は非金属と金属での結合らしいです。ここまですると金属と非金属の間がわからなくてふわふわします。そして、さらに悩ませることにイオン結合と共有結合の混合した結晶(クリスタル)または非晶質(アモルファ)というのがあるらしく、こうなってくるとわけがわかりません。

ただし、やはり固い、強い、耐熱、耐触、電気的絶縁といた“男らしい”形容詞は、イオン結合と共有結合にあるので、どうしても勉強しないといけないのなかなぁと思います。

代表的なセラミックスを上げときましょう。

イオン結合:マグネシアMgO,

共有結合 :炭化珪素SiC,ダイヤモンドC,シリコンSi

こんなことを調べて行くうちに、化学の教科書ぐらい買い直すかぁ、と思っています。