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無機元素化学

無機元素化学. 無機化合物の構造と特性 との関係を理解する. 積層コンデンサ. 同じサイズで大容量化が可能. 構造の概要. 単層の場合. 積層コンデンサ. p.2 の(1)式 C =A  S / t. 積層コンデンサの断面図 単層コンデンサの断面図. 電極面積： S １層の厚さ： ｔ. 電極面積： S 厚さ：5 ｔ. 問題： 電極面積が S(m 2 )、 単板の厚さが5 t(m) である場合の単層コンデンサの容量が C(F) であるとする。この時、同じ材料を用いて作製した積層コンデンサ(5層)の容量( F) は？.

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無機元素化学

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Presentation Transcript

  1. 無機元素化学 無機化合物の構造と特性 との関係を理解する

  2. 積層コンデンサ • 同じサイズで大容量化が可能 構造の概要

  3. 単層の場合 積層コンデンサ p.2の(1)式C=AS/t • 積層コンデンサの断面図 • 単層コンデンサの断面図 電極面積：S １層の厚さ：ｔ 電極面積：S 厚さ：5 ｔ 問題： 電極面積がS(m2)、単板の厚さが5t(m)である場合の単層コンデンサの容量がC(F)であるとする。この時、同じ材料を用いて作製した積層コンデンサ(5層)の容量(F)は？

  4. 主なセラミックス(固体の無機化合物) • Al2O3（基板） • TiO2（光触媒） • SiO2（ガラス） • SnO2（透明電極） 　　　　・ 　　　　・ 　　　　・

  5. 結晶構造(復習) 問１　立方体を描き、立方最密構造と体心立方構造に　おける格子点を記しなさい。 問２　問１における２種類の立方体の大きさを比べな　　さい。 問３　問１における２種類の構造の充填率を求めなさ　　い。

  6. （101）面 (100)面 (211)面 ミラー指数の意味と表し方 • ３次元に広がる結晶中の平面を表す

  7. 状態図 全域固溶体型状態図 B’ L L+S 固溶体： A’ 化学組成が変化しても、結晶構造が元のまま保たれている固相 S A X B A

  8. 欠陥構造 不定比化合物 • NiO(Ni1-O)　　　　　　　　　　一部のNiが欠損 • ZnO(Zn1+O) ただし、0格子間にZnが存在 定比化合物 • MgO　 • Al2O3 • フレンケル欠陥とショットキー欠陥

  9. 格子欠陥の表示法

  10. 2種類の格子欠陥と固溶体の例

  11. 格子欠陥表示の記号

  12. 欠陥の表記法（Kroger-Vink notation) ¨ • 電子、正孔：e-、h・ • 空孔：V • 格子間位置：i • 不純物原子（イオン）：M A：原子記号 a a: 相対価電子数　　　　　　　（通常状態からの変位） A b ｂ:位置

  13. 欠陥表記の練習 • 塩化ナトリウムのNaイオン、およびClイオン • 塩化ナトリウムのNa位置に入っているKイオン • 塩化ナトリウム中に生成するショトキー欠陥 • 塩化ナトリウム中に生成するフレンケル欠陥 • NiOのNi位置にあるLi • NiOのNi位置にNiがない欠陥

  14. 欠陥表記の考え方 • NiOは酸素過剰：Ni1-δO or NiO1+δこの表記の意味は同じ？ • ZnOは酸素不足：Zn1+δO or ZnO1-δこの場合は？ • いずれも非化学量論組成　　　　　　　　　　（しかし）電荷の総和はゼロ

  15. 格子欠陥 体積欠陥　　　　　　　（空孔、粒界など） • 点欠陥 • 空孔 • 格子間原子（イオン） • 不純物原子（イオン） • 点欠陥の例 • ショットキー欠陥 • フレンケル欠陥 • 化学量論組成と非化学量論組成 面欠陥 線欠陥

  16. 転移（固相の相転移） • 温度の上昇につれて結晶構造が変化 ・SiO2の例： 　　石英（α石英）またはトリジマイト型構造 ↓（温度上昇） 　　　　　　　　　　　β石英 変移型転移： α石英→（容易）β石英 再編型転移： α石英→（困難）トリジマイト

  17. 固溶体の種類 • 置換型固溶体と侵入型固溶体 課題　侵入型固溶体のひとつである水素吸蔵合金（または水素貯蔵合金）について、その代表的化合物からその用途について調べなさい。

  18. 固溶体の格子定数 • ベガード則　NiO-MgO系固溶体化合物の格子定数は、組成と同様、端成分のそれらと直線的な関係にある。 問題　NiOとMgOは共にNaClと同様の結晶構造である。それぞれの化合物の格子定数を求めなさい。また、Ni1/4Mg3/4O、 Ni1/2Mg1/2O、 およびNi3/4Mg1/4Oなる組成式で表される化合物の格子定数を求めなさい。

  19. 結晶構造１ • 配位数（陽イオンの周りの陰イオンの数） 問　イオン結晶における配位数は、４、６、８などと様々　　である。このように配位数が異なる理由を推察し　　なさい。 　　　　　（ヒント：イオンの大きさを考える）

  20. 結晶構造２ • ペロブスカイト型化合物 問１　2種類のイオンの結合強度を求めなさい。また、これら　　の結合強度と酸素イオンの価数との関係を述べなさい。 問２　立方晶ペロブスカイト型構造を有する金属酸化物（例　　えば、BaTiO3）において、2種類の陽イオンと酸素イオン　　との間になりたつ関係式を導き出しなさい。

  21. 問１の解答 黄色（B)の周りには酸素イオンが６個 結合強度：+4/6 青色（A)の周りには酸素イオンが12個 　　　結合強度：+2/12 • 結合強度について考える 赤の陰イオンの周りには、青が４個、黄色が２個 結合強度が+2/12の青が４個 結合強度が+4/6の黄色が２個 8/12 + 8/6 = 2 酸素の価数

  22. √ 面の対角線の長さ： 2 中心を通る対角線の長さ： 3 √ √ 白線の長さ/赤線の長さ= 2/1 問２の解答 √ • 2 ( rB + rO ) = rA + rOを導く 立方体の１辺の長さ：１ 赤線の長さ： 2(rB + rO ) 白線の長さ： 2(rA + rO )

  23. 結晶構造３ • スピネル型化合物 　　（教科書p. 29の図1.26から、スピネル構造中の配位について理解する） 問　スピネル型構造を有する金属酸化物（例えば、　　　　　　　ZnFe2O4）の単位格子中に存在する２種類の陽イオン　　　　と酸素イオンの数を求めなさい。 問　逆スピネル型が多い理由を考察しなさい。

  24. 結晶構造４ • ダイヤモンド型構造化合物　　　　　　　　　　　　　　　（単成分からなる物質もある） 問１　ダイヤモンドの単位格子中に存在する炭素原子の数　　を求めなさい。 問２　炭素原子の半径が１であるとして、単位格子１辺の長　　さを求めなさい。 問３　ダイヤモンド結晶の空間占有率（約35%）を求めなさい。 問４　教科書の記述から、炭素原子の大きさ（nm）を求めな　　さい。 問５　ダイヤモンド単位格子の１辺の長さを求め、実際の値　　と比べなさい。（文献値：0.3567nm)

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