主な相違点 – 非晶質固体 vs 結晶性固体
すべての物質は、その分子集合の性質から、固体、液体、気体の3つの状態に大別される。
気体や液体は、明確な形状を持たず、入れた容器の形状に従うので、固体とは大きく異なる。
固体は気体や液体と異なり、分子の集合体という最も複雑な形態で明確な立体形状を持っています。
しかも固体は比較的硬く、密度が高く、形状を保つ力が強い。
気体や液体と異なり、温度や圧力の変化にあまり影響されない。
さらに、固体は、電気伝導度、熱伝導度、強度、硬度、靭性など、幅広い機械的・物理的特性を持っています。
これらの特性から、固体は工学、建築、自動車、加工などの分野でさまざまな用途に使用されている。
固体は主に非結晶と結晶の2種類が存在する。
非晶質固体と結晶質固体の主な違いは、非晶質固体が規則正しい構造を持っていないのに対し、結晶質固体は高度な規則正しい構造を持っていることである。
この主な違いのほかにも、この2種類の固体には多くの違いがあります。
この記事では、その違いを説明します。
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非晶質固体とは？
– 定義、構造、物性、例題 -
結晶性固体とは？
– 定義、構造、性質、例題
参考資料
アモルファス固体とは
非晶質固体とは、秩序立った構造を持たない固体のことである。
つまり、原子やイオンが明確な幾何学的形状を持たずに配列していることを意味する。
ある種のアモルファス固体は、規則正しい配列をしているかもしれないが、それは数オングストローム単位にしか及ばない。
このような非晶質固体の規則正しく並んだ部分を結晶子と呼ぶ。
無秩序な配列が存在するため、アモルファス固体は過冷却液体と呼ばれることもあります。
非晶質固体は鋭い融点を持たないため、様々な温度で液体に変化する。
電気伝導率、熱伝導率、機械的強度、屈折率などの物性も測定方向に依存しないため、等方性と呼ばれる。
非晶質固体としては、ガラス、固体高分子、プラスチックなどがあります。
結晶性固体とは
結晶性固体は、原子、イオン、分子が高度に配列され、明確な三次元構造を持っている固体です。
また、鋭利で硬く、融点が高いという特徴を持っています。
結晶質は非晶質とは異なり、物性測定時に測定方向に依存した異方的な挙動を示す。
結晶性固体は、結晶成長時の条件に依存した明確な幾何学的形状を持つ。
結晶性固体の例としては、ダイヤモンド、塩化ナトリウム、酸化亜鉛、砂糖などがあります。
非晶質固体と結晶質固体の違い
ジオメトリー / 構造
アモルファス・ソリッド 非晶質固体は、原子やイオンのパターンや配列、幾何学的な形状がなく、秩序立った構造を持っていない。
結晶性固体。
結晶性固体は、原子やイオンが規則正しく配列されているため、明確で規則正しい形状をしている。
融点
非晶質固体。
非結晶性固体はシャープな融点がない。
結晶性固体。
結晶性固体は融点が鋭く、ここで液体に変化する。
融解熱
非晶質固体。
非晶質固体は特徴的な融解熱を持たないので、過冷却液体または擬似固体とみなされる。
結晶性固体。
結晶性固体は融解熱に特徴があり、真の固体とみなされる。
異方性と等方性
非晶質固体。
非晶質固体は、どの方向から見ても同じ物性を持つため、等方的です。
結晶性固体。
結晶性固体は異方性であり、方向によって物性が異なる。
よくある例
非晶質固体。
ガラス、有機ポリマーなどが非晶質固体の代表例。
結晶性固体。
ダイヤモンド、石英、シリコン、NaCl、ZnS、金属元素（Cu、Zn、Feなど）は結晶性固体の一例です。
粒子間力
アモルファス固体 非晶質固体は共有結合のネットワークを持っています。
結晶性固体。
共有結合、イオン結合、ファンデルワールス結合、金属結合があります。
Jain, M. (Ed.). (1999). ザ・ソリッド・ステート コンペティション・サイエンス・ビジョン, 2(21), 1166-1177.
シバサンカル. (2008). 工学化学。
タタ・マグロウヒル教育。
ドルター，T.，＆マオーン，L.J. （2008）．化学の基本概念（第8版）. John Wiley & Sons.
