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ダイヤモンドが硬い理由

ダイヤモンドの硬度については、炭素原子同士が作っている共有結合がその要因になっています。ダイヤモンドでは、一つの炭素原子が正四面体の中心にあると考えた場合、最も近い炭素原子は四面体の頂点にあるということになります。

頂点にある炭素原子は、それぞれsp3混成軌道によって結合していて、これが理想的な角度であるためにまったくゆがみが無い、ということになります。この結晶構造を持っているダイヤは、立方晶ダイヤともいわれています。それに対して、炭素の同素体であるグラファイトに関しては、層状の六方晶構造になっているものであり、層の中にある炭素同士の結合はsp2混成軌道となっています。
この層内に関しては、共有結合を持っているために結合力は強くなっているのですが、層の間に冠してはファンデルワールス結合になっているため、その分弱くなっています。六方晶構造を有するダイヤも存在していますが、これは不安定であるために地球の中では隕石の痕跡など限定された場所でしか発見をすることができません。0.1mm以上の大きさの単体の結晶は存在しません。純粋なものでは、ダイヤモンドよりも硬度があるというように予想されるのですが、その性質についてはまだ不明なところもあります。

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