
クオーツ
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Minerals
Harvard museumで見かけた気になる鉱物
結晶構造描画はVICS, VICS-IIによります。
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ペロブスカイト:CaTiO3/立方晶のような気のする斜方晶/Cmmm
(立方晶のとき Pm3m)
僕が修士と博士課程の時の研究は、ほとんどペロブスカイト構造を有する物質の研究だった。思い出深い。
・・・・・・そういう記念の物質なのに、写真をみてお分かりのように全然色気のない鉱物(少なくともHarverdの博物館収蔵品のは)・・・・・・・。すこしガッカリ。だれか頑張って、もっと大きくて見栄えのするやつを探してきてほしい・・・・
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イルメナイト: イルメナイトのオリジナルはFeとTi系の酸化物だった気がする・・・FeTiO3?
でもICSDの検索には引っかからない・・・なんで?
FeTiO3がイルメナイトでなくても、LiNbO3がイルメナイト型なのは間違いなく確か。ペロブスカイトを合成するのに失敗すると23度くらいのところにX線の回折ピークが出てくる非常に腹立たしい物質。しかも、ナゼ出現するのかがいまだに不明。シリコニット炉が腹下ししたときに、出てくる気がする・・・・。個人的には、見たくもない結晶構造だが、産業的には携帯電話にLiNbO3やLiTaO3の単結晶が使われるなど、重要。イルメナイトそのものはチタンのマインリソースとして、やはり重要だったはず。結晶構造はアルミナ(コランダム)のアルミが1:1に整列した構造。対称芯がずれているので圧電性を発現する。
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スピネル(尖晶石):MgAl2O4/立方晶/Fd3m
スピネル構造をもつLiMn2O4は電池の正極材料として広く研究されていたりする。私が学部4年生のときに始めて携わった物質もスピネル構造を有するLiCrGeO4だった・・・・。当時行った研究も未だ詰めが甘くて腐ったまま。今年こそは論文にしたい(もう何年前の研究なんだろうか・・・)。
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マグネタイト:Fe3O4/立方晶/Fd3m
やはりスピネルと同じ構造を有する。Fe2+とFe3+が1:2の割合で存在しており、4面体サイトにFe3+が8面体サイトにFe2+とFe3+が1:1の割合で存在している。写真をみてお分かりのように、強磁性を有しており、昔から磁気テープに広く使われている実用材料。マグネタイトは超低温でフェルベイ転移という磁気転移を起こす。ウィグナーザイツ結晶化(電荷整列のような)のモデルケースだなどと色々言われて久しいが、いまだに完全なオーソライズには至っていないようだ(多分・・・)。学問的にも興味は尽きない物質のひとつである。
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アタカマイト:Cu2Cl(OH)3
LiMn2O4スピネルにリチウムを入れていくと、Li2Mn2O4になる(それは間違いない)。このときの構造をアタカマイトだt言われた気がするが、今回結晶構造を調べて思ったが、うーん・・・・そうなのかなぁ〜?大勘違いしているかもしれない。
とりあえず緑色っぽいのは銅ですね・・・毒々しい色です。
結晶構造は、どう理解すればいいのかよく分らないけど、アニオンOH, Clを区別なく銅につなげると銅は八面体配位。確かめてはいないけど、Li2Mn2O4と同様に塩化ナトリウム型超構造を有していると思う????
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ルチル: TiO2/P42/mnm
チタンの酸化物・チタニア: この物質は白色顔料として自動車の白い塗装から、女性のお肌のファンデーションまで幅広く使われている。単に白いというだけではなくて、光に対して色々な触媒作用があることが知られている。日本の本多・藤島先生がチタニアで水の光分解を示したのは化学の世界ではあまりにも有名(ホンダ・フジシマ効果と世界的に言われている)。今後の研究展開が注目される興味深い物質。リチウム電池の電極材料としての研究も多数ある。結晶構造は厳密には酸素の最密充填ではない。チタニアの姉妹物質としてアナターゼ(TiO2:組成式同じ)もある。
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フルオライト(蛍石):CaF2/立方晶/Fm3m
無機の教科書に必ず顔を出す結晶。この物質自身は、フッ素が小さいのでアニオンが最密充填するわけではなく、カチオンが最密充填している。アニオンは形成されたすべての4面体サイトを占有する。逆蛍石構造を有するZrO2(常温では立方晶ではないのだが・・・)にCaとかYとかをパラパラ混ぜると、酸素イオン導電体になってくれる。自動車のガスセンサーや高温用の燃料電池などにはなくてはならない物質。様々なアプローチで物性と構造の関係を調べる試みがなされている。興味深い構造。
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コランダム:Al2O3/六方晶/R3-CH
アルミの酸化物、これの単結晶でかつCrやFeを微量ドープするとルビーやサファイヤになってくれる。アルミナは非常に高温耐久性があり、硬く、かつ化学的にも中性(酸性・塩基性に対して)なので、炉材やるつぼ材としては申し分のない材料。いい磁器はアルミナ純度が普通高い。しかし、成型・焼成するのに高温を要するのでコスト的には当然高い(アルミの金属精錬も、高温がネックで電気代が高い・・・)。シリカSiO2を混ぜて、加工性を良くして適当なところで手を打つ。
結晶構造は、上で紹介したイルメナイトに近い(というか、こちらのほうが元祖)
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オリビン(かんらん石):Mg2SiO4/斜方晶/Pnma
この、砂岩のような味気のない(別に砂岩をバカにしているわけではない)写真の石は、ちょっと前にリチウムイオン電池の世界で、結構ホットな話題を提供してくれた。LiFePO4など、オリビン構造を有する物質は比較的高い電位で動作し、電池容量も大きい。ネックは、ポリアニオンPO4が存在することで局在化した電子構造を形成し、電子伝導性が低いこと。そのため実験もすこぶるやりにくい、やっかいな物質。
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コロンバイト:FeNb2O4/斜方晶/Pnma
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