🔷 共有結合の結晶（巨大分子）とは
共有結合の結晶は、原子どうしが方向性をもつ共有結合で 三次元的に無限に連結した「巨大分子（ネットワーク固体）」である。 単なる分子同士の集合（分子結晶）ではなく、結晶全体が原子レベルで結合網になっている点が決定的に違う。 そのため一般に融点がきわめて高く、非常に硬い。さらに電気を通さないものが多く、 水などの溶媒に溶けにくい。代表例はダイヤモンド（C）、黒鉛（C）、ケイ素Si、二酸化ケイ素SiO2など。
💎 ダイヤモンド（C）
各炭素原子がsp3混成して4方向（正四面体方向）に隣接原子と
σ結合を作り、三次元に広がる堅固なネットワークを形成する。
C–C結合距離はおよそ0.154 nm。
特徴：非常に硬い・融点は極めて高い・電気伝導性なし（絶縁体）・密度は約3.5 g/cm3。
🪨 黒鉛（グラファイト：C）
各炭素原子はsp2混成で同一平面内に正六角形格子を作り（C–C 約0.142 nm）、 隣の未混成p軌道が重なって層内に非局在化電子（π電子）が広がる。 層間はファンデルワールス力で緩く結合し、層間距離は約0.335 nm（教科書の図では0.670 nmの2層周期も示される）。 そのため柔らかく、すべりやすい潤滑性を示す一方、層方向には導電性をもつ（π電子の移動が可能）。密度は約2.3 g/cm3。
🧑🔬 ケイ素 Si と 二酸化ケイ素 SiO2
ケイ素 Si（単体）
濃灰色で金属光沢をもつ結晶。結晶構造はダイヤモンドと同型（sp3混成の四面体ネットワーク）。 半導体として重要で、融点は1410 ℃、密度は約2.3 g/cm3。
二酸化ケイ素 SiO2
Si–O–Si を骨格とする三次元ネットワーク。天然では石英（クォーツ）など多様な多形が知られ、
構造はダイヤモンドのC–CをSi–O–Siに置き換えたイメージ（結合角・距離は異なる）。
非晶質（アモルファス）としてのガラス（石英ガラス）も存在し、透明で硬く、融点・軟化点は高い。
📌 共有結合結晶の性質（総まとめ）
| 項目 | 一般的な傾向 | 理由・補足 |
|---|---|---|
| 融点・沸点 | きわめて高い | 強固な共有結合が三次元的に連結（結合切断が相当数必要）。 |
| 硬さ | 非常に硬い（例：ダイヤモンド） | 方向性のある結合網が変形を強く抑える。 |
| 電気伝導性 | 基本はなし | 価電子が局在。例外：黒鉛は層内で導電性、Siは半導体。 |
| 溶解性 | 溶けにくい | 分子として離脱できず、溶媒和による崩壊が困難。 |
| 密度 | 物質で異なる | ダイヤモンド ≈ 3.5、黒鉛 ≈ 2.3 g/cm3（層状で疎）。 |
🚀 ダイヤモンド類似の硬質材料
共有結合網に近い骨格をもつ化合物として、炭化ケイ素 SiC、窒化ケイ素 Si3N4、窒化ホウ素 BN などが知られる。 SiCは非常に硬く耐熱性に優れ、研磨材やパワー半導体の基板として利用される。 BNは黒鉛状（h-BN：潤滑・絶縁）とダイヤモンド状（c-BN：超硬）の多形をもつ。
🧾 代表物質の比較
| 物質 | 骨格 | 電気伝導性 | 特徴 |
|---|---|---|---|
| ダイヤモンド（C） | sp3 四面体 | なし（絶縁体） | 極めて硬い・高融点・高密度（~3.5） |
| 黒鉛（C） | sp2 六角層状 | 層内で良好 | 柔らかい・潤滑・密度~2.3、層間は弱結合 |
| Si | ダイヤモンド型 | 半導体 | 融点1410℃、エレクトロニクス材料 |
| SiO2 | Si–O–Si 3D網 | 基本なし | 石英・水晶・ガラス（非晶） |
✅ 共有結合結晶まとめ
- 融点・沸点が高い／硬い／通常は電気を通さない。
- 例外：黒鉛は層内伝導性あり、Siは半導体。
- 代表例：ダイヤモンドC、黒鉛C、ケイ素Si、石英・水晶SiO2。
📘 共有結合結晶の紙媒体資料
紙資料版はこちら：
共有結合結晶