平成27年度 問24

次の記述の【　】に入る語句の組合せとして最も適切なものはどれか。

SiやGeは共有結合性の結晶であり、【 ア 】構造と呼ばれる結晶構造を持つ。これらの原子は、最外殻にある電子が隣接する原子と【 イ 】混成軌道を形成して結合する。一方、グラファイトでは、同一面内にある炭素原子が【 ウ 】混成軌道を形成して、炭素六長環がつくられる。炭素六員環が積み重なっているグラファイトの構造において、上下の層を結びつけているのは【 エ 】である。通常、隣接する層において、炭素六員の面内の相対位置は【 オ 】。

解答解説

正答は5番です。

グラフェンやグラファイトは同一平面内にsp²混成軌道の等価な3つの結合と、1つのπ結合を持ちます。sp²混成軌道の3つの結合のおかげで六角形の網目状構造（ハニカム構造）を作ります。またπ軌道は平面全体で結合しており自由電子のように動けることから導電性を持つ要因にもなっています。

グラファイトの層状構造において、上下の層を結びつけているのはファンデルワールス力です。これは比較的弱い力で、グラファイトが層状に剥がれやすい性質の原因となっています。

参考資料