はじめよう固体の科学

粘土鉱物：ありふれた元素から無限の機能

を含むと軟らかくなり乾かすと固まる粘土は、造形材料として一級の性質を持ちます．その利用は古代から家屋や土器、粘土板の材料として始まり、「粘土には1000の利用法がある」とまで言われるようになりました．

2024/06/16 12:48

酸化物、窒化物、水酸化物、水素化物、ハロゲン化物： イオン性物質の数々

イオン結合性の物質は、構成する陰イオンの種類によって分類されます．酸化物イオンを含む酸化物、フッ化物イオンを含むフッ化物、水素化物イオンを含む水素化物など．これらはどのような特徴を持つでしょうか．

2024/06/08 17:37

エネルギーの単位と変換方法 【メモ】

エネルギーを表す単位には様々なものがあります．もっともオーソドックスなのはJ （ジュール）ですが、利便性や歴史的な経緯から分野ごとに異なる単位が使用される場合があります．

2024/05/30 22:21

単結晶と多結晶：それぞれの秩序の形

結晶の配列方法や結晶粒の特性は、材料の物理的および化学的特性に大きな影響を与えます．結晶の形態の中でも「単結晶」と「多結晶」は、それぞれ異なる特性と応用分野を持っています．

2024/05/19 09:13

宝石の結晶構造を見てみよう

一般に特別なものとして扱われる宝石ですが、その正体は鉱物であり結晶です．マクロな大きさの宝石は美しいですが、ミクロな大きさの結晶もなかなかきれいな構造をしています．

2024/05/15 23:05

ハーバー・ボッシュ法：人口を倍増させた驚異の反応

この反応では窒素と水素から直接アンモニアを作り出します．アンモニアは肥料の素となります．肥料が容易に合成でき、安定的に食物を供給できるようになった人類は、爆発的に増加していきました．

2024/05/08 22:56

人工光合成による水分解

人工光合成のターゲットには二酸化炭素の分解だけでなく、光のエネルギーを転用して人類にとって有用な物質を合成する反応も含まれます．例えば、光エネルギーによる水の分解もその一つです．

2024/04/29 22:17

アパタイト：生体から地球の中まで活躍する鉱物

アパタイトは、歯や骨の原料からイオン伝導体、触媒、イオン交換材料まで多様な用途を持ちます．これらの特性は、アパタイトを構成するイオンが他のイオンと入れ替わりやすいことに起因することが多いようです．

2024/04/21 17:14

チタン酸カルシウム(CaTiO3)：元祖ペロブスカイト、だけどちょっと不遇な物質

現在のところ、CaTiO3に関する研究がそれほど盛り上がっているようには見えません．とはいえ、兄弟分のBaTiO3とSrTiO3が異常すぎるだけで、CaTiO3にも興味深い特性はいくつもあります．

2024/04/17 19:25

チタン酸ストロンチウム (SrTiO3): 酸化物における万能の天才

SrTiO3は、誘電体からはじまり、超伝導体、熱電材料、触媒、イオン伝導体、半導体、発光材料分野で姿を見かけ、他の物質を形成するための基板としても抜群の有用性を誇ります．

2024/04/13 11:38

Bond valence sum の計算方法 【メモ】

酸化数の割当が、少なくとも過去に報告された類似の物質と比べておかしな値になっていないかを判断する手法の一つがBond valence sum (BVS)法です．

2024/04/08 22:04

最密充填と結晶構造：複雑な構造をシンプルに理解する

結晶構造はいたずらに複雑にはなりません．一見して複雑な構造であっても、部分部分をよく見れば、必ずシンプルな結晶構造から組み立てることができるようになっています

2024/04/06 23:31

準結晶：世界を覆した「第三の固体」

準結晶（Quasicrystal） 金属、セラミック、プラスチック、骨、炭、氷、ダイヤモンドなど身近な固体はいくつもありますが、これらは大きく二種類に分けることができます．分類のためには、固体を原子レベルで見て、原子がどのように並んでいるかを考える必要があります． 大多数の金属において、原子は規則正しく整列しています．原子の並びには周期性があり、小さな繰り返しユニット（単位胞）が無数に集合することによって物質が成り立っているのです．こうした物質を結晶と呼びます． 一方、原子がランダムに配列している場合があります．この状態をアモルファスと呼びます．アモルファスでは原子の並びに規則性が無いため原子…

2024/03/31 10:35

リチウムイオン伝導体：全固体電池を実現するための材料

ところが、近年の材料探索の進展にともなって、液体と同等あるいはそれ以上のイオン伝導度を示す固体物質が開発されてきました．中でもリチウムイオン電池に用いるリチウムイオン伝導体の進化は著しく、報告された物質の種類も多岐にわたります．しかし、全固体電池に求められる特性は非常にシビアであり、まだまだ性能の向上が必要な段階です．

2024/03/30 11:39

電池の理論容量の計算方法 【メモ】

電池の電極材料の容量には限界があります．この限界値、理論容量を超えるエネルギーを蓄えることはできません．無論、必ずしも理論値に達することができるわけではありませんが、限界を知っておくことは材料設計の上で役立ちます．

2024/03/25 10:15

酸化銅：錆びた銅の使い道は

鉄とは異なり、銅は錆びにくい金属です．それでも、屋外に出しておけば酸化し、錆（酸化銅）ができることがあります．銅が酸化して形成された酸化銅は、元の銅とは色も性質も全く異なります．

2024/03/20 10:39

インターカレーション：物質に新しい機能を加える反応

インターカレーションは、物質の結晶構造に存在する「すき間」にイオンや分子を入れ込むような反応を指します．元の物質 の結晶学的特徴や材料特性を保ったまま、新しい特性を加えることが可能です．

2024/03/11 00:00

多形：名前は同じ、でも別の物質

同じ組成を持ちながら異なる結晶構造を示す物質を総称して多形と呼びます．ほとんどの多形は互いによく似た見た目ですが、中には似ても似つかないものも存在します．

2024/03/09 22:22

強磁性体の飽和磁束密度の単位変換 【メモ】

今回は、飽和磁束密度の単位として使われる emu/g, emu/cc, T などの単位の互いの変換方法を見ていきます．

2024/03/07 21:48

金はなぜ金色か

金はなぜ金色か 金は、他の金属では再現できない独特の輝きを持ちます．古来より王侯貴族を魅了してやまない黄金色はどのようにして生まれるのでしょうか． 今回は、金が何故金色を示すのかという禅問答のような疑問を見ていきます． 金はなぜ金色か 周期表と金の性質 （1）ランタノイド収縮 （2）相対論的効果 色の違いとエネルギー図 参考文献 (function(b,c,f,g,a,d,e){b.MoshimoAffiliateObject=a; b[a]=b[a] function(){arguments.currentScript=c.currentScript c.scripts[c.scrip…

2024/03/03 12:48

非線形光学材料：物質を使って光の波長を操る

光と物質の相互作用には直線的（一次関数的）なものだけでなく、二次関数的、三次関数的な高次のものが含まれることが知られていました．高次の効果を利用することで波長の異なる光を取り出すことができます．

2024/03/02 10:18

酸化鉄(FeO, Fe2O3, Fe3O4･･･)：錆だけじゃない！様々な酸化鉄

錆だけが酸化鉄ではありません．鉄は磁石としての性質を持ち、その酸化物も磁石として振舞うことがあります．最古の磁石として有名なマグネタイトは、永久磁石だけでなく触媒材料としても活用されます．

2024/02/23 10:27

固体化学物理でよく見る学術誌（化学誌・材料科学誌編）

化学誌・材料科学誌について紹介します．

2024/02/18 00:00

固体化学・固体物理でよく見る学術誌（総合誌・物理学誌編）

総合誌および物理学誌についての紹介です．

2024/02/17 09:58

層状複水酸化物(LDH)：イオンの自在な操作と協奏

LDHはアニオンを容易に挿入、交換、脱離することができます．電極材料、光触媒、吸収剤、生体材料など用途は様々であり、学術的・産業的に数々の応用がされてきました．

2024/02/16 00:00

超硬材料：「硬い」ために必要なことは

「硬い」ことは、それ自体に大きな意味を持ちます．人工的に数千万気圧級の圧力を実現しようとしたら、その環境に耐えられる硬さの材料が必要です．

2024/02/12 12:03

共有結合、イオン結合、金属結合…：物質を作る様々な化学結合

原子と原子がつながることは自明ではありません．原子同士に働く引力による原子間のつながりを説明するためにいくつかのメカニズムが提唱・実証されており、それらは化学結合と総称されます．

2024/02/06 23:05

XRD, XAS, XPS…：X線を利用した実験手法の一覧

様々な分析手法のうち、X線を用いて分析を行う手法をまとめました．XRD、XAS、XPS．．．様々な手法にはどのような違いがありますが、どのように使い分ければ良いでしょうか．

2024/02/03 11:50

結晶構造：すべての固体物質の基本

結晶構造には、その代表的な物質名や鉱物名から名前がつけられます．例えば、塩化ナトリウム型構造やペロブスカイト型構造は固体化学を代表する非常に有名な結晶構造です．新しい物質が発見されるにしたがって新しい結晶構造は増えていきますが、多くの物質は代表的な結晶構造に属します．

2024/01/30 22:43

テルミット反応：炎とともに起こる酸化還元反応

テルミット反応は、金属と金属酸化物の混合物(テルミット、サーマイト) を用いて、時に爆発的な発光と発熱を生みながら酸化還元を起こす化学反応です．

2024/01/27 09:58

水素発生反応（HER）：電気の力で水素を創る

水素発生反応（HER）こそ直接的に水素を製造することが可能な反応です．水素発生の反応効率を高めるために、カソードで用いる電極材料の研究が長年に渡り進展してきました．

2024/01/20 18:17

酸素発生反応（OER）：水素合成の足を引っ張る酸素の反応

今回のテーマは、水の電気分解反応の片割れである酸素発生反応です．最終的に欲しいものは水素であり、酸素は空気中からいくらでも取ってこれます．しかし、酸化反応と還元反応は必ず同時に起こるため、水素発生反応の効率を高めるには酸素発生反応も効率よく進行させなければなりません．

2024/01/17 18:05

電池に関する記事の一覧

電池の原理と概要 イオン化傾向と標準電極電位 アノードとカソード、正極と負極、陽極と陰極の違い 様々な電池とその原理 ボルタ電池 ダニエル電池 鉛蓄電池 ルクランシェ電池、マンガン電池、アルカリ電池 ニッケルカドミウム電池 ニッケル水素電池 亜鉛空気電池 ナトリウム硫黄電池 リチウムイオン電池 リチウムイオン電池の正極材料 リチウムイオン電池の負極材料 リチウムイオン電池とコバルト コバルト酸リチウム（LiCoO2） ポストリチウムイオン電池 ナトリウムイオン電池 リチウム空気電池

2024/01/12 00:00

アモルファス：ランダムな秩序が生み出す未知の可能性

原子がバラバラに固まり、規則的なパターンを示さないことがあります．液体のように原子の位置が揺らいでいるのではなく、その位置のパターンに規則性が無いのです．

2024/01/08 11:43

格子定数：結晶構造を知る第一歩

結晶系に単位格子を加味して結晶構造を規定したのがブラべー格子であり、全ての結晶構造の基本となります．ここで結晶構造を規定するために用いた、繰り返し構造の軸長と軸角をまとめて格子定数を呼びます．

2024/01/07 10:14

同素体：同じ元素でも同じものとは限らない

同じ種類の元素であっても同じものであるとは限りません．炭素原子そのものは全世界で共通ですが、炭素原子のみからなる単体であっても、互いに見た目も化学結合の様式も、構造も全く異なるものがあります．これを同素体と呼びます．

2024/01/01 23:52

太陽電池以外でのハライドペロブスカイトの活躍

ペロブスカイトは抜群の光特性を示します．さらに、作製が容易なペロブスカイトの特徴と相まって、様々な応用先が見つかることは必然でした．

2023/12/20 10:01

ベント則：VSEPR則の限界を超えて分子の形を予測する（2）

ベント則を利用して、実際の分子の形をどのように理解可能かを見ていきます．

2023/12/07 21:13

ベント則：VSEPR則の限界を超えて分子の形を予測する（1）

VSEPR則は、原子軌道や対称性を考慮しておらず、孤立電子対と結合電子対の違いを説明することができません．これらの問題点を解消するため、代わって発達した理論が今回紹介するベント則です．

2023/12/02 22:00

脱アカデミアへの道～面接で実際に聞かれる（聞かれた）こと～

アカデミアでの就職と民間の転職活動は、流れこそ同じものの面接（口頭諮問）で聞かれる内容には大きな違いがあるように思います．

2023/11/25 11:48

脱アカデミアへの道～応募から採用までの流れ～

民間の転職活動もアカデミアの転職活動もやることはあまり変わりません．転職活動の各ステップで具体的にどのようなことを行うかを見ていきます

2023/11/19 21:45

脱アカデミアへの道～転職エージェントをうまく使え～

公募している企業とポジションを見つけて応募するという点ではアカデミアの転職と変わりませんが、民間での転職では転職エージェントという強力な武器を使用できます．

2023/11/16 20:51

脱アカデミアへの道～アカデミア就職と民間就職の違い編～

民間への転職ってどうやればいいの？ここでは私個人の体験から得た脱アカデミアの方法を全4回にわたって記述していきます．

2023/11/13 20:07

イルメナイト：コランダムとペロブスカイトをつなぐもの

イルメナイトとはチタンと鉄を含む鉱物の一種であり、金属チタン（Ti）や二酸化チタン（TiO2）の主要な原料として幅広く活用されています．

2023/10/31 15:24

化学圧力：物理圧力とは異なる「化学的な圧力」の正体

化学圧力では、物質の組成や形態を制御する「化学的な手段」で物質内部に擬似的な圧力を与えます．物理圧力と違って高価な装置なしに簡便に実験が可能なほか、正・負の両方の圧力（物質の圧縮と膨張）をかけることが可能であり、物質を扱う広範な研究領域で一般的に利用されています．

2023/10/15 16:40

窒化ガリウム（GaN）：世界に激変をもたらした半導体

窒化ガリウムは電子の移動度が大きく、熱安定性が高く、エネルギー効率が高いなどのメリットを併せ持つため、電力変換などのパワーエレクトロニクス分野での利用が広がっています．

2023/09/30 14:32

アナターゼ、ブルッカイト、ルチルの違い

酸化チタンには、いくつかの種類（多形）が知られています．結晶構造の違いに応じて、三種類の呼び名があり、それぞれアナターゼ、ブルッカイト、ルチルと呼ばれます．

2023/09/24 22:04

CaAl2Si2型構造：熱電材料からトポロジカル磁性体まで

組成比が1:2:2の結晶構造として有名であるのがCaAl2Si2型構造です．伝統的に熱電材料として高い性能を示す物質が多く知られてきました．近年では、トポロジカル電子物性の舞台としても注目の結晶構造です．

2023/08/27 13:48

リチウムイオン電池とコバルト

コバルトは鉄やマンガンと同じ第四周期の金属元素でありながら、それらとは桁外れに埋蔵量が限られています．これから先も継続してリチウムイオン電池の生産を行うためには、コバルトの使用量を減らすあるいはコバルトの生産量を増やさなくてはなりません．

2023/08/10 09:36

ランタノイドとアクチノイド：周期表の縁の下の力持ち

周期表の最下部に佇む謎の元素たち．ランタノイドとアクチノイドと書かれてはいますが、それ以上の説明はなく、そのまま化学の授業は終わります．従来の化学教育では見過ごされがちですが、これらの元素には他の元素に負けないくらい有用で興味深い性質を示します．

2023/07/26 14:41

アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン：周期表の族の様々な呼び名

「アルカリ金属」「アルカリ土類金属」「ハロゲン」など、特定の族を示す呼び名は多くあり、同一の族に属する元素群はいずれも似たような性質を示します．

2023/07/14 08:55

遷移金属ダイカルコゲナイド：三次元と二次元の両方の側面を持つ物質

層状構造を活かし、近年、原子一層だけを取り出すことが可能な二次元材料として期待されている物質群が遷移金属ダイカルコゲナイドです．

2023/07/11 15:21

量子ドット：粒子を小さくすると起こる嬉しいこと

ナノ結晶が特異な光学的性質を示す要因は粒子サイズの減少による量子サイズ効果であるとされ、このような物理学的性質に着目した時のナノ粒子を量子ドットと呼びます．

2023/07/04 14:12

磁化率の測定データをどのように解析・解釈すればよいか

磁気測定から得られる非常に重要なパラメータとして磁化率（帯磁率）があります．磁化率の温度依存性は様々ですが、それぞれをどのように見分ければよいでしょうか．

2023/06/28 13:58

不動態：やる気を失った物質の意外な活用法

不動態とはなんでしょうか．「通常の金属が、当然示すはずである活性を失って、一見、貴金属（容易に化学的変化を受けない金属）であるかのように挙動する状態」とされ、不働態と呼ばれることもあります．

2023/06/22 00:00

ナトリウムイオン電池：リチウムからナトリウムの時代へ

ナトリウムは周期表でリチウムのひとつ下に位置することからリチウムと性質が似通っており、一方でリチウムとは比較にならないほど安価です．リチウムをナトリウムに変えることができれば、資源問題から解放され電池を非常に安価に製造できる可能性があります．

2023/06/20 12:04