金属化合物の電子密度分布からみた化学結合の成り立ちと凝集機構の新しい表現

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14205091
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 森永 正彦 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50126950)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中松 博英 京都大学, 化学研究所, 助手 (00150350) ; 湯川 宏 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (50293676)
• Keywords: 化学結合 / 電子状態 / 分子軌道法 / 電子密度 / 軽元素 / イオン結合 / 共有結合 / 金属結合

Research Abstract

本研究では、電子密度分布の規則性や特徴を見出し、従来とは異なる化学結合の成り立ちについて調べ、原子間の凝集メカニズムの簡明な表現法を開拓することを目的としている。本年度の研究から以下の成果を得た。
DV-Xα分子軌道計算法を用いて、種々の物質の最小電子密度(p_<min>)と原子半径またはイオン半径(r_<min>)の関係を調べた。約150種の気体や様々な固体で、これらを系統的に調べた結果、どの物質にも共通なユニバーサルな関係が成立していることが分かった。その関係は次式で表される。
log(p_<min>/Z^3)=-5.29log[1.01+0.57・(Z/n)r_<min>]
ここで、Zは原子番号、nは主量子数である。この式は水素様動径関数から導出できる関数形になっている。水素ガス、酸素ガス、水、ダイヤモンド、金属、半導体、酸化物、水素化物、イオン結晶、金属間化合物など多くの物質がこの関係式で表される一つの曲線上にのっている。共有結合、イオン結合、金属結合に関係なくのっている。化学結合を電子密度から見ると、こんなに美しい関係が成立している。
この関係式を使えば、もし、物質(AB)のA-B2原子間の最近接距離が与えられれば、原子半径またはイオン半径(r_<min>)が求まり、最小電子密度(p_<min>)も決まる。最小電子密度は、凝集エネルギーと密接に関係しており、原子間の凝集メカニズムの簡明な表現に利用できるパラメータである。

Research Products

• [Publications] M.Morinaga, M.Yoshino, A.Shimode, K.Okabayashi, H.Nakamatsu, R.Sekine: "Characteristics of Electron Density Distributions in Metal Oxides"Mater.Sci.Forum. 449-452. 77-80 (2004)
• [Publications] M.Morinaga, M.Yoshino, A.Shimode, K.Okabayashi, H.Nakamatsu, R.Sekine: "A Universal Relation between Electron Density Minima and Ionic Radii in Ceramics"Mater.Trans.. (in press). (2004)