【自由研究】劈かい性を示す理由【カルサイト(方解石)を叩き割る】part 2

昨日の記事で『カルサイト』透明結晶を叩き割る実験をしました。
何回割っても同じカタチに割れることがわかりました。
このような現象を 『劈開(へきかい)』ということを紹介しました。

今回の記事では、この実験からなにがわかったか。
『へき開』について、
・なんで起きるか？: 原子スケールでの解説
・なにに使うか？: 世界一硬い「ダイヤモンドを割る方法」など、実社会での応用
について解説します。

実験の復習

カルサイト(方解石)の透明結晶をハンマーで叩きわりました。
何度も割って、小さくしていっても、
どの結晶も”元の結晶”と同じ、菱形に割れました。

メカニズム: なぜ特定の方向に割れる？

結晶は原子が規則ただしく並んでできています。
この原子の配列によって、割れやすい面、
つまり割れやすい方向があります。
この割れやすい面を『劈かい面』といいます。

カルサイトの原子の並び方を見てみましょう。
劈かい面では陽イオン(Ca²⁺)と陰イオン(CO₃^2－)が
交互に並んでいて、同じ数あります(図の青いライン)。

このような面は電気的に中性で、
剥がれやすくなっています。
この特定の面で原子が剥がれちゃう現象が
『劈かい』の正体です。

カルサイトにはこのような劈かい面が3種類あります。
この3種類の面で平行に割れるので、
平行六面体(=菱形)の結晶がカタチ作られます。

[ちょっと詳しい説明]
中性面がすべてへき開面であるわけではありませんが、
このように特にエネルギーの低い”安定面”はへき開面になりやすいです。
反対に陽イオンだけor陰イオンだけというような、
電気的に極性がある面はエネルギーが高くなります(図の赤いライン)。
不安定面なので、表面に出てくることはありません。

用途: どんなことに利用されてる？

ダイヤモンドの加工

『世界一硬い鉱物』として知られるダイヤモンド。
ブリリアントカットと呼ばれる特殊な加工を
施すことで、特別な輝きを放ちます。

もちろん天然にこのカタチで産出するわけではありません。
原石はもっといびつなカタチをしています。

では、世界一硬いのにどうやってカットするのか？
どうやってカタチを作るのか？気になりますよね。

正解は原石にナイフを立てて、トンカチで叩いて、
へき開でスパッと割ります。
ダイヤはキズの付きにくさは世界イチですが、
割れにくさで言うとルビーやサファイアよりも弱いです。
おもしろいので、詳細は別記事で、改めて紹介します。

雲母のキラキラ

雲母(うんも、マイカ)という鉱物は1方向にだけ、劈かい性を示します。
へき開させることで、シート状の粒子を取り出すことができます。
天然の鉱物は『下敷きをたくさん重ねたような構造』になっていて、
どこからでも、どの厚さでも剥がすことができます。

これをペリペリと剥がして、適当な大きさに砕いて使います。
剥がれた面が、光を反射してキラキラと輝くので
『キラ』とも呼ばれます。

そうです、キラカードのキラはこのマイカです。
浮世絵にもキラを使っていたみたいです。
江戸時代の人が喜んでいたの、想像できますよね。
キラキラをキレイと思う気持ちは、今も昔も変わらないようです。

自動車のボディカラーでブラックマイカ・ブルーマイカといった
コーティング塗料のキラキラもこのマイカです。

あとは、マスカラ・ファンデーション・マニキュアなど
化粧品のキラキラもマイカです。

まとめ

『カルサイト(方解石)の結晶を叩き割る実験』、
砕いても砕いても同じカタチに割れる『劈かい』という現象が
なぜ起こるか、簡単ながら原子スケールの解説をしました。

また、『劈かい』が産業的に実際に使われている例として、
「ダイヤモンドのカット」「雲母のキラキラ」を紹介しました。

普段あまり意識することのない現象ですが、
実は生活のいたるところで役に立っています。

『鉱物』『材料』は自分の専門です。
良ければ他の記事も覗いてみてください。
最後まで読んでいただき、ありがとうございました。

Twitter(@kekehakase)をやっています。
今後も有益な情報を発信していきますので、
フォローしていただけたら嬉しいです。

関連記事

• (前記事)【方解石】割っても砕いても,また同じカタチ【自由研究: カルサイトの劈開】part 1
• 【ダイヤはなぜ美しい？】計算された3つの光を解説
• 【宝石と石の違い？】宝石の3条件を解説
• 【自由研究】塩の結晶をつくろう【ステイホーム】