劈開（結晶）

鉱物学と材料科学における劈開とは、結晶質物質が特定の結晶構造面に沿って分裂する傾向のことである。これらの相対的に弱い面は、結晶中の原子とイオンの規則的な位置の結果であり、顕微鏡と肉眼の両方で見える滑らかな繰り返し面を形成する。特定の方向の結合が他の方向よりも弱い場合、結晶は結合が弱い面に沿って分裂する傾向がある。これらの平坦な割れ目は「劈開」と呼ばれる。^[1]劈開の典型的な例は雲母で、基底のピナコイドに沿って一方向に劈開し、層が本のページのように見える。実際、鉱物学者はしばしば「雲母の本」と呼ぶ。

ダイヤモンドとグラファイトは劈開の例である。どちらも炭素という単一の元素のみで構成されている。ダイヤモンドでは、各炭素原子は短い共有結合で四面体パターンで他の 4 つの原子と結合している。ダイヤモンドの弱い面 (劈開面) は八面体の面に沿った 4 つの方向にある。グラファイトでは、炭素原子は六角形パターンの層に含まれており、共有結合はダイヤモンドの共有結合よりも短い (したがってさらに強い)。しかし、各層はより長く、はるかに弱いファンデルワールス結合で互いに結合している。これにより、グラファイトの劈開方向は基底ピナコイドと平行な単一方向になる。この結合は非常に弱いため、少しの力で壊れ、層が剪断されるときにグラファイトは滑りやすい感触になる。その結果、グラファイトは優れた乾式潤滑剤となる。^[2]

すべての単結晶は結晶構造内の原子面に沿って分裂する傾向を示しますが、ある方向と別の方向の差が十分に大きくない場合、鉱物は劈開を示しません。たとえば、 コランダムには劈開は見られません。

劈開は結晶面と平行に形成される：^[1]

• 劈開面が1 つしかない場合は、基底劈開、錐状劈開、または平面劈開が発生します。タルクには基底劈開があります。雲母(白雲母や黒雲母など) にも基底劈開があります。そのため、雲母は薄いシート状に剥がすことができます。
• 柱状劈開は、結晶内に 90 度で交差する2 つの劈開面がある場合に発生します。スポジュメンは柱状劈開を示します。
• 非柱状劈開は、結晶内に 90 度で交差しない2 つの劈開面 (2 つの非垂直な劈開方向、たとえば 60 度と 120 度)がある場合に発生します。
• 立方へき開は、3 つのへき開面が 90 度で交差するときに発生します。岩塩(または塩) は立方へき開するため、岩塩の結晶が破壊されると、より多くの立方体が形成されます。
• 菱面体劈開は、 3 つの劈開面が 90 度以外の角度で交差するときに発生します。方解石は菱面体劈開です。
• 八面体へき開は、結晶に4 つのへき開面がある場合に発生します。蛍石は完全な八面体へき開を示します。八面体へき開は半導体では一般的です。ダイヤモンドにも八面体へき開があります。
• 十二面体へき開は、結晶に6 つのへき開面がある場合に発生します。閃亜鉛鉱は十二面体へき開を持ちます。

結晶の分離は、鉱物が外部応力による構造的弱点面、双晶組成面、または別の鉱物の溶出による弱点面に沿って破壊されるときに発生します。分離破壊は、外見上は劈開と非常に似ていますが、原因が異なります。劈開は設計上の弱点により発生しますが、分離は成長欠陥 (基本的な結晶設計からの逸脱) により発生します。したがって、劈開は特定の鉱物のすべてのサンプルで発生しますが、分離は構造欠陥のあるサンプルでのみ発生します。分離の例には、磁鉄鉱の八面体分離、コランダムの菱面体および基底分離、^[3]および輝石の基底分離などがあります。^[1]

劈開は、岩石や鉱物の研究における手のひらサイズの標本や顕微鏡検査の両方において、鉱物の識別に伝統的に使用される物理的特性です。例えば、輝石の柱状劈開面間の角度（88～92°）と角閃石の劈開面間の角度（56～124°）は診断に役立ちます。^[1]

結晶の劈開は、電子産業や宝石のカットにおいて技術的に重要です。

宝石は一般的に、ダイヤモンドのカットのように衝撃によって割れます。

半導体材料の合成単結晶は、一般に薄いウェーハの形で販売されており、これは劈開がはるかに容易である。シリコンウェーハを柔らかい表面に押し付け、ダイヤモンドスクライブでその端を引っ掻くだけで、通常は劈開を起こすのに十分であるが、ウェーハをダイシングしてチップを形成する際には、より細かく制御するために、刻み目を付けて割る手順がしばしば踏まれる。元素半導体（シリコン、ゲルマニウム、ダイヤモンド）はダイヤモンド立方晶系であり、八面体劈開が見られる空間群である。これは、ウェーハの向きによっては、ほぼ完全な長方形に劈開できることを意味する。他のほとんどの市販半導体（GaAs、InSbなど）は、同様の劈開面を持つ、関連する閃亜鉛鉱構造で作ることができる。

• 劈開（地質学）

• 鉱物ギャラリー: 鉱物の特性 - 劈開