コランダム【結晶構造とコランダムの仲間】

結晶構造とコランダムの仲間

イオン半径は、アルミニウムが680pm、酸素が1260pmである。大きい方の酸素イオンを密に並べると、図2の白球の集まりになる。そして、3つのO^2-が接する「ヘソ」にAl³⁺イオン（黒丸）が座るが、組成がAl₂O₃なので、「ヘソ」の1/3は規則的に空いている。この層を積み重ねてコランダム結晶の模型を組むことができ、積むときは、黒球が座っていない下層の「ヘソ」に上の層の白球が座るようにする（図2のa）。そうするとアルミニウムの黒球は、下の層の「ヘソ」と上の層の「ヘソ」との間におさまる（図2のb）。図2は結晶構造|六方晶的に描いてあるが、この結晶は結晶構造|菱面体晶にも描け、結晶構造は、対称性にまさる後者で記述される。酸化アルミニウムの結晶はアルミナともいう。アルミナにはいろいろな結晶構造のものがあり、図2の構造のアルミナは、αアルミナである。酸化クロムの結晶はコランダムと相似で、図2の黒球のAl³⁺は、Cr³⁺と入れ替わることができる。微量のCr³⁺が入れ替わるとコランダムはピンクになり、2％くらい入れ替わると全くのルビー色になる。これが、ルビーである。Cr³⁺でなくFe³⁺などが入ると青色になり、これが、サファイアである。ただし、人造単結晶（後記）では、ルビー色でないコランダムを、無色透明のものも含め、サファイアと総称することがある。ボーキサイトをアーク炉で融解し精製して作る褐色溶融アルミナ（後記）が、黒褐色不透明なのは、Tiイオン、MgイオンがAlイオンの場所のところどころにあることによる。