グラファイトとちっ化ホウ素の色の違い

質問

グラファイトは黒色でちっ化ホウ素は白色だそうですが、
その色の違いはどうしておこるのですか？
なんか、電気陰性度の違いが関係しているそうなのですが。
月曜日にレポートを提出しなければなりません。
文系の私にはさっぱりわからないので教えてください。

回答No.1

Umada · ベストアンサー

これは問題がひどいですね。
問題自体は奇問でも珍問でもないのですが文科系の人に出すレベルではありません。理科系でも材料や物性をやっている人でないとちゃんとは答えられないでしょう。私自身以下の回答は自信がなくて恐縮です。(詳しい方の忌憚ない指摘をお待ちしています)

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物質は原子から構成されていて、原子は原子核と電子からできています。これはご存じかと思います。
原子が物質を構成したときの電子には、自由に動けるもの(自由電子)と、結合に使われて動けないもの(価電子)の2種類が存在します。しかしこの分類は未来永劫運命付けられているものではなく、価電子も外からエネルギーをもらって動けるようになることができます。そのときに必要なエネルギーは材料によって異なります。電気をよく通す材料はこの必要エネルギーが小さいのです。
(図をご覧下さい)

電子のエネルギーレベル(上ほど高い)
↑
｜　○－何かからエネルギーをもらってこれ以上にジャンプできれば、動けるようになる
｜　　↑
｜　　｜中間の状態は許されない。一発でジャンプしなくてはいけない。
｜　　↓
｜　●－結合に使われている電子のエネルギーレベル
｜

一方、光のエネルギー(光子1個のエネルギー)は光の周波数が低い、すなわち波長が長いほど低くなります。
前述の「材料で決まる必要エネルギー」が大きい場合、エネルギーの低い光(波長の長い光)を持ってきても吸収できません(電子が一発で上に上がれないから)。窒化ホウ素はこれにあたります。窒化ホウ素は絶縁体で、「材料で決まる必要エネルギー」がとても大きい材料であり、可視光よりもっと波長の短い光でないと吸収できません。可視光を吸収しない＝可視光を反射するので白い、となるのです。
逆にグラファイトはよく電気を通す材料です。もうお分かりのように「材料で決まる必要エネルギー」が小さいので、可視光でもエネルギーが足りるのです。ということは可視光を吸収する＝黒く見える、ということです。

以上の説明は平易を第一としましたので学問的な厳密性は多少欠いています。加えて、回答者自身も理解不足の点が多々あり間違って説明してる箇所があるかもしれません。その点はご容赦下さい。

なお参考になるページがありますので参考URLに挙げておきます。窒化ホウ素については直接は書かれていませんが、グラファイトについては詳しく出ています。(ある程度専門の人向けのレベルで書かれているので、少し難しいかも知れませんが・・・)

参考URL：

http://www.tuat.ac.jp/~katsuaki/nandemoQ&A.html#tomakuhen

お礼

ありがとうございます。とてもよくわかりました。
この文章の大半をレポートに使わせてもらいました。すみません。
そうしないと、書けないので。
とても感謝しています。ありがとうございました。