演題 SiO４四面体骨格表示を用いた珪酸塩結晶構造の視覚化
発表者
（所属）		 ○野口文雄，浦野靖久，花岡伸樹，三浦 弘
（埼玉大学工学部）
連絡先 〒338 埼玉県浦和市下大久保255
　　　　TEL/FAX 048-858-3536
　　　　E-mail
キーワード 珪酸塩，結晶構造
開発意図
適用分野
期待効果
特徴など		 複雑な珪酸塩の結晶構造を視覚化するために，珪酸塩の骨格 をなすSiO４四面体を描画し，結晶構造を簡素化して結晶構造 を表示するプログラムの開発
環境 適応機種名 PC98シリーズ、DOS/V
ＯＳ 名 Windows95,WindowsNT
ソース言語 Borland C++,Borland C++ Builder
周辺機器 メインメモリ 32MBバイト以上推奨
流通形態
右のいずれ
かに○をつけ
てください）
  • 化学ソフトウェア学会の
    無償利用ソフトとする
  • 独自に配布する
  • ソフトハウス、出版社等から市販
  • ソフトの頒布は行わない
  • その他
  • ○未定
具体的方法

１ はじめに

　これまで，無機・有機および鉱物などの広範な結晶を対象として，結晶構造を陰影つき原子球で表示するWindows版アプリケーションを開発してきた。しかし，珪酸塩のように単位格子内に100個以上のイオンを含む結晶では，原子球で結晶構造を示す方法では，出力図が複雑となり，結晶構造を視覚化するのが困難となる。そのため，結晶構造を簡素化して表示する方法が望まれている。珪酸塩は，四面体の中心にSi４＋が頂点にO２−がそれぞれ存在するSiO４四面体が3次元網目状あるいは，鎖状に連なり結晶構造の骨格をなし，陽イオンがこれらの隙間を占める構造をとる。そこで，SiO４四面体と陽イオン球のみで結晶構造を表示させたところ，従来の原子球を用いたものより，明瞭に結晶構造を視覚化できた。

２ プログラムの概要

2.1 結晶データの生成 結晶構造を表示するためには，格子定数（単位格子の大きさと形）および原子座標（単位格子内の各原子・イオンの位置）のデータが必要となる。エンドユーザーがこれらのデータを収集するは困難であるため，リレーショナルデータベース（Paradox)に約3500件の結晶データを登録した。結晶データベースは，格子定数親データベースと原子座標子データベースとからなり，データファイル名をキー項目としてリンクされている。このほか空間群データベースが作成されている。結晶データ生成プログラムは，C++ Builderで書かれており，データベースからの中間テキストファイルを必要とせず，直接データを読み取り，必要最小限のデータから，空間群の情報により多数の原子座標が展開できる仕組みになっている。例えば，合成ゼオライト(ZK-5）の原子座標はたった６個の原子座標から，空間群Im3mの対称を満たす388個の原子座標が生成できる。
2.2 SiO４四面体のデータ作成 四面体のデータ生成では，個々の四面体の中心座標と頂点座標が必要となる。そのため，全Si原子について第４近接までの原子座標を検索し，Si原子を取り巻くO原子のみの座標を抽出した。この場合，単位格子の面上や近傍に位置するSi原子の近接原子を正しく検索させるため，一つの単位格子に上下，斜め，四方で隣接する26個の単位格子内の原子座標を並進対称操作で生成させて，検索した。
2.3 珪酸塩の結晶構造表示 最近では，動画をサポートする各種の3次元グラフィックスツールが登場している。本ソフトウェアでは，VRML形式のデータファイルを生成させて，コンピュータ画面上で陰影付き結晶構造模型をマウス操作で自由にマニュピュレートできる仕様にした。このほか，従来の原子球のみの表示や，特定原子の配位情報（結合角，結合距離等）表示もできる。出力結果の一例として,立方晶ゼオライト(ZK-5)の結晶構造を図１に示す。

(１００)面を見た図では面の中央にSiO４四面体の８員環からなる空洞が(１１１)面には６員環からなる空洞がそれぞれ明瞭に見られる（図１a),b)）。(１１１)面をわずかに傾けると，空洞の中央部にはNa＋イオン列が存在していることが判明した（図１c)）。

３ おわりに

　イオン結晶には，４配位以外に６配位（八面体）や８配位（立方体）などのものもあり，これら多面体を用いた結晶構造表示プログラムを開発して，複雑な結晶構造を視覚化できるソフトウェアを開発する予定である。