금속 결정의 단위 세포

핵심 정리

금속 결정은 금속 원자가 일정한 규칙으로 쌓여 만들어진 고체다. 이 배열의 가장 작은 반복 단위를 단위 세포라고 한다. 결정 전체는 단위 세포를 가로·세로·높이 방향으로 이어 붙인 것으로 볼 수 있다. 금속 원자는 금속 결합으로 묶여 있다. 금속 결합은 자유 전자와 양이온 사이의 결합이다. 원자에서 떨어져 나온 전자는 결정 전체를 자유롭게 움직인다. 이 때문에 금속 결정은 전기 전도성을 가진다.

금속 결정 구조를 판별할 때는 단위 세포 속 입자 수를 살펴본다. 입방 구조에는 단순 입방, 체심 입방, 면심 입방의 세 가지가 있다. 구조에 따라 단위 세포에 포함되는 원자 수가 다르다. 단위 세포에 포함된 원자 수는 입방 구조 종류에 따라 정해진다.단위 세포에 포함된 원자 수는 입방 구조 종류에 따라 정해진다. 면심 입방 구조에서는 꼭짓점과 각 면의 중심에 원자가 있다. 체심 입방 구조에는 꼭짓점 원자 8개와 체심 원자 1개가 있어 단위 세포당 원자 2개가 포함된다.

단위 세포의 질량은 그 안에 포함된 원자 수와 원자량의 곱에 비례한다. 따라서 같은 금속이라면 원자량이 같으므로 원자 수가 많은 구조의 단위 세포가 더 무겁다. 결정의 밀도는 원자량에 비례하고 단위 세포 한 변 길이의 세제곱에 반비례한다. 한 변의 길이가 두 배가 되면 부피는 여덟 배가 된다. 따라서 밀도를 계산할 때 길이를 세제곱하지 않으면 답이 크게 달라진다.

자세히

금속 결정 구조를 판별할 때는 단위 세포 안의 원자 수, 한 원자에 가장 가까이 인접한 원자 수인 배위수, 점유율을 살펴본다. 이 값들은 서로 연결되어 있어 한 가지 자료로 다른 값을 추론할 수 있다. 시험에서는 먼저 그림에서 원자의 위치를 센다. 꼭짓점 원자는 여러 단위 세포가 공유하므로, 단위 세포에 실제로 포함되는 원자 수를 셀 때는 원자가 놓인 위치를 고려해야 한다.

세 입방 구조의 차이는 다음 표와 같다.

단순 입방 구조는 단위 세포에 포함된 원자 수가 가장 적고, 한 원자에 인접한 원자도 6개뿐이다. 면심 입방 구조는 단순 입방보다 단위 세포 원자 수가 많고, 한 원자에 가장 인접한 원자 수도 많다. 단순 입방 격자의 인접 입자 수는 6개이고 면심 입방 격자는 12개다. 단순 입방 구조의 단위 세포 원자 수는 면심 입방 구조보다 적다. 면심 입방 구조에서 한 구에 가장 가까이 인접한 구는 12개다.

체심 입방 구조에서 한 원자에 가장 인접한 원자는 8개다. 체심 원자는 꼭짓점 원자 8개와 맞닿는다. 면심 입방 구조에서 한 원자에 가장 인접한 원자는 12개다. 면심 입방 구조와 육방 밀집 구조는 최조밀 쌓임 구조에 해당한다. 육방 밀집 구조는 단위 세포에 입자 6개가 포함되고 배위수는 12다.