[나노 화학] 2. Amorphous Solid(비정질), Crystalline Solid(결정질), and Unit Cell(단위격자)

저번 포스팅에서는 나노가 얼마나 작은지에 대해 알아봤죠? 이번에는 나노 수준에서의 원자, 분자, 이온의 배열을 알아보겠습니다.

먼저 Crystal (Crystalline solid) 와 amorphous solid 에 대해서 알아보겠습니다.

 

그림을 보시면 어느 정도 이해가 되시겠지만, Crystalline solid(결정질)는 원자나 분자, 또는 이온의 일정한 패턴이 모든 방향으로 규칙적으로 나타나는 것을 의미하고, Amorphous solid(비정질)는 일정한 패턴이 반복되는게 아닌 것을 의미합니다.

 

그림을 보시면 똑같은 SiO2 성분으로 구성되어 있지만 왼쪽은 Quartz, 즉 석영, 오른쪽은 glass 즉 유리 입니다. 이와 같이, 같은 성분으로 구성되어 있어도 Crystalline인지 morphous인지에 따라서 다른 물질이 되고, 다른 성질을 갖게 됩니다. (여담이지만 석영과 유리는 강도가 다르다고 합니다.)

 

 

그러면, Crystalline solid의 반복되는 패턴의 기본 형태인 unit cell (단위 격자)에 대해 알아봅시다.

고등학교 때 배웠던 것을 먼저 생각해 보면, Simple cubic(단순입방구조), Face-centered cubic(면심입방구조, fcc), Body-centered cubic(체심입방구조, bcc)이 있었죠. 단순입방구조는 각 unit cell의 꼭지점에만 atom이 존재하고, 면심입방구조는 각 꼭지점과 각 면의 중심에 atom이 존재하며, 체심입방구조는 각 꼭지점과 unit cell의 중심부에 atom이 존재합니다.

 

조금 더 범위를 늘려볼까요?

 

 

원래는 unit cell은 14개 정도의 형태가 있는데, 7개의 결정계와 14개의 Bravais lattice가 있습니다.

아래 그림을 먼저 보도록 합시다.

여기서 7개의 결정계 라는 것은

Cubic(입방정계)

Tetragonal(정방정계)

Orthorhombic(직방정계)

Monoclinic(단사정계)

Triclinic(삼사정계)

Hexagonal(육방정계)

Trigonal(능면체정계)

이렇게 7개를 의미하는 것이고, 이것을 나누는 기준은 밑의 그림을 참고하여 다음과 같습니다.

           

       

Cubic(입방정계)
Tetragonal(정방정계)
Orthorhombic(직방정계)
Monoclinic(단사정계)
Triclinic(삼사정계)
Hexagonal(육방정계)
Trigonal(능면체정계)

음.. 그리 중요한 건 아닌 것 같지만 그래도 소개는 해야될 것 같아서 이렇게 썼어요!

 

아 그리고, 뒤에 붙는 P, I, F, C라는 글자는 각각 무엇을 의미하냐면

P : Primitive unit cell : 단순입방구조처럼 각 unit cell의 꼭지점에만 atom이 존재

I : Body-centered unit cell : 각 꼭지점과 unit cell의 중심부에 atom이 존재

F : Face-centered unit cell : 각 꼭지점과 각 면의 중심에 atom이 존재하는 구조

C : Side-centered unit cell : 각 꼭지점과 하나의 마주보는 두 면에 atom이 존재

뒤에 PIFC까지 붙여서 총 14개의 Bravais lattice(브라베격자)라고 합니다.

 

 

이 unit cell 같은 경우에는 보통 광물학을 연구하시는 분들에게 중요한 학문적 기초라고 합니다. 저는 다 알지는 못하고 우리가 보통 외우는 Cubic P, Cubic I, Cubic F, Hexagonal 정도를 외우고 있습니다. 

이 기본적인 unit cell을 얼마나 atom으로 채워져 있는지와 Lattice plane, Lattice directions에 대해 다음 포스팅에서 다뤄보겠습니다.

 

 

잘 보셨다면, 공감! 댓글!

이미지 출처

http://www.snipview.com/q/Amorphous_solid

참고

KAIST “생화공 물리화학2” Lecture Note

http://tkqtkfdl1006.blog.me/220290130468