일반화학실험 | 결정 속의 입자의 쌓임

 

 

 

TIP

 

 

여기에서 결정 구조의 기본 개념인 단위세포 내 입자수, 배위수, 입자 충진율 등을 구해보고 이 모델을 바탕으로 철의 원자 반지름을 측정해 본다.

 

 

 

대부분의 고체물질은 결정성 고체와 비결정성 고체로 나뉠 수 있다. 이 때 대부분의 결정성 고체는 자신 고유의 원자의 배열을 가지고 있다. 이러한 배열을 결정 구조라고 부른다. 이 결정 구조는 단위세포라고 불리는 기본 원자의 패턴의 반복으로 이루어져 있다. 이 결정 구조에는 단순입방구조, 면심입방구조, 체심입방구조, 그리고 육방밀집구조 등 다양한 종류가 있다.

 

이러한 결정모델을 설명할 때 흔히 원자를 모두 동일한 크기를 가지는, 균일한 밀도로 이루어진 구로 간주한다. 이러한 방법으로 설명을 하면 결정성 고체의 결정 구조를 효과적으로, 그리고 시각적으로 표현할 수 있을 뿐만 아니라 일상생활에서 흔히 볼 수 있는 스티로폼 공이나 이쑤시개 등으로도 잘 표현할 수 있기 때문에 화학 전반에 걸쳐 널리 애용되고 있다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 주어진 이쑤시개와 스티로폼 구를 이용하여 단순 입방격자, 체심 입방격자, 면심 입방격자, 육방 최밀 격자를 각각 제작한다.

 

2) 제작한 각각의 결정 구조에 대하여 단위 세포 내의 입자수를 계산한다. 즉 체심, 면심, 꼭지점에 있는 입자가 몇 개의 단위세포에 접해있는지, 그리고 각 위치의 입자가 하나의 단위세포 내에 속할 확률이 얼마인지에 근거하여 각 단위세포 내의 총 입자수를 계산해 낸다.

 

3) 제작한 각각의 결정구조에 대해서 입자의 배위수를 계산한다.

 

4) 제작한 각각의 결정구조에 대해서 결정 격자의 입자 충진율을 구한다. 이 때 원자 반지름(스티로폼 구의 반지름)을 r이라고 두고 계산을 전개한다.

 

5) 주어진 못의 표면을 깨끗이 닦아내어 녹이 남아있지 않도록 한다.

 

6) 전자저울로 못의 질량을 측정한다.

 

7) 10㎖ 메스실린더에 물을 약 7㎖ 정도 넣고 못의 부피를 정밀하게 측정한다.

 

8) 결정구조 모형에 근거하여 철 원자의 반지름을 옹스트롬 단위로 계산한다.

 

 

 

[일반화학실험] 결정 속의 입자의 쌓임 레포트