결정화학 중간고사 문제

목차

결정화학 중간고사 문제

본문내용

-quartz
.〔SiO4〕-44면체가 나사모양으로 배열→우수정(牛首停)이 생김
.Si-O-Si의 결합각 : 150°
.가장 충밀구조(close-packed structure)이므로 밀도가 크고 다른 원자 가 침입하기 어려운 구조
2. 고온형 β-tridymite
.〔SiO4〕-44면체는 육각환상으로 배열
.Si-O-Si의 결합각 : 180°
.개방적 구조→밀도나 굴절율이 작고 많은 공극(空隙, void space)을 가짐
3. β-crystabalite
.〔SiO4〕-44면체는 육각환상으로 배열
.Si-O-Si의 결합각 : 180°보다 약간 이그러진 상태
.개방적 구조→밀도나 굴절율이 quartz에 비하면 작지만 tridymite에 비하면 약간 크다
.SiO2결정의 전이
.규석은 상온에서 가장 안정된 구조(α-quartz)
↓ 가열
573℃에서 α-quartz로 전이
(매우 빠르고 가역적, 즉 573℃이상에서 β-quartz가 됨)
↓ 가열
870℃에서 β-quartz는 β2-tridymite로 전이
(일부는 β-quartz로 남는다)
↓ 870℃이하로 냉각
β2-tridymite가 된 것은 163℃이하에서 β1-tridymite가 되었다가
117℃이하 상온이 되면 α-tridymite가 된다
↓ 870℃에서 다시 가열
β-quartz → (1250℃) → β-cristobalite
β2-tridymite → (1470℃) → β-cristobalite
(전이속도가 느리므로 1470℃이상의 온도에서도 β-quartz나
β2-tridymite는 남아 있게 된다)
↓
α-quartz로 되어있는 규석을 1500℃로 가열
↓
β-quartz, β2-tridymite, β-cristobalite가 혼합
↓ 실온에서 냉각
β-quartz → (573℃) → α-quartz
β2-tridymite → (163℃) → β1-tridymite → (117℃) → α-tridymite
β-cristobalite → (241℃) → α-cristobalite
(실온에서 α-quartz, α-tridymite, α-cristobalite의 세가지 결정상이 공존하는 혼합물이 된다. 이세가지 결정상의 양은 가열온도, 가열시간, 가열속도등과 광학제의 존재에 따라 전이속도가 크게 달라진다)
문제5〉2차 결합 또는 반 데르 발스 결합의 성질 및 결합방법에 대해 설명 하시오.
☞ 2 차결합, 반 데르 발스 결합(Van der Waals bonding)또는 물리적 결합 은 1차 혹은 화학적 결합에 비해 약하다. 결합 에너지는 보통 10〔kJ/㏖〕 (0.1 eV/원자)정도이다. 2차 결합은 실제로 모은 원자와 분자 사이에 존재 한다. 그러나 이러한 결합의 효과는 전술한 3종류의 1차 결합이 함께 존재 할 때는 가려진다. 2차 결합은 안정된 전자 배위를 갖고 있는 불활성 기체 나 공유결합의 분자와 분자 사이에서 볼 수 있다.
2차 결합력은 원자나 분자의 쌍극자(dipole)에서 나온다. 원자나 분자에서 양젼하와 음전하가 근접하게 분리 위치할 때는 언제나 전기적 쌍극자 (electric dipole)가 존재하게 된다. 결합은 한 쌍극자의 양전하 끝 부위와 인접한 쌍극자의 음전하 끝 부위 사이에 작용하는 쿨롱 인력에 기인한다. 쌍극자 간 상화 작용은 유도 쌍극자(induced dipole)들 사이에 또는 극성 분자들 사이에 존재한다. 수소결합(hydrogen bonding)은 2차 결합의 특수 한 형태로, 수소 원자를 구성 원소로 갖는 분자들 중에서 발견된다. 이러 한 결합 기구들에 관해 보기로 하자.
.진동하는 유도 쌍극자 결합
→원자나 분자 내에 생성되거나 유도되는 쌍극자는 일반적으로 전기적으 로 대칭성이 있다. 즉, 전체적인 전자의 위치 분포는 양전하의 핵에 대 해 대칭적이다. 모든 원자들은 계속적인 진동을 하며, 이때 순간적이거 나 단기적으로 전기 대칭이 깨지게 되고, 작은 전기 쌍극자가 생기게 된 다. 이러한 쌍극자는 다시 인접한 분자나 원자의 전자 배치를 이동시켜, 다시 쌍극자를 생성하고 이들은 서로 약하게 결합하게 된다. 이러한 기 구는 반 데르 발스 결합의 한 종류이다. 이러한 인력은 많은 수의 원자 나 분자간에 존재하게 되는데, 이러한 힘은 일시적이며 시간에 따라 진 동하게 된다.
액상화(liquefaction)현상이나 불활성 기체, H2나 Cl2등의 대칭성 분자 의 응고 현상은 이러한 결합에 의해 이루어진다. 쌍극자 결합이 지배적 인 재료의 용융 및 비등 온도는 극히 낮으며, 분자간에 가능한 결합 중 에서 가장 약하다.
.극성 분자와 유도 쌍극자 간의 결합
→어떤 분자에서는 비대칭적인 양극과 음극 영역 분포에 의해 영구적인 쌍극자 모멘트가 존재한다. 이러한 분자를 극성 분자(polar molecule)라 고 부른다. 영구 쌍극자 모멘트는 HCl분자의 수소와 염소 끝에 존재하 는 순 양극과 음극 전하 사이에 존재한다.
극성 분자는 인접한 비극성 분자에서 쌍극자를 유도할 수 있고, 이 두 분자 간에 인력을 만들어 낼 수 있다. 더구나 이러한 결합의 세기는 진 동 유도 쌍극자에 비해 크다.
.영구 쌍극자 결합
→반 데르 발스 힘은 또한 인접한 두 극성 분자 사이에 존재한다. 이러한 결합 에너지는 유도 쌍극자에 의해 만들어진 결합에 비해 상당히 크다.]
2차 결합 중 가장 강한 결합력을 갖는 수소결합은 극성 분자 결합의 특 수한 경우이다. 이는 수소가 불소(예, HF), 산소(예, H2O), 질소(NH3)와 공유결합하는 분자간에 존재한다. H-F, H-O, H-N결합에서 수소 전자 는 다른 원자와 공유한다. 따라서 결합의 수소 원자 부위는 전자에 의해 차폐되어 있지 않은 양자에 의해 양극성을 갖는다. 이러한 분자의 강한 양극성을 갖는 한쪽 끝은 인접 분자의 음극성 끝과 인력을 가지게 된다. 근원적으로 양자는 두 음극성의 원자사이에 다리 역할을 한다고 볼 수 있다. 수소결합의 강도는 다른 종류의 2차 결합에 비해 통상적으로 크 고, 51〔kJ/㏖〕(0.52eV/분자)까지 클 수 있다. 불산화수소의 용융 및 비 등 온도는 수소결합에 의해 낮은 분자량에 비추어 볼 때 극히 높다고 할 수 있다.

키워드

결정화학,   중간고사,   화학