본문내용
1. 원자와 이온의 반지름
1.1. 개요
개요는 본 실험의 전반적인 내용을 간략하게 소개하는 부분이다. 우리는 일반적인 상태변화에도 불구하고 원자와 이온 자체의 크기와 모양은 변하지 않는다는 사실을 알고 있다. 본 실험에서는 간단한 실험과 계산을 통해 원자와 이온의 반지름을 측정하고 계산해 볼 것이다. 이를 통해 실험 과정에서 발생하는 오차의 원인을 분석하고, 오차를 최소화할 수 있는 방안을 모색해 보고자 한다.
1.2. 실험 수행의 목적
간단한 실험과 계산을 통해 원자와 이온 반지름을 측정ㆍ계산해 보고 문헌에 알려진 값과 비교해 보는 과정을 통해 실험을 할 때 발생하는 오차 원인들에 대해 살펴보고, 이를 최소화하기 위한 방안이 무엇인지 판단해 보는 것이 이번 실험의 목적이다.""
1.3. 실험 수행의 배경
1.3.1. 결정 구조
원자들은 대부분의 경우 스스로 모여 결정을 이루며, 결정 구조는 원자들이 반복적으로 모인 형태라고 할 수 있다. 즉, 원자들이 일정한 규칙에 따라 배열되어 있는 구조가 결정 구조이다. 결정의 구조는 물질의 물리화학적 성질에 큰 영향을 미치므로, 이해하는 것이 중요하다.
결정 구조를 이루는 가장 작은 단위는 단위세포(unit cell)이며, 단위세포 내에 존재하는 원자들이 반복적으로 배열되어 전체 결정 구조를 형성한다. 단위세포의 종류에는 단순 입방 구조(SC), 면심 입방 구조(FCC), 체심 입방 구조(BCC), 육방 밀집 구조(HCP) 등이 있다.
단순 입방 구조(SC)는 정육면체의 각 꼭짓점에 원자가 위치하는 구조이며, 면심 입방 구조(FCC)는 정육면체의 각 면 중심에 원자가 존재하는 구조이다. 체심 입방 구조(BCC)는 정육면체의 중심과 꼭짓점에 원자가 있는 구조이며, 육방 밀집 구조(HCP)는 서로 다른 평면에 원자가 배열되어 있는 구조이다. 이와 같이 단위세포의 다양한 구조로 인해 결정 구조가 달라지게 된다.
1.3.2. 단위세포
단위세포는 결정 내에서 원자들이 반복적으로 모인 형태의 가장 작은 단위를 가리킨다. 각 단위세포 안에는 표면이 딱딱한 원자들이 서로 맞닿아 있다고 가정한다. 단위세포의 종류에는 단순 입방 구조(SC), 면심 입방 구조(FCC), 체심 입방 구조(BCC), 육방 밀집 구조(HCP)가 있다.""
1.3.3. 금속성 결정 구조
금속성 결정 구조는 단위세포 내의 모든 원자들이 한 가지 원소로 이루어진 입방형 결정 구조를 뜻한다. 이러한 금속성 결정 구조에서는 원자들이 직육면체의 꼭짓점이나 면의 중심에 배열되어 있다. 이 때 단위격자 내에서 원자가 바로 이웃하고 있는 원자들의 개수를 배위수(CN, Coordination Number)라고 한다. 또한 전체 격자에서 실제 원자가 차지하고 있는 부피의 비율을 APF(Atom Packing Factor)라고 한다.
대표적인 금속성 결정 구조에는 단순 입방 구조(SC, Simple Cubic), 체심 입방 구조(BCC, Body-Centered Cubic), 면심 입방 구조(FCC, Face-Centered Cubic)가 있다. 단순 입방 구조는 정육면체의 각 꼭짓점에 원자가 있는 구조이며, 배위수는 6, APF는 52%이다. 체심 입방 구조는 정육면체의 중심과 꼭짓점에 원자가 있는 구조로, 배위수는 8, APF는 68%이다. 마지막으로 면심 입방 구조는 정육면체의 각 면 중심에 원자가 있는 구조로, 배위수는 12, APF는 74%이다. 이처럼 금속성 결정 구조에서는 배위수와 APF 값이 각 구조마다 다르게 나타난다""
1.3.4. 이온 결합성 결정 구조
이온 결합성 결정 구조는 금속성 결정 구조와는 다소 복잡한...
