1. 원자의 결합
(1) 이온결합(KCI, MgO, LiF)
쿨롱의 힘에 의한 결합으로 결합에너지로 양. 음이온에 전기적 중화를 이루면서 정전기적인 힘에 의해서 결합하는 것입니다. 각 이온이 고립된 상태에서는 인력은 약하고 응집상태에서는 강해지게 됩니다. 이럴 때에 이온결합은 매우 강하고, 액체가 되기 쉽고 변형은 어려우나 취약한 약점이 있습니다.
(2) 공유결합(Ge, Si, C(다이아몬드))
전자쌍의 힘에 의한 결합으로 결합에너지는 =수 ev입니다. 쌍방의 원자 전기음성도의 차가 적어서 전자가 서로 공유하면서 결합하는 화학적 결합으로 볼 수 있습니다. 공유결합은 매우 강하며, 용융점이 높고 딱딱하고 취성이 있습니다.
(3) 분자결합(Van der Waals binding(Ar, Kr))
반 데르 발스의 힘에 의한 결합으로 결합에너지는 =0.1eV로 유도된 전하의 정전기적 인력에 의해 형성되는 화학적 결합을 Van der Waals의 결합이라 합니다. 하지만 반 데르 발스 결합은 약한 것이 단점입니다.
(4) 금속결합(Cu, Ag, Al)
전자력에 의한 결합으로 결합에너지는= 0.3~0.Sev입니다. 자유전자가 띤 음전하와 핵이 띤 양전하 사이에 이루어진 결합을 말하는데 금속결합은 공유결합의 극단적인 것으로 볼 수 있습니다. 금속결합은 등방성이고, 중간정도이나 약한 쪽에 속하게 됩니다. 금속결합체는 파괴되지 않고 어느 정도 변형할 수 있습니다.
2. 순금속의 결정 구조
(1) 체심입방격자(BCC)
체심입방격자란 입방체 8개 구석에 각 1개씩의 원자와 입방체 중심에 1개의 원자가 있는 것을 단위포로 한 결정격자입니다. 입방체 대각선의 길이는 √3.a 이고 근접원 간 거리는 √3/2 a입니다. 여기서 a는 원자 지름을 의미합니다.
배위수(원자를 둘러싼 최근접 원자수)의 수는 8개 이고 격자내의 원자수: 2 원자입니다. [※ 1/8 ×8=1. 단위포 중심 = 1]
격자의 원자 충진율은 68% 이고 원자반지름은 √3/2 의 1/2로 즉, √3/4 a 라고 할 수 있습니다. FCC 금속보다 융점이 높은 것이 많으며 가공에 의한 경화는 별로 없으나 전연성이 떨어지게 됩니다.
(2) 면심입방격자(FCC)
면심입방격자는 입방체 8개의 꼭짓점과 6개면의 중심에 원자로 구성되어 있는 배위수(원자를 둘러싼 최근접 원자수) 12개의 격자 모형입니다. 근접원 간의 거리는 1/2 × √2a= 1/√2 a 로 나타낼 수 있습니다. 면 대각선의 길이는 √2a 이고 격자 내의 원자수는 4개(부피로 볼 때의 원자수)로 볼 수 있습니다. 격자 내의 원자수는 4개이고 격자 내의 원자 충진율은 74%입니다. 전연성, 가공성이 좋으나 강도가 충분치 못한 것이 아쉬운 점입니다.
(3) 조밀 육방격자(HCP)
조밀 육방격자란 정 6 각기둥을 6개의 삼각기둥으로 나누고, 그 삼각기둥 6개 꼭짓점에 원자가 있고 또 하나 건너 삼각기둥 중심에 1개의 원자가 있으며 2개의 정삼각주를 합한 것이 단위포입니다. 배위수는 12개 이고 격자 내의 원자수는 2개입니다. [모서리의 원자수: (X)+(x)=1. 내부에 있는 원자수: 1]
2. 상률과 상
1) 상률(phase rule)
어느 부분이나 균일하고 불연속적이며 명확한 경계된 부분으로 되어 있는 분자와 원자의 집합상태를 상이라 합니다. 기체, 액체, 고체는 각각 하나의 상이며 얼음, 물, 수증기가 공존하면 성분은 한 개지만 상은 고상, 액상, 기상의 3상이 됩니다.
계(system)는 집단의 물체를 외부와 차단하여 그 물질 이외는 어떠한 물질적 교섭이 없는 상태로 있다고 생각할 때를 말합니다. 계는 균일계와 불균일계로 나눌 수 있는데 균일계란 한 물질계가 1종의 균일한 것으로 되어 있으므로 어느 부분도 동일한 물질일 때를 말하고 불균일계란 다른 종류의 물질이 서로 공존하는 상태를 의미합니다. 성분(component)은 한 계의 조성을 나타내는 물질을 그 성분이라 합니다.
상율이란 계 중의 상이 평행을 유지하기 위한 자유도를 규정한 규칙입니다. 자유도(degree of freedom)의 지수가 중요한데 이는 평형상태에 있는 물질계에서 상의수에 변화를 주는 일이 없이 서로가 독립적으로 변화시킬 수 있는 상태변수의 개수를 의미합니다. Gibb's의 상율은 F-N+2-P [F: 자유도 N: 성분수 P: 상의 수] 응고계의 상율(압력을 무시할 때)을 F = N + 1 - P로 나타낼 수 있습니다.
물의 경우 자유도를 살펴보면 물, 얼음, 수증기의 각 구역을 생각해 보면 됩니다. 이는 F = 1+2-1 = 2로 나타낼 수 있습니다. 단, 1 상의 조건은 온도, 압력을 모두 변화시켜도 존재하게 됩니다. 물과 수증기, 물과 얼음, 얼음과 수증기 인 상태의 상율을 살펴보면 F=1 + 2-2 = 1인데 2 상의 공존조건은 온도, 압력 중 1개만 변형시킬 수 있습니다. 물, 얼음, 수증기(T점) : F = 1 + 2 - 3=0 은 불변계로서 정말 고정된 상태를 말합니다.
2) 농도 표시법
다음으로 농도표시법을 살펴보도록 하겠습니다. 2 성분계 농도 표시법 과 3성분계 농도 표시법을 나누어서 생각해 볼 수 있는데
2성분계 농도 표시법을 먼저 살펴보면 A, B 2개의 성분을 유한 직선 위에서 생각하면 A성분 농도 x%, B성분 농도 y%입니다. A, B 위에서 P(x, y)를 구하려면 P를 통과하는 45°의 각을 이루는 곡선과 X, Y 축과 의 교점을 각각 A, B라고 할 때 닮은 삼각형의 관계로부터 AP / BP = y/x 가 성립된다.
따라서 A, B를 100%로 하고 직선 위에 주어진 점 P는 각각 A, B의 성분에 대한 농도 x%, y%를 나타낼 수 있습니다.
3) 3 성분계 농도 표시법
3 성분계 농도 표시법은 기브스의 3성분계 농도 표시법과 루우즈 부음의 3성분계 농도 표시법으로 나누어 볼 수 있습니다. 기브스의 3성분계 농도 표시법부터 살펴보면 정삼각형의 높이를 100%로 표시하는 방법으로 Ah가 100%가 되도록 정삼각형을 그리며 p점에서 각변의 길이가 각 성분의 조성 %가 됩니다. 루우즈 부음의 3성분계 농도 표시법을 보면 정삼각형의 한 변의 길이를 100%로 나타낼 수 있습니다