Bonding in Solids. 4 types of solids ★

Bonding in Solids. 4 types of solids

결합 종류에 따른 고체의 분류

 

 

 

① Metallic solids, 금속성 고체 (정전기적 인력)

② Ionic solids, 이온성 고체 (정전기적 인력)

③ Network covalent solids, 공유성-그물구조 고체 (공유 결합)

④ Molecular solids, 분자성 고체 (분자간 힘)

 

 

 

 

① 금속성 고체, Metallic solids

▶ 고체 전체적으로 공유된 원자가전자들(자유 전자)과

금속 양이온 사이의 정전기적 인력에 의한 결합 ⇨ 금속 결합

 

▶ 결합 힘이 ‘금속 결합’인 고체 ⇨ 금속성 고체

예) Au, Cu, Fe

 

 

 

 

② 이온성 고체, Ionic solids

▶ 양이온과 음이온 사이의 정전기적 인력에 의한 결합 ⇨ 이온 결합

 

▶ 결합 힘이 ‘이온 결합’인 고체 ⇨ 이온성 고체

예) NaCl, MgO

 

▶ 이온성 고체는 금속과 달리, 양이온/음이온의 위치가 고정되어 있으므로,

a. 고체(결정) 상태에서는 부도체.

b. 용융 상태 혹은 물에 용해되었을 때는 도체.

 

 

 

 

③ 공유성-그물구조 고체, Covalent-network solids

( ‘공유 결정’이라고도 함 )

▶ 두 원자가 서로 원자가전자를 내놓아 전자쌍을 만들어

서로 공유하여 이루어진 결합 ⇨ 공유 결합

 

▶ 결합 힘이 ‘공유 결합’인 고체 ⇨ 공유성-그물구조 고체

 

▶ 공유 결합이 확장된 그물구조

예) 탄소의 동소체, 다이아몬드 & 흑연

( 단, 풀러렌(fullerene, C60)은 분자(molecule)이다. )

( 즉, 풀러렌은 공유 결정이 아니다. )

( 참고 https://ywpop.tistory.com/9978 )

 

 

[ 그림 출처 commons.wikimedia.org ] 탄소의 동소체.

 

a. 다이아몬드: 정사면체 구조. sp3 혼성 탄소.

⇨ 부도체, 높은 경도 & 녹는점.

b. 흑연: 육각형 고리모양. sp2 혼성 탄소.

( 층과 층 사이는 반데르발스 힘에 의해 연결 )

⇨ 전기 전도체(건전지), 고체 윤활제.

 

▶ 4가지 고체 중에서 녹는점이 가장 높다.

 

 

▶ SiO2 (quartz)도 공유성-그물구조 고체.

 

 

[ 그림 출처 Wikimedia ] Typical subunit for low pressure silicon dioxide.

 

 

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④ 분자성 고체, Molecular solids

( ‘분자 결정’이라고도 함 )

▶ 결합 힘이 ‘분자간 힘’인 고체 ⇨ 분자성 고체

( 쌍극자-쌍극자 힘, 분산력, 수소 결합 )

 

예) HBr, 얼음, 드라이아이스, 설탕

 

예) Crystalline iodine: 요오드(I2, I–I) 분자는 공유 결합, I2와 I2 사이는 분산력

( 참고: 분산력 https://ywpop.tistory.com/2585 )

 

 

 

> Phase at STP: solid

> Melting point: 386.85 K (113.7 °C)

( 자료 https://en.wikipedia.org/wiki/Iodine )

 

▶ 쉽게 깨지며, 대부분 200℃ 이하에서 녹는다.

 

 

 

 

[참고] 요소의 종류에 따른 격자의 분류

A. 원자 격자: ① 금속성 고체, ③ 공유성-그물구조 고체

B. 분자 격자: ④ 분자성 고체

C. 이온 격자: ② 이온성 고체

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/5085 ] 고체의 구조와 결정 격자. 원자 격자, 분자 격자, 이온 격자

 

 

 

 

[참고] 공유 결정과 분자 결정

[1] 공유 결정

> 요소는 원자, 즉 격자점에 원자가 존재.

( 단, SiO2는 예외. )

> 결정을 유지하는 힘 = 그물 구조의 공유 결합 (network covalent bond)

> 공유 결정은 분자가 아니다.

 

[2] 분자 결정

> 요소는 분자, 즉 격자점에 분자가 존재.

> 결정을 유지하는 힘 = 분자간 힘

> 분자 결정은 분자이다.

 

 

 

[그림] 공유 결정과 분자 결정.

( 블랙 실선 = 공유 결합, 레드 점선 = 분자간 힘. )

 

 

 

 

[ 관련 글 https://en.wikipedia.org/wiki/Bonding_in_solids ] Bonding in solids

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/6733 ] 원자결정 분자결정

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/12440 ]

① 원시(단순) 입방체 (simple cubic cell, scc)

② 체심 입방체 (body-centered cubic cell, bcc)

③ 면심 입방체 (face-centered cubic cell, fcc)

 

 

 

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