3-2. 금속의 성질과 이용 금속의 성질과 금속결합(p100~104) Lesson 22. I. 주변의 물질 3-2. 금속의 성질과 이용 금속의 성질과 금속결합(p100~104)

■ 이번 시간의 학습 목표 1. 금속의 성질과 금속결합에 대해 알아본다. 2. 금속의 발견과 이용에 대해 알아본다.

▣ 금속이란? 금속?  금속결합으로 이루어진 물질로 금속은 금속 원자들이 규칙적으로 배열되어 이루어진다.  비금속과 구별되는 금속만의 공통적인 성질이 있다.

▣ 금속결합이란? 금속결합?  금속 안의 금속 원자들 사이에 작용하는 원자를 서로 묶어주는 결합  자유전자와 금속 양이온에 작용하는 정전기적 인력으로 형성되는 결합 1) 중성의 금속 원자에서 전자가 자유전자로 떨어져 나가고 남은 부분으로 생성 → 금속 양이온 2) 자유전자 : 중성의 금속 원자는 쉽게 이온화되어 전자를 잃고 쉽게 양이온이 되는데, 이 때 금속 원자에서 떨어져 나간 전자가 자유전자이다. 이 자유전자는 금속 결정에서 특정한 원자에 속해 있지 않고 금속 양이온 사이를 자유롭게 이동할 수 있다.

▣ 금속결합이란?  이러한 금속결합은 금속 양이온이 전자의 바다 속에 잠겨 있다고 볼 수 있다. 이러한 방식으로 금속 결합을 설명하는 것을 전자 바다 모형(Electron Sea Model)이라고 한다.

▣ 금속의 일반적인 성질 1) 대부분의 (산화되지 않은) 금속은 은백색이나 회백색의 금속 광택을 가진다.  자유전자가 모든 파장의 빛을 흡수하였다가 다시 방출하기 때문

▣ 금속의 일반적인 성질 2) 금속은 전기전도성이 좋다.  금속 내의 자유 전자는 자유롭게 움직일 수 있어 금속의 양쪽에 전원을 연결하면 (-)전하를 띤 자유 전자들이 (+)극으로 이동하여 전류를 흐르게 한다. [참고] 은(Ag)의 전기전도도를 1로 봤을 때 다른 금속의 상대적 전기 전도도 Cu(0.97) Al(0.61) Fe(0.16) Pb(0.08) Hg(0.02)

▣ 금속의 일반적인 성질 3) 금속은 열전도성이 크다.  열에너지를 지닌 자유전자가 쉽게 다른 쪽으로 이동할 수 있기 때문이다. 4) 금속은 가는 선으로 뽑히는 성질(연성)과 얇은 판으로 만들 수 있는 성질(전성)이 크다.  금속 결정에 외부 충격이 가해져 양이온의 층이 미끄러져도 자유전자에 의한 금속결합이 끊어지지 않고 유지되기 때문이다. [예] 금 1g  2800m의 가는 선 또는 면적이 0.5m2(≒0.7m× 0.7m)인 얇은 금박

▣ 금속의 일반적인 성질 [Quiz] 오른쪽 그림과 같이 금속결정과 이온결정에 외력을 가했을 때 부서지는 형태가 다른 이유는?

▣ 금속의 일반적인 성질 [Ans] 결합의 형태차이 때문

▣ 금속의 일반적인 성질 5) 기타  녹는점과 끓는점이 높고, 상온에서 고체(단, Hg는 액체)이며 단단하다는 특성이 있다.  일반적으로 금속은 전자를 잃고 산화되기 쉽다. 그러므로 쉽게 산화되는 금속(예. 알칼리 금속)은 보관이나 이용 과정에서 부식되지 않도록 주의해야 한다.

▣ 금속의 발견과 이용 1) 금(Au) :  매장량이 매우 적기는 하나 반응성이 매우 작아 자연상태에서 순수한 금을 쉽게 얻을 수 있고, 가공이 쉬워 일찍부터 사용되기 시작하였다.  장신구나 장식품으로 많이 사용되었으며, 신석기 시대의 유물로 금으로 만든 장신구가 발견되는 것도 금의 반응성이 매우 작기 때문이다. [이용]  독특한 금색이 있어서 장신구로 사용  펴짐성과 뽑힘성이 커서 얇은 판이나 선으로 가공하여 사용  열, 전기 전도성이 뛰어나 전자 회로에 사용  반응성이 작아 변하지 않으므로 치아를 치료할 때 사용

▣ 금속의 발견과 이용 2) 구리(Cu)  반응성이 작아 자연계에서 순수한 원소 상태로 발견되기도 하며, 다른 원소와 결합한 화합물의 형태라 하더라도 제련하기 쉬워 일찍부터 사용  합금인 청동은 녹는점이 낮고 단단하여 무기나 여러 도구로 사용 [이용]  착색과 도금이 용이하여 각종 공예품에 많이 사용  연성이 크고, 전기 전도도가 커서 전선이나 전력 공급선에 사용  열 전도성이 커서 각종 조리 기구, 보일러관 등에 사용

▣ 금속의 발견과 이용 3) 철(Fe)  구리보다 반응성이 커서 자연 상태에서 산소와 결합한 산화철의 형태로 존재  녹는점이 비교적 높아 철광석에서 철을 얻기가 어려워 철의 제련법이 발견된 후에야 본격적으로 사용되기 시작 [이용]  구리보다 반응성이 크고 녹는점이 높아서 다루기 어렵지만 가장 많이 사용되는 금속이다.  밀도가 크고 단단하며, 다양한 합금을 만들 수 있으므로 각종 건축물의 재료, 가정 용구, 주방 기구, 자동차 몸체, 엔진 등에 사용된다.

▣ 금속의 발견과 이용 4) 알루미늄(Al)  지각을 이루는 금속 원소 중 존재 비율이 가장 크지만 반응성이 크고 알루미늄 광석이 보오크사이트의 녹는점이 높아 제련이 어려워서, 18C에 용융전기분해방법이 알려진 이후부터 일반적으로 사용되기 시작 [이용]  가볍고 부식에 잘 견디므로 창틀, 건축 재료, 주방 용품 등에 사용  가볍고 강하므로 창문 섀시나 자동차 바퀴의 휠, 음료수 깡통 등에 사용  전성이 크므로 알루미늄 호일 등에 사용  “알루미늄+마그네슘+α”로 합금을 만들면 가벼우면서도 강한(=질긴) 두랄루민이 되는데, 이것은 비행기의 동체로 사용