제 12 장. 액체와 고체 12-1 액체와 고체의 분자 운동 고체 (solid) 분자운동에너지 << 분자간 인력에너지  Definite volume and shape  High density  Incompressible  Vibrate about fixed position.

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1 제 12 장. 액체와 고체 12-1 액체와 고체의 분자 운동 고체 (solid) 분자운동에너지 << 분자간 인력에너지  Definite volume and shape  High density  Incompressible  Vibrate about fixed position 액체 (liquid) 분자운동에너지  분자간 인력에너지  Assumes the shape of container with definite volume  High density  Slightly compressive  Slide past one another freely 기체 (gas) 분자운동에너지 >> 분자간 인력에너지  Assumes the shape of container with indefinite volume  Low density  Very compressible  Free motion

2 12-2 분자간 인력과 상변화 분자간의 힘 (intermolecular interaction); 분자내의 힘 (intramolecular interaction);  쌍극자 - 쌍극자 상호작용 (dipole-dipole interaction)  이온 - 쌍극자 상호작용 (ion-dipole interaction) Na + Cl - + + - + + - + + - + - + + - + - - - -

3  수소결합 (hydrogen bonding)

4 - 분자내 수소결합 (intramolecular hydrogen bonding)

5  분산력 (dispersion force) - 유발 쌍극자 (induced dipole) 구형 전하분포, 쌍극자 =0 양이온의 접근, 유발 쌍극자 발생 이온 - 쌍극자 작용 +-+ +- - + 쌍극자의 접근, 유발 쌍극자 발생 쌍극자 - 유발 쌍극자 상호작용 - 순간 쌍극자 (instantaneous dipole)

6 - 유사한 비극성 분자들의 녹는점, 끓는점 ( o C) 화합물녹는점끓는점화합물녹는점끓는점 CH 4 C 2 H 6 C 3 H 8 C 4 H 10 C 6 H 14 -182.5 -183.3 -188 -138 -95 -161 -88 -42 0 68 CF 4 CCl 4 CBr 4 F 2 Cl 2 Br 2 -150.0 -23.0 90.0 -188 -34.6 59 - 편극도 (polarizability) ; 유발 및 순간 쌍극자의 양을 편극도로 나타낼 수 있으며, 이 편극도는 전자가 많을수록, 즉 분자가 클수록 크게 나타난다. 따라서 분산력은 전자수가 많고 크기가 클수록 강하다.

7 - 분자간 전체 상호작용 에너지에 기여하는 인자 분자 쌍극자모멘트 (D) 쌍극자 - 쌍극 자 에너지 분산에너지전체에너지 몰기화열 (kJ/mol) Ar CO HCl NH 3 H 2 O 0 0.1 1.03 1.47 1.85 0  0 3.3 13 a 36 a 8.5 8.7 17.8 16.3 10.9 8.5 8.7 21 29 47 6.7 8.0 16.2 27.4 40.7 a 수소결합

8 액체상태 (Liquid State) 12-3 점도 (viscosity) Ostwald 점도계 화합물 점도 (cp, 10 -3 N s /m 2 ) 화합물 점도 (cp, 10 -3 N s /m 2 ) 공기 C 6 H 6 H 2 O CH 3 OH C 2 H 5 OH Glycerol Ethylene Glycol  0.02  0.625 1.01  0.9  1.20 14.9  15 Ethyl ether Acetone Benzene CCl 4 Hg Blood 0.233 0.316 0.625 0.969 1.55  4

9 12-4 표면장력 (surface tension) 12-5 모세관 작용 (capillary action) 물 응집력 (cohesive force) > 부착력 (adhesive force) 수은 응집력 (cohesive force) < 부착력 (adhesive force)

10 12-6 증발 (evaporation, vaporization) 운동에너지 분포

11 12-7 증기압 (vapor pressure)  H vap ; 기화열 (heat of vaporization)

12 고체상태 12-10 녹는점 (melting point, freezing point) 고체 액체 가열 온도 기체의 온도 증가 기화 액체의 온도 증가 용융 고체의 온도 증가 흡열 발열 기체의 냉각 액체의 냉각 고체의 냉각 응축 응고  H fus ; 용융열 (heat of fusion)

13 12-12 고체의 승화 (sublimation) 와 증기압  H sub ; 승화열 (heat of sublimation)  H sub =  H fus +  H vap 고체 기체 12-13 상도표 (phase diagram) 삼중점 (triple point) 임계온도 (critical temperature) 임계압력 (critical pressure)

14

15 12-13 비결정성 고체와 결정성 고체 결정성 (crystalinity) 결정격자 (crystal lattice); 단위세포 (unit cell); 결정성 고체의

16 Unit cellCrystal lattice Cubic ( a=b=c,  90 o ) 단순입방격자 simple cubic crystal lattice 체심입방격자 body centered cubic crystal  면심입방격자 face centered cubic crystal  Tetragonal ( a=b  c,  90 o ) simple tetragonal crystal lattice body centered tetragonal  Ortho- rhombic ( a  b  c,  90 o ) simple orthorhomic  body centered orthorhomic  face centered orthorhomobic end centered orthorhomobic 14 Bravais crystal lattices

17 Unit cellCrystal lattice Rhombo- hedral ( a=b=c,  90 o ) rhombohedral crystal lattice Monoclinic ( a  b  c,  90 o,  90 o ) simple monoclinic crystal lattice end centered monoclinic crystal lattice Triclinic ( a  b  c,  90 o ) triclinic crystal lattice Hexagonal ( a= b  c,  90 o,  120 o ) 육방결정 격자 Hexagonal crystal lattice

18  채우기 효율 (packing efficiency) - 단순입방격자 (scc) 단위 세포당 원자수 = 한 구의 부피 = 단위 세포의 부피 = a 3 ( 최대 ) 채우기 비율 = - 체심입방격자 (fcc) 단위 세포당 원자수 = 한 구의 부피 = 단위 세포의 부피 = a 3 ( 최대 ) 채우기 비율 =

19 - 면심입방격자 (fcc) 단위 세포당 원자수 = 한 구의 부피 = 단위 세포의 부피 = a 3 ( 최대 ) 채우기 비율 = 최근접 거리 예제 12-7.Ag 는 fcc 구조, a = 4.086 Å a) 근접 원자간의 거리, b) 원자반지름 = c) 인접원자의 갯 수 =

20  최조밀 쌓기 (close packing) close packing 에는 cubic close packing (ccp) 와 hexagonal close packing (hcp) ABA 형 ABC 형

21  금속 고체 - 주로 bcc, fcc, hcp 구조를 가진다. - 자유전자의 delocalization 에 의한 결합 - 전도성이 우수하다. - Li, K Ca, Cu, Cr, Ni 등  이온 고체 - 양이온과 음이온의 정전기적 인력에 의한 결합 - 고체상태에서는 부도체 - 용융 또는 수용액에서 도체 - 녹는점이 높다. - 딱딱하나 부서지기 쉽다. - NaCl, CaBr 2, K 2 SO 4 등

22  분자 고체 - 분자간 수소결합, 쌍극자 - 쌍극자, 분산력 등에 의한 결합 - 결정성이 매우 약하다 - soft, 녹는점이 낮다. - 전기전도도, 열전도도가 낮다. - 얼음, 설탕 (C 12 H 22 O 11 ), 드라이아이스 (CO 2 ), I 2, P 4, S 8 등

23  공유결합 고체 - 원자간의 공유결합에 의해 결정 형성 - 매우 단단, 녹는점이 매우 높다. - 전기전도도, 열전도도가 낮다. SiO 2