화학

고분자와 고체

결정·비정질, 금속·이온·공유 고체, 고분자 사슬과 유리전이.

기초

결정과 단위세포

결정에서 원자는 병진 대칭을 가진 격자에 반복됩니다. 단위세포는 그 최소 상자이고, 단순입방·체심입방(BCC)·면심입방(FCC)·육방최밀(HCP)이 금속에서 흔합니다. FCC와 HCP는 최밀 쌓음이라 빈 공간이 적고, BCC는 조금 헐겁습니다. X선 회절의 브레그 조건이 격자 간격을 재는 기본입니다. 결함(공공, 전위)이 강도·확산을 바꿉니다.

고체 결합 유형

이온 고체는 전하가 다른 이온의 격자(NaCl)로 녹는점이 높고 부서지기 쉽습니다. 금속 고체는 비편재 전자 바다로 전도·전성이 큽니다. 공유 그물(다이아몬드, SiO₂)은 방향성 결합이라 단단합니다. 분자 고체(얼음, 아이오딘)는 분자간 힘만 있어 부드럽습니다. 같은 원소도 동소체(흑연 vs 다이아몬드)로 성질이 갈립니다.

고분자

고분자는 단량체가 반복된 긴 사슬입니다. 폴리에틸렌은 탄소–탄소 골격, 나일론은 아마이드, DNA는 뉴클레오타이드입니다. 평균 분자량과 분산도가 녹는점·점성을 좌우합니다. 가교가 많으면 고무처럼 탄성이 커지고, 가지가 많으면 밀도가 떨어집니다. 열가소성은 다시 녹일 수 있고, 열경화는 그물로 굳으면 되돌리기 어렵습니다.

유리전이와 결정화

비정질 고분자를 데우면 유리전이온도 T_g 근처에서 단단한 유리에서 부드러운 고무로 바뀝니다. 결정성 고분자는 녹는점 T_m 이 더 뚜렷합니다. 같은 사슬이 접혀 결정 영역을 이루고 비정질 영역과 섞이면 강도와 투명도가 함께 정해집니다. 가소제는 T_g 를 낮추고, 냉각 속도가 빠르면 유리가 남기 쉽습니다.

공식

브레그 조건

n λ = 2 d sinθ

회절이 보강되는 격자 간격 d.

기호

n 정수 차수
λ 파장
d 면간 거리
θ 입사각 (브래그각)

중합도

DP = M_n / M_monomer

사슬당 단량체 수(수평균).

기호

M_n 수평균 분자량
M_monomer 단량체 분자량

충진율 (이상 구)

η = V_atoms / V_cell

FCC·HCP ≈ 0.74, BCC ≈ 0.68, 단순입방 ≈ 0.52.

기호

η 부피 충진율

핵심 표

PE vs PVC	폴리에틸렌은 C–H만. PVC는 Cl이 붙어 더 단단·난연 경향
가교 고무	황 가황이 사슬을 묶어 탄성 회복
이온 반경 비	양이온/음이온 비가 배위수(4, 6, 8) 경향을 가늠