개념 한 쪽
금속 내부의 결정격자에는 선결함, 점결함 등 다양한 결함이 존재하며, 외력이 작용하면 결함에서부터 변형이 시작한다. 단위격자 내 원자 수 계산은 각 위치의 공유 비율을 적용하여 구하며, 응고 시 성장하는 결정의 형태는 조직 명칭으로 구분한다.
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출제기준 단원 「화합물의 반응」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 결함 종류 판별 | 1 | 선결함의 명칭과 소성 변형의 연관성을 묻기 |
| 단위격자 원자수 계산 | 1 | 체심입방격자에서 단위격자당 원자 수를 계산하기 |
| 응고 조직 명칭 식별 | 1 | 응고 결정의 형상 설명으로 조직 이름을 고르기 |
전위는 결정 격자의 선 형태 결함으로, 외력이 작용하면 이 전위가 이동하여 소성 변형이 발생한다. 선결함이라는 점에서 점결함이나 면결함과 구별되며, 전위의 이동이 곧 금속의 영구 변형을 일으키는 주된 메커니즘으로 작용한다.
체심입방격자(BCC) 단위격자 내에 포함되는 전체 원자 수는 모서리 원자 기여분(8개 × 1/8)과 체심의 1개를 합한 값으로 계산한다. 이 계산을 적용하면 체심입방격자의 단위격자당 원자 수는 2개로 계산한다.
응고 과정에서 핵에서 가지처럼 뻗어나가는 결정 성장 형태를 수지상정이라고 부른다. 수지상정은 나뭇가지 모양의 분기하는 형상을 특징으로 하며, 다른 응고 조직과 형태상으로 구분한다.
이 세 가지 개념은 서로 다른 차원에서 금속의 미세조직과 변형 거동을 설명한다. 전위는 결함과 변형의 동역학을 설명하고, 단위격자 원자수 계산은 결정구조의 기하학적 특성을 파악하며, 수지상정은 응고 시 형성되는 조직의 형상을 지칭한다.
전위 관련 문제는 '선 결함'과 '이동에 의한 소성 변형'이라는 연결고리를 확인하면 풀 수 있다. 예를 들어 외력이 가해졌을 때 결함에서부터 이동이 생기며 금속이 늘어나는 현상을 설명하는 용어는 전위이다.
체심입방격자 원자수 계산은 모서리 원자 8개가 각 단위격자에 1/8씩 기여하고 체심에 1개가 온전하게 속한다는 원리를 적용한다. 계산: 8×(1/8)+1 = 2로 체심입방격자의 단위격자당 원자 수는 2개가 된다.
응고 조직 식별 문제에서 '나뭇가지와 같은 모양'이라는 설명이 나오면 수지상정으로 답을 정한다. 입상정, 침상정 등과 형태를 비교하여 수지상정이라는 명칭을 선택한다.
금속의 결정격자는 규칙적으로 배열되어 있는 것이 정상적이지만 불완전한 것 또는 결함이 있을 때 외력이 작용하면 불완전한 곳 및 결함이 있는 곳에서부터 이동이 생기는 현상은?
정답 ② · 문제는 결정격자의 결함부에서 외력이 작용할 때 그 결함이 이동하는 현상의 명칭을 묻고 있다. 결정격자의 선결함을 전위(dislocation)라 하며 외력에 의해 전위가 이동하면 소성변형이 발생한다.
결정 격자의 불완전한 선 결함이 전위이며, 외력 작용 시 이 전위가 이동하여 소성 변형이 발생한다.
체심 입방격자구조에서 단위격자와 체심을 포함하면 전체 원자 수는 몇 개인가?
정답 ① · 문제는 체심 입방격자 단위격자 내 전체 원자 수를 묻고 있다. 체심 입방격자에서는 여덟 모서리의 각 꼭짓점 원자가 격자에 1/8씩 기여하므로 총 1개가 되고, 여기에 단위격자 중심의 체심 원자 1개가 더해져 총 2개가 된다.
체심 입방격자 구조의 단위격자 내 원자 수는 2개이다.
금속이 응고할 때 핵에서 성장하는 결정이 나뭇가지와 같은 모양을 하는 것은?
정답 ② · 문제는 응고 시 핵에서 성장하는 결정이 나뭇가지 모양을 가지는 형태의 명칭을 묻고 있다. 가지 같이 뻗어 나가는 수상(가지) 형상의 결정은 수지상정(수지상 결정, dendrite)으로 불리며 응고 중 불균일한 성장으로 인해 가지치기처럼 발달한다.
수지상정은 응고 시 핵에서 나뭇가지처럼 뻗어나가는 결정 성장 형태를 의미합니다.
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