모설 데이

고분자 물질에도 결정 상태가 존재하는데 고분자의 경우 금속과 세라믹과 달리 하나의 원자나 이온이 관여하는게 아닌 큰 분자가 관여하므로 훨씬 복잡하다. 고분자 결정성은 분자 사슬이 서로 쌓여 정돈된 원자 배열을 형성하는 것이다. 결정구조는 단위정으로 특징지어지며 단위정은 복잡한 경우가 많다. 예를들어 폴리에틸렌의 단위정과 분자 사슬 구조를 보자. 위의 직육면체 부분이 단위정이다. 고분자는 크기와 복잡성으로 인해 결정성을 가진 부분이 나머지 무결정 부분에 퍼져 있는형태, 반결정성인 경우가 많다. 금속은 완전히 결정성이고 세라믹은 완전 결정성 혹은 완전 무결정성이라면 고분자는 거의 반결정성인 것이다. 결정성 부분의 고분자 사슬은 비결정성 부분에 비해 서로 더 조밀하게 쌓여 있어 결정성인 것이 같은 분자로 구성..

높은 온도에서 고분자가 외부에서 가해진 기계적인 힘에 어떻게 반응하는 가는 주된 분자 구조가 어떤 것인가에 달려있다. 이들 물질을 구분하는 하나의 기준은 온도가 올라감에 따라 어떤 행동을 하느냐이다. 이때 열가소성 고분자와 열경화성 고분자 2가지로 나뉘게 된다. 1.열가소성 고분자 (1). 열가소성 고분자는 가열하면 부드러워지며 궁극적으로 액체로 변했다가 다시 단단해진다. (2). 열가소성 고분자는 선형 혹은 유연한 사슬을 지닌 가지친 고분자이다. (3). 분자 수준에서는 온도가 올라감에 따라 분자의 운동이 심해지고 2차 결합력이 분자의 운동을 이기지 못해 인접한 사슬의 움직임이 쉬워진다. 가교된부분이 적어 사슬이 유연해 지는 것이다. (4). 한편 온도가 너무 올라 공유결합을 끊을 정도가 되면 비가역적..

고분자의 거대 분자에서 골격 원자들이 평면이 아님을 고분자 구조(2)에서 설명하였다. 이들은 구부러져서 지그재그 배열을 하고 있다. 단일 사슬 결합은 3자춴적으로 회전하거나 구부러질 수 있다. 이런식으로 탄소 골격으로 보았을 때 결합각 109도를 유지하면서 원뿔의 밑면 원의 어디든 위치 할 수 있으므로 많은 부분이 구부러지고, 비틀린 모양을 하게 된다. 이는 마치 주머니 속 이어폰 줄을 연상 시킨다. 무작위로 형성된 사슬 구조에서 끝부분과 끝부분을 직선으로 연결한 말단거리는 물론 사슬 전체 길이보다 짧을 것이다. 이러한 무작위한 꼬임과 얽힘은 고무 성질의 물질이 가진 탄성 인장을 포함한 고분자의 많은 중요한 특성의 근원이다. 이런 모양의 사슬이 분자구조는 어떤 형태를 지니게 될까? 고분자의 물리적 특성은..

매우 긴 사슬을 가진 거대 분자의 경우 분자량이 매우 큰데, 작은 분자로 부터 거대분자로 합성하는 중합과정에서 모든 고분자 사슬이 동일한 길이로 성장하진 않는다. 따라서 사슬 길이와 분자량은 일정한 값을 갖지 않고 어떠한 분포를 가지게 된다. 따라서 평균 분자량을 사용하게 되는데, 이것은 점도, 삼투압과 같은 여러가지 물리적인 성질로부터 측정할 수 있다. 평균 분자량을 정의 하는 방법은 크게 2가지가 있다. 1. 수평균 분자량 2. 무게평균 분자량 먼저 수평균 분자량에 대해 알아보자. 수평균 분자량은 Mn=ΣXiMi 여기서 Mi는 분자 크기 범위 i 의 평균(중간) 분자량이고, Xi는 해당 범위의 크기를 가진 사슬의 전체 수이다. 이렇게 표를 보며 M의 평균과 X를 곱하여 모두 더해 주면 수평균 분자량이..

고분자 분자는 고분자 구조(1)에서 설명한 탄화수소에 비하여 거대하다. 따라서 이들을 거대분자라고 부른다. 거대분자 속에서 강한 공유결합으로 연결되어 길고 유연한 사슬을 가지고 있다. 고분자의 중심이 되는 골격은 탄소원자로 된 긴 줄이다. 대부분 각 탄소는 단일 결합으로 연결 되어 있으며 이러한 구조로 되어 있다. 각 탄소의 2개의 남은 전자들이 옆에 있는 원자나 유기화학기와 결합할 수 있다. 긴 분자는 반복기라는 것이 연속적으로 반복된다. 따라서 여러가지 형태의 모습이 나올 수 있는데, 예를들어 폴리에틸렌을 살펴보자. 에틸렌은 C2H4로 이러한 형태이다. 에틸렌을 적당한 온도와 압력에서 촉매로 처리하면 고체 물질인 폴리에틸렌으로 변환된다. 이러한 모습으로 말이다. 이중 네모친 사각형 안이 반복기로 me..

대부분의 고분자의 근원이 유기물이다. 따라서 유기물 분자구조에 대한 지식이 필요하다. 많은 유기 물질은 수소와 탄소로 구성되어 있는 탄화수소이다. - 유기: 탄소성분 o 무기: 탄소성분 x 탄화수소 분자를 이루고 있는 원자 사이의 결합은 공유결합이고 이때 탄소는 공유결합에 사용할 전자 4개, 수소는 1개를 가지고 있다. 전자 1개를 공유하고 있을 경우 단일결합, 2개는 이중결합, 3개는 삼중결합이 된다. 탄화수소의 예시로 일부 단순한 구조인 파라핀 계열을 소개하겠다. 파라핀 화합물은 단순한 구조의 탄화수소 사슬형태인데, CnH2n+2의 화학식을 가진다. 각 분자내에는 공유결합으로 강하게 결합되어 있지만, 사슬간에는 약한 반데르발스 결합이 이루어져 있다. 이 때문에 낮은 용융점이 특징이다. 파라핀 화합물의..

이번에는 고체 재료중 세라믹의 결정 구조에 대해 알아보자. 세라믹 재료는 금속과 비금속의 화합물으로 특성상 조합이 중요하다. 이 조합은 이온 결합성에 의존하는데, 이온 결합성은 원자들의 전기 음성도에 의존적이다. 전기 음성도 차이가 클수록 이온 특성이 증가한다. -> %이온특성 = (1- exp( -0.25 (Xa - Xb) ^2)) x 100 금속이온(양이온)과 비금속이온(음이온) 들의 구성으로 구성 이온들의 두가지 특성이 결정구조에 영향을 미친다. 1. 양이온과 음이온들의 상대적 크기 양이온과 음이온의 상대적 크기는 적층되었을때 어떤 형태가 될지를 결정하는 큰 요인이다. 크기 비율에 따라 배위수가 결정되기 때문이다. 2. 양전하와 음전하의 균형 합쳐졌을때 중성이 맞춰져야한다. 그중 상대적 크기에 대해..

결정구조 3가지 FCC, BCC, HCP를 알아보았다. 이번에는 단위정에서의 원자의 밀도를 계산해보자. 밀도는 질량/부피 인데, 같은 원리로 계산하면 된다. 따라서 밀도 = 단위정내 원자수x원자량 / 부피x아보가르도 수 이다. 아보가르도 수로 나누는 이유는 원자량이 1몰 당으로 계산되어 있는 값이기 때문이다. 한번 예시를 들어 계산해보자. 이 원자는 Cr크로뮴 원자 이다. 크로뮴은 원자량이 52.00g/mol , 원자 반지름 0.125nm 이다. 밀도는 BCC이므로 계산을 해보면 n=2 --> 2x52g/mol / a^3x6.022x10^23 (a=4r√3=0.2887nm) 이라는 결과를 얻게 된다. 같은 방법으로 세라믹의 밀도 또한 구해볼 수 있다. 세라믹은 금속과 다르게 다른 이온들이 구성 되어 있으..