조밀 쌓임과 결정 구조

많은 금속과 이온성 고체는 구의 조밀 쌓임에서 유래하며, 양이온이 팔면체 및 사면체 틈새를 채워 무기화학의 반복적인 구조 유형을 생성합니다.

Definition

조밀 쌓임과 결정 구조는 원자와 이온이 효율적인 구형 쌓임을 통해 확장된 고체 내에서 어떻게 배열되는지를 설명하는 것으로, 더 작은 이온들이 틈새를 차지하여 특징적인 구조 유형을 형성합니다.

Scope

이 주제는 무기 결정 구조의 기하학적 설명, 즉 입방 및 육방 조밀 쌓임과 그 틈새에 있는 팔면체 및 사면체 틈새를 다룹니다. 또한 암염, 섬아연광, 형석, 루틸, 페로브스카이트와 같은 일반적인 구조 유형의 유도; 배위 및 구조 예측을 위한 반경비 규칙과 폴링의 규칙; 그리고 구조 유형과 화학량론 간의 관계를 다룹니다. 이 주제는 격자 에너지 주제에서 다루는 에너지론보다는 기하학과 구조 예측에 중점을 둡니다.

Core questions

• 입방 및 육방 조밀 쌓임이란 무엇이며, 각각 몇 개의 틈새를 포함하고 있습니까?
• 일반적인 이온 구조 유형은 조밀 쌓임 배열에서 어떻게 유도됩니까?
• 반경비 규칙과 폴링의 규칙은 배위와 구조를 어떻게 예측합니까?
• 화학량론은 어떤 틈새가 채워지는지를 어떻게 제한합니까?

Key concepts

• 입방 및 육방 조밀 쌓임
• 팔면체 및 사면체 틈새
• 암염 및 섬아연광 구조
• 형석 및 루틸 구조
• 페로브스카이트 구조
• 반경비 및 폴링의 규칙

Key theories

조밀 쌓임과 틈새

구는 입방 또는 육방 조밀 쌓임 배열에서 가장 효율적으로 쌓이며, 각각 구당 하나의 팔면체 틈새와 두 개의 사면체 틈새를 제공하여 양이온이 이온 구조를 형성하기 위해 배치될 수 있습니다.

일반적인 구조 유형

조밀 쌓임된 음이온 배열에서 틈새의 특정 부분을 채우면 이원 및 삼원 무기 고체 전반에 걸쳐 반복되는 암염, 섬아연광, 형석, 루틸 및 관련 구조 유형이 생성됩니다.

반경비 및 폴링의 규칙

양이온 대 음이온 반경의 비율은 선호되는 배위수를 예측하며, 폴링의 정전기적 원자가 및 관련 규칙은 안정적인 구조에서 다면체가 모서리, 변, 면을 공유하는 방식을 제한합니다.

Clinical relevance

구조 유형을 인식하는 것은 촉매, 강유전체, 태양 전지에 사용되는 페로브스카이트 산화물과 배터리 및 자석에 사용되는 스피넬을 포함한 기능성 무기 재료의 설계 및 해석의 기초가 됩니다.

History

브래그의 초기 X선 결정 분석은 염화나트륨과 같은 단순 염이 조밀 쌓임 구조를 채택한다는 것을 밝혀냈고, 골드슈미트의 이온 반경 편집은 반경비 추론을 가능하게 했습니다. 폴링의 1929년 규칙과 웰스의 체계적인 조사는 방대한 무기 구조 유형 목록을 정리했습니다.

Key figures

• Linus Pauling
• William Lawrence Bragg
• Victor Goldschmidt
• Alexander Wells

Seminal works

• pauling1929
• wells2012
• west2014

Frequently asked questions

입방 조밀 쌓임과 육방 조밀 쌓임의 차이점은 무엇입니까?

둘 다 구를 가능한 한 효율적으로 쌓지만, 조밀 쌓임 층의 쌓임 순서가 다릅니다. 육방 조밀 쌓임은 ABAB 패턴을 반복하는 반면, 입방 조밀 쌓임은 ABCABC를 반복하여 면심 입방 배열을 이룹니다.

반경비가 배위수를 예측하는 이유는 무엇입니까?

양이온은 주변 음이온이 서로 접촉하는 것을 막을 만큼 충분히 커야 합니다. 양이온 대 음이온 반경비가 증가함에 따라 점진적으로 더 높은 배위수가 기하학적으로 안정해지며, 이것이 반경비 규칙의 기초입니다.