한 물질을 파악하는 것에 있어서 결정 구조를 파악하는 것은 매우 중요합니다. 물질의 성질이 결정 구조에 따라서 결정되기 때문입니다. 이런 결정 구조를 설명할 때 원자를 하나의 구라고 가정해서 표현합니다. 또, 결정 구조를 설명하기 위해 반복되는 형태를 단위정(unit cell)이라고 정의합니다.
단위정을 수치로 잘 표현하기 위해서 변의 길이인 a,b,c와 각도 α,β,γ 가 나옵니다. x축 방향에 해당하는 변의 길이가 a, y축 방향에 해당하는 변의 길이가 b, z축 방향에 해당하는 변의 길이가 c입니다. 마찬가지로 y축과 z축 사이의 각도가 α, x축과 z축 사이의 각도가 β, x축과 y축 사이의 각도가 γ입니다.
이제 결정계 7가지를 소개하겠습니다.
1. 입방(cubic)
a=b=c이고 α=β=γ=90º 인 경우에 입방이라고 합니다. 흔히 생각하는 정육면체를 떠올리시면 됩니다.
2. 정방(tetragonal)
a=b≠c이고 α=β=γ=90º 인 경우에 정방이라고 합니다. 2개의 윗면은 정사각형이고 4개의 옆면이 직사각형인 구조입니다.
3. 사방(orthorhombic)
a≠b≠c이고 α=β=γ=90º 인 경우에 사방이라고 합니다. 쉽게 표현하면 직육면체라고도 할 수 있습니다.
4. 육방(hexagonal)
a=b≠c이고 α=β=90º, γ=120º 인 경우에 육방이라고 합니다.
그 외에 삼방(rhombohedral), 단사(monoclinic), 삼사(triclinic)이 있습니다.
5. 삼방(rhombohedral)의 조건: a=b=c이고 α=β=γ<120º , ≠90º
6. 단사(monoclinic)의 조건: a≠b≠c이고 α=γ=90º≠β
7. 삼사(triclinic)의 조건: a≠b≠c이고 α≠β≠γ≠90º
cf. 결정 구조(crystal structure)와 결정계(crystal system) 의 차이는 무엇일까?
결정 구조는 단위정의 형태와 원자의 배열을 고려한 것이라면 결정계는 단위정의 기하학적인 형태만 고려하는 것입니다. 결정 구조에 따라서 분류를 한다면 면심입방구조(FCC), 체심입방구조(BCC)가 되는 것이고 결정계에 따라서 분류를 한다면 입방(cubic)이 됩니다.
cf. 결정계의 symmetry direction
cubic: <a>, <111>, <110>
tetragonal: c, <a>, <110>
orthorhombic: a, b, c
hexagonal: c, <a>, <210>
trigonal: c, <a>
monoclinic: b
triclinic: 없음
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