금속은 금속 결합으로 이루어졌습니다. 그리고 금속만의 특징을 지니고 있죠. 먼저 금속은 차갑습니다. 세라믹에 비하여, 금속은 열을 잘 전달하기 때문이죠. 열 전도도가 높습니다. 금속은 무겁습니다. 밀도가 높기 때문이죠. 금속을 손가락으로 가볍게 톡 치면 드리면 맑은 소리가 울려 퍼집니다. 매끈하게 갈고 닦은 금속의 표면은 반짝이며, 거울면 같습니다. 즉, 금속은 투명하지 않으며 빛을 반사합니다. 금속에 강한 힘을 가하면 일그러집니다. 모양이 바뀌죠. 금속은 성형성이 있습니다. 끝으로 금속은 전기를 잘 통합니다. 전기 전도도가 높죠.
금속이 열 전도도가 높은 이유는 금속 안에는 자유 전자들이 많고 이들이 빠른 전달자(speedy transporter)이기 때문입니다. 즉, 금속의 한쪽 끝 부분에 열을 가하면 자유 전자들이 운동 에너지를 얻어 빠르게 이동하면서 원자들과 충돌을 하게 되고, 자유 전자와 충돌한 원자들은 격자 내에서 진동을 하죠. 이러한 진동은 다시 열 에너지로 전환되면서 다른 쪽 끝으로 열 전달이 일어납니다. 그리고 금속은 원자들이 가능한 모여 있으며, 주로 무거운 원자들이 많기 때문에 밀도가 높습니다. 금속 내부는 빈 틈이 없이 꽉 차 있기 때문에 다른 물질들처럼 빈 공간이 소리를 흐트러뜨리거나 흡수하지 않아 청명한 소리를 만듭니다.
또 금속 안에서는 자유 전자들이 진동을 하면 광자(photon)를 방출하거나(빛의 반사), 혹은 빛 에너지가 열로 전환되기도 하죠(빛의 흡수). 예를 들어 금속에 가시광선을 쬐면 전자는 여기 된 후 바로 광자로 방출됩니다. 이러한 광 흡수 후 광자 방출은 보통 0.1마이크론 두께 정도에서 이루어지며, 따라서 이 두께 이하의 금속은 빛을 투과시킬 수가 있죠. 반사율은 대략 90~95% 수준이며, 약간의 에너지는 열로도 전환됩니다. 가시광선(백색광)이 입사될 경우, 은과 알루미늄은 거의 동일한 스펙트럼을 방출하여 흰색으로 나타나며, 금과 구리는 특정 파장의 빛만을 방출하고 나머지는 흡수를 하여 고유의 색을 지니게 됩니다. 끝으로 금속 원자들간의 결합을 이루게 하는 자유 전자들이 특정 영역에 종속되어있지를 않고, 원자들간에 정해진 계약도 없으므로, 채인징 파트너가 가능하여 원자들의 상호 이동, 즉 성형 변형(plastic deformation)이 쉽습니다.
금속은 수은을 제외하고는 상온에서 고체 상태이며, 기본적으로 원자들이 규칙적으로 배열되는 단결정성을 가집니다. 금속에는두가지 본질이 있죠. 즉, 원자들간에 결합을 이루게 하는 자유 전자들이 구속되지 않는다는 점, 그리고 주어진 공간이 가능한 많은 원자들로 채워진다는 점입니다. 그리고 금속 결정은 원자간 거리와 방향에 대해 규칙성이 있어야 하죠. 따라서 금속 원자들의 배열에 있어서 포인트는 '좁은 공간에 어떻게 하면 많은 금속 원자들을 채울까'에 있습니다.
원자를 구(sphere)로 가정하고, 한층씩 차곡차곡 쌓아가 보죠. 첫번째 층을 쌓고, 두번째 층의 원자들은 오목한 곳(B)에 놓으면서 쌓아 올라갑니다. 세번째 층부터는 선택이 필요합니다. 즉 새로이 만들어진 오목한 곳(C)이나 혹은 첫번째 층에서와 같은 오목한 곳(A) 중에서 한곳을 택하여야만 하죠. A B C A B C~ 로 쌓아 올라가면 면심 입방(Face Centered Cubic, FCC), A B A B A B~ 로 쌓아가면 밀집 육방정(Closed-Packed Hexagonal, CPH 혹은 Hexagonal Closed-Packed, HCP)라고 명명합니다. 이렇게 명명하는 이유는 후술하겠지만, 각각의 단위 정(unit cell)들의 모양에 기인한 것이죠.
FCC 구조의 경우, 단위 공간에 가장 밀접하게 쌓여 있는 상태로, 많은 금속 원소들이 이 구조를 따릅니다. 예를 들어, 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 그리고 로듐(Rh) 등이 FCC 구조를 가집니다. 단위 정은 정육면체의 각 꼭지점과 여섯개 면의 가운데에 원자들이 배치된 모양입니다.
CPH 구조 또한 FCC 만큼이나 높은 채우기 밀도(packing density)를 가지면, 여기에 속하는 금속들로는 아연(Zn), 코발트(Co), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 그리고 티타늄(Ti) 등이 있습니다. 단위 정은 6각 기둥의 모양에서 각 모서리와 아래, 윗면의 가운데에 원자들이 하나씩 놓이고, 이에 더하여 중간 안쪽에 세개의 원자들을 품고 있는 구조입니다. 경우에 따라서는 삼각 기둥이나 혹은 두개의 삼각 기둥을 합친 상태로 윗면과 아랫면이 평행사변형인 사각 기둥 형태를 단위 정으로 사용하기도 하죠. 이제, 단위 정으로 시작하여 금속의 결정 구조로 조금 더 들어가 봅니다.
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