결정

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1. 개요
2. 결정의 구조
- 2.1. 공간 구조
- 2.2. 결정면, 형태 및 결정형
3. 결정의 종류
4. 다형성과 동소체
5. 결정화
6. 결정 결함, 불순물 및 쌍정
7. 자연에서의 결정
8. 준결정
9. 특수 성질
10. 결정학
참조

1. 개요

결정은 원자, 분자, 이온이 규칙적으로 배열되어 규칙적인 모양을 갖는 고체 물질이다. 결정의 구조는 입방 밀집, 육방 밀집, 체심 입방, 면심 입방 등 다양한 공간 구조를 가질 수 있으며, 결정 내부 원자의 미시적 배열인 결정 구조에 따라 과학적으로 정의된다. 결정은 결정면, 형태, 결정형을 가지며, 결정의 종류는 결합 방식에 따라 공유결합, 이온, 금속, 분자 결정 등으로 분류된다. 같은 원자 무리가 여러 형태로 고체화되는 다형성과 동소체 현상도 나타난다. 결정화 과정을 통해 형성되며, 결정 결함, 불순물, 쌍정 등의 결함이 존재한다. 자연에서는 암석, 얼음, 생물체 등에서 발견되며, 준결정과 같은 특수한 형태도 존재한다. 결정은 전기적, 광학적, 기계적 특성을 가질 수 있으며, 결정 구조를 연구하는 학문을 결정학이라고 한다.

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결정
결정
정의	높은 규칙성을 가진 미시적 구조를 가진 고체 물질
어원
어원	그리스어 κρύσταλλος (크루스탈로스, "얼음")에서 유래, 고대에는 수정이 얼음이 매우 차가워져서 굳어진 것이라고 믿었음.
그리스어 어원	κρύος (크루오스, "차가운")
특징
결정 구조	원자, 분자 또는 이온이 규칙적이고 반복적인 패턴으로 배열된 구조
결정 격자	결정 구조의 규칙적인 3차원 배열
면	결정의 평평한 표면
각	결정 면 사이의 특정 각도
분류
종류	단결정 다결정
종류	이온 결정 공유 결합 결정 금속 결정 분자 결정
종류	액정
용도
응용	과학 연구 전자 제품 시계 장식 마법 및 치유 과학 기술 산업
관련 용어
관련 용어	결정학 결정 성장 결정 결함
결정학	물리학에서 물질의 결정 구조를 연구하는 학문

2. 결정의 구조

결정이 규칙적인 모양을 하고 있는 것은 그것을 이루고 있는 입자(원자, 분자, 이온)가 규칙적으로 배열되어 있기 때문이다. 금속 결정 중 금, 은, 구리, 알루미늄 등은 입방 밀집 구조를, 마그네슘, 아연 등은 육방 밀집 구조를 취한다. 나트륨이나 칼륨은 정육면체의 8개 모서리와 중심에 구체가 있는 체심 입방 구조를 취하는데, 이는 입방 밀집 구조에 비해 틈이 더 벌어져 있다. 입방 밀집 구조를 비스듬히 옆으로 누이면 정육면체의 각 면 중심에 구체가 하나씩 들어간 면심 입방 구조가 된다.^[9]

결정 구조(결정 내 원자 배열)는 특정 공간 배열로 하나 이상의 원자를 포함하는 작은 가상 상자인 '단위 세포'로 특징지어진다. 단위 세포는 3차원 공간에 쌓여 결정을 형성한다.

결정을 구성하는 원자의 배열은 X선이나 전자선 등 가시광선보다 파장이 짧은 전자기파에 대해 회절격자로 작용하여 X선 회절 또는 전자 회절 현상을 일으킨다. 이 현상은 결정 구조를 확인하는 데 이용된다.

현실의 결정은 격자 결함이라고 불리는 원자 배열의 불규칙성이 존재하여, 이상적인 결정 구조에서 예상되는 것과는 다른 성질을 나타내기도 한다.

2. 1. 공간 구조

결정이 규칙적인 모양을 갖는 이유는 원자, 분자, 이온과 같은 구성 입자들이 규칙적으로 배열되어 있기 때문이다. 금속 결정 중 금, 은, 구리, 알루미늄 등은 입방 밀집 구조를, 마그네슘, 아연 등은 육방 밀집 구조를 가진다. 나트륨이나 칼륨은 체심 입방 구조를 가지는데, 이는 입방 밀집 구조보다 틈이 더 벌어져 있다. 면심 입방 구조는 입방 밀집 구조를 비스듬히 옆으로 누인 형태이다.

구체가 규칙적으로 배열된 입체적인 배열을 공간 구조라고 한다. 공간 구조는 14종류가 있으며, 등축 정계에는 단순 입방 구조, 면심 입방 구조, 체심 입방 구조의 3종류가 있고, 육방 정계에는 육방 밀집 구조가 있다. 그 외에도 정방 정계, 사방 정계, 단사 정계, 삼사 정계, 마름모 정계 등 다양한 공간 구조가 존재한다.

할라이트 결정의 미시적 구조.(보라색은 나트륨 이온, 녹색은 염소 이온). 원자 배열에는 입방 결정계의 대칭성이 존재합니다.

거시적(~16cm) 할라이트 결정. 결정면 사이의 직각은 원자 배열의 입방 대칭성 때문입니다.

Crystal structure^영어 결정의 과학적 정의는 결정 내부 원자의 미시적 배열, 즉 결정 구조에 기반한다. 결정은 원자가 주기적인 배열을 형성하는 고체이다.( 준결정은 예외).^[9]

모든 고체가 결정은 아니다. 예를 들어, 액체 상태의 물이 얼어 다결정 구조를 형성할 때, 각각의 작은 결정(결정립)은 원자의 주기적 배열을 갖지만, 전체 다결정은 결정립계에서 주기적 패턴이 끊어지기 때문에 주기적인 배열을 갖지 않는다. 대부분의 거시적 무기 고체는 다결정이며, 금속, 세라믹, 얼음, 암석 등이 이에 해당한다. 결정도 다결정도 아닌 유리와 같은 고체는 비정질 고체라고 하며, 미시적으로도 주기적인 질서가 없다. 결정질 고체와 비정질 고체의 뚜렷한 차이점은 유리를 형성하는 과정에서는 융해잠열이 방출되지 않지만, 결정을 형성할 때는 방출된다는 것이다.

결정 구조(결정 내 원자 배열)는 단위 세포라고 하는 작은 가상 상자로 특징지어진다. 단위 세포는 3차원 공간에 쌓여 결정을 형성한다.

결정의 대칭성은 219가지의 가능한 결정 대칭성(결정학적 공간군)이 있으며,^[9] 이들은 7가지 결정계로 분류된다. 예를 들어 입방 결정계(할라이트와 같음) 또는 육방 결정계(일반적인 물 얼음과 같음) 등이 있다.

결정을 구성하는 원자의 배열은 X선 회절 또는 전자 회절과 같은 현상을 일으켜 결정 구조를 확인하는데 이용된다.

현실의 결정은 격자 결함이라고 불리는 원자 배열의 불규칙성이 존재하여, 이상적인 결정 구조에서 예상되는 것과는 다른 성질을 나타내기도 한다.

2. 2. 결정면, 형태 및 결정형

결정을 이루는 입자(원자, 분자, 이온)는 규칙적으로 배열되어 있기 때문에 결정은 규칙적인 모양을 띤다. 금속 결정 중 금, 은, 구리, 알루미늄 등은 입방 밀집 구조를, 마그네슘, 아연 등은 육방 밀집 구조를 가진다. 나트륨이나 칼륨은 체심 입방 구조를 가지는데, 이는 입방 밀집 구조보다 틈이 더 벌어져 있다. 입방 밀집 구조를 비스듬히 옆으로 누이면 면심 입방 구조가 된다.

구체가 일정한 규칙에 따라 입체적으로 배열된 것을 공간 구조라고 하며, 14종류가 있다. 등축 정계에는 단순 입방 구조, 면심 입방 구조, 체심 입방 구조의 3종류, 육방 정계에는 육방 밀집 구조가 있다. 정방 정계에는 체심 정방 구조 외 1종, 사방 정계에는 면심 사방 구조 외 3종, 단사 정계에는 2종, 삼사 정계·마름모 정계에 각각 1종의 구조가 존재한다.

할라이트 결정이 성장할 때, 새로운 원자는 거친 원자 수준 구조와 많은 매달린 결합을 가진 표면 부분에 매우 쉽게 부착된다. 따라서 결정의 이러한 부분은 매우 빠르게 성장한다(노란색 화살표). 결국 전체 표면은 매끄럽고 안정적인 면으로 구성되며, 새로운 원자는 쉽게 부착될 수 없다.

결정은 일반적으로 매끄러운 면과 날카로운 각으로 이루어진 모양으로 거시적으로 인식된다. 완전형 결정은 명확하고 잘 형성된 평평한 면을 가진 결정이다. Anhedral 결정은 평평한 면이 없는 결정이다.

완전형 결정의 평평한 면(또는 면)은 기본적인 결정의 원자 배열과 관련하여 특정 방식으로 배향된다. 이들은 비교적 낮은 밀러 지수의 평면이다.^[10] 결정이 성장함에 따라 새로운 원자는 표면의 거칠고 불안정한 부분에는 쉽게 부착되지만, 평평하고 안정적인 표면에는 덜 쉽게 부착된다. 따라서 평평한 표면은 전체 결정 표면이 이러한 평면 표면으로 구성될 때까지 더 크고 매끄럽게 성장한다.

결정학에서 결정면의 3차원 방향을 측정하고 이를 사용하여 기본 결정 대칭을 추론한다.

결정의 '''결정형'''은 결정의 대칭 중 하나와 관련된 결정의 가능한 면의 집합이다. 예를 들어, 갈레나 결정은 종종 입방체 모양을 취하며, 입방체의 여섯 개의 면은 등축 정계의 대칭 중 하나를 보여주는 결정형에 속한다. 갈레나도 때때로 팔면체로 결정화되며, 팔면체의 여덟 개의 면은 등축 정계의 다른 대칭을 반영하는 또 다른 결정형에 속한다. 결정형은 면 중 하나의 밀러 지수를 대괄호 안에 넣어 설명한다. 예를 들어, 팔면체 형태는 {111}로 표기되며, 형태의 다른 면은 결정의 대칭에 의해 암시된다.

형태는 공간의 부피를 완전히 둘러쌀 수 있는 폐쇄형이거나, 그렇게 할 수 없는 개방형일 수 있다. 입방체 형태와 팔면체 형태는 폐쇄형의 예이다. 등축 정계의 모든 형태는 폐쇄형인 반면, 단사 정계와 삼사 정계의 모든 형태는 개방형이다. 결정의 면은 모두 동일한 폐쇄형에 속하거나 여러 개의 개방형 또는 폐쇄형의 조합일 수 있다.^[11]

결정의 습성은 눈에 보이는 외부 모양이다. 이것은 결정 구조, 특정 결정 화학 및 결합, 결정이 형성된 조건에 의해 결정된다.

3. 결정의 종류

결정을 이루는 입자(원자, 분자, 이온)가 규칙적으로 배열되어 있기 때문에 결정은 규칙적인 모양을 하고 있다. 금속 결정 중에서 금, 은, 구리, 알루미늄 등은 입방 밀집 구조를, 마그네슘, 아연 등은 육방 밀집 구조를 취한다. 나트륨이나 칼륨은 정육면체의 8개 모서리와 중심에 구체가 있는 체심 입방 구조를 취하는데, 이는 입방 밀집 구조보다 틈이 더 벌어져 있다. 입방 밀집 구조를 비스듬히 옆으로 누이면 정육면체의 각 면 중심에 구체가 하나씩 들어간 면심 입방 구조가 된다.

구체가 일정한 규칙에 따라 입체적으로 배열된 것을 공간 구조라고 한다. 공간 구조의 종류는 14종인데, 등축 정계에는 단순 입방 구조, 면심 입방 구조, 체심 입방 구조의 3종류, 육방 정계에는 육방 밀집 구조가 있다. 이 밖에 정방 정계에는 체심 정방 구조 외에 1종, 사방 정계에는 면심 사방 구조 외에 3종, 단사 정계에는 2종, 삼사 정계·마름모 정계에 각각 1종의 구조가 존재한다.

결합의 종류에 따라 결정은 다음과 같이 분류된다.

공유결합결정
이온결정
금속결정
분자결정
* 반데르발스결정(분자성 결정)
* 수소결정

염화나트륨 결정에서 결합은 한 종류만 있는 것이 아니라, 여러 종류의 결합이 섞여 있는 경우가 많다. (공유성과 이온성을 모두 나타내는 경우가 흔하다) 예를 들어 2001년에 39K의 초전도를 나타내 유명해진 MgB₂(이붕화마그네슘)는 금속(금속간 화합물)이지만, 원자 간 결합이 주로 공유결합에 의한 부분(B층의 B 원자 간)과 주로 이온결합에 의한 부분(Mg층과 B층 사이)으로 이루어진다(전자 상태는 금속이므로, 금속결합적인 부분도 있다).

4. 다형성과 동소체

같은 원자 무리가 종종 여러 다른 방식으로 고체화될 수 있다. 다형질은 고체가 하나 이상의 결정 형태로 존재할 수 있는 능력이다. 예를 들어, 물 얼음은 일반적으로 육각형 형태 Ice I_h로 발견되지만, 입방체 Ice I_c, 마름모면체 ice II 등 다른 형태로도 존재할 수 있다. 서로 다른 다형질은 일반적으로 서로 다른 ''상''이라고 부른다.

또한, 같은 원자는 비결정질 상을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 물은 비정질 얼음을 형성할 수도 있고, SiO₂는 융융 실리카(비정질 유리)와 석영(결정) 모두를 형성할 수 있다. 마찬가지로, 물질이 결정을 형성할 수 있다면 다결정을 형성할 수도 있다.

순수한 화학 원소의 경우, 다형질은 동소체로 알려져 있다. 예를 들어, 다이아몬드와 흑연은 탄소의 두 가지 결정 형태인 반면, 비정질 탄소는 비결정질 형태이다. 다형질은 같은 원자를 가지고 있음에도 불구하고 매우 다른 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 다이아몬드는 알려진 가장 단단한 물질인 반면, 흑연은 매우 부드러워 윤활제로 사용된다. 초콜릿은 6가지 종류의 결정을 형성할 수 있지만, 사탕 바와 과자류에 적합한 경도와 녹는점을 가진 것은 하나뿐이다. 강철의 다형질은 열처리가 가능하게 하여 광범위한 특성을 제공한다.

다비정질은 같은 원자가 하나 이상의 비정질 고체 형태로 존재할 수 있는 유사한 현상이다.

5. 결정화

결정화는 유체 또는 유체에 용해된 물질로부터 결정 구조를 형성하는 과정이다. (드물게 결정은 기체로부터 직접 증착될 수도 있다; 에피택시 및 서리 참조.)

결정화는 조건에 따라 단일 유체가 여러 가지 가능한 형태로 고화될 수 있기 때문에 복잡하고 광범위하게 연구된 분야이다. 단결정을 형성할 수 있으며, 다양한 가능한 상, 화학량론, 불순물, 결정 결함, 및 결정 습성을 가질 수 있다. 또는 다양한 크기, 배열, 방향 및 상의 결정립을 가진 다결정을 형성할 수 있다. 고체의 최종 형태는 유체가 고화되는 조건, 즉 유체의 화학적 성질, 주위 압력, 온도 및 이러한 모든 매개변수가 변화하는 속도에 따라 결정된다.

큰 단결정(''벌브''라고 함)을 생산하는 특정 산업 기술에는 초크랄스키법과 브리지먼 기법이 포함된다. 물질의 물리적 특성에 따라 수열 합성, 승화 또는 단순히 용매 기반 결정화를 포함한 다른 덜 특이한 결정화 방법을 사용할 수 있다.

큰 단결정은 지질학적 과정에 의해서도 생성될 수 있다. 예를 들어, 멕시코 나이카의 나이카 수정 동굴에서는 10m가 넘는 석고 결정이 발견되었다.^[18]

결정은 생물학적 과정에 의해서도 형성될 수 있다. 반대로, 동결 방지 단백질과 같이 일부 유기체는 결정화가 발생하지 않도록 하는 특별한 기술을 가지고 있다.

6. 결정 결함, 불순물 및 쌍정

결정은 규칙적인 모양을 갖는 이유는 원자, 분자, 이온과 같은 구성 입자들이 규칙적으로 배열되어 있기 때문이다. 하지만 실제 결정에는 완벽하게 규칙적인 배열만 존재하는 것이 아니라 다양한 결정결함이 존재한다. 이러한 결함은 재료의 특성에 큰 영향을 미친다.^[19]

몇 가지 주요 결정결함은 다음과 같다.

공공 결함: 원자가 있어야 할 자리에 빈 공간이 있는 경우이다.
침입형 결함: 원자가 들어갈 자리가 아닌 곳에 원자가 끼어 있는 경우이다.
전위: 결정의 배열이 어긋난 부분이다. 재료의 기계적 강도를 결정하는 데 중요한 역할을 한다. (오른쪽 그림 참고)

두 가지 유형의 결정학적 결함. 오른쪽 위: 전위. 오른쪽 아래: 나사 전위.

불순물 또한 일반적인 결정결함의 한 종류이다. 이는 "잘못된" 유형의 원자가 결정에 존재하는 것이다. 예를 들어, 완벽한 다이아몬드 결정은 탄소 원자만 포함하지만, 실제로는 붕소 원자가 포함되어 다이아몬드의 색깔을 파랗게 만들 수 있다.^[19] 루비와 사파이어의 색깔 차이도 강옥 결정에 존재하는 불순물의 종류에 따라 결정된다.

반도체에서는 도펀트라고 하는 특수한 불순물이 결정의 전기적 특성을 변화시킨다. 트랜지스터와 같은 반도체 소자는 서로 다른 도펀트를 특정 패턴으로 배치하여 만들어진다.

쌍정은 결정결함과 결정립계의 중간쯤 되는 현상이다. 쌍정계는 양쪽에 서로 다른 결정 방향을 가지지만, 결정립계와 달리 특정한 거울상 방식으로 관련되어 있다.

모자이크성은 결정면 방향이 확산되는 현상이다. 모자이크 결정은 서로 약간 정렬이 맞지 않는 더 작은 결정 단위로 구성된다.

현실의 결정은 완벽한 규칙성을 가지지 않고, 격자 결함이라 불리는 원자 배열의 불규칙성이 존재한다. 이러한 격자 결함 때문에 이상적인 결정 구조에서 예상되는 것과는 다른 성질을 나타내는 경우가 있다. 예를 들어, 금속이 비교적 작은 힘으로도 소성 변형되는 것은 결정 결함 때문이다.

7. 자연에서의 결정

부피와 무게로 볼 때 지구상에서 가장 많은 결정체는 고체 기반암의 일부이다. 암석에서 발견되는 결정의 크기는 일반적으로 밀리미터 단위에서 수 센티미터에 이르지만, 예외적으로 큰 결정이 발견되기도 한다. 1999년 기준으로 세계에서 가장 큰 자연 발생 결정은 마다가스카르(Madagascar)의 말라키알리나(Malakialina)에서 발견된 베릴 결정으로, 길이 18m, 지름 3.5m, 무게 380000kg이다.^[12]

일부 결정은 마그마 및 변성 작용 과정을 통해 형성되어 대규모의 결정질 암석을 생성한다. 대부분의 화성암은 용융된 마그마로부터 형성되며, 결정화 정도는 주로 고화되는 조건에 따라 달라진다. 매우 천천히 그리고 높은 압력 하에서 냉각된 화강암과 같은 암석은 완전히 결정화되었지만, 많은 종류의 용암은 지표면에서 분출되어 매우 빠르게 냉각되었으며, 후자의 경우에는 소량의 비정질 또는 유리질 물질이 일반적이다. 다른 결정질 암석인 대리석, 운모편암, 규암과 같은 변성암은 재결정화되었다. 즉, 이들은 처음에는 석회암, 셰일, 사암과 같은 쇄설성 암석이었으며, 용융 상태나 완전히 용액 상태에 있었던 적이 없지만, 변성 작용의 고온 및 고압 조건이 원래 구조를 없애고 고체 상태에서 재결정화를 유도하는 작용을 하였다.^[13]

다른 암석 결정은 일반적으로 물과 같은 유체로부터 침전되어 드루즈 또는 석영맥을 형성한다. 증발암과 같은 할라이트, 석고, 그리고 일부 석회암은 수용액으로부터 침전되었는데, 대부분 건조한 기후에서의 증발 때문이다. 물을 기반으로 하는 얼음은 눈, 해빙, 빙하와 같은 형태로 지구와 다른 행성에서 흔히 볼 수 있는 결정질/다결정질 구조이다.^[14] 하나의 눈송이는 단일 결정 또는 결정들의 집합체이며,^[15] 얼음 조각은 다결정이다.^[16] 얼음 결정은 얼음 조각이나 얼어붙은 호수처럼 액체 상태의 물이 어는점 이하로 냉각될 때 형성될 수 있다. 서리, 눈송이 또는 공기 중에 부유하는 작은 얼음 결정(빙무)은 종종 액체 상태를 거치지 않고 공기의 온도가 이슬점 이하로 떨어질 때, 수증기와 공기의 과포화 기체 용액으로부터 성장한다. 물의 또 다른 특이한 성질은 결정화될 때 수축하는 대신 팽창한다는 것이다.^[17] 많은 생물체는 수용액에서 성장한 결정을 생성할 수 있는데, 예를 들어 대부분의 연체동물의 경우 방해석과 아라고나이트, 척추동물의 뼈와 치아의 경우 수산화인회석이 있다.

8. 준결정

홀뮴-마그네슘-아연(Ho–Mg–Zn) 물질은 준결정을 형성하며, 십이면체(정십이면체)의 거시적 형태를 취할 수 있다. 5회 대칭을 가질 수 있는 것은 준결정뿐이다. 모서리 길이는 이다.

준결정은 원자 배열이 질서정연하지만 엄격하게 주기적이지 않은 물질이다. X선 회절에서 불연속적인 패턴을 보이고 매끄럽고 평평한 면을 가진 형태를 형성할 수 있다는 점에서 일반적인 결정과 많은 공통점을 가지고 있다.

준결정은 5회 대칭을 나타낼 수 있다는 점으로 가장 잘 알려져 있는데, 이는 일반적인 주기적 결정에서는 불가능하다(결정학적 제한 정리 참조).

국제결정학연맹은 "결정"이라는 용어를 "본질적으로 불연속적인 회절 그림을 갖는 모든 고체"^[23]로 재정의하여 일반적인 주기적 결정과 준결정 모두를 포함하도록 하였다.

1982년에 처음 발견된 준결정은 실제로 매우 드물다. 2004년에는 약 40만 개의 주기적 결정이 알려진 반면, 준결정을 형성하는 것으로 알려진 고체는 약 100개에 불과하다.^[24] 2011년 노벨 화학상은 준결정 발견의 공로로 댄 셰흐트만에게 수여되었다.^[25]

준결정은 병진 대칭성을 갖지 않음에도 불구하고, X선을 회절하는 고도로 규칙적인 구조를 가지고 있다. 수학적으로는 고차원 결정의 공간으로의 사영으로 기술된다.

9. 특수 성질

결정은 유리나 다결정에서는 일반적으로 나타나지 않는 특정한 전기적, 광학적, 기계적 특성을 가질 수 있다. 이러한 특성은 결정의 이방성, 즉 원자 배열의 회전 대칭성 부족과 관련이 있다. 이러한 특성 중 하나는 압전 효과로, 결정에 걸리는 전압이 결정을 수축시키거나 늘릴 수 있다. 또 다른 것은 복굴절로, 결정을 통해 볼 때 이중 이미지가 나타나는 현상이다. 더욱이 전기 전도도, 유전율, 영률을 포함한 결정의 다양한 특성은 결정 내 서로 다른 방향에서 다를 수 있다. 예를 들어, 흑연 결정은 여러 층의 시트로 구성되어 있으며, 각각의 시트는 기계적으로 매우 강하지만 시트들은 서로 느슨하게 결합되어 있다. 따라서 재료의 기계적 강도는 응력의 방향에 따라 상당히 다르다.

모든 결정이 이러한 모든 특성을 가지는 것은 아니다. 반대로, 이러한 특성은 결정에만 국한되지 않는다. 가공이나 응력에 의해 이방성이 부여된 유리 또는 다결정에서도 나타날 수 있다. 예를 들어, 응력 유도 복굴절이 있다.

10. 결정학

'''결정학'''은 결정의 결정 구조(원자 배열)를 측정하는 과학이다. 널리 사용되는 결정학 기술 중 하나는 X선 회절이다. 많은 수의 알려진 결정 구조는 결정학 데이터베이스에 저장되어 있다.^[3]

결정을 구성하는 원자의 배열은, X선이나 전자선 등, 가시광선보다 파장이 짧은 전자기파에 대해 회절격자로 작용하여, X선 회절 또는 전자 회절(전자선 회절)이라고 불리는 현상을 일으킨다. 이 현상은 결정 구조를 확인하는 데 이용된다.^[3]

모델과는 달리, 현실의 결정은 완벽한 규칙성을 가지고 있는 것이 아니며, 격자 결함이라고 불리는 원자 배열의 불규칙성이 존재한다. 격자 결함의 존재에 의해, 이상적인 결정 구조에서 예상되는 것과는 다른 성질을 나타내는 경우가 있다. 예를 들어, 일반적인 금속이 비교적 작은 힘으로 소성 변형하는 것은 결정 결함의 존재로 설명된다.^[3]

준결정이라고 불리는 구조는, 병진 대칭성을 갖지 않음에도 불구하고, X선을 회절하는 고도로 규칙적인 구조를 가지고 있다. 수학적으로는 고차원 결정의 공간으로의 사영으로 기술된다. 또한, 액정은 3차원 중 하나 이상의 방향에 대해 대칭성이 상실된 상태이다. 그리고, 규칙적인 구조를 갖지 않는 물질을 아모르퍼스(비정질)라고 부르며, 이것은 결정의 반의어이다.^[3]

국제결정학연합(IUCr)은 1992년에 결정(Crystal)을 “본질적으로 불연속적인 회절을 나타내는 고체”로, 비주기적 결정(aperiodic crystal)을 “3차원 격자의 주기성을 갖지 않는 결정”으로 재정의하였다. 이에 따라 3차원 주기성이 부족하지만 비주기적 결정의 해석을 위해 개발된 결정학적 방법으로 논의가 가능한 화합물, 예를 들어 변조된 구조체, 폴리타입, 부정합(인코멘슈레이트) 상, 복합 결정, 준결정도 결정으로 부르게 되었다.^[3]

참조

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_[2] 서적 Solid State Physics
_[3] 웹사이트 κρύσταλλος https://www.perseus.[...]
_[4] 웹사이트 κρύος https://www.perseus.[...]
_[5] 웹사이트 crys·tal https://www.ahdictio[...] 2023-06-17
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_[26] 웹사이트 結晶とは https://kotobank.jp/[...] 2020-11-05

결정