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화학 · 고1-고2

결정 구조 — 동소체와 결정격자 3D

동소체·결정격자

다이아몬드·흑연·NaCl·석영의 3D 결정 구조를 탐구하고, 결합 방식과 물성의 관계를 시뮬레이션합니다.

🎓 찾아가는 과학교실 · 리틀사이언스클래스가 운영하는 과학 시뮬레이터 — 학생 누구나 무료·무제한 이용

🎓 강연 + 탐구무료 체험 가능

학습 목표

  1. 결정과 단위 격자의 개념을 이해한다
  2. 동소체(다이아몬드, 흑연)의 구조적 차이를 설명할 수 있다
  3. 결합 방식(공유, 이온, 분자간력)과 물성의 관계를 탐구한다
  4. 단위 격자 내 원자 수를 계산할 수 있다

실험 변인

독립변인결정 종류 (0–3)
독립변인반복 수개 (2–4)
종속변인경도모스 (1–10)

사전학습 자료

결정과 단위 격자

결정(crystal)은 원자·이온·분자가 규칙적으로 배열된 고체입니다.

단위 격자(unit cell): 결정의 최소 반복 단위.

꼭짓점 원자는 1/8, 면 원자는 1/2, 모서리 원자는 1/4씩 기여합니다.

동소체와 결합

동소체(allotrope): 같은 원소로 이루어졌지만 구조가 다른 물질.

다이아몬드: sp³ 혼성, 정사면체, 경도 10 흑연: sp² 혼성, 층상 구조, 전기 전도성

결합 방식이 물성(경도, 전도도, 녹는점)을 결정합니다.

실험 절차

  1. 시뮬레이터에서 결정 구조를 선택하고 3D 구조를 관찰한다
  2. 가이드 모드의 단계별 설명을 따라 결합 특성을 학습한다
  3. 비교 모드로 두 결정의 구조를 나란히 비교한다
  4. 단위 격자 내 원자 수를 계산하고 검증한다

시뮬레이터 체험

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학습 확인 문제

Q1 다이아몬드에서 탄소 1개당 공유결합 수는?

정답: 4개

다이아몬드는 sp³ 혼성으로 탄소 1개가 4개의 공유결합을 형성합니다.

Q2 흑연이 전기 전도성을 갖는 이유는?

정답: 비편재화된 π전자가 이동 가능

흑연은 sp² 혼성으로 남은 p 오비탈의 전자가 비편재화되어 층 내에서 자유롭게 이동합니다.

Q3 다이아몬드 단위 격자에 포함된 탄소 원자 수는?

정답: 8개

꼭짓점(8×1/8) + 면(6×1/2) + 내부(4) = 1 + 3 + 4 = 8개입니다.

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