구조 2.3 · 금속 모델

이 핸드아웃은 2025년 최초 평가 과정에서 다뤄지는 HL 과목 중 선별된 주제들을 포함하며, 전체 커리큘럼은 아닙니다.

선행 학습: 명시된 양과 단위를 읽고, 산술 및 아래 모델 조건을 사용하십시오.

예제들은 원작이며 가상의 것입니다: 실제 측정값이나 실제 학생 조사 결과가 아닙니다.

이 관측을 설명할 수 있는 것은 무엇인가?

• 구리 선은 전기를 전달하며 부러지지 않고 구부러집니다. 금속 모델은 이동하는 전자에 의해 유지되는 양이온이라는 하나의 그림으로 이 두 현상을 설명합니다.

모델을 구축하시오

• 금속 원자는 바깥쪽 전자를 잃고 격자 구조 안에 양의 양이온을 남깁니다.
• 잃어진 전자는 비국소화 전자가 되어 전체 구조를 자유롭게 이동합니다.
• 금속 결합은 양이온 격자와 비국소화 전자 사이의 인력입니다.
• 이동하는 전자는 고체 및 용융 상태의 금속에서 전하를 운반합니다.
• 양이온: 전자 손실에 의해 형성된 양전하 이온.
• 비국소화 전자: 전체 금속 구조를 자유롭게 이동할 수 있는 전자.
• 금속 결합: 양이온 격자와 비국소화 전자 사이의 인력.

이를 검증할 수 있는 증거를 선택하시오

• 거시적 성질을 설명하려면 구조, 입자, 힘, 이동성 전하 운반자를 나열하십시오.
• 금속은 고체일 때와 용융 상태일 때 모두 전기를 전도합니다: 전하 운반체는 비국소화 전자이며, 두 상태 모두에서 이동 가능합니다.
• 연성(압연성): 결합이 방향성이 없으므로 층들이 미끄러질 수 있으며 결합이 재형성됩니다. 반면, 이온 격자는 미끄러짐으로 인해 같은 전하끼리 모이게 되어 부숴집니다.

실험실: 고체 및 용융 상태 모두에서 전도를 보이는 것은 금속과 이온 물질(용융 상태나 용해될 때만 전도)을 구분하는 기준입니다: 하나의 관측을 통해 두 모델을 명확히 분리할 수 있습니다.

알려진 양으로부터 시작하시오

• 알기: 물질 Z는 1538도에서 녹으며 고체 및 용융 상태 모두에서 전기를 전도합니다.
• 전하 운반체: 두 상태 모두에서 이동 가능한 비국소화 전자.
• 금속 모델은 하나의 구조로 두 가지 관측 결과를 모두 예측합니다.
• 이온 모델은 여기서 실패합니다: 고체 상태의 고정된 이온은 전기를 전도할 수 없습니다.

당신의 차례: 이온 고체와 금속 고체는 외관이 비슷합니다. 이 둘을 구분할 수 있는 측정 방법 하나를 제시하고 설명하십시오.

결론과 그 한계를 확인하시오

• 금속 간의 녹는점 차이는 크며, 이 모델은 전도와 연성을 설명하지만 특정 녹는점을 예측하지는 않습니다.
• 합금과 불순물은 성질을 변화시킨다: 순수 모델은 그 한계를 명시한다.

옳지 않음: 금속이 전도하는 이유는 전자가 금속에서 빠져나가기 때문이다. 전자는 구조 내부에서 비국소화되어 있으며, 전도는 금속에서의 이동이 필요하지 탈출이 아니다.

핵심:

• 격자 내 양이온과 이를 통과하는 비국소화 전자.
• 고체 및 용융 상태에서의 전도는 금속 모델을 특징으로 한다.
• 주의할 점: 전도가 위해 전자가 금속을 떠나야 한다는 오류.

전도성 테스트를 바탕으로 서술하기

• 시료가 고체 AND 액체 상태 모두에서 전도함.
• 금속형: 두 상태 모두에서 비국소화 전하가 전하를 운반함 — 모델의 특징이며, 이온 방출은 없음.

연성 설명을 바탕으로 서술하기

• 구리는 굽혀지며, 염화 나트륨은 부숴짐.
• 양이온 층이 미끄러지지만 전자 접착제가 결합력을 유지함 — 금속 결합이 연성을 설명하며, 경직된 격자는 취성을 설명함.

운전자 대비를 바탕으로 서술하기

• 용융 NaCl는 전도하지만 고체 NaCl는 전도하지 않으며, 구리는 항상 전도함.
• 대비는 운전자에 있다: 용융으로 방출된 이온 대 이미 자유로운 전자 — 하나의 실험으로 이온 결합과 금속 결합을 구분함.