생각하는 공대생

라만 분광법 (Raman Spectroscopy) 회전 라만 스펙트럼을 이야기 하기에 앞서, 먼저 라만 분광법(Raman Spectroscopy)에 대해서 먼저 알아보자. 라만 분광법은 진동, 회전, 그리고 다른 저주파수 등을 관찰하는 분광법 기술이다. 주로 레이저에서 만들어진 가시광선, 근적외선 또는 근자외선 영역의 단일 파장의 빛을 사용하며, 비탄성충돌 산란 또는 라만 산란에 의존한다. 레이저 빛은 분자의 진동이나 회전, 또는 다른 계의 들뜬 상태와 상호작용하며, 그 결과로 레이저 빛의 파장은 길어지거나 짧아지게 된다. 이런 에너지의 변화는 그 계의 진동 모드 등에 대한 정보를 우리에게 준다. 적외선 분광법과 비슷하지만 상호보완적인 정보를 얻게 된다. 라만 효과는 빛이 분자에 영향을 주고 분자의 결합..

열역학 제 0법칙 : 열역학적 평형 열역학적 평형이란, 어떤 계 A와 B가 열적평형상태에 있고, B와 C가 열적평형 상태에 있으면, A와 C 또한 열적평형상태에 있다는 것이다. 서로 다른 계가 접촉하였을 때 열역학적 평형을 이루지 못한다면, 계 사이에 에너지나 물질의 알짜이동이 있다. 서로 열역학적 평형을 이루고 있는 계는 외부와의 접촉없이 나중에 다시 접촉하였을 때도 평형을 이룬다. 즉 쉽게 말하자면 A와 B의 온도가 같고 B와 C의 온도가 같다면 A와 C도 온도가 같다는 말이다. A=B이고 B=C이면 A=C이다. 어린아이도 이해할 만큼 매우 당연해 보이는 것이지만, 열역학 1, 2, 3법칙이 확립된 후에야 이 법칙이 확립되었다. 이 사실은 계의 상태나 크기 같은 것에 상관 없이 절대적인 척도가 될 수..

깁스 자유 에너지(Gibbs free energy) 열역학에서 깁스 자유 에너지(Gibbs free energy)는 온도와 압력이 고정된 열역학적인 계에서 얻을 수 있는 포텐셜 에너지이다. 일반적인 역학에서 포텐셜 에너지는 일을 할 수 있는 능력으로 정의되지만, 깁스 자유 에너지(SI 단위 J/mol)는 닫힌계에서 낼 수 있는 최대의 비팽창일의 양이다. 이 글에서는 깁스 자유 에너지에 대한 몇가지 성질을 살펴보겠다. ΔG0ΔG>0인 경우 역반응이 자발적인 반응이다.얼음이 녹는 반응 열을 흡수하므로 \Delta H > 0ΔH>0이며, 분자는 무질서해지므로 \Delta S > 0ΔS>0이다. 따라서 \Delta G = \Delta H - T \Delta SΔG=ΔH−TΔS는 T가 클수록 작아지므로 높은 온도..

결정(crystal)과 격자(lattice) 고체의 결정 구조는 structural motif라고 불리는 구조가 규칙적으로 배열되어 있는 형태이다. 이때 structural motif가 될수 있는 것들에는 원자(atoms), 분자(molecules), 이온(ions) 또는 이들의 군(group) 등이 있다. 일반적으로 순수한 고체는 결정을 이루고 있으며, 그 결정의 내부에서 몇 개의 구성 단위가 일정한 규칙에 따라 공간 내에 반복하여 배열되어 있는데, 이러한 배열을 공간 격자(space lattice) 또는 결정 격자(crystal lattice)라 한다. 예를 들면, 철이나 다이아몬드의 경우에는 원자가 각각 공간 내에 배열되어 결정 격자를 이루고 있기 때문에 원자 격자라고 한다. 요오드의 결정이나 이산..

화학 반응에서 어떠한 반응이 자발적인 반응인지, 비자발적인지 판단하는 것은 매우 중요하다. 이를 판단하는 기준에는 여러방법이 있지만 엔트로피(entropy)도 좋은 방법이 될 수 있다. 단, 엔트로피는 자연적인 변화의 방향을 알려주는 좋은 개념이지만 계와 계를 둘러싼 주위의 엔트로피를 모두 고려해야한다. 이 글에서는 주위의 엔트로피를 자동적으로 고려하는 방법을 보여주고자 한다. 그러면 계만 생각하면 되므로 더 간단해진다. 이로부터 나오는 자유 에너지(free energy)라는 개념은 열역학 제 1법칙에서 말하는 모든 종류의 에너지 중 열역학적인 일을 할 수 있는 부분을 말한다. 자유 에너지는 일을 하는 과정에서 비가역적으로 잃기 쉽다. 열역학 제 1법칙 에너지는 언제나 보존되기 때문에 자유 에너지는 얼마..

고체의 정의와 결정구조(crystalline) 대부분의 물질은 온도를 낮추면 고체상(solid phase)이 된다. 그리고 대다수는 원자나 분자 또는 이온이 규칙적으로 배열되는 한개 이상의 결정체(crystalline)을 가진다. 고체는 물체의 네 가지 상(고체, 액체, 기체, 플라즈마) 중 하나이며 고체의 정의는 다음과 같다. 고체는 구성하는 원자, 분자 또는 이온의 위치가 고정된 상태이다. 고체는 구조의 경직성을 가지며 모양이나 부피에 변화를 줄 때 저항(resistance)이 있는 것이 특징이다. 액체나 기체와는 다르게 고체 물체는 담는 용기에 모양에 따라 변하지 않는다. 고체에 있는 원자들은 서로에게 강하게 결합되어 있고, 격자(lattice)에 규칙적으로 놓여져있거나 불규칙하게 있다. 이 규칙성..

상(Phase)의 정의 물질의 상(Phase)란 공간상에 물질이 모여 화학적 조성 및 물리적 상태가 전체적으로 균일한 물질의 상태를 의미한다. 물질의 대표적인 상으로는 고체상, 액체상, 기체상을 들 수 있다. 탄소와 같이 단일 물질이 두 종류 이상(흑연, 다이아몬드, 그래핀 등)의 고체상을 갖는 경우에는 동소체(Allotrope) 라고 한다. 주어진 압력 하에서 한 상이 다른 상으로 자발적으로 변하는 상 전이(phase transition)는 물질마다 고유한 온도나 압력에서 일어난다. 예를들어 1 atm 에서 온도가 0 ℃보다 낮을 때는 얼음이 물보다 안정한 상이며, 0 ℃ 보다 높을 때는 액체가 더 안정하다. 이는 0 ℃ 아래에서 물이 얼음이 변하는 과정이나, 0 ℃ 이상에서 얼음이 물로 변하는 과정이..

상전이 (Phase transition) 상 전이(Phase transition)란 열역학적인 계의 변화로 열 공급을 통해 물질이 한 가지 상(phase)에서 다른 상으로 변하는 것을 말한다. 일반적으로 물질의 고체(solid), 액체(liquid), 기체(gas) 간의 변화를 표현할 때 사용된다. 열역학 계의 상과 물질의 상태는 각각 일정한 물리적인 성질을 가진다. 상 전이가 일어나는 동안 물질의 몇몇 성질들은 변하며, 종종 불연속적으로도 변하기도 한다. 물질의 온도나 압력, 조성, 또는 다른 외부 성질 등이 변함으로써 상전이가 일어난다. 물이 수증기나 얼음이 되고 드라이 아이스에서 뿜어져 나오는 하얀 연기 등등이 모두 상전이의 결과이다. 몇년 전에는 우리가 사는 3차원뿐 아니라 위상수학적으로 2차원 ..

단일 원자나 소수의 원자가 있는 경우와는 달리 수 많은 원자가 존재하는 결정물질(고체) 내의 전자는 결정물질을 구성하는 각 원자들 사이의 상호작용에 의해 원자 고유의 에너지 준위보다 넓은 에너지 영역인 에너지 밴드 (energy band)를 형성하게 된다. 실제 결정에서 원자의 간격은 여러 가지 요인에 의해 결정된다. 그러나 다이아몬드 구조나 징크블렌드(zinc blend) 구조와 같이 일단 안정한 모양을 갖추게 되면 에너지 밴드도 일정한 값을 갖게 된다. 결정물질에서는 원자와 원자의 간격이 매우 작아 원자 궤도를 순환하는 전자는 인접한 원자의 영향을 받게 된다. 어떤 전자는 속도가 느려지고 어떤 전자는 탄력을 받아 속도가 증가하는 등 서로다른 전자에 의해 영향을 받게 되고 이러한 속도의 증감은 전자의 ..

1. 정의 투과전자현미경 (TEM)은 Transmission Electron Microscope의 약자로 전자선을 사용하여 시료를 투과시킨 전자선을 전자렌즈로 확대하여 관찰하는 전자현미경이다. 전자선을 사용하기 때문에 진공 환경이 필요하다. 배율의 범위가 100배에서 100만배 정도이며 상을 형광판에 투영하여 관찰 할 수 있으며 이를 전자현미경용 필름에 기록한다. 전자선이 시료를 투과할 때에 생기는 산란대조와 위상대조에 따라 상의 대조를 얻어낼 수 있다. 이 현미경은 시료를 매우 얇게 잘라야하고 2차원적인 상만 관찰 가능하다는 단점이 있지만, 세포나 조직의 미세구조를 관찰하기에 적합하다. 구조는 크게 4 가지 부분으로 구성되어 있다. 우선 전자빔(electron beam)을 쏴주는 전자총(electron..