고용체

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고용체 {固溶體} <고용체> (solid solution)

정의

완전하게 균일한 상을 이룬 고체의 혼합물이다.원자 사이의 틈에 다른 원소의 원자가 끼어들어가 있는 형태의 침입형 고용체와 정연하게 늘어서 있는 고체의 원자를 밀어내고 그 자리로 대신 들어가는 형태의 치환형 고용체가 있다.

고체의 결정 속에 다른 원소의 원자가 혼입해서 균일하게 분포하여, 용액의 경우와 같은 상태로 된 것을 말한다. 예를 들면 물에 설탕을 녹이면 외관상으로는 보통의 물처럼 보이지만, 어느 부분에나 설탕이 고르게 분포되어 있기 때문에 똑같이 달다. 고용체의 경우도 이와 마찬가지인데, 예를 들면 금 속에 은 5%를 혼입한 고체는 외관상으로는 대체로 금처럼 보이지만, 그 덩어리의 어느 부분을 취해서 분석해 보아도 용액의 경우와 마찬가지로 반드시 5%의 은이 함유되어 있다. 이와 같이 다른 원소를 균일하게 혼입하는 방법에는 대체로 2종류가 있다. 고체의 결정 속에서는 원자가 규칙적으로 일정한 거리간격을 두고 나란히 있는데, 이 경우 인접해 있는 원자의 중심거리는 원자 자체의 크기보다 크지 않다. 즉, 원자와 원자 사이의 틈은 가장 넓은 곳이라도 원자의 지름의 40%밖에 안 된다. 따라서, 다른 원자는 원래의 고체의 원자보다 매우 작은 것이 아니면 그 틈에 끼어들어갈 수가 없다. 이렇게 원자 사이의 틈에 다른 원소의 원자가 끼어들어가 있는 형태의 고용체를 침입형 고용체라고 한다.

한편, 고체의 원자와 크기가 비슷한 다른 원소의 원자는 원자 사이에 끼어 들어갈 수가 없으므로, 정연하게 늘어서 있는 원래의 고체의 원자를 밀어내고 그 자리로 대신 들어가는 방법을 취한다. 이러한 고용체를 치환형 고용체라 하는데, 대개의 고용체는 이에 속한다. 철의 원자가 만드는 결정의 틈새에 탄소원자가 끼어들어가 있는 강철은 침입형의 예이고, 위에서 말한 금과 은의 경우는 치환형의 예이다. 어떤 고체의 결정 속에 다른 원소의 원자가 얼마나 녹아 들어갈 수 있는가는 관련된 원자의 크기, 원자가전자(原子價電子)의 수, 그 자체만으로 결정을 이룰 때의 결정형 등과 관련이 있으며, 너무 많이 녹으면 그 이상 그 원소를 받아들일 수 없는 한계점, 즉 고용한도(固溶限度)에 달한다. 이 한도까지는 다른 원소가 들어감에 따라 원래의 고체의 성질은 점차 변하게 되는데, 일반적으로 단단하고 강해져, 연성(延性) 및 전성(展性)이 저하하고 전기나 열의 전도율도 저하한다. 이러한 변화의 정도, 즉 다른 원소의 농도와 이들 성질의 변화와의 관계는 첨가시키는 다른 원소에 따라 크게 다르다. 합금을 만들 때에는 이 점을 잘 이용해야 한다.

Flypeople 12:09, 31 March 2009 (UTC)