주기율표 (결정 구조)

이 문서는 STP 및 녹는점(고체 상태)에서 벌크 상태로 생성된 주기율표 원소들의 결정 구조와 나머지 원소들의 결정 구조 예측치를 제공한다.

 표준 온도 압력 
다음 표는 표준 온도 압력에서 고체 상태인 원소들에 대해 열역학적으로 가장 안정적인 형태의 결정 구조를 보여준다. 각 원소는 해당 브라베 격자를 나타내는 색상으로 음영 처리되었으며, 모든 사방정계 격자는 하나로 묶어 표시했다.
 표준 온도 압력에서 주기율표 원소들의 결정 구조1H 2He 3 Li W4 Be Mg5 Bβ-B6 Cg-C7 N 8 O 9 F 10 Ne 11 Na W12 Mg Mg13 Al  Cu14 Si d-C15 P b-P16 S α-S17 Cl  18 Ar  19KW20 Ca  Cu21Sc Mg22Ti Mg23 V W24Cr W25 Mnα-Mn26Fe W27 Co Mg28 Ni  Cu29Cu  Cu30 Zn Mg31Ga α-Ga32 Ge d-C33As α-As34Se γ-Se35Br  36 Kr  37 Rb W38 Sr  Cu39 Y Mg40Zr Mg41Nb W42 Mo W43 Tc Mg44 Ru Mg45 Rh  Cu46 Pd  Cu47 Ag Cu48 Cd Mg49 In In50 Sn β-Sn51 Sb α-As52Te γ-Se53I Cl54 Xe  55 Cs W56 Ba W  71Lu Mg72 Hf Mg73 Ta W74 W W75 Re Mg76 Os Mg77 IrCu78 Pt Cu79 Au Cu80 Hg  81 Tl Mg82 Pb Cu83 Bi α-As84 Po α-Po85 At  86 Rn  87Fr 88 RaW 103Lr 104 Rf 105 Db 106 Sg 107 Bh 108 Hs 109 Mt 110 Ds 111 Rg 112 Cn 113 Nh 114 Fl 115 Mc 116 Lv 117 Ts 118 Og   colspan="3"  57La α-La 58Ceα-La 59Pr α-La 60Nd  α-La 61Pm α-La 62Smα-Sm 63EuW 64Gd Mg 65Tb Mg 66Dy Mg 67Ho Mg 68Er Mg 69Tm Mg 70YbCu colspan="3"  89Ac Cu 90ThCu 91Paα-Pa 92Uα-U 93Npα-Np 94Puα-Pu 95Am α-La 96Cm α-La 97Bk α-La 98Cf α-La 99Es Cu100Fm 101Md 102No 
 범례:         

 녹는점 및 표준 압력 
다음 표는 대기압 하의 녹는점에서 각 원소의 가장 안정적인 결정 구조를 보여준다. (수소, 헬륨, 질소, 산소, 플루오린, 네온, 염소, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈은 STP에서 기체이며, 브로민과 수은은 STP에서 액체이다.) 헬륨은 대기압 하에서 녹는점이 없으나, 고압 하에서 마그네슘형 육방 밀집 구조를 갖는다.

 대기압 하의 녹는점에서 원소들의 결정 구조1H13 KMg2He*3 Li453 KW4 Be1560 KW5 B2349 Kβ-B6 C3800 Kg-C7 N63 Kβ-N8 O 54 Kγ-O9 F53 Kγ-O10 Ne24 KCu11 Na370 KW12 Mg923 KMg13 Al 933 KCu14 Si 1687 Kd-C15 P 883 Kb-P16 S 393 Kβ-S17 Cl 171 KCl18 Ar 83 KCu19K336 KW20 Ca 1115 KW21Sc1814 KW22Ti 1941 KW23 V2183 KW24Cr 2180 KW25 Mn1519 KW26Fe 1811 KW27 Co 1768 KCu28 Ni 1728 KCu29Cu 1357 KCu30 Zn 692 KMg31Ga 302 Kα-Ga32 Ge 1211 Kd-C33As 1090 Kb-P34Se 494 Kγ-Se35Br 265 KCl36 Kr 115 KCu37 Rb 312 KW38 Sr 1050 KW39 Y 1799 KW40Zr 2128 KW41Nb 2750 KW42 Mo 2896 KW43 Tc 2430 KMg44 Ru 2607 KMg45 Rh 2237 KCu46 Pd 1828 KCu47 Ag 1234 KCu48 Cd 594 KMg49 In 429 KIn50 Sn 505 Kβ-Sn51 Sb 903 Kα-As52Te 722 Kγ-Se53I 386 KCl54 Xe 161 KCu55 Cs301 KW56 Ba1000 KW  71Lu1925 KMg72 Hf 2506 KW73 Ta 3290 KW74 W 3695 KW75 Re 3459 KMg76 Os 3306 KMg77 Ir2719 KCu78 Pt 2041 KCu79 Au 1337 KCu80 Hg 234 Kα-Hg81 Tl 557 KW82 Pb 600 KCu83 Bi 544 Kα-As84 Po 527 Kβ-Po85 At 575 K??86 Rn 202 K?87Fr281 K??88 Ra973 KW 103Lr1900 K??104 Rf?105 Db?106 Sg?107 Bh?108 Hs?109 Mt?110 Ds?111 Rg?112 Cn?113 Nh?114 Fl?115 Mc?116 Lv?117 Ts?118 Og?  colspan="3"  57La1193 KW 58Ce1068 KW 59Pr1208 KW 60Nd 1297 KW 61Pm1315 KW 62Sm1345 KW 63Eu1099 KW 64Gd1585 KW 65Tb1629 KW 66Dy1680 KW 67Ho1734 KMg 68Er1802 KMg 69Tm1818 KMg 70Yb1097 KW colspan="3"  89Ac1323 KCu 90Th2115 KW 91Pa1841 KW 92U1405 KW 93Np917 KW 94Pu912 KW 95Am1449 KW 96Cm1613 KCu 97Bk1259 KCu 98Cf1173 KCu 99Es1133 KCu100Fm1800 K??101Md 1100 K??102No 1100 K??
 범례:         

 예측된 구조 
다음 표는 원소 85–87, 100–113, 118번에 대한 결정 구조 예측치를 제공한다. 라돈을 제외한 나머지 원소들은 벌크 상태로 생성된 적이 없다. Cn과 Fl은 (붕괴열로 인한 자체 가열 문제를 무시할 때) STP에서 액체일 가능성이 매우 높다. 계산상 안정적인 알칼리 금속의 실험적 구조를 재현하는 데 어려움이 있으며, Fr도 동일한 문제의 영향을 받는다. 그럼에도 불구하고 프랑슘은 가벼운 동족 원소들과 동형 구조일 것으로 추측된다. 플레로븀에 대한 최신 예측에서는 에너지가 비슷한 면심 입방(FCC) 구조와 육방 밀집(HCP) 구조를 구분할 수 없었다. 115–117번 원소에 대해서는 가용 가능한 예측치가 없다.

 극히 불안정한 원소들의 예측된 결정 구조1H2He3 Li4 Be5 B6 C7 N8 O9 F10 Ne11 Na12 Mg13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar 19K20 Ca 21Sc22Ti 23 V24Cr 25 Mn26Fe 27 Co 28 Ni 29Cu 30 Zn 31Ga 32 Ge 33As 34Se 35Br 36 Kr 37 Rb 38 Sr 39 Y 40Zr 41Nb 42 Mo 43 Tc 44 Ru 45 Rh 46 Pd 47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52Te 53I 54 Xe 55 Cs56 Ba  71Lu72 Hf 73 Ta 74 W 75 Re 76 Os 77 Ir78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At [Cu]86 Rn [Cu]87Fr[W]88 Ra 103Lr[Mg]104 Rf[Mg]105 Db[W]106 Sg[W]107 Bh[Mg]108 Hs[Mg]109 Mt[Cu]110 Ds[W]111 Rg[W]112 Cn[Mg]113 Nh[Mg]114 Fl 115 Mc 116 Lv 117 Ts 118 Og[Cu]  colspan="3"  57La 58Ce 59Pr 60Nd  61Pm 62Sm 63Eu 64Gd 65Tb 66Dy 67Ho 68Er 69Tm 70Yb colspan="3"  89Ac 90Th 91Pa 92U 93Np 94Pu 95Am 96Cm 97Bk 98Cf 99Es100Fm [Cu]101Md [Cu]102No [Cu]
 범례: […] 예측된 구조     

 구조 유형 
다음은 위 표에 나타난 구조 유형 목록이다. 단위 세포당 원자 수와 관련하여, 삼방정계 격자 시스템의 구조는 마름모면체형 원시 세포를 가지며 삼방 대칭성을 갖지만, 종종 부피와 원자 수가 3배인 등가의 비원시 육방 단위 세포로 설명되기도 한다.

 원형 Strukturbericht 도해  격자계 공간군  단위 세포당 원자 수 배위수  비고 α-Pu  (없음) 50px  단사정계  P21/m(No. 11)  16    약간 왜곡된 육방 구조. 격자 매개변수: a = 618.3 pm, b = 482.2 pm, c = 1096.3 pm, β = 101.79°Lemire, R. J. et al.,2001URL β-S  (없음)    단사정계  P21/c(No. 14)  32  α-Np  Ac   사방정계  Pnma(No. 62)  8   심하게 왜곡된 bcc 구조. 격자 매개변수: a = 666.3 pm, b = 472.3 pm, c = 488.7 pmLemire, R.J. et al.,Chemical Thermodynamics of Neptunium and Plutonium, Elsevier, Amsterdam, 2001URL  α-U  A20  50px  사방정계   Cmcm(No. 63)  4  각 원자는 4개의 가까운 이웃을 가짐(2개는 275.4 pm, 2개는 285.4 pm 거리). 그 다음 4개는 326.3 pm, 나머지 4개는 334.2 pm 거리에 있음.Harry L. Yakel, A REVIEW OF X-RAY DIFFRACTION STUDIES IN URANIUM ALLOYS. The Physical Metallurgy of Uranium Alloys Conference, Vail, Colorado, Feb. 1974  강하게 왜곡된 hcp 구조.α-Ga  A11  50px  사방정계  Cmce(No. 64)  8  각 Ga 원자는 가장 가까운 이웃 1개를 244 pm에, 2개를 270 pm에, 2개를 273 pm에, 2개를 279 pm에 가짐.   구조가 아이오딘과 관련이 있음.b-P  A17   50px  사방정계  Cmce(No. 64)  8   인의 한 형태인 흑린 구조.Cl  A14  50px  사방정계  Cmce(No. 64)  8 α-S  A16   사방정계  Fddd(No. 70)  16   In  A6  50px  정방정계  I4/mmm(No. 139)  2   α-Pa 유형 구조와 동일한 대칭성. 이상적인 Cu 유형 면심 입방 구조()에서 약간 왜곡된 것으로 볼 수 있음. α-Pa  Aa    정방정계  I4/mmm(No. 139)  2   In 유형 구조와 동일한 대칭성. 이상적인 W 유형 체심 입방 구조()에서 약간 왜곡된 것으로 볼 수 있음. β-Sn  A5   정방정계  I41/amd(No. 141)  4  302 pm에 4개 이웃; 318 pm에 2개; 377 pm에 4개; 441 pm에 8개 백주석 형태 (286.4 K 위에서 열역학적으로 안정) β-B  (없음)  50px  삼방정계  Rm(No. 166)  105 (rh.) 315 (hex.)   복잡성 때문에 이 구조가 붕소의 바닥 상태인지에 대해서는 완전히 정립되지 않음. α-As  A7  50px  삼방정계   Rm(No. 166)  2 (rh.)6 (hex.)  회색 금속 형태에서, 각 As 원자는 같은 층에 251.7 pm 거리에 3개 이웃을, 인접 층에 312.0 pm 거리에 3개 이웃을 가짐.  각 Bi 원자는 같은 층에 307.2 pm 거리에 3개 이웃을, 인접 층에 352.9 pm 거리에 3개 이웃을 가짐.  각 Sb 원자는 같은 층에 290.8 pm 거리에 3개 이웃을, 인접 층에 335.5 pm 거리에 3개 이웃을 가짐.   주름진 층 구조 α-Sm  (없음)  50px  삼방정계  Rm(No. 166)  3 (rh.)9 (hex.)  12개 가장 가까운 이웃  ABCBCACAB...와 같이 9개 층이 반복되는 복잡한 hcp 구조.A.F Wells (1962) Structural Inorganic Chemistry 3d Edition  Oxford University Press α-Hg  A10  50px  삼방정계   Rm(No. 166)  1 (rh.)3 (hex.)  234 K, 1기압에서 6개 가장 가까운 이웃 (실온에서는 액체이므로 상온 조건에서는 결정 구조가 없음!)  β-Po 구조와 동일한 대칭성을 가지나 단위 세포의 기저 벡터 세부 사항으로 구분됨. 이 구조는 같은 평면의 가장 가까운 이웃이 약 16% 더 멀리 있는 왜곡된 hcp 격자로도 볼 수 있음. β-Po  Ai   삼방정계  Rm(No. 166)  1 (rh.)3 (hex.)   α-Hg 구조와 동일한 대칭성을 가지나 단위 세포의 기저 벡터 세부 사항으로 구분됨. γ-Se  A8  50px  육방정계  P321(No. 154)  3   Mg  A3  50px  육방정계  P63/mmc(No. 194)  2  Zn은 같은 평면에 6개 이웃을, 인접 평면에 14% 더 멀리 6개 이웃을 가짐.  Cd는 같은 평면에 6개 이웃을, 인접 평면에 15% 더 멀리 6개 이웃을 가짐. 단위 세포의 축 비율이 정확히 이라면 수학적으로 육방 밀집(HCP) 구조가 됨. 그러나 실제 금속에서는 단위 세포가 한 방향으로 왜곡되어 격자 매개변수 비율 c/a가 1.633에서 벗어남 (Mg와 Co가 가장 가깝고, Be가 c/a ~ 1.568로 가장 차이가 큼). Zn과 Cd 같은 원소는 이상적인 값에서 크게 벗어나 대칭성이 변하며 c/a 비율이 1.85보다 큼. g-C  A9  50px  육방정계  P63/mmc(No. 194)  4   탄소의 한 형태인 흑연 구조. α-La  A3'  50px  육방정계  P63/mmc(No. 194)  4   이중 육방 밀집(DHCP) 구조. 이상적인 hcp와 마찬가지로 완벽한 dhcp 구조는 격자 매개변수 비율 을 가져야 함. 실제 5개 란타넘족(β-Ce 포함)의 dhcp 구조에서 는 1.596(Pm)에서 1.6128(Nd) 사이임. 알려진 4개 악티늄족 dhcp 격자의 경우 해당 값은 1.620(Bk)에서 1.625(Cf) 사이임.Nevill Gonalez Swacki & Teresa Swacka, Basic elements of Crystallography, Pan Standford Publishing Pte. Ltd., 2010 β-N  (없음)   육방정계  P63/mmc(No. 194)  4   α-Po  Ah  50px  입방정계  Pmm(No. 221)  1  6개 가장 가까운 이웃  단순 입방 격자. 단위 세포의 원자들이 정육면체의 꼭짓점에 위치함. γ-O  (없음)  50px  입방정계  Pmn(No. 223)  16   각 텅스텐 원자 대신 이원자 산소 분자가 위치한 것을 제외하면 β-W 구조와 밀접한 관련이 있음. 분자들은 제자리에서 회전할 수 있으나 일부 분자의 회전 방향은 제한됨. α-Mn  A12  50px  입방정계  I3m(No. 217)  58 단위 세포는 4가지 다른 환경에 있는 Mn 원자들을 포함함. 왜곡된 bcc W  A2  50px  입방정계  Imm(No. 229)  2   체심 입방 격자(BCC) 구조. 밀집 구조는 아님. 각 금속 원자는 정육면체 중심에 있고 8개의 가장 가까운 이웃을 가짐. 인접한 정육면체 중심에 있는 6개의 원자는 약 15% 더 멀리 떨어져 있으므로, 이들이 한 축상에 있을 때 배위수는 14로 간주될 수 있으며 구조는 면심 입방이 됨. Cu  A1  50px  입방정계  Fmm(No. 225)  4   면심 입방 격자(입방 밀집) 구조. 구조 내 평면 수와 연성(ductility) 등의 활주/미끄럼 특성과 관련된 내용이 많음. d-C  A4  50px  입방정계  Fdm(No. 227)  8   다이아몬드 구조(DC). 탄소의 한 형태인 다이아몬드 구조.

 밀집 금속 구조 

많은 금속에서 관찰되는 결정 구조는 수학적인 밀집 구조에 가깝게 설명될 수 있다. 이들의 간단한 모델은 금속 원자를 구형으로 가정하고 가능한 한 빽빽하게 함께 쌓여 있다고 보는 것이다. 가장 조밀한 쌓기에서 모든 원자는 12개의 등거리 이웃을 가지며, 따라서 배위수는 12가 된다. 밀집 구조를 구의 층들이 쌓인 것으로 간주한다면, 육방 밀집과 면심 입방의 차이는 각 층이 다른 층들에 대해 어떻게 배치되는지에 달려 있다. 다음 유형들은 밀집 층들이 규칙적으로 쌓인 것으로 볼 수 있다.
Mg 유형 (육방 밀집)은 층들이 서로 바로 위/아래에 교대로 배치됨: A,B,A,B,...
Cu 유형 (면심 입방)은 매 세 번째 층마다 바로 위/아래에 배치됨: A,B,C,A,B,C,...
α-La 유형 (이중 육방 밀집)은 A,B,A,C,A,B,A,C,...와 같이 4주기 길이의 층들로 구성되며 fcc와 hcp 쌓기가 번갈아 섞인 것과 같음.URL 
α-Sm 유형은 A,B,A,B,C,B,C,A,C,...와 같이 9개 층의 주기를 가짐.URL 

엄밀히 말하면, 위 그룹의 많은 원소 구조는 이상적인 밀집 구조에서 약간 왜곡되어 있다. 이상적인 구조와 격자 대칭성은 유지하지만, 단위 세포의 c/a 비율이 비이상적인 경우가 많다. 덜 엄밀하게 말하면, 밀집 구조에 가깝지만 밀집 구조에 비해 적어도 하나의 대칭 깨짐이 발생하는 왜곡을 가진 다른 원소들도 있다.

 In 유형은 면심 입방 구조에서 약간 왜곡됨
 α-Pa 유형은 육방 밀집 구조에서 왜곡됨

 같이 보기 
 결정 구조
 동소체

 각주 

일반

 외부 링크 
   Strukturbericht Type A  – structure reports for the pure elements
  Crystal Structures for the solid chemical elements at 1 bar

분류:주기율표