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학습트랜스크립트
00:04안녕하세요. 이번에는 금속의 결합에 대해서 얘기를 해볼 겁니다.
00:14전기화학에서는 전극을 많이 사용하잖아요. 특히 금속 전극도 많이 사용하고 또 반도체 전극도 많이 사용합니다.
00:22오늘 이 금속에 대한 결합을 얘기하겠지만 제가 금속에 대한 결합을 얘기하기 위해서 금속에 대한 결합을 이야기하기 시작하는 건 아닙니다.
00:37반도체에 대한 얘기를 결국 하고 또 다음 시간에는 반도체의 밴드 밴딩이라거나 전해질이 닿았을 때 어떻게 바뀌는가 이런 것들에 대한 것들을
00:51총체적으로
00:52엮어서 전기화학의 어떤 밴드 다이아그램이 바뀌는 것 이런 것들을 좀 확고히 하고자 하기 위해서 이 말씀을 드리는 겁니다.
01:09메탈에서의 결합부터 한번 얘기해 보도록 할게요.
01:12보시면 제일 처음 나오는 게 일렉트론 C 모델입니다.
01:16일렉트론 C 모델, 전자바다. 전자바다에 대한 얘기들은 일반학에도 많이 나오고 또 심지어 고등학교 교과서에도 나왔던 걸로 기억을 하는데
01:27너무 옛날 얘기라 제가 고등학교 교과 과정을 이래저래 다시 탐색해 본 것은 아니지만
01:34어쨌든 전자가 어떤 금속 속에서 금속 안에 엄청나게 많은 전자들이 그 안을 왔다 갔다 하고 있다.
01:47바다라고 하는 것을 좀 머릿속에 그려보면 엄청나게 많은 양의 물이 있잖아요.
01:54그게 다 전자로 이루어진 바다라고 생각해 보자는 거잖아요.
01:57그러면 얼마나 많은 전자들이 있겠습니까?
02:03거기에 전자가 몇 개 더 들어온들 또는 몇 개가 나간들
02:09크게 영향을 미치지 않겠다라고 하는 게 일렉트론 C 모델인데요.
02:16말 그대로 모델입니다.
02:19이거는 사실 정설로 받아들여지지는 못했어요.
02:24그러니까 이제 모델에서 멈췄겠죠.
02:25여태까지 이게 잘 발전했다면
02:29시오리까지 갔어야죠.
02:33근데 이제 모델에 멈췄으니까
02:34이 모델로서 뒤에 이제 몰리킬로 오비탈, 그건 시오리입니다.
02:39시오리까지 가는 과정들을 쭉 얘기해 볼 건데요.
02:45이 모델을 보면 메탈 캐타이온의
02:493D면조널 어레이오 메탈 캐타이온이 있고
02:52그 안에 엄청나게 디로컬라이즈된 일렉트론
02:56디로컬라이즈드라는 말의 뜻이 이제 좀 중요한데
03:00로컬라이즈드 그러면 어느 한 곳에 분포되어 있어서
03:04그곳을 떠나면 안 되는 게 로컬라이즈드잖아요.
03:07근데 디로컬라이즈드라 그랬으니까
03:09한 곳에 머물러 있지 않고 그냥 갈 곳은 어디든지 간다.
03:14바닷물이 처음에 동해에 있었는 줄 알았는데
03:17뭐 저 끝에 남아프리카공화국 앞에서도
03:22그 물이 또 거기서 발견되고
03:24또 이렇게 왔다 갔다 한다는 거죠.
03:26그런 것들이 어쨌든 이 C 모델인데
03:30스루아 크리스탈 전체에 자유롭게 돌아다닌다라고 하는 게
03:37이제 첫 번째 중요 키포인트 중에 하나입니다.
03:42그럼 얼마나 자유롭게 돌아다닐 것인가
03:45얼마나 빠르게 돌아다닐 것인가
03:47이거까지는 아직 얘기하지 못하고 있습니다.
03:50이 모델의 한계인 거예요.
03:52그래서 뒤에 이제 좀 다른 것들에 의해서
03:56뭐 측정도 하고 계산도 하고 등등 여러 일들이 벌어지긴 하지만
04:01그건 이제 좀 뒤에서 보도록 하고요.
04:05그래서 이렇게 생겼답니다.
04:06지금 뭐 예를 들어 이 플러스가 굉장히 크게 그려지긴 했어요.
04:11그런데 기억하시겠죠.
04:14기본적으로 우리가 러더퍼드 백스케터링
04:17알파 입자 산란 실험에 의해서 알아낸 바에 의하면
04:21대체적으로 이런 양이온이 차지하고 있는 공간은
04:25비례한 식으로 본다면
04:28약간 축구공 크기의 크기로 봤을 때
04:31전자가 차지하고 있는 이 바깥의 부피는
04:35지금 사실 이렇게 크게 그려도 안 되는 건데
04:39축구공이라면 이게 바로 그 축구장에 해당한다.
04:44또는 뭐 그 정확하게는 사실 교과서에 뭐라고 쓰였는지 잘 기억이 안 나는데
04:49그 축구장 또는 뭐 그 축구장 그 경기장
04:56경기장이라고 얘기했던 것 같기도 하고
04:59그러면 뭐 스테디움 이 뒤까지도 약간 칠 수도 있잖아요.
05:03근데 이러면 이제 뭐 얼마만큼 큰 스테디움을 고르냐에 따라
05:07막 다 달라질 것 같아서
05:08뭐 얘기하기가 굉장히 어려워지긴 하겠지만
05:11어쨌든지 간에 빈 공간이다.
05:16그런데 사실은 이 지금 C모델에 의하면
05:20이 전자가 바깥을 그냥 맘대로 돌아다니고 있으니까
05:23이게 이제 더 이상 빈 공간이 아닌 거죠.
05:27여기를 전자들이 엄청나게 돌아다닌다.
05:32이 얘기인 거잖아요.
05:36그래서 이 대부분의 공간이 이제 전자로 차여져 있다면
05:40그럼 그 전자는 얼마나 많은 전자들이
05:45또는 어떤 분포로 어떤 모양으로
05:50이런 것들이 이제 관심을 갖게 됩니다.
05:55물론 여기는 이제 지금 저희가 이제
05:56처음에 시작하는 거는 금속으로 시작하지만
05:59뭐 예를 들어 봅시다.
06:01CH4, 메탄이에요.
06:03메탄 같은 경우 C는 전자가 총 6개가 있고
06:076번이니까 H는 1번이니까 한 개밖에 없습니다.
06:12그러면 안에 얘도 U플러스고 얘는 1플러스고
06:15U플러스든지 1플러스든지 기본적으로 핵의 크기는
06:19대체적으로 비슷하게 생겼잖아요.
06:21이렇게
06:22그러니까 여전히 U플러스라도 축구공 하나
06:261플러스라도 축구공 하나
06:28뭐 이런 거에다가
06:30대부분의 공간은 이제 전자로 비어있다고 했는데
06:34그런 전자들끼리 결합을 해가지고 메탄을 이루었을 때
06:38C가 할 수 있는 결합을 낼 수 있는 오비탈로는
06:42S오비탈 하나랑 P오비탈 세 개밖에 없습니다.
06:46물론 인사이드에 보면
06:471S오비탈, 2S오비탈, 2P오비탈 이렇게 있으니까
06:51오비탈로 따지면 하나, 둘, 셋, 넷, 다섯 개가 있네요.
06:57다섯 개가 있는데
06:581S오비탈은 결합에 참여하지 않는다고 했으니까
07:022S오비탈하고 2P오비탈만 우리가 좀 신경 써서 보면
07:08S오비탈은 그냥 동그랗게 생겨가지고
07:10다른 애들이 와서 붙는다면 어디든지 붙을 수 있습니다.
07:14그냥 9처럼 생겨서 아무 9로나 가서 다시 결합을 시키면 되는 거잖아요.
07:18근데 P오비타는 그렇게 안 생겼다면서요.
07:21아령 모양으로 이렇게
07:23X, PY, PZ
07:25그러니까 XYZ축으로만 이루어졌다고 했습니다.
07:31그러면 각각의 축은 XYZ축이니까
07:3390도의 각도를 가져야 되겠죠.
07:35그런데 실제로는
07:38S오비탈하고 P오비탈하고 같이 사용됐을 때
07:42적어도 우리는 90도의 각도로 결합한 뭔가를 봐야 되는데
07:48못 보고 있잖아요.
07:50메탄의 결합 가격은 얼마입니까?
07:52109.5도라고 했습니다.
07:54109.5은 어디에도 95도 각도가 보이지 않아요.
07:58그래서 기본적으로 S오비탈이 카본이라고 한다면
08:03S오비탈을 이용해서 하이드로젠 하나를 결합시키고
08:06P오비탈이 원래는 90도, 90도, 90도 해가지고
08:09여기 여기 여기 있어야 되는 건데
08:13얘에 의해서 얘가 약간 끌려오기도 하고 밀려나기도 등등 해서
08:17다시 리어레인지 한 게 109.5도일 거다라고 보는 거겠지만
08:24S오비탈하고 P오비탈은 우리가 전자가 그곳에 밖에 없다라고 얘기하는
08:31또 셀렉션 룰에도 있어야 되기 때문에
08:33우리가 마음대로 머릿속에 그려서
08:36아 얘네들이 원래는 90도 각도로 이렇게 몰려있었는데
08:42자기네들끼리 너무 붙으면 또 힘드니까
08:45좀 힘을 뻗어서 바깥으로 나가다 보니까
08:49약간 109.5도까지 되는 데 가서 멈췄다
08:54이거라고 생각을 한다면
08:56여전히 S오비탈 하나랑 P오비탈 세 개로
09:01그렇게 얘기했을 때 그냥 못 알아들을 사람은 없잖아요
09:05그냥 뭐 그렇게 얘기하면 또 그렇게 알아야겠죠
09:09근데 이제 나중에 보면 SP3 혼성이란 말도 쓰고
09:12이래저래 복잡한 말들을 써가지고 다 이제 또 껴맞춰 갑니다
09:17그렇게 껴맞춰 가는 과정들의 일부분을 우리가 전기화하고 연결시켜서
09:23우리가 어떻게 적용할 것인가 이걸 이제 보도록 하겠습니다
09:28제가 이제 반딩인 메탈 금속에 해당하는 결합들을 보기 시작했지만
09:34뒤로 가서는 이 반도체에 대한 얘기들을 밴드 시어리
09:39밴드 시어리는 사실 금속 자체를 갖고 얘기하려고 하는 경우도 있지만
09:44대체적으로 이제 반도체 컨택이나 이런 거에서 더 많이 사용되는 것들이 있으니깐
09:50우리가 이제 그런 입장에서 조금 접근 해 볼게요
09:55몰래킬로 오비탈 시어리 포 메탈 처음에 메탈부터 시작합니다
10:00그래서 이제 뭐가 있나 하면 여기 보시면 이게 이제 아토믹 오비탈입니다
10:05아토믹 오비탈로 몰래킬로 오비탈이 만들어지는 과정을 얘기한 건데요
10:113s 오비탈의 한계가 있는 걸로 봐서는 얘가 나트륨인 것 같아요
10:21그죠 나트륨이 금속에 3s 오비탈에 전자가 하나만 있으려면 나트륨입니다
10:34하이드로젠 밑에 리튬 리튬이 3번이죠
10:38그 다음에 주기율표가 8번이니까 8번에다가 3에다가 8 더 다음에 11번
10:45그러니까 나트륨 11번 얘가 이제 아토믹 오비탈을 이렇게 보여줍니다
10:53최외각 전자만 다른 애랑 결합할 수 있다고 했으니까
10:59최외각 전자 하나만 보여주고자 하는 거예요
11:02그래서 3s 오비탈 아토믹 오비탈 하나 나트륨과 이쪽에도 11번 나트륨
11:09금속이 지금 앞에서 본 것처럼 전자바다처럼 엄청나게 이루어져 있다고 했잖아요
11:16그래서 나트륨과 나트륨이 결합하면서 왔어요
11:203s 오비탈과 3s 오비탈이 있는데
11:23걔네들이 아토믹 오비탈입니다 왼쪽에 있는 거 아토믹 오비탈이고요
11:29얘도 아토믹 오비탈입니다
11:31아토믹 오비탈과 아토믹 오비탈이 와서 새로 만드는 얘를 몰리킬로 오비탈이라고 합니다
11:39그러니까 몰리킬로 오비탈은 사실 오비탈이라는 말 자체인 것처럼
11:43뭔가 궤도 이렇게 공간적으로 어떻게 생겼는지를 보여줘야 되는 것처럼 생각되지만
11:49실제로는 그냥 이렇게 많이 써요 아토믹 오비탈 여기 에너지
11:55얘가 지금 에너지 위치를 보여주는 거예요
11:57그러니까 우리가 알고 있는 소디움 11의 아토믹 오비탈의 위치가 이러한데
12:03에너지 위치가 이러한데
12:06걔가 만드는 몰리킬로 오비탈의 에너지는 이러하다
12:11두 개로 나누어져서 생겼다 이게 이제 기본적인 포인트입니다
12:20이렇게 원자가 모여서 분자가 되면 분자 형태로 되면
12:25지금 사실 금속들이 봤을 때 이건 분자라고 얘기하진 않죠
12:30근데 이제 그냥 편의상 어쨌든 두 개가 붙었으니까
12:34두 개가 붙었을 때를 몰리킬로 형태로 본다면
12:38이렇게 됐을 때 에너지가 어쨌든 안정해져야 둘이 가서 결합하지
12:43안정해지지 않는데 굳이 결합해야 될 이유가 없잖아요
12:48그래서 이렇게 안정해지는 결합은 시그마라고 부르고
12:53그 다음에 그거에 상응해서 에너지는 보존되어야 되니까
12:59요만큼 낮아진 결합이 하나 생겼으면
13:02고에너지만큼 높아진 에너지도 하나 생겨야 돼서
13:06시그마 에너지 주니가 하나 생기고
13:09시그마 스타 에너지 주니도 하나 생깁니다
13:13그래서 원래 아토믹 오비탈에서는 이 에너지에 있었는데
13:17이 에너지보다 낮은 곳으로 둘 다 들어가서 결합을 했더니
13:22요만큼 에너지의 두 배만큼 절약되다
13:28요게 기본적인 내용인 거죠
13:33어렵지 않죠 여기까지는
13:41뒤에도 다 어렵지 않습니다
13:43계속 볼게요
13:46그런데 좀 전에 우리 했던 게 뭔가면
13:49왼쪽에 나트륨 하나가 있었고
13:51오른쪽에 나트륨이 하나 있었는데
13:55그거를 두 개 결합했을 때
13:57요렇게 그렸어요
13:59요게 우리가 첫 번째 봤던
14:01물리킬 오비탈이었습니다
14:02요게 아로토믹 오비탈이고요
14:04두 개가 오면
14:06그죠? 우리 앞페이지 다시 가서 볼까요?
14:09두 개가 왔더니
14:11요렇게 생긴 거
14:13요거를 제가 여기 삼각형으로 표시할게요
14:16요 삼각형 요 부분이 바로
14:19뒷페이지에서
14:19요기 삼각형 요 부분입니다
14:22맞죠?
14:25그러면 이제 나트륨 세 개가 오면 어떻게 했냐고요
14:29두 개가 와서 지금
14:31몰리킬 오비탈을 만들었을 때는
14:33얘처럼 되는데
14:34세 개가 오면
14:36에너지 준위가
14:37아톰에서 아까 두 개 받아서
14:40몰리킬 오비탈 두 개 만들어졌으니까
14:41세 개가 오면
14:43몰리킬 오비탈이 세 개가 생겨야 되고
14:45그 세 개는
14:47얘보다 이제 조금 더 낮아진
14:49그래야 그쪽으로 갈 거 아닙니까?
14:52그렇죠?
14:53조금 더 낮아져서
14:54안 그러면 여기 멈추지
14:56얘가 결합을 뭐 한다고 더 가겠습니까?
14:58더 낮아지는 게 이제 기본적인 이치겠죠?
15:02그 다음에 더 높아진
15:03아까 얘를 이제 시그마라고 한다고 했고
15:05얘는 뭐라고 한다고 했어요?
15:06시그마 스타라고 한다고 했어요
15:08근데 에너지는
15:11보존 돼야 되니까
15:14중앙으로부터 올라가는 값과
15:16내려가는 값이 같다고 그랬습니다
15:17근데 세 번째 몰리킬 오비탈은
15:21원래 감하고 같은 곳에 생겨야겠죠?
15:28그래야 에너지가 보존되는 거지 않습니까?
15:32요게 그러면
15:33나트륨 세 번째가
15:35세 개가 왔을 때고
15:36네 개가 왔을 때는
15:38얘가 이제 어느 정도
15:40조금 더 낮아져야 된다는 것도
15:41이해가 되고
15:42그럼 여기서도
15:43또 조금 더 낮아져야
15:45걔가 그리 들어가지
15:46안 그러면 여기 뭐 또
15:48에너지가
15:49특별한 이득도 없는데
15:51거기가 있을 리가 없겠죠?
15:52그래서 얘가 조금 더 낮아지는
15:54여기 그려지고
15:55거기에 상응하는 만큼 올라간
15:57얘가 또 만들어집니다
15:58여기가 시그마 시그마
16:01얘가 시그마 스타
16:03시그마 스타
16:03이렇게 또 만들어지겠죠?
16:07이게 나트륨 네 개까지고요
16:09다섯 개
16:10여섯 개
16:11일곱 여덟 아홉 열 등등등 해서
16:14나트륨이 굉장히
16:16아톰 그냥
16:18아토믹 레디어스 보면
16:20정말 피코미터 이렇잖아요
16:22그러니까 나노미터 스케일까지를
16:25서로 인터렉션을 주고받는 관계라고 친다면
16:30정말 뭐 100개 200개가 아니라
16:32뭐 1000개까지도
16:33그 작은 공간에
16:35집적이 될 수 있는 겁니다
16:37그렇죠?
16:40그렇게 만들어지면
16:42이 전자들이 지금 차 있는 곳이
16:44이런 에너지 레벨들이
16:46자꾸 자꾸 이 사이에 들어와서
16:49얘가 내려가는 거는
16:51그렇게 많이 온다고 해서
16:53한없이 끊임없이 내려가실 수는 없고
16:57어느 정도의 밀도가 생긴 다음부터는
17:01그 바깥 영역은 서로
17:03인터렉션이 별로 없을 테니까
17:06거기서 멈춘다고 본다면
17:08이런 상태에서 그 안에 많은 에너지 주니가
17:11막 있을 테니까
17:12그 에너지 주니들이 어떻게 보면
17:15마치 연속되어 있는 것처럼 보일 수 있다
17:25좀 줄여서 쓰려고 했더니
17:27머릿속에 줄이지 못해서 다 쓰게 됐습니다
17:32그러니까 여기까지는 지금 불연속이죠
17:35보이죠?
17:36연속적이지 않아요
17:38여기 점프를 해야 여기 갈 수 있잖아요
17:40근데 여기까지 오면 지금 다
17:42전자가 아까 빨간색이었는데
17:44전자가 하도 많으니까
17:45그 전자들이 다 이렇게 그냥 있는 것처럼 하다 보면
17:48이렇게 빨간색으로 표시가 된다는 거죠
17:54그리고 그런 부분들은 계속 아까도 얘기했지만
17:57이 앞, 이 쪽에 있는 건 뭐예요?
17:59시그마 애들이 다 붙어가지고 만든 띠가 만들어집니다
18:06시그마는 안정해져 있는 전자들이었고요
18:09그 전자들은 결국은 결합전자라고 불렸어요
18:20나트륨이 있는 전자들은 대부분 결합전자에 가득 차 있습니다
18:27위에 있는 애들은 뭐였어요?
18:30시그마 스타였죠
18:32걔는 안탈반딩이라고 했고
18:35반결합, 결합을 하지 않은 전자들입니다
18:40나트륨이 금속으로 있을 때
18:42이 안티반딩에 들어있는 전자는
18:45지금 그림상으로 봤을 때는 없습니다
18:52그러나 지금 잘 보시면
18:55그 전자가 있을 수 있는 에너지 준위는
18:59여전히 여기 가득 차있다고 보는 게 맞아요
19:01여기 보세요
19:02아톰의 오비탈에서 왔던
19:04이 몰래큘로 오비탈들이
19:05지금 끊임없이 여기 지금 다 이렇게 계속 만들어져서
19:09이어져 온 것들을 지금 우리가 얘기하는 거잖아요
19:13그러니까 전자가 있을 수 있는
19:18전자가 들어갈 수 있는 방은 또는 에너지 준위는 존재한다
19:25여기 밑에 있는 전자들이 가득 차 있는데
19:29어떤 이유에 의해서
19:31조금의 에너지를 더 준다면
19:34걔는 이 위로 올라갈 수 있다
19:39이게 나트륨의 경우예요
19:41이 그림은 우리가 지금 여기 보면
19:44절반 위에 딱 붙여서 이렇게 그렸잖아요
19:46이건 나트륨의 경우입니다
19:49일반적인 전기가 잘 흐르는 금속들의 경우
19:53이렇게 그려요
19:54그러나 그렇지 않은 경우는
19:57이 둘 사이를 약간 띄워두기도 합니다
20:00그 부분에 물리큘로 오비탈의 에너지 준위가
20:03생기지 않았다 라는 뜻인데
20:06이제 한번 좀 볼게요 뒤에 가서
20:13지금 우리가 봤던 것들에
20:15나트륨이 N개 있고 한 것들을
20:17이제 좀 최종적으로 깨끗한 그림으로
20:19다시 한번 보면
20:20Any increases 할수록 에너지 레벨은
20:24Merge 한다
20:25그죠
20:26Almost continuous 밴드로
20:28단어 연속적인 또는 컨티뉴스한
20:32이런 단어들 머릿속에 잘 기억해 두시기 바랍니다
20:44그래서 이제 3S 밸런스 일렉트론
21:05체외각에 있다 뭐 이런 의미로 쓰였잖아요
21:12Ecculating 이런 단어라고 연계되어 있는 단어라고
21:15교과서는 설명하고 있기도 한데
21:17그럼 위에 있는 애들은 뭐라고 부르는가
21:20아까 안타의 반딩
21:21반결합
21:22결합에 참여하고 있지 않다
21:24결합에 참여하고 있지 않으니까
21:27그 전자들은 어때요
21:29움직여 다닐 수가 있어요
21:32그러니까 이제 여기서부터
21:34아까 이제
21:35Eccl-C 모델 한 얘기들이
21:37조금 조금씩
21:41모델하고 안 맞는 것 같아요
21:43왜냐하면 지금 우리 금속이 얘기하고 있는데
21:45소디움에 대해서 금속이 얘기하고 있는데
21:48대부분의 전자들이 지금 어떻대요
21:51밸런스 밴드 결합에 참여하고 있대요
21:55바다는 아까 뭐라 그랬어요
21:57바다는 전자가 여기 있던 애들이
22:00프리, 프릴리 왔다 갔다 한다면서요
22:02여기까지 왔다 갔다가
22:03근데 얘네들 지금 다 결합에 참여하고 있는데
22:06어떻게 프릴리 왔다 갔다 하고 있습니까
22:08말이 안 되잖아요
22:12그래서 아 이게 또 뭐가 있는 건가
22:15왜 이걸로 설명이 안 되나
22:19고민했겠죠 과학자들이 여태까지
22:21그래서 내놓은 결과들이
22:23이제 지금부터 얘기하는 것들입니다
22:28Electrically Insulator
22:30Materials that have only completely filled bands
22:35Insulator 뭐예요?
22:38전기가 흐르지 않는 부도체인 거죠
22:41부도체
22:44그 다음에 Electrical Conductor
22:48도체입니다
22:49Materials that have partially filled bands
22:52그럼 이거에 의하면 앞에서 본 소디움은 어떤 거에 해당해요?
22:57Materials that have only completely filled bands
23:03Partially filled bands
23:06Partially filled bands
23:07어느 밴드를 지금 밴드가 이게 보면 복수예요 그죠?
23:14밴드
23:15위에서 돌아가서 보면
23:19안타입 아닌 위에 밴드
23:21아래 밴드 합쳐서 밴드
23:24그러면 내려와서 다시
23:28Completely filled bands
23:30를 하면
23:33Only completely filled bands
23:35를 갖고 있으면
23:37뭐 한 개든지 두 개든지 간에
23:39Completely filled 되어 있으면
23:41Insulator
23:43근데 Partially filled bands
23:45를 갖고 있으면 컨덕터가 될 수 있대요
23:50이 말의 뜻을 이제 좀 잘 보면
23:52다시 돌아가서
23:55밑에 있는 거는 밴딩이라면서요
23:59밸런스 밴드라고 했고
24:01걔네들은 결합에 참호해하고 있으니까
24:03못 움직이고
24:04위에 있는 애들은 안타입밴딩
24:06반결합이라고 했으니까
24:08이 위에 전자가 오기만 하면
24:10걔네들은 마음대로 움직일 수 있다
24:14그쵸?
24:15근데 이거에 의하면
24:16지금 딱 절반만 채워진 얘는
24:21Complete field 를 갖고 있는 밴드를 갖고 있으니까
24:25부도체에 가깝지만
24:27그쵸?
24:28왜냐면 다 번딩에 참여하고 있다면서요 전자가
24:31그런데
24:34온도에 의해서 이제 에너지가
24:37이 각각의 전자들에게 전달되고
24:39온도에 의해서 전자들이 위로 살짝 살짝 들뜨기 시작합니다
24:43이런 얘기를 이제 디제너레이트 라고 얘기하기도 해요
24:49디제너레이트 축제되어 있다 라고 하는데
24:53이 끝에 있는 것도 약간 축제되기도 하고
24:55그러니까 이 전자들이 위로 살짝 살짝 살짝 뛰어 올라가면
24:59그 전자들은 얼마든지 막 돌아다닙니다
25:03우리가 이제 보통 그 KT라고 하는 써멀 에너지를 갖잖아요
25:08이게 몇 차원이냐에 따라서 2분의 1 KT 곱하기 그 차원수 해서 이제 그만큼 에너지를 갖게 될 텐데
25:15그 에너지에 의해서 이 전자들이 들뜨게 되면 이 위로 탁탁 튀어 오르고
25:21걔네들은 안타이반딩
25:25그러니까 막 돌아다닌다는 거죠
25:28아까 보면 반딩 안타이반딩 이라고 했고
25:31밴드 이름으로는 밑에는 밸런스 밴드라고 했어요
25:33위에 있는 밴드 이름을 제가 여태 얘기 안 했는데
25:36바로 이제 짜잔 하고 나오는 거죠
25:39이게 뭐예요?
25:39컨덕션 밴드입니다
25:44그러니까 이 위에 안타이반딩의 전자가 한두 개라도 올라와 있어야
25:52걔네들이 움직인다는 겁니다
25:55그러니까 도체, 부도체 이 두 개에 대한 얘기를 했지만
26:00여전히 반도체에 대한 얘기도 해야 되는 게
26:02반만 도체인 거예요
26:03그러니까 평소에는 얘네들이 별로 전자가 없어서 안 다니다가
26:07우리가 빛을 준다거나 온도를 준다거나 했을 때
26:11그때 전자들이 탁탁 튀어 올라서
26:13이 전자들에 의해서 도체 역할을 해주면
26:16그게 이제 반도체가 되는 거죠
26:20전자가 결국 잠깐 흐르고 말고
26:24이거에 의해서 지금 이런 컴퓨터도 돌아가고
26:27뭔가가 다 된다고 한다면
26:30전자의 이동이 얼마나 중요한 건가 라는 생각을 좀 새삼 해보게 되는데요
26:39참 인류가 대단한 것 같습니다
26:46그래서 이제 앞서 본 것과 같이 메탈 와이어가 있을 경우
26:51그 밑에 이제 밸런스 밴드였고 컨덕션 밴드 이렇게 있으면
26:58그냥 여기만 가지고 있으면 전자가 더 이상 흐르지 않았어요 맞는데
27:02여기에다가 이제 적당하게 네거티브 포텐셜을 걸어주면
27:07네거티브 포텐셜을 걸으면 전자를 이렇게 밀어낸 거니까
27:10그 전자들이 바깥으로 이렇게 밀려나겠죠
27:12위로 밀려가니까 이렇게 전자들이 또 플러스 쪽으로 끌려가니까
27:19이렇게 가게 되겠습니다
27:25어렵지 않죠
27:26여기 쓰여 있는 말들 한번 쭉 잘 들어보시기 바랍니다
27:32이게 이제 기본적인 핵심 내용이었고요
27:38세미컨덕터는 a material that has an electrical conductivity intermediate
27:43between that of a metal and that of an insulator
27:48기본적으로 말이 이렇죠
27:51실리콘 웨이퍼 같은 거
27:55뭐 다들 얼마나 전기가 잘 흐르는지 측정해 보지 않았겠지만
28:04실리콘의 또 다른 표현들 뭐 있습니까
28:09실리콘에 마땅히 뭐가 없어 보이고
28:11실리콘 옥사이드는 유리창이잖아요
28:15유리창이 전기가 막 흘렀다
28:17이런 얘기를 들어본 적은 없지만
28:20우리가 엄청난 에너지를 주면
28:22사실 전기가 안 흐를 이유도 또 없어요
28:25다 뭐 지금 에너지의 입장에서 보는 거니까
28:32밸런스 밴드 지금 봤습니다
28:34밤딩, 몰래큘로 오비탈, 밤딩이고
28:36컨덕션 밴드, 하이어 에너지 안타이반딩, 몰래큘로 오비탈, 밴드캡
28:42더 에너지 디퍼런스 비틴 더 밸런스 앤 컨덕션 밴드
28:46지금까지는 사실 컨덕션 밴드와 밸런스 밴드가 딱 붙어있는 애들만 봤는데
28:50재료에 따라서는 이 중앙에 암울한 에너지 갭이 안 모이고
28:56약간 떨어진 곳에까지만 이렇게 모이고 마는 경우가 있습니다
29:03이걸 어떻게 아는가
29:08결국 실험적인 값을 가지고 우리가 이렇게 결정하게 돼요
29:12실리콘도 이 갭을 갖고 있는 애 중에 하나거든요
29:17이 갭이 이제 실리콘 같은 경우는 얼만 가면 1.1 일렉트롬 볼트 정도예요
29:23에너지니까 그래서 에너지 얘기를 해줘야 됩니다
29:252는 QV 잖아요 그죠 여러분들 아시죠
29:292는 QV 그 다음에 이 차지가 전자일 경우 2V 되는 거죠
29:361.1 일렉트롬 볼트입니다
29:38그런데 1.1 일렉트롬 볼트가 얼마나 큰 값인가
29:42이거 보시면 1.1 일렉트롬 볼트잖아요
29:47그러니까 한 개의 전자가 1.1 볼트에 놓여져 있으면
29:52그게 1.1 일렉트롬 볼트잖아요
29:54그러니까 우리가 보통 그 마트나 이래도 살 수 있는 배터리가 1.5 볼트고
30:01그럼 거기서 나오는 전자들은 1.5 일렉트롬 볼트로 나오겠죠
30:06물론 네른스티 이퀘이션에 따라
30:09처음에 딱 샀을 때랑 내부적인 그 이온의 용액 농도가 이제 바뀌었을 때는
30:17자꾸 자꾸 떨어지는 거 이제 보셨겠지만
30:20그렇게 되지 않더라도 높은 전압일 때 이런 실험을 한다면
30:261.5 일렉트롬 볼트로 계속 내보내니까 이 에너지보다 굉장히 크잖아요
30:35상대적으로 크니까 이걸 다 이겨낼 거에요
30:38그러니까 반도체라고 하는 것들이 이런 밴드 갭을 결정이 나면
30:44이 밴드 갭 이상만큼의 에너지만 주면 그 사이를 뛰어넘어서
30:49처음에 이제 전자가 여기 있던 것들이
30:51뛰어넘어서 이 컨덕션 밴드에 올라가기만 하면
30:55전기가 그걸 따라서 흘릴 수 있다
30:57이건 거잖아요
31:02이 갭이 이제 너무 좀 작아지면 충분히 작아지면
31:07실리콘 1.1 일렉트롬 볼트 같은 경우는
31:10그닥 작다는 얘기를 하진 않는데
31:12충분히 작으면 한 0.2 일렉트롬 볼트만 돼도
31:16써몰 에너지로 충분히 이것을 뛰어넘습니다
31:20이 위에 있는 애들은
31:24뭐 이런 것들을 재료마다 얼마만큼 인지를
31:33일일이 다 이제 얘기하게 돼요
31:35보면 이제 카본 같은 경우는
31:395.2 킬로주울 어쩌고 있는데
31:42요게 뭐 한 4.8 거의 5 일렉트롬 볼트 정도
31:47얘가 이제 앞에 요거 찍으면
31:49약 5 일렉트롬 볼트였던 걸로 기억을 해요
31:51왜냐하면 실리콘이 보시면 1.07 인데
31:55이게 1.1 일렉트롬 볼트 거든요
31:59저메니움 같은 경우는 0.6 일렉트롬 볼트가 되겠고
32:03틴은 0.08 일렉트롬 볼트 되겠죠
32:07그 다음에 이제 화이트틴하고 그레이틴
32:11이렇게 반도체 특성도 다르고
32:13얘네들이 온도에 따라 약간씩 다르다고 합니다
32:17네 다른 교과서는 보면 또 그런 얘기도 나와요
32:21이게 틴이 예전에 보면
32:26러시아 군사 군인들의
32:30군복 단추로 많이 사용했던 그런 금속인가봐요
32:34네 어느게 어떻게 바뀌면서
32:37상변이 일으켰는지 모르겠지만
32:38이게 여름철에는 온도도 충분히 있으니까
32:42얘네들이 별일 없이 그냥
32:44같은 틴으로 잘
32:49이루어졌었는데
32:50이거 이제
32:51겨울이 되니까 완전 추운 어떤 겨울에
32:56전쟁을 나갔어요
32:58전쟁을 나갔는데
32:58이 틴이 구조변화를 일으켜서
33:01이 상변이를 일으키면서
33:03약간 바스러지고
33:05부비가 커지면서
33:06단추 모양으로 만들어놨던 게
33:08다 으스러져 가지고
33:10다 떨어져 나갔답니다
33:11그래서 막 뛰는데
33:13얼마나 추울 겁니까
33:15이게 군복을 딱
33:17그 염여놔야 이게
33:19딱 찰텐데
33:20추워가지고 병사들의 어떤
33:22사기가 뚝 떨어졌던
33:24그런 경력이 있는 소재입니다
33:28이제 보면
33:30금속으로 있어도 될게
33:32반도체로 바뀌고
33:33막 이런거죠
33:37그런 얘기들이 있었습니다
33:42그래서 이제
33:43이제 도핑을 조금 하면
33:45예를 들어 실리콘에다가
33:47실리콘은 지금 보면
33:49전자가 이렇게 이렇게 있는거죠
33:51여기다가 만약에
33:53붕소가 들어오면
33:54실리콘
33:55실리콘 결합하고
33:58여기에 결합할 수 있는 애가 없으니까
34:00없죠
34:01전자가 부족하죠
34:02전자가 부족하게 만들어집니다
34:05실리콘 같은 경우는
34:07이렇게 이제 P타입이 되는거고
34:09만약에 실리콘에다가
34:11인을 들어오게 되면
34:14실리콘
34:15인 들어오고
34:16실리콘
34:16실리콘
34:17실리콘인데
34:19P는 전자가 다 섞여있는 애잖아요
34:21그래서 한 개씩 한 개씩
34:22한 개씩 쓰고도
34:23전자가 여기 엑스트라로 하나 더 있습니다
34:25이렇게 되는거죠
34:27전자가 딱 맞는 것 보다
34:31더 있으니까
34:33앞서 얘기했잖아요
34:34그 나트륨의 경우
34:35전자가 딱 한 개 있는 경우
34:37꽉 채운다고 있는데
34:38체외각 전자가 있는 경우
34:39여기도 실리콘에 보면
34:42실리콘에 만들어지는
34:44그거에 의해서
34:45전자가 어쨌든
34:46반으로 딱딱딱딱 차 있을 때
34:48그게 딱 맞는 건데
34:50인처럼 하나가 더 있는 애들이 들어오면
34:53위에 있는
34:54컨덕션 밴드의 일부가
34:55찰 수밖에 없겠죠
34:56전자가 좀 더 잘
34:59많이 있고
35:00더 잘 흐를 수 있겠다
35:02그래서
35:02네게티브 타입
35:04전자가 더 많으니까
35:05네거티브 타입이겠죠
35:06그래서 N타입
35:08여기서는
35:09포지티브 타입
35:10해서
35:10P타입
35:12이렇게
35:12이렇게 결정을 하게 되었습니다
35:17그래서 이게
35:18이제
35:18물류가 처음으로 만들어진
35:20그 다이오드인데요
35:21이게
35:22뭐
35:23여러 군데서도 필요했겠지만
35:24가정 쪽으로
35:25가정집에 들어오는
35:26100V
35:28110V
35:28교류를
35:29먼저
35:29제일 먼저
35:30직류로 바꾸기 위해서도
35:31이 다이오드를 썼잖아요
35:33그래서 P타입 N타입
35:34이렇게 있으면
35:35이렇게
35:36포지티브로 해서
35:38들어가면
35:39얘네들이 이제
35:39다 이렇게 전자를
35:41이 중간에
35:43리콤비네이션 돼서
35:43이렇게
35:44이런 반응이 일어나니깐
35:46반면에
35:47여기
35:47네거티브를 걸어주면
35:48여기 다 끌려오고
35:50그 다음에
35:50파지티브 걸어주면
35:51여기 다 끌려오니깐
35:52교류들이
35:53이렇게 이렇게
35:54돌아오던 것들이
35:55밑에 있는 걸
35:56다 잘리고
35:57얘만
35:58이제
35:59정류작용해서
35:59안으로 들어가게끔
36:00그러면
36:02순간적으로 보면
36:03어때요
36:04이만큼의
36:05지금 전류가
36:06안 쓰이게 되는 거잖아요
36:08그래서 요즘은
36:10이런 것까지
36:10쓸 수 있게끔
36:11하는
36:11그런
36:13소자들이 또
36:14뭐 있는 것 같긴 한데
36:16에너지를 좀
36:17낭비하는
36:19꼴이 되는 것 같긴 해요
36:21우리가 이런 것들을 좀
36:23잘 찾아서
36:24사실 에너지를
36:25반 바퀴 못 쓴다고
36:26한다면
36:26좀 그건
36:27문제가 있잖아요
36:29근데
36:30이렇게 밖에 뭐
36:32이론적으로 못 쓴다고
36:33하면 할 수 없겠지만
36:34다 쓸 수 있게끔 되면
36:36지금보다 에너지효율은
36:38점점 더 좋아질 것 같고요
36:39그래서
36:41얘
36:41이거
36:42사라지고
36:43어떻게 보면
36:4460Hz라는 게
36:4560번
36:46이거를
36:46이게 60번 온다는 거잖아요
36:49그러면
36:50어쨌든
36:5460Hz의 절반 정도는
36:56우리가
36:57전기가 사실 없는 거랑 같은 거니깐
37:00그렇게
37:01그렇게
37:02본다면
37:03순간순간
37:04사실 우리가 보고 있는
37:05이런 많은
37:06전기소자들이
37:07그냥
37:08무조건 다
37:10전기를 계속
37:11받고 있지는
37:12않다
37:12라고 생각할 수도
37:14있을 것 같아요
37:14처음에 다이오드로
37:16이게 다
37:16작동을 했다면
37:20그 다음에 이제
37:21LED 같은 경우도
37:22이제 마찬가지죠
37:23P타입
37:25하고 N타입
37:25좀 전에 보여드린 것처럼
37:27밀어내고
37:27전자도 이렇게 밀어내면
37:29그 위에서
37:30그 안에서
37:30이제
37:31컴비네이션이 되면서
37:31그게 이제 에너지를 가지고
37:33전자를 내려놓기도 하고
37:37요런
37:37다이아그램을 그리는 것들을
37:39우리가
37:39이제
37:40추후 좀
37:41공부해 보도록 하겠습니다
37:43아직까지
37:44우리가
37:44요거에 대한 얘기는
37:45안 할 거니깐
37:46뒤에 가서 보도록
37:47하구요
37:48그 다음에
37:49이제
37:50솔라셀
37:50역시
37:51마찬가지로
37:52이제 빛이 들어오면
37:53P타입 N타입
37:55전자가 분리돼서
37:57우리가 회로를 쓸 수 있다
37:59이런 것들이
38:00되는 거겠죠
38:00그래서 뭐
38:02다이얼도
38:03레이저로도 만들고
38:04트랜지스터도 만들고
38:05이런 일들이
38:06계속 있게 됩니다
38:08이런
38:09몰리큘로 오비탈을
38:10사용하는 방법으로
38:12한번
38:13얘기를 해 볼게요
38:14몰리큘로 오비탈 다이아그램이
38:16이제
38:17오른쪽에 나타나 있는 것처럼
38:18되어 있을 때
38:20더
38:23어느게 가장
38:24하드니스 할 건가
38:26어느게 가장
38:27단단할 건가
38:28물어봤어요
38:30어
38:31지금 보면
38:32몰리큘로 오비탈이
38:33이렇게 되어 있다면
38:33가운데 한가운데
38:34이렇게 잘라 가지고
38:35밑에는
38:37밸런스
38:37결합
38:40위에는
38:41컨덕션
38:42부분으로
38:42반결합
38:43이라고 얘기했습니다
38:47그러면 이제 다시
38:49거꾸로 얘기를 해 보면
38:50결합을 꽉 채우고 있으면
38:53그 소재는
38:54단단할까요
38:58네
38:59그럴 것 같아요
38:59그렇죠
39:00결합을 꽉 채우지 못하면
39:02좀 단단하기가
39:04떨어질까요
39:06그렇겠죠
39:07지금
39:08그래서 여기까지가 결합입니다
39:10그렇죠
39:10여기까지 결합을 꽉 채우는 얘가
39:12아주 단단할 것 같아요
39:14그 다음에 결합을
39:17반밖에 못 채운 얘가
39:18그 다음 단단할 것 같아요
39:20얘는
39:22결합을 꽉 채우긴 했지만
39:24반결합도 꽉 채웠어요
39:25이게 1대 1로
39:27캔슬되거든요
39:27그러니까
39:28이만큼을
39:30얘가
39:30이만큼을
39:32얘가
39:33이만큼으로 다
39:34서로
39:35캔슬해 버렸습니다
39:39됐죠
39:41그래서
39:42B가 가장 단단할 것 같고요
39:46A가 그 다음
39:47C가 단단할 것 같습니다
39:55이거네요
39:57이거네요
40:04이해가 되겠죠
40:06잘
40:07됐으면 좋겠습니다
40:12저메이늄
40:13도프트 위드 알루미늄
40:14이래요
40:15지금 얘가 14고
40:16얘가 13이라고 했으니까
40:17전자가 하나 부족한 애를
40:19도핑했네요
40:19그래서 게르마늄을
40:22꽉 채운다고 했을 때
40:24도핑 얘기를 했으니까
40:26얘는 뭐 일반적으로
40:28도핑하지 않은 애들에 대한
40:30얘기를 대고
40:30꽉 채워 있고
40:32그 다음에 나머지
40:33이제 제대로 된
40:34반도체에 대한
40:35얘기들인데
40:36다 이제 어떻게 보면
40:38저메이늄이
40:40사실 앞에서도 봤지만
40:41우리가 반도체라는 걸
40:42좀 알고 있었어요
40:42얘는 도체잖아요
40:442번 같은 경우는
40:45이거를 제외하고
40:46나머지 애들을 보면
40:49여기에서
40:52알루미늄 도핑을 했으니까
40:53전자가 좀 부족한 거잖아요
40:551번 같은 경우는
40:57여기 있는 전자가
40:58위로 그냥
40:58점프 한 거고요
40:59에너지가 충분해서
41:01그 다음에
41:03전자가 부족하게 되는
41:05애들은
41:05얘 같습니다
41:06그렇죠
41:075번이 바로
41:08저메이늄이
41:11알루미늄으로
41:12도핑된
41:12이런 경우라고 할 수 있겠고
41:16그 다음에
41:17여기서도
41:20엘리만트
41:21어쩌고 저쩌고
41:22실버
41:24몰르브데늄
41:25드림
41:26이렇다는데요
41:30우리가 사실
41:31이거에 대한 정보가
41:32별로 없어서
41:34따로
41:34이제 좀 찾아봐야
41:36우리가 기본적으로
41:37알 수 있겠지만
41:38뭐 그냥
41:41어느 게
41:42어느 거인지
41:43할당은 못 하더라도
41:44밑에 있는 것들에 대한
41:46답을
41:46그냥 한번 해 볼게요
41:47히치 픽처
41:49커레스판스
41:49히치 메탈
41:50어느 게
41:51어느 메탈에
41:52해당할 건가
41:54라고 물어봤는데
41:54A번은 잠깐
41:55이제 좀
41:57남겨두고요
41:58우리가 사실
42:00기본적으로 좀 갖고 있는 정보
42:02다른 거 사실 전혀 몰라요
42:03모르겠는데
42:04실버가 약간
42:06부드럽다
42:07이런 정도는 알고 있을 겁니다
42:09그러니까
42:12기본적으로는
42:131번이 실버는
42:14아닐 것 같은 거예요
42:15그렇죠
42:16그런 거
42:17히치 메탈
42:19어떻게 해서
42:20하이스트 멜팅 포인트
42:21뭐가 하이스트 멜팅 포인트를
42:23가질 것인가
42:24가장 단단하게 결합한
42:26애가 가장
42:27높은
42:28보일링 포인트를
42:29멜팅 포인트를
42:29갖겠죠
42:311번일 것 같습니다
42:321번이 지금
42:33앞에서 본 것처럼
42:34가장
42:35해프필드
42:36딱 되어 있는 거잖아요
42:37그리고
42:39어느 게 가장
42:41로이스트를
42:42갖겠는가
42:43가장 결합이
42:44약한 게
42:44무엇이겠는가
42:46얘는
42:46지금 사실
42:47절반 정도
42:48찼고요
42:48아까 제가 얘기했죠
42:50이거 이렇게 해서
42:51이만큼과
42:52이만큼이
42:531대1
42:54캔슬된다고 했잖아요
42:55그럼 얘는
42:56이만큼만 남겠죠
42:57그러니까
42:581번이 가장 세고
43:002번이 그 다음 세고
43:013번이
43:02그 다음 세겠죠
43:05몰리프 데늄이
43:07매우
43:08매우
43:09하드하데요
43:10이제 나왔네요
43:10몰리프 데늄이 매우
43:12하드하데요
43:121번이네요
43:13그렇죠
43:15그래서
43:16실버
43:17헬스
43:17렐라티블리
43:18소프트
43:20래요
43:20굉장히 소프트
43:21래요
43:21이게 3번이겠네요
43:23그러면 이제 다 나왔네요
43:25얘가 실버고
43:27얘가
43:28물리브 데늄이니깐
43:29그 다음에 얘가
43:30남은 게
43:31뭐
43:31Y가 되겠네요
43:36저는 사실 이거에 대한 정보가 없는데도
43:39이렇게 할 수 있었던 거는
43:41이런 정보들을 가지고 얘기할 수 있었어요
43:44여러분들도
43:44이런 정도를 좀 예측할 수 있는
43:48이런 실력들을 기르시기 바랍니다
43:53수고 많았습니다
43:54수고 많았습니다
43:55수고 많습니다
43:55수고 많습니다
43:56수고 많네요
43:56수고 많네요
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