2-1. 결정이란 무엇인가 — 규칙적으로 배열된 원자
눈송이는 왜 육각형일까?
겨울날, 하늘에서 떨어지는 눈송이를 확대해서 본 적이 있는가? 놀랍게도 눈송이는 거의 언제나 육각형 대칭을 가지고 있다. 둥글지도, 네모나지도 않다. 정확히 여섯 갈래로 뻗은 가지가 정교한 무늬를 이루며, 마치 누군가 자와 컴퍼스로 설계한 것처럼 보인다.
그런데 더 놀라운 사실이 있다. 눈송이의 여섯 갈래 가지는 서로 거의 똑같다. 한쪽이 복잡한 가지를 뻗으면, 반대쪽도 같은 모양의 가지를 뻗는다. 마치 여섯 갈래가 서로 "대화"하고 있는 것처럼. 어떻게 이런 일이 가능할까?
답은 우리 눈에 보이지 않는 세계에 있다. 물 분자()가 얼음으로 변할 때, 분자들은 마구잡이로 쌓이지 않는다. 에너지를 최대한 낮추기 위해 특정한 규칙에 따라 정렬한다. 그 규칙이 바로 육각형 배열이다. 눈송이의 아름다운 대칭은 원자 수준의 배열이 거시 세계에 그대로 드러난 것이다.
이처럼 원자나 분자가 규칙적으로 배열된 고체를 우리는 **결정(crystal)**이라 부른다.
핵심 질문: 원자들은 왜, 그리고 어떻게 규칙적으로 배열되는가? 그리고 이 규칙적 배열이 물질의 성질을 어떻게 결정하는가?
