분자구조가 큰 대칭성을 가진다고 해서 크리스탈 구조까지 큰 대칭성을 가질까?

 

벤젠 분자를 생각해보자.

육각형 구조에 평면에 놓여있으므로 D6h point group을 가지는 높은 대칭성을 가지는 분자이다. 하지만 이렇게 높은 대칭성 (Octahedral, tetrahedral, etc.)을 가진다고 해서 이들 분자가 뭉쳐서 만들어진 크리스탈구조 또한 높은 대칭성을 가지게 될까?

정답은 그렇지 않다 이다.

왜냐면 벤젠 분자가 위와 같이 결정 구조를 형성하기 때문이다. 이는 Crystallography에서 쓰이는 용어로 Pbca Space group을 가진다고 하는데, 이는 벤젠 분자의 대칭성보다 훨씬 적은 대칭성을 가지는 결정 형태이다. 

 

물 분자는 어떨까? H2O는 C2v point group을 가지는 분자이다. 주축 (C2)와 함께 주축에 평행한 거울면을 가지는 분자이다. 벤젠에 비해서 낮은 대칭성을 가지고 있는데, 이 물 분자가 결정을 형성하면 다음과 같이

Hexagonal crystal structure를 가지게 된다. 

결론적으로, 다른 분자들도 마찬가지겠지만, 분자의 대칭성은 결정구조의 대칭성에 영향을 주지 않는다는 것이다. 이 말인 즉슨, 우리가 분자구조만 가지고 예측하기 어려울 것이란 것이다. 개인은 잘났어도 팀으로는 별로인 것과 개인은 별로인데 팀으로는 멋진 축구팀을 보는 것 같달까..