화학1 개념정리 4(화학 결합과 분자의 세계 - 화학 결합 / 이온 결합 / 공유 결합과 금속 결합)

Ⅲ. 화학 결합과 분자의 세계

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1. 화학 결합

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1) 화학 결합의 성질

물의 전기 분해 장치에 전류를 흘려주면, (-)극에서는 물이 전자를 얻어 수소 기체가 발생하고, (+)극에서는 물이 전자를 잃어 산소 기체가 발생합니다. 이는 물이 수소와 산소로 이루어진 화합물이기 때문입니다.

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2) 화학 결합의 원리

자연계의 대부분 물질은 두 개 이상의 원자가 결합한 형태로 존재합니다. 예를 들어, 질소는 두 개의 질소 원자가 결합하여 안정한 형태의 분자를 형성합니다. 반면, 18족 원소들은 전자 껍질이 가득 차 있어 화학적으로 안정하고 반응성이 작아 다른 원소와 결합하지 않습니다. 이를 옥텟 규칙이라 하며, 원자들은 이 규칙을 만족하기 위해 전자를 주고받거나 공유하여 화학 결합을 형성합니다.

화학 결합은 전기적 인력에 의해 발생하며, 전자들이 결합에 참여하는 방법에 따라 이온 결합, 공유 결합, 금속 결합으로 구분됩니다.

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01. 이온 결합

1) 이온 결합의 형성

염화 나트륨 형성 과정에서 나트륨 원자는 전자 하나를 잃어 나트륨 이온이 되고, 염소 원자는 이 전자를 받아 염화 이온이 됩니다. 이렇게 양이온과 음이온 사이의 정전기적 인력으로 형성된 결합을 이온 결합이라 합니다.

이온 결합은 주로 양이온이 되기 쉬운 금속 원소와 음이온이 되기 쉬운 비금속 원소 사이에서 일어납니다.

양이온과 음이온이 서로 접근하면 두 이온 사이의 정전기적 인력에 의해 에너지가 감소하다가, 이온 사이 거리가 너무 가까워지면 반발력이 작용해 에너지가 증가합니다. 이온 결합은 정전기적 인력과 반발력이 균형을 이루면서 전체 에너지가 최소가 되는 지점에서 형성됩니다.

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2) 이온 결합 물질의 성질

• 실온에서 고체 상태의 결정으로 존재하며 비교적 단단함.
• 외부 힘을 받으면 쉽게 쪼개지거나 부서짐.
• 고체 상태에서는 전기 전도성이 없으나, 액체나 수용액 상태에서는 전기 전도성을 가짐.
• 녹는점과 끓는점이 높음.

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02. 공유 결합과 금속 결합

1) 공유 결합의 형성

비금속 원소들은 전자를 서로 공유하여 안정한 화합물을 만듭니다. 예를 들어, 물 분자에서 산소 원자는 수소 원자 두 개와 각각 전자쌍을 공유하여 옥텟 규칙을 만족합니다.

수소 원자가 결합하여 수소 분자를 형성할 때, 핵과 전자 사이의 인력에 의해 안정화되며 에너지가 가장 낮아지는 거리에서 분자가 형성됩니다. 거리가 너무 가까워지면 반발력이 작용해 에너지가 급격히 증가합니다.

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2) 공유 결합 물질의 성질

• 이온 결합 물질보다 녹는점과 끓는점이 낮음.
• 실온에서 주로 액체나 기체로 존재.
• 전기 전도성이 없음(염화 수소와 흑연은 예외).

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3) 금속 결합의 형성

대부분 금속 원자는 바깥 전자 껍질에 1개 또는 2개의 전자를 가지고 있어 이를 내어주고 쉽게 양이온이 됩니다. 금속 원자에서 빠져나온 전자들은 자유 전자가 되어 금속 양이온 사이를 자유롭게 움직입니다. 금속 양이온과 자유 전자 사이의 정전기적 인력에 의해 금속 결합이 형성됩니다.

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4) 금속 결합 물질의 성질

• 전기 전도성이 큼.
• 전성과 연성이 큼.
• 열전도성을 가짐.
• 대부분 고체 상태로 존재하며, 녹는점이 높음(수은 제외).