9.1: 화학 결합의 유형

화학 결합 이론은 미국의 화학자 길버트 N. 루이스(Gilbert N. Lewis)에 의해 개척되었습니다. 그는 다양한 결합의 유형과 형성을 설명하기 위해 루이스 모델이라는 모델을 개발했습니다. 화학적 결합은 화학의 핵심입니다. 원자나 이온이 어떻게 결합하여 분자를 형성하는지 설명합니다. 이는 왜 일부 결합은 강하고 다른 결합은 약한지, 또는 왜 하나의 탄소가 산소 3개가 아닌 2개와 결합하는지를 설명합니다. 왜 물은 H_4O가 아니고 H_2O인가요?

이온결합

이온은 전하를 지닌 원자 또는 분자입니다. 양이온은 중성 원자가 원자가 껍질에서 하나 이상의 전자를 잃을 때 형성되고, 음이온은 중성 원자가 껍질에서 하나 이상의 전자를 얻을 때 형성됩니다. 이온으로 구성된 화합물을 이온성 화합물(또는 염)이라고 하며, 그 구성 이온은 이온 결합, 즉 반대 전하를 띤 양이온과 음이온 사이의 정전기적 인력에 의해 서로 결합됩니다.

이온 화합물의 특성은 이온 결합의 특성을 밝혀줍니다. 이온성 고체는 결정 구조를 나타내며 단단하고 부서지기 쉬운 경향이 있습니다. 또한 녹는점과 끓는점이 높은 경향이 있는데, 이는 이온 결합이 매우 강하다는 것을 의미합니다. 이온성 고체도 같은 이유로 열악한 전기 전도체입니다. 이온 결합의 강도는 이온이 고체 상태에서 자유롭게 움직이는 것을 방지합니다. 그러나 대부분의 이온성 고체는 물에 쉽게 용해됩니다. 일단 용해되거나 녹으면 이온 화합물은 이온이 자유롭게 이동할 수 있기 때문에 우수한 전기 및 열 전도체입니다.

공유결합

비금속 원자는 종종 다른 비금속 원자와 공유 결합을 형성합니다. 공유 결합은 전자가 원자 사이에 공유되고 두 원자의 핵에 끌릴 때 형성됩니다. 공유 결합을 형성하는 원자가 H_2, Cl_2 및 기타 이원자 분자에서와 같이 동일하다면 결합의 전자는 동등하게 공유되어야 합니다. 이를 순수 공유 결합이라고 합니다. 공유 결합으로 연결된 원자가 다를 때 결합 전자는 공유되지만 더 이상 동일하지 않습니다. 대신, 결합 전자는 다른 원자보다 한 원자에 더 많이 끌리게 되어 해당 원자 쪽으로 전자 밀도가 이동하게 됩니다. 이러한 전자의 불평등한 분포는 극성 공유 결합으로 알려져 있습니다.

공유 결합을 포함하는 화합물은 이온성 화합물과 다른 물리적 특성을 나타냅니다. 전기적으로 중성인 분자 사이의 인력은 전하를 띤 이온 사이의 인력보다 약하기 때문에 공유 결합 화합물은 일반적으로 이온 화합물보다 녹는점과 끓는점이 훨씬 낮습니다. 더욱이, 이온 화합물은 물에 용해될 때 우수한 전기 전도체인 반면, 대부분의 공유 결합 화합물은 물에 용해되지 않습니다. 전기적으로 중성이므로 어떤 상태에서도 전기 전도율이 좋지 않습니다.

금속 결합

두 개의 금속 원자 사이에 금속 결합이 형성됩니다. Paul Drüde는 금속 결합을 설명하기 위한 단순화된 모델인 '전자 바다 모델'을 개발했습니다. 금속의 낮은 이온화 에너지에 기초하여, 이 모델은 금속 원자가 쉽게 원자가 전자를 잃고 양이온이 된다고 말합니다. 이러한 원자가 전자는 전체 금속 위에 양이온을 둘러싸는 비편재화된 전자 풀을 생성합니다.

구리, 알루미늄, 철의 결정과 같은 금속 고체. 금속원자로 구성되어 있으며, 모두 높은 열전도도와 전기전도도, 금속광택, 전성을 나타냅니다. 많은 사람들이 매우 단단하고 매우 강합니다. 가단성(압력이나 망치로 두드려도 변형되는 능력)으로 인해 부서지지 않으므로 유용한 건축 자재가 됩니다. 금속의 녹는점은 매우 다양합니다. 수은은 실온에서 액체이고, 알칼리 금속은 200°C 이하에서 녹습니다. 몇몇 후전이 금속은 녹는점이 낮은 반면, 전이 금속은 1000°C 이상의 온도에서 녹습니다. 이러한 차이는 금속 간의 금속 결합 강도의 차이를 반영합니다.

이 문서는 에서 발췌되었습니다 Openstax, Chemistry 2e, Section 7.1: Ionic Bonding, Openstax, Chemistry 2e, Section 7.2: Covalent Bonding, and Openstax, Chemistry 2e, Section 10.5: The Solid State of Matter.

화학 결합은 원자로부터 소금, 물 또는 합금 같은 다양한 화합물을 형성하는 데서 필수적입니다. 화학 결합의 형성 또는 보다 구체적으로 원자 사이의 인력을 이해하는 것은 분자 행동을 이해하고 예측하는 데 도움이 될 것입니다. 원자의 핵은 중성자와 양전하를 띤 양성자로 구성되어 있으며 음전하를 띤 전자로 둘러싸여 있습니다.

두 원자가 서로 가까이 접근하면 한 원자의 전자는 다른 원자의 핵에 끌리고 그 반대도 마찬가지입니다. 동시에 두 원자의 핵들은 각 원자의 전자들이 그러한 것처럼 서로 반발합니다. 이러한 상호작용이 순수한 위치 에너지의 감소로 이어질 때 화학 결합이 발생합니다.

화학 결합에는 세 가지 종류가 있습니다. 나트륨과 염소와 같은 금속과 비금속은 이온 결합을 형성합니다. 금속은 낮은 이온화 에너지를 가지고 있어 원자로부터 전자가 더 쉽게 제거될 수 있습니다.

비금속 원소들은 높은 전자 친화도와 완전한 원자가 껍질을 달성하려는 성질로 하여 이런 전자들을 쉽게 받아들입니다. 따라서, 금속은 전자를 비금속에 내어주고 결과 양이온과 음이온을 형성합니다. 전하를 띤 이런 입자들은 서로 끌어당겨 이온 결합을 생성합니다.

두 번째 유형은 한 개의 탄소 원자와 2개의 산소 원자로 이산화탄소를 생성하는 것과 같은 두 개의 비금속 사이의 공유 결합입니다. 비금속은 높은 이온화 에너지를 가지고 있어 한 원자에서 원자가 전자를 제거하고 다른 원자로 전달하기 어려우므로 전자는 원자 사이에 공유됩니다. 이러한 공유 전자는 결합되는 원자들의 두 핵 모두와 상호 작용하여 위치 에너지를 낮춥니다.

마지막 유형은 두 금속 원자 사이에 형성되는 금속 결합입니다. 금속 원자들은 전자를 쉽게 잃으면서 가장 단순한 전자 바다 모형에 따라 전자 풀을 형성합니다. 원자가 전자는 금속 전체에 걸쳐 비편재화되며 양전하를 띤 금속 원자는 원자를 서로 붙들고 있는 이 전자 풀에 끌리게 됩니다.