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9.3:

์ด์˜จ๊ฒฐํ•ฉ๊ณผ ์ „์ž ์ด๋™

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Ionic Bonding and Electron Transfer

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9.3:

์ด์˜จ๊ฒฐํ•ฉ๊ณผ ์ „์ž ์ด๋™

์ด์˜จ์€ ์ „๊ธฐ์ „ํ•˜๋ฅผ ๊ฐ€ํ•˜๋Š” ์›์ž ๋˜๋Š” ๋ถ„์ž์ž…๋‹ˆ๋‹ค. ์ค‘์„ฑ ์›์ž๊ฐ€ ๊ทธ ์›์ž ๊ป์งˆ์—์„œ ํ•˜๋‚˜ ์ด์ƒ์˜ ์ „์ž๋ฅผ ๋ถ„์‹คํ•  ๋•Œ ์–‘์ด์˜จ(์–‘์„ฑ ์ด์˜จ)์€ ํ˜•์„ฑ๋˜๋ฉฐ, ์ค‘์„ฑ ์›์ž๊ฐ€ ๊ทธ ์›์ž๊ฐ€ ๊ทธ ์›์ž ๊ป์งˆ์—์„œ ํ•˜๋‚˜ ์ด์ƒ์˜ ์ „์ž๋ฅผ ์–ป์„ ๋•Œ ์Œ์ด์˜จ(๋„ค๊ฑฐํ‹ฐ๋ธŒ ์ด์˜จ)์ด ํ˜•์„ฑ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์ด์˜จ์œผ๋กœ ๊ตฌ์„ฑ๋œ ํ™”ํ•ฉ๋ฌผ์€ ์ด์˜จ ํ™”ํ•ฉ๋ฌผ(๋˜๋Š” ์—ผ)์ด๋ผ๊ณ  ๋ถˆ๋ฆฌ๋ฉฐ, ์ด์˜จ์˜ ๊ตฌ์„ฑ ์ด์˜จ์€ ์ด์˜จ ๊ฒฐํ•ฉ์— ์˜ํ•ด ํ•จ๊ป˜ ์œ ์ง€๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค: ๋ฐ˜๋Œ€๋กœ ์ถฉ์ „๋œ ์–‘์ด์˜จ๊ณผ ์Œ์ด์˜จ ์‚ฌ์ด์˜ ์–ดํŠธ๋ž™์…˜์˜ ์ •์ „๊ธฐ๋ ฅ.

์ด์˜ค๋‹‰ ํ™”ํ•ฉ๋ฌผ์˜ ํŠน์„ฑ

์ด์˜จ ํ™”ํ•ฉ๋ฌผ์˜ ํŠน์„ฑ์€ ์ด์˜จ ๊ฒฐํ•ฉ์˜ ํŠน์„ฑ์— ์•ฝ๊ฐ„์˜ ๋น›์„ ๋ฐœ์‚ฐ.

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  • ์ด์˜จ ๊ณ ์ฒด๋Š” ๋˜ํ•œ ๊ฐ™์€ ์ด์œ ๋กœ ์ „๊ธฐ์˜ ๊ฐ€๋‚œํ•œ ๋„์ฒด์ž…๋‹ˆ๋‹ค โ€” ์ด์˜จ ๊ฒฐํ•ฉ์˜ ๊ฐ•๋„๋Š” ๊ณ ์ฒด ์ƒํƒœ์—์„œ ์ž์œ ๋กญ๊ฒŒ ์ด๋™์—์„œ ์ด์˜จ์„ ๋ฐฉ์ง€ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค.
  • ๊ทธ๋Ÿฌ๋‚˜ ๋Œ€๋ถ€๋ถ„์˜ ์ด์˜จ ๊ณ ์ฒด๋Š” ๋ฌผ์— ์‰ฝ๊ฒŒ ๋…น์•„ ๋“ค์–ด ๋ณด์ž…๋‹ˆ๋‹ค. ์ผ๋‹จ ์šฉํ•ด๋˜๊ฑฐ๋‚˜ ๋…น์œผ๋ฉด ์ด์˜จ ํ™”ํ•ฉ๋ฌผ์€ ์ด์˜จ์ด ์ž์œ ๋กญ๊ฒŒ ์›€์ง์ผ ์ˆ˜ ์žˆ๊ธฐ ๋•Œ๋ฌธ์— ์ „๊ธฐ์™€ ์—ด์˜ ์šฐ์ˆ˜ํ•œ ๋„์ฒด์ž…๋‹ˆ๋‹ค.

์ด์˜ค๋‹‰ ํ™”ํ•ฉ๋ฌผ์˜ ํ˜•์„ฑ

๋งŽ์€ ๊ธˆ์† ์›์†Œ๋Š” ์ƒ๋Œ€์ ์œผ๋กœ ๋‚ฎ์€ ์ด์˜จํ™” ์ž ์žฌ๋ ฅ์„ ๊ฐ€์ง€๊ณ  ์‰ฝ๊ฒŒ ์ „์ž๋ฅผ ์žƒ๊ฒŒ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์ด๋Ÿฌํ•œ ์š”์†Œ๋Š” ๊ธฐ๊ฐ„ ์˜ ์™ผ์ชฝ ๋˜๋Š” ์ฃผ๊ธฐํ‘œ์— ์žˆ๋Š” ๊ทธ๋ฃน์˜ ๋งจ ์•„๋ž˜์— ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค. ๋น„๊ธˆ์† ์›์ž๋Š” ์ƒ๋Œ€์ ์œผ๋กœ ๋†’์€ ์ „์ž ํ™”๋„๋ฅผ ๊ฐ€์ง€๊ณ  ์žˆ์œผ๋ฏ€๋กœ ๊ธˆ์† ์›์ž์— ์˜ํ•ด ์†์‹ค ๋œ ์ „์ž๋ฅผ ์‰ฝ๊ฒŒ ์–ป์„ ์ˆ˜ ์žˆ์œผ๋ฏ€๋กœ ์›์ž ๊ป์งˆ์„ ์ฑ„์›๋‹ˆ๋‹ค. ๋น„๊ธˆ์† ์š”์†Œ๋Š” ์ฃผ๊ธฐํ‘œ์˜ ์˜ค๋ฅธ์ชฝ ์ƒ๋‹จ ๋ชจ์„œ๋ฆฌ์—์„œ ๋ฐœ๊ฒฌ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค.

๋ชจ๋“  ๋ฌผ์งˆ์ด ์ „๊ธฐ์ ์œผ๋กœ ์ค‘์„ฑ์ด์–ด์•ผ ํ•˜๋ฏ€๋กœ ์ด์˜จ ํ™”ํ•ฉ๋ฌผ์˜ ์–‘์ด์˜จ์— ๋Œ€ํ•œ ์ด ์–‘์ „ํ•˜ ์ˆ˜๋Š” ์Œ์ „๋„์˜ ์ด ์ˆ˜์™€ ๊ฐ™์•„์•ผ ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์ด์˜จ ํ™”ํ•ฉ๋ฌผ์˜ ๊ณต์‹์€ ์–‘์ˆ˜ ๋ฐ ์Œ์ „ํ•˜์˜ ๋™์ผํ•œ ์ˆซ์ž๋ฅผ ์ œ๊ณตํ•˜๋Š” ๋ฐ ํ•„์š”ํ•œ ์ด์˜จ ์ˆ˜์˜ ๊ฐ€์žฅ ๊ฐ„๋‹จํ•œ ๋น„์œจ์„ ๋‚˜ํƒ€๋ƒ…๋‹ˆ๋‹ค.

์ด์˜จ ํ™”ํ•ฉ๋ฌผ ์–‘์‹ ์ •๊ธฐ์ ์œผ๋กœ ๋ฐฐ์น˜ ๋œ 3 ์ฐจ์› ๊ตฌ์กฐ

๊ทธ๋Ÿฌ๋‚˜ ์ด์˜จ ํ™”ํ•ฉ๋ฌผ์— ๋Œ€ํ•œ ๊ณต์‹์€ ์ด์˜จ์˜ ๋ฌผ๋ฆฌ์  ๋ฐฐ์—ด์„ ๋‚˜ํƒ€๋‚ด์ง€ ์•Š๋Š”๋‹ค๋Š” ์ ์— ์œ ์˜ํ•ด์•ผ ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์—ผํ™”๋‚˜ํŠธ๋ฅจ(NaCl) “๋ถ„์ž”๋ฅผ ์ง€์นญํ•˜๋Š” ๊ฒƒ์€ ํŠน์ • ํ•œ ์Œ์˜ ๋‚˜ํŠธ๋ฅจ๊ณผ ์—ผํ™”๋ฌผ ์ด์˜จ ์‚ฌ์ด์— ๋‹จ์ผ ์ด์˜จ ๊ฒฐํ•ฉ์ด ์—†๊ธฐ ๋•Œ๋ฌธ์— ์˜ฌ๋ฐ”๋ฅด์ง€ ์•Š์Šต๋‹ˆ๋‹ค. ์ด์˜จ ์‚ฌ์ด์˜ ๋งค๋ ฅ์ ์ธ ํž˜์€ ๋ชจ๋“  ๋ฐฉํ–ฅ์—์„œ ๋™์ผ๋“ฑ ๋™์œ„์„ฑ์ด๋ฉฐ, ์ด๋Š” ํŠน์ • ์ด์˜จ์ด ๋ฐ˜๋Œ€ ์˜ ๋ชจ๋“  ์ด์˜จ์— ๋™๋“ฑํ•˜๊ฒŒ ๋Œ๋ฆฐ๋‹ค๋Š” ๊ฒƒ์„ ์˜๋ฏธํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์ด๋กœ ์ธํ•ด ์ด์˜จ์ด ๋‹จ๋‹จํžˆ ๊ฒฐํ•ฉ๋œ 3์ฐจ์› ๊ฒฉ์ž ๊ตฌ์กฐ๋กœ ๋ฐฐ์—ด๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์—ผํ™” ๋‚˜ํŠธ๋ฅจ์€ ์˜ˆ๋ฅผ ๋“ค์–ด, Na+ ์–‘์ด์˜จ ๋ฐ Cl ์Œ์ด์˜จ์˜ ๋™์ผํ•œ ์ˆ˜์˜ ์ •๊ธฐ์  ์ธ ๋ฐฐ์—ด๋กœ ๊ตฌ์„ฑ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค. Na+์™€ Cl ์‚ฌ์ด์˜ ๊ฐ•ํ•œ ์ •์ „๊ธฐ ๋งค๋ ฅ ์ด์˜จ์€ ๋‹จ๋‹จํ•œ NaCl์—์„œ ๋‹จ๋‹จํžˆ ํ•จ๊ป˜ ๊ณ ์ •๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ๊ทธ๊ฒƒ์€ ๋ณ„๋„์˜ ๊ธฐ์ฒด Na+ ๋ฐ Clโ€“ ์ด์˜จ์œผ๋กœ ๊ณ ์ฒด NaCl์˜ ํ•œ ๋‘๋”์ง€ ํ•ด๋ฆฌ769 kJ๊ฐ€ ํ•„์š”ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค.

์–‘์ด์˜จ์˜ ์ „์ž ๊ตฌ์กฐ

์–‘์ด์˜จ์„ ํ˜•์„ฑํ•  ๋•Œ, ์ฃผ์š” ๊ทธ๋ฃน ์š”์†Œ์˜ ์›์ž๋Š” ๋ชจ๋“  ์›์ž ์ „์ž๋ฅผ ์žƒ๋Š” ๊ฒฝํ–ฅ์ด ์žˆ์œผ๋ฏ€๋กœ ์ฃผ๊ธฐ์ ์ธ ํ‘œ์—์„œ ์„ ํ–‰๋˜๋Š” ๊ณ ๊ท€ํ•œ ๊ฐ€์Šค์˜ ์ „์ž ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๊ฐ€์ •ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค.

  • ๊ทธ๋ฃน 1(์•Œ์นผ๋ฆฌ ๊ธˆ์†) ๋ฐ 2(์•Œ์นผ๋ฆฌ ์„ฑ ๊ธˆ์†)์˜ ๊ฒฝ์šฐ, ๊ทธ๋ฃน ๋ฒˆํ˜ธ๋Š” ์นญ์Šค ์‰˜ ์ „์ž์˜ ์ˆ˜์™€ ๊ฐ™์œผ๋ฉฐ, ๋”ฐ๋ผ์„œ ๋ชจ๋“  ์›์ž ์‰˜ ์ „์ž๊ฐ€ ์ œ๊ฑฐ๋  ๋•Œ ์ด๋“ค ์›์†Œ์˜ ์›์ž๋กœ๋ถ€ํ„ฐ ํ˜•์„ฑ๋œ ์–‘์ด์˜จ์˜ ์ „ํ•˜์— ์žˆ๋‹ค.
  • ์˜ˆ๋ฅผ ๋“ค์–ด, ์นผ์Š˜์€ ์ค‘์„ฑ ์›์ž๊ฐ€ 20๊ฐœ์˜ ์ „์ž์™€1s2 22 2p6 3s 2 3p64 s 2์˜ ์ง€์ƒ ์ƒํƒœ ์ „์ž๊ตฌ์„ฑ์„๊ฐ–๋Š” ๊ทธ๋ฃน 2 ์›์†Œ์ด๋‹ค. Ca ์›์ž๊ฐ€ ๊ทธ ์›์ž ์ „์ž๋ฅผ ๋ชจ๋‘ ๋ถ„์‹คํ•  ๋•Œ, ๊ฒฐ๊ณผ๋Š” 1 s 22s2 2 p63s23p6์˜์ „์ž ๊ตฌ์„ฑ, 2+ ์ „ํ•˜ ๋ฐ ์ „์ž ๊ตฌ์„ฑ์œผ๋กœ ์–‘์ด์˜จ์ž…๋‹ˆ๋‹ค. ๋”ฐ๋ผ์„œ Ca2+ ์ด์˜จ์€ ๊ณ ๊ท€ํ•œ ๊ฐ€์Šค Ar๊ณผ ์ด์†Œ์ „์ž์ž…๋‹ˆ๋‹ค.
  • ๊ทธ๋ฃน 13-17์˜ ๊ฒฝ์šฐ, ๊ทธ๋ฃน ๋ฒˆํ˜ธ๋Š” 10์— ์˜ํ•ด ์›์ž ์ „์ž์˜ ์ˆ˜๋ฅผ ์ดˆ๊ณผ (๋„ค ๋ฒˆ์งธ ๋ฐ ๋” ํฐ ๊ธฐ๊ฐ„์— ์›์†Œ์˜ ์›์ž์— ์ „์ฒด d ์„œ๋ธŒ ์‰˜์˜ ๊ฐ€๋Šฅ์„ฑ์„ ๊ณ ๋ ค). ๋”ฐ๋ผ์„œ, ๋ชจ๋“  ์›์ž์ „์ž์˜ ์†์‹ค์— ์˜ํ•ด ํ˜•์„ฑ๋œ ์–‘์ด์˜จ์˜ ์ „ํ•˜๋Š” ๊ทธ๋ฃน ๋ฒˆํ˜ธ ๋งˆ์ด๋„ˆ์Šค 10๊ณผ ๊ฐ™๋‹ค. ์˜ˆ๋ฅผ ๋“ค์–ด, ์•Œ๋ฃจ๋ฏธ๋Š„(๊ทธ๋ฃน 13)์€ 3+ ์ด์˜จ(Al3+)์„ํ˜•์„ฑํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค.

์˜ˆ์™ธ

  • ์˜ˆ์ƒ ๋™์ž‘์— ๋Œ€ํ•œ ์˜ˆ์™ธ์—๋Š” ๊ทธ๋ฃน ํ•˜๋‹จ์— ๋Œ€ํ•œ ์š”์†Œ๊ฐ€ ํฌํ•จ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค.
  • ์˜ˆ์ƒ ์ด์˜จ Tl3+,Sn4+,Pb4+๋ฐ Bi5+์ด์™ธ์—, ์ด๋Ÿฌํ•œ ์›์ž์˜ ์›์ž ์‰˜ ์ „์ž์˜ ๋ถ€๋ถ„ ์†์‹ค์€ ๋˜ํ•œ Tl+,Sn2 +Pb 2 + ๋ฐ Bi3+์ด์˜จ์˜ ํ˜•์„ฑ์œผ๋กœ ์ด์–ด์งˆ ์ˆ˜ ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค. ์ด๋Ÿฌํ•œ 1+, 2+, 3+ ์–‘์ด์˜จ์˜ ํ˜•์„ฑ์€ ๋ถˆํ™œ์„ฑ ์Œ ํšจ๊ณผ์— ๊ธฐ์ธํ•˜๋ฉฐ, ์ด๋Š” ๊ทธ๋ฃน 13, 14 ๋ฐ 15์˜ ๋ฌด๊ฑฐ์šด ์›์†Œ์˜ ์›์ž์— ๋Œ€ํ•œ valence s-์ „์ž์Œ์˜ ์ƒ๋Œ€์ ์œผ๋กœ ๋‚ฎ์€ ์—๋„ˆ์ง€๋ฅผ ๋ฐ˜์˜ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค.
  • ์ˆ˜์€(12๊ตฐ)์€ ๋˜ํ•œ ์˜ˆ์ƒ์น˜ ๋ชปํ•œ ํ–‰๋™์„ ๋‚˜ํƒ€๋‚ธ๋‹ค: ๊ทธ๊ฒƒ์€ ๋‹ค์ดํ† ๋ฏน ์ด์˜จ, Hg22+ (Hg-Hg ๊ฒฐํ•ฉ์ด ์žˆ๋Š” ๋‘ ๊ฐœ์˜ ์ˆ˜์€ ์›์ž์—์„œ ํ˜•์„ฑ๋œ ์ด์˜จ)์„ ํ˜•์„ฑํ•˜๋ฉฐ, ์˜ˆ์ƒ๋œ monatomic ion Hg2+ (๋‹จ ํ•˜๋‚˜์˜ ์ˆ˜์€ ์›์ž์—์„œ๋งŒ ํ˜•์„ฑ๋จ).
  • ์ „ํ™˜ ๋ฐ ๋‚ด๋ถ€ ์ „ํ™˜ ๊ธˆ์† ์š”์†Œ๋Š” ์ฃผ์š” ๊ทธ๋ฃน ์š”์†Œ์™€ ๋‹ค๋ฅด๊ฒŒ ํ–‰๋™ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ๋Œ€๋ถ€๋ถ„์˜ ์ „์ด ๊ธˆ์† ์–‘์ด์˜จ์€ ๊ฐ€์žฅ ๋ฐ”๊นฅ์ชฝ ์ „์ž์˜ ์†์‹ค๋กœ ์ธํ•œ 2+ ๋˜๋Š” 3+ ์ „ํ•˜๋ฅผ ๊ฐ€์ง€๋ฉฐ, ๋•Œ๋กœ๋Š” ๋‹ค์Œ์—์„œ ๋ฐ”๊นฅ์ชฝ ๊ป์งˆ์—์„œ ํ•˜๋‚˜ ๋˜๋Š” ๋‘ ๊ฐœ์˜ d ์ „์ž๋ฅผ ์žƒ์Šต๋‹ˆ๋‹ค.
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