1. 화학 결합
1. 이온 결합
이온의 생성
1)
원소 : 전자를 잃어 양이온이 되기 쉬운 원소
2)
원소 : 전자를 얻어 음이온이 되기 쉬운 원소
3) 이온의 형성 원리 : 옥텟 규칙 → 최외각에 8개의 즉 18족 원소와 같은 전자배치로 안정해 지려는 경향
******* 결합의 원칙 *****
* 모든 원자는 안정해지기 위해 결합 형성
* 원자가 안정해질려면
을 형성 → 비활성 기체와 같은 전자 배치
* 안정해지려면 낮은 에너지 상태에 있어야 한다 : 결합형성시 에너지 방출
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이온결합의 형성
1) 형성 과정
① 전자를 내어주고 양이온이 되기 쉬운 원소와 전자를 얻어 음이온이 되기 쉬운 원소 접근
② 전자를 주고 받아 양이온과 음이온이 생성 → 옥텟 형성
③ 두 양이온과 음이온사이에 정전기적 인력 작용 → 결합형성 염화나트륨 결정
2) 이온 결합 : 양이온과 음이온 사이의 정전기적 인력에 의한 결합
3) 이온 결정 : 이온 결합에 의해 생긴 결정
4) 루이스 전자식(전자점식) : 각 원자의 원자가 전자를 점으로 표시한식
5) 이온 결합 형성이 잘 되는 원소
① 전자를 잃기 쉬운 원소와 얻기 쉬운 원소 사이
② 이온화에너지가 작은 원소와 큰 원소 사이
③ 전자 친화도가 작은 원소와 큰 원소 사이
⑤ 같은주기에서 멀리 떨어진 원소 사이
⑥ 금속원소와 비금속 원소 사이
⑦ 1, 2, 13 족 원소와 16, 17 족 원소 사이
6) 이온간 거리와 이온간 힘
① 두이온간 거리가 너무 멀때 : 결합 형성이 안됨 (정전기적 인력이 작용하지 못함)
③ 두이온간 거리가 너무 가까울 때: 원자핵간, 전자껍질간 반발력이 커져 결합형성이 안됨
③ 평형거리 : 정전기적 인력 = 반발력 (가장
에너지 상태) : 이온 결합형성
④ 이온결합과 에너지
Na(g) - e → Na+(g) - 493.7 kJ/mol (에너지 흡수)
Cl(g) + e → Cl-(g) + 347.3 kJ/mol (에너지 방출)
Na(g) + Cl(g) → Na+(g) + Cl-(g) - 146.6 kJ/mol (에너지 흡수)
Na+(g) + Cl-(g) → Na+Cl-(g) + 585.7 kJ/mol
∴ Na(g) + Cl(g) → Na+Cl-(g) + 439.3 kJ/mol
7) 이온 결합력
① 이온의 반지름이 작고 전하량이 크면
F = k × q1q2 / r2 ( q1 ,q2 : 이온의 전하량 , r : 이온간 거리 )
②
: 1몰의 이온 결정을 기체 상태의 이온으로 해리시키는 데 필요한 에너지
: 이온 결합 에너지
: 격자 에너지가 크면 강한 이온 결합력을 갖음
8) 이온 결정의 구조
① 이온성 물질의 표시 : 이온결정은 양이온과 음이온이 연속적으로 결합한 입체구조
: 조성식(실험식)으로 표시 → 독립된 분자로 존재하지 않음
양이온의 총전하량 = 음이온의 총 전하량을 이용하여 실험식을 결정
Mm+ 이온과 Xn- 이온의 실험식 : MnXm
②
구조 : 입방체의 각 면 중심에 이온이 위치 (NaCl)
Na+ 주위에는 6개의 Cl-이, Cl- 주위에는 6개의 Na+이 둘러 싸고 있음
③
구조 : 입방체의 중심에 이온이 위치하는 구조 (CsCl)
: 정육면체의 중심에 Cs+(또는 Cl-)가 있고 각 꼭지점에는 8개의 Cl-(또는 Cs+) 가 둘러싸여 있음
(양이온하나에 8개의 음이온, 음이온 하나에 8개의 양이온)
9)이온성 물질의 성질 (이온 결정 형성)
양이온의 총 전하량 = 음이온의 총 전하량
구성입자인 모든 이온간 정전기적 인력에 의한 결합 → 단단한 고체 결정 형성, m.p , b.p이 비교적 높다
단, 부스러지기 쉽다 → 힘을 가하면 이온이 이동 같은 전하를 가진 이온끼리 만나 반발력이 생겨 결합이 깨어지기 때문
이온 결합력이 커지면 녹는점, 끓는점은
진다
고체 상태에서는 전기 전도성이
용융이나 수용액 상태에서는 전기전도성을
(용융이나 수용액에서는 이온들이 자유롭게 움직일 수 있기 때문)
대부분이 물에 잘 녹아 이온화하여 전기전도성을 띰 → 전해질
2. 공유 결합
공유결합의 형성
1) 공유결합 : 각 원자의 홀전자를 두 원자 사이에 전자쌍으로
함으로써 형성된 결합
(비금속 원소사이의 결합)
2) 공유결합의 형성과정
전자를 비교적 내어 놓기 어려운 원자(전자에 대한 인력이 큰 원소)가 접근
상대편 원자의 홀전자를 자기의 전자껍질로 끌어들이기 위해 잡아 당김
그 홀전자들을 두 원자 사이에 전자쌍으로 공유 → 비활성 기체와 같은 전자 배치(옥텟 형성) → 결합 형성 → 공유 결합 물질
H· + ·H → HːH (He과 같은 전자배치)
3) 공유 결합과 전자쌍
① 홀전자 : 쌍짖지 않은전자
② 공유전자쌍 : 공유 결합에 참여한 전자쌍
③ 비공유전자쌍(고립전자쌍) : 공유결합에 참여하지 않은 전자쌍
④ 공유 원자가 : 어떤 원자의 홀 전자의 수 , 결합한 수소 원자의 수
다중 결합과 배위 결합
1) 다중 결합 : 이중 결합, 삼중 결합
① 단일 결합 : 두 원자 사이에 공유된 전자쌍이 하나
② 이중 결합 : 두 원자 사이에 공유된 전자쌍이 두 개
③ 삼중 결합 : 두 원자 사이에 공유된 전자쌍이 세 개
2) 배위 결합 (배위 공유 결합)
비공유 전자쌍을 갖고 있는 분자가 전자가 부족한 원자나 이온에 그 전자쌍을
적으로 제공하고 공유함으로써 형성된 결합
결합길이와 결합에너지
1) 공유 결합 에너지 : 결합 형성시 방출되는 에너지 = 해리 에너지
① 해리 에너지 : 1몰의 다원자분자에서 각 공유 결합을 끊고 중성 원자로 만드는데 필요한 에너지
H(g) + H(g) → H2(g) + 435 kJ/mol
H2(g) + 435 kJ/mol → 2H(g)
② 원자반지름이 작을수록, 다중결합일수록 결합에너지는 커짐
2) 결합길이 : 공유 결합 형성시 두 원자핵 사이의 거리
① 평형 원자 핵간 거리 : 두 원자사이의 인력과 반발력이 평형상태를 이루는 거리 → 결합거리
② 공유 결합 반지름 : 같은 종류의 원자가 공유 결합을 형성했을 때 그 결합길이의 반
③ 결합길이 : 단일 결합 > 이중 결합 > 삼중 결합
④ 결합에너지의 크기 : 단일 결합 < 이중 결합 < 삼중 결합
3) 공유 결합의 형성과 에너지 (예: 수소 분자의 형성)
① 두 원자가 너무 멀리 떨어져 있어 힘이 작용하지 않는 경우 : 에너지 = 0
② 두 수소 원자가 서로 가까워지면서 위치에너지는 작아짐
③ 두 원자 핵간 거리가 0.74Å 일 때 가장 낮은 에너지 상태 : 공유 결합 형성 → 수소 분자 형성 → 결합거리
④ 두 원자간 거리가 0.74Å 보다 가까워지면 원자핵간 반발력이 커져 위치에너지가 증가 : 불안정한 상태
⑤ 공유 결합에너지는 두 원자의 성질에 따라 달라지며 그 값이 클수록 안정
공유 결합 화합물의 성질과 구조
1) 분자성물질의 성질
①
결합에 의해 생긴 분자들의 집합체
② 전기 전도성이
③ 분자간 인력이
④ 용해열과 증발열도
⑤ 녹는점, 끓는점이
⑥ 분자량이 증가하면 녹는점, 끓는점이
(판데어 발스힘 증가)
⑦ 극성분자는 무극성 분자에 비해 녹는점, 끓는점이
⑧ 대부분이 물에 녹지 않지만 유기 용매에는 잘 녹음
극성 분자는 물에 잘 녹음 → 전기전도성을 띰
⑨ 분자결정 : 분자성 물질의 규칙적 배열에 의한 결정 : 녹는점이
승화성을 띠는 것도 있다 : 드라이아이스, 요오드, 나프탈렌
2) 원자결정 (공유 결정) ; 거대 분자 결정
① 원자간 연속적인 공유결합에 의해 삼차원적
구조를 갖는 결정
② 구성입자인 원자간 공유결합으로 대단히 단단하며 m.p , b.p 가 매우 높다
③ 전기 전도성이 없다
④ 다이아몬드 * 정사면체형 그물구조
* 전기전도성 없다
* 탄소가 갖고 있는 홀전자가 모두 공유결합에 참여
*자유롭게 움직일 수 있는 전자가 없다
⑤ 흑연 * 정육각형 층상구조(판상 결정)
* 열,전기전도성 및 부드럽고 매끄러운 성질
* 탄소가 갖고 있는 홀전자 3개는 탄소가 공유 결합에 나머지 하나는 층사이에 약하게 결합
→ 건전지의 전극, 연필심, 윤활제
3. 금속 결합
금속 양이온과 자유전자 사이의 정전기적 인력에 의해 형성된 결합
① 금속 양이온 : 금속 원자는 이온화에너지가 작아 원자가 전자를 잃어 형성
②
: 금속이 잃은 원자가 전자로 금속 양이온 사이를 자유롭게 이동
③ 금속 결정 : 금속 결합에 의한 결정 → 전자바다모형
금속의 특성
1) 수은을 제외화고 상온에서 금속 결정을 형성
2) 금속 광택을 띤다 : 대부분 은백색의 광택 (금 , 구리, 망간 등 제외)
→ 자유전자가 가시광선의 거의 모든 파장의 빛을 반사)
3) 단단하며 녹는점, 끓는점이
4) 열전도성과 전기전도성이(고체, 액체에서) 좋다(자유전자 때문)
5) 연성과 전성을 띤다 : 금속에 힘을 가하여 원자의 위치가 바뀌어도 자유 전자가 이동하여 깨어지지 않음
6) 금속결합력 : 금속의 반지름이 작아지고 금속 양이온의 전하량이 커지면 결합력 커진다
**** 일반적인 결합력의 세기 ****
원자 결정 > 이온 결정 > 금속 결정 > 분자 결정