화학 결합의 종류
(1) 이온결합(Ionic bond)
정의: 화학적으로 안정한 전자 배치를 갖는 ( )이온과 ( )이온 사이에 정전기 적 인력이 작용하여 형성된 결합
※ 화학적으로 안정한 전자배치 → 18쪽(=0족) 원소인 비 활성 기체와 같이
가장 바깥 전자 껍질에 전자가 ( )개 배치되어 있는 상태.
ꍰ 이온의 형성 : 모든 원자들은 ( )를 잃거나 받아들이거나, 또는 전자쌍을
공유함으로써 ( ) 기체와 같은 안정한 전자 배치를 이루려는
경향(=( )규칙)이 있다.
ꍱ 이온 결합의 형성
금속성이 큰 원소 + 비금속성이 큰 원소 → 이온 결합의 형성
(주로1,2족) (주로16,17족)
예) Na원자와 Cl 원자가 서로 만나게 되면 전자( )개가 Na원자에서 Cl원자로
떨어져 나가면서 Na+와 Cl- 이 형성되고 이들 사이에 정전기적 인력
(electrostatic attraction)에 의해 NaCl의 ( )체가 이루어진다.
→ 루이스 전자식(=전자점 구조)로 써 보면 다음과 같다.
Na + Cl → Na+ +〔Cl〕- → Na+Cl-
ꍲ 이온 결합의 형성과 거리에 따른 Energy 관계 그래프(중요)
(=양이온과 음이온 사이의 거리와 에너지)
예) Na+(g) + Cl- → Na+Cl-(g) + 586KJ
① 양이온과 음이온 사이에는 정전기적 ( )이 작용하여 두 이온은 서로 가까워져
서 안정한 상태, 즉 에너지가 낮은 상태로 되려고 한다 〔(a) →(b)〕
② 이온들이 너무 가깝게 접근하면 전자들 사이의 ( )력이 커져서 에너지가 높아
( )안정한 상태가 된다 〔(b) → (c)〕
③ 인력과 ( )에 의한 에너지량이 가장 작은 위치(b)에서 결합이 형성된
( )결정이 만들어진다.
→ 결합형성 시 두 이온 사이에 작용하는 힘
→ f= ( 단, k: 비례상수, q1, q2: 양이온, 음이온의 전하량
r: 두 이온간의 거리, 전하량은 전하수에 비례 )
※ r : 양이온과 음이온이 결합을 형성 할 때의 거리 = 평형거리 = 결합길이
△E=568kj/몰 : 이온결합에너지 → 기체상태의 이온에서 이온결합 상태가 될 때
방출하는 E, 즉, Na+(g) + Cl-(g) → Ma+(g) Cl-(g) + 586KJ
☞Na(s)와 Cl2(g)로부터 NaCl(s)가 만들어지는 과정을 설명해보자.(중요)
▶원자의 크기와 이온의 크기에 대하여 알자.
요인: 전자껍질수, 핵의 양전하량, 전자의 수
ꍳ 이온 반지름
① 금속원소 : 원자 반지름 > 이온 반지름
ex) 11Na(K2L8M1) > 11Na+(K2L8)
② 비금속 원소 : 원자반지름 < 이온 반지름
ex) 17Cl(K2L8M7) < 17Cl-(K2L8M8)
③ 등전자 이온의 반지름
ex) 8O2- > 9F- > 11Na+ > 12Mg2+ > 13Al3+
총 전자수는 ( )개인데 양성자수가 많아지면 핵의 양 전하가 커져서 전자들을
더 강하게 핵 가까이로 ( ) 당기므로 작아진다.
④ 같은 족에 속하는 원소의 이온 → 원자번호가 증가할수록 전자껍질수가 많아
지므로 그 이온 반지름도 커진다.
⑤ 같은 주기에 속하는 원소의 이온 → 전하의 종류가 같을 때는 원자번호가 증가 할수록 핵의( )전하량 증가로 이온
반지름 은 작아진다.
ꍴ 이온 결합물질의 성질 (=이온 결정의 성질)
① ( )이온 과 ( )이온 사이에 작용하는 정전기적 ( )에 의해 단단히 결합되어 있다.
②힘을 가하면 ( )이 밀려 같은 전하를 띤 이온들이 ( )하므로 쉽게 부서진다.
③이온결정 (고체상태)중의 이온은 다른 이온들로 둘러 싸여 이동 할 수 없으므로
전기를 통하지 못하나, 용융상태나 수용액 상태가 되면 이온들이 자유롭게
이동할 수 있으므로 전기가 잘 통한다.
④ 녹는점과 끓는점은 정전기적 ( )에 의한 강한 결합을 하고, 있기 때문에
높다, 경향은 쿨롱의 법칙에 따른다 즉, 이온간의 ( )가 가까울수록,
이온의 ( )이 클수록 정전기적 ( )이 세게 작용하므로 녹는점, 끓는점
이 높아진다.
ex) LiF > LiCl > LiBr > LiI
ex) MgO > CaO > SrO > BaO
⑤ 대부분 결정을 이루는 이온성 물질은 ( )용매인 물에 잘 용해된다
이때, 양이온과 음이온 주위에 물분자가 둘러싸게 되는 이온의 ( )
현상이 일어난다.
ex) Na+ 이온은 물분자의 산소 원자가 주위를 둘러싸게 된다.
ꍵ NaCl 결정모형과 CsCl 의 결정모형
① NaCl 결정모형 (fcc)
→ NaCl에서 각 Na+ 은 6개의 Cl-으로 둘러싸여 있고, 각 Cl-은
→ 6개의 Na+으로 둘러싸여 있다. 즉, 정육면체의 중심에 Cl-(또는 Na+)이 있고
→ 이것을 각 면의 중심에 있는 Na+ (또는 Cl-) 이 둘러싸고 있다,
정육면체의 꼭지점과 각 면의 ( )에 이온이 위치하고 있으므로 이와
같은 형태의 결정을 면심입방결정 이라 한다.
→ Na+: Cl- = 1 : 1 의 비로 결정되어 있는 면심입방 구조이다(교과서 P153쪽참고)
※단위세포속의 이온의 수(반복되는 결정의 최소 단위를 가로,세로, 높이로 자른것)
Cl-또는 Na+: 체심에 1개 + 모서리에 1/4씩 ×12개 = 4개
Na+또는Cl-: 꼭지점에 1/8씩 × 8개 + 면에 1/2씩× 6개 = 4개
② CsCl 결정모형 (bcc)
→ CsCl에서 한 개의 Cs+은 8개의 Cl-으로 둘러싸여 있고, 한 개의 Cl- 은
8개의 Cs+으로 둘러싸여 있다. 즉, 정육면체의 중심에 Cs+ (또는Cl-)이
있고 각 꼭지점에 Cl- (또는 Cs+)이 둘러싸여 있다. 입방체의 중심에
이온이 위치하고 있으므로 이와 같은 형태의 결정을 ( )입방 결정이라 한다.
(교과서 p153쪽 참고)
※ 단위세포속의 이온의 수
Cl-또는 Cs+ : 체심에 1개
Cs+ 또는 Cl- : 꼭지점에 1/8 씩 × 8개(8꼭지점) = 1개
※ 이온결정의 화학식 → ( )식으로 나타낸다.
․ 염화나트륨에서 Na+ 과 Cl-은 1 : 1 비율로 결합하고, 염화마그네슘에서는
Mg2+과 Cl- 이 1 : 2 의 비율로 결합하므로 NaCl과 MgCl2 으로 나타낸다.
NaCl은 Na+과 Cl-이 연속적으로 결합한 입체구조로 이온결정을 이루기 때문에
Na∝ Cl∝로 표시해야 하지만 독립된 분자가 존재 할 수 없기 때문에 분자식으로
쓸 수 없고 실험식인 NaCl 으로 나타낸다.
(2) 공유결합(covalent bond)
정의:( )금속 원자들이 짝짓지 못한 전자들을 내놓아 전자쌍을 만들고 이 전자쌍을
공유함으로써 안정한 전자배치(옥텟)을 이루는 이루는 결합
(2주기 원소들은 ( )규칙이 잘 들어 맞게 공유결합이 형성되지만 3주기 원소
들은 ( )규칙에 들어맞지 않게 공유결합이 형성 되기도 한다.)
◈공유결합의 형성
①단일 공유 결합
예) 플루오르화 수소 생성 (HF) ← 단일공유 결합
(수소는 원자의 전자배치가 He과 같아지고
플루오르의 전자배치는 ( )과 같다)
▶ 공유전자쌍(=두 원자에 공유되는 전자쌍)과 비공유 전자쌍이란?
②다중결합
ⅰ) 이중결합: 두 원자 사이의 ( )쌍의 전자쌍을 공유하여 형성되는 결합
ex) CO2, C2H4 등
ⅱ)삼중결합: 두 원자 사이에 3쌍의 전자쌍을 공유하여 형성되는 결합.
ex)C2H2, HCN등
(3)배위결합(coordinate covalent bond)
정의: 비공유 전자쌍을 가진 ( )가 다른 ( )이나 ( )들에게 이를 제공하여
공유결합이 형성되는 결합.
ex)양이온 + 비 공유 전자쌍을 가진 ( )나 ( )사이의 결합.
ex)옥텟을 이루지 못한 ( )와 비 공유 전자쌍을 가진 물질사이의 결합.
◈공유결합 물질의 성질
①공유결합은 비금속 원소의 ( )원소 물질이나, 비금속원소사이, 탄소화합물에서
형성된다. ex) H2, O2. Cl2, H2O, NO2, CH4, C6H12O6 등
② 공유결합물질은 ( )사이의 결합력은 강하나, ( )사이의 결합력이 약하므로
녹는점이나 끓는점이 낮다. 단, 공유결정을 이루는 다이아몬드, SiO2등은
녹는점이나 끓는점이 매우 높다. (또한, 흑연은 전기전도성이 있다)
③ ( )성 물질이 아닌 ( )성 물질이므로 고체, 액체, 모두 전기 전도성이 없다.
④ 결합의 ( )이 일어나기에 공유결합 물질간의 반응속도는 느리다.
◈ 공유결합 에너지(=covalent bond energy)
정의: 비금속 원자가 공유결합 할 때 방출하는 에너지, 또는 공유결합을 끊어서 원자 상태로 만들 때 필요한 에너지.
※수소원자 2몰이 결합하여 수소분자 1몰을 형성하는 과정과 그래프적 표현(해석)
ex) H2의 경우 H(g) + H(g) → H2(g) + 104(kcal/mol)
① 수소원자 2몰이 멀리 떨어져 서로 전혀 영향을 미치지 않는 위치에 있을 때의
에너지는 “0" 에 가깝다.
②수소원자 2몰이 접근하면서 ( )과 ( )이 상호 작용하고 에너지 값은 작아진다.
③ 수소원자 2몰의 ( )거리가 0.074nm 일 때 E 값은 최소가 되며 이 지점에서
안정한 수소 분자 1몰이 생성된다
④ 수소분자 1몰이 생성될 때 방출되는 E는 104kcal/몰이다.
⑤ 0.074nm를 ( )길이라 한다.
⑥ 104kcal/몰을 ( )결합 에너지라고 한다.
참고1) 수소 분자와 같이 같은 종류의 원자가 공유 결합을 이루고 있을 때 그 결합
길이의 반을 ( )반지름(covalent bond radius) 이라고 한다.
참고2) 다른 종류의 원자들의 공유결합을 할 때 결합길이는 각 원자의 공유결합
반지름의 합과 거의 같다.
참고3) 두 원자들 사이에서 공유결합 수가 많을수록 결합길이는 ( )지고 그 결합
에너지는 증가한다.
참고4) 같은 주기의 원소들은 원자번호가 ( )할수록 공유 결합 반지름이 작아지고,
같은 족 원소들은 원자번호가 ( )할수록 공유 결합 반지름이 커진다.
문제) 교과서 P162쪽 탐구활동 2를 풀고 공유결합 화합물의 성질을 알아보시오.
(4) 금속 결합 (metallic Bond)
정의: ( )전자를 방출한 ( )양이온이 규칙적으로 배열되고, 방출된 자유
전자들이 금속 양이온 전체에 자유롭게 이동하면서 ( )양이온과 ( )
사이의 정전기적인 ( )에 의한 결합.
◈ 금속 결합물질의 특징
ⅰ)열과 전기의 ( )체이다. (자유 전자의 이동에 의해서)
ⅱ)연성(뽑힘성), 전성(퍼짐성)이 매우 크다.
ⅲ)은백색의 광택을 나타낸다. → 이것은 금속 표면이 모든 진동수의 빛을 반사하기
때문이다.
※금속에 힘을 가하면 원자의 ( )이 밀려 원자의 위치가 변하지만, ( )전자에
의한 결합은 끊어지지 않기 때문에 금속은 ( )되기 어렵고, 연성과 ( )을
갖는다.
ⅳ) ( )전자와 ( )양이온의 정전기적인 ( )에 의한 결합이므로 비교적 녹는점
과 끓는점이 ( ).
ⅴ) 금속결합의 크기는 ( )수가 많을수록, 금속의 원자 반지름이 ( ) 수록
금속결합력은 커진다.
즉, 같은 족에서는 → 원자 번호가 작을수록 ( )
같은 주기에서는 → 원자번호가 증가 할 수록 ( )
ex1) Li > Na > K > Rb > Cs ex2) Na < Mg < Al
《화학Ⅱ광장》
◈ 결정의 종류와 성질 (중요)
구분
이온결정
분자결정
공유결정
금속결정
구성, 단위
양이온, 음이온
분자
원자
양이온, 전유전자
결합력
정전기적 인력
분자간 인력
원자간 공유결합
정전기적 인력
굳기
단단하나
부서지기 쉬움
아주 무름
아주 단단함
단단하거나 무름
녹는점
높음
낮음
매우높음
높음～매우 높음
전기전도성
고체
×
×
×
○
액체
○
×
×
○
종 류
염화나트륨, 황산구리
요오드, 드라이 아이스
다이아몬드, 이산화규소, 탄화규소
금, 은, 구리, Mg
※결정성 고체의 특징
‧규칙성있는 배열, 녹는점 일정(규칙적인 배열을 끊는데 에너지가 같기에),
‧비등방성(빛이 쪼이는 방향에 따라서 굴절되거나 반사되는 각도가 달라지는 성질)
ex)염화나트륨, 황산구리(Ⅱ), 얼음, 다이아몬드
※비결정성 고체의 특징
‧불규칙적인 배열, 녹는점이 일정하지 않다.
‧등방성을 가짐(빛이 쪼이는 방향에 따라 굴절되거나 반사되는 각도가 일정)
ex)유리,엿, 고무, 플라스틱
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