화학적 결합의 종류

화학적 결합은 분자나 화합물에서 원자를 서로 붙게 하는 힘입니다. 화학적 결합의 주요 종류는 다음과 같습니다.

 

이온성 결합

 

이온 결합은 전기 음성도에 큰 차이가 있을 때 두 원자 사이에 형성되는 화학 결합의 한 종류입니다. 전기 음성도는 원자가 화학 결합 안에 전자를 끌어당기는 능력을 측정하는 것입니다. 한 원자가 전자를 공여하고(양전하 이온 또는 양이온이 됨), 다른 원자가 그 전자를 수용할 때(음전하 이온 또는 음이온이 됨), 반대로 대전된 이온 사이의 인력이 결합을 생성합니다. 전기 음성도의 차이가 가장 큰 주기율표의 양 끝에 있는 원소들 사이에 이온 결합이 형성되는 경향이 있습니다. 그들은 일반적으로 한 원자에서 다른 원자로 전자가 이동하여 정전기에 의해 함께 유지되는 안정적이고 대전된 이온을 형성합니다.

 

전자전달

일반적으로 전기음성도가 낮은 금속인 원자 하나가 하나 이상의 전자를 잃고 양전하를 띤 이온(양이온)이 되는데, 이는 안정적인 전자구조를 얻기 위해 전자를 내주는 경향이 있기 때문입니다.

 

전자를 얻음

다른 원자, 일반적으로 전기 음성도가 높은 비금속은 첫 번째 원자에 의해 손실된 전자를 얻고 음전하를 띤 이온(음이온)이 되며, 이는 또한 안정적인 전자 구성을 달성하기 위해 수행됩니다.

 

끌어당김

양이온과 음이온은 서로 반대되는 전하로 인해 서로 끌어당겨집니다. 이 정전기적인 인력은 두 이온을 결합시켜 이온 결합을 형성합니다.

 

이온성 화합물

생성되는 화합물을 이온성 화합물이라고 합니다. 일반적인 예로는 염화나트륨, 요오드화칼륨 등이 있습니다. 이들 화합물은 결정구조를 가지며 높은 융점을 가지고 있습니다.

 

공유결합

 

공유결합에서 원자는 전자를 공유하여 안정적인 전자구조를 갖게 되는데, 두 개의 비금속 또는 하나의 비금속과 수소원자 사이에 있을 수 있으며, 예를 들어 H2(수소가스)와 H2O(물)가 있습니다. 공유 결합은 안정적인 전자 배열을 얻기 위해 두 원자가 전자를 공유할 때 형성되는 화학 결합의 한 종류입니다. 공유 결합은 복잡한 탄소를 포함하는 화합물의 형성에 중요한 역할을 하는 유기 화학에서 널리 사용됩니다. 또한 전자의 공유가 거대 분자의 다양한 구조와 기능을 허용하는 DNA와 단백질과 같은 많은 생물학적 분자에서도 중요합니다. 공유 결합의 몇 가지 주요 특징은 다음과 같습니다.

 

공유 전자

공유 결합에서 두 개의 원자는 하나 이상의 전자 쌍을 공유합니다. 이러한 공유를 통해 두 원자 모두 안정성으로 알려진 희가스와 유사한 완전한 외부 전자껍질(대부분의 원자에서 보통 8개의 전자)을 얻을 수 있습니다.

 

전기음성도

전기음성도가 비슷한 원자들 사이에 공유결합이 형성되는 것이 일반적인데, 이는 전기음성도에 큰 차이가 있는 이온결합과는 대조적입니다.

 

공유결합의 종류

• 단일 공유 결합: 단일 공유 결합에서 두 개의 원자는 하나의 전자 쌍을 공유하며, 이는 화학식에서 단일 선으로 표시됩니다.
• 이중공유결합: 두 쌍의 전자가 이중공유결합으로 두 원자 사이에 공유되어 이중선으로 표현됩니다.
• 3중 공유 결합: 3쌍의 전자가 3중 공유 결합으로 공유되며, 이는 3중 선으로 표현됩니다.

 

분자

공유결합은 분자의 형성을 담당하는데, 분자는 공유결합에 의해 결합된 원자들로 구성된 이산 단위이며, 예를 들어 물(H2O), 메탄(CH4), 이산화탄소(CO2) 등이 있습니다.

 

극성 및 비극성 공유 결합

공유 결합은 극성 또는 비극성으로 분류할 수 있습니다. 극성 공유 결합에서는 전자가 불균일하게 공유되어 관련된 원자들에 부분 전하로 연결되고, 비극성 공유 결합에서는 전자가 균일하게 공유되어 전하의 균형적인 분포가 나타납니다.

 

공유결합의 강도

공유결합은 일반적으로 강하며 공유결합의 강도는 공유전자의 수와 관련된 원자핵 사이의 거리에 따라 달라집니다.

 

분자의 형태

공유 분자 내 중심 원자 주위의 원자 배열은 결합쌍과 전자의 외쌍의 수에 의해 영향을 받는 분자 기하학의 개념에 의해 결정됩니다.

 

금속결합

 

금속결합은 금속 원자들 사이에서 발생합니다. 여기서, 전자는 비국재화되어 금속 격자 전체를 자유롭게 움직이며 금속 원자들을 하나로 묶는 "전자의 바다"를 형성합니다. 이것은 금속에 전기 전도성과 가단성과 같은 독특한 특성을 부여합니다. 금속 결합은 금속에서 발생하는 화학적 결합의 한 종류로 금속의 독특한 특성의 대부분을 담당합니다. 정리하면, 금속 결합은 금속 양이온의 격자 사이에서 비국재화된 전자가 공유되는 것을 특징으로 하며, 이 독특한 결합 유형은 전기 전도성, 가단성, 연성 등 금속의 놀라운 특성을 유발하여 다양한 산업 및 기술적 응용에 필수적인 요소입니다. 금속 결합의 주요 특성은 다음과 같습니다.

 

전자 바다 모형

금속 결합에서 금속 격자(원자들의 규칙적이고 반복적인 배열) 안에 있는 원자들은 그들의 가장 바깥쪽 전자들을 집합적으로 공유합니다. 이 전자들은 전체 구조를 자유롭게 움직이며 종종 "전자 바다" 또는 "전자구름"이라고 불리는 것을 만듭니다.

 

비국재화 전자

금속 원자의 원자가 전자인 외부 전자는 어떤 특정한 원자에도 묶여 있지 않습니다. 대신 금속 격자를 통해 자유롭게 움직입니다. 이 전자들은 어떤 특정한 핵과도 관련이 없기 때문에 종종 "비국재화"라고 불립니다.

 

양의 금속 양이온

금속 원자가 전자 바다에 전자가 손실되어 양전하를 띤 이온(양이온)이 되며, 이 양이온들은 격자 구조 내에 고정됩니다.

 

전자이동성

비국재화된 전자의 이동성은 금속결합의 핵심적인 특징입니다. 금속이 전기와 열을 잘 전도할 수 있게 해 줍니다. 전기장이 가해지면 금속 격자에 전자가 흐르며 전류가 생성됩니다.

 

가연성 및 연성

금속결합은 금속의 가연성(박판으로 망치질하는 능력)과 연성(전선으로 끌어당기는 능력)을 담당하며, 이동전자는 금속이 끊어지지 않고 변형되도록 도와줍니다.

 

광택

금속은 빛을 반사하는 능력 때문에 일반적으로 빛이 나거나 광택이 납니다. 이것은 비국재화된 전자가 빛의 광자를 흡수하고 재방출할 수 있기 때문입니다.

 

고융점 및 비등점

금속결합은 상대적으로 강하므로 일반적으로 금속은 높은 융점 및 비등점을 갖습니다. 양의 금속 양이온과 비국재화된 전자 사이의 강한 인력은 이러한 결합을 깨기 위해 상당한 양의 에너지를 필요로 합니다.

 

밀도

금속은 격자구조에서 금속 양이온이 촘촘하게 뭉쳐 있기 때문에 밀도가 높은 경향이 있습니다.

 

합금형성

금속결합의 다재다능함으로 2종 이상의 금속 또는 금속과 다른 원소의 혼합물인 합금을 만들 수 있으며, 합금은 강도나 부식에 대한 저항성이 증가하는 등 성분과 비교하여 고유한 특성을 나타내는 경우가 많습니다.

 

수소결합

 

수소 원자가 다른 분자의 전기 음성 원자(일반적으로 질소, 산소 또는 불소)에 끌릴 때 발생하는 약한 결합의 한 종류입니다. 수소 결합은 DNA 이중 나선과 같은 많은 생물학적 구조와 특성의 원인으로 합니다. 수소 결합은 수소 원자가 이웃한 분자 또는 같은 분자의 일부에 있는 산소(O), 질소(N), 불소(F)와 같은 매우 전기 음성적인 원자에 끌릴 때 형성되는 분자 간 힘의 한 종류입니다. 요약하면, 수소 결합은 고도로 전기 음성적인 원자에 결합된 수소 원자와 이웃한 분자 또는 같은 분자의 일부에 있는 다른 전기 음성적인 원자 사이에 발생하는 매력적인 힘입니다. 이 결합들은 화학과 생물학에서 관찰되는 많은 독특한 특성과 구조에 책임이 있습니다. 수소 결합의 몇 가지 주요한 특징은 다음과 같습니다.

 

공여자로서의 수소

수소결합에서 전기음성자가 높은 원자(보통 산소, 질소, 불소)에 공유결합된 수소원자는 수소결합의 공여자 역할을 합니다. 전기음성자가 공유된 전자를 자신에게 더 가깝게 끌어당기기 때문에 이 수소원자는 부분적인 양전하를 가지고 있습니다.

 

수용체로서의 전기음성자 원자

다른 분자 또는 같은 분자의 일부에 있는 전기음성자 원자는 수소결합수용체로서 작용합니다. 이 원자는 전자에 대한 강한 인력 때문에 부분적으로 음전하를 가지고 있습니다.

 

반데르발스 힘보다 강한 수소결합

수소결합은 런던 분산력(반데르발스 힘)이나 쌍극자-쌍극자 상호작용과 같은 다른 분자간 힘에 비해 상대적으로 강하며, 공유결합이나 이온결합처럼 강하지는 않지만 물질의 특성에 크게 영향을 줄 수 있습니다.

 

방향성

수소결합은 방향성을 가지는데, 이는 수소공여체와 수용체 사이의 각도와 거리에 따라 특정한 방향성과 강도를 갖는다는 것을 의미하며, 이 방향성은 생체분자에서 복잡한 구조를 형성하는 데 중요합니다.

 

용해성

수소결합은 많은 극성물질이 물에 용해되는 역할을 합니다. 예를 들어, 당과 알코올은 수소결합을 형성하는 그룹을 포함하고 있고 물에 녹을 수 있습니다.

 

공가 결합보다 약함

수소 결합은 분자 간 힘에 대해 상대적으로 강하지만, 원자 간 전자의 공유를 통해 분자를 형성하는 공유 결합보다 여전히 약함.

 

반데르발스 힘

이것들은 전자 분포의 일시적인 변동으로 인한 분자들 사이의 약한 끌림입니다. 반데르발스 힘에는 런던 분산력(일시적인 전자 불균형에서 발생함)과 쌍극자-이극자 상호 작용(극자 분자들 사이에서 발생함)이 포함됩니다.

 

소수성 상호 작용

이것들은 진정한 화학적 결합은 아니지만 생물학에서 중요합니다. 소수성 분자는 물 분자와의 접촉을 최소화하기 위해 수성 환경에서 함께 응집되는 경향이 있습니다.

 

화학적 결합은 분자의 구조에서부터 물질의 형성에 이르기까지 우리 주변 세계에서 물질의 특성과 행동을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 서로 다른 화학적 결합의 종류는 결합 강도의 수준을 다르게 하여 화합물의 물리적, 화학적 특성에 영향을 미칩니다.