화학 결합이란?
화학 결합은 둘 이상의 원자가 함께 결합하여 분자를 형성 할 때 발생합니다. 과학에서 모든 시스템이 가장 낮은 에너지 수준에 도달하려고 시도하고 화학 결합은 결합되지 않은 원자보다 에너지가 적은 분자가 형성 될 때만 화학 결합이 이루어집니다. 3 가지 주요 유형의 결합은 이온 성, 공유 성 및 금속성이다. 여기에는 전자가 다양한 방식으로 원자 사이를 이동하는 것이 포함됩니다. 훨씬 더 약한 또 다른 유형은 수소 결합입니다.
원자 구조
원자는 양으로 하전 된 양성자를 포함하는 핵으로 구성되며, 같은 수의 음으로 하전 된 전자로 둘러싸여 있습니다. 따라서 일반적으로 전기적으로 중립입니다. 그러나 원자는 하나 이상의 전자를 잃거나 얻을 수있어 양전하 또는 음전하를냅니다. 전하가 있으면 이온이라고합니다.
화학 결합에 관여하는 것은 전자입니다. 이 입자들은 핵으로부터 멀어 질수록 존재하는 것으로 생각할 수있는 껍질 로 배열됩니다. 일반적으로 핵에서 껍질이 멀수록 더 많은 에너지를 얻습니다. 껍질을 차지할 수있는 전자의 수에는 제한이 있습니다. 예를 들어, 가장 안쪽의 첫 번째 쉘은 2로 제한되고 다음 쉘은 8로 제한됩니다.
대부분의 경우, 결합에 참여하는 것은 최 외각의 전자들만 있습니다. 이것들은 종종 원자가 전자 라고합니다. 일반적으로 원자는 전체 외부 껍질을 얻는 방식으로 원자가 서로 결합하는 경향이 있습니다. 이러한 구성은 일반적으로 에너지가 적기 때문입니다. 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논 및 라돈과 같은 희귀 가스 라고 알려진 원소 그룹에는 이미 외부 껍질이 가득 차 있기 때문에 화학 결합을 형성하지 않습니다. 다른 원소는 일반적으로 다른 원자와 전자를주고 받거나 공유함으로써 귀족 가스 구조를 달성하려고 시도 할 것이다.
화학 결합은 때때로 미국 화학자 길버트 엔 루이스의 이름을 따서 명명 된 루이스 구조로 표시됩니다. 루이스 구조에서, 원자가 전자는 분자의 원소에 대한 화학 기호 바로 바깥의 점으로 표시됩니다. 그들은 전자가 한 원자에서 다른 원자로 이동 한 곳과 원자 사이에서 공유되는 곳을 명확하게 보여줍니다.
이온 본딩
이러한 유형의 화학 결합은 전자를 쉽게 포기하는 금속과 그것을 받아들이고 싶어하는 비금속 사이에서 발생합니다. 금속은 불완전한 가장 바깥 쪽 껍질에있는 전자를 비금속에 제공하며, 아래의 전체 껍질이 새로운 가장 바깥 쪽 껍질이되도록 껍질을 비워 둡니다. 비금속은 전자를 받아 들여 불완전한 가장 바깥 쪽 껍질을 채 웁니다. 이런 식으로, 두 원자는 완전한 외부 껍질을 달성했습니다. 이로 인해 금속에 양전하가, 비금속에 음전하가 남게되어 서로 끌어 당기는 양이온과 음이온이됩니다.
간단한 예는 불화 나트륨입니다. 나트륨은 3 개의 껍질을 가지고 있으며, 가장 바깥쪽에 원자가 전자가 1 개 있습니다. 불소에는 2 개의 껍질이 있으며 가장 바깥쪽에 7 개의 전자가 있습니다. 나트륨은 불소 원자에 하나의 원자가 전자를 제공하여 나트륨은 이제 두 개의 완전한 껍질과 양전하를 갖지만 불소는 두 개의 완전한 껍질과 음전하를 갖습니다. 불화 나트륨 (Sodium fluoride)이라는 분자는 전기적 인력에 의해 서로 결합 된 완전한 외부 껍질을 가진 두 개의 원자를 특징으로한다.
공유 결합
비금속 원자는 전자가 전체 에너지 수준을 낮추는 방식으로 전자를 공유함으로써 서로 결합합니다. 이것은 일반적으로 결합되면 모두 외부 쉘이 있음을 의미합니다. 간단한 예를 들자면, 수소는 첫 번째 껍질에 하나의 전자만을 가지고 있으며, 이는 전체 껍질의 짧은 하나를 남깁니다. 2 개의 수소 원자는 전자를 공유하여 둘 다 완전한 외부 쉘을 갖는 분자를 형성 할 수있다.
원자가 가지고있는 전자 수에서 원자가 어떻게 결합되는지 예측하는 것이 종종 가능합니다. 예를 들어, 탄소는 6 개입니다. 즉, 첫 번째 쉘이 2 개이고 가장 바깥 쪽 쉘이 4 개이며, 4 개는 전체 외부 쉘이 짧습니다. 산소는 8 개이며, 외부 껍질에는 6 개가 있으며, 2 개는 전체 껍질이 짧습니다. 탄소 원자는 2 개의 산소 원자와 결합하여 이산화탄소를 형성 할 수 있으며, 여기서 탄소는 4 개의 전자, 2 개의 산소 원자를 공유하고, 산소 원자는 각각 2 개의 전자를 탄소 원자와 공유한다. 이런 식으로, 3 개의 원자 모두 8 개의 전자를 포함하는 완전한 외부 껍질을 가진다.
금속 본딩
금속 조각에서, 원자가 전자는 개개의 원자에 속하기보다는 다소 자유롭게 움직일 수있다. 따라서 금속은 이동하고 음으로 하전 된 전자로 둘러싸인 양으로 하전 된 이온으로 구성됩니다. 이온은 비교적 쉽게 이동할 수 있지만 전자에 대한 인력으로 인해 분리하기 어렵다. 이것은 왜 금속이 일반적으로 구부러지기 쉽지만 깨지기 어려운지를 설명합니다. 전자의 이동성은 금속이 왜 좋은 전기 전도 체인지 설명합니다.
수소 결합
상기 실시 예와 달리, 수소 결합은 분자가 아닌 분자 사이의 결합을 포함한다. 수소가 전자 (예 : 불소 또는 산소)를 강하게 끌어 당기는 원소와 결합하면 전자가 수소에서 당겨집니다. 이로 인해 한쪽에 전체 양전하가 있고 다른쪽에 음전하가있는 분자가 생성됩니다. 액체에서 양극과 음극은 서로를 끌어 당겨 분자 사이에 결합을 형성합니다.
이러한 결합은 이온, 공유 또는 금속 결합보다 훨씬 약하지만 매우 중요합니다. 수소 결합은 2 개의 수소 원자 및 하나의 산소를 함유하는 화합물 인 물에서 일어난다. 이는 액체 물을 가스로 변환하는 데 더 많은 에너지가 필요하다는 것을 의미합니다. 수소 결합이 없으면 물은 훨씬 낮은 끓는점을 가지며 지구상에서 액체로 존재할 수 없었습니다.