본문내용
1. 개요
1.1. 분자간력 및 화학결합 유형
금속 결합은 금속원소의 원자가 집합하여 금속결정을 만드는 경우의 화학결합이다. 금속 내부의 각 원자에 속하는 원자가 전자의 일부는 이웃한 특정 원자의 전자와 상호작용을 가지지 않고, 결정 내를 자유롭게 움직이는 이른바 자유전자가 되어 있는 것으로 생각된다. 따라서, 금속이란 고른 밀도로 퍼진 전자의 바닷속에 원자가전자를 잃은 그 금속원자의 양이온이 떠 있는 것과 같은 것으로, 이들 모든 자유전자와 양이온 사이의 정전기적 인력이 전체를 결합시키는 힘이 된다.
이온 결합은 양이온과 음이온이 정전기적 인력으로 결합하여 생기는 화학결합이다. 양이온과 음이온이 존재하는 경우 이들 사이의 정전기적 인력으로 결합이 형성된다. 이온 결합체에서는 양이온 주위에 음이온이 정전기인력에 의해서 둘러싸여 있으며, 음이온 하나하나가 양이온에 둘러싸여 있는 형태로 3차원적으로 연결된다. 실제로 순수한 이온결합으로만 이루어지는 물질은 많지 않으며, 대부분은 공유결합이 어느 정도 포함되어 있다.
공유 결합은 2개의 원자가 서로 전자를 방출하여 전자쌍을 형성하고, 이를 공유함으로써 생기는 결합이다. 전자쌍결합·등극결합이라고도 한다. 공유결합은 대부분의 유기화합물과 일부 무기화합물에서 볼 수 있는데, 수소·탄소·산소·황 등의 원자는 공유결합을 만들기 쉽다. 공유결합의 강도는 단일결합, 이중결합, 삼중결합 순으로 증가한다.
배위 결합은 비공유 전자쌍을 지니고 있는 분자나 이온이 전자쌍을 제공하는 결합이다. 배위 결합에서는 비공유 전자쌍을 가진 분자나 이온이 비어 있는 오비탈을 지닌 원자, 분자, 이온 등과 만나 전자쌍을 공유하여 결합이 형성된다. 배위 결합은 전이 금속 화합물에서 흔히 볼 수 있으며, 여기에서 전자쌍을 제공하는 분자나 이온이 전이 금속 이온과 결합하여 거대한 이온을 형성하는데, 이를 착이온이라고 한다.
반데르발스 힘은 공유결합이나 이온의 전기적 상호작용이 아닌 분자간, 혹은 한 분자 내의 부분 간의 인력이나 척력을 말한다. 무극성 분자에서 전자의 운동으로 순간적인 쌍극자가 형성되면 그 옆의 분자도 일시적인 편극이 일어나서 유발 쌍극자가 생성된다. 이런 순간적인 쌍극자와 유발 쌍극자의 인력을 반데르발스 힘이라고 한다.
소수성 상호작용은 물분자와 친화성이 적은 비극성기(소수기)가 수용액 내에서 서로 모이려고 하는 상호작용이다. 소수성 상호작용은 분자간의 직접적인 상호작용이 아니고, 계의 물의 구조변화에 기인하는 것이 다른 비공유결합과는 근본적으로 다르다. 엔트로피 효과가 크기 때문에 온도의 상승과 동시에 소수성 상호작용은 좀더 안정화된다.
수소결합은 N(질소), O(산소), F(플루오린) 등 전기 음성도가 강한 원자와 수소를 갖는 분자가 이웃한 분자의 수소 원자 사이에서 생기는 정전기적인력으로 일종의 분자간 인력이다. 수소 결합을 하는 물질은 그 상호작용의 세기가 수소결합을 하지 않는 분자보다 매우 강하여 분자량이 비슷한 다른 분자들에 비해 녹는점과 끓는점이 높고, 융해열과 기화열이 크다.
용매화력은 여러 가지 분자나 이온, 콜로이드입자 등이 용매에 녹을 때 용매 중에서 용질의 분자 또는 이온이 그것에 인접하고 있는 용매 분자의 몇 개를 특히 강하게 끌어당겨 하나의 분자 집단을 만드는 힘이다.
1.2. 이온결합, 공유결합, 금속결합, 배위결합
금속 원소의 원자가 집합하여 금속 결정을 만드는 경우의 화학결합이 금속결합이다. 금속 내부의 각 원자에 속하는 원자가 전자의 일부는 이웃한 특정 원자의 전자와 상호작용을 가지지 않고, 결정 내를 자유롭게 움직이는 이른바 자유전자가 되어 있다. 따라서, 금속이란 고른 밀도로 퍼진 전자의 바다 속에 원자가 전자를 잃은 그 금속 원자의 양이온이 떠 있는 것과 같은 것이며, 이들 모든 자유전자와 양이온 사이의 정전기적 인력이 전체를 결합시키는 힘이 된다.
양이온과 음이온이 정전기적 인력으로 결합하여 생기는 화학결합이 이온결합이다. 양이온과 음이온의 두 이온이 존재하며, 1개의 양이온 주위에는 몇 개의 음이온이 정전기인력에 의해 둘러싸고 있고, 음이온 하나하나가 정전기인력에 의해 양이온에 둘러싸여 있는 형태로 3차원적으로 연결되어 전체적으로 하전이 중화된다. 순수한 이온결합으로만 이루어지는 물질은 많지 않으며, 대부분은 공유결합이 어느 정도 포함되어 있다.
화학결합의 하나로 2개의 원자가 서로 전자를 방출하여 전자쌍을 형성하고, 이를 공유함으로써 생기는 결합이 공유결합이다. 양·음의 이온 사이의 정전인력에 의해 결합하는 이온결합과 달리, 공유결합에서는 두 원자 사이에 그러한 차이가 없다. 양자역학에 의하면, 전자를 교환함으로써 생기는 교환에너지, 또는 2개의 원자사이에 걸치는 안정된 결합성 오비탈에 2개의 전자가 함께 들어가는 것으로 설명된다. 대부분의 유기화합물과 일부 무기화합물에서 볼 수 있는 공유결합은 수소·탄소·산소·황 등의 원자가 공유결합을 만들기 쉽다.
비공유 전자쌍을 지니고 있는 분자나 이온이 전자쌍을 제공하는 결합이 배위결합이다. 배위결합은 비공유 전자쌍을 가진 분자나 이온이, 비어 있는 오비탈을 지닌 원자, 분자, 이온 등과 만나 일어난다. 가장 간단한 배위결합의 예는 암모늄 이온의 형성 과정에서 볼 수 있다. 암모니아 분자의 질소 원자가 비공유 전자쌍을 수소 이온에게 제공하고 이 전자쌍을 공유하여 결합이 형성된다. 이렇게 일단 결합이 형성되면 전자쌍을 서로 공유하기 때문에 공유 결합과 같은 성격의 결합이 된다. 배위 결합은 전이 금속 화합물에서 흔히 볼 수 있다.
1.3. 반데르발스 힘, 소수성상호작용, 수소결합, 용매화력
반데르발스 힘은 물리화학에서 공유결합이나 이온의 전기적 상호작...
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