안녕하세요 공대생입니다.
지난 포스팅에선 원자에 대해 알아보았습니다.
원자란 원자핵과 그 주변의 전자를 의미한다고 했었죠. 이 세상 모든 물질은 원자로 이루어져 있는 것은 맞지만, 모든 물질이 원자 하나로만 이뤄져 있지는 않습니다.
예를 들어 우리가 매일 마시는 물은 수소 원자 두 개와 산소 원자가 하나 결합하여 하나의 분자를 이루게 됩니다.
또, 소금 같은 경우는 나트륨 원자와 염소 원자가 결합하여 염화나트륨을 형성하게 됩니다.
이처럼 화학을 이해하는 데 역시 중요한 것이 결합을 이해하는 것입니다.
이번 포스팅에서는 원자들 사이의 결합에 대해 다뤄보겠습니다.
결론부터 말하면, 원자들 사이의 결합은 크게 3종류로 나눌 수 있습니다.
이온결합, 공유결합, 그리고 금속결합입니다.
1. 이온 결합
이온 같은 경우 지난 포스팅에서 다루었듯이, 원자핵의 전하량과 전자의 개수가 일치하지 않는 경우에 이온을 띄게 됩니다.
이온을 띄는 이유는 팔전자 규칙을 만족시키기 위함입니다.
팔전자 규칙은 다음 포스팅에서 더 자세하게 다루기로 하고 간략하게 설명하겠습니다.
원자들은 특정 개수의 전자를 가질 때 에너지적으로 안정해지게 됩니다.
따라서 그 개수를 만족하지 않는 원자들의 경우, 그 개수를 맞추기 위해 자발적으로 전자를 잃거나 전자를 얻으려고 합니다.
이렇게 이온이 된 원자들은 전기적인 성질을 가지게 되므로, 자연스럽게 양전하와 음전하를 가진 원자들이 만나 결합을 할 수 있게 됩니다.
그때 이루어지는 결합을 우리는 이온 결합이라고 합니다. 대표적인 예시로는 NaCl(염화나트륨)을 들 수 있습니다.
여기서 조심해야 하는 것은 각각의 이온들이 안정해지는 것과는 별개로, 결합을 통해서는 전기적인 중성을 만족시켜야 한다는 것입니다.
서로 다른 크기의 전하량을 가진 입자들이 결합할 때는 그 전하 비에 맞추어 결합해야 한다는 이야기입니다.
예를 들어, 산소는 2개의 전자를 얻어 -2가의 음이온을 형성합니다. 그리고 나트륨의 경우, 1개의 전자를 잃어 +1가 양이온이 됩니다.
이들 간의 결합은 하나의 산소 원자와 두 개의 나트륨 원자가 만나 Na2O(산화나트륨)을 형성하게 됩니다.
이처럼 이온결합은 주로 금속 물질과 비금속 물질 사이의 결합으로 이루어집니다.
2. 공유결합
앞에서 언급되었던 것처럼 원자는 특정 개수의 전자를 가질 때 안정해진다고 했습니다. 따라서 공유 결합하는 이유도 단순합니다. 전자의 개수를 맞추며 결합하기 위해서 입이다.
전자가 부족한 원소들끼리 서로 전자를 한 개씩 공유하여 총 2개의 전자를 두 개의 원자가 공유하여 결합합니다. 이때 공유하는 전자는 2개이고, 이를 공유 전자쌍이라고 합니다.
공유 결합은 전자가 부족한 원자들끼리 서로 전자를 공유하는 결합이므로, 이온이 된다면 음이온이 되는 원소들 사이의 결합이라고 이해하시면 되겠습니다.
다른 말로, 비금속 원소들끼리의 결합이라고 할 수 있습니다.
금속, 비금속을 나누는 기준은 별다른 것이 아닙니다. 전자를 얻으려는 성질이 있는 원소를 주로 비금속, 전자를 잃으려는 성질이 있는 원소를 금속이라고 이해하시면
지금 단계에서는 충분합니다. 제 포스팅을 꾸준히 따라오신다면 더 심화 설명을 얻을 수 있을 겁니다.
3. 금속 결합
금속 결합은 우리가 평소에 “금속” 하면 떠올렸던 성질들을 띠게 하는 근본적인 이유입니다. 금속은 주로 전기전도를 잘하고, 열전달도 잘하며, 광택이 나고, 잘 구부러지는 성질을 보입니다.
이러한 이유를 모두 금속 결합으로 설명할 수 있게 됩니다.
금속은 앞에서 말했듯이 전자를 잃으려는 성질이 있는 원소들입니다. 이런 원소들이 뭉쳐있으면 서로 전자를 잃으려고 하여 수많은 전자가 자유롭게 돌아다닐 것입니다.
이렇게 전자들이 원자핵의 속박에서 벗어나 자유로이 돌아다닐 수 있기 때문에 전자 이동에 의한 전기전도도와 열전달이 잘 일어나는 것입니다.
그림1. 전자 바다 모형
그림을 보시면 이해가 편하실 겁니다.
이런 모형을 전자 바다 모형이라고 합니다. 수많은 자유전자가 원자핵들 사이를 돌아다닐 수 있다고 하여 붙여진 이름입니다.
최종 정리입니다.
이번 포스팅에서는 화학의 기초중 하나인 결합에 대해 다루었습니다.
감사합니다.
공대생 드림.