
[화학 간단 정리]
2. 화학 강의_일반화학, 유기화학 기초과정_이온결합
프롤로그(Prologue)
원자는 서로 결합하여 원자와는 다른 성질을 가진 화합물(compound)을 형성.
화합물에서 원자 사이의 끄는 힘을 화학 결합(chemical bond)이라고 한다.
화학 결합의 종류 및 특징에 대해 알아보자.
1. 이온결합(ionic bond)
1-1. 이온 결합 : 서로 반대로 하전된 화학종(이온) 사이의 끄는 힘으로 형성된 형태의 화학 결합.
1-2. 양이온(cation) : 양(+)으로 하전된 화학종
음이온(anion) : 음(-)으로 하전된 화학종
※ 하전 : 물체가 전기를 띠는 현상.
위의 하전된 이라는 표현은 ‘양 또는 음의 전기 성질을 보이는 화학종’ 이라는 뜻.
1-3. 한 원소가 이온 결합에 양이온이 될지 음이온이 될지는 여러가지 요인이 있음.
주기율표 이 요인을 알아볼 수 있는 좋은 자료임.
1-4. 이온 화합물을 형성할 때,
주기율표의 왼쪽에 있는 원소는 전자를 잃어 양이온이 되면서 영(0)족기체와 같은 전자 배치를 갖는다.
주기율표의 왼쪽 원소는 주로 수소(H)를 포함한 알칼리금속(1족), 알칼리 토금속(2족)이다.
- 알칼리금속(alkaline metal, 1A족)
리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 프랑슘(Fr)
- 알칼리 토금속(alkaline earth metal. 2족)
베릴륨(Be), 마그네슘(Mg). 칼슘(ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 라듐(Ra)
ex.) 쇼듐(Na)은 전자를 하나 잃어 Na+가 되면서 네온(Ne)과 같은 전자 배치를 가진다.
Na(g) → Na+(g) + e-
Sodium 원자의 전자 배치도 : 1s22s22p63s1
Sodium ion의 원자 배치도 : 1s22s22p6
※ (g)는 화학종이 기체 상태임을 의미한다.
1-6. 이온화 에너지(ionization energy)
한 원자에서 전자 하나를 떼어 내기 위해 공급되는 에너지.
ex.) 쇼듐(Na)의 이온화 에너지는 496kJ/mol(119kcal/mol)
전자를 하나 떼어 위해 소듐(Na)이 에너지를 받아 흡수하는 과정을 흡열 과정이라고 함.
1-7. 흡열 과정(endothermic)
원자가 이온화(전자 하나를 떼는/잃는 현상)에 필요한 에너지를 흡수하는 과정.
이온화 에너지는 주기율표 상에서 오른쪽으로 갈수록 커진다.
알칼리금속(1A족) 원소들은 이온화 에너지가 상대적으로 적은 편.
1-8. 발열 과정(exothermic)
주기율표 상의 오른쪽에 있는 원소들은 전자를 얻어 영족 기체와 같은 전자배치를 가지려는 경향.
ex.) 염소(Cl)에 전자 하나를 더하면 Cl-가 되며, 아르곤과 같은 전자 배치를 가진다.
Cl(g) + e- → Cl-(g)
Chlorine(Cl)원자의 전자 배치 : 1s22s22p63s23p5
Chloride 이온의 전자 배치 : 1s22s22p63s23p6
염소가 전자 하나를 얻으면 에너지를 방출한다.
에너지를 방출하면서 상대적으로 더 안정한 상태로 존재.
발열 과정(exothermic)
에너지를 방출하는 반응. 방출된 에너지는 음의 부호로 표시.
원자에서 에너지가 밖으로 나가는 방향이므로 원자는 에너지를 잃는 방향.
그래서 음의 부호로 표시.
1-9. 전자 친화도(electron affinity)
한 원자에 전자를 첨가할 때 변하는 에너지
ex.) 염소(Cl)의 전자 친화도는 -349kJ( -83.4 kcal/mol)
1-10. 이온 결합 예시
Na(g) + Cl(g) → Na+Cl-(g)
위의 반응식과 같이 소듐(sodium)원자와 클로린(Chlorine) 원자가 결합이다.
Sodium의 이온화 에너지와 염소의 전자 친화도를 단순히 합하면 전제 과정은
ΔHo = +147 kJ/mol인 흡열 과정이다.
염소에 전자를 하나를 더할 때 발생하는 열은
소듐으로부터 전자 하나를 떼어내는 데 필요한 에너지로는 불충분하다.
이 해석에 따르면 위의 반응식은 성립될 수 없다.
1-11. 정전기적 인력(electrostatic attraction)
하지만 하전된 입자들 사이에는 인력(서로 끌어당기는 힘)이 있으며,
이 에너지는 500kJ/mol 이다.
이 정도의 에너지는 전 과정이 발열 과정이 되고도 남는 충분한 양이다.
정전기적 인력(electrostatic attraction) = 쿨롱 인력(coulombic attraction)
이것은 두 원자 사이의 이온 결합(ionic band)을 의미
1-12. 이온 결합은 무기 화합물에서 주로 보임. 유기 화합물에서는 흔하지 않음.
why?
유기화합물의 대표적인
탄소(C)는 이온화 에너지는 너무 크고 전자 친화도는 너무 작다.
이는 탄소의 전자 하나를 떼어 내기에는 너무 많은 에너지가 필요하며
탄소가 전자를 포획하기 위한 에너지는 너무 작다는 것이다.
즉, 탄소는 C4+ 나 C4-가 형성되지 않는다는 것이다.
그러면 탄소는 다른 원소를 연결하는 결합은 무슨 결합인가??
탄소는 이온 결합처럼 전자를 잃거나 얻는 대신에 다른 원소(다른 탄소를 포함)와 전자를 공유하여 공유 결합을 한다.
이 내용은 다음 시간에 다루기로 하자!!
방문 감사드립니다.
Written by K-Lab Zone (K-LZ)
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