[2강 화합물] 이온 결합 화합물.

1. 이온의 형성

 

1) 이온이란?

 특정 원소를 구성하는 원자는 모두 같은 수의 양성자를 가지지만, 전자의 수는 변할 수 있다. 전자의 수가 변하면 전하를 띠는 화학종, 즉 이온(ion)이 생성된다.

 

2) 이온화에 대하여

 이온화에 대한 여러 의문들을 풀어나가는 데에 공헌한 사람은 미국의 화학자 길버트 뉴턴 루이스였다. 그는 원자가 가장 바깥쪽 전자 껍질에 전자를 8개 가진 이온을 형성하려는 경향이 있다는 사실에 주목했다. 예를 들어 7개의 원자가 전자를 가진 염소의 경우 전자 하나를 얻으려고 한다는 것이다. 반대로 나트륨은 하나의 원자가 전자를 가지고 있기 때문에 안쪽의 전자껍질(8개의 전자를 갖추고 있다.)을 가장 바깥쪽 전자껍질로 하기 위해 1개의 전자를 버리려고 할 것이다.

 루이스의 모형은 양자역학과도 잘 들어맞았는데, 루이스의 모형에서 상자는 양자 역학의 전자 껍질과 부껍질에 대응시킬 수 있었다. 

 

+ 원자가 전자가 8개가 되려는 성질을, Octet rule(옥텟규칙)이라고 한다.

 

주기율표

  주기율표의 가로줄에서 오른쪽 끝으로부터 얼마나 떨어져 있는지를 보면 원자가 전자 부껍질을 채우는 데 얼마만큼의 전자가 필요한지를 알 수 있다. 나트륨의 경우, 완성된 전자 껍질을 형성하기 위해 하나 있는 전자를 잃으려 할 것이다.(+1로 표시) 반면 염소의 경우, 껍질을 채우기 위해 전자 하나를 얻으려 할 것이다. (-1로 표시)

 

 따라서, 염화나트륨(NaCl)은 전자 하나를 잃으려고하는 나트륨과 전자 하나를 얻으려고 하는 염소의 경향성이 맞물려 형성된 안정된 형태의 화합물이라고 볼 수 있다. (나트륨의 전자가 염소로 전이된 경우. 공유가 아니라는 점에 유의해야 한다!)

대표적인 이온결합화합물인 염화나트륨(NaCl)

3) 결합에 대하여

 루이스의 모형은 또 하나의 중요한 개념을 설명했는데, 바로 2전자 결합이다. (공유된 전자가 2개인 결합) 비록 전자들이 루이스 모형에서와 같이 육면체의 꼭지점에 고정되어 있는 것은 아니지만, 하이젠베르크 원리에 의해 전자들은 정지해 있을 수 없다. 결합을 위해서는 두 개의 전자가 필요하다는 사실은 화학 결합의 양자 역학적 모형에 필수개념이 되었다. 하지만 이런 결합에 작용하는 메커니즘은 다를 수 있다. 앞선 염화나트륨은 한 원소에서 다른 원소로 전자가 전이되어 이온과 이온 결합이 생성되는 반면, 전자를 공유하는 방식으로 공유 결합을 하는 경우도 있다.

 

---

2. 이온 결합 화합물

 

1) 이온 결합 화합물은 물에 녹나?

 거의 모든 이온 결합 화합물물은 어느 정도 물에 녹는데 소금처럼 매우 잘 녹는 것도 있고, 탄산수소 나트륨은 물에 잘 녹지 않는 것도 있다. 

 

2) 양이온과 음이온

 다시 말하지만 원자는 완성된 전자 껍질(전자 8개)을 갖기 위해 전자를 얻거나 잃는 경향이 있는데, 이때 움직이는 전자의 수를 최소로 하려한다.

 주기율표의 왼쪽에 있는 원소들은(예를들어, 금속들) 음이온보다는 양이온을 형성하려는 경향이 훨씬 크다. (이 원소들은 전자를 한 개나 두 개만 잃어도 완성된 전자껍질을 얻을 수 있다.)

 주기율표의 오른쪽에 있는 원소들은(비금속들) 양이온보다는 음이온이 되려는 경향이 훨씬 큰데 이는 몇 개의 전자를 얻기만 하면 전자껍질을 채울 수 있기 때문이다. 

 

 따라서 주기율표의 왼쪽에 있는 원소들과 오른쪽에 있는 원소들이 만나 이온결합이 생겨나는 것이고, 이를 이온 결합 화합물이고 하는 것이다.

 

+ 그렇다면 같은 쪽에 있는 원소들이 결합한 화합물의 경우는 어떨까? 원소들은 이런 상황에서 꽤 평화적인 해결방법을 쓰는데, 이는 바로 전자를 공유하는 것이다. 전자에 대한 인력이 비슷하기 때문에 이러한 공유 결합(Covalent bond)이 생겨난다. (공유 결합에 관해서는 다음 포스팅에서 다룰 예정!)

---

여담>

 

+ 화학1의 내용이 새록새록~ 포스팅은 스미스소니언 교양과학 백과를 참고하였다.

 

+ 이온 결합과 공유 결합을 구분하지 못했다가 기본적인 문제를 틀렸던 기억이 난다;; 정확한 문제는 떠오르지 않아도 그 때의 기분이 떠오른다는 점 ㅎㅎ