원자 결합의 종류 - 1, 2차 원자결합

원자 결합은 크게 1차 원자결합과 2차 원자결합으로 나눌 수 있습니다. 고체에는 3종류의 1차 원자 결합이 존재하는데 이들은 2차 결합 보다 강하고 재료의 특성을 결정짓는 중요한 요소입니다.

 

• 1차 원자결합 : 공유결합, 이온결합, 금속결합
• 2차 원자결합 : 반데르발스 결합(쌍극자-쌍극자, 극성분자-쌍극자, 극성분자-극성분자), 수소결합

아래부터 1차, 2차 원자결합들의 특징에 대해 알려드리겠습니다.

1차 원자 결합

▶ 공유 결합

공유 결합은 안정된 전자 배위를 가진 두 인접 원자가 최외각 전자를 공유함으로써 이루어지는 결합입니다. 이 결합은 방향성을 가진다는 특징이 있습니다.

 

즉, 각 원자의 상대적인 위치에 따라 전자를 공유하는 방향이 존재하므로 방향에 따라 물성이 다르게 측정 됩니다. 예로는 산소, 질소가 있습니다.

 

▶ 이온결합

이온결합은 주로 금속과 비금속이온 사이에서 발생하는 정전기적 인력을 통한 화학결합입니다. 간단하게 말하자면 반대로 하전 된 두 이온 간의 인력에 의해 형성된 결합입니다. 일반적으로 결합에너지가 강하기 때문에 높은 용융점을 가지고 있고, 단단하지만 깨지기 쉬운 성질을 가지고 있습니다. 예로는 염화나트륨, 즉 소금이라 말씀드릴 수 있습니다.

 

원자 간의 결합에서 순수한 이온결합, 공유결합을 하고 있는 재료는 드뭅니다. 주로 이 두 결합이 공존하는 형태를 띄는데, 이는 결합하는 원자의 전기음성도에 의하여 공유결합과 이온결합의 성분이 결정되게 됩니다. 

 

▶ 금속결합

금속결합은 금속과 합금에서 나타나는 결합 형태로 금속양이온과 자유전자의 결합입니다. 이 자유전자는 구속되지 않고 재료 구석구석에 퍼져 있기 ‘전자 바다 또는 전자 구름’ 이라고 불립니다. 따라서 금속결합은 방향성이 없는 특징을 가지고 있습니다.

 

2차 원자결합

▶ 반데르발스 결합

2차 결합은 1차 결합보다 훨씬 약한 결합이지만 실제로 모든 원자 분자에 존재하는 결합입니다. 2차 결합력은 쌍극자나 극성분자에서 나오는데 쌍극자는 전기적으로 대칭이던 원자가 계속적인 진동으로 대칭이 깨지면서 나타나는 형태입니다.

 

이 쌍극자는 주위의 다른 원자의 대칭성도 깨게 되어 쌍극자 결합이 형성됩니다. 결과적으로 쌍극자결합이나 극성분자 쌍극자 결합, 극성분자 극성분자의 결합을 반데르발스 결합이라 합니다.

 

▶ 수소 결합

수소 결합은 2차 결합의 특수한 형태로 수소 원자를 구성원소로 하는 분자에서 발견됩니다. 대표적인 예로 물 분자가 있는데 산소와 결합한 수소원자는 전기음성도가 강한 산소의 성질 때문에 부분적으로 양전하를 띄고 산소는 음전하를 띕니다.

 

수소결합은 물 분자에서 양전하를 띄는 수소원자와 다른 물 분자에서 음전하를 띄는 산소원자가 만나 정전지적 인력에 의해 생기는 결합입니다.