원자는 왜 서로 결합하는가?

조합 반응

화학 화합물을 생성 하는 반응은 원자에 따라 두 가지 방식으로 발생할 수 있습니다.

1. 반발 상호 작용을 통해 전자 껍질의 중첩과 단극 전하의 정전기 상호 작용의 결과입니다.
2. 전자와 원자핵 사이의 상호 작용 또는 전하 밀도 분포의 변화로 인해 발생하는 것과 같은 서로 다른 전하의 정전기적 상호 작용으로 인한 인력의 작용을 통해 발생합니다 .

자연에는 최소한의 에너지를 위해 노력하는 경향이 있는 것으로 나타났습니다. 이는 화학 결합 생성에 직접적으로 반영되는 원자에도 적용됩니다. 원자는 그렇게 하는 것이 에너지적으로 유리할 경우 결합합니다. 대부분의 원소는 자연적으로 원자를 다른 원소 또는 서로 결합합니다.

화학결합

앞서 언급했듯이 원자는 동일하거나 다른 화학 원소의 원자 와 결합할 수 있습니다. 화학적 결합은 원자들이 영구적으로 서로 결합되도록 하는 원자 간의 상호작용이라고 합니다. 원자의 가장 바깥 껍질에 존재하는 원자가 전자는 화학 결합 형성에 관여합니다.

2원자 수소 H ₂ 의 화학 결합

수소는 화학 원소이며 원자가 자유 상태에서는 결코 존재하지 않는 물질입니다. 그 원자는 항상 특정 화학 결합으로 쌍을 이룹니다 . 이는 존재하는 각 수소 원자가 공유할 하나의 원자가 전자를 포기하는 것과 관련됩니다. 이를 통해 각각은 가장 유리한 에너지 상태에 도달하고 주기율표에서 가장 가까운 희가스, 즉 헬륨의 전자 구성을 얻을 수 있습니다. 이러한 공유 전자는 공유 전자쌍 또는 전자 결합 쌍으로 알려져 있습니다. 수소 원자 사이에 발생하는 이러한 유형의 결합은 기호적으로 H:H로 표시될 수 있습니다.

공유결합

공유 결합 발생의 훌륭한 예는 앞서 설명한 2원자 수소입니다. 이는 이러한 유형의 결합에 특정한 공통 전자쌍을 공유합니다. 이는 전자의 공통성과 두 원자에 동등하거나 다르게 속하는 결합 전자쌍의 형성을 포함합니다.

비극성 공유 결합

결합 전자쌍이 두 원자 모두에 동등하게 속하는 이러한 공유 결합은 원자 또는 비극성 공유 결합이라고도 하며 주로 동일한 비금속 원자 사이에 형성됩니다. 비극성 공유 결합의 형성에 의해 형성된 이러한 구조를 동종 원자 분자라고합니다.

이원자 염소 분자 Cl ₂ 의 전자

비극성 공유 결합은 염소 분자의 특징이기도 하며 두 개의 염소 원자가 각각 하나의 원자가 전자를 공유하여 전자 옥텟과 아르곤 전자 구성을 생성합니다. 분자의 두 염소 원자에 존재하는 전자를 고려할 때 결합 전자쌍 외에도 화학 결합 형성에 직접적으로 관여하지 않는 전자도 있음을 알 수 있습니다. 이러한 전자 또는 전자쌍을 비결합 전자라고 합니다.

질소 분자는 어떻게 구성되어 있나요?

비금속은 하나 이상의 전자쌍을 공유할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 예를 들어, 질소 분자는 두 개의 질소 원자로 구성됩니다. 그들은 각각 마지막 껍질에 5개의 원자가 전자를 가지고 있으므로 옥텟을 만들기 위해서는 최대 3개의 추가 전자가 필요합니다. 원하는 전자 구성을 달성하기 위해 각 질소 원자는 공유할 전자 3개를 포기합니다. 이로 인해 원자 사이에 3개의 결합 전자쌍이 생성됩니다 . 이러한 특정 결합에는 삼중 결합이라는 고유한 이름이 있습니다. 공유 전자쌍 외에도 각 질소 원자에는 하나의 비결합 전자쌍이 있습니다. 삼중 결합은 원자가 형성할 수 있는 최대 결합입니다. 분자 내에 3개 이상의 결합이 존재하는 것을 특징으로 하는 화학적 화합물은 자연에서 발견되지 않았습니다.

이원자 분자는 어떻습니까?

동일한 화학 원소에 속하는 원자처럼 서로 다른 비금속 원자도 공통 결합 전자쌍의 생성을 통해 서로 결합할 수 있습니다. 이러한 구조의 가장 널리 알려진 예는 수소와 염소 원자의 결합으로 형성된 화합물인 염화수소입니다. 분자를 구성하는 각 원자는 가장 유리한 전자 구성을 달성하기 위해 하나의 전자가 필요합니다.

염화수소 분자의 공유 결합

가장 가까운 비활성 기체 의 전자 구성을 달성하기 위해 수소와 염소는 각각 하나의 원자가 전자를 기증하여 결합 전자쌍을 생성합니다. 이 처리로 인해 수소는 헬륨 구성을 채택하고 염소 원자는 아르곤 구성을 채택하는 두 가지 영구 전자 구성이 생성됩니다. 따라서 원자가 껍질에는 각각 이중선과 전자 옥텟이 있습니다. 그러나 여기서는 수소 분자의 경우와는 약간 다른 상호 작용을 관찰할 수 있습니다. 즉, 수소와 염소 원자 사이에 생성된 전자쌍이 동등하게 속하지 않는 것으로 나타났습니다. 전자를 끌어당기는 능력이 더 큰 쪽(이 경우에는 염소 원자) 쪽으로 이동하므로 결합 전자쌍이 그쪽으로 이동합니다. 이러한 유형의 결합은 공유 결합이기도 하지만 ‘극성’이라고도 합니다.

극성 공유 결합

이러한 결합은 서로 다른 비금속에 속하는 원자 사이에 형성됩니다. 그들은 공유 결합의 특징적인 움직임을 수행합니다 . 전자의 일부를 공유하지만 비극성 공유 결합과 비교할 때 이 경우 생성된 전자쌍은 원자 중 하나로 이동합니다. 전자를 더 강하게 끌어당기는 것. 일반적으로 원자가 껍질에 더 많은 수의 전자를 갖는 원자입니다. 전기 음성도가 더 높은 것은 항상 원자입니다.

암모니아 분자의 전자 구조

암모니아 는 질소 원자 1개와 수소 원자 3개로 구성된 분자입니다. 극성 공유 결합을 가지고 있습니다. 질소가 주기율표 15족에 속한다는 사실을 알면 원자가 전자가 5개 있다는 것을 알 수 있습니다. 대조적으로, 각 수소 원자에는 전자가 하나만 있습니다. 영구 전자 구성을 위해서는 질소에 3개의 전자가 필요하며, 이는 수소 원자의 존재로 제공될 수 있습니다. 각각은 질소 원자와 하나의 결합 전자쌍을 생성합니다. 이는 존재하는 각 원자가 그 자체로 가장 유리한 전자 구성을 갖도록 보장합니다. 질소 원자는 수소 원자보다 전자를 끌어당기는 능력이 더 크기 때문에 세 개의 결합 전자쌍이 모두 질소 원자 쪽으로 이동합니다.

이산화탄소 분자의 전자 구조

탄소 원자는 주기율표의 14족에 속하므로 원자가 껍질에 4개의 원자가 전자를 가지고 있습니다. 대조적으로, 두 개의 산소 원자 각각에는 6개의 원자가 전자가 있습니다. 현재 원자는 옥텟만을 위해 노력하므로 산소 원자는 공유할 전자 2개를 포기하고, 탄소 원자는 각각 전자 2개를 공유하여 총 4개의 원자가 전자를 공유합니다. 이로 인해 최대 4개의 결합 전자쌍(탄소 원자와 각 산소 원자 사이에 2개)이 생성됩니다. 탄소와 산소 원자의 전기음성도 값을 비교함으로써 우리는 산소가 전자를 끌어당기는 경향이 더 크다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 4개의 결합 전자쌍은 모두 산소 원자쪽으로 이동합니다.

분자에 존재하는 결합 유형을 확인하는 방법은 무엇입니까?

분자에 존재하는 결합 유형을 결정하는 핵심 요소는 원자 구성 요소의 전기 음성도입니다. 이는 전자를 끌어당기는 원자의 능력이며, 따라서 공유 결합의 경우에도 결합 전자쌍을 서로 끌어당기는 능력입니다. 전기음성도의 값이 클수록 원자는 전자를 더 강하게 끌어당깁니다. 더욱이, 분자에 존재하는 원자의 전기음성도의 차이는 우리가 어떤 유형의 화학 결합을 다루고 있는지 알려줍니다. 분자 내에서 이를 구성하는 원자의 전기 음성도 차이(ΔE로 표시)가 0.0 또는 0.4 이하인 경우, 결합은 공유적으로 극성이 없습니다. ΔE가 0.4에서 1.6 사이이면 분자 내에 극성 공유 결합이 있는 것입니다. 반면에 원자의 전기 음성도 차이가 1.6을 초과하면 이는 이온 결합이 있음을 나타냅니다.