화학적 결합 : 특성, 형성 방법, 유형 - 화학 - 2026

화학 결합 문제 구성하는 원자를 함께 보유 관리하는 힘이다. 각 유형의 물질에는 하나 이상의 전자가 참여하는 특징적인 화학 결합이 있습니다. 따라서 가스의 원자를 결합하는 힘은 예를 들어 금속과 다릅니다.

주기율표의 모든 요소 (헬륨 및 경질 희가스 제외)는 서로 화학적 결합을 형성 할 수 있습니다. 그러나 이러한 특성은 전자를 형성하는 요소에 따라 달라집니다. 결합 유형을 설명하는 필수 매개 변수는 전기 음성도입니다.

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두 원자 사이의 전기 음성도 (ΔE)의 차이는 화학 결합의 유형뿐만 아니라 화합물의 물리 화학적 특성도 정의합니다. 염이 비타민 B와 같은 이온 결합 (높은 ΔE), 유기 화합물의 많은 갖는 특징 ₍₁₂₎ (상부 이미지), 공유 결합 (낮은 ΔE)를 갖는다.

고분자 구조에서 각 선은 공유 결합을 나타냅니다. 쐐기는 링크가 평면에서 (독자쪽으로) 나타나고 밑줄이 그어진 평면 뒤 (판독기에서 멀어짐)를 나타냅니다. 이중 결합 (=)과 5 개의 질소 원자 및 R 측쇄와 배위 된 코발트 원자가 있습니다.

그러나 왜 그러한 화학 결합이 형성됩니까? 답은 참여하는 원자와 전자의 에너지 안정성에 있습니다. 이 안정성은 전자 구름과 핵 사이에서 경험하는 정전 기적 반발과 인접 원자의 전자에 대한 핵의 인력의 균형을 맞춰야합니다.

화학 결합의 정의

많은 저자가 화학 결합의 정의를 제공했습니다. 이들 중 가장 중요한 것은 화학 결합을 두 원자 사이의 전자 쌍의 참여로 정의한 물리 화학자 GN 루이스의 것입니다. 원자 A · 및 · B가 단일 전자에 기여할 수 있으면 단일 결합 A : B 또는 A – B가 그들 사이에 형성됩니다.

결합이 형성되기 전에 A와 B는 모두 무한한 거리로 분리되지만 결합 할 때 이제는 이원자 화합물 AB와 결합 거리 (또는 길이)에서 이들을 함께 고정하는 힘이 있습니다.

형질

출처 : Gabriel Bolívar

원자를 하나로 묶는 힘의 특징은 무엇입니까? 이들은 전자 구조보다 A와 B 사이의 링크 유형에 더 많이 의존합니다. 예를 들어, 링크 A – B는 방향입니다. 무슨 뜻인가요? 전자 쌍의 결합에 의해 가해지는 힘은 축에 표시 될 수 있습니다 (원통처럼).

또한이 유대는 깨지기 위해 에너지가 필요합니다. 이 에너지 량은 kJ / mol 또는 cal / mol 단위로 표현할 수 있습니다. 충분한 에너지가 화합물 AB에 적용되면 (예를 들어 열에 의해), 원래 A · 및 · B 원자로 분리됩니다.

결합이 안정할수록 결합 된 원자를 분리하는 데 더 많은 에너지가 필요합니다.

화합물 AB의 결합은 이온 인 경우 한편하는 ⁺ B는 ^- , 그것은 비 지향성 힘이 될 것이다. 왜? 때문에 ^+는 B에 흡인력 발휘 ^- 상대적 위치에 비해 공간 양쪽 이온을 분리하는 거리에 대한 의존 (그리고 그 반대도 마찬가지)를.

인력과 척력이 필드는 결정 격자로 알려진 것을 형성하기 위해 함께 다른 이온을 가져온다 (상단 이미지 :는 A ⁺ 양이온 네 B에 의해 둘러싸여 거짓 ^- 음이온 , 그리고 이들은 네 의해 둘러싸여 ⁺ 양이온 등).

화학 결합은 어떻게 형성됩니까?

AA 동핵 화합물

출처 : Gabriel Bolívar

한 쌍의 전자가 결합을 형성하려면 먼저 고려해야 할 사항이 많이 있습니다. A의 핵은 양성자를 가지고 있으므로 양성입니다. 두 개의 A 원자가 매우 멀리 떨어져있을 때, 즉 큰 핵간 거리 (상단 이미지)에서 어떤 인력도 경험하지 않습니다.

두 개의 A 원자가 핵에 접근하면 인접한 원자 (보라색 원)의 전자 구름을 끌어 당깁니다. 이것은 인력의 힘입니다 (인접 보라색 원의 A). 그러나 A의 두 핵은 양수이기 때문에 서로 밀어 내고,이 힘은 결합의 위치 에너지 (수직축)를 증가시킵니다.

위치 에너지가 최소에 도달하는 핵간 거리가 있습니다. 즉, 인력과 반발력 (이미지 하단에있는 두 개의 A 원자)이 균형을 이룹니다.

이 지점 이후에이 거리가 감소하면 결합으로 인해 두 핵이 서로 매우 강하게 반발하여 AA 화합물이 불안정 해집니다.

따라서 결합이 형성 되려면 에너지 적으로 적절한 핵간 거리가 있어야합니다. 또한 전자가 결합하려면 원자 궤도가 올바르게 겹쳐 야합니다.

이핵 화합물 AB

A의 두 원자 대신 A 중 하나와 B 중 다른 하나가 결합되면 어떻게 될까요? 이 경우 원자 중 하나가 다른 원자보다 양성자를 더 많이 갖고 전자 구름의 크기가 다르기 때문에 위쪽 그래프가 변경됩니다.

A – B 결합이 적절한 핵간 거리에서 형성되기 때문에 전자쌍은 주로 전기 음성도가 가장 높은 원자 근처에서 발견됩니다. 이것은 알려진 (그리고 알려질) 것들의 대부분을 구성하는 모든 이핵 화합물의 경우입니다.

깊이 언급하지는 않았지만 원자가 접근하고 화학 결합이 형성되는 방식에 직접적인 영향을 미치는 수많은 변수가 있습니다. 일부는 열역학적 (반응이 자발적입니까?), 전자적 (원자의 궤도가 얼마나 찼는 지 또는 비어 있는지)이고 다른 일부는 운동 적입니다.

화학 결합의 유형

링크에는 서로 구별되는 일련의 특성이 있습니다. 이들 중 일부는 공유, 이온 또는 금속의 세 가지 주요 분류로 구성 될 수 있습니다.

결합이 단일 유형에 속하는 화합물이 있지만 실제로 많은 경우 각각의 문자가 혼합되어 구성됩니다. 이 사실은 결합을 형성하는 원자 사이의 전기 음성도의 차이 때문입니다. 따라서 일부 화합물은 공유적일 수 있지만 결합에는 이온 특성이 있습니다.

마찬가지로 결합의 유형, 구조 및 분자량은 물질의 거시적 특성 (밝기, 경도, 용해도, 융점 등)을 정의하는 핵심 요소입니다.

-공유 결합

공유 결합은 지금까지 설명 된 것들입니다. 그들에서 두 개의 궤도 (각각 하나의 전자)는 적절한 핵간 거리로 분리 된 핵과 겹 치어 야합니다.

분자 궤도 이론 (TOM)에 따르면 궤도의 중첩이 정면이면 시그마 σ 결합 (단순 또는 단순 결합이라고도 함)이 형성됩니다. 궤도가 핵간 축과 관련하여 측면 및 수직 중첩에 의해 형성되는 반면, 우리는 π 결합 (이중 및 삼중)을 갖게됩니다.

출처 : Gabriel Bolívar

간단한 링크

이미지에서 볼 수 있듯이 σ 결합은 핵간 축을 따라 형성됩니다. 표시되지는 않았지만 A와 B는 다른 결합을 가질 수 있으므로 자체 화학적 환경 (분자 구조의 다른 부분)이있을 수 있습니다. 이러한 유형의 링크는 회전력 (녹색 실린더)과 가장 강력한 것이 특징입니다.

예를 들어, 수소 분자의 단일 결합은 핵간 축 (H – H)을 중심으로 회전 할 수 있습니다. 마찬가지로 가상 CA – AB 분자도 가능합니다.

링크 C – A, A – A 및 A – B가 회전합니다. 그러나 C 또는 B가 원자 또는 부피가 큰 원자 그룹 인 경우 A – A 회전은 입체적으로 방해됩니다 (C와 B가 충돌하기 때문).

단일 결합은 거의 모든 분자에서 발견됩니다. 그것의 원자는 궤도의 겹침이 정면 인 한 어떤 화학적 혼성화를 가질 수 있습니다. 비타민 B ₁₂ 의 구조로 돌아 가면 모든 단일 선 (-)은 단일 결합을 나타냅니다 (예 : –CONH ₂ 결합 ).

더블 링크

이중 결합은 원자가 (일반적으로) sp ² 혼성화되어야 합니다. 3 개의 sp ² 하이브리드 궤도에 수직 인 순수한 p 결합 은 회색 시트로 표시되는 이중 결합을 형성합니다.

단일 결합 (녹색 원통)과 이중 결합 (회색 시트)이 동시에 공존합니다. 그러나 단일 결합과 달리 이중 결합은 핵간 축을 중심으로 동일한 회전 자유를 갖지 않습니다. 회전하려면 링크 (또는 포일)가 끊어 져야하기 때문입니다. 에너지가 필요한 과정.

또한 결합 A = B는 A – B보다 반응성이 더 높습니다. 그 길이는 더 짧고 원자 A와 B는 더 짧은 핵간 거리에 있습니다. 따라서 두 핵 사이에는 더 큰 반발력이 있습니다. 단일 결합과 이중 결합을 모두 끊으려면 A – B 분자의 원자를 분리하는 데 필요한 것보다 더 많은 에너지가 필요합니다.

비타민 B ₁₂ 의 구조에서 C = O, P = O 및 방향족 고리 내에서 여러 이중 결합을 볼 수 있습니다.

삼중 결합

삼중 결합은 이중 결합보다 훨씬 짧으며 회전이 더 에너지 적으로 방해받습니다. 그 안에는 두 개의 π 결합이 서로 수직으로 (회색과 보라색 시트) 단일 결합뿐만 아니라 형성됩니다.

일반적으로 A와 B 원자의 화학적 혼성화는 sp이어야합니다. 두 개의 sp 궤도는 180º 떨어져 있고 두 개의 순수한 p 궤도는 첫 번째 궤도에 수직입니다. 삼중 결합은 패들처럼 보이지만 회전력은 없습니다. 이 결합은 간단히 A≡B (N≡N, 질소 분자 N ₂ ) 로 나타낼 수 있습니다 .

모든 공유 결합 중에서 이것은 가장 반응성이 높습니다. 그러나 동시에 원자의 완전한 분리를 위해 더 많은 에너지를 필요로하는 것 (· A : + : B ·). 비타민 B 경우 ₁₂ 분자 구조 내에 삼중 결합을 가지고, 그것의 약리학 적 효과가 극적으로 변화한다.

6 개의 전자가 삼중 결합에 참여합니다. 두 배로, 네 개의 전자; 단순하거나 단순하게 두 가지로

하나 이상의 이러한 공유 결합의 형성은 원자의 전자적 가용성에 달려 있습니다. 즉, 1 옥텟의 원자가를 얻기 위해 얼마나 많은 전자가 궤도를 수행해야합니다.

비극성 결합

공유 결합은 두 원자 사이에 전자 쌍을 동등하게 공유하는 것으로 구성됩니다. 그러나 이것은 두 원자가 동일한 전기 음성도를 갖는 경우에만 엄격하게 적용됩니다. 즉, 주변에서 전자 밀도를 화합물로 끌어들이는 동일한 경향입니다.

비극성 결합은 null 전기 음성도 차이 (ΔE≈0)가 특징입니다. 이것은 두 가지 상황에서 발생합니다 : 동종 핵 화합물 (A ₂ ) 또는 결합 양쪽의 화학적 환경이 동일한 경우 (H ₃ C – CH ₃ , 에탄 분자).

비극성 결합의 예는 다음 화합물에서 볼 수 있습니다.

-수소 (H – H)

-산소 (O = O)

-질소 (N≡N)

-불소 (F – F)

-클로로 (Cl – Cl)

-아세틸렌 (HC≡CH)

극성 결합

두 원자간에 전기 음성도 ΔE에 현저한 차이가있을 때 결합 축을 따라 쌍극자 모멘트가 형성됩니다. A ^{δ +} –B ^δ- . 이종 핵 화합물 AB의 경우, B는 가장 전기 음성도가 높은 원자이므로 더 높은 전자 밀도 δ-를 가지며; 전기 음성이 가장 적은 A는 δ + 전하 결핍이 있습니다.

극성 결합이 발생하려면 전기 음성이 다른 두 원자가 결합해야합니다. 따라서 이종 핵 화합물을 형성합니다. A – B는 자석과 비슷합니다. 양극과 음극이 있습니다. 이것은 수소 결합 인 쌍극자-쌍극자 힘을 통해 다른 분자와 상호 작용할 수 있습니다.

물은 두 개의 극성 공유 결합 인 H – O – H를 가지고 있으며 분자 기하학은 각을 이루며 쌍극자 모멘트를 증가시킵니다. 기하학적 형상이 선형이라면 바다는 증발하고 물의 끓는점은 더 낮을 것입니다.

화합물이 극성 결합을 가지고 있다는 사실은 그것이 극성임을 의미하지 않습니다 . 예를 들어, 사염화탄소 CCl ₄ 는 4 개의 극성 C-Cl 결합을 가지고 있지만, 4 면체 배열로 인해 쌍극자 모멘트는 결국 벡터로 무효화됩니다.

데이트 또는 조정 링크

원자가 다른 원자와 공유 결합을 형성하기 위해 한 쌍의 전자를 포기할 때 우리는 dative 또는 coordination bond를 말합니다. 예를 들어, B : 사용 가능한 전자 쌍과 전자 공석 인 A (또는 A ⁺ )를 가지면 B : A 결합이 형성됩니다.

비타민 B의 구조에서 ₁₂ 다섯 개 개의 질소 원자는 공유 결합의 형태를 통해 공동의 금속 중심에 연결된다. 이 질소는 자유 전자 쌍을 Co ³⁺ 양이온으로 포기 하고 금속은 그들과 배위합니다 (Co ³⁺ : N–)

또 다른 예는 암모니아를 형성하는 암모니아 분자의 양성자 화에서 찾을 수 있습니다.

H ₃ N : + H ⁺ => NH ₄ ⁺

두 경우 모두 전자에 기여하는 것은 질소 원자입니다. 따라서 원자 만 전자 쌍에 기여할 때 dative 또는 coordination 공유 결합이 발생합니다.

같은 방식으로 물 분자는 양성자 화되어 하이드로 늄 (또는 옥소 늄) 양이온이 될 수 있습니다.

H ₂ O + H ⁺ => H ₃ O ⁺

암모늄 양이온과 달리 하이드로 늄은 여전히 ​​자유 전자 쌍 (H ₃ O : ⁺ )을 가지고 있습니다. 그러나 불안정한 하이드로 늄 표시 인 H ₄ O ²⁺ 를 형성하기 위해 다른 양성자를 받아들이는 것은 매우 어렵습니다 .

-이온 결합

출처 : Pixabay

사진은 하얀 소금 언덕입니다. 염은 결정 구조, 즉 대칭적이고 정렬 된 구조를 갖는 특징이 있습니다. 높은 녹는 점과 끓는점, 녹거나 용해 될 때 높은 전기 전도도, 또한 그 이온은 정전기 상호 작용에 의해 강하게 결합됩니다.

이러한 상호 작용은 이온 결합으로 알려진 것을 구성합니다. 두번째 이미지는 A ^+의 양이온 네 B에 의해 둘러싸여 ^- 음이온 도시 된 , 그러나 이것은 2 차원 표현이다. 입체적에서, ^+는 다른 B 음이온을 가져야한다 ^-에서 의 정면과 평면 뒤에, 다양한 구조를 형성한다.

따라서 A ⁺ 는 6 개, 8 개 또는 12 개의 이웃을 가질 수 있습니다. 결정에서 이온을 둘러싼 이웃의 수를 배위 수 (NC)라고합니다. 각 NC에 대해 일종의 결정 배열이 연관되어 있으며, 이는 차례로 염의 고체 상을 구성합니다.

염에서 본 대칭 측면 결정이 설립 평형에 기인 정전 인력 (A의 상호 작용 ⁺ B ^- 반발) (A ^{+ +} , B ^- B ^- ).

훈련

그런데 왜 A +와 B하지 않는다 ^- , 또는 나 ⁺ 와 CL은 ^- CL의 공유 결합 - 나를 형성? 염소 원자는 전자를 매우 쉽게 포기하는 것이 특징 인 나트륨 금속보다 훨씬 더 전기 음성 적이기 때문입니다. 이러한 요소가 만나면 발열 반응으로 식염을 생성합니다.

2Na (s) + Cl ₂ (g) => 2NaCl (s)

두 나트륨 원자 CL의 이원자 분자들은 단일 원자가 전자 (NA ·) 포기 ₂ 따라서 CL 형성 ^- 음이온 .

나트륨 양이온과 염화 음이온 사이의 상호 작용은 비록 공유 결합보다 약한 결합을 나타내지 만 고체에서 강하게 결합되도록 유지할 수 있습니다. 이 사실은 소금의 높은 녹는 점 (801ºC)에 반영됩니다.

금속 결합

출처 : Pixnio

화학 결합의 마지막 유형은 금속입니다. 이것은 모든 금속 또는 합금 부품에서 찾을 수 있습니다. 그것은 전자가 한 원자에서 다른 원자로 전달되지 않고 오히려 바다처럼 금속 결정을 통해 이동한다는 사실 때문에 특별하고 다른 것과 다른 특징이 있습니다.

따라서 금속 원자, 즉 구리는 원자가 궤도를 서로 섞어 전도대를 형성합니다. 이를 통해 전자 (s, p, dof)가 원자 주위를 통과하여 서로 단단히 고정됩니다.

금속 결정을 통과하는 전자의 수, 밴드에 제공된 궤도 및 원자의 패킹에 따라 금속은 부드럽거나 (알칼리 금속과 같이) 단단하거나, 광택이 있거나, 전기 전도체가 좋을 수 있습니다. 뜨거운.

이미지와 그의 노트북에서 작은 사람을 구성하는 것과 같이 금속 원자를 결합하는 힘은 소금의 힘보다 큽니다.

이것은 염의 결정이 기계적 힘을 받기 전에 여러 반으로 나눌 수 있기 때문에 실험적으로 확인할 수 있습니다. 금속 조각 (매우 작은 결정으로 구성됨)은 변형됩니다.

링크의 예

다음 네 가지 화합물은 설명 된 화학 결합 유형을 포함합니다.

소디움 라이드, 불화 나트륨 (NA ⁺ F ^- ) 이온.

-나트륨, Na : 금속.

-불소, F ₂ (F – F) : 두 원자가 동일하기 때문에 두 원자 사이에 null ΔE가 있기 때문에 비극성 공유.

-불화 수소, HF (H – F) : 극성 공유,이 화합물에서 불소는 수소보다 전기 음성입니다.

비타민 B 화합물 등이있다 ₍₁₂₎ (그것의 인산기 -PO의 음전하의 양 극성의 이온 및 공유 결합이, ₄ ^- -). 금속성 클러스터와 같은 일부 복잡한 구조에서는 이러한 모든 유형의 링크가 공존 할 수도 있습니다.

물질은 화학 결합의 모든 표현 예를 제공합니다. 연못 바닥의 돌과 그 주변의 물, 가장자리에서 삐걱 거리는 두꺼비까지.

결합은 간단 할 수 있지만 분자 구조에서 원자의 수와 공간적 배열은 다양한 화합물을 제공합니다.

화학 결합의 중요성

화학 결합의 중요성은 무엇입니까? 화학 결합의 부재로 인해 발생하는 계산할 수없는 결과는 본질적으로 그 중요성을 강조합니다.

-그것 없이는 전자가 전자기 복사를 흡수하지 않기 때문에 색상이 존재하지 않습니다. 대기에 존재하는 먼지와 얼음 입자가 사라져 하늘의 파란색이 어두워집니다.

-탄소는 수십억 개의 유기 및 생물학적 화합물이 파생되는 끝없는 사슬을 형성 할 수 없습니다.

-단백질은 구성 아미노산으로 정의 할 수 없습니다. 살아있는 유기체의 모든 탄소 질 화합물처럼 설탕과 지방은 사라질 것입니다.

-지구에는 대기가 없을 것입니다. 왜냐하면 가스에 화학 결합이 없으면 그들을 붙잡을 힘이 없기 때문입니다. 그들 사이에 분자간 상호 작용이 조금도 없을 것입니다.

-산은 무거워도 암석과 광물이 결정체 나 무정형 구조 안에 들어있는 원자를 포함 할 수 없기 때문에 사라질 수 있습니다.

-세계는 고체 또는 액체 물질을 형성 할 수없는 고독한 원자로 구성 될 것입니다. 이것은 또한 물질의 모든 변형이 사라지는 결과를 낳을 것입니다. 즉, 화학 반응이 없을 것입니다. 사방에 덧없는 가스.

참고 문헌

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