06. 화학 결합과 물질의 성질

1. 화학 결합의 원리

1. 비활성 기체

•      종류: 주기율표 18족 원소 — 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 등
•      전자 배치: 가장 바깥 전자껍질에 전자가 모두 채워진 안정한 상태 → 원자가 전자 수 = 0
•      특징: 화학적으로 안정하여 다른 원소와 거의 반응하지 않고, 화학 결합을 형성하지 않으며 원자 상태로 존재한다. 

2. 화학 결합을 형성하는 까닭

18족 이외의 원소들은 전자를 잃거나 얻어서 18족 비활성 기체와 같은 안정한 전자 배치를 가지려는 경향이 있다. 그 과정에서 화학 결합을 형성한다.

※ 옥텟 규칙: 18족 이외의 원소들이 가장 바깥 전자껍질에 전자를 8개 배치해 비활성 기체와 같은 전자 배치를 가지려는 경향. (단, H·Li는 전자 2개로 He와 같은 배치를 이루려 함)

구분	1족·2족·13족 금속 원소	15족·16족·17족 비금속 원소
전자 변화	원자가 전자를 잃어 양이온 형성	전자를 얻거나 다른 원자와 공유하여 음이온 또는 공유 결합 형성
예시	Na(1족): 전자 1개 잃음 Mg(2족): 전자 2개 잃음 Al(13족): 전자 3개 잃음	N(15족): 전자 3개 얻음 O(16족): 전자 2개 얻음 F(17족): 전자 1개 얻음

2. 이온 결합과 공유 결합

1. 이온 결합

단계	내용
① 이온의 형성	금속 원소: 전자를 잃어 양이온 (비활성 기체와 같은 전자 배치) 비금속 원소: 전자를 얻어 음이온 (비활성 기체와 같은 전자 배치)
② 이온 결합 형성	양이온과 음이온 사이의 정전기적 인력으로 결합 형성 금속 원소가 잃은 전자 수 = 비금속 원소가 얻은 전자 수
③ 이온 결합 결정	수많은 양이온과 음이온이 3차원 구조로 규칙적으로 배열 전기적 중성: (양이온 전하×개수) + (음이온 전하×개수) = 0

▶ 염화 칼슘(CaCl) 형성 예시

•      Ca(원자가 전자 2개) → 전자 2개 잃음 → Ca²⁺  
•      Cl(원자가 전자 7개) → 전자 1개 얻음 → Cl⁻
       ➡ Ca²⁺ 과 Cl⁻의 정전기적 인력 → CaCl₂  생성

▶ 이온 결합을 잘 형성하는 원소

•      양이온이 되기 쉬운 원소: 1족(원자가 전자 1개, +1 양이온), 2족(원자가 전자 2개, +2 양이온)
•      음이온이 되기 쉬운 원소: 16족(원자가 전자 6개, -2 음이온), 17족(원자가 전자 7개, -1 음이온)

2. 공유 결합

항목	내용
형성 원리	비금속 원소의 원자들이 전자를 내놓아 공유 전자쌍을 만들고, 공유 전자쌍과 원자핵 사이의 정전기적 인력으로 결합
결과	각 원자들이 18족 비활성 기체의 전자 배치를 이룸
H₂ 형성	수소 원자 2개가 각각 전자 1개씩 내놓아 공유 전자쌍 형성 → 각 H가 He와 같은 전자 배치
H₂O 형성	O 원자 1개가 H 원자 2개와 각각 1개의 전자쌍 공유 → H는 He, O는 Ne과 같은 전자 배치
공유 결합 물질	대부분 2개 이상의 원자가 결합한 독립적인 분자 형태로 존재

 

▶ 주요 공유 결합 분자

분자	구성 원소	원자가 전자 수	필요 전자 수	분자식
메테인	수소, 탄소	H:1, C:4	H:1, C:4	CH₄
암모니아	수소, 질소	H:1, N:5	H:1, N:3	NH₃
플루오린화 수소	수소, 플루오린	H:1, F:7	H:1, F:1	HF
이산화 탄소	탄소, 산소	C:4, O:6	C:4, O:2	CO₂

공유결합 예시

3. 화학 결합의 종류에 따른 물질의 성질

구분	이온 결합 물질	공유 결합 물질
실온 상태	양이온과 음이온이 3차원 규칙 배열된 결정 상태 (고체)	독립적인 분자 상태로 존재
물 용해성	물에 잘 녹는 것이 많음 → 물에 녹으면 양이온·음이온으로 분리	물에 잘 녹지 않는 것이 많음 → 단, 설탕·포도당·HCl·NH₃ 등은 잘 녹음
전기 전도성 (고체)	없음 → 이온이 자유롭게 이동 불가	없음 → 전기적으로 중성인 분자 상태
전기 전도성 (수용액·액체)	있음 → 이온이 자유롭게 이동 가능	대부분 없음 → 단, HCl·NH₃·CH₃COOH 등은 물에 녹아 이온 생성 → 수용액에서 전기 전도성 있음
녹는점·끓는점	비교적 높음 → 강한 정전기적 인력 때문	비교적 낮음
예시	NaCl(소금), CaCl₂(제설제·습기 제거제), CaCO₃(달걀 껍데기·대리석), Mg(OH)₂(제산제), Fe₂O₃(철광석)	설탕(C₁₂H₂₂O₁₁), 질소(N₂), 이산화 탄소(CO₂), 포도당(C₆H₁₂O₆), 에탄올(C₂H₅OH)

 

1. 이온 결합 물질의 전기 전도성 정리

•      고체 NaCl: Na⁺과 Cl⁻이 강한 정전기적 인력으로 고정 → 이동 불가 → 전류 흐르지 않음
•      NaCl 수용액: Na⁺과 Cl⁻이 자유롭게 이동 → Na⁺은 (-)극, Cl⁻은(+) 극으로 이동 → 전류 흐름
•      액체 NaCl: 가열하면 Na⁺과 Cl⁻이 자유롭게 이동 가능 → 전류 흐름 

2. 공유 결합 물질의 전기 전도성 정리

•      고체 설탕: 구성 원자들이 공유 결합하여 전기적으로 중성인 분자 상태 → 전류 흐르지 않음
•      설탕 수용액: 이온으로 나누어지지 않고 분자 상태 유지 → 전류 흐르지 않음
•      예외(수용액에서 전기 전도성 있음): HCl, NH₃, CH₃COOH → 물에 녹아 이온 생성