원자가 결합을 형성하는 이유

원자가 결합을 형성하는 이유

 

원자가 결합을 형성하는 이유

 

원자는 화학 결합을 형성하여 외부 전자 껍질을 더 안정한 상태로 만듭니다. 원자가 형성하는 화학 결합의 유형은 여러가지가 있지만 항상 원자를 가장 안정하게 만드는 종류의 결합이 형성됩니다.

이온 결합의 경우 한 원자는 다른 원자에게 전자를 제공하고 다른 원자는 전자를 얻음으로써 원자가 안정화됩니다. 공유 결합의 경우 원자를 주거나 받는 것이 아니라 서로 공유를 함으로써 원자가 안정화됩니다. 이온 결합이나 공유 결합 외에도 다른 종류의 결합(금속 결합 등)이 존재합니다.

 

원자가 전자와 결합의 관계

원자핵의 가장 가까이 존재하는 첫 번째 전자 껍질은 두 개의 전자만 보유할 수 있습니다. 수소 원자 (원자번호 1)는 하나의 양성자와 하나의 전자를 가지고 있으므로 다른 원자와 전자를 쉽게 공유 할 수 있습니다. 반면 헬륨 원자 (원자번호 2)는 두 개의 양성자와 두 개의 전자를 가지고 있습니다.  이 두 전자는 전자 껍질에 빈 자리를 모두 채워 헬륨을 안정하게 만들기 때문에 헬륨은 더 이상 다른 화학결합을 형성하지 않게 됩니다.

원자번호 3번, 즉 2주기 원자들부터는 옥텟 규칙을 이용해 두 원자가 어떠한 결합을 형성 할 것인지 예측할 수 있습니다. 옥텟 규칙에 따르면, 대부분의 원자는 최외각 전자 껍질에 8개의 전자를 채운 경우 안정화됩니다. 따라서 만약 두 개의 최외각 전자를 가진 원자는 안정화되기 위해 두 개의 전자가 부족한 원자와 화학 결합을 형성하기 쉽다는 것을 예측할 수 있습니다.

 

옥텟 규칙이란 무엇인가?

예를 들어, 나트륨 원자는 한 개의 원자가 전자를 가지고 있으며 염소 원자는 일곱 개의 원자가 전자를 가지고 있습니다. 옥텟규칙에 따르면, 나트륨 원자는 하나의 전자를 잃고 염소 원자는 하나의 전자를 받음으로써 안정화될 수 있다는걸 예측할 수 있습니다. 결국 나트륨과 염소는 서로 이온 결합을 형성하여 염화나트륨을 형성합니다.

 

전하와 화학결합의 관계

원자의 안정성은 원자의 전하와 관련이 있습니다. 원자가 전자를 얻거나 잃어 이온을 형성하여 완전한 전자 껍질, 즉 옥텟규칙을 만족하는 경우 중성 원자보다 더 안정됩니다.

서로 반대로 하전 된 이온, 즉 양이온과 음이온은 전기적 인력으로 서로를 끌어 당기기 때문에 중성 상태의 원자보자 쉽게 화학 결합을 형성할 수 있습니다.

 

원자가 결합을 형성하는 방식

주기율표를 잘 살펴보면 원자가 결합을 형성하는지, 그리고 어떤한 종류의 화학결합을 형성하는지 예측할 수 있습니다. 

주기율표의 맨 오른쪽, 즉 18족에는 위치하는 비활성 기체들은 원자상태에서 이미 옥텟규칙을 만족해 완전히 채워진 전자 껍질을 가지고 있습니다. 그렇기 때문에 비활성 기체는 화학적으로 대단히 안정적이며 다른 원자와 결합을 거의 형성하지 않습니다.

원자가 어떤 유형의 화학결합을 이룰 것인지 예측하는 가장 좋은 방법 중 하나는 원자의 전기음성도 값을 비교하는 것입니다. 전기음성도는 화학 결합에서 원자가 전자를 당기는 인력을 나타낸 척도입니다.

 

전기음성도(Electronegativity)의 뜻과 개념

전기음성도가 큰 원자는 전자를 더 세게 끌어 당기는데 반해 전기음성도가 작은 원자는 상대적으로 전자를 덜 끌어당겨 전자를 상대 원자쪽으로 내어두게 됩니다. 이렇게 전기음성도의 차이가 큰 원자들끼리 결합하게 되면 서로 이온 결합을 형성합니다. 대체로 이러한 유형의 결합은 금속 원자와 비금속 원자 사이에 형성됩니다.

만약 결합을 이루는 두 원자 사이의 전기 음성도 값이 비슷한 경우에도 원자가 전자 껍질을 완전히 채우기 위해, 즉 옥텟규칙을 만족하기 위해 여전히 화학 결합을 형성 할 수 있습니다. 이 경우 원자는 서로의 전자를 공유하는 공유 결합을 형성합니다.

각 원자에 대한 전기음성도 값을 찾아 비교하면 각 원자가 어떠한 종류의 결합을 형성할지 예측할 수 있다고 설명드렸습니다. 전기음성도는 명확한 경향을 가지고 있기 때문에 직접 표를 이용해 특정 값을 찾지 않고 주기율표의 특성을 통해 그 값의 상대적인 비교나 예측을 할 수 있습니다. 전기음성도는 18족 비활성 기체를 제외하면 주기율표를 따라 왼쪽에서 오른쪽으로, 아래에서 위로 이동할수록 증가하는 경향이 있습니다. 

이를 바탕으로 살펴보면, 주기율표의 왼쪽에 있는 원자와 오른쪽에 있는 원자는 서로 쉽게 이온 결합을 형성함을 알 수 있습니다. 그리고 주기율표의 가운데 부분에 있는 원자들은 공유결합 또는 금속 결합을 형성합니다.

 

이온결합과 공유결합의 차이