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수소 결합과 배위 결합
[편집]화학 결합에는 앞에서 설명한 대표적인 3종류 외에 조금 다른 형태의 것도 있다. 원자나 분자가 접근할 때 작용하는 약한 힘에 의한 결합이나 수소가 전기 음성도가 큰 원자와 결합하고 있는 경우, 또 화학 결합에 있어 공유 결합의 성질은 있으나 자기가 갖고 있는 고립 전자쌍 때문에 생기는 결합 등이 그것이다. 여기서는 그러한 결합에 대하여 알아보자.
분자간 힘(반 데르 발스 힘)
[편집]원자나 분자에는 인력이나 척력(반발력)이 작용하고 있다. 이 힘은 공유 결합이나 이온 결합과는 달라서 그것보다 훨씬 힘이 약하지만 물질의 성질을 생각할 때 매우 중요하다. 이 힘을 분자간에 인력으로 작용하는 힘에 대하여 자세하게 연구한 네덜란드의 물리학자의 이름을 따서 반 데르 발스 힘이라고 한다. 기체 분자는 매우 작으나 일정한 크기를 갖고 있다. 그리하여, 많은 분자가 비교적 빠른 속도로 움직이므로 서로 자주 충돌한다. 그래서, 일정한 거리만큼 가까워진 분자 사이에는 인력이 작용한다. 또, 더 가까워지면 이번에는 척력이 작용한다. 이러한 힘을 분자간 힘이라고 하며, 기체뿐 아니라 액체나 고체 분자 사이에서도 볼 수 있다. 분자간 힘을 비교할 때, 대개 같은 형의 분자를 이용하면 규칙성을 발견하기 쉽다. 끓는점에서는 액체 분자가 기체로 변할 때 분자간 힘이 끊어진다고 생각되므로, 분자간 힘의 척도로서 끓는점을 비교해 보면 분자량이 큰 분자는 끓는점이 높아서 분자간 힘도 큰 것을 알 수 있다. 다시 말하면, 분자 안의 전자와 원자핵(양성자와 중성자)의 수가 많을수록 분자간 힘은 크다. 분자간 힘이 생기는 원인은 복잡한데 어느 한 분자의 전자와 다른 분자의 원자핵 사이의 인력도 관계가 있다. 그러므로 분자끼리 접근하면 분자간 힘이 갑자기 커진다. 요오드는 원자 2개로 된 요오드 분자가 분자간 힘에 의하여 결합하여 분자성 결정을 만든다. 요오드의 결정을 X선 회절을 이용하여 분자 간의 간격을 재어보면 공유 결합을 하지 않고 인접하고 있는 2개의 요오드 원자 사이의 최단 거리는 4.308Å인 것을 알 수 있다. 따라서, 그 반인 2.15Å은 공유 결합을 하지 않은 요오드 원자의 반지름이라고 할 수 있다. 이와 같이, 같은 종류의 원자가 결합이 아니라 다만 인접하고 있을 때 원자핵간의 거리의 1/2을 반 데르 발스 반지름이라고 한다. 일반적으로, 원자의 반 데르 발스 반지름은 그 공유 결합 반지름보다 크다.
수소 결합
[편집]배위 결합
[편집]공유 결합에 있어서는 두 원자가 각각 같은 수의 전자를 가지고 와서 쌍을 만들고 이것을 공유하고 있다. 그러나 때로는 한 쌍 또는 그 이상의 전자를 한 원자가 상대방의 원자에 일반적으로 공급하여서 공유하고 있는 때가 있다. 이러한 결합을 배위 결합 또는 배위 공유 결합이라 한다. 암모니아의 질소 원자는, 5개의 원자가 전자 중 3개가 수소 원자와의 공유 결합에 관여하며, 2개의 원자가 전자는 결합에 직접 관계하지 않는다. 이러한 2개의 원자가 전자를 고립 전자쌍이라고 한다. 배위 결합은 이 고립 전자쌍이 다른 원자와 공유됨으로써 생긴다. 예를 들면, 암모늄 이온[NH4+]의 질소와 수소를 결합시키는 4개의 전자쌍 중 3개는 공유 결합이지만, 1개는 질소 원자의 원자가 전자 중의 고립 전자쌍에서 수소 이온에 대하여 전자가 공급된 배위 결합이다.