[분자 간의 힘] 결합 에너지와 이온화 에너지 / 반데르발스 결합 (Van der Waals Bonding) & 공유결합과 이온결합 및 금속결합

▶ 결합 에너지 (Choesive Energy)

- Crystal Bonding 수많은 결합을 통해 이루어집니다. 먼저 기초적인 개념들부터 잡는 시간을 가지겠습니다. 

결합 에너지는 U로 표현하고 다음과 같은 수식을 가집니다.

'자유전자가 갖는 에너지 - Crystal Energy(결정질을 형성시키는 힘)' = 결합 에너지

 

보통 자유전자가 갖는 에너지가 크리스탈 에너지보다 큽니다. 그래야만 하거든요. 크리스탈 에너지가 더 크면 지금의 지구가 아니게 됩니다.

 

아무튼 안정된 고체상이 되기 위해서는 결합 에너지는 항상 양수여야 합니다. 이는 일반화학1을 배울 때, 그저 막연히 아~ 그렇구나. 하고 넘어갔을 겁니다. 

대충 자성체의 경우는 1~10eV의 결합 에너지 / 비활성 기체의 경우는 0.02~0.2eV의 결합 에너지 크기를 가집니다. 

 

▶ 이온화 에너지 (Ionization energy)

- 결합 에너지와 반대되는 개념입니다. 원자로부터 전자 하나를 떼어내는데 요구되는 에너지로 만약 전자를 분리시키려는 원자가 팔전자를 모두 가진 상태라면  떼어내는데 굉장히 큰 힘이 요구될 것입니다. 전자를 하나씩 떼어낼 때마다 n차 이온화 에너지라고 부르는데 예를 들어보겠습니다. Na은 1족 원소로 여기서 전자를 하나 떼면 Ne이 됩니다. Ne은 비활성기체로 높은 안정성을 가집니다. 따라서 Na에서 최외각 전자 1개를 떼어내는데는 그리 큰 힘이 들지 않습니다. 아무튼 이걸 1차 이온화 에너지라 합니다. 그러면 Mg의 경우는 최외각 전자 2개를 떼어내면 안정해지겠죠? 2차 이온화 에너지를 가하면 됩니다. 물론 크기를 비교하면 1차 < 2차겠죠.

 

▶ 공유결합 (Covalent Bonding)

- 공유결합은 팔전자규칙을 이해하고 있다면 쉽게 알 수 있습니다. 모든 원자들은 안정된 상태를 추구합니다. 그리고 우리가 잘 아는 20번까지의 원소들은 대체로 팔전자규칙(옥텟 규칙)을 잘 만족하고 있습니다. 8개의 전자를 얻어 안정성을 얻기 위해서 원자들끼리는 결합을 시도합니다. 그게 바로 공유결합이죠. 만약 최외각전자를 2개만 갖고 있는애는 6개의 최외각전자가 있어야 할것입니다. 그래야 총 8개로 안정해지거든요.  그럼 이 친구의 운명의 짝은 당연히 최외각전자가 2개 더 필요한 6개 전자를 가진 원자겠죠?

 

▶ 이온결합 (Ionic bonding)

- 이온결합은 현재 이온화된 원자들끼리 만나고자 하는 결합입니다. 대표적으로 NaCl이 있습니다. Na+와 Cl-로 이온화된 상태라면 이 둘은 1가 양이온과 1가 음이온이 만나 중성이 되면서 결합을 하게 됩니다. 근데 이렇게 중성을 띠고 있기 때문에 이온결합 물질은 다 절연체로써 쓰입니다. 

 

▶ 금속결합 (Metalic Bonding)

- 금속결합은 조금 애매합니다. 결합이라 하기엔 좀 애매한데 일단 정의는 이러합니다. 고체 내부에서 자유롭게 이동하는 전자가 있습니다. 이게 어떻게 결합을 일으키느냐? 할텐데요. 이는 나중에 따로 '쌍극자 모멘트'에 대한 이야기를 통해 풀어드릴 것입니다. 아무튼 고체 내에 전자가 자유롭게 돌아다니는 상태입니다.

 

▶ 반데르발스 결합 (Van der Waals Bonding)

- 이 결합은 런던힘이라고도 부르고, 분산력과 이온쌍극자결합, 무극성결합, 수소결합 등등 모든것을 포함하여 부릅니다.  

 

* 사실 이글을 어디에 쓸지 고민은 했는데 지금 제가 적은 내용들은 전부 일반화학1에서 충분히 커버가 되는 내용들입니다. 하지만 다음에 쓸 반데르발스 결합의 자세한 내용은  심화화학 포스팅에 적도록 하겠습니다.