(1)이온의 형성과 결합
이온 결합은 양이온과 음이온의 정전기적 인력으로 형성된 결합으로,양이온을 잘 형성하는 금속 원소와 음이온을 잘 형성하는 비금속 원소 사이에서 주로 이루어진다.이떄 양이온과 음이온 사이의 인력은 모든 방향으로 작용하므로 이온 결합 물질은 분자 단위로 존재하지 않는다.이온 결합 물질의 화학식은 이온 결합을 가장 간단한 정수비로 표현하며 양이온의 총 전하량과 음이온의 총 전하량이 같아 전기적으로 중성이다.예를 들어 마그네슘 이온과 염화 이온이 결합한 염화 마크네슘의 화학식을 만들어 보자이온 1개의 상대적 전하량은 마크네슘 이온은+2,염화 이온은-1이다.화합물이 전기적으로 중성이 되기 위해서는 전체 이온의 전하량 합이 0이 되어야 하므로 마그네슘 이온의 전하량을 상쇄하기 위해 염화 이온이 2배 더 필요하다.따라서 마그네슘 이온과 염화 이온은 1:2 의 개수비로 결합하여 염화 마크네슘을 이룬다.
(2)이온 결합의 세기
양전하와 음전하 사이에는 전기력에 의한 인력이 작용하므로 서로 가까워진다.하지만 이온의 표면은 모두 전자로 이루어져 있으므로 너무 가까운 거리에서는 서로 반발한다.가까원 거리에 있는 두 이온을 떼어내기 위해서는 인력의 반대 방향으로 힘을 주어야 하므로 에너지가 필요하다. 둥 이온을 완전히 떼어내어 서로 무한히 멀리 떨어뜨려 놓으면,두 이온 사이에는 아무런 인력도 작용하지 않고,이때 에너지는 0이된다. 따라서 가까운 거리에 있는 두 이온 사이의 에너지는 0보다 작아야 하므로 음수로 표현된다.반대로 가까운 거리에 있는 두 이온을 더 가까운 거리로 이동시키면 서로 반발력이 작용한다.이온의 안쪽 껍질에 있는 전자들끼리 서로 반발하기 떄문에 반발력은 거리에 따라 급격하게 강해진다.거리가 가까워질수록 이온 사으이 인력도 강해지지만,반발력은 더 많이 강해지기 때문에 이온들은 일정 거리 이상으로 가까워지지 않는다.이온 사으이 결합은 이 두 가지 효과에 의해 인력과 반발력의 크기가 같아지는 곳에서 만들어진다.인력과 반발력의 크기가 같아질 떄 전기력에 의한 위치 에너지가 최소가 되기 떄문이다.이떄 이온과 이온의 핵간 거리는 r로 일정하게 유지되고,이 값은 두 이온 반지름의 합과 같다.
(3)본-하버 순환
본-하버 순환은 상온에서 존재하는 금속과 비금속의 원소가 만나서 이온 결합 화합물이 되는 과정에서 나타나는 에너지 변화를 단계적으로 나타낸 것이다.
금속 나트륨과 염소 기체의 경우,상온에서 반응시키면 빛과 열을 방출하며 격렬하게 반응하여 염화 나트륨을 형성한다.이 과정에서의 에너지 변화는 당므과 같이 나나탤 수 있다.고체 상태의 나트륨은 나트륨 원자끼리 서로 결합되어 있으므로 염화 나트륨을 형성하기 위해서는 나트륨 원자들을 서로 떼어 놓아야 한다.이떄 필요한 에너지가 나트륨의 승화 에너지이다.기체 상태의 염소는 염소 분자상태로 존재하므로 이 결합 역시 끊어져야 한다.이때 필요한 에너지가 염소 분자의 결합 에너지이다.다음 과정은 나트륨 원자와 염소 원자가 서로 전자를 주고받아서 나트륨 이온과 염화 이온이 되는 것이다.이떄 나트륨은 이온화 에너지만큼 에너지를 흡수하고,염소는 전자 친화도만큼 에너지를 방출한다.마지막으로 기체 상태의 나트륨 이온과 기체 상태의 염화 이온 가가 1몰이 서로 결합하여 고체 상태의 염화 나트륨 1몰을 만들어내는 것이다.이렇게 이온 결합 물질을 형성할 떄 방출하는 에너지를 격자 에너지 라고 한다.
결합에너지가 양이온과 음이온의 1대1결합에서 방출되는 에너지라면 격자 에너지는 양이온과 음이온이 고체 결정을 만들 때 방출되는 에너지이다.이온 결합 물질에서 하나의 양이온은 여러 개의 음이온에 둘러싸이기 때문에 격자 에너지가 크지만 격자 에너지의 크기는 고체 상태에서 양이온과 음이온이 배열되는 방식에 따라 달라진다.
(4)이온 결합 물질의 성질
1.녹는점 : 이온 결합 물질의 녹는점은 일반적으로 높다.그래서 대부분의 이온 결합 물질은 상온에서 고체 상태로 존재한다.이것은 이온 결합ㅁ 물질을 녹이기 위해서는 이온 결합을 일부 끊어내야 하기 떄문이다. 이온 결합 물질의 녹는점은 격자 에너지가 클수록 높아진다.격자 에너지를 정확히 비교하기는 어렵지만 결합 에너지의 크기를 이용해서 간단히 비교할 수는 있다.전하에 의해 생기는 인력의 세기는 당므과 같은 쿨롱의 법칙으로 설명된다.이온 사이의 결합 에너지는 쿨롱의 힘에 비례한다.따라서 이온 결합의 세기는 이온의 전하량이 클수록,이온 사이의 핵간 거리가 가까울수록 커진다.KCL과 Nacl은 양이온의 전하량이+1로 같고,음이온의 전하량도-1로 같으므로 핵간 거리가 짧을수록 결합 에너지가 크다.이온의 반지름이 칼슘보다 나트륨이 작으므로 녹는점은 nacl이 더 높을 것이라고 예상할 수 있다.
2.용해성:이온 결합 물질은 일반적으로 물에 대한 용해도가 크다.고체 상태의 이온 결합물질은 녹는점이 수백~수천도 이상이 될 정도로 양이온과 음이온이 강하게 결합되어있다.그러나 물속에서는 상온에서도 양이온과 음이온이 쉽게 분리되어 용해된다.물은 산소가 부분적으로 음전하,수소가 부분적으로 양전하를 띠고 있다.물에 녹아 있는 이온은 물 분자에 둘러싸인다.이떄 물 분자는 이온과 반대 전하를 갖는 방향으로 배열하면서 이온과 강한 인력을 만들어낸다.양이온과 음이온을 떼어내는 데에는 큰 에너지가 필요하지만 수화됨으로써 이온이 안정화되는 에너지가 더 크기 때문에 수용액 중에서 고체 상태를 유지하려고 하기보다는 물에 녹으려고 한다.
3.전기 전도성:고체 상태의 이온 결정은 금속과는 달리 전기 전도성을 갖지 않는다.그 이유는 전류가 흐르기 위해서는 전하를 띤 입자가 이동해서 전하를 운반해 주어야 하는데 고체 상태의 이온들은 전화를 띠고 있기는 하지만 이동할 수 없기 때문에 전류가 흐르지 않는 것이다.그러나 이온 결정이 융용되어 액체 상태나 수용액 상태가 되면 이온들이 자유롭게 이동할 수 있게 되므로 전기 전도성을 갖는다.따라서 온도에 따른 이온 결합 물질의 전기 전도도는 녹는점을 기준으로 크게 달라진다.
4.쪼개짐과 부스러짐:대부분의 이온 결합 물질은 상온에서 고체 상태로 존재한다.강한 결합으로 연결되어 있으므로 단단하지만 외부에서 힘을 가하거나 충격을 주면 쉽게 부서진다.이것은 충격을 바당 이온의 상대적인 위치에 변화가 생기면 같은 전하끼리 강하게 반발하기 때문이다.
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