일반 화학 : 화학결합의 종류 - 공유결합

 원자의 공유결합

공유 결합은 한 원소에 대한 전자의 소유권이 다른 원소로 이전되는 이온 결합과는 다르게 전자를 공유할 때 발생하는 원자들의 결합방식입니다.

이온 결합에 대한 글

 

2021.09.30 - [투자 아이디어] - 일반 화학 : 화학결합의 종류 - 이온결합

 

 이러한 공유결합 형태는 주로 비금속 사이에서 일어나는데 이러한 이유는 비금속의 특성상, 전자를 빼앗으려고만 하는 특성에 기인합니다. 즉, 비금속 원소는 원자가 전자를 끌어당기는 능력인 '전기음성도'의 차이가 크지 않기 때문에 한쪽이 완전히 전자를 빼앗지 못하고 전자를 서로 공유함으로써 화학적으로 안정을 이루는 결합 형태라 볼 수 있습니다.

 

 

 

공유결합의 종류

 공유결합의 종류는 1. 공유하는 전자쌍의 개수에 따라 2. 결합하는 원소의 동일성 여부에 따라 구분할 수 있는데요.
 공유하는 전자쌍의 개수에 따라, 결합으로 공유하는 전자쌍이 1개이면 단일 결합, 2개면 이중 결합, 3개면 삼중 결합이라고 합니다. 참고로 공유하는 전자쌍이 많을수록 원자 간 결합 세기가 강하며 공유 결합을 이루고 있는 두 원자핵의 간격인 결합 길이도 짧아집니다.

공유되는 전자쌍의 개수에 의한 공유결합 형태

 

 

 또한 같은 원자 2개가 공유 결합을 이루게 되면 이를 동핵 이원자 분자라고 일컫는데  이 경우 같은 원자 사이에는 전기 음성도와 원자핵 간의 반발력이 동일하기 때문에 전자가 어느 쪽으로도 쏠리지 않습니다. 이러한 공유결합 형태를 '무극성 공유결합'이라고 합니다.

 

 하지만 이와는 다르게 다른 원자들끼리 공유결합을 형성하면 상대적으로 양성자의 숫자가 큰 원자가 공유 전자쌍을 끌어당겨 전자의 쏠림현상이 발생하게 되는데요. 이렇게 전자의 쏠림이 발생하여 분자 모양이 한쪽으로 쏠려있는 공유결합 형태를 '극성 공유결합'이라고 부릅니다.

 

 

 

 

공유결합물의 형성

 공유결합물도 이온 결합물과 마찬가지로 원자들이 서로 옥텟 규칙에 의해 안정해지고 싶기 때문에 만들어지게 됩니다.
 대표적인 비금속 원소인 수소를 예를 들어 보고자 합니다.

 

무극성 공유결합 

 

 수소의 경우 1족 원소로 최외각 전자 수가 1개로 옥텟 규칙에 의하여 전자 1개를 끌어당겨오려는 성향이 강합니다.
 만약 바로 옆에 또 다른 수소 원자가 있다고 가정하면, 두 개의 수소 원자는 서로가 각각 1개의 전자를 가져오려고 하기 때문에 서로 접근하게 됩니다. 그리고 원자들이 가까워지게 되면 각 수소원자의 원자핵이 다른 원자의 전자를 더욱더 강하게 끌어당기려 하지만 원자핵과 원자핵 사이와 전자와 전자 사이간 반발력이 점차 세지게 됩니다.

 그리고 마침내 이 두 원자들이 더욱 가까워져 서로의 영역에 스며들어 반발력의 힘이 인력과 균형을 이루게 되면, 한 쌍의 전자가 두 해에 의해 서로 끌려 공유 결합이 형성되게 됩니다. 이때 같은 수소 원자끼리 1개의 전자쌍을 공유결합을 하였기 때문에 단일 결합이면서도 전자의 위치는 어느 쪽에도 쏠리지 않는 '무극성 공유결합'상태를 띄게 됩니다.

 

동일한 원소간의 공유결합형태인 무극성 공유결합 수소분자(H2) 예시

 

 

 

극성 공유결합

 이번에는 바꿔서 다시 수소 원자들이 있고, 이번에는 옆에 산소 원자가 놓여있습니다. 
산소 원자는 최외각의 전자 개수가 6개이므로 옥텟 규칙에 따라 2개의 전자를 끌어와 8개로 안정화되고 싶어 합니다. 
이때 산소 원자는 양전하를 띤 양성자의 개수가 8개로 수소의 1개보다 많기 때문에 상대적으로 인력이 강해서 앞에서의 수소-수소원자 간 전자를 공유하려 하기보다, 2개의 수소 원자들이 가진 각각의 1개의 전자를 끌어오려 합니다.

 이때 공유되는 전자쌍이 2개이므로 이중 공유결합 형태를 띠게 되는데 이때 산소 원자가 가진 전자를 끌어당기는 인력이 수소 원자가 가진 인력보다 강하기 때문에, 공유된 전자쌍의 위치가 산소 원자핵에 치우치는 쏠림현상이 발생하여 원자들이 각각 부분적으로 음전하와 양전하를 띠게 되는 '극성 공유결합'상태를 띄게 됩니다.

이 원소간의 공유결합 형태로 공유 전자쌍의 쏠린 형태의 극성 공유 결합 물(H2O) 예시

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