공유 결합과 공유 결합 물질

핵심 정리

공유 결합은 원자들이 전자를 내놓아 만든 전자쌍을 함께 나누어 가짐으로써 이루어지는 결합이다. 두 원자가 전자를 공유하면 각 원자는 가까운 비활성 기체의 전자 배치를 얻어 안정해진다. 단일 결합은 전자 한 쌍의 공유에 해당하고, 이중 결합과 삼중 결합은 공유 전자쌍이 각각 두 쌍, 세 쌍이다.

공유 결합은 비금속 원소 사이에서 일어난다. 비금속 원자끼리 공유 전자쌍을 이루어 만든 물질이 공유 결합 물질이다. 이런 물질을 구성하는 입자는 대체로 분자이다.

공유 결합은 전하가 분리되지 않거나 적게 분리되는 방식으로 나뉜다. 같은 원소 원자끼리 이루는 결합은 무극성 공유 결합이다. 전기 음성도 차이가 작은 무극성 공유 결합은 대개 0에서 0.3 사이이다. 전기 음성도 차이가 적당한 두 원자 사이에서는 극성 공유 결합이 생기며, 이때 전자쌍이 한쪽 원자 쪽으로 치우친다.

공유 결합 물질의 물리적 성질은 결합의 성격에서 나온다. 분자로 이루어진 공유 결합 물질은 분자 사이 인력이 약하므로 상온에서 기체나 낮은 녹는점을 가지는 경우가 많다. CO₂는 기체 상태로 존재하며 녹는점이 낮다. 반면 다이아몬드처럼 원자가 공유 결합으로 그물처럼 이어진 공유 결합 결정은 결합이 강해 녹는점이 높고 잘 부스러지지 않는다.

자세히

공유 결합이 형성되는 과정은 다음 순서로 볼 수 있다. 첫째, 결합에 참여하는 원자들이 각자 원자가 전자를 내놓는다. 둘째, 이 전자들이 두 원자 사이에서 쌍을 이룬다. 셋째, 쌍을 이룬 전자쌍을 두 원자가 함께 나누어 가진다. 이 과정에서 두 원자 사이의 전자 밀도가 증가하고, 원자핵과 전자쌍 사이의 인력이 원자 사이의 척력과 균형을 이루어 분자가 안정화된다.

예를 들어 수소 분자는 두 수소 원자가 각자 전자 하나씩을 내놓아 한 쌍을 만들고, 이 쌍을 나누어 가짐으로써 형성된다. 이때 각 수소 원자는 헬륨과 같은 전자 배치를 가진다. 물 분자에서도 수소 원자와 산소 원자가 전자쌍을 공유하여 H와 O 사이에 공유 결합이 생기며, 공유 전자쌍이 관여한다. 물 분자의 산소 원자에는 공유에 참여하지 않는 비공유 전자쌍이 남아 있는데, 이 비공유 전자쌍이 공유 전자쌍을 강하게 밀어내 물 분자가 굽은형 구조를 가진다.

결합의 종류는 공유 전자쌍의 수로 구분한다. 두 원자가 전자쌍을 한 쌍 공유하면 단일 결합, 두 쌍이면 이중 결합, 세 쌍이면 삼중 결합이다. 이중 결합은 시그마 결합 하나와 파이 결합 하나로 이루어지고, 삼중 결합은 시그마 결합 하나와 파이 결합 두 개로 이루어진다. 질소 분자 N₂가 삼중 결합의 예이다. 탄화수소는 결합 형태에 따라 분류되는데, 이중 결합이나 삼중 결합을 가진 탄화수소는 불포화 탄화수소이다.