공유결합

covalent bond

1 개요

화학 결합의 일종.

주로 비금속끼리 결합하는 방식이다. 일반적으로 모든 원자는 가장 안정한 18족 기체의 전자구조로 변하려는 성질이 있다[1] 최외각전자 개수는 8개가 되기에는 부족할 때 원자가전자의 일부를 다른 원자와 공유를 한다. 결과적으로는 비활성 기체의 전자껍질을 따라가게 된다.[2]

무수히 많은 화합물이 공유 결합 형태이다. 그 예에는 탄화수소 및 탄소화합물, 가장 단단한 원자 결정인 다이아몬드 등이 있다.

2 특징

극성을 가지는 입자가 없어지는 방향으로 결합을 한다. 그래서 고체든 액체든 전기 전도성이 없는 경우가 대부분이다. 탄소원자로만 이루어진 동소체 중 일부는 다르다. 탄소원자는 원자가 전자가 4개이다. 풀러렌과 흑연, 그래핀 등은 구성하고있는 탄소가 주변의 탄소 3개와 연결되있다. 때문에 전자 한개가 남게 되고, 이 전자가 금속결합에서의 자유전자와 같은 역할을 하게 된다. 실리센 역시 극성인 공유결합 물질일 수 도 있다.[3]
공유결합한 물질간 전기음성도 차이가 크면 전하가 한쪽으로 쏠려 극성을 갖게 된다. 이런 경우로는 물이 있다. 산소의 전기 음성도가 수소보다 크기 때문에 산소쪽이 -전하를 띄고, 반대쪽이 +전하를 띈다.

이온 결합과 달리 녹는점과 끓는점이 낮은 경우 역시 많다. 공유결합은 원자간의 결합이지, 분자간의 결합을 뜻하는 것이 아니기 때문이다. 이온결합의 경우, 극성을 가진 원자들 덕분에 고분자와 같은 형태로 나타난다.

3 결정형

결정형은 분자 결정과 원자 결정 2가지가 있다.

분자 결정은 모든 연결에서 분자의 모양을 그대로 유지한다. 분자들끼리 규칙적으로 배열되어 결정을 이루고 있기 때문이다. 위에서 말했듯이 . 그래서 조금만 힘을 가하여도 부서지고 녹는점과 끓는점이 매우 낮다.

원자 결정은, 인접한 원자들끼리 계속 결합을 이뤄 그물처럼 결합되어있는 형태이다. 분자결정과는 달리 결합력이 매우 강하다.

4 종류

공유하는 전자 쌍의 개수에 따라 단일결합, 이중결합, 삼중결합로 나눌 수 있다. 단일결합은 한 쌍, 이중결합은 두 쌍, 삼중결합은 세 쌍의 전자 쌍을 공유한다.

단일결합은 회전할 수 있으나 이중결합과 삼중결합은 회전할 수 없다.[4]

공유하는 전자 쌍이 늘어날수록 해당 결합 길이는 짧아진다. 더불어 전자쌍의 숫자가 늘어날수록 분자는 불안정 해진다. 사중결합이 이론적으로 존재할 수도 있으나 현실적으로 없는 이유는 매우 불안정하기 때문이다. 삼중결합이 이중결합보다, 이중결합이 단일결합보다 반응성이 좋은 이유는 이러한 불안정성과 관련이 있다. 주로 전이 금속의 결합에서 존재한다. 예를 들어 크로뮴(II) 아세테이트는 두개의 크로뮴 원자 사이에 사중결합이 존재한다.
  1. ↑ 이를 옥텟규칙이라고도 한다.
  2. ↑ 이 설명은 쉬운 버전으로, d 오비탈이나 양자역학을 고려해주면 위의 설명은 맞지 않는다.
  3. ↑ 자세한 내용은 해당 항목참고.
  4. ↑ 그 이유는 혼성 오비탈의 파이 결합과 관련이 있다.