다음 중 분자간에 수소결합을 이루지 않는 것은?
- HF
- CH3F
- CH3COOH
- NH3
정답과 해설 보기
정답 ② · 수소결합은 N, O, F에 직접 결합된 H가 다른 분자의 N, O, F와 강하게 상호작용하는 것이다. HF, CH3COOH, NH3는 각각 F-H, O-H, N-H 결합을 가져 수소결합이 가능하다.
수소결합은 전기음성도가 큰 N, O, F 원자에 직접 결합한 수소 원자만 형성한다.
개념 한 쪽
화학분석기능사 이온결합, 금속결합 — 결합 유형과 물리적 성질
원소의 전자 배치와 전기음성도 차이에 따라 화학결합의 성격이 달라진다. 금속과 비금속의 결합은 전자 이동으로 이온결합을 만들고, 금속 원자끼리는 전자가 자유롭게 흐르는 금속결합을 형성한다. 결합 유형은 용해성, 녹는점·끓는점, 전기전도성 같은 물리적 성질과 직결된다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「이온결합, 금속결합」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 분자간 수소결합 판별 | 1 | 분자 구조에서 H가 N,O,F에 직접 결합했는지로 수소결합 가능 여부를 가리기 |
| 유기화합물 성질 판정 | 1 | 유기물의 결합 유형과 녹는점·끓는점 관련 설명의 옳고그름을 판단하기 |
| 불포화도 계산 및 해석 | 1 | 분자식으로부터 불포화도를 계산하고 2중결합 개수를 결정하기 |
뜻
이온결합은 금속 원자가 전자를 잃어 양이온이 되고, 비금속 원자가 전자를 얻어 음이온이 되어 정전기적 인력으로 결합하는 형태이다. 알칼리금속과 할로겐족 원소가 만나면 전자의 이동이 일어나 이온결합을 형성하는 것이 대표적이다. 이온결합 물질은 극성 용매인 물에 대해 잘 녹고, 고체 결정 상태에서는 이온이 고정되어 전기가 통하지 않지만 용융하거나 용해되면 전도성을 띤다.
금속결합은 금속 원자들이 자유전자 해를 공유하며 전자가 금속 격자 전체를 이동할 수 있는 결합이다. 이 때문에 금속은 연성·전성·광택과 같은 특성을 가지며 고체 상태에서도 전기전도성이 높다. 금속결합과 이온결합을 구별할 때는 결합 당사자의 금속성 여부와 전자 이동 또는 전자 해의 유무를 확인한다.
공유결합과 배위결합과의 구별도 중요하다. 공유결합은 원자들이 전자를 서로 제공하여 결합하는 반면, 배위결합은 한쪽 원자가 비공유전자쌍을 제공해 결합을 형성한다. 예를 들어 암모니아가 H+를 받아들여 암모늄이온을 형성할 때 질소의 비공유전자쌍이 제공되어 배위결합 요소가 생긴다.
결합 유형과 결합 차수는 물질의 화학적·물리적 성질과도 연결된다. 탄소-탄소 결합의 경우 단일·이중·삼중결합의 차수 증가에 따라 결합 길이는 짧아지고 결합 에너지는 증가한다. 이러한 원리를 바탕으로 분자의 안정성이나 반응성을 판단한다.
예제
1) 이온결합 판단 예시 알칼리금속과 할로겐이 결합한 화합물을 만났을 때는 금속+비금속 조합으로 전자 이동이 발생해 이온결합을 형성한다고 판단한다. 예컨대 K와 Cl이 결합하면 KCl은 전형적인 이온결합 물질로 분류한다.
2) 불포화도 계산 예시 (대표 계산) 주어진 탄화수소 분자식이 C18H30일 때 포화 상태 알칸 분자식은 C18H38이다. 포화 대비 부족한 수소는 38−30=8개이고, 불포화도는 부족한 수소를 2로 나눈 값이므로 8/2=4이다. 문제에서 3중결합이 없다고 했으므로 이 불포화도 4는 2중결합 4개로 구성된 것으로 본다.
3) 결합 차수와 결합 에너지 예시 탄소-탄소 결합에서 결합 차수가 증가하면 결합 에너지가 커진다. 일반적으로 단일결합 < 이중결합 < 삼중결합 순으로 결합 에너지가 증가하며, 자료에 따라 C-C 약 83 kcal/mol, C=C 약 146 kcal/mol, C≡C 약 200 kcal/mol 수준으로 삼중결합이 가장 강하다.
대표 기출 3문항
탄소 화합물의(유기물)특성을 설명한 것이다. 틀린 것은?
- 유기용매에 녹는 것이 많다.
- 공유결합을 하며 녹는점이 매우 높다.
- 유기물은 연소하여 CO2와 H2O 이 생성된다.
- 구성원소는 대부분 C, H, O로 되어 있으며 약간의 N, P, S 등의 원소로 구성되어 있다.
정답과 해설 보기
정답 ② · 유기화합물은 대부분 공유결합으로 이루어져 분자간 힘이 약해 녹는점과 끓는점이 낮은 편이다. '녹는점이 매우 높다'는 설명이 틀린 것이다.
유기화합물은 공유결합을 하지만 분자간 인력이 약해 녹는점과 끓는점이 일반적으로 낮다.
분자식이 C18H30인 탄화수소 1분자속에는 2중 결합이 몇개 존재할 수 있는가? (단, 3중 결합은 없음.)
- 2
- 3
- 4
- 5
정답과 해설 보기
정답 ③ · 탄소수 18인 사슬형 포화 탄화수소는 C18H38(CnH2n+2)이다. 실제 분자식 C18H30은 수소가 8개 부족하므로 불포화도(결합 하나당 H 2개 감소)는 8÷2=4이다.
불포화도는 (포화H-실제H)/2로 계산하며, 3중결합이 없으면 이 값이 곧 2중 결합 개수와 같다.
자주 묻는 물음
- 이온결합 물질은 어떤 용매에 잘 녹는가?
- 이온결합 물질은 극성 용매인 물에 대해 잘 녹는다. 물과 같은 극성 용매에서는 이온들이 수화되어 분리되기 때문에 용해도가 높아진다.
- 결정 상태의 이온결합 물질은 전기를 통하나?
- 결정 상태에서는 이온들이 고정된 격자 위치에 있어 자유롭게 이동하지 못하므로 전기전도성이 없지만, 용융시키거나 물에 녹이면 이온이 이동할 수 있어 전도성을 띤다.
- 금속결합과 이온결합의 물리적 차이는 무엇인가?
- 금속결합은 자유전자 해로 인해 연성·전성·광택과 높은 전기전도성을 보이는 반면, 이온결합 물질은 고체 상태에서 단단하고 녹는점이 높으며 고체일 때는 전기전도성이 없다.
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