[ chemical bond ]
화학 결합(化學結合, chemical bond)은 분자 또는 원자들의 집합체에서 그 구성 원자들을 하나의 단위체로 간주할 수 있도록 하는 인력 혹은 결합을 말한다. 1) 화학 결합은 그 특성에 따라 공유 결합, 이온 결합, 금속 결합으로 나눈다. 모든 화학 결합은 원자핵과 전자들 사이의 전기적 인력에 바탕을 두며, 양자 역학적으로 전자의 오비탈을 이용하여 설명할 수 있다. 그러나 원자가 전자와 산화수를 고려하는 옥텟 규칙이나 전자쌍 반발 이론(VSEPR) 등을 활용하여 화학 결합과 분자 구조를 간단히 설명하기도 한다.
목차
화학 결합 종류
이온 결합은 염화 소듐(NaCl)과 같이 양이온과 음이온의 전기적인 결합을 가리키며, 공유 결합은 원자들 사이에 전자쌍을 공유하여 원자 사이의 인력과 반발력이 균형을 이루어 만들어지는 결합이다. 이들은 두 원자의 전기음성도(electronegativity) 차이를 통해 정성적으로 구별할 수 있으며, 보통 비금속 원소들 사이에서는 공유 결합, 금속과 비금속 사이에서는 이온 결합이 주로 만들어진다. 금속 결합은 자유 전자를 통해 금속 원자들이 결합하는 경우이다. 금속 원자 혹은 이온에 전자쌍을 제공하는 리간드와의 결합을 배위 결합이라고 부르는데, 배위 결합은 공유하는 전자쌍을 리간드에서 일방적으로 제공하는 공유 결합의 한 가지이다.
화학 결합보다 매우 약하지만 넓은 의미의 화학종 사이의 상호작용을 이차 결합 혹은 약한 결합이라고 부르기도 한다. 쌍극자-쌍극자 상호작용, 런던 분산력, 수소 결합 같은 상호 작용이 여기에 속한다.
화학 결합 이론
1913년 닐스 보어는 원자 모형과 화학 결합 모형을 제안하였다. 그의 화학 결합 모형에서는 이원자 분자의 전자들이 두 원자핵을 잇는 결합축에 수평한 면에서 회전하는 것이었다. 1927년 덴마크의 물리학자 오비드 버로우는 최초로 화학 결합에 대한 양자 역학적 해를 수학적으로 얻었다. 이때 연구된 화학 결합은 H2+ 의 결합으로 양자 역학적으로 슈뢰딩거 방정식을 이용하여 화학 결합을 설명하는 것이 올바른 접근 방식이지만, 수학적으로는 전자가 하나 이상 있는 계에 대한 해를 얻을 수 없다는 한계도 함께 보여주었다. 같은 때에 월터 하이틀러와 프리츠 런던은 보다 실질적이고 정성적인 접근 방식을 제안하였다. 하이틀러-런던 이론은 지금의 원자가 결합 이론(valence bond theory)의 기초가 되었다. 1929년 존 레나드 존스 경은 원자 오비탈을 선형 결합하여 분자 오비탈을 만드는 LCAO 근사 방식을 제안하였다. 그 후로 전자가 많은 원자로 이루어진 분자에 대해서도 분자 오비탈을 근사적으로, 정성적으로 이용하여 다룰 수 있게 되었다.
미국의 화학자 라이너스 폴링(Linus Pauling)은 화학 결합의 본질을 이해하고, 양자 역학을 이용하여 복잡한 분자의 화학 결합을 정성적으로 설명한 공로로 1954년 노벨 화학상을 받았다. 2)
최근에는 컴퓨터를 이용한 근사적 계산이 쉽게 가능해지면서 계산 양자 화학 분야가 활성화되었다. 원자가 전자 이론, 분자 오비탈 이론, 밀도 함수 이론 등을 이용한 화학 결합이나 분자 오비탈의 물리적, 화학적 성질을 정량적으로 계산하여 얻을 수 있다.
외부 링크
Linus Pauling, the Nature of the Chemical Bonding, Special Collections & Archives Research Center, The Valley Library, Oregon State University http://scarc.library.oregonstate.edu/coll/pauling/bond
참고문헌
[네이버 지식백과]화학 결합 [chemical bond] (화학백과)