최근 수정 시각 : 2025-01-18 06:27:01

이온 결합

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물리화학
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1. 개요2. 상세3. 이온 화합물 특징4. 이온 화합물 명명법5. 이온 화합물 예시6. 기타

1. 개요

Ionic bond

양이온과 음이온 사이의 정전기적 인력에 의해 작용하는 화학 결합. 이온 결합으로 형성된 화합물을 이온 화합물이라고 한다.

2. 상세

가장 간단한 경우는 금속 양이온과 비금속 음이온 사이에서 형성되는 이온 결합이다. 전형 원소 중, 알칼리 금속과 알칼리 토금속 같은 금속 원소는 원자가 전자 수가 적어 이온화 에너지가 적기 때문에 전자를 잃어버리기 쉽다. 그리고 15~17족의 비금속 원소들은 원자가 전자에 전자가 부족해 이온화 에너지가 커 전자를 얻고 음이온이 되기 쉽다. 이렇게 금속 양이온과 비금속 음이온이 서로 정전기적 인력으로 결합하여 이온 결합이 형성된다. 대표적인 예시로 소금(NaCl)이 있다. 전자를 잃은 금속 양이온 Na+와 전자를 얻은 비금속 Cl- 사이의 정전기적 인력에 의해 이온 결합이 형성된다.

비금속 양이온이 참여하는 이온 결합도 존재한다. 예를 들어서, 염화 암모늄(NH4Cl)은 비금속 양이온인 암모늄 이온(NH4+)과 비금속 음이온인 염화 이온(Cl-)의 이온 결합을 통해 형성된다. 이때 암모늄 이온과 같이 둘 이상의 원자가 결합하여 하나의 이온으로 작용하는 이온을 다원자 이온(polyatomic ion) 또는 분자 이온(molecular ion)이라고 한다.

이온 결합에 참여하는 이온들은 옥텟 규칙을 따르려는 경향이 있다. 즉, 이온들이 비활성 기체와 동일한 전자 배치를 가지려 한다. 예를 들어서, 마그네슘 원자가 전자 2개를 잃은 양이온 Mg2+와, 산소 원자가 전자 2개를 얻은 음이온 O2-는 비활성 기체인 네온과 전자 배치가 같다.

이온 화합물은 결정의 원자 수가 너무 많고, 분자식으로 표현하기 힘든 구조를 지니기 때문에, 보통 개수비만 표현하는 실험식이나 때로는 구조식으로 나타낸다.

3. 이온 화합물 특징

  • 결정 구조
    강한 정전기적 인력에 의해 주로 결정 구조를 이룬다. 결정 상태의 이온은 정지되어 있기 때문에 전류가 잘 안 흐르지만, 용융되어 액체가 되거나 용해되어 수용액일 때는 이온이 자유롭게 이동하여 전류가 잘 흐른다. 참고로 전도체 상태가 된 이온 결합의 용액을 전해질이라고 한다.
  • 높은 녹는점과 끓는점
    정전기적 인력으로 강하게 결합되어 있기 때문에 웬만해선 녹는점과 끓는점이 꽤 높다. 주변에서 가장 흔하게 볼 수 있는 이온 결합 화합물인 소금의 녹는점은 800도, 끓는점은 1,465도에 달한다. 다만 비금속 양이온과 결합한 경우는 이온성 액체인 경우도 있다.
  • 깨지기 쉬움
    이온 결합의 특성상 공유하는 전자가 전혀 없기 때문에 공유 결합이나 금속 결합에 비해서 충격에 가장 약하다. 강철에 비해 녹슨 철이 얼마나 잘 바스러지는지 보면 알 수 있다.
  • 물에 잘 용해됨
    물에 녹이면 상온에서도 쉽게 분리된다. 이 상태에서 또 다른 이온 화합을 물에 녹이면 다른 짝을 맺기도 한다. 예를 들어서 질산은(AgNO3)을 소금물에 녹이면, 은 양이온(Ag+)와 염소 은이온(Cl-)이 서로 결합해서, 흰 앙금(염화은, AgCl)이 생긴다.

4. 이온 화합물 명명법

'정보통신기술용어해설 - 이온 화합물 명명법' 내용 가져옴

[ 단원자 이온 ]
* 주족 금속: 양이온 이름은, 금속명과 같고, 금속 원소명 뒤에 '이온'을 붙임
  • Na+: 소듐 이온 (sodium ion)
  • Mg2+: 마그네슘 이온 (magnesium ion)
  • Al3+: 알루미늄 이온 (aluminium ion)
  • 전이 금속: 양이온 이름은, 금속명과 같고, 금속 원소명 뒤에 '이온'을 붙임
  • 단, 여러 종류의 양이온을 형성하는 경우에, 이름 뒤 괄호 안에 양 전하수(산화수)를 로마숫자로 표기함
  • Zn2+: 아연 이온 (zinc ion)
  • Fe2+: 철(Ⅱ) 이온, Fe3+ : 철(Ⅲ) 이온
  • Cu+: 구리(Ⅰ) 이온, Cu2+ : 구리(Ⅱ) 이온
  • Sn2+: 주석(Ⅱ) 이온, Sn4+ : 주석(Ⅳ) 이온

[ 단원자 이온의 이온 화합물 ]
* 단원자로된 양이온,음이온이 모여, 1 종류의 이온화합물을 형성하는 경우 (주족 원소 대부분)
  • 화학식 및 영어로는, 양이온 다음에 음이온을 붙여서 표기
  • 우리말은 그 반대로, 음이온 다음에 양이온을 붙여서 표기
  • NaCl: Na(Sodium) Cl(Chlorine) → Sodium Chloride, 염화 나트륨/염화 소듐
  • KBr: K(Potassium) Br(Bromine) → Potassium Bromide, 브로민화 포타슘
  • CaBr2: Ca(Calsium) Br(Bromine) → Calsium Bromide, 브로민화 칼슘
  • 2 이상 종류의 전하를 갖고, 이온화합물을 형성하는 경우 (전이 원소 대부분)
  • 이름 뒤 괄호 안에 로마 숫자로 양 전하 수를 표시
  • Fe2S3 → Iron(Ⅲ) sulfide, 황화 철(Ⅲ)
  • Fe2O3 → Iron(Ⅲ) Oxide, 산화 철(Ⅲ)

[ 다원자 이온의 이온 화합물 ]
* 여러 원자들이 모여 음이온을 갖는 경우
  • 다원자 이온 (-1가)
    • NO3 (질산) → NO3- (질산 이온)
    • CH3COO (아세트산) → 아세테이트(acetate; CH3COO-) (아세트산 이온)
    • OH- (수산화 이온)
    • NO3- (질산 이온)
    • HCO3- (탄산수소 이온)
  • 다원자 이온 (-2가)
    • CrO42- (크롬산)
    • SO42- (황산 이온)
    • CO32- (탄산 이온)
  • 여러 원자들이 모여 양이온을 갖는 경우
  • 다원자 이온 (+1가)
    • NH4+ (암모늄 이온)
  • 산소산 음이온
  • 산소산 이온이 2개까지 있는 분자 이온
    • 산소 원자의 수가 많은 산소산 음이온: -ate(산)이라는 접미사 붙임
    • 산소 원자의 수가 적은 산소산 음이온: -ite(아-산)이라는 접미사 붙임
    • NO3-: nitrate ion (질산 이온)
    • NO2-: nitrite ion (아질산 이온)
    • SO42-: sulfate ion (황산 이온)
    • SO32-: sulfite ion (아황산 이온)
  • 산소산 이온이 4개까지 있는 분자 이온 (중심 원자가, Cl,Br,I 3종류 뿐임)
    • ClO4-: perchlorate (과 염소산 이온) (산소 원자가 가장 많음) (per-,과-)
    • ClO3-: chlorate (염소산 이온)
    • ClO2-: chlorite (아염소산 이온)
    • ClO-: hypochlorite (하이포 염소산 이온) (산소 원자가 가장 적음) (hypo-,하이포-)
  • 수소 포함 산소산 음이온
    • PO43-: phosphate (인산 이온)
    • H2PO43-: dihydrogen phosphate (인산 이수소 이온)

5. 이온 화합물 예시

6. 기타

음과 양이 만나서 물질을 이룬다는 음양설과 닮은 바가 있다. 그래서 그런지 음양론 비슷한 철학을 가지고 있던 영국의 코울리지는 이온결합이 자신의 철학을 지지하는 증거인 것으로 믿었다.[1] 그래서 공대개그에서 연애를 이온결합이라고 부르기도 한다. (...)

금속 결합과 이온 결합의 중간적인 성격을 띠는 결합 상태인 진틀상이 존재한다.

[1] Levere, Trevor H. "Coleridge, Chemistry, and the Philosophy of Nature." Studies in Romanticism (1977): 349-379.

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