이온결합과 공유결합은 왜 성질이 이렇게 다른가요?

Question

화학에서 이온결합 물질과 공유결합 물질을 배우는데, 소금 같은 이온결합 물질은 잘 부서지고 다이아몬드 같은 공유결합 물질은 단단하다고 해요. 왜 결합 방식에 따라 이렇게 물리적 성질이 다르게 나타나는 건지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

소금과 다이아몬드는 둘 다 투명하고 견고해 보이는 결정체지만, 망치로 내리치면 소금은 산산조각 나고 다이아몬드는 망치를 찌그러뜨릴 만큼 단단합니다. 이 차이는 원자들이 결합해 입체 구조를 만들었을 때, 외부 충격을 받으면 내부에서 무슨 일이 일어나는가에 있습니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.

이온결합 물질과 공유결합 물질의 강도 차이는 외부 충격 시 내부 구조에서 일어나는 변화 때문입니다. 소금 같은 이온결합 물질은 양이온과 음이온이 정전기적 인력으로 교차 배치되어 단단한 3차원 격자 구조를 이루고 있습니다. 외부에서 충격을 받으면 이온 층이 밀려나면서 같은 전하끼리 마주 보게 되고, 이 순간 발생하는 강력한 정전기적 반발력으로 인해 쉽게 부서집니다.

반면 다이아몬드 같은 공유 결정은 탄소 원자들이 전자를 공유하며 촘촘한 3차원 입체 그물망 구조를 이룹니다. 충격을 받아도 내부 반발력이 생기지 않으며, 변형을 일으키려면 원자 간의 매우 강력한 공유결합 자체를 끊어내야 하므로 매우 단단한 물리적 성질을 나타냅니다.

Answer 2

안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.

이온결합과 공유결합의 성질이 다른 이유는 결합을 형성하는 방식이 다르기 때문입니다.

이온결합은 두원자간에 전자를 주고 받으면서 결합을 하기에 양이온과 음이온의 정전기적인 인력이 작용을 하고

공유결합은 두원자가 서로 전자쌍을 공유해서 결합을 하는데 공유전자쌍과 원자핵 사이의 인력이 작용을 합니다.

단일 결합의 세기 자체는 공유결합이 이온결합 보다 강하지만 물질의 녹는점이나 단단함은 이온결합이 보통 더 강합니다.

하지만 소금과 같은 이온결합 물질이 더 잘 부숴지는 이유는 내부에 양이온 음이온이 규칙적으로 배열되어 있다보니 외부 충격을 가하면 내부에서 양이온 양이온간에 반발력이 발생하여 결합면 자체가 툭 떨어지는 현상이 있습니다.

다이아몬드와 같은 공유결합 물질은 3차원 형태로 전자쌍을 공유하고 있어 위부 충격이 강하지만 반면 흑연과 같은 공유결합은 구조가 2차원이라 쉽게 부숴지기도 합니다.

그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다:)