이온 결합

Ionic Bond

이온 결합은 금속이 전자를 잃고 비금속이 전자를 얻어 만든 양이온과 음이온이 정전기적 인력으로 붙는 결합이에요. 쿨롱 법칙에 따르면 거리가 가까울수록 인력이 강해지고, 격자 에너지는 이온 전하가 크고 반지름이 작을수록 커요. 이온 결정은 양이온과 음이온이 규칙적으로 배열되며, 고체에서는 부도체이지만 용융·수용액에서는 전기가 통해요. 이온 간 거리를 바꾸면 쿨롱 인력 변화가 보이고, NaCl 결정 격자 구조도 살펴볼 수 있어요.

이온 결합은 어떻게 생기나?

이온 간 거리3

💡 비유: 자석의 N극과 S극

①Na(금속)는 전자 1개를 잃어 Na⁺ 양이온

②Cl(비금속)은 전자 1개를 얻어 Cl⁻ 음이온

③양이온과 음이온이 정전기적 인력으로 결합

④거리가 가까울수록 인력이 강해진다 (1/r²)

⑤Na⁺는 Na보다 작고, Cl⁻는 Cl보다 크다

쿨롱 법칙과 격자 에너지

쿨롱 법칙

F = kq₁ q₂r²

q: 이온의 전하, r: 이온 간 거리, k: 쿨롱 상수

격자 에너지

U ∝ |q₁||q₂| / r

이온 결합 세기의 척도: 클수록 강한 결합

🔍 격자 에너지와 물리적 성질

①이온 전하가 클수록 격자 에너지↑ (MgO > NaCl)

②이온 반지름이 작을수록 격자 에너지↑

③격자 에너지↑ → 녹는점↑, 끓는점↑

④이온 결합 물질 = 높은 녹는점 + 결정 구조

이온 결정의 구조

💡 이온 결합 물질의 특성

①결정 구조: 양이온과 음이온이 규칙적으로 배열

②높은 녹는점·끓는점 (NaCl: 801℃)

③고체 상태에서 전기 부도체

④용융 또는 수용액 상태에서 전기 전도 (이온이 자유로이 이동)

⑤쉽게 부서짐 (같은 전하 층이 만나면 반발)

직접 풀어보기

예제 1

나트륨 이온(Na⁺)과 산화 이온(O²⁻)으로 이루어진 이온 결합 화합물의 화학식을 구하시오.

각 이온의 전하를 확인한다.

Na⁺ 전하 +1, O²⁻ 전하 −2

전하 합이 0이 되도록 이온 수의 비를 맞춘다.

전하 합 0 → Na : O = 2 : 1 → Na₂O

▸ Na₂O

+1 이온 2개와 −2 이온 1개가 만나면 총 전하가 0이 되어 안정한 화합물이 된다.

예제 2

마그네슘(Mg)과 염소(Cl)가 이온 결합할 때 생성되는 화합물의 화학식과 각 이온을 구하시오.

각 원소가 만드는 이온을 구한다.

Mg → Mg²⁺ + 2e⁻, Cl + e⁻ → Cl⁻

전하 균형을 맞춰 화학식을 결정한다.

전하 균형 (+2)+2(−1)=0 → MgCl₂

▸ MgCl₂ (Mg²⁺, Cl⁻)

+2 이온 1개의 전하를 −1 이온 2개가 상쇄하므로 Cl이 2개 필요하다.

총정리

이온 결합 형성 조건

금속 + 비금속 → 양이온 + 음이온 → 이온 결합

전기 음성도 차이가 큰 원소 사이에 형성

2022 평가원 모평 화학Ⅰ 유형 변형

알루미늄 이온(Al³⁺)과 산화 이온(O²⁻)으로 이루어진 이온 결합 화합물의 화학식은?

①AlO

②Al₂O₃

③Al₃O₂

④AlO₂

⑤Al₂O

▸ ② Al₂O₃

전하 균형 (+3)×a + (−2)×b = 0을 만족하는 최소 정수비 a : b를 찾는다.

최소공배수 6을 이용하면 a=2, b=3이 된다.

(+3)×2 + (−2)×3 = 0 → Al₂O₃

🎯 시험 포인트

①이온 결합 = 금속 + 비금속 (전기음성도 차 큼)

②Na⁺는 Na보다 작고, Cl⁻는 Cl보다 크다

③격자 에너지 ∝ 전하 곱 / 이온 간 거리

④이온 결합 물질: 고체에서 부도체, 용액/용융에서 도체

⑤화학식은 양이온을 먼저 쓴다 (NaCl, MgO)