고등학교 1~2학년 (15-17세)

이온 결합

Ionic Bond

나트륨처럼 전자를 잘 내놓는 금속과 염소처럼 전자를 잘 받는 비금속이 만나면, 전자가 한쪽으로 넘어가 양이온과 음이온이 생겨요. 부호가 반대인 두 이온은 정전기적 인력으로 서로 끌어당기고, 이 인력으로 이어진 결합이 이온 결합이에요. 인력은 거리의 제곱에 반비례해 이온이 가까울수록 급격히 세지고, 이온의 전하가 크고 크기가 작을수록 결합이 단단해져 녹는점이 높아져요. 그림 위쪽에서는 전자가 옮겨 가며 두 원자의 크기가 바뀌는 모습을, 아래쪽에서는 거리를 늘릴 때 인력이 얼마나 빨리 약해지는지를 볼 수 있어요.

전자 하나가 넘어가면

이온 중심 사이 거리 r3 r₀

💡 그림 두 줄 읽기

①Na 는 가장 바깥 3s 전자 1개를 내주고 Na⁺ 가 된다. 바깥 껍질 하나가 통째로 비면서 반지름이 186 pm 에서 102 pm 으로 줄어든다

②Cl 은 그 전자를 받아 Cl⁻ 가 된다. 핵의 전하는 그대로인데 전자가 늘어 서로 밀어내므로 반지름이 99 pm 에서 181 pm 으로 커진다

③결정 속에서 두 이온이 맞닿은 거리 r₀ 는 두 반지름의 합인 약 283 pm 이다. 더 다가오면 전자 구름끼리 밀어내는 힘이 급히 커져 이 거리에서 멈춘다

④거리를 2배로 벌리면 인력은 1/4, 3배면 1/9 로 줄어든다. 화살표가 금세 짧아지는 것은 인력이 거리의 제곱에 반비례하기 때문이다

쿨롱 법칙과 격자 에너지

쿨롱 법칙

F = kq₁ q₂r²

q₁, q₂: 두 이온의 전하, r: 이온 중심 사이 거리, k: 쿨롱 상수

격자 에너지

U ∝ |q₁||q₂| / r

이온 결정 1 mol 을 기체 이온으로 떼어 내는 데 드는 에너지. 클수록 결합이 단단하다

🔍 전하와 크기가 녹는점을 가른다

①전하가 클수록 격자 에너지가 크다. Mg²⁺ 와 O²⁻ 는 전하의 곱이 Na⁺ 와 Cl⁻ 의 4배인 데다 거리도 더 가까워, MgO 의 격자 에너지(약 3800 kJ/mol)가 NaCl(약 790 kJ/mol)보다 훨씬 크다

②전하가 같으면 이온이 작을수록 중심 사이가 가까워 격자 에너지가 크다. 그래서 NaF 가 NaCl 보다 녹는점이 높다

③격자 에너지가 클수록 이온을 떼어 놓기 어려워 녹는점이 높다. NaCl 은 801 ℃, MgO 는 약 2800 ℃ 에서 녹는다

NaCl 결정의 짜임

💡 이온 결정의 성질

①Na⁺ 와 Cl⁻ 가 가로세로로 번갈아 놓여, 어느 이온이든 바로 옆에는 반대 전하의 이온만 있다. 입체로 보면 이온 하나를 반대 이온 6개가 둘러싼다

②NaCl 이라는 화학식은 분자 하나를 가리키지 않고, Na⁺ 와 Cl⁻ 의 개수비가 1 : 1 이라는 뜻이다

③고체에서는 이온이 제자리에 묶여 있어 전기가 통하지 않지만, 녹이거나 물에 녹이면 이온이 움직일 수 있어 전기가 통한다

④힘을 받아 층이 한 칸 밀리면 같은 전하끼리 마주 보며 서로 밀어내므로, 이온 결정은 잘 쪼개진다

직접 풀어보기

예제 1

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

두 이온의 전하를 확인한다.

Na⁺ : +1, O²⁻ : −2

전하의 합이 0 이 되도록 이온 수의 비를 정한다.

2 × (+1) + 1 × (−2) = 0 → Na₂O

▸ Na₂O

Na⁺ 두 개의 전하가 O²⁻ 하나의 전하와 상쇄된다. 화학식의 아래 첨자 2 는 이 개수비를 적은 것이다.

예제 2

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

각 원소가 어떤 이온이 되는지 구한다. Mg 는 전자 2개를 잃고, Cl 은 전자 1개를 얻는다.

Mg → Mg²⁺ + 2e⁻, Cl + e⁻ → Cl⁻

전하의 합이 0 이 되도록 이온 수를 맞춘다.

1 × (+2) + 2 × (−1) = 0 → MgCl₂

▸ MgCl₂ (Mg²⁺, Cl⁻)

Mg 가 내준 전자 2개를 Cl 원자 둘이 하나씩 받는다. 그래서 Mg²⁺ 하나에 Cl⁻ 둘이 짝을 이룬다.

총정리

이온 결합이 생기는 조건

금속 원자 → 양이온, 비금속 원자 → 음이온 → 정전기적 인력

전기 음성도 차이가 큰 금속과 비금속 사이에서 잘 생긴다

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

전하의 합 (+3) × a + (−2) × b = 0 을 만족하는 가장 간단한 정수비 a : b 를 찾는다.

3 과 2 의 최소공배수 6 에 맞추면 a = 2, b = 3 이다.

(+3) × 2 + (−2) × 3 = 0 → Al₂O₃

🎯 시험 포인트

①이온 결합은 금속 양이온과 비금속 음이온 사이의 정전기적 인력이다

②금속 원자는 양이온이 되면 작아지고, 비금속 원자는 음이온이 되면 커진다

③격자 에너지는 전하의 곱에 비례하고 이온 중심 사이 거리에 반비례한다

④고체는 전기가 통하지 않고, 녹은 액체나 수용액은 전기가 통한다

⑤화학식은 양이온을 먼저 쓰고, 전하의 합이 0 이 되는 가장 간단한 정수비로 나타낸다

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동위원소와 평균 원자량

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마지막 수정 2026-10-17

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