Chemical bond type(화학결합의 종류)

화학결합은 분자난 원자들의 집합체에서 그 구성 원자들을 하나의 단위체로 간주할 수 있도록 하는 인력 혹은 결합입니다. 이 화학결합의 종류는 아래와 같이 금속결합, 공유결합, 이온결합, 배위결합 등이 있습니다. 이러한 화학결합은 선광 공정(mineral processing)에 도움을 주는 특성(자성, 소수성 등)이 될 수도 있고 습식제련 공정에서 사용되는 시약을 선정하는 과정에 이용될 수도 있습니다.

 

(1) 금속결합(metallic bond)

 

주로 금속을 형성하는 물질이 결합하는 방식입니다. 이는 전기적으로 중성인 물질이 금속(고체)를 형성할 때 격자에 중성이었던 원자에서 최외각 전자가 빠져나가 양이온이 되고 빠져나간 전자는 자유전자(free electron, delocalized electron)이 됩니다. 이렇게 형성된 격자형태의 양전자와 자유전자 사이에 작용하는 정전기적 인력으로부터 기인하는 결합입니다. 따라서, 이들의 결합은 자유전자의 수가 많을수록 강해집니다.

금속결합

·전자바다(sea of electrons): 금속 결합 내에서 최외곽에 존재하는 전자가 본래의 위치에 머물지 않고 자유롭게 이동하는 것을 빗대어 표현한 것

 

(2) 공유결합(covalent bond)

 

아래의 배위결합과는 다르게, 전자쌍을 원자간에 공유함으로써 만드는 화학결합입니다. 원자와 원자간에 공유하는 전자의 수가 많을수록 단일결합(single bond), 이중결합(double bond), 삼중결합(triple bond)로 나누어지며 그 결합력 또한 세집니다 (결합은 몇개의 원자와 결합했느냐가 아니라, 원자와 원자간에 몇 개의 전자쌍을 공유했냐는 것에 따라서 정해집니다).

질소와 수소의 공유결합(암모니아)

 

(3) 이온결합(ionic bond)

 

양이온과 음이온 간에 정전기적 인력으로 인하여 생기는 결합입니다. 많은 종류의 화합물에서 찾아볼 수 있으며 대표적으로 염화나트륨(NaCl), 플루오린화칼슘(CaF₂) 등이 있습니다.

소듐과 염소의 이온결합(염화나트륨)

 

(4) 배위결합(coordinate bond)

 

비공유 전자쌍을 지니고 있는 분자나 이온이 전자쌍을 제공하는 결합입니다. 배위 결합을 위해서는 오비탈이 비어있는 원자, 분자 혹은 이온과 만나 비공유 전자쌍을 한 쪽에서 다른 쪽으로 일방적으로 공유하여야 하며, 다른 결합보다 공간적으로 복잡하게 배치되어 있습니다.  가장 쉬운 예로는 비공유 전자쌍을 가지고 있는 암모니아와 수소이온의 배위 결합이 있습니다. 아래의 그림은 코발트 이온(Co³⁺)과 암모니아(NH₃)가 결합하여 착이온([Co(NH₃)₆]³⁺)을 형성하는 것입니다.

코발트 이온과 암모니아의 배위결합

·리간드(ligand): 중심 이온(central ion, 주로 전이금속)에 결합, 배위 착화합물을 형성하는 이온이나 분자

·착이온(complex ion): 중심 이온을 중심으로 다른 분자 혹은 이온과 결합하여 형성한 안정적이며 복잡한 다른 이온

·착화합물(coordinate complex): 중심 이온이 2개 또는 그 이상의 여러자리의 배위가 가능한 리간드와 배위 결합한 화합물 (착이온과 동일 대상일 수 있음)

 

흔히, 용매추출 공정에서 일부 유기 추출제가 전이금속과의 배위결합을 통해 안정적인 형태로 추출을 하는 메커니즘을 가지고는 합니다.