제8권: 물질의 세계 (The World of Matter)

Chapter 1: 원자에서 물질로

1. 화학 결합의 물리학

1-2. 결합의 종류: 공유 결합, 이온 결합, 금속 결합, 반데르발스 힘

같은 목표, 전혀 다른 전략

다이아몬드는 지구상에서 가장 단단한 물질이다. 칼날로 긁어도 흠집 하나 나지 않는다. 반면 소금은 손가락으로 비벼도 쉽게 부서진다. 구리는 망치로 두들기면 납작해지는데, 유리는 똑같이 두들기면 산산조각 난다. 그리고 헬륨은 아무리 차갑게 만들어도 상온에서는 절대 액체가 되지 않는다.

이 모든 물질은 원자로 이루어져 있다. 그런데 왜 이렇게나 다른 성질을 보이는 걸까?

답은 결합 방식에 있다. 이전 절에서 우리는 원자가 결합하는 근본적인 이유를 배웠다 — 결합 상태의 에너지가 비결합 상태보다 낮기 때문이다. 이 원리는 모든 결합에 공통이다. 하지만 자연은 "에너지를 낮추라"는 같은 목표를 달성하기 위해 놀랍도록 다양한 전략을 사용한다. 마치 같은 목적지에 가더라도 비행기, 자동차, 배, 자전거라는 전혀 다른 교통수단을 선택할 수 있는 것처럼.

이번 절에서는 자연이 사용하는 네 가지 결합 전략을 하나씩 만나본다:

• 공유 결합 — 전자를 사이좋게 나눠 쓰는 방식
• 이온 결합 — 전자를 한쪽이 빼앗아 가는 방식
• 금속 결합 — 전자를 모두가 공유하는 방식
• 반데르발스 힘 — 순간적인 전하 흔들림이 만드는 약한 인력

각 결합의 특성을 이해하면, 왜 다이아몬드가 단단하고, 소금이 물에 녹고, 구리가 전기를 통하고, 헬륨이 액화되기 어려운지가 자연스럽게 설명된다.