이온 사이의 거리에 따른 에너지 변화

이온 사이의 거리에 따른 에너지 변화

graph of potential energy versus internuclear distance

 

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원자와 다른 원자가 (예: H-H 또는 H-Cl)

또는

이온과 다른 이온이 (예: Na-Cl)

화학 결합을 하는 이유는?

---> 각각 따로 있으면 불안정하기 때문에...

( 설명 https://ywpop.tistory.com/2634 )

 

 

에너지 준위는

낮으면 낮을수록 더 안정하다는 것을 의미합니다.

( 에너지 준위 값이 작으면 작을수록 더 안정. )

( 참고 https://ywpop.tistory.com/9049 )

 

 

이온과 이온이 무한히 떨어져 있을 때의 에너지 준위를 ‘0’으로 기준 잡았기 때문에,

( 두 이온간 아무런 인력이 작용하지 않는 상태의 에너지 준위 값을 ‘0’ )

( 정전기적 인력에 의해 )

이온과 이온이 서서히 다가와서 결합하는 과정으로 가는 길은

불안정에서 안정으로 가는 길이므로,

에너지 준위는 점점 –값 쪽으로 증가합니다. ( 기준 값이 ‘0’이기 때문에 )

( 그래프 곡선은 아래쪽으로 이동 )

 

그러나

두 이온이 너무 가까이 다가가면,

상대방 원자핵간 반발력(원자핵 속 양성자(+)간 반발력) 때문에,

급격히 불안정해져 에너지 준위는 반대로 +값 쪽으로 증가하게 됩니다.

( 그래프 곡선은 위쪽으로 이동 )

 

 

이 때문에,

에너지 준위가 가장 낮은,

그래서 가장 안정한 지점에서 결합이 형성됩니다.

 

 

 

[참고] 기준점의 이해
지구에서 가장 높은 곳이 에베레스트 산 정상이고,
이곳의 높이를 0 m라고 기준을 잡으면,
해수면의 높이는 –8,848 m가 된다.

 

 

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[ 다시 설명 ]

그래프 그리기 시작은 두 이온이 무한히 떨어져 있는 지점부터니까,

그래프의 맨 오른쪽에서 시작합니다.

이온 사이의 거리(x축) 값이 가장 큰 지점.

이때 에너지 준위(y축) 값은 0.

 

 

여기서부터 상대방을 인식해서

그래서 정전기적 인력에 의해 서로 접근합니다.

서로 접근함에 따라 이온 사이의 거리는 감소하므로,

x값은 감소합니다.

 

 

그림에서 반발력은 원자핵 속 양성자간, 즉 (+)전하간 반발력이고,

그래서 접근함에 따라 에너지 준위는 서서히 증가합니다.

( 반발력 = 불안정 = 에너지 준위 증가 )

 

 

그림에서 인력은 양이온과 음이온 사이의 정전기적 인력입니다.

이 인력에 의해 x값이 점점 감소하면, 즉, 점점 결합을 향해 가면,

안정한 상태로 가는 길이므로, 에너지 준위는 점점 감소합니다.

그래서 결합길이에 해당하는 x값에서 인력은 최댓값이 됩니다.

 

 

결합길이보다 더 접근하면,

이때부터는 상대방 양성자간 반발력이 급격히 증가하며,

두 이온이 거의 맞붙은 지점, 즉, x값이 0에 가까운 지점에서 최대가 됩니다.

 

 

붉은색 전체 에너지는 반발력과 인력의 합력입니다.

 

 

 

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