이온결합의 공유결합성 (Fajans Rule)

Fajans Rule (이온 결합의 공유 결합성)

이온 결합 물질에서 양이온과 음이온은 강한 정전기적인 인력에 의해 3차원 배열을 하며, 이온 결합을 형성한다.

따라서 용융시키거나 기화시킬 때, 수 많은 결합들을 끊어주어야 하며, 많은 열을 필요로 한다.

이것은 이온과 이온 사이의 쿨롱 힘으로 설명할 수 있다.

이온 사이의 거리가 가까울수록, 이온의 전하가 클수록 강하게 결합하며, 

이것은 이온 결합 물질의 녹는점(mp)과 끓는점(bp)이 높은 이유에 대해 설명할 수 있게 해준다.

하지만,

모든 이온 결합 물질의 녹는점과 끓는점이 쿨롱의 힘으로 예측한 것과 일치하는 값을 갖는 것은 아니다.

예를들어, AgF, AgCl, AgBr의 경우 음이온의 크기 F- < Cl- < Br- 를 바탕으로 

녹는점의 순서가 AgF > AgCl > AgBr일 것으로 예측할 수 있지만, 실제 녹는점은 아래와 같이 예상과 일치하지 않는다.

	AgF	AgCl	AgBr
녹는점(℃)	435	455	432

이것은 주어진 화합물의 결합이 금속과 비금속 사이의 이온결합이만 비교적 공유 결합성이 큰 물질이기 때문이라고 생각할 수 있으며, 

이러한 이온 결합 내의 공유결합성을 가능하게 해주는 것이 바로 Fajans' Rule이다.

화학결합의 해석은 100% 공유결합을 가정한 뒤, 공유전자쌍의 이동을 통해 설명하는 것이 일반적이다.

하지만, Fajans' Rule은 100% 이온결합(완전한 전자의 이동)을 가정한 뒤, 편극 현상으로 공유 결합성을 설명한다.

양이온과 음이온은 정전기적인 상호작용에 의해 일정거리를 유지(이온 사이에 작용하는 인력의 크기=반발력의 크기)하고 있고,

이 과정은 이미 전자의 이동이 100% 이루어져있음을 가정한다. (그림 a)

하지만, 

양이온과 음이온이 화학결합을 이룬 뒤, 양전하를 나타내는 양이온과 음전하를 나타내는 음이온 사이에서 편극현상이 일어날 수 있다. (그림 b)

편극현상은 양이온과 음이온의 전자구름의 일그러짐에 의해 전자 치우침이 나타나는 것을 말하며, 

이상적인 이온결합에 비해 양이온과 음이온의 핵 사이에 전자구름의 분포가 두텁게 나타나는 것을 확인할 수 있다. (그림 c)

따라서, "편극현상이 잘 일어날수록 그 이온결합의 공유결합성은 커지게 되며, 

순수한 이온결합과는 다른 물리적 성질을 가질 수 있다."는 것이 Fajans의 설명이다.

그렇다면, 어떤 양이온과 음이온이 편극현상을 일으키는 것인가?