화학 결합
분자 또는 결정에서 서로 달라붙은 원자들은 서로 결합한다고 한다. 화학 결합은 원자핵의 양전하와 원자핵 주변에서 진동하는 음전하 사이의 다중극 균형으로 시각화 될 수 있다.에너지와 분포는 단순한 끌어당김과 반발 이상의 전자가 다른 원자와 결합할 수 있다는 특징을 가지고 있다.화학 결합은 공유 결합, 이온 결합, 수소 결합일 수 있으며, 반데르발스 힘 때문이기도 하다. 이러한 종류의 채권들 각각은 어떤 잠재력에 기인한다. 이러한 전위는 분자 또는 결정에서 원자를 함께 유지하는 상호 작용을 만든다. 많은 간단한 화합물에서, 원자가 결합 이론, 원자가 쉘 전자쌍 반발 모델(VSEPR), 산화수의 개념은 분자 구조와 조성을 설명하는 데 사용될 수 있다.이온 결합은 금속이 하나 이상의 전자를 잃고 양전하를 띤 양이온이 될 때 형성되며, 전자는 비금속 원자에 의해 얻어지며 음전하를 띤 음이온이 된다. 서로 반대 방향으로 대전된 두 이온은 서로를 끌어당기고, 이온 결합은 그들 사이의 끌어당기는 정전기적인 힘이다. 예를 들어, 금속인 나트륨(Na)은 하나의 전자를 손실하여 Na+ 양이온이 되고, 비금속인 염소(Cl)는 이 전자를 얻어 Cl-이 된다. 양이온은 정전기적 인력에 의해 함께 유지되며, 복합 염화나트륨(NaCl), 즉 일반적인 식탁용 소금이 형성된다.공유 결합에서, 하나 이상의 원자가 전자의 쌍은 두 개의 원자가에 의해 공유된다. 원자는 각 원자에 대해 고귀한 가스 전자 구성(가장 바깥쪽 껍질에 있는 8개의 전자)을 만드는 방식으로 원자가 전자를 공유한다. 원자가 껍질 안에 각각 8개의 전자를 갖는 방식으로 결합하는 경향이 있는 원자는 옥텟 규칙을 따른다고 한다. 그러나 수소와 리튬과 같은 일부 원소들은 가장 바깥쪽 껍질에서 두 개의 전자만 필요로 한다; 이 원자들은 이중 법칙을 따른다고 하며, 이러한 방식으로 그들은 외부 껍질 안에 두 개의 전자를 가지고 있는 고귀한 가스 헬륨의 전자 구성에 도달하고 있다.
에너지
화학의 맥락에서 에너지는 원자, 분자 또는 응집체 구조의 결과로서 물질의 속성이다. 화학 변환은 이러한 종류의 구조 중 하나 이상의 변화를 동반하기 때문에, 관련 물질의 에너지의 증가 또는 감소를 항상 동반한다. 일부 에너지는 열이나 빛의 형태로 주변과 반응물 사이에 전달되며, 따라서 반응의 생성물은 반응물보다 많거나 적은 에너지를 가질 수 있다.최종 상태가 초기 상태보다 에너지 척도가 낮으면 반응이 외생적이라고 한다. 반응이 주변으로 열을 방출하면 발열한다고 하는데, 흡열 반응의 경우 주변으로부터 열을 흡수한다.화학 반응은 반응물이 활성화 에너지로 알려진 에너지 장벽을 넘지 않는 한 항상 가능하지 않다. 화학 반응 속도(기존 온도 T에서)는 활성화 에너지 E와 관련이 있으며, 이는 볼츠만의 인구 인자에 의한 것이다.온도에 대한 반응 속도의 기하급수적인 의존성은 아레니우스 방정식으로 알려져 있다. 화학 반응이 일어나는 데 필요한 활성화 에너지는 열, 빛, 전기 또는 초음파의 기계적 힘의 형태일 수 있다.엔트로피 고려사항을 포함하는 관련 개념의 자유 에너지는 화학 열역학에서 반응의 가능성을 예측하고 화학 반응의 평형 상태를 결정하는 데 매우 유용한 수단이다. 반응은 기브스 자유 에너지의 총 변화가 음수일 때만 가능하다.전자, 원자, 분자에 대한 에너지의 제한된 상태만이 존재한다. 이것들은 결합 시스템의 에너지 양자화를 요구하는 양자 역학의 규칙에 의해 결정된다. 더 높은 에너지 상태의 원자/분자는 들뜬 상태라고 한다. 들뜬 에너지 상태에 있는 물질의 분자/원자는 종종 훨씬 더 반응적이다; 즉, 화학 반응에 더 적합하다.물질의 위상은 항상 그것의 에너지와 주변의 에너지에 의해 결정된다. 물질의 분자간 힘이 주변의 에너지가 그것들을 극복하기에 충분하지 않을 때, 그것은 물의 경우와 같이 액체나 고체처럼 더 질서 있는 단계에서 발생한다.반면에 황화수소(H2S)는 실온과 표준 압력의 기체이며, 분자는 약한 쌍극자-쌍극자 상호작용에 의해 결합된다.한 화학 물질에서 다른 화학 물질로의 에너지 전달은 한 물질에서 방출되는 에너지 양자의 크기에 따라 달라진다. 그러나 열에너지는 물질의 진동과 회전 에너지 수준을 담당하는 포논이 전자 에너지 전달을 위해 호출되는 광자보다 훨씬 적은 에너지를 갖기 때문에 거의 모든 물질에서 다른 물질로 더 쉽게 전달된다. 따라서, 진동 및 회전 에너지 레벨이 전자 에너지 레벨보다 더 가까운 거리에 있기 때문에 빛 또는 다른 형태의 전자 에너지에 비해 물질 간에 열이 더 쉽게 전달된다. 예를 들어, 자외선 전자기 복사는 열 에너지나 전기 에너지만큼 한 물질에서 다른 물질로 전달되지 않는다.
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