우리 앞에서 다양한 화학 결합들에 대해서 배웠습니다.
금속 결합, 이온 결합, 공유 결합 각 결합의 특징들에 대해서 잘 이해하셔야 합니다.
그럼 이 결합 이야기를 조금 더 자세히 알아보고 분자의 구조까지 있는지 같이 알아보겠습니다.
전기 음성도(Electronegativity)
분자의 구조와 성질을 이야기 하기 전에 가장 먼저 알아야 하는 개념입니다.
원자들이 결합을 하면서 누가 더 전자랑 친한지 누가 전자랑 덜 친한지에 따라 결합의 종류를 나누었습니다.
이 전자와의 친밀도를 상대적인 수치로 나타낸 것이 바로 전기 음성도입니다.
분자의 구조를 파악하는데 있어서 가장 중요한 개념입니다.
전자를 얼마나 끌어당기는지 나타낸 것입니다.
주기율표에서 가장 오른쪽 위에 있는 플루오린(F)이 제일 잘 끌어 당깁니다.
그래서 이 플루오린(F)의 전기 음성도 값을 4로 기준 잡습니다.
그리고 다른 원소들의 전기 음성도를 상대적으로 정했습니다.
그랬더니 산소는 3.5, 질소와 염소는 2.5 크기만큼 전자를 끌어당긴다고 합니다.
정확히는 공유 결합 사이에 있는 공유 전자쌍을 끌어당기는 정도를 의미합니다.
극성 공유 결합
이제 전기 음성도를 고려해서 공유 결합을 보겠습니다.
전기 음성도가 큰 원자 쪽으로 공유 전자쌍이 쏠리게 됩니다.
그럼 전자가 상대적으로 몰린 쪽이 부분 음전하를 띄는 것입니다.
반대로 전자쌍을 뺏긴 쪽은 부분 양전하가 됩니다.
이 상태를 극성 공유 결합이라고 합니다.
표현할 때는 델타 +, 델타 – 이렇게 씁니다.
이름은 이렇게 양 쪽으로 극이 나뉘었다고 해서 쌍극자라고 부릅니다.
이 쌍극자의 크기인 쌍극자 모멘트를 표시할 때는 +극 쪽에는 +모양을 그린 화살표로 표시합니다.
이렇게 극이 나뉘면 기체 상태에서 전기 전도성이 생깁니다.
무극성 공유 결합
만약에 전기 음성도가 같은 원자끼리 결합하면 서로 당기는 힘이 같아서 정확히 똑같이 전자쌍을 나눕니다.
그럼 극성이 없는 무극성 공유 결합이 됩니다.
쌍극자 모멘트가 0인 구조입니다.
이제 극성 공유 결합과 무극성 공유 결합을 통해 분자의 극성 상태를 알아보겠습니다.
극성 분자와 무극성 분자
원자들이 결합을 해서 분자를 이루었습니다.
각각의 결합들에게는 쌍극자 모멘트가 존재합니다.
이 쌍극자 모멘트들을 모두 합해서 0이 나오면 무극성 분자라고 합니다.
만약 0이 나오지 않는다면 극성 분자라고 합니다.
이 때 나타나는 특징들이 있습니다.
극성을 띄는 분자들이 모인 집단과 무극성 분자가 모인 집단을 비교해보겠습니다.
무극성 분자들 보다는 극성 분자들끼리 떨어뜨리기 힘들어 보입니다.
즉 비슷한 분자량에서 끓는점은 무극성 분자보다 극성 분자가 더 높습니다.
내신 시험 문제에서 자주 나오는 부분이니까 잘 기억하도록 하세요.
그리고 당연히 극성 분자는 극성 분자끼리, 무극성 분자는 무극성 분자끼리 서로 친합니다.
극성 분자와 무극성 분자는 물과 기름 같은 사이로 서로 친하지 않습니다.
루이스 전자점식(Lewis Electron-dot Formular)
이번에는 분자의 구조에서 결합을 표현하는 방법을 보겠습니다.
먼저 원자가 전자를 점으로 찍어서 표현할 수 있습니다.
우리는 이 표현 방법을 루이스 전자점식이라고 부릅니다.
어떻게 표현하는지 예를 들어 보겠습니다.
여기 이산화탄소입니다.
탄소의 원자가 전자는 4개입니다.
각각 2개씩 산소랑 2중 결합을 이루고 있습니다.
산소는 전자 2개를 탄소와 2중 결합을 하고 있습니다.
나머지 4개는 2개씩 비공유 전자쌍을 이루고 있습니다.
이 내용을 점으로 표현한 식입니다.
조금 더 간단히 표현하면 구조식이라고 공유 결합은 선으로 표시하고 비공유 전자쌍은 생략해서 표현하는 식이 있습니다.
이렇게 보면 문제가 생깁니다.
우리는 2차원 평면에 표시했지만 분자는 3차원 공간에 존재합니다.
실제로 어떤 구조를 가지는지 알아야합니다.
이 때 알아야 할 내용이 있습니다.
바로 전자쌍 반발이론입니다.
전자쌍 반발이론(VSEPR theory)
결합에 쓰이고 있는 공유 전자쌍끼리 반발력보다 공유 전자쌍과 비공유 전자쌍의 반발력이 더 큽니다.
공유-비공유 전자쌍 사이보다 비공유 전자쌍끼리 반발력이 더 큽니다.
그래서 최대한 각을 벌리려고 하다 보니 입체 구조로 생기는 분자들이 생깁니다.
사면체, 정사면체, 삼각뿔 같은 구조입니다.
이 구조를 예측해야합니다.
중심 원자에 결합된 원자 수와 가지고 있는 비공유 전자쌍의 수를 보면 예측 가능합니다.
여러분이 가지고 있는 책에 아주 잘 나와있습니다.
느낌이 바로 올 것입니다.
예시를 잘 보고 이해가 안된다면 차라리 외우도록 하세요.
화학1 분자의 구조와 성질 정리
지금까지 전기음성도, 극성 공유 결합, 무극성 공유 결합, 쌍극자, 쌍극자 모멘트, 루이스 전자점식, 구조식, 전자쌍 반발이론, 분자의 구조에 대해서 알아봤습니다.
최대한 압축해서 설명해서 많은 내용이 나왔습니다.
용어들을 헷갈리지 않게 잘 정리하고 분자의 평면 구조와 입체 구조를 나누어 공부합니다.