화학 분자의 구조와 극성

1.분자의 구조와 극성-원자는 공유 결합을 하며 분자를 구성한다.분자는 중심 원자가 갖는 입체 수와 비공유 전자쌍의 수에 따라 일정한 구조를 갖는다.이러한 구조는 분자의 물리적,화학적 성질에 직접적인 영향을 줄 수 있다.예를 들어 다음의 두 분자는 화학적으로 동일한 조성을 가지고 있지만 끓는점이 서로 다르다.전기적인 성질은 더욱 다르다.기체 상태에서 전압을 걸어주면 왼쪽의 분자는 아무런 반응을 보이지 않지만 오른쪽의 분자는 분자들이 회전하여 일정한 방향으로 배열된다.이렇게 분자의 전기적 성질이 달라지는 것은 이 두 분자의 구조가 다르기 떄문이다.

(1)결합의 극성-공유 결합은 두 원자가 전자쌍을 공유하면서 만들어진다.원자핵은 양전하를 띠고 전자는 음전하를 띠기 때문에 핵과 전자 사잉에는 항상 인력이 작용한다.즉,두 핵이 공유 전자쌍을 차지하기 위해 경쟁을 하는 것이다.따라서 공유 전자쌍은 2개의 핵으로부터 작용하는 서로 다른 방향의 인력을 받는다.이렇게 공유 결합에서 원자핵이 전자쌍을 당기는 능력을 전기 음성도라고 한다.2개의 원자 사이에 만들어지는 결합은 다음과 같이 세 종류로 구분할 수 있다.무극성  공유 결합은 공유 전자쌍이 어느 한쪽으로 치우치지 않은 결합이다.전기 음성도가 서로 같은 2개의 원자가 결합하면 공유 전자쌍은 양쪽에서 같은 세기의 인력을 받는다.예를 들면 F2.같은 동종 이원자 분자가 있다.이떄 전자쌍이 존재할 확률이 가장 높은 지점은 두 핵의 중간이다.극성 공유 결합은 공유 전자쌍이 한쪽으로 치우쳐 두 원자 간에 부분적인 전하가 나타나는 결합이다.염화 수소처럼 전기 음성도가 서로 다른 두 원자가 전자쌍을 공유할 떄,수소의 전기 음성도(2.1)는 염소의 전기 음성도 보다 작기 떄문에 전자는 염소의 핵으로부터 더 강한 인력을 받는다.그 결과 전자쌍이 존재할 확률이 가장 높은 지점은 수소의 핵보다 염소의 핵에 더 가깝다.이온 결합은 결합에 참여하는 두 원자의 전기 음성도 차이가 너무 커서 전자쌍이 한쪽의 원자로 완전히 이동하면서 생성되는,양이온과 음이온의 정전기적 인력에 의한 결합이다.나트륨과 염소의 결합에서 나트륨의 전기 음성도는 염소의 전기 음성도에 비해 굉장히 작기 떄문에 전자쌍은 실질적으로 염소의 핵 근처에 머물 것이다.이떄 염소 원자는 염화 이온이 되고,나트륨 원자는 나트륨 이온이 된다.공유 결합과 이온 결합은 실제로 완전히 다른 종류의 결합이라기보다는 전자쌍이 치우친 정도의 차이에 따라 구분된다.전자쌍이 한쪽으로 치우치면 원자는 일정한 전하량을 갖게 되는데,극성 공유 결합을 이루고 있는 두 원자는 전기 음성도가 큰 원자 쪽에-,전기 음성도가 작은 원자 쪽에 +만큼 전하가 분리된 것처럼 여긴다.예를 들어 염화 수소에서 전자쌍은 전기 음성도가 더 큰 염소 쪽 가까이에 존재하기 때문에 수소는 부분적인 양전하를 띠게 되고,염소는 부분적인 음전하를 띠게 된다.이떄 전자쌍이 치우친 정도와 방향을 나타내기 위해 쌍극자 모멘트를 사용한다.쌍극자 모멘트는 전하량과 두 전하 사이의 거리를 곱한 벡터값이다.특정한 방향을 양전하에서 음전하로 향하는 화살표로 나타내며 화살표의 길이가 쌍극자 모멘트의 크기를 나타낸다.쌍극자 모멘트를 이용해서 공유 결합과 이온 결합을 정확하게 구분하기 위해서는 이온 결합성을 사용할 수 있다.한 원자에서 전자 1개가 완전히 이웃 원자로 이동했을 떄를 이온이라고 하므로,어떤 결합의 쌍극자 모멘트에서 나타나는 전하량의 크기를 전자 1개의 전하량과 비교하면 이 결합이 얼마나 이온 결합성을 띠는지 알 수 있다. 이온 결합성 백분율이 50이상이면 이온 결합,50%미만이면 공유 결합으로 분류한다.또한 결합을 구성하는 두 원자의 전기 음성도 차이가 클수록 전자가 한쪽으로 많이 치우치게 되므로 이온 결합성이 커지게 된다.평균적으로 두 원자의 전기 음성도가 1.7이상 차이가 나면 이온 결합을 만든다.

(2)분자의 극성-결합의 극성은 분자 자체의 성질에도 영향을 준다.염화 수소붅3ㅏ를 전기장 안에 넣어주면 수소 원자와 염소 원자가 서로 다른 방향으로 힘을 받는 전기적 특징을 볼 수 있다.염화 수소처럼 극성 공유 결합을 하고,쌍극자 모멘트가 존재하기 때문에 전기적 성질을 갖는 분자를 극성분자라고 한다.반대로 수소처럼 쌍극자 모멘트가 존재하지 않기 떄문에 전기장 안에서도 아무런 힘을 받지 않는 분자를 무극성 분자라고 한다.두 개의 원자로 이루어진 분자는 극성과 무극성을 판단하기 쉽다.우선,동종 2원자 분자는 무극성 공유 결합을 하므로 쌍극자 모멘트가 없고,무극성 분자가 된다.무극성 분자의 예로는 수소,산소,질소,염소가 있다..서로 다른 원자가 결합한 2원자 분자는 극성 공유 겷방을 하므로 쌍극자 모멘트가 있고,극성 분자가 된다.극성 분자의 예로는 HCL,HF,CO,NO가 있다.여러 개의 원자로 이루어진 분자는 좀 더 복잡하다.하나의 분자 안에 여러 개의 쌍극자 모멘트가 생길 수 있기 때문이다.이런 경우에는 분자 전체의 쌍극자 모멘트 합을 고려해 주어야 한다.조와 극성-원자는 공유 결합을 하며 분자를 구성한다.분자는 중심 원자가 갖는 입체 수와 비공유 전자쌍의 수에 따라 일정한 구조를 갖는다.이러한 구조는 분자의 물리적,화학적 성질에 직접적인 영향을 줄 수 있다.예를 들어 다음의 두 분자는 화학적으로 동일한 조성을 가지고 있지만 끓는점이 서로 다르다.전기적인 성질은 더욱 다르다.기체 상태에서 전압을 걸어주면 왼쪽의 분자는 아무런 반응을 보이지 않지만 오른쪽의 분자는 분자들이 회전하여 일정한 방향으로 배열된다.이렇게 분자의 전기적 성질이 달라지는 것은 이 두 분자의 구조가 다르기 떄문이다.

 

(1)결합의 극성-공유 결합은 두 원자가 전자쌍을 공유하면서 만들어진다.원자핵은 양전하를 띠고 전자는 음전하를 띠기 때문에 핵과 전자 사잉에는 항상 인력이 작용한다.즉,두 핵이 공유 전자쌍을 차지하기 위해 경쟁을 하는 것이다.따라서 공유 전자쌍은 2개의 핵으로부터 작용하는 서로 다른 방향의 인력을 받는다.이렇게 공유 결합에서 원자핵이 전자쌍을 당기는 능력을 전기 음성도라고 한다.2개의 원자 사이에 만들어지는 결합은 다음과 같이 세 종류로 구분할 수 있다.무극성 공유 결합은 공유 전자쌍이 어느 한쪽으로 치우치지 않은 결합이다.전기 음성도가 서로 같은 2개의 원자가 결합하면 공유 전자쌍은 양쪽에서 같은 세기의 인력을 받는다.예를 들면 F2.같은 동종 이원자 분자가 있다.이떄 전자쌍이 존재할 확률이 가장 높은 지점은 두 핵의 중간이다.극성 공유 결합은 공유 전자쌍이 한쪽으로 치우쳐 두 원자 간에 부분적인 전하가 나타나는 결합이다.염화 수소처럼 전기 음성도가 서로 다른 두 원자가 전자쌍을 공유할 떄,수소의 전기 음성도(2.1)는 염소의 전기 음성도 보다 작기 떄문에 전자는 염소의 핵으로부터 더 강한 인력을 받는다.그 결과 전자쌍이 존재할 확률이 가장 높은 지점은 수소의 핵보다 염소의 핵에 더 가깝다.이온 결합은 결합에 참여하는 두 원자의 전기 음성도 차이가 너무 커서 전자쌍이 한쪽의 원자로 완전히 이동하면서 생성되는,양이온과 음이온의 정전기적 인력에 의한 결합이다.나트륨과 염소의 결합에서 나트륨의 전기 음성도는 염소의 전기 음성도에 비해 굉장히 작기 떄문에 전자쌍은 실질적으로 염소의 핵 근처에 머물 것이다.이떄 염소 원자는 염화 이온이 되고,나트륨 원자는 나트륨 이온이 된다.공유 결합과 이온 결합은 실제로 완전히 다른 종류의 결합이라기보다는 전자쌍이 치우친 정도의 차이에 따라 구분된다.전자쌍이 한쪽으로 치우치면 원자는 일정한 전하량을 갖게 되는데,극성 공유 결합을 이루고 있는 두 원자는 전기 음성도가 큰 원자 쪽에-,전기 음성도가 작은 원자 쪽에 +만큼 전하가 분리된 것처럼 여긴다.예를 들어 염화 수소에서 전자쌍은 전기 음성도가 더 큰 염소 쪽 가까이에 존재하기 때문에 수소는 부분적인 양전하를 띠게 되고,염소는 부분적인 음전하를 띠게 된다.이떄 전자쌍이 치우친 정도와 방향을 나타내기 위해 쌍극자 모멘트를 사용한다.쌍극자 모멘트는 전하량과 두 전하 사이의 거리를 곱한 벡터값이다.특정한 방향을 양전하에서 음전하로 향하는 화살표로 나타내며 화살표의 길이가 쌍극자 모멘트의 크기를 나타낸다.쌍극자 모멘트를 이용해서 공유 결합과 이온 결합을 정확하게 구분하기 위해서는 이온 결합성을 사용할 수 있다.한 원자에서 전자 1개가 완전히 이웃 원자로 이동했을 떄를 이온이라고 하므로,어떤 결합의 쌍극자 모멘트에서 나타나는 전하량의 크기를 전자 1개의 전하량과 비교하면 이 결합이 얼마나 이온 결합성을 띠는지 알 수 있다. 이온 결합성 백분율이 50이상이면 이온 결합,50%미만이면 공유 결합으로 분류한다.또한 결합을 구성하는 두 원자의 전기 음성도 차이가 클수록 전자가 한쪽으로 많이 치우치게 되므로 이온 결합성이 커지게 된다.평균적으로 두 원자의 전기 음성도가 1.7이상 차이가 나면 이온 결합을 만든다.

 

(2)분자의 극성-결합의 극성은 분자 자체의 성질에도 영향을 준다.염화 수소붅3ㅏ를 전기장 안에 넣어주면 수소 원자와 염소 원자가 서로 다른 방향으로 힘을 받는 전기적 특징을 볼 수 있다.염화 수소처럼 극성 공유 결합을 하고,쌍극자 모멘트가 존재하기 때문에 전기적 성질을 갖는 분자를 극성분자라고 한다.반대로 수소처럼 쌍극자 모멘트가 존재하지 않기 떄문에 전기장 안에서도 아무런 힘을 받지 않는 분자를 무극성 분자라고 한다.두 개의 원자로 이루어진 분자는 극성과 무극성을 판단하기 쉽다.우선,동종 2원자 분자는 무극성 공유 결합을 하므로 쌍극자 모멘트가 없고,무극성 분자가 된다.무극성 분자의 예로는 수소,산소,질소,염소가 있다..서로 다른 원자가 결합한 2원자 분자는 극성 공유 겷방을 하므로 쌍극자 모멘트가 있고,극성 분자가 된다.극성 분자의 예로는 HCL,HF,CO,NO가 있다.여러 개의 원자로 이루어진 분자는 좀 더 복잡하다.하나의 분자 안에 여러 개의 쌍극자 모멘트가 생길 수 있기 때문이다.이런 경우에는 분자 전체의 쌍극자 모멘트 합을 고려해 주어야한다.분자가 대칭 구조를 이루는 경우에는 원자 사이에 극성 공유 결합을 하고 있더라도 쌍극자 모멘트의 벡터 합이 0이 되어 분자 전체로 보면 무극성 분자가 될 수도 있다. HCN은 쌍극자 모멘트의 총 합이 0이 아니고,질소 쪽이 부분적인 음전하를 띠는 극성 분자이다.HCN과 비교했을 떄,이산화 탄소는 HCN과 똑같은 직선형 분자이고 탄소와 산소 사이의 결합은 산소가 음전하를 띠는 극성 공유 결합이다.하지만 인산화 탄소의 쌍극자 모멘트는 같은 크기의 쌍극자 모멘트가 서로 반대 방향으로 향하므로,쌍극자 모멘트의 총 합이 0이 된다.따라서 이산화 탄소는 무극성 분자이다.평면 삼각형과 사면체형의 분자에서도 쌍극자 모멘트의 합은 극성을 결정하는 중요한 요소가 된다.평면 삼각형 분자 주에서 BH3는 무극성 분자이지만 CH20는 극성 분자이다. CH2O에서 전기 음성도는 H<C<O순으로 커지기 때문에 수소는 탄소에 전자를 조금 빼앗기고 부분적인 양전하를 띠게 되고,산소는 탄소에서부터 전자를 빼앗아 부분적인 음전하를 띠게 된다.세 쌍극자 모멘트의 합은 0이 아니고 전자가 산소 쪽으로 쏠려 있기 때문에 산소 쪽이 부분적인 음전하를 띠는 극성 분자가 된다. 사면체형의 분자 중에서도 CCL4는 무극성 분자이고, CHCL3처럼 중심 원소에 두 종류이상의 원자가 결합되면 극성 분자가 된다.