화학 극성 분자의 성질

극성 분자는 쌍극자 모멘트의 알짜 합이 0이 아닌 분자들이다.극성 분자는 분자 내에서 부분적인 +전하와-전하가 비대칭적으로 배치되어 있기 떄문에 주변의 다른 전기장과 상호 작용을 할 수 있다.이런 성질은 분자의 성질에도 영향을 준다.

(1)전기적 성질-기체 상태의 극성 분자는 전기장 안에서 인력이 작용하여 일정한 방향으로 배열한다.이때 쌍극자 모멘트의 합이 +인 부분은 전기장의 -극 쪽으로 배열하고,쌍극자 모멘트의 합이-인 부분은 전기장의 +극 쪽으로 배열한다.이에 무극성 분자는 전기장안에 넣어도 무질서한 배열을 그대로 유지한다.마찬가지로 액체 상태의 극성 분자는 대전체에 끌려오지만 무극성 분자는 끌려오지 않는다.따라서 +로 대전된 물체와 -로 대전된 물체를 차례로 가까이 해보면 액체의 성질을 알 수 있다.하지만 극성 분자는 전기적으로 중성이면서 +대전체와 -대전체 양쪽에 모두 끌려 간다.이것은 대전체의 전하에 따라 대전체와 인력이 생기는 방향으로 분자가 회전하기 때문이다.-대전체를 가까이 하면 극성 분자의 +전하를 띤 부분이 대전체를 향하게 되고,+대전체를 가까이 하면 극성 분자의 -전하를 띤 부분이 대전체를 향하게 되며 끌려간다.

(2)끓는점-분자의 끓는점은 대체로 분자량이 커질수록 높아지지만,분자량이 비슷할 때에는 극성 분자가 무극성 분자보다 끓는점이 높다.그 이유는 극성 분자는 무극성 분자보다 비교적 강한 분자간 인력이 작용하기 떄문이다.액체 상태의 극성 분자를 기체로 만들기 위해서는 분자 사이에 존재하는 인력을 모두 끊어내야 하므로 액체 상태에서 인력이 강할수록 끓는점이 높아지게 된다.극성 분자는 부분적인 전하를 가지기 때문에 이웃한 분자의 전하와 전기적 인력을 만들어낸다.이런 종류의 인력은 무극성 분자에는 존재하지 않고 극성 분자에만 존재하므로 다른 조건이 비슷하다면 극성 분자의 끓는점이 무극성 분자의 끓는점보다 더 높다

(3)용해도-물질의 용해도는 극성에 따라 달라진다.극성 분자는 극성 용매에 잘 용해되고,무극성 분자는 무극성 용매에 잘 용해된다.하지만 극성 분자와 무극성 분자는 서로 잘 섞이지 않는다.극성 분자와 액체렌즈-액체의 표면에는 분자들을 안쪽으로 잡아당기는 힘이 작용한다.이것은 내부의 분자들과 표면의 분자들 사이에 작용하는 인력의 차이 때문에 생기는 현상이다.이런 효과를 표면 장력이라고 한다.이러한 용해도의 경향성은 극성 분자에 존재하는 부분적인 전하와 관계가 있다.극성 분자끼리는 서로 반대 전하를 띤 부분끼리 마주보 ㄹ떄 강한 인력이 작용하기 때문에 쉽게 섞일수 있다.하지만 극성 분자가 섞이면 극성 분자끼리만 강한 인력을 만들어낵내기 때문에 무극성 분자는 그 사이로 섞여 들어가지 못한다.따라서 두 층으로 분리된다.예를 들면 에탄올은 산소가 부분적인 음전하를 띠고,산소와 결합된 수소가 부분적인 양전하를 띠는 극성 분자이다.에탄올은 물과 섞으면 에텐올의 산소가 띠는 음전화와 물의 수소가 띠는 산소 사이에 강한 인력이 생긴다.마찬가지로 에탄올의 수소가 띠는 양전하와 물의 산소가 띠는 음전하 사이에도 강한 인력이 생긴다.따라서 에탄올은 물에 매우 잘 녹는다.

액체는 표면 장력 때문에 표면적이 최대한 작은 형태를 유지하려고 한다.그래서 표면에 놓인 물방울은 구형에 가까운 둥근 모양을 유지한다.1870년,리프만은 이 둥그런 모양의 물방울을 금속판 위에 놓고 낮은 전압을 걸어주었을때 물방울의 모양이 변하는 현상을 발견했다.이런 현상은 극성 분자가 갖는 부분적인 전하 때문에 나타나는 것으로 이해할 수 있다.대전체를 가까이 했을 때 극성 액체가 끌려오는 것처럼,전압을 걸어주었을 떄 물방울이 금속판 쪽으로 끌려가는 것이다.이러한 현상을 이용해서 만든 것으로 액체 렌즈가 있다.전압을 이용해서 두께를 조절할 수 있는 액체로 렌즈를 만드는 것이다,보통의 카메라는 렌즈와 필름 사이의 거리를 조절하는 방식으로 초첨을 맞추지만,휴대전화 같은 소형기기는 공간의 제약으로 인해 거리 조절을 하기 어렵다.그래서 액체 렌즈를 이용하면서 렌즈 자체의 두께를 변화시켜 초점 조절 기능을 구현할 수 있게 되었다.