1. 결합의 극성과 전기음성도
[1] 결합의 극성(極性)
(1) 극성분자와 비(무)극성 공유결합
(가) 전기음성도 : 공유 전자쌍에 대한 인력의 척도.
※ 비금속성이 강하면 전기음성도 크다. ※ 원소에 따른 전기 음성도 값 | 원소 | F | O | N | Cl | Br | C | S | I | H | P | ... | Al | Mg | Na | K | Cs |
| 전기
음성도 | 4.0 | 3.5 | 3.0 | 3.0 | 2.8 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.1 | 2.1 | ... | 1.5 | 1.2 | 0.9 | 0.8 | 0.7 |
(2) 극성 공유 결합
①전기음성도가 다른 원자간의 결합
② 분자 내에 부분적으로 하전( δ+=양 전하, δ+=음 전하)을 띤 분자.
③ 전기음성도 큰 원자 쪽 = 전자 밀도大 ▶ δ-전하
전기음성도 작은 원자 쪽 = 전자 밀도小 ▶ δ+전하
④ 부분적인 이온 성을 띤다. (가) 극성 공유 결합물의 성질
① 모든 성질이 이온 성 물질과 비극성 물질의 중간 성질
② 대전된 에보나이트 막대를 가까이하면 진로가 휘어짐
③ 분자간의 인력이 작용하므로 m.p, b.p가 높다
④ 전기적인 이중 극자 (쌍 극자=dipole)에 의해 수소결합 등 회합분자를 형성하는 것이 많다 (3) 비극성 공유결합
① 전기음성도가 같은 원자간의 결합.
② 전기음성도가 달라도 분자모양이 대칭이면 전하는 분자 전체에 균일하게 분포되어 전기적
성질이 전혀 없는 비극성 분자가 형성됨
(예) H2, F2. CO2. Cl2. O2. N2. CH4.등 (가) 성질
① 비극성 용매에 잘 용해됨
② 고체, 액체 및 수용액은 전기의 부도체
③ 휘발성이 크고 m.p, b.p가 낮다.(분자간의 인력이 약함)
(4) 전기 음성도 차와 결합극성
※ 전기 음성도 차 = 0 (완전공유결합 =비극성)
전기 음성도 차 = 1.7이하 (극성공유결합)
전기 음성도 차 = 1.7이상 (이온결합) ion성
*전기 음성도차와 결합의 이온성
(4) 쌍극 자 모멘트(이중 극자=dipole moment)
* 쌍극자 모멘트 = 0 ☞ 비극성
쌍극자 모멘트 = 大 ☞ 극성(이온성 크다)
2-2. 분자의 모양 [1] 전자쌍 반발원리(1940, 시지윅(Sidgwick))
(1) 한 원자를 둘러싸고 있는 전자쌍 ▶가능한 한 멀리 있으려는 방향에 놓임
①중심원자에 전자쌍 2쌍 ▶ 서로 반대쪽에(180°) 존재함
② 전자쌍이 3쌍 ▶ 전자쌍은 정삼각형의 꼭지점에 존재함. (120°)
③ 전자쌍이 4쌍 ▶ 전자쌍 정사면체의 꼭지점에 위치함 (109.5°)
[2] 분자모양
(1) 중심 원자에 비 공유 전자 쌍 없을 때
(가) 이원자 분자인 경우 : HCl, Cl2 ▶ 선형 구조 (나) 공유전자쌍 2쌍인 경우
① 중심 원자의 원자가 전자수가 2개인 원자(Be=2족 원소) ▶ 공유전자쌍이 2쌍
② Be은 고온에서 기체 상태 BeH2 및 의 BeF2의 분자를 형성
③ Be의 원자가 전자 2개와 두 개의 수소원자가 전자쌍을 공유
④ 전자쌍 사이의 반발력을 극소화하기 위해 공유전자쌍은 ▶ 180°위치에 존재
(다) 공유전자쌍 3쌍인 경우
① 중심 원자의 원자가 전자수가 3개인 원자(B=13족 원소) ▶ 공유전자쌍이 3쌍
② 전자쌍 사이의 반발력을 줄이기 위해 공유전자쌍은 ▶ 120°위치에 존재
③ 즉, 공유전자쌍은 정삼각형의 꼭지점에 존재
(예) BH3 BF3 등
(라) 중심원자에 공유전자쌍이 4쌍인 경우
① 중심원자의 원자가 전자수가 4개인 경우(C=14족 원소) ⇸ 공유전자쌍 4쌍
② 전자쌍 사이의 반발력을 줄이기 위해 공유전자쌍은 ▶ 109.5°위치에 존재
③ 공유전자쌍은 정사면체의 꼭지점에 존재
④ (예) CH4, CCl4 등
(2) 전자쌍사이의 반발력의 크기
비공유전자쌍-비공유전자쌍 > 비공유전자쌍-공유 전자쌍 >공유전자쌍-공유전자쌍
(2) 중심 원자에 비 공유 전자 쌍 있을 때
(가) 비 공유전자쌍이 1쌍(공유전자쌍=3쌍)인 경우
① 중심원자의 원자가 전자수가 5개인 경우(N=15족 원소) ▶ 비공유전자쌍 1쌍 (홑 전자 3개 와 비 공유전자쌍 1쌍으로 됨 ▶ 3개의 홑 전자가 공유결합 )
② 전자쌍이 4쌍인 경우 ▶ 기본적으로 정사면체 형
③ 전자 쌍 사이의 반발력 : 공유전자쌍 < 비 공유전자쌍 (비 공유전자쌍이 넓은 공간을 차지함) ④ 분자 모형은 삼각뿔(피라미드형) ▶ 결합 각 =107°
(예) NH3. NF3. PH3. 등
(나) 비 공유전자쌍이 2쌍(공유전자쌍=2쌍)인 경우
① 중심원자의 원자가 전자수가 6개인 경우(O=16족 원소) ▶ 비 공유전자쌍 2쌍 (홑 전자 2개 와 비 공유전자쌍 2쌍으로 됨 ▶ 2개의 홑 전자가 공유결합 )
② 전자쌍이 4쌍인 경우 ▶ 기본적으로 정사면체 형
③ 전자 쌍 사이의 반발력 : 공유전자쌍 < 비 공유전자쌍 (비 공유전자쌍이 넓은 공간을 차지함) ④ 분자 모형 ▶ 굽은 형(V형) ▶ 결합 각 =104.5°
(예) H2O H2S
2-3. 분자의 극성, 무 극성 분자
[1] 극성 분자와 무 극성 분자
(1) 무 극성 분자.
① 분자내의 전자들이 균일하게 분포 ▶전하를 띠지 않음.
② 원자간의 결합이 무극성 결합이면 무극성 분자.
(예) 같은 원자로 된 이 원자 분자 ▶ H2. O2. N2. Cl2.
③ 극성 결합이라도 분자모양이 대칭이면 무 극성 분자.
(중심원자에 비 공유전자쌍이 없어 ▶ 전자 밀도가 균일함 )
(예) CO2. BeH2. BF3. 등
④ 자기장 및 전기장의 영향을 받지 않는다.
(2) 극성분자
① 분자내의 전자 밀도의 차에 의해 δ+ 및 δ-전하를 띠는 분자
(전기음성도 큰 분자 쪽 = δ-전하. 작은 원자 쪽 =δ+전하)
② 이 원자 분자인 경우 극성결합 ▶ 극성분자
(예) HF. HCl HBr, HI, CO, NO 등 ③ 다 원자 분자인 경우 비 공유전자쌍이 존재 ▶ 분자 모양이 비대칭
(예) H2O, NH3 SO2 등
④ 자기장 및 전기장의 영향을 받아 굽어진다. [2] 분자 모양과 분자의 극성
(1) 이중 극자 모멘트(쌍극자 모멘트=dipole moment) : 극성 분자에서 전하량과 두 전하사이의
거리의 곱한 벡터 양. 극성의 크기 및 이온 성 크기의 척도임)
① 크기 :
② 방향 : (+)전하 → (-)전하
③ 분리된 전하가 클수록, 거리가 멀수록 크다.
④ 이중 극자 모멘트가 클수록 결합의 극성, 이온 성 등이 크다.
(2) 다 원자 분자의 극성 (가) 이중 극자 모멘트의 벡터의 합으로 μ=0 이면 무 극성 분자.
μ≠0이면 극성분자.
① CH4와 CH3Cl
CH4는 C―H간의 4개의 극성 결합으로 되어 있으나 이중 극자의 모멘트의 합 = 0이므로 (μ=0) ▶ 무 극성 분자.
② CH3Cl는 벡터 합이 0이 아니므로(μ≠0) ▶ 극성분자
③ H2O는 굽은 형으로 O―H간의 2개의 극성 결합으로 벡터합이 0 이 아님(μ≠0) ▶ 극성분자
④ CO2는 선형(좌우대칭)으로 C〓O간의 2개의 극성 결합으로 벡터 량은 크기 같고 방향이 반대
이므로 0임. (μ=0) ▶ 무 극성 분자
H2O=극성 CO2 =비극성 BF3 = 비극성 NH3 = 극성 2-4. 분자간 힘. [1] 분자사이에 작용하는 힘. ※ 분자간에 작용하는 힘은 분자의 극성, 모양, 분자량에 의해 결정 (1) 이중 극자 사이에 작용하는 힘
① 극성분자들 사이에 한 분자의 +전하(+)를 띤 부분과 다른 분자의 -전하(-)를 띤 부분이 서로 접근하여 정전기적인 인력으로 결합됨
② 쌍극자 사이의 힘은 극성 분자의 액체나 고체상태에서 항상 존재.
③ 쌍극자 사이의 힘은 이온 결합력 보다 약하고 분산력 보다 강함.
④ 분자량이 비슷한 극성 분자와 비극성 분자의 m.p 및 b.p는 극성 물질이 높다.
⑤ 이중 극자 모멘트가 클수록 강하다
※ 비극성 물질과 극성 물질의 끓는점
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